關于工科高校應用導向的工程力學教材建設的一些思考

何凡

摘要：針對以培養應用型人才為目標的工科高校的特點，本文通過分析在工程力學教學實踐中存在的問題，探討了工程力學教材建設應注意的幾個方面，為工程力學教材的建設提供一些思路和參考。

關鍵詞：工程力學；教材建設；應用導向

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）45-0218-02

一、引言

工程力學（靜力學和材料力學）作為大多數工科專業的一門工程技術基礎課，在總體工程技術教育中起到了一個非常重要的作用。它將學生的數理化基礎知識向工程技術轉變，使學生建立了工程理論分析和實驗分析的基礎。在知識信息飛速劇增的今天，在工程技術教育改革的浪潮中，對工程力學基礎課程進行了較大的改革，大量地壓縮了課時，使工程力學基礎課程面臨了一個非常嚴峻的教學改革課題，即工程力學基礎課程應該教給現在的大學生什么內容？是基礎知識點還是完整復雜的理論體系？還是工程技術分析的基礎？我們在近幾年的身體力行的工程力學課程教學改革過程中深深體會到：工科基礎力學課程應在傳授知識體系的同時，重點培養學生的理論分析能力和動手實驗能力。同時我們應該認識到，工程力學教材在人才培養過程中的地位的重要性，教材建設必須緊跟形勢，對于以應用型人才培養為主的工科高校，工程力學教材應該體現出應用導向的功能。將工科力學基礎課程的教學過程能力培養規范化、系統化，首先應對教材的編排做出相應的調整。工程力學以理論分析為基礎，充分培養學生理論與實際相結合的能力和實驗分析動手能力，工程力學教材應該以此為中心進行改革。

二、工程力學教材編排的合理性

目前以靜力學和材料力學作為主要內容的工程力學教材較多，這類教材大部分在編排上將靜力學和材料力學分為兩大塊來講述。靜力學結束之后直接過渡到材料力學，學生難以認識到這兩部分內容的內在關聯性?？梢钥紤]在靜力學和材料力學之間增設一個過渡章節，專門闡述靜力學和材料力學之間的聯系、區別等。例如，靜力學解決了約束力的求解，但無法解決構件是否安全，需要材料力學來解決，這樣就使得學生可以較好地把握和理解這兩部分的內容，從而也很自然地引出了材料力學的部分，并且在這個過渡章節中可以將材料力學的一些共性知識進行交代，如材料力學的任務及研究對象、變形固體的基本假設、外力與內力、截面法、應力和應變的基本概念、桿件變形的基本形式等。

教材第一章為緒論，講述工程力學的學習目的、方法、意義等，以及在工程中的一些應用，尤其可以結合某些開設工程力學課程的專業進行介紹，可以讓學生體會到學習這門課程的重要性。因為在教學過程中我們發現很多學生認為自己將來從事的專業與工程力學沒有什么關系，純粹是為拿學分而學，學習積極性不高，缺乏主動性。力學在工程中的應用介紹可以使得學生提高學習興趣，并且從思想上認識到學習這門課程的實際意義。

三、工程力學教材編排的科學性

在壓縮教學學時、擴展教學內容、更新教學內容的條件下，精選教學內容，突出能力培養，為后期的工程技術教育打下良好的基礎。

每章開篇可以將本章的基本內容進行羅列，并且將重點和難點也明確地寫出來。例如，在“扭轉”這一章，其基本內容：（1）扭轉概念，純剪切，切應力互等定理，剪切胡克定律。（2）扭矩及扭矩圖，圓軸扭轉時的應力與應變，扭轉強度及剛度條件。重點：圓軸扭轉應力及變形計算，扭轉強度條件、剛度條件。難點：扭轉切應力公式的建立。這樣編排使得學生心中有數，對所學知識的把握可能會更好。在壓桿穩定這一章，其基本內容：（1）穩定性概念，細長壓桿臨界載荷的歐拉公式，桿端不同約束的影響，長度系數，歐拉公式的應用范圍。（2）臨界應力，經驗公式，臨界應力總圖。（3）壓桿的穩定校核，安全系數法。（4）提高穩定性的措施。重點：歐拉公式的應用范圍，臨界應力的概念，壓桿的穩定校核。難點：歐拉公式的應用范圍，壓桿的穩定校核，安全系數法。

因為不同高校學時的不同，可以在每章交代完基本內容、重點和難點后，給出每個知識點的建議學時，并且注明哪些內容可以根據學時進行選講，這樣教材的可操作性會增強，也更有針對性，適用范圍也會更廣。

每章最后可以考慮單列一節，對該章主要內容進行歸納總結，尤其是研究思路和方法的總結。對于典型例題可以給出不同的求解方法，并做簡單的點評，拓展學生的思路。彎曲內力圖的簡便畫法可以考慮以表格的形式給出，便于學生對照歸納。在材料力學最后可以就不同變形中研究方法的共性問題進行總結和探討。工程力學課程中的靜力學部分以突出對學生進行剛體靜力分析能力培養為目標，而材料力學部分以突出對學生進行桿件強度、剛度分析與實際相結合的動手能力培養為目標。為達到目標，每章后面的課外習題應包括概念題、簡單證明題、基本運算題和綜合分析題。

四、工程力學教材內容的應用性

增加工程實例和應用，不至于讓學生感覺是空談。對于一些公式和定理的證明可以不給出詳細的說明，只給出一些關鍵步驟，可以作為思考題，引導學有余力的學生自主完成。強調畫軸力圖、剪力圖、彎矩圖等的規范化，突出其重要性，使學生注重工程的嚴謹性。在例題中應突出力學模型建立的重要性，我們在教學中經常發現很多學生對力學問題沒有任何力學分析，直接就是列數學方程，這種習慣很不好。另外，實驗在工程力學中也占據非常重要的地位，它是能力培養的一個重要的教學環節，同時也是能力培養的檢驗環節，通過實驗可以培養學生理論與實際相結合的工程動手分析能力。實驗教學在基本實驗操作和實驗知識培養的基礎上，應突出對學生實驗動手操作能力的培養和部分綜合應用實驗手段以及理論分析手段的能力培養。可以考慮將實驗單獨作為一章，這一章可以由三部分來構成：（1）基礎性實驗。要求學生掌握基本實驗技能、材料基本特性、儀器使用的基本方法，在實驗能力培養方面重點解決學生的動手能力。以了解材料的力學性能為知識重點，培養學生掌握使用操作實驗設備獨立完成實驗的能力。（2）綜合性實驗。在實驗能力培養方面重點培養學生的綜合能力、將所學理論知識融會貫通的能力以及獨立工作的能力。以綜合性理論分析與實驗分析相結合為知識的重點，培養學生掌握理論與實際相結合的實驗分析能力。（3）提高性實驗。體現設計型、綜合性、研究型實驗及與工程實際緊密結合的特點，重點培養學生的綜合實驗和綜合分析能力。以工程實際或模擬工程實際為背景，培養學生綜合的工程分析能力。

五、工程力學教材內容的時代性

隨著計算機的高速發展，力學在工程中的應用與計算越來越多地借助于計算機。數值模擬在工程中的廣泛應用使得力學與工程的結合更為緊密。作為培養應用型人才的工科高校，除了幫助學生掌握基本的理論之外，更為重要的是讓學生會用理論指導實踐，真正地懂得如何去用，因此可以適當地引入一些數值模擬計算內容及其工程應用，介紹力學在工程應用中的計算手段以及新發展。例如，可以簡單介紹ANSYS軟件，并以幾個實例說明ANSYS的操作步驟和應用，為學生將來在工作中應用奠定初步的基礎。這樣可以突出學生的工程實踐能力培養，不僅使學生掌握了知識體系，而且使學生能夠運用ANSYS等工程分析軟件解決實際問題。ANSYS等分析軟件已經在工程實際中應用的非常廣泛，在傳授知識點的同時結合工程軟件講解，無論對學生今后就業還是科研都增加了砝碼。

六、結語

目前工科高校的工程力學課程培養目標應該是以能力培養為主線，使學生從力學的普遍性理論分析方法發展為對工程復雜性問題的綜合理論分析方法。根據以培養應用型人才為目標導向的工科高校的要求，工程力學教材的建設應當做出相應的改革。在編排上應該注重各知識點的銜接，突出工程實例與相關知識點的對應和應用，擴充計算機數值技術在力學中的應用，使學生在掌握知識點的同時，能夠應用于具體實例，為學生今后走向工作崗位奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]劉巍.關于工程力學課程教材建設的若干思考[J].力學與實踐，2010，（32）：96-97.

[2]趙玉成，喻梅.工程力學課程內容體系及教學改革研究[J].力學與實踐，2009，31（5）：69-71.

[3]楚焱芳，張瑞華.對工程力學教學的一點討論[J].科技信息，2009，（18）：363.endprint