力学基础课程教学中培养学生应用能力的思考

2012-10-26宋志勇

中国科技信息 2012年7期

关键词：材料力学力学理论

宋志勇

黑龙江科技学院数学理学院，黑龙江哈尔滨 150027

力学基础课程教学中培养学生应用能力的思考

宋志勇

黑龙江科技学院数学理学院，黑龙江哈尔滨 150027

在力学课程教学中，改革理论内容体系和教学方法，通过引入工程实例进行案例式辅助教学，提高了学生的学习兴趣，锻炼学生运用理论对实际问题进行力学建模和计算分析，培养学生的实际应用能力。

力学课程；教学方法；工程实例；应用能力

引言

随着我国经济发展的新形势，社会需要能灵活运用所学理论方法解决实际工程问题的应用型和创新性素质的人才，这就要求教育者要在教学中注重培养学生的应用能力。力学课程作为重要的工科基础课程，对于培养学生掌握基本的基础理论、工程实际问题的建模能力、分析与计算能力有着重要作用。但传统的力学课程内容中很多概念比较抽象，理论逻辑性较强，传统教学中注重理论的抽象逻辑推演，实际应用体现不足。随着目前高等教育的发展进入了普通大众化教育阶段，作为教育对象的学生和以往发生了很大变化，当前众多学生中普遍存在反叛意识强，同时具有好奇心强、喜欢接受新鲜事物的特点。不喜欢以往的传统式接受知识和课堂讲授；更注重所学的实用性，对于很多理论性较强，相对内同枯燥抽象的基础性课程则不愿学习，造成了学生基础知识不牢靠，分析问题和解决问题的能力欠缺。针对这些问题，文献[1]、[3]探讨了案例教学和多媒体技术在教学中应用，本文从课程内容、教学手段和方法出发，探讨在教学中如何培养学生的实际应用能力。

1 改革知识内容体系

一般工科专业都把力学课程作为重要的专业基础性课程，不仅仅因为为后续课程打下基础，而且力学又与工程实际联系紧密，能独立培养学生解决问题的应用能力。

力学基础课程主要包括理论力学和材料力学课程，其课程内容具有集理论基础和工程应用于一体的特点。主要包括刚体系静平衡、运动和动力学分析；弹性变形体的内力、应力分析、及变形分析，应力分析和强度理论等，主要解决基本构件的刚度、强度和稳定性等问题。

传统的教学中，基本理论的内容比重较大，其中理论力学主要采用比较抽象的逻辑演绎方式建立、材料力学基于基本实验基础引入诸多理论假设。针对不同的专业特点保留基本内容，适当删减部分过于抽象和实际联系较少的理论内容，增加工程应用实例和前沿知识。

2 采用丰富教学手段方法，激发学生兴趣

为了激发学生的学习兴趣，调动学习积极性，课堂教学应该以采用多种教学手段，以丰富、生动的内容使学生更便于接受。运用多媒体技术，不仅能课堂上展现大量的知识信息，也将传统的教学理论内容以动画、虚拟实验等方式生动的展现，使得学生更容易理解比较抽象的概念和理论。例如讲述理论力学的约束力，通过直接在图像上观察实际约束结构，增强了学生对各类约束力的深刻认识。通过这些丰富直观的教学手段让学生在大脑中直接快速形成基本影像，在通过自己的知识程度去分析总结和思考，全面提高学生的抽象思维能力和思考能力。近年成熟的网络技术的引用，各类教学互动网站、网络授课、网络答疑，甚至于代替传统的点名方式，都能吸引学生的主动参与教学过程，提高教学效果。

将课堂上的理论知识和实践实验密切联系，增强学生的对知识的掌握，由于力学的概念和理论一般比较抽象。例如理论力学和材料力学中的内力、应力、科氏加速度等，通过开设一定数目的实验，使理论教学和实验教学相互交叉渗透，能够使学生对所学知识产生感性认识，进一步激发了学生的学习兴趣。此外在课堂教学中还可以采用力学实物模型等教学工具来提高学生的感性认识能力。

3 引入工程实际案例

在教学中，引入工程实例，对高校教育有着重要启示和推动作用，案例教学最早由哈佛法学院克里斯托弗·哥伦布·兰德尔于使用于哈佛大学的教育中。近年来得到我国众多高校越来越多的重视。

案例教学有助于激发学生对所学知识的极大兴趣，提高学生对实际问题的建模和分析计算能力。提高学生分析与解决问题的能力，培养学生的引用能力。例如再材料力学中讲授材料力学性能和剪切和挤压内容时候，可引入如下历史上著名的泰坦尼克号事件。

1912年美国豪华客轮泰坦尼克号的沉船事件是人类航海吏上重大的灾难，长期以来关于这次沉船的原因一直众说纷纭（如图1）。其中重要的一种解释就是从材料的力学性能角度和板件剪切、挤压作用来阐述。

首先向学生提出问题：当时，泰坦尼克号采用了当时最先进的制造技术，船板采用了厚钢板。在与一座缓慢移动的冰山擦边（并非是正面相撞）后，是何原因最终确导致该船在2小时之内迅速下沉。

从材料力学性能分析：当时虽然采用了很厚的钢板造船船，但由于铸造技术的局限，钢板材料存在有低温脆性。即材料在低温下很容易断裂，降低了钢的强度。由于船的海水低温影响，使得冰山从侧面的擦滑，船的侧面钢板就被划出一个很大裂纹口。直到二战时期大量合金材料的运用，这一现象才得以避免。现在类似的高强度薄钢板已得到广泛应用。

从钢板的剪切和挤压分析：泰坦尼克号具有多个密封的独立水密舱舱，在第一次直接碰撞中只是造成了一个水密舱漏水，但是在和冰山摩擦中形成的巨大摩擦力，造成了船侧底的钢板联结构件—铆钉承受剪切作用（如图2），其强度无法承受这个剪切力作用，最终所有密封舱大量进水，造成船沉事故。

4 结语

在课程教学中以培养学生应用能力和创新思维为导向，以培养学生的解决实际问题能力为核心，对传统的教学内容和教学手段、方法进行改革，注重理论和实验相结合；引入工程实例进行案例式教学，通过多媒体的有效传媒手段，结合传统教学手段，引导学生对从工程实际抽象成力学模型进行分析，激发学生的兴趣，鼓励其进行独立思考，运用所学理论知识进行分析问题，培养学生的实际引用能力。

[1] 孙庆巍等.谈结构力学课程教学中案例式教学[J].中国科教创新导刊,2010；29：83

[2] 吴云鹏等. 高校多媒体教学现状及提高多媒体教学质量的探讨[J].中国科技信息,

2008；18 :290 ～291

宋志勇，男，（1979/04-），黑龙江哈尔滨，硕士讲师，研究方向：非线性动力学、结构动力学。