关于《工程力学》课程教学改革的思考和探讨

黄 芹

（广东石油化工学院，广东 茂名525000）

0 引言

《工程力学》课程是一门研究物体机械运动以及构件强度、刚度和稳定性的学科。 在机械工程、土木建筑、水利工程、石油化工等领域中得到广泛的运用，也是上述专业在高校学习中的一门必修专业基础课程。 《工程力学》课程的特点是理论性强，公式繁多，逻辑严密，对于训练学生的逻辑推理思维和工程建模能力有着重要的影响力。

《工程力学》课程包含了理论力学（静力学、动力学以及运动学）和材料力学两部分，涉及的知识量非常大。随着近年来各个学科的发展，学生所需涉猎的专业课程越来越多，而工程力学课程的学时数被大大压缩。如何在有限的学时内，使学生即能掌握工程力学的基本知识，又能了解当前工程力学的最新发展；既能培养学生的逻辑思维，又能提高学生的综合能力，成为工程力学教育工作者普遍关心的问题。 笔者结合本校实际，从教学内容、教学方法、教学手段等方面对《工程力学》课程教学改革进行思考与探讨。

1 与工程技术相联系，优化教学内容

本校《工程力学》课程主要在油气储运、工业工程、工业设计、机械工程等专业开设，在大学第三学期开课，是学生接触的较早的一门专业基础课。 这门课程普遍被学生认为枯燥、难学、难以提起学习的兴趣。 然，“兴趣”是人对事物产生好奇心得本质，离开了兴趣，对任何事物就会停留在为“学习”而“学习”的层面上，难有突破。 因此想要吸引学生的注意力提起学习的兴趣，就必须给其留有丰富且生动实用的印象。这种生动实用感从何而来？教师可以将生活实例引入课堂，例如在讲解静力学中力对轴之矩，可以利用教室的门来进行演示，当对门施予与门轴相互平行的力或是与门轴相交的力均不能使门产生转动，唯有加载的力与门轴既不相交也不平行时，门方可产生绕轴转动的运动效应。又如在讲解扭转概念时，单纯的文字讲解会比较抽象，可以举一个类似的例子，例如人在洗脸的时候需要拧干毛巾，而给毛巾两端施加力偶，使其产生的变形就是扭转变形。对于不同专业，可以在课堂上引入一些与专业相关的工程实例。 例如对于油气储运专业，在讲解弯曲变形问题是，可以引用卧式容器，在仅考虑其自重的情况下，是一个外伸梁的弯曲问题。

以此方式可以使学生们发现力学其实并不是没用的，而是与生活和自身的专业是息息相关的，从而引起同学们学习《工程力学》课程的兴趣。

2 灵活运用多种教学方式，培养学生的力学能力

2.1 活用多媒体技术，把CAE 软件引入课堂

CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。 目前CAE 软件在土木工程、机械行业、石油化工乃至航天航空航海等领域中被广泛应用。

将CAE 软件引入课堂中， 有助于学生对课程中力学概念和原理的理解，而不会因为单纯的文字讲述而觉得抽象，空洞，难以理解。 例如在材料力学主要研究的是构件在外力作用下的变形、 受力与失效，其中包括了构件的内部应力的变化， 此时就可以运用CAE 软件 （如Abaqus 软件）建模分析，在观察物体外部受力的情况下，物体的变形及其内部的应力分布变化情况（图1）。 而在讲解圣维南原理和应力集中概念时候，同样可以利用CAE 软件来演示，由此可让学生有更加直观理性的认知。

另外，充分运用多媒体教学课件，在有声有色的教学环境中，使得课堂内容丰富活跃。 多媒体技术，是利用计算机综合处理文本、图形、声音、视频等多种媒体数据，并集成一个交互性系统的技术。在讲解如何利用摩擦角测定摩擦系数，构件强度、刚度、稳定性在工程中的重要性等都可以在课堂利用动画形式进行演示，让学生了解到理论与工程实际应用的有机结合。

图1 杆件受力变形、应变图

2.2 运用互动式教学，活跃课堂气氛，提高学生学习兴趣

常言道：一个巴掌拍不响。纯粹的“填鸭式”教学，学生得不到学习的乐趣，且随着课程时间的推移，学生会觉得渐渐感到腻烦，同时教师也会觉得疲惫。 如何扭转这种局面，使得学生积极主动地加入到学习中去，成为课堂教学中的主体呢？采用互动式的教学方式，使得学生与教师在教学工程中，形成相互对话，相互交流，相互促进的教学模式，有助于活跃课堂的学习气氛，增加学生的求知欲，从而提高教学质量。

在课堂教学中，教师可以提出一个实例问题，然后讲解相关的理论知识，再与学生以讨论的模式用理论知识解决实例问题。 接着在提出几个相类似的问题，由学生课后自行分组讨论解决。 也可由学生提出一些生活中常见的相似实例，应用学习到的理论知识和分析方法进行问题的解决。如此一来，即培养了学生灵活运用所学知识，训练其独立思考的能力，而这也是学生对知识的一次理解、复习、巩固的过程。从中教师也可以看到学生对知识点的接受程度，及时调整教学进度以及教学方法，从而促进教师教学质量的提高。

除此以外，互动式教学模式还可以是角色互换方式。 在适当的时候，学生与教师的角色可以对调一下。 例如，提出一个实例，让学生在课后以小组为单位进行讨论，然后在课堂上，由小组推选一位代表对实例问题进行讲解，学生在体会一次备课到上课的过程，通过相互的讨论、交流，使得其对所学知识进一步巩固的过程；且从中教师也可以发现教学上的问题，以及得到一些教学方式上的启发。

2.3 重视与实验教学相结合

工程力学实验教学是工程力学教学中一个重要环节。在实验过程中可以培养学生的动手能力，创新能力和探索能力，能提高学生的工程素质。 但现在的实验教学基本是一个验证性实验的过程。 学生依靠教师的详细讲解、演示后，根据实验指导书上的内容，逐步的完成实验、记录数据，在此过程中，学生基本不需要思考和疑问，只是为了做实验而做实验，而忽略了实验思维和动手能力的培养。因此，每每一到实验课，学生基本也就敷衍了事。

要使实验课得到学生的重视， 在于如何把实验与实际相结合，提起学生的兴趣， 让学生感受到学习的理论知识普遍应用在自己的身边。 可组织学生观看《力学在工程（土木、机械、水利、航空等）中的应用》的视频，了解力学理论知识在工程的应用与创新，不仅使学生了解工程力学学科的研究范围，也使得学生看到了力学与工程结合的一些前沿问题。

另一方面，在学生对理论知识有了一定的掌握，可通过工程力学实验教学网页，对了解实验的原理和目的，通过动画演示且熟悉实验设备的操作，再进行实际实验操作。且可以定期开放实验室，由学生选择感兴趣的课题，根据所学理论知识自行设计实验方案，拟定实验步骤，利用实验室设备完成实验。 例如：“用电测法则测定弯扭组合变形的主应力和内力”实验，让学生设计具体的实验方案，如何实现主应力和内力的测定，定出实验步骤，然后利用实验室所提供的实验设备和仪器，进行实验步骤和方案的验证，经过检验、较误、调整后得到所需要的实验数据，最后进行数据的综合分析。在这整个过程中，即培养了学生的动手能力，也加深了学生对理论知识的深刻理解和体会，同时也获得了一种成就感，品尝到科学探索的乐趣，也增强了学生对实验课程的兴趣。

2.4 合理利用习题课的时间，培养学生的力学思维能力

对于工科类课程来说，在学习的过程中必然需要配上一些习题以训练学生的分析问题，解决问题的能力，对《工程力学》课程也不例外。然而，要解得题目所求，则需对题目的已知条件进行分析，接着对大脑中所学过的知识点进行检索过滤，从而找到最合适的解决方法。 这一过程恰恰就是对知识的一次归纳、整理和分析。教师在选择习题时，精选典型的例题进行讲解，指出学生在分析思考是容易出错或者出错的细节部分。 在这个过程中，鼓励学生多发问，多思考，多发表个人的看法，有助于学生建立起清晰的解决问题的思路，助长其创新思维的逐步成长。

3 结束语

总而言之，工程力学课程是一门应用性广泛的学科。 在教学过程中，因材施教，灵活多变的教学方式，与实际工程的相结合，激发学生的学习兴趣，使得学生能够理解所学知识。 使其由被动的地位转换成主动学习的角色。通过互动教学模式，实验教学的相结合，培养学生的发现问题，提出问题，分析问题和解决问题的能力，使其运用在课堂得到的力学知识能够学以致用，实现理论与实践详解，提高学生的逻辑思维和创新能力，从而提高学生的综合素质，有助于学生日后的专业课程学习，以及工作能力的培养。

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