工科力学系列课程的教学改革与实践

尹长城 郝琪

【摘要】本文分析了我国力学系列课程的突出问题，分别从调整教学内容、加强工程素质、理论实践并重三方面对力学系列课程的教学内容进行有机组合和优化，收到了较好的教学效果。

【关键词】力学系列课程 教学改革 理论教学 实践教学

【中图分类号】O3-4；G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）14-0042-02

我国力学系列课程遇到许多矛盾，一是采用前苏联的教学模式，部分教学内容陈旧落后。缺乏现代力学的思想，各学科之间交叉、渗透、综合对力学课程形成强烈的冲击，新的科学前沿理论与部分老化的教学内容矛盾比较突出。二是力学单门课程内容比较成熟稳定，过分强调单门课程的系统性和严密性。各门课程各自为政，老死不相往来，造成力学课程与专业课程相互脱节。三是学时数减少但素质教育要求提高，培养学生工程素质日益得到重视，缺乏对学生从实际结构向力学模型转化能力的培养。四是计算机科学与力学的结合为力学学科提出了跨学科人才培养的需求。五是学生实验能力较弱，实验内容陈旧，缺乏现代实验技术。

综上所述，力学系列课程正面临严峻的挑战，必须改革和发展以满足新世纪对应用型人才的需求。结合我校自身的发展现状，对力学系列课程进行整体优化，规划系列内各门课程的任务、学时和要求，减少重复，加强互相衔接。

1、调整教学内容

以现代工程设计为主线，兼顾学科内在逻辑联系，调整并局部更新教学内容。主要研究普通物理、理论力学、机械原理、汽车理论、材料力学、机械设计、汽车设计、有限元基础与应用、CAE应用技术；涉及九门课程的教学内容，适当打破单个学科的严格界限，分别从克服重复环节、重视学科交叉、删除陈旧内容三方面对力学系列课程的教学内容进行有机组合和优化。

1）克服重复环节

深入分析各门课程的教学内容，吸取国内外有关经验，重视重复脱节带来的问题，采用果断措施加以解决，对于同一类教学内容或采用合并或在力学教学中只简单复习不再深入讨论。例如：重心、转动惯量、刚体定轴转动、质点运动学及动力学在普通物理中都有详细的介绍，在理论力学教学中可不进行理论推导，只讲要点来加深学生对基本概念的理解。

2）重视学科交叉

力学课程之间、力学课程与后续专业课程，不应当是相互隔离、老死不相往来的。需要理顺力学课程和后续课程的关系，确定后续课程的知识点和基本要求对力学课程哪些基本理论提出了更高的要求，在此基础上，理清各门课程相关教学内容的内在联系，并以此优化力学课程的教学内容，使力学课程的主要理论要尽量与后续课接轨。

3）删除陈旧内容

新的科学前沿理论与老化了的教学内容矛盾比较冲突。迫使我们不得不提高工科力学课程的起点，对教学内容实现不断地新陈代谢。对于力学学科陈旧的内容需要删除或削减，而对于一些现代先进的科技成果和学科的发展动态需要适当的增加或加强。譬如理论力学的三力汇交，力学分析的图解法，材料力学的应力圆等，这些内容已经成为作古的技术，只做概念介绍。对于现代先进的科技成果和学科的发展动态需要适当的增加或加强。例如：汽车NVH；汽车碰撞；疲劳；混沌；复合材料；各种优化技术；非线性等概念可在力学教学中提及并加强概念。

2、加强工程素质

力学课程的例题大多为满足假定条件的理想力学模型，很少引入对工程背景的介绍，体现不出专业特色，使得学生在学习中缺乏工程目标，难以理解学习的目的和意义。不利于对学生分析问题、解决问题能力的培养。力学系列课程要为专业课和工程实践服务，对本科生必须强化工程意识，通过调研专业课的教学内容，从专业课中选取典型实例作为力学教学案例，通过力学观点进行分析，目的是加强学生从工程实际选取力学模型的能力，从工程实际层面上提高教学内容的深度。

3、理论实践并重

我校力学部承担的教学环节可分为三个层次，第一层次为理论力学和材料力学基础力学课程，第二层次为有限元基础与应用和CAE应用技术力学仿真类课程，第三层次为汽车设计课程设计及毕业设计两个实践环节。将上述各个教学环节进行优化重组，建立理论和实践教学两线并举、二元一体的力学系列课程教学体系。该体系通过理论和实践两个教学环节为基础将力学系列课程相互渗透，并与专业教学有机衔接。

（1）理论教学中，注重加强基本概念、基本公式、基本解法的训练。

（2）理论教学中，注重学生的理论分析、数值仿真、实体实验三方面的知识和能力的培养。理论力学教学中引入MATLAB软件求解非线性微分方程、引入ADAMS软件求解运动学和动力学问题；材料力学教学中引入有限元软件求解基本变形等问题。而且鼓励学生在课外设计一些力学实验。如：省力机构；空降鸡蛋装置；压杆稳定实验装置等等。第五学期的“有限元法基础与应用”的理论教学完成后，采取自愿报名方式成立CAE课外学习小组，在第六学期进行培养。设置专门的培训方案和内容，内容不但包括数值仿真方面的训练，还对学生实验模态分析和应变测试进行培训。

（3）在实践教学过程中，重视理论的定量分析和定性分析。在汽车设计课程设计及毕业设计中，在任务中增加定量和定性分析。例如课程设计中板簧、车架纵梁的静力有限元分析可以利用材料力学公式进行预估理论解。毕业设计座椅動态舒适性的振动研究中，简化成单自由度的垂直振动并进行理论计算。 通过手算加强学生对基础知识的掌握及更好的整体把握课题。有些问题没有理论解，可将模型进行较大简化，尽管精度受影响，但能验证仿真模型建立是否正确。再者注重培养学生定性分析的能力，在进行有限元分析时，要求学生能预先判断构件如何变形？应力水平高会出现在哪里？沿厚度方向网格密度应为多少？网格哪里应加密？等等问题。

通过3年的教学实践，理顺了力学系列课程的教学内容，使力学课程和专业课程形成一个有机的整体，相互之间沟通和联系，真正做到夯实力学教学基础，强化学生工程意识。力学系列课程的教学改革不但为力学精品课程和力学教材的建设打下良好的基础。学生的工程素质、力学素质也得到明显提高，深受用人单位的欢迎。

我们需要进行深刻的总结和思考，不断的改进和完善，提高我们的教学能力，使力学系列课程的教学改革迈上一个新的台阶。