《工程力学》教学方法改革探讨

王娟+廖宇兰

摘要：本文通过对《工程力学》课程的知识体系加以分析，探讨提高该门课程的教学方法。主要通过利用多媒体技术、教学方法改革如“双力矢”代替扭矩的方法、考核办法改革及与相关课程的融会贯通，将各门学科综合起来提高学生的学习兴趣，培养其思维创新能力，鼓励学生解决工程实践问题。

关键词：工程力学；教学方法；工程实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）31-0103-02

近年来，高校对本科生的教学大纲进行了大幅度的调整，以我校机电工程学院为例，机械电子专业、车辆工程专业和交通运输专业将《理论力学》和《材料力学》课程整合成《工程力学》一门课，整合后的课程既要对原来的课程进行优化还要满足学生专业要求。课程优化后主要包括静力学和材料力学大部分内容。静力学主要要求学生掌握物体的受力分析，掌握各种约束的性质，重点掌握平面力系的简化、平面汇交力系、平行力系、力偶系等的平衡方程，解决一般的工程力学模型问题。利用平面力系的相关知识对空间力系加以分析，掌握简单及复杂的静定力学问题的解决方法，为后续工程力学中关于研究构件在载荷作用下的变形规重视课程与学生专业的结合。在压杆稳定、组合变形时重点突出圆形截面和常用的工字形截面，材料运用也多以各种钢及铸铁为主，引导学生重视实验研究及新材料的应用对力学研究的重要影响。除此之外，教师可将目前国际上出现的各种新材料、新工艺方法、新的加工技术等带到课堂中，重点锻炼学生的思维创新及思考能力。

一、课堂教学方法的改革

（一）多媒体在《工程力学》中的应用

随着计算机的发展，多媒体教学在课堂上发挥着不可或缺的作用，如何使多媒体教学更好的服务于《工程力学》教学呢？可以从以下两个方面重视和加强多媒体的作用。

1.将工程实际的力学模型运用多媒体进行虚拟仿真。力学中的很多约束模型简化后的约束力方向学生会觉得难以理解，可以借助多媒体将约束模型在实际中的约束方式进行动画仿真并配以鲜艳的颜色和动画，学生可以获得最直观的经验和体会，帮助其理解约束在工程结构中的作用。对于复杂组合变形及空间受力分析进行多角度多媒体分析可以避免学生凭空想象，主观臆断，同时在放映相关知识时还可以预留一些问题，鼓励学生进行积极思考，开拓思维，积极主动地发掘新问题。

2.代替传统黑板绘制力学图形。在工程力学中需要学生重点掌握轴力图形、扭矩图形、剪力弯矩图形等，在绘制过程中如弯矩图与剪力图有积分关系，传统黑板教学速度慢、精度低。多媒体技术可以方便快捷对图形进行处理，在讲解具体例题时，可以对例题进行分步分析，在讲解期间可以随时停留便于及时发现学生的问题并及时讲解。多媒体放映压杆失稳的临界状态，帮助学生理解压杆失稳的概念，确定欧拉公式的使用条件及其意义。此外，教师在讲到一些名人公式时，可以将人物典故在确定这些公式时的典故讲述给学生，增强学生的学习兴趣。

二、课堂教学方法和手段改革

传统上认为一个老师授课是否良好依据的判断都是老师表演得如何，讲述得内容是否细致，对例题是否都做了详尽的讲解。如此一来，学生只是被动地接收而已，也就是传统上说的“填鸭式”，不利于学生对实际问题进行分析，使学生的创新能力受到限制。除了上述的多媒体教学外，还可以充分发挥学生的计算机能力，让学生上机练习，如编制程序寻找截面核心等，学生可以将两门课程有机结合起来。在教学方法上可对力学图形的绘制总结更适合学生理解的一些方法。比如在扭矩图的绘制过程中引入了“双力矢”概念，因为扭矩图的绘制要判断扭矩的正负，而“双力矢”的引入可以使得扭矩类似于轴力图进行“遇左向上，遇右向下”直接绘图，如下页图1所示：可将Me扭矩转换成如图所示的“双力矢”，“双力矢”方向由右手法则确定。这样绘制扭矩图就可以直接类似与轴力图。此外还应重视讨论课、习题课在课程中的重要作用。在习题课中以学生为主题，发挥学生的主观能动力，积极探索求取多种解题方法。鼓励学生将实际中遇到的问题带到课堂上来，比如学生在学校操场、草地等常坐的排椅可以简化为简支梁，讨论学生坐位变化时排椅的挠度变化及最大挠度发生在哪里？讨论矿泉水瓶子的形状与压杆稳定的关系，讨论桥梁爆破，大桥发生事故的力学原因等，鼓励学生动手参与力学模型制作。学生是主题，教师一定要扮演好导师激发学生积极性、创新性能力。

三、教学考核方法改革

1.实验考核改革。素质教育一直是我国教育的核心，在《工程力学》课程中可以做些考核方法的改革，考核主要包括平时考勤，作业提交，课堂表现及实验考核。目前已经有些高校已经对实验考核和考试考核进行了改革。比如哈尔滨理工大学在课程实验方面将实验报告占50%，实验结果40%，实验表现占10%。河南科技大学重视实验钱的预习和提问，占到30%，实验操作占30%，实验报告占40%。我院根据实际情况分配如下：实验预习与提问占20%，实验操作占20%，实验报告50%，实验结果分析及引发思考占10%。充分调动学生实验积极性，避免有的学生只是走马观花地欣赏实验。

2.考核内容及方法改革。传统的考核内容及方式有时会使学生束缚于其中，现在的教育理念更加重视学生的素质教育、能力培养和创新能力。但是考试考核制度的改革需要多方经过仔细筹划、论证、调研才能运行，需要每一个老师和相关主管领导积极参与。在此，主要就《工程力学》课程的考核内容进行一些建议。考核的基本是考察学生对基础知识的掌握情况，应占70%的份额。另外的30%可以从学生的创新能力和解决工程实际能力方面进行考核。另外考试所占学生最后总分的份额应从70%降低到60%甚至50%。考试也可以采用多考题，抽签方法进行。考核只是一种手段，教师更应该重视学生对这门学科的整体把握和学习。

四、新兴学科知识扩充力学知识且提高学生兴趣

工程力学中所应用到的基础理论和公式推导有一定的使用条件，在工程实际中遇到的问题更加复杂，目前先进的测试技术、虚拟仿真动力学软件、力学分析软件等都是力学在实际解析中的重要补充。比如：曲杆结构是发动机中的重要组成部件，它工作中都是处于循环状态，对于它的受力分析可以在虚拟仿真平台上进行。在虚拟仿真平台上进行现实模拟过程使学生直观的感受到曲杆各部位的力学受力情况，在弯扭组合变形部分可以利用Ansys软件对轴的受力进行精确分析，都可以对学生的课堂知识加以补充并提高学生的兴趣。如图2所示为笔者在Ansys中对曲轴的第七阶应力分析云图，图中颜色直观表示了曲轴的受力情况。将其前十阶应力分析云图和振动阶型等带入到课堂，扩展学生的知识，提高学生的学习兴趣。另外将学生的电工电路中的电桥知识应用于工程力学中，如测试梁的应力，如图3所示。利用电桥的和差特性，在测弯矩力时，将应变片贴于悬臂梁的上、下侧面，同时在接桥时把应变片接在电桥的相邻桥臂上，另外两个桥臂为固定电阻。电桥的输出电压仅反映的是弯矩力作用的结果而与拉伸力无关。通过将前沿知识及时反馈给学生使学生对自己所学知识有宏观的把握并融会贯通，鼓励学生积极思考，提高其创新能力和解决实际问题的能力。

利用电桥的和差特性，在测弯矩力时，将应变片贴于悬臂梁的上、下侧面，同时在接桥时把应变片接在电桥的相邻桥臂上，另外两个桥臂为固定电阻。这样，在弯矩力F作用下，dR1=-dR2，同时dR3=dR4=0，电桥输出为：

五、结语

力学知识是工科学生的重要专业基础课程，学生是学习的根本也是主体，教学应该以提高学生学习兴趣、发展其创新思维能力为主，在课堂教学上利用先进的多媒体技术并积极改进教学方法和改革方法，将新兴学科知识带到课堂中来，鼓励学生多提问题。多思考、多动手并与其他相关学科联系起来解决工程实践问题。

参考文献：

[1]刘超英.高等工程专科学校工程力学教学改革探讨[J]中州大学学报，1999，（3）：72-73.

[2]杨浩泉，周平.在工程力学教学改革中加强对学生综合能力的培养[J]杭州电子工业学院学报，2001，21（2）：69-71.