基于工程实际的弹性力学教学改革的探索与实践

朱力 刘萌 卢文良

摘 要：作为工程力学学科中最基础，也是最重要的一门课程，弹性力学被广泛应用于众多工程范畴，并且具有十分多的工程典型案例。因为弹性力学研究对象广泛、研究内容抽象，导致在目前的教学中学生普遍认为弹性力学只是推导繁琐又复杂的公式，甚至对这门学科产生逆反心理。本文根据现阶段此科目教学中采用的讲授方式与设置的课堂内容上出现的一些弊端，研究弹性力学课程在教学方法和内容上进行变革的新思路。在不断摸索与改进的过程中唤起学生在课堂上学习的积极性和自主性，与此同时锻炼出工科学生的科学研究能力和工程实际应用能力，提高课堂效率和教学水平。

关键词：弹性力学; 教学内容; 教学方法; 教学改革

中图分类号：G642.0       文献标识码：A      文章编号：1006-3315（2019）11-159-002

一、弹性力学教学中存在的问题

1.教学内容不注重实践能力培养

当前，弹性力学课程的教学内容往往不考虑将结果进行对照分析，而过于侧重理论公式的推导[1]。弹性力学理论知识抽象，有繁杂的公式需要老师带领学生进行逐步递推，可是学生不知道这些公式如何进行工程实践应用，也不知道这些公式的正确性，因而工科学生普遍反映这门课程比较难掌握。

2.教学方法脱离科研及工程实际

如今弹性力学的教課方式缺乏对学生处理难度较大的科研问题或者是专业工程问题能力的指引与培养，却偏向于对古典问题进行讲解。所以，学生无法熟练地借助于所学弹性力学的分析思路和技巧去处理科研和工程实际中遇到的问题。

二、弹性力学的教学改革探讨

1.启发式教学

弹性力学课程对工科的学生而言始终是一门重要却难学的课程，其中繁多的偏分、微分运算和数学公式推导，会使学生在理解过程中感觉难度很大，丧失对弹性力学知识学习的热情[2]。因为该门课程公式繁杂，老师仅仅以讲授作为教学方法是不足够的，授课过程当中应该重点引发学生的兴趣，同时提高学生的积极性和自主性。确定了每堂课的讲解内容之余，还要准备在提及这部分知识时采取启发式和提问式相结合的课堂环节设置。

启发式讲授最核心的是老师在教学中要针对某一章节的知识提出实际工程遇到的问题，让学生们发散思维，开动脑筋，带着问题学习也能更专心、更投入。例如，在讲解圆孔应力集中的问题时，可以采用提问的方式要求学生们试着举例描述一些日常生活中存在的应力集中现象，这样在教课的时候就变得生动活跃不枯燥，学生也可以打起精神用心听讲，用心思考，提出难点，课堂效率也大大提高[3]。

2.结合其他力学讲解弹性力学

学生在解决实际工程问题时，通常不清楚应该选用哪门力学中的理论来进行简化分析，也不能认识到弹性力学的重要性，因此有必要让学生清楚三大力学和弹性力学之间的关系，并加以比对和归纳。当学生明确这几门力学课程的研究对象、假设、在结构计算中的作用等以及每门课程的任务、联系与区别后，便能灵活的解决科研和工程问题。其中理论力学为后继所学课程铺垫基础，主要总结出平衡方程;此后材料力学主要探讨单一杆系结构受力过程中产生的剪切、拉伸、弯曲、压缩、扭转等变形下的强度和刚度;而结构力学则主要涉及算出杆系结构的轴力、剪切、弯曲等内力，解决杆系结构的超静定问题，并且绘出相应的内力图。如此可以转换成材料力学问题，来计算杆系结构的强度以及刚度，例如建筑结构中的框架结构等[4]。

可是实际工程中有些结构不可以简化为杆件，比如板、壳、坝体等实体结构，再运用材料力学以及结构力学知识处理就会受到限制，必须利用弹性力学知识去解决。与此同时，由于材料力学重点分析杆件受力，通常基于平截面假定推导应力公式，弹性力学则不考虑平截面假定而是利用微元体来分析静力、几何与物理的微分关系，此举不但可以解决杆件结构受力问题，还能够分析研究实体结构，学生也能在学习过程中亲自领悟材料力学公式的适用性。

三、弹性力学的教学改革实施过程

在弹性力学的授课过程中，要将某方面内容的讲解与实际工程相互联系，做到使学生明白如何应用所学内容。正所谓学以致用，学生应该意识到，攻读弹性力学是不能脱离专业工程实践的。工程力学学科的学习目的不是为了通过某一科目的结课考试，取得一个较为满意的分数，而是为了以后科研或工作中解决工程问题时能够保证效率高、可靠性强，这样也对学生今后的发展大有裨益。

1.以阐释生活现象的方式引出问题

弹性力学的课程在教课时，很多的学生都认为弹性力学全部为理论推导，内容抽象，学完觉得毫无用处，因而产生抗拒心理，其根源还是对弹性力学的了解不足。事实上弹性力学内容中大多数的理论与公式都是根据具体工程问题归纳总结的，它是一门与实际工程问题联系较为密切的课程。因而在教学设计中应当融入一些实际问题，比如在进行圣维南原理的讲授时，可以随堂引入一些与生活息息相关的问题：用钳子剪铁丝时，为什么铁丝的两端不会发生变形？有水流经过地面下的排水管道的时候为什么路面上的人却毫无感觉？以此来引发学生对于“圣维南原理局部边界”的理论思考，培养学生以学到的东西来解释日常存在的问题的能力，达到实现学以致用的目的。

2.从工程实际出发讲解弹性力学

弹性力学的教学应该更加严谨的结合专业的工程上的问题，从具体的实际应用出发，让学生能够理解更为透彻，掌握并学会以弹性力学来解决实际运用中一般问题。教师在设计讲义时，尽量在每一章节的内容中都引入工程实例，让学生对工程背景的受力特点和几何特征进行分析和讨论，使学生清楚老师讲到的知识是如何运用和体现到工程实例中的[5]。

例如在第三章“简支梁受均布荷载”的教学内容中，老师可以先根据实际工程中可能遇到的浅梁和深梁受均布荷载的问题，引导学生课堂思考与发言，使得学生对该问题的弹性力学解答和材料力学解答进行对比，并阐述他们的分析过程和结论，然后师生再针对深梁共同建立该工程实际问题的力学计算模型，试算当梁的深度为跨度的一半时，最大弯应力的修正量，共同探讨并总结材料力学的解答在解决哪类力学问题时才足够精确，而哪些问题必须用弹性力学的理论来解决。[4]启迪和指导学生理论对比分析材料力学和弹性力学解答的不同，以此使学生对深梁等工程的应力计算这方面内容的理解更深刻[6]。

又例如，由日常生活中常见的楼板引发学生对薄板受力弯曲问题的思考，一根梁可以通过结构力学来分析其受力，而平板问题则需要弹性力学来解决。

以上举例也说明了弹性力学与之前学过的其余各门力学课程之间有着一定的关联和差异。学生大多不会意识到弹性力学有何种意义，就是因为在学完其他力学后没有作充分总结和对比。因而需指导学生在学习的同时总结各门课程在研究对象、内容以及方法等方面的差异，经过对比分析，使学生意识到本课程的重要地位和作用。

四、总结

弹性力学课程教学改革的检验标准就是学生能否将弹性力学基本理论及其相关知识作为有力工具来进行之后的科学研究分析和解决实际复杂工程结构问题。相关领域的实操和发展深受教学效果的影响，故此项改革是十分重要的。

本文提出将实际案例融入弹性力学理论教学中，通过讲授弹性力学理论在科研和实操中的使用，引导学生多加思索，对思考感兴趣，同时实现对学生们提高科研创新及解决实际问题的能力的教学目标。实践证明，结合实际背景教学，将理论和实际的使用相关联，就是该门课培养工科生创新能力的重要方式，这样当学生以后继续做科研的话就会有足够的基础知识。

参考文献：

[1]彭一江.土木工程专业本科生弹性力学课程的教学改革设想[C]中国会议，2015

[2]王润富.弹性力学课程教学的基本要求和基本内容[C]力学课程论坛2009论文集.北京：高等教育出版社，2010

[3]韩芳.问题式教学法在弹性力学中的探索[J]成都师范学院学报，2013，29（1）：114-116

[4]弹性力学课程在专业基础课教学中的教学与实践[J]长春工程学院学报（社会科学版），2015，16（3）：150-152

[5]任中俊.工科专业弹性力学课程教学探讨[J]当代教育理论与实践，2014，5：130-131

[6]徐芝纶.弹性力学[M]北京：高等教育出版社，2006