《工程力学》教学与工程意识的培养

摘要：结合《工程力学》课程的课堂教学涉及到大量的工程案例和工程应用，且与多学科相互渗透和应用性广的特点，本文提出以理论分析为基础，案例教学为手段，实际应用为目的，加强与工程实际相结合，培养学生的理论学习的能力、技术应用能力以及创新能力的课程改革的新思路。

关键词：工程力学；工程意识；应用性人才

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）35-0067-02

《工程力学》课程是机械、土木工程、材料科学、航空航天、化工等工科类专业学生最早接触的一门重要的专业基础课，是连接基础课和专业课的桥梁，其教学质量的好坏将直接影响和关系到学生后续专业课程的学习。经过近几十年的努力，全国各大高校的《工程力学》课程在教学体系改革和教学方法的研究上取得了一定的成果，但是在传统的教学模式下，仍有相当一部分学生被动学习，缺乏学习积极性，不能灵活地应用所学的力学知识解决实际工程问题。结合当今“本科教育工程”培养应用型人才、创新型人才的教育理念，需要对工程力学教学内容、教学体系和教学方法进行全面改革，从而提高学生的学习兴趣，改善教学效果，提高教学质量。

一、工程力学的教学现状

目前大多数高校《工程力学》课程的教学采用计算机多媒体辅助教学与传统授课模式相结合的方式，仍然是教师板书讲解为主，学生课后做作业，然后教师进行点评和课后答疑的模式。《工程力学》作为一门理论性和应用性较强的课程，虽然这种教学模式有利于发挥教师的主导地位，遵循循序渐进的方式讲解，而后通过讲解一定的例题巩固学习内容，从而掌握力学相关的概念和理论。但是也存在一定的缺点，如缺少课堂互动，造成讲授过程枯燥乏味，学生的学习积极性不足。学生不能正确全面地理解教学过程中涉及的力学模型，更谈不上分析其力学原理、解决实际的工程问题。另一方面，工程中的实际问题非常复杂，在研究实际问题时，从问题的提出，模型的建立，到需要的条件和数据，以及采用什么理论和方法解决问题，都需要扎实的基础知识和分析能力去解析，去研究。尤其是在目前培养具有工程能力和创新能力的高素质人才要求下，充分调动一切积极因素，将工程意识贯穿于整个工程力学课程的教学过程中显得尤其重要。笔者结合本人多年的实际课堂教学经验和教学研究成果，主要从以下几个方面探讨工程力学教学改革与学生工程意识培养的问题。

二、改革课程教学内容，构造课程新体系，突出课程专业特色

力学学科具有鲜明的基础性和应用性，随着科学与技术的发展，力学课程面临着深化基础理论与加强工程应用双重任务。对此，我们遵循的原则是：提高起点，减少重复，注重内容与实践相结合，对基础知识进行精炼、深化和拓宽。结合我校土木工程专业和机械专业的特点，针对性地改革课程教学内容，加强工程概念和实践性内容，将教学内容由专而微观向宽而宏观转变，力求做到既向学生传授科学知识，又给学生展现工程技术的背景。我校的《工程力学》的教学内容主要分为三部分：静力学和运动学部分、动力学部分和材料力学部分。针对课程的体系和学习的重点、难点，首先将各部分的难点从课程内容中剥离出来，进行专题训练。如静力学中讲解约束的类型与约束反力时以图片、动画等还原其工程结构原型（齿轮、屋架、桥梁等），讨论实际约束的简化情况，得到力学模型；结合真实图片和工程案例讲解生活和工程实际中作用的分布力的形式；其次静力学和运动学部分与普通物理重复的公式直接给出结论，不再推导，但是强调和深化有所区别的部分。另外动力学的三个基本定理的推导部分与普通物理学课程中的力学部分相重复，在授课时根据学生掌握的具体情况进行选讲或略讲，将主要精力放在问题的分类总结和公式的使用方法上。材料力学部分的教学更加注重与工程实际的结合。可以从身边的力学，如人的四肢骨骼、竹子的空心圆截面和上细下粗等力学特性，讨论四种基本变形的合理截面；撑杆运动谈压杆的稳定性；包装袋锯齿开口谈应力集中现象；土豆的内伤谈最大切应力等等，以及工农业、国防建设等方面的最新力学成果，通过图片、视频和动画演示引导学生从书本和课堂走向实际生活和生产。

三、改革教学方法，增强学生学习兴趣

教师在课堂讲解时要抓住重点和难点，强化基本概念、原理，并且将新概念和新知识能够回归到这些基本概念上来。如动力学三定律实际上就是牛顿三定律的进一步延伸；内力法和截面法是研究变形体的最基本的方法，按照“试验、观察、假设”的研究方法；几何方面、物理方面和静力学方面三方面贯穿于分析三种基本变形和超静定问题的始末，从而站在一定的高度俯瞰全局。针对工程力学课程中大量的繁琐的公式，每次课堂前后通过课堂测试或教师讲解的形式进行简要的回顾和归纳，强化记忆重要的基本公式的完整的形式，总结一些基本规律，从而达到事半功倍的效果。如：应力（?滓，τ）=应变（?着，?酌）×模量（E，G）；应变能密度（V?着）=应力（?滓，τ）×应变（?着，?酌）等。另一方面作为力学教师，平时注意力学相关资料的收集，自己在旅游和科研工作之际拍摄桥梁、建筑物、工程事故的图片；自己动手运用ANSYS、MATLAB、SOLIDWORKS等计算机商业软件制作和开发物体运动和变形的动画模拟、局部放大、过程演示等，使学生容易接受，又大大提高学生的学习兴趣。教学过程采用多媒体授课不仅可以节省大量板书的时间，信息量也大大提高，使得课堂氛围更加生动活泼。而且引入大量的动画、工程实例等，以提高学生的感性认识。但是在公式的推导时，还是以黑板讲解为主，注重理论分析和推导的过程。教师在每次课结束时设置与具体工程实际（工程算例、工程案例）相结合的习题作为课后思考题，培养学生通过工程应用，解决实际问题的能力，增强工程安全责任意识。通过一系列的措施将力学知识融入到各专业课中，同样，各专业课内容也要融入到力学课中去。两类学科的交叉与相融应是教学体系改革的良好途径。以周培源大学生力学竞赛为契机，通过一系列的竞赛辅导方式鼓励学生积极参加比赛，学生自主设计实验，亲自动手研制力学实验仪器，充分发挥学生的想象力和创造力，培养学生深厚扎实的力学理论功底，提高学生的观察、思考、交流和实践协作的能力；力学教师也在培训的过程中进一步转换教育思想和教育理念，更加积极、主动地投入到教学改革中，大大地提升了个人业务水平，探索出一条力学课堂教学与实践相结合的教学模式。

四、改进考试评价方法，突出考核学生的能力

考试是教学过程中的重要环节，也是评价学生学习水平、检验教学效果的重要手段。笔者在教学实践中进行了几点尝试：（1）实现考试命题的科学化。即要真实反映教学水平和教学要求，能有效地评价教学质量，避免教学中的主观随意性。（2）考核方式多样化。不同教学阶段，采用课堂测试、阶段测验、小论文和闭卷考试等多种考核方式。（3）注重考后分析，寻求最优教学结果。

研究型教学的模式对力学的教师提出了更高的要求。教师不仅需要具有较高的学术水平，还须具备一定科研能力，树立以学生为主体的思想；培养学生实事求是的科学态度和严谨的工作作风；培养学生理论联系实际的能力，还应培养学生跨学科的意识、科研意识、自主学习意识，为后续专业课的学习打下坚实的基础，为培养高素质创新人才创造条件。

参考文献：

[1]哈工大力学教研室.理论力学（I，II）[M].第6版.高等教育出版社，2005.

[2]孙训方主编.材料力学（I，II）[M].第5版.高等教育出版社，2009.

[3]王繁生，蒋红旗．Matlab在材料力学教学中的应用[J]．高等建筑教育，2009，18（4）：101-103．

[4]林红，胡玉林，薛世峰.ANSYS在工科材料力学教学中的应用[J].电脑学习，2011，（1）.

作者简介：孙艳（1978-），女，中国地质大学（武汉）工程学院讲师。