浅谈高职工程力学课改

代美泉

摘要针对高职《工程力学》内容不减、课时压缩，又要保证教学质量的现实情况，结合国家对高职高专学生的培养目标，本文从教材、教法、解决计算问题等方面阐述工程力学课程改革。

关键词工程力学课程体系教材教法计算机

一、目前高职工程力学的课程体系

工程力学是研究构件在外力作用下的变形规律及破坏条件、构件的运动规律及运动状态变化与外力的关系。传统的工程力学分为理论力学和材料力学。为了适应高职课改，以“必需”、“够用”为主，各高职高专院校对工程力学课程做了调整，课程体系将教材的整体框架按静力学、构件承载能力分析和运动力学的次序重组，即将材料力学精编为一篇并置于静力学后。将基本变形中的外力、内力、应力、强度分析以模块处理的方式有机结合起来进行讲解，而将运动学与动力学有机地融为一体。改称为运动力学。这种课程体系在一定程度上满足了高职课改的需要。但是不难看出，它只是将理论力学和材料力学中共有的有关力的知识点抽出来构成了静力学部分。整体上来说，该课程体系仍然以学科本位为主，围绕理论知识点层层深入。这容易使学生感到力学知识理论性太强，缺乏应用功能。导致高职学生厌学，不利于培养学生的创新能力。

二、离职工程力学课改的几点意见

1、工程力学的教材改革。教学改革的关键在于教材改革。目前，国内各种版本的高职高专力学教材大多是从本学科的理论系统方面考虑较多，对专业的要求、课程间的衔接配合、学生的实际情况考虑较少。参照教育部《高职高专教育基础课程教学基本要求》，基于目前高职学时有限，对于工科类高职工程力学课程来说，主要为后续的机械设计课程打基础，而机械设计课程中用到的知识点主要是杆件承载能力分析，依据高职学习“必需”“够用”为准，我们可以重点来讲解此部分。根据此部分特点。可以按杆件的变形形式分项目教学，即分为杆件的轴向拉(压)变形，圆轴扭转变形、平面弯曲梁的变形和剪切与挤压变形四部分，而将静力学内容穿插进来讲解，如将受力图和力的基本计算问题与杆件的轴向拉(压)变形相结合；将力矩和力偶与圆轴扭转结合：将平面任意力系与平面弯曲梁结合。将静力学的基础知识有机的与杆件承载能力分析部分相结合，确定每一节课的任务，进行项目化教学，使学生明确学习目标，便于学生学习掌握。

2、工程力学的教学方法。传统的教学中，教师以课本知识为中心，以课堂为单一的教学形式，在教学内容和形式上都是封闭的。教师照本宣科地教，学生则死记硬背，对所学力学知识没有高层次的本质认识，更不可能对一些工程实际或自然现象的问题进行理论可能性分析。“教育的最好方法就是使学生尽快应用他们学到的技术，通过实习给他们以早期经验，而不是给予他们无尽的数字”。工程力学主要用于解决实际工程中的力学问题，它本身就是一个不断发现问题、解决问题的过程。它与社会生活紧密相连，体现社会的需要，很容易激发学生的学习兴趣和创造欲望。根据工程力学特点，可以开展下列教学形式：

(1)问题式教学法。问题式教学法一般由“设问－讲授－讨论－小结”四部分组成，这种教学方法由教师讲授和学生参与相结合。例如，《工程力学》基本概念中对静力学的研究对象刚体的描述是在力的作用下，大小和形状都不变的物体。学生会产生这样的疑问：任何物体受力后都必然要变形，这里为什么要将静力学研究对象抽象为刚体呢?举例让学生讨论，他们发现原来能够解决的问题考虑形变后变得复杂，甚至不能求解了。这时再给出结论。说明工程力学研究问题时，为了使问题简化可求，在影响不大的情况下，往往忽略一些次要因素。

(2)实例教学法。工程实例教学法是根据教学的内容选择合适的工程或生活实例，通过对这些实例的观察、分析，定性地、启发式地引入新的概念和原理，使学生从感性认识上升到理性知识，再结合理性知识去分析、解决工程实际问题，从而做到举一反三。例如，《工程力学》教学在讲“压杆稳定”一章时分析了许多工程事故产生的原因，讲述了龙门起重机在吊装主梁过程中屡次发生倒塌事故的案例，对一些事故原因作认真分析。如由某建筑工程公司等单位承担安装的龙门起重机在吊装主梁过程中发生倒塌事故。让学生根据学过的内容来分析事故发生的原因。通过讨论得出的原因是：对刚性腿顶部外倾的结构稳定性没有予以充分的重视。这时可因势利导：“假如让你来设计这个起重机，该如何设计?”通过这个环节的学习。学生彻底理解了压杆稳定的一些知识点和基本内容。

(3)实验教学法。《工程力学》中许多理论都是基于实验而得出的。在学习过程中可以先通过观察实验现象，再根据力学和数学理论进行分析推导，由此得出结论。工程力学的实验可以利用现有实验装置，如金属材料拉伸试验；也可以通过生活常识设计制作实验。如笔者在介绍应用集中概念时，现场准备了三个塑料食品袋，一个有锯齿形的缺口，一个边缘有剪口，一个则什么都没有。然后让学生试着用手撕开。并体会其难易程度。学生很快就能得出有缺口或剪口的袋子撕起来比较容易的结论。此时，教师解释原理则水到渠成：缺口处的形状、尺寸发生了突变产生应力集中而导致强度降低，并且缺口尖角越小，应力集中程度越严重，越容易撕开，而剪口尖角近似为零，所以最容易撕开。引伸到工程实际中，告诉学生设计构件要尽量避免形状、尺寸发生突然改变。

(4)多媒体教学。“工程力学”多媒体教学的实施使得教学方式多样化，给学生营造一种立体的、全面的、动态的学习情境，使一些抽象的概念、理论变得直观明了，激发了学生的学习兴趣和积极性，便于实施启发式教学，使课堂教学更具灵活性和多样性。《工程力学》多媒体教学中采用的手段有：如低碳钢的拉伸是材料力学中的常规实验。利用多媒体技术将试件的变形和载荷一变形曲线做成动画，形象地显示出随着载荷的增加，试件被拉伸，直至断裂的过程，且塑性材料的4个拉伸阶段清晰可见，使教学更加贴近于工程实际。

三、利用计算机辅助解决工程力学计算问题

工程力学问题的计算非常复杂，单凭笔算很难胜任，如何利用计算机辅助解决工程力学计算问题，也是现代教学改革的一个方面。配合力学研究开发的软件有MATLAB和ANSYS软件，前者用数值计算的方法求出结果，用图形和模拟动画展示出物体运动的演化过程，后者通过有限元结构分析来进行数值分析，描述构件的强度。

《工程力学》的课程改革是一项复杂的、系统性和实践性很强的工作，要在确保教学质量的情况下，围绕工程力学课程体系有效地开展教材的建设、教学方法的更新、计算手段的提高，更好地为高职课改创立一个典范。