工程力学课程教学改革实践体会

王 涛，李 粤，张喜瑞，马庆芬，廖宇兰

（海南大学机电工程学院，海南儋州571737）

工程力学作为高等工科院校机械工程专业重要的一门基础课程，目标是培养学生运用力学知识解决机械工程实际问题的能力。工程力学是机械专业学生学习机械原理，机械设计，机械制造工艺学等后续课程的基础。对于学生来说，要求能够深入理解力学基础理论，并且能够熟练应用。

运用力学解决实际问题的关键，是对实际物理问题构造合理的力学模型，然后运用理论知识对模型进行准确分析计算。分析完成之后，要通过实验进行验证。

在实际教学中，理论和实验技术，随着科学技术的发展也在不断更新，因此，有必要在教学中不断改进教学内容和形式，以有利于提高学生具有运用力学知识的能力，提高学生创新素质。有鉴于此，许多力学基础课程老师进行了有益的探索和尝试。

笔者通过多年的工程力学教学实践，对课程的教学改革实践，做了有益的探索。

1 结合工程实例进行案例教学

在教学中引用工程实例，提高学生兴趣。工程力学在机械工程中应用非常普遍。在静力学教学中，着重让学生理解力对刚体的作用效果，对于力的平行四边形法则求和公理，合力矩定理方面，从合力与各个分力对刚体的作用效果方面进行深入理解，使学生对定理的内涵理解更加透彻。

通过一些工程实例，比如，轮船在受到水的浮力分析，人体系统在水中游动时的静力分析，农业机械中拖拉机拖带的铧式犁静力分析，都可以归为空间静力学问题来研究，使学生从实际问题和自然现象中，理解力学的应用以及如何解决实际问题。

通过讨论求汽车重心的实验方法，运用启发式教学，引导学生主动思考。帮助学生更进一步理解重心的概念，掌握求解物体重心的基本原理和方法，以及对新的形状物体重心的求解方法的思考。

讲清力学的基本概念，以及知识的来龙去脉，让学生从整体上有所把握。比如，学生学完达朗贝尔原理之后，就知道解决动力学问题的办法，可以先通过加惯性力或惯性力偶之后转变为静力学问题，进一步通过静力学中的平衡方程解决动力学问题。而对于多约束物体系统的静力学问题，列平衡方程解决不出来，就直接采用虚位移原理来解决。

通过学生对这些方法和思路的实践体会，解题的能力必然有所提高。

在教学过程中，鼓励学生看原版原著，同时培养自学能力和研究探索能力。在课堂上通过具体分析一些力学魔术、力学杂技走钢丝的平衡问题，以及仿人机器人姿态控制、卫星的姿态控制等问题，从力学的观点来分析解决问题的思路和方法。通过惯性力的概念，引出工程实例，从问题的起源到问题的分析，以及运用惯性力的概念去解决系统的平衡问题，并进行全面的阐述，并给学生留有一定的思考空间，那么学生会得到进一步的思考和启发，体会到怎么提出问题，怎样用自己学过的力学知识分析实际问题，达到理论和实践相结合的目的。

比如，学生具备了材料力学中拉伸、剪切、弯曲等实验基本技能和知识之后，提出如何研究农业物料的力学性能。结合本校实际，如何开展研究甘蔗和木薯的抗拉、抗剪、抗弯曲等性能，为进一步设计良好的切割刀具做基础。

启发学生用材料力学的基本知识，去解决甘蔗收获机械等课题中面临的问题。比如甘蔗在被切割器切割时，会发生破头现象，如何运用力学知识去探讨其机理，运用运动学和动力学知识，分析扶蔗器扶起甘蔗的过程。那么学生从这些活生生的案例中，体会到工程力学应用的价值，进一步提高了学习的热情和理解的深度。

2 鼓励学生做实验解决实际课题

力学测试技术，在工程实践中有重要的地位。在教材中，往往只告诉学生已有的数据，而没有说明这些受力大小的数据，是如何测试出来的。通过应力应变关系，借助惠斯电桥把变形量变成电量，这种对力的测试只是一种方法。还可以通过弹簧来解决，通过其他具有和弹簧类似的拉伸性能的物体做传感器来解决。这样开拓学生思路，给予启发式教学，通过分析力与变形的关系，把测力问题转化为测量位移的问题，学生思路就打开了，体会到学习物体的基本性质能应用到力学测量的课题中，学生在学习时，自然就能带着问题来学，思考“为什么是这样，学习这些性质有什么用，能不能再扩展”等问题。

在这过程中，学生就能自觉进行思考，学会自己提问题，由被动式学习转变为主动式学习。原有的力学知识就变成学生手中活生生的工具，学生体会到运用力学知识解释自然现象和分析解决实际的问题的乐趣。

比如为了改善柴油机喷油量问题，开发了电控柴油机，在课堂上讨论解决柴油机调速器转速和油门开度关系问题。学生就能从解题思路上站得更高，想到先对调速器的动力学问题转化为静力学问题，再通过虚位移原理顺利解决。

力学是为生产服务的，在机械工程领域有许多的力学问题，通过展示先辈们的科研成果，具体分析成果运用力学的方法和过程，提高学生创新能力。在课后布置一定数量联系工程实际的作业，比如让学生思考如果测定机械零部件的惯性，让学生课后解决测量木薯切削力、椰壳切削力等实际课题。这些课题对锻炼学生的动手能力都有很大的益处。

在学完应变片测量杆件的变形时，提出拖拉机在耕地时所带铧式犁受到土壤的随机载荷作用，需要研究土壤阻力随机载荷分布状况。启发学生自己布置实验，运用力学知识解决测试载荷分布问题。经过学生的动手动脑的实践和讨论，学生也体会到力学不是一门枯燥无味的知识，而是一门有趣的学问并且是非常有用的工具。

3 运用计算机教学提高解决问题的能力

随着计算机技术的快速发展和广泛应用，工程力学问题也开始采用计算机进行辅助分析和计算，运用计算机编程技术求解工程力学中导出的公式，并得出力学方程的近似解。在实验教学中，采用计算机采集实验数据，并绘制实验曲线，显示图形，并且更好地模拟物体的运动过程。

比如，在力学教学中逐步运用虚拟仪器测量技术，引导学生运用数据采集卡测试芒果、椰子、龙眼、番茄等农产品的应力变化情况，学生通过LABVIEW软件平台，自己编写数据采集程序，并实时显示应力与变形之间的关系，自己搭建拉伸应力的在线监测系统。这样，学生对拉伸、扭转、弯曲等实验原理和过程，就有了更加深入形象的理解，也提高了学生的科研能力。

在力学数据分析和动力学仿真方面，逐步采用MATLAB软件融入到工程力学教学之中。此软件是目前工程数学分析的重要工具，对于力学中常见的曲柄滑块机构、平面四连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等运动学、动力学分析等问题，能得到很好的解决。用软件可显示出机构中各个点的位移、速度、加速度的动态变化过程，极大地提高了学生的兴趣和应用计算机来解决力学问题的积极性。

运用机械动力学分析软件ADAMS，对机构运动学、动力学规律进行可视化研究，也增强学生的分析能力和创造能力。在材料的受载变形方面，通过有限元分析软件，来模拟加载过程，能观察到杆件受力变形和应力的分布情况，减少了力学实验成本，也提高了学生对力学的受力变形的规律深入理解。学生对这些常见的软件进行了解之后，基础好的同学在课余时间就能自己进行深入的钻研，提高了学生的学习自觉性和科研探索能力。

4 师生互动，鼓励学生大胆提问与质疑

根据当今社会的发展需求，提高学生的创新能力和素质教育，已经成为高校培养人才的重要理念。但是在本科教育中，仍然存在知识传授有余、创新探索不足的现象。

因此，在工程力学课程教学过程中，尽量采用师生讨论互动的方式，在课堂上提出力学问题，让同学展开大胆的想象，提出自己的想法。采用一种平等的研讨方式，让学生学习如何提出问题，如何研究问题并做出有用的结论。

以振动式挖掘铲为例，在讲到摩擦力章节的时候，就给学生提出如何减少摩擦力、如何在下雨天的时候消除挖掘机铲斗上的粘泥土问题。学生对此问题有浓厚的兴趣，提出了多种解决方法，比方说用铁锤锤击的方法，和采用刮板刮的方法等等。那么为了进一步比较消除附带泥土的效果，鼓励学生课后分成小组做实验，验证自己的想法。同时在课堂上介绍我国学者任露泉先生在脱附降阻表面结构上所做的工作。他首次发现了土壤动物表面脱附减阻现象，通过对一万只动物实验和理论分析，揭示了动物表面脱附减阻的形成机理。应用该基础理论开发了减阻效果良好的农业机具。

许多学生从中得到灵感，平时也经常观察自然现象和自己生活当中的力学问题。同学课后能够撰写一些关于对实际问题进行力学分析的小论文，以及对力学应用的一些新的想法。学生自然兴趣浓厚，并能够主动地把力学应用到实际之中，提高个人创新能力，达到良好效果。

5 结束语

工程力学教学方法实践过程中，需要我们不断的进行探索和改进，并结合教学实际，对于有一定灵活性的题目，采用师生讨论的形式进行。尽量让学生参与进来，让他们提出自己对问题的理解和看法，从多角度来思考同一个问题。在学生与老师的讨论问题的过程中，往往能够有新的见解。激发学生学习兴趣，培养学生具有批判性思维。通过对具体课题共同讨论研究，使学生能够理论联系实际，进一步开拓思路，运用工程力学知识，解决本专业的实际问题。

今后，我们还要不断加强工程力学教学的改革和课程建设，努力多结合一些具有探索性、创造性的课题，融入到力学教学实践中去，进一步提高工程力学教学品质，提高学生的创新能力。

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