《工程力学》课程教学方法的探讨

周 煜

（安徽工业大学 机械工程学院，安徽 马鞍山243032）

工程力学是高校工科专业中一门重要的专业基础课，其理论性较强、与工程技术联系极为密切，它的基础性地位导致它在自然科学和工程技术领域中发挥着越来越重要的地位，广泛应用于众多工业领域如机械、土木建筑、航空航天中[1]。工程力学包括静力学和材料力学两部分的内容，研究的是物体的受力分析、平衡条件以及杆件的强度、刚度和稳定性问题。通过对工程力学进行学习，一方面，可以为后续相关专业课程的学习打下必要的理论基础；另一方面，可以培养学生分析解决工程实际问题的能力以及锻炼学生的逻辑思维能力。但是，工程力学涉及的知识面较广，研究对象从刚体到变形体，研究方法也各有不同，许多理论较为抽象，逻辑性强，加上学生的实践经验少，在学时不断减少而要求不断提高的条件下，初学者要较好地掌握工程力学的知识还是具有一定的难度，甚至有些学生在接触工程力学的初期就感觉到其困难性，进而产生厌学情绪。本文笔者结合个人的教学实践，对工程力学的课程教学方法进行了相关探讨，旨在培养学生学习工程力学的兴趣，提高工程力学的教学效果。

1 传统工程力学教学中存在的问题

传统的工程力学教学中一般对各知识点讲的过全和过细，所以需要耗费较多的学时。随着教学改革的逐步推进，各工程专业对各自的课程设置和教学内容都做了相应的调整，在缩短工程力学学时的情况下同时还提高了工程力学的教学要求，导致一些教师为了完成教学任务量而不得不追赶教学进度，从而影响了教学质量，一定程度上增大了课程学习难度。因此，需要教师结合各专业的应用背景制定合适的教学计划，对与专业结合相对紧密的知识点进行重点讲解，从而为后续的专业课学习打下扎实的力学基础，同时培养学生解决一定的工程实际问题的能力。

另一方面，传统的工程力学教学手段主要是“黑板”或者“黑板+PPT”的方式，教师在课堂上从概念引入到定理证明再到例题讲解，整个讲授过程显得枯燥无味，导致学生在听课时难以集中精力，其抽象思维能力也难以得到有效的提升。

2 启发式教学，调动学习积极性

工程力学中涉及到的概念较多，理论较为抽象，学生在学习时难以理解，容易产生厌学情绪，甚至旷课，所以在教学时要注重学习兴趣的培养，调动其学习积极性[2-3]。绪论作为一门课程的入门向导，是讲授这门课程质量好坏的关键所在。教师讲好绪论，可以使学生明确在工程力学中需要“学什么”、“为什么学”和“怎么学”，激发学生的求知欲。在讲授绪论时最好能采用多媒体教学的方式，以工程实际、人们日常生活中遇到的力学问题为切入点来讲解力学在实际应用情况。例如，比萨斜塔为何如此坚固而不倒塌？千斤顶为何能承受千斤的重量而不下落？为何食品包装袋上存在一个小缺口？汽车轮胎表面为何会有许多凹凸不平的花纹？这些生活实例的引入很容易使学生产生对工程力学的浓厚兴趣，促使他们努力学习工程力学知识去解决工程实际问题。与此同时，讲授一些与工程力学有关的故事以及中国和世界的力学史实故事，例如赵州桥的设计、竹子的力学性质以及机械手与机器人的研制，进一步阐明工程力学的发展前景和重要性。

同时，在教学过程中教师应善于提出问题，使学生进入“生疑、质疑、解疑”的学习情境中，通过不断深入的思考，最后解决问题。例如在讲解力的平移定理时，可以引用学生在金工实习时采用丝锥攻丝的实例。钳工在攻丝时为何要用两手同时动作，而采用单手握住丝锥绞手一端进行攻丝则容易使丝锥折断。与此同时，在课堂上讲解一些学生难以理解的问题时，可以适当地引入演示实验，激发学生解决难题的动力。比如，在讲述铸铁一类材料的断裂方式时，可以采用粉笔这样的脆性材料来替代，通过手施加拉伸、弯曲、扭转载荷，观察粉笔在不同载荷类型的作用下的断裂路径，通过这样的方式可以使学生更好地理解有关的断裂理论。总之，使学生在愉快的心情下深入思考问题和不断探索，从而保证教学的顺利开展并达到预期的效果。

3 循序渐进地揭示力学理论

工程力学理论较为抽象，直接讲述可能枯燥无味，如果结合生活实例循序渐进地进行解释，教学效果会更好。例如，在讲解平面任意力系的简化时，可以采用阳台（悬臂梁）的固定端处的约束反力来说明，通过力的平移定理和向固定端一点进行简化可以解释为何固定端的约束反力可以用两个正交分力和一个力偶矩表示。再比如，在讲述利用杆件弯矩、剪力和载荷集度之间的关系快速作出杆件内力图的方法时，往往可以总结归纳出容易记忆的口诀来直接画出。从左往右，在集中力作用处，剪力为上加下减，弯矩有尖角；在集中力偶作用处，剪力不变，弯矩为顺加逆减。随后教师有必要进一步解释其来由，该口诀的基本原理实质上是对分段点（集中力或力偶作用处）左右两部分分别建立平衡方程，再根据剪力和弯矩的正负号定义即可得到剪力和弯矩在分段点处的变化。通过这样的讲解，学生可以更好地理解口诀，而不容易产生混淆。

4 理论教学与工程实践有机结合

长期以来工程力学教学侧重于课程内容的讲解，而忽视了工程力学的主要目的之一，即解决实际工程中的力学问题，因而难以培养学生的创新能力。所以，在教学过程中教师可以适当地加入相关的科研项目内容，实现二者的有机结合，不过这也要求教师具有深厚的力学知识和宽广的知识体系结构，不断提高自己的科研水平和积累工程经验，利用自己的知识对学生的知识创新性进行引导和启发。例如，在讲述梁结构的应力状态和强度理论时，可以将火电厂主蒸汽管线结构的应力分析项目带到课堂中，阐述弹簧支吊架和刚性吊架等的调整对整体管系结构的应力状态的影响。随着计算机的高速发展，在科学和工程领域中涌现出越来越多的数值计算软件如MATLAB[4]和有限元计算软件如ANSYS，科研工作者和工程师们借助数值分析软件可以完成大型复杂结构的应力分析计算，通过在课堂上介绍相关软件及其项目研究，可以培养和提高学生学习计算机软件解决实际工程力学问题的能力。

5 结束语

笔者结合教学过程中的经验和感受对工程力学的教学方法做了几点探讨。工程力学是一门与实际工程技术紧密联系的专业基础性学科，概念和理论抽象，例题和习题大多对工程模型进行了简化，导致在学习过程中学生难以产生浓厚的兴趣，学生的创新和解决工程问题的能力难以得到有效的提高。因此，教师需要通过各种积极有效的教学方法，激发学生的学习兴趣，增强其科学思维能力，特别是通过一定的实际工程项目研究的讲解，提高学生的创新能力和解决实际工程问题的能力。

［1］范钦珊.工程力学[M].北京:清华大学出版社,2005.

［2］左建平,左明.谈大学工程力学课程的教学思想[J].高教论坛,2010,4:18-21.

［3］赵玉成,喻梅.工程力学课程内容体系及教学改革研究[J].力学与实践,2009,05:69-71.

［4］何结兵,顾爱军,楚海建.Matlab在工程力学课程教学中的实践[J].力学与实践,2003,06:73-75.