学生如何才能学好工程力学课程

陈艳霞 李建宝 张柱 梁清香 张俊婷 陈静

摘要：本文以工程力学课程为例，针对学生在课堂学习过程中所表现出来的一些普遍现象，比如学习积极性不高、无效的学习方法、消极懈怠的学习状态等方面，积极查找问题根源，分析寻求解决办法。据此，本文主要从以下几个方面进行分析：首先是教师要准确把握工程力学课程的教学内容，尽量做到重点突出，难点分散，使静力学、材料力学两块学习内容既相独立，找到各自的学习方法，又要体现二者的承接关系，使整个教学内容连贯完整;其次是要在不断的教学实践中发现问题，从教师的教和学生的学两方面同时着手，师生需要积极配合，以学生为主体，教师可根据课程的教学内容和所面对学生的学科基础，学生学好工程力学课程的几个关键要素包括吃透基本概念、把握基础知识、缕清学习内容之间的逻辑关系、寻找适合的学习方法等，同时教师也要积极采取科学有效的教学方法，因势利导，使学生积极发挥学习的主观能动性，轻松愉快的学好工程力学课程。

关键词：工程力学;教学内容;学习方法;教学方法

工程力学研究自然界以及各种工程中机械运动最普遍、最基本的规律，以构件为研究对象，研究力的两种作用效应，即外效应（运动）和内效应（变形）。工程力学教材一般包含静力学和材料力学两部分，采用理论和试验相结合的研究方法，在学习中着重培养学生的逻辑思维能力和抽象化建立力学模型的能力，学会应用工程力学的理论和方法分析解决一些简单的工程实际问题，为学习后续专业课程做必要的知识储备，同时也为将来学习和掌握新的科学技术创造条件。

一、工程力学课程的研究内容

为适应不同专业需求，工程力学涵盖着理论力学和材料力学两门课程的主要经典内容，知识点构成及学习目标叙述如下：

二、工程力学课程的教学现状

工程力学课程需要以大学物理和高等数学两门课程为先导，涉及的内容多、范围广以及对数学知识灵活运用有一定的要求。课堂上，学习态度端正，学习效果较优且愿意积极配合老师的学生，他们大多前排就坐;有些学生是心有余而力不足，想学习但是却找不到适合自己的有效的学习方法，学习效果不明显;还有些学生是踩着上课铃声进教室，悄悄地坐在后排位置，畅游在自己的虚拟世界，自娱自乐。出现这些现象的主要原因有

1.学生缺少明确的奋斗目标。从小学到高中，经历漫长的学习之旅，金榜题名踏进大学校园，这对于大多数学生而言都算得上是巅峰时刻。大学校园的管理模式和学习方法，将自主权交还给了学生，对于那些没有学习计划和长远规划的学生来说，不了解现阶段自己的职责是什么，不清楚自己真正需要的是什么以及未来的出路在哪里，于是便开始了沉迷于网络游戏得过且过的日子，对所学课程提不起兴趣，又不愿主动挖掘自己的潜能去学习自己擅长的领域，最终导致无效学习的恶性循环，出现很多“挂科”记录。

2.学生缺乏自主学习意识。生活中不善于观察和发现问题，也没有合理提出问题的能力，这是导致学习中理论与实际脱节，提不起学习兴趣的主要原因;再加上部分学生缺乏学习主动性，需要任课教师在课堂上不断的提醒和督导，才能引导其进入学习状态，而这部分学生恰恰是影响课程教学效果的“中坚力量”。

3.学生“身在曹营心在汉”。如果教师关注的只是出勤率，而不适时判定教学效果，那么教学质量很难实现真正意义上的提高。目前的课程考核机制，容易让学生误认为学与不学结果都一样。课后作业或课堂练习习惯性缺席或借用别人的劳动成果，导致教师不能实时准确地了解学生对知识的掌握程度。少数学生学习态度不端正，拒绝听课是导致“学不好”该课程的主要原因。

4.学生缺少实践的机会。目前的课堂教学模式，按照教学进度安排，时间紧任务重，所以很少安排课堂练习或课堂讨论环节，有些学生反映上课能听懂，但是课后做作业之前还需要再把教材内容过一遍，很难达到下课就能做题的水平。出现这种现象的主要原因是学生没有真正参与课堂的机会，如果能做到边讲边练，讲练结合，课堂教学效果才会得到明显的提高。

5.教师教学能力有待提高。教学是一个良心活，这需要教师热爱自己的本职工作，愿意为提高教学质量投入大量的时间和精力。而现在的情况是，教师除了教学，还要完成一些教科研项目、课程团队建设、各类评估认证、绩效考核等等一系列的工作任务。所以教师备课、修改课件、批改作业的时间就会少很多，有些教师干脆除了课堂教学，其他与教学相关的环节均忽略，虽然这样做能够节省时间，但是教学效果无法保证。

三、扎实基础知识，是学好工程力学课程的关键。

工程力学课程教学内容有很强的逻辑性，静力学中应用平衡方程求解未知量是重点，而认识约束会画约束力是基础，画受力图是关键的第一步。材料力学中寻找危险截面上的危险点，进而代入强度条件或刚度条件进行校核是重点，而应用截面法求内力并绘制内力图是基础。

1.学好静力学部分的关键是认清约束，会画约束力。

根据约束力的一般画法可将约束分为以下几类：

（1）约束力作用线可唯一确定的约束

光滑接触面约束（图1a，约束力沿接触面法线或公法线方向指向受力體，图1a1）、柔性体约束（图1b，约束力沿绳子收缩的方向背离受力体，图1b1）、可动铰支座约束（图1c，约束力作用线沿接触面法线方向，可指向（图1c1）也可背离（图1c2）受力体）

（2）约束力作用线需随机应变的约束

固定铰支座约束（图2a，它连接二力杆或二力构件时，约束力沿两个受力点的连线或延长线（图2a1），满足二力平衡条件;运用三力平衡汇交定理（图2a1）或力偶只能和力偶平衡（图2a2）或平行力系作用下均可唯一确定约束力作用线方位;除此以外可正交假设画约束力的方位，图2a3），光滑圆柱铰链约束（图2b，内部约束，约束力不拆不画;拆开以后约束力的画法同固定铰支座的画法，可将销钉与某一连接件视为一体，根据作用与反作用定律画受力图2b1、b2）。617BC4E5-13DD-4894-B481-E0BC6092E2A2

类似的还有径向轴承约束（图3a，受力图3a1）、径向止推轴承约束（图3b，受力图3b1）、球铰链约束（图3c，受力图3c1）

（3）固定端约束及约束力的画法

固定端约束（图4a）既能限制被约束物体的移动，又能限制其转动，故约束力和约束力偶同时存在（后面统称为约束力），平面问题中约束力如图4a1所示，空间问题中约束力如图4a2所示。

2.学好材料力学部分的关键是掌握分析方法，记清公式。

首先了解各基本变形的受力特点、变形特点，会判断构件的变形形式;其次掌握应用截面法求内力并绘制内力图，确定内力的极值;再次掌握应力、变形、应变等基本量的计算;最后能熟练的对构件进行强度、刚度或稳定性方面的校核工作，进而判定构件是否具有足够的承载能力。具体内容见表1-1。

3.熟练掌握应用平衡方程求解未知量的一般步骤是學好工程力学课程的基础。

无论是静力学中求解约束力，还是材料力学中应用截面法求解内力，都需要灵活应用平衡方程来解决问题。为了简化求解过程，减小计算量，求解时需要注意以下几点：

（1）确定研究对象，认清约束或受力特点，正确绘制受力图是关键;

（2）根据受力图中力系的特点选择合适的平衡方程，列平衡方程时不丢三落四;

（3）平衡方程中各量的正负号规定要保持一致;

（4）不需要求解的未知量尽可能不出现在方程中，即方程中未知量的个数要尽可能的少，具体做法为选择合适的投影轴（与不需要求解的未知量垂直的轴）、矩心（未知力较集中的点）或取矩的轴（与尽可能多的未知量共面的轴），可避免数学中复杂的联立求解，简化计算过程;

（5）物体系统平衡求解时，尽可能遵循先整体后局部，局部选取未知量尽可能少的隔离体，这样求解会相对简单;

（6）数值运算要准确，量纲标识要正确。

四、不断寻求有效教学方法，提高教学质量。

从“板书”到“多媒体”，教学手段在不断的更新，不管采用哪种教学方法，保证教学质量是前提。

1.学好工程力学需要学生“理解、吃透”基本概念，要求教师对力学基本要素的解释准确、易懂。

2.对于理解力较弱的学生，可建议他们先采用“死记硬背”法，通过模仿做题再进一步理解和应用，要求教师能因材施教，帮助他们找到适合自己的学习方法。

3.为了提高教学效率，教师可把重要知识点通过提前录制好微视频推送给学生，用以课前预习或课后复习使用。

4.课堂上弱化理论推导，教师可通过工程案例讲解使学生了解所学知识点在工程中的应用原理，熟悉分析问题的一般方法，培养分析过程的逻辑性和书写过程的规范性。

5.在教师指导下，通过课前练习回顾旧知识，通过课堂练习巩固新知识，同时培养各种学习技能，这也是学生学习过程中的一种主要实践活动。

6.教学中，教师要着重培养学生良好的学习习惯，激发学生的学习兴趣，实现“要我学”到“我要学”的态度的转变。

7.教师要重视教学过程管理，改革课程考核方式，考核结果要能体现“学与不学”的本质区别，让学习成为一种习惯。

为了学好工程力学课，教学中以学生为主体，充分发挥教师的主导作用，树立加强对学生能力培养和素质教育、强化工程观点的教学目标，因势利导，使学生积极发挥学习的主观能动性，轻松愉快的学好工程力学课程，以期达到更好的教学效果。

参考文献：

[1]北京科技大学东北大学编.工程力学.北京：高等教育出版社，2018.2.

[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学.北京：高等教育出版社，2017.6.

[3]刘鸿文编.材料力学.北京：高等教育出版社，2017.7.

作者简介：陈艳霞，女，1977年11月生，讲师，主要从事基础力学课程的教学研究。

项目基金

2020年太原科技大学教学改革研究项目（202021）;

2020年山西省高等学校教学改革创新项目（J2020506）。617BC4E5-13DD-4894-B481-E0BC6092E2A2