《工程力学》课程教学探索与实践

摘要：探讨了水利类经管专业的工程力学课程的教学体系和内容的调整必要性，阐述了工程力学新课程体系的内容安排及教学重点结合本课程实际开展教学法的改进实践，注重理论联系实际和学生能力的培养，取得了较好效果。

关键词：工程力学；课程教学；教学方法

中图分类号：G642　文献标识码：B　文章编号：1009-8631(2010)05-0123-01

一、传统《工程力学》体系存在的问题

前些年学院水资源管理和水利经济类专业开设的《工程力学》课程为70-80学时。讲授内容包括理论力学(静力学、运动学、动力学)及材料力学。随着社会发展步伐的不断加快。对专业技术型人才的要求也在不断深化，水资源管理和水利经济类专业的《工程力学》课程体系也存在类似的问题，为了进一步适应教学改革的要求，学院组织相关教研室教师对开设的《工程力学》课程的教学体系进行了调整与改革。重新调整后的教材体系主要包括：(1)静力学按照研究内容分为三章，改革了以前按照力与力系分类定章节的做法，这样做的优势是使学生容易从问题人手，吃透教材，并且容易理解和记忆；(2)运动学按照研究方法分配章节，把运动学并为两章，其中《大学物理》课程中讲授内容直接做为课堂复习，或做总结性讲授；按照单自由度和多自由度体系的研究对象不同，将动力学借助定律与定理分为三章。从而避免了和以前物理课中讲授内容的重复现象，达到了节省课时和集中课堂教学时间并向高起点迈进的教学目的，通过我们几年的教学实践。取得了较好的效果，但是仍然感觉不足的是讲授内容基本不变，教学时数较以前压缩较多，从2004年起理论讲授仅剩40学时，实验课仅剩4个学时，难以达到很好的教学效果。而且随着学生毕业走向社会，用人单位对不同专业学生的知识结构要求也在不断变化。有必要对《工程力学》教材体系进行进一步的调整，注重学生的创新能力培养，使学生到工作单位后更好的解决一般工程中的力学问题。

二、《工程力学》课程新体系特点与实施方案

由于《工程力学》课程理论讲授仅剩40学时，而且学校要求学院必须采用“面向21世纪的新教材体系”，注重学生对《工程力学》基础知识的理解与掌握，同时具有解决工程实际问题的能力。改革后的课程全新体系的核心主要包括如下内容：力学基本概念和基本理论(如牛顿力学的三大定理等)放在突出位置。是讲授的精华部分，而删除掉或略讲一些不必要的内容，主要讲授静力学和材料力学两大部分，在课堂上注重介绍力学领域的尖端研究成果(如计算力学领域的研究近些年发生了翻天覆地的深刻变化，给同学们介绍并演示商业结构分析软件，如ANSYS、ALGOR、MIDAS及ABQUS等)，培养学生的动手编程能力和解决工程问题能力，实践证明这种方式受到了学生的广泛喜爱与欢迎；二十一世纪的大学生最需要的是创新能力的培养。新教学体系在这方面作了适当补充，注重培养学生解决实际问题本领。主要内容安排如下：第一大部分平面力系与空间力系静力学，按力系类型分章分节，第一章包括静力学定理、复杂结构体系的受力分析与画受力图，重点讲述力系的和刚体的物理定义。静力学的四大公理，约束和约束反力的概念比较抽象，在讲授概念时，附以较多的实例，教师边画图边讲述概念，使学生一开始就概念明晰、很快就能独立做出结构的受力图。第二章讲述平面汇交力系，重点介绍汇交力系的概念，需要举出实例，从而使学生容易理解：汇交力系的合成及求解平衡方程的几何法和解析法是本章的重点和难点。第三章力对点之矩、平面力偶理论，重点与难点是平面力偶系的合成和平衡条件。第四章讲授平面任意力系，这里应注重多举工程实例，使学生能够顺利解决实际问题。第五章为空间力系及带摩擦问题简介。第二大部分内容为材料力学，内容主要有杆件的拉伸与压缩问题、圆柱的扭转问题、简支梁与悬臂梁的弯曲问题，简单结构的基本变形和四个强度理论。第一章讲授杆件的轴向拉伸与轴向压缩，需要注重强调的是，由于首次引入横截面上的内力和应力概念。学生不容易理解。应结合材料力学拉压实验使其搞清楚杆件在轴向拉压时的力学性质，进一步理解应力的概念和拉压强度条件。所以要求力学实验课必须跟上不得拖后。第二章讲授圆轴自由扭转变形，要求学生能熟练掌握圆截面直杆扭转时的内力求解过程及正确画出扭矩图；建立扭转的应力求解方法并给出相应的应力强度条件、推导扭转变形求解过程并给出扭转刚度变形条件。第三章讲授梁结构的平面弯曲。难点和重点是梁的横截面剪力和弯矩的求解过程，正确作出剪力图和弯矩图，同时弱化载荷集度、剪力和弯矩的关系，只要求了解。不强调必须掌握。在讲述纯弯曲时梁正应力求解公式时。应当注重附以必要的教具以演示梁的弯曲变化情况，使学生更容易理解和掌握(两种以上的教具)，在此基础上引入直粱弯曲时的强度条件和刚度条件就是水到渠成的事了。第四章应力状态和强度理论的概念，学生不容易理解和需重点讲清楚的是平面应力状态分析和图解过程。最后对三向应力状态和强度理论作简单介绍。《工程力学》理论课主要在课内完成，但必须注重课下复习和作为教学辅助的实验环节，课后教师一般会布置相当数量的习题供学生巩固知识所用。根据我们任课教师的统计，一般每次课后的习题数量不少于8-10道，可布置数量和难度相当的选做题供有兴趣爱好的同学选做。注重相关实验课环节，新课程体系实验内容选择是具有代表性的实验，一是低碳钢和铸铁的拉伸与压缩实验，测试低碳钢和铸铁的拉压力学性能，低碳钢和铸铁的拉伸和压缩变形是典型的塑性和脆性材料变形实验。通过实验可加深对材料四个变形阶段特征的认识，明确材料力学研究的范围。二是深粱的纯弯曲试验，掌握弯曲变形规律和采集应力应变数据的方法，通过应变片和应变花的贴法达到采集不同部位数据的技巧。熟练掌握测试结构变形的方法。新课程体系课堂讲授40学时。静力学12学时，材料力学20学时，介绍现代化计算方法和上机编程计算8学时，材料力学实验课4学时。通过该课程的学习，力争使学生在较短时间内，即掌握了最基本的概念与定理、搞清求解问题的基本方法，而且通过强化能力训练和实验数据观测，在头脑中建立一套完整的力学思想体系。通过教研室教师和几届学生的教学实践，达到了较好的教学效果。

三、教给学生正确、科学的思维方法，注重提高学生分析问题与解决问题的能力

为了教给学生科学的思维方法，以及运用所学知识分析解决问题的能力，我们在课堂教学中应做到：让学生搞清力学概念、定义和定理定律的应用范围；不同章节计算公式推导过程要点及适用的条件；对容易混淆的定理，采用比较法进行课程教学；正确讲述解题思路和方法，加强学生解决问题的能力；介绍一些常用的解题技巧，以尽快达到求解目的；提倡一题多解。

四、注重理论与工程实际相结合，以培养学生解决工程实际问题的能力

理论联系实际的原则是辩证唯物主义认识论的具体体现，学生通过对知识的实际应用。加深对知识的理解，有助于记忆和巩固知识，更重要的是将力学理论与工程实际相结合，可培养学生初步的解决工程实际问题的能力。

由此看来，在教学中不但注意教学体系的不断调整完善。同时应适应新形势下对学生培养的要求，通过一段时期的教学，取得了较好效果，学生感到尽管课堂课时没有增加，但学得更“活”了。思路也开阔了；同时也使我们教师深刻认识到教学内容和教学方法的不断改革和创新的重要性和必要性，这不仅是一个教学方法问题，也是一个人才培养的指导思想问题，只有在教学过程中勤于思考、不断调整和完善自我，才能培养出适合社会需要的实用型人才。