浅析工程力学课程与素质教育

浅析工程力学课程与素质教育

张秀花

张秀花(邯郸建工集团技工学校河北邯郸056000)

1.通过创设教学情境加强理论教学与实践应用的相互渗透

由于目前国内大部分的工程力学教材关于工程实例的内容不多，几乎所有的例题和习题均是针对已经简化好的常见几种标准的约束类型和杆、梁、轴、柱等模型，学生感觉课堂理论与工程实践脱节。因此，在讲授理论知识的同时应尽可能创设与工程实际相近的教学情境，将抽象的理论与具体的工程实例结合讲授，使学生感受到工程力学知识在工程实际中的重要作用，体会到所学课程的价值，并有效地激发学生的求知欲，提高课堂教学效果。如在学习了工程上常见的标准约束类型及约束反力之后，介绍工程实际中真实约束的构造和作用，并要求学生在课后观察分析生活和工程实际中各种具体约束，并把它与常见的标准约束类型归类，使学生理解约束这一抽象概念。又如在讲授弯曲强度理论中关于合理截面、合理支承、等强度梁等概念前，要求课前观察实际工程中承受弯曲构件的截面形状、放置方式，并思考：“在截面积相等的前提下，圆管较实心杆在抗弯强度上有何优点？吊运长杆状构件时，其合理的吊点是否应设置在两端？扁担合理的截面形状变化是什么？”问题的设置有助于引发学生观察、思考，带着问题预习，对授课难点可以在在课堂上安排适当的提问和讨论环节。又如讲解轴的合理截面形状的问题时，结合麦杆、动物的骨骼等空心圆截面，说明它们的合理性是自然界长期进化的结果，通过这些直观的事例加深学生对合理截面形状的认识。总之，把工程力学的应用性环节贯穿每一个章节，起到了良好的教学效果。

2.通过探究式教学模式强化学生科学思维能力的培养

课堂教学中应改变传统的以教师为中心的教学模式，采取教师指导下的以学生为中心的探究式教学模式，培养学生主动学习的兴趣和自觉性，掌握自学方法，形成对知识信息的分析、综合和运用能力，促进学生素质的提高。通过不断引导学生寻找各部分知识点的逻辑关联，将课程所有知识点整合成完整的逻辑链图，形成层次化、网络化的工程力学知识体系。如在静力学部分，按照一般的认知规律，按特殊力系到一般力系的顺序讲授后，引导学生整理出从空间一般力系倒推出各种特殊力系合成与平衡的逻辑框图，这样学生就理清一般力系与特殊力系的逻辑关系，形成局部的知识网络。又如讲完轴向拉、压变形后，引导学生归纳、总结出材料力学研究方法的步骤框图，并指出扭转、弯曲等基本变形杆的强度、刚度等问题的分析思路是一致的，这样，看似零散毫无关联的知识点，由于研究方法的统一穿引形成了一条完整的主线。工程力学包含了理论力学与材料力学两部分，内容体系相对独立且各有侧重但又相互关联。如果在教学中不注意引导，学生在学习中就会产生概念模糊、理论零散的感觉，不利于科学思维的培养。因此，教学时要注意这两部分内容之间的联系与渗透，引导学生将这两部分内容连成有机的整体。在教学过程中，从各自研究对象、分析方法、基本概念上引导学生不断地对比、关联。如在讲到位移时，提出位移分为刚性位移和变形位移两类：若物体中任意两点的相对位置没有变化，则这时物体的位移称为刚性位移，理论力学中，当刚体作平动或转动时的位移就是刚性位移；若物体中任意两点的相对位置发生了变化，则这时物体的位移称为变形位移，材料力学中所研究的物体位移，是与线应变或角应变有关的变形位移。又如在讲解构件内力计算时，引导学生回顾理论力学中关于各种力系的平衡条件，使学生明白截面法其实就是力系平衡理论的应用。

3.通过工程事故案例分析培养学生人文素质

事故分析是一门综合性学科，涉及到力学、材料、设计、施工、质量管理等多方面知识。教师在不断优化自己知识体系的同时，平时要多留心收集有关资料作为教学素材，在介绍有关知识点时穿插介绍相关的事故案例。在教学中精选一些与教学内容相关的案例进行研究探讨，如在讲解连接件的强度问题时，介绍近期在中国多个城市发生的几起电梯事故，其原因都是由于扶梯主机固定螺栓松脱或被切断使主机支座移位，造成驱动链条脱离链轮，扶梯在重力的作用下下滑，导致多人伤亡。这样鲜活的案例使学生树立工程安全意识与社会责任感。由于各种原因导致结构丧失承载能力、出现重大工程事故的例子不胜枚举，有些可通过视频等方式给学生直观感受，如：播放1940年11月7日美国华盛顿州的塔科马大桥在风载下倒塌的视频，这起由于对大桥的空气动力学问题和结构分析不严密所致的事故；美国纽约911恐怖袭击事件中高达110层的世贸中心双子塔倒塌的力学原因，可以结合压弯组合、冲击、材料的力学性能等方面进行分析；因核反应堆外壳所承受的蒸汽压力和温度远远超过设计值而发生强度失效，导致了1986年前苏联切尔诺贝利核电站大爆炸的案例。此外还有常见于报端的有关建筑工地棚架失稳、塔吊钢丝断裂等导致的工程事故等。残酷的工程事故造成了重大人员伤亡和经济财产的损失，令学生心灵震撼。工程力学教学中分析一些重大工程事故案例的力学问题，使教材上看似枯燥的力学知识如强度、刚度、稳定性、材料的力学性能等，在事故分析中更显得鲜活而重要，教学中通过重大工程事故分析非常有说服力，使学生从内心深处产生学好材料力学的强大动力，激发学生的学习主动性，在培养学生的工程素质的同时培养学生的人文素质，即责任意识、安全意识、严谨的工作作风、可持续发展的能力，以使教学达到“传道、授业、解惑”的最高境界，真正实现教书育人。

4.通过课程设计强化学生综合分析问题能力

在工程力学教学中培养学生综合分析问题的能力，可针对不同专业的要求，从强度、刚度、稳定性的观点出发，在工程实际中选取一些较为复杂的构件，要求学生从全面、整体的角度予以解答，并撰写课程设计论文。这样既可以深化课堂内容，使知识系统化，又可培养了学生应用工程力学原理解决实际工程问题的能力，做到学中做、做中用，学用结合，既能系统应用所学过的基础课知识（如高等数学、工程图学、算法语言、计算机和工程力学等），又为后继课程的学习打下基础，使各教学环节和教学内容有机联系。学生在撰写论文的过程中，可以锻炼综合分析和解决问题的能力及独立获取知识的能力，强化学生的综合素质。