劉升貴，李惠芳，王修棟

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

《工程力學(xué)》教學(xué)改革探索

劉升貴，李惠芳，王修棟

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

傳統(tǒng)教學(xué)未充分認(rèn)識到實踐對力學(xué)理論建立的重要性，造成學(xué)生解決工程實際問題的能力不足。闡述了重視工程實例的《工程力學(xué)》教學(xué)改革內(nèi)容，即優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容體系、強化工程概念、重視教學(xué)方法改革、加強實驗教學(xué)環(huán)節(jié)和完善考核方法。教學(xué)實踐表明，上述教學(xué)改革探索具有可行性，取得了較好的效果。

教學(xué)改革；教學(xué)方法；工程力學(xué)

《工程力學(xué)》課程既具有較強的理論性，又與生產(chǎn)實踐密切聯(lián)系。傳統(tǒng)的《工程力學(xué)》教學(xué)注重該學(xué)科理論的系統(tǒng)性，但對培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力重視不足。為此，筆者開展了《工程力學(xué)》教學(xué)改革探索。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

為了優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，對傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新整合，整合后的工科專業(yè)《工程力學(xué)》課程包括《靜力學(xué)》、《運動學(xué)和動力學(xué)》和《材料力學(xué)》，其教學(xué)目標(biāo)如下：①通過《靜力學(xué)》的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握物體的受力分析和平衡方程的應(yīng)用等內(nèi)容。首先介紹力和力偶的基本概念與原理，然后從平面一般力系入手，討論平面力系的簡化，把平面匯交力系、平行力系和力偶系等作為平面一般力系的特殊情況來處理。②通過《運動學(xué)和動力學(xué)》的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解和掌握物體機械運動的一般規(guī)律，并能運用這些規(guī)律分析和解決簡單的工程實際問題。③通過《材料力學(xué)》的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解工程中的基本概念，掌握構(gòu)件在載荷作用下受力、變形的規(guī)律及其實用計算方法。在教學(xué)中注重工程實際問題的應(yīng)用，強化學(xué)生依托工程背景尋找危險點、計算極值應(yīng)力的實踐能力。同時，針對工程特點在強度理論教學(xué)內(nèi)容中加入斷裂破壞準(zhǔn)則介紹。這樣的教學(xué)內(nèi)容安排既突出了重點，弱化了教學(xué)難點，同時又滿足了礦業(yè)類工科專業(yè)的特點[1]。此外，為了擴(kuò)大學(xué)生知識面，還可以將國內(nèi)外采礦行業(yè)出現(xiàn)的新材料、新工藝、新技術(shù)等滲透到教學(xué)中。

圖1 普通罐籠提升系統(tǒng)示意圖

2 強化工程概念

在教學(xué)中強化工程概念對于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新精神非常重要。首先向?qū)W生展現(xiàn)綜合實例的工程背景，然后通過分析建立力學(xué)模型，最后再回到實踐中去解決工程實際問題。以貫穿《靜力學(xué)》、《運動學(xué)和動力學(xué)》和《材料力學(xué)》整過教學(xué)過程的礦井罐籠提升系統(tǒng)為例，該綜合實例的工程背景如下：豎井提升即通過安裝在豎井井口、井筒和井底的設(shè)備、裝置進(jìn)行提升運輸工作。豎井罐籠提升系統(tǒng)使用的主要設(shè)備和裝置包括提升機、井架、天輪、鋼絲繩、連接裝置、提升容器、井筒導(dǎo)向裝置、井口和井底的承接裝置、阻車器、安全門以及信號裝置等(見圖1)。通過該工程實例拓展出下列教學(xué)問題。

圖2 罐籠簡化圖 圖3 提升機啟動、停機時間

問題2礦井提升機的主要數(shù)據(jù)如下：提升高度為876m，開始提升時罐籠的加速度為0.7m/s2，速度達(dá)到7.84m/s后，即以該速度勻速提升，最后再以減速度0.7m/s2減速提升，直至最后停止(見圖3)。求提升1次需要的時間。

圖4 礦井提升機簡化圖 圖5 罐籠運動簡化圖

問題3礦井提升機如圖4所示，已知被提升重物的質(zhì)量為m1,鼓輪的半徑為R、質(zhì)量為m2。起動時，電動機給鼓輪的驅(qū)動力矩為M。求起動時重物上升的加速度，鋼繩的拉力和軸承O的約束力(鼓輪視為均質(zhì)圓柱)。

問題4罐籠質(zhì)量為m的物體以速度v0勻速下降(見圖5)，若出現(xiàn)緊急情況突然剎車，試求鋼繩的最大拉力Tmax。設(shè)鋼繩的彈簧常量為c，鋼繩的質(zhì)量略去不計。

通過上述工程實例教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識到工程力學(xué)在工程實際中的重要作用，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程力學(xué)課程的熱情，進(jìn)而運用所學(xué)的理論知識來分析和解決工程實際問題。

3 重視教學(xué)方法改革

改革教學(xué)內(nèi)容的同時，還需重視教學(xué)方法的改革。在課堂講授時以工程實例引入，通過展示反映工程第一線的掛圖、力學(xué)模型、工程實物、視頻等，使學(xué)生初步了解工程實際問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過程中對具體定理、推論的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程注重講思路、講方法和講要點。此外，應(yīng)充分利用多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段增加學(xué)生的感知能力，從而加深對基本理論的理解和掌握，培養(yǎng)其觀察思考能力。

4 加強實驗教學(xué)環(huán)節(jié)

在實驗開始前應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行認(rèn)真準(zhǔn)備并設(shè)計實驗方案，實驗過程中應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，分析總結(jié)實驗結(jié)果，實驗完成后，由學(xué)生按實驗規(guī)范自行設(shè)計并完成一份科學(xué)合理的實驗報告。此外，在實驗教學(xué)中應(yīng)充分利用萬能試驗機、多功能振動臺、沖擊試驗機、純彎曲疲勞試驗機、電子式扭轉(zhuǎn)試驗機等傳統(tǒng)試驗設(shè)備開設(shè)基本力學(xué)試驗，還可以針對礦井支護(hù)及巖體變形破壞特點，利用多點彎曲試驗臺開展巖石材料3點彎曲、4點彎曲試驗。通過實驗教學(xué)，可以幫助學(xué)生更好地理解理論知識并培養(yǎng)學(xué)生動手實踐的能力，這對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有重要作用。

5 完善考核方式

在考核形式上，采用多種形式評定學(xué)生學(xué)習(xí)情況，以加強對學(xué)生平時學(xué)習(xí)的考核與督促。對學(xué)生成績的評定可采取平時成績(包括上課考勤及認(rèn)真態(tài)度、提問回答情況、作業(yè)情況、讀書報告、階段性測驗、大作業(yè)和實驗成績等)占40%、期末考試成績占60%的分階段全程性考核方法。期末考試則注重考核學(xué)生綜合性、創(chuàng)造性地應(yīng)用知識的能力，如給定工程受力結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生為各構(gòu)件選取材料及截面形狀和尺寸，并對該結(jié)構(gòu)存在的問題談自己的看法等。通過完善考核方式，可以減少學(xué)生學(xué)習(xí)的功利性，也可分散學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，并能全方位、多角度地反映出學(xué)生的真實成績和綜合能力[2]。

6 結(jié) 語

針對《工程力學(xué)》教學(xué)過程中對培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力重視不足 的問題，開展了重視工程實例的《工程力學(xué)》教學(xué)改革探索。教學(xué)實踐表明，通過該課程教學(xué)改革，讓學(xué)生掌握了扎實的理論知識，同時具備了較強的工程實踐能力，受到學(xué)生的歡迎。由于工科專業(yè)《工程力學(xué)》課程教學(xué)涉及面廣，因而該課程改革是一個長期而又艱巨的過程，需要不斷努力探索。

[1]劉超英. 高等工程?？茖W(xué)校工程力學(xué)教學(xué)改革探討[J].中州大學(xué)學(xué)報, 1999(3): 72-73.

[2]楊浩泉,周平. 在工程力學(xué)教學(xué)改革中加強對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)[J]. 杭州電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2001, 21(2) : 69-71.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409.2011.04.042

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1673-1409(2011)04-0127-03