陜西 金花 王長友 張碧

高職教育即以適應(yīng)社會需要為目標(biāo)，培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才。這就要求教師要以“應(yīng)用”為主旨和特征構(gòu)建課程體系。尤其是工科院校更應(yīng)如此，但就目前大多數(shù)高校來說，在工程力學(xué)課程的教學(xué)中普遍存在理論與實際脫節(jié)，學(xué)生很少有建模的意識和能力等現(xiàn)象，從而使學(xué)生的力學(xué)分析及檢算能力相對薄弱。因此，教師要多提生活或工程中的實際問題，善于鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生獨立思考并從中提煉出相應(yīng)的力學(xué)問題，以此來培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)分析和檢算能力。

1 課程體系及其主要內(nèi)容

工程力學(xué)這門課程主要涉及了三大部分內(nèi)容，即理論力學(xué)部分、材料力學(xué)部分和結(jié)構(gòu)力學(xué)部分。理論力學(xué)部分主要介紹了靜力學(xué)部分，該部分主要研究結(jié)構(gòu)的受力分析及平衡問題，其中受力分析和受力圖是學(xué)習(xí)的重點和難點，這部分內(nèi)容為材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的學(xué)習(xí)提供了解決問題的思路和方法。材料力學(xué)部分主要研究構(gòu)件在四種基本變形及其組合變形條件下的強度和剛度問題，為將來設(shè)計安全合理的構(gòu)件奠定理論基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)力學(xué)部分在工程力學(xué)課程中所占比例較少，主要介紹了超靜定結(jié)構(gòu)的計算方法。因此，同學(xué)們只有理清工程力學(xué)中的相關(guān)知識脈絡(luò)，掌握規(guī)律，從本質(zhì)上理解，才能使知識融會貫通，渾然一體。

2 工程案例在工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

在工程力學(xué)課程教學(xué)中，我們首先要選擇讓學(xué)生感興趣且與課程教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的工程案例，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容進行引導(dǎo)。

2.1 受力分析能力的培養(yǎng)

物體的受力分析貫穿于整個力學(xué)學(xué)習(xí)的始終，是力學(xué)學(xué)習(xí)中的重點和難點。所謂受力分析就是要在受力圖中標(biāo)出所有的主動力和約束反力。主動力是已知的，按照構(gòu)件的實際受力情況照搬即可；關(guān)鍵是約束反力。因此，掌握常見的約束及其約束反力就是學(xué)習(xí)的重點。在講解約束及其約束反力時，讓同學(xué)們找出各種各樣的約束實例，比如教室里的燈、電風(fēng)扇、座椅板凳的約束，門扇與門框之間的約束等等，進而啟發(fā)同學(xué)們自行分析各種約束產(chǎn)生的約束反力，最后歸納總結(jié)各種約束及其約束反力的表示方法。

2.2 拉壓構(gòu)件中力學(xué)檢算能力的培養(yǎng)

在工程史上曾發(fā)生過多次由于壓桿失穩(wěn)而導(dǎo)致的重大事故。例如，1907年加拿大魁北克省橫跨圣勞倫斯河上的鋼結(jié)構(gòu)大橋，在施工中，由于桁架中一根受壓弦桿的突然失穩(wěn)，造成了整個大橋的倒塌，瞬間，該結(jié)構(gòu)成了一堆廢鐵。因此，對細長壓桿進行穩(wěn)定性計算就顯得尤為重要。在引入壓桿的穩(wěn)定性問題時，可以讓同學(xué)們親手做一個實驗，取兩根粗細一樣、長度不同的桿。然后給兩桿緩慢施加壓力會發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壓力加到一定值時短桿直接斷了，且在破壞前一直保持著直線狀態(tài)；而長桿先發(fā)生彎曲，當(dāng)力再加大時，彎曲迅速加大，桿隨即折斷，且此時給長桿施加的力遠遠小于短桿破壞時所施加的力。于是讓他們討論：兩根桿件的破壞形態(tài)為何不同，為何長桿的承載能力比短桿小？經(jīng)過分析，同學(xué)們就會明白細長桿件破壞前已有直線狀態(tài)的平衡轉(zhuǎn)化為彎曲狀態(tài)的平衡，而彎曲狀態(tài)的平衡不穩(wěn)定，只要稍加力就會使桿件失去穩(wěn)定性即壓桿失穩(wěn)了。這也是在工程中避免采用細長桿件的原因。

2.3 剪切構(gòu)件中力學(xué)檢算能力的培養(yǎng)

在工程結(jié)構(gòu)中,構(gòu)件之間通常采用連接件相互連接，比如螺栓、鉚釘?shù)?。連接件對整個結(jié)構(gòu)的牢固和安全起著重要作用，對其強度分析應(yīng)予以足夠重視。連接件存在三種破壞的可能性：（1）鉚釘被剪斷；（2）鉚釘或鋼板發(fā)生擠壓破壞；（3）鋼板由于鉆孔，斷面受到削弱，在削弱截面處被拉斷。要使連接件安全可靠，必須同時滿足以上三方面的強度條件。在講連接件的強度問題時，可以讓同學(xué)們討論：一組螺栓采用并列式排列好還是錯列式排列好？經(jīng)過分析計算，同學(xué)們就會知道錯列式排列方式更加安全、合理。

2.4 扭轉(zhuǎn)構(gòu)件中力學(xué)檢算能力的培養(yǎng)

在講軸的抗扭能力時，為了分析軸的截面形狀對其抗扭能力的影響，可以讓同學(xué)們討論：相同材料的實心圓軸和空心圓軸面積相同時哪個軸的承載能力大？經(jīng)過分析計算，同學(xué)們很快得出空心軸的承載能力大的結(jié)論。這也就解釋了在工程中經(jīng)常采用空心軸的原因。

2.5 彎曲構(gòu)件中力學(xué)檢算能力的培養(yǎng)

同學(xué)們知道梁在彎曲時，正應(yīng)力沿截面高度呈線性分布，最大正應(yīng)力發(fā)生在離中性軸最遠的上、下邊緣處且梁內(nèi)的最大正應(yīng)力等于彎矩除以抗彎截面模量。在講矩形截面梁的抗彎截面模量的計算公式時，可以讓同學(xué)們觀察教室屋頂承重梁的放置方式，教室屋頂承重梁是鋼筋混凝土矩形截面梁，梁的放置方式是高度方向尺寸大于寬度方向尺寸。

3 有限元計算軟件在工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

ANSYS是目前應(yīng)用最為廣泛的大型通用有限元計算軟件之一，該軟件具有強大的應(yīng)力及變形分析功能、形象而直觀的圖形顯示特點,若在工程力學(xué)的教學(xué)中引入該軟件，將其巧妙的應(yīng)用，不僅可以加深學(xué)生對基本概念、原理及力學(xué)現(xiàn)象的理解，而且可以輕松的讓學(xué)生掌握四種基本變形下的應(yīng)力分布規(guī)律及變形情況，從而豐富課堂教學(xué)內(nèi)容、擴展學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的力學(xué)分析和檢算能力。

總之，通過引入工程案例和有限元計算軟件教學(xué)，不僅可以使學(xué)生更好的掌握力學(xué)問題的分析方法和計算原理，而且對于培養(yǎng)學(xué)生的建模意識和提高學(xué)生的力學(xué)檢算能力有很大幫助。

【注】基金項目：陜西省高等教育教學(xué)改革研究項目（編號11GG20）。

[1]鄒冬平，等.小議《工程力學(xué)》課程教學(xué)[J].職業(yè)教育分析,2008(2).