《工程力学》教学探讨与实践

《工程力学》课程无论从教的方面还是学的方面而言,都是比较难的,其原因很多,诸如力学知识体系本身的复杂性,概念、原理和内容的抽象性,学生基础知识体系的薄弱性等。对这门课,学生极易产生惧学和厌学情绪。针对五年制高职学生对于《工程力学》相关的工具学科(如数学、物理等)学得不够扎实这一客观事实,笔者认为采取以下几方面措施可方便教学,效果较好。

深入浅出,方便记忆

《工程力学》课程有许多公式、原则、规定及定理,有的深奥晦涩,有的冗长繁琐,若能在理解的基础上记忆,则效果很好。故我在教学时将重点转移到让学生用最简单易行的方法来记忆,而将公式的理论推导、定理的证明等简略带过。

(一)图形记忆

工程力学的内力图知识是重点,尤其是梁的内力图(剪力Q、弯矩M)更为重要,若没有入门,觉得很难,一旦掌握制作方法,则简便易行。就这一内容,各种教材及参考书都作了介绍,方法也不少,如建立剪力方程Q(x)及弯矩方程M(x)后作图、利用微积分关系作图、根据图形规律作图等。一开始,我也将这些方法应用于教学,发现剪力图掌握得较好,但部分学生作弯矩图总是出错,不是因图形规律记错就是因弯矩方程列出后不会作曲线,特别是带有均布载荷q的弯矩图,因涉及二次抛物线图像,那些数学知识不扎实的学生,总搞不清“凹凸”、顶点。根据这种情况,我对带均布载荷q的各种例子详细观察总结,发现了规律,然后用一图形将其概括,解决了抛物线难作的问题,现举一例说明。如图1所示:外伸梁受载P、m、q,求作Q、M图。

在根据图形规律,由受载情况作出Q图后(这一过程学生掌握良好),在M图均布载荷段,抛物线的作法要求学生依据图2来作。

这一图形简单明了,极易记住,它是由圆内一个向右的箭头划分出四个正负区域,根据Q图的斜直线及所围面积的正负在*图上找到相应走向的箭头斜线及正负号,围成的区域,其边缘圆弧轮廓即为M图抛物线形状,再结合作M图的其他图形规律,即可完成M图。上例中Q图的“Ⅰ”,对应*图中的“1”,则边缘轮廓为╭,即为相应Q图对应的M图抛物线形状。Q图中的“Ⅱ”,对应*图中的“3”,则边缘轮廓为╯,即为相应Q图的对应M图抛物线形状。而由两段抛物线连接形成的顶点M值仍可由相应Q图面积方便算出:qa×a2=2qa2(三角形面积)。若均布载荷区出现集中力或力偶,其Q图及M图的突变规律照样不受影响。如图3所

实践证明,采用*图加强对抛物线形状的记忆,在教学中收到了事半功倍的效果。

(二)自编顺口溜,强化记忆

《工程力学》中有许多基本技能方面的训练,如作受力图、力系简化等,将常用方法及注意点编成顺口溜,寓教于乐,念起来琅琅上口,学生一旦记住,就难以忘却。如作受力图时,对固定铰支座等约束反力,能确定其方向的尽可能不用垂直分力表示,结合各种约束的特点,我用以下顺口溜帮助学生记忆:二力作用把线连,三力汇交找交点,力偶存在最方便,平行反向方向现,平行力系也不难,反力同向作用线。

在“平面任意力系向某点简化”一节中,由于同时介绍了逆向的合成,有不少学生易将力的平移与力和力偶的合成混淆,不知附加力偶的转向,搞不清合成后的新力在原力哪一边,为此,我又编了以下几句:力系简化是难点,平移合成要分清,平移一变二(一个原力变为一个新力和一个附加力偶),必须加力偶,偶向是关键,原力绕新点(原力绕新点矩的转向即为附加力偶转向),合成二变一,只为一个力(合成为一个合力),力位在哪边,“顺左”记心间(原力偶顺时针转向的,合力位于原力左边——此处“左”、“右”是指沿原力指向看过去判断的)。

在给学生总结出这些记忆方法后,学生极少出错,而且不少学生也逐步学会了自己总结,出现了许多新的方法。

联系实例,举一反三

讲课要理论联系实际,贴近现实生活,从实践中来,到实际中去。只有联系实际,学生对力学知识才有亲切感,才会用心去学。联系实际可提高学生课堂听课的兴奋度,使课堂教学事半功倍。

例如,在《工程力学》“刚体的运动”部分,学生难以区分定轴转动和圆周平动。我首先借助黑板擦在黑板上模拟这两种运动,由快到慢,逐步引导学生区别出二者的不同之处,再叫几个学生自己在黑板上模拟。在学生初步具有感性认识后,我又以“汽车绕环道”、“自行车脚踏板”等日常生活中常见例子,启发学生自己想例子,并说明它们都是些什么运动。最后由教材上浪木一例,学生又联想到秋千,而且举一反三。荡秋千时玩出几种不同的花样,分别对应不同的刚体运动,如(1)左右荡,秋千浪木作圆弧平动。(2)前后荡,人始终竖直站立,秋千圆弧平动。(3)前后荡,但人随着浪木位置不断改变姿势,此时浪木作定轴转动。由于所举例子就在身旁,学生感到亲切,也增加了兴趣,动脑思考也就由被动变为了主动。

“具体——抽象——具体”的教学顺序

从具体的现象总结出规律,再把这些规律用于指导实践,这很符合人们的认知规律。讲课时不妨先拿一个恰当的、简单的题目或展示一种现象让学生思考、讨论,在教师的逐步引导下导出力学原理,然后通过例题让学生理解力学原理在实际工程中的应用。比如,我先向学生提问:三个人抬一根椽木,那么每个人承担的载荷是多少?由此,逐步导出超静定结构的概念及其支座反力的求法,然后再举例子进一步说明方法在求解超静定结构中的应用。

合理使用各种教学手段

对《工程力学》课来说,可使用多媒体课件、投影仪、教具等各种教学手段。比如压杆、各种梁的模型等,甚至一张废纸也可以用来演示应力集中现象。教师还可用数码相机或者摄像机捕捉身边的工程实例。凡是觉得能够更好地阐述力学原理,促进教学效果的手段,均可使用。这样的立体化课堂会使《工程力学》课变得丰富多彩。把各种教学手段和教学资源有机地结合在一起,交替使用,合理安排,就能将一堂枯燥的《工程力学》课变得妙趣横生,充分调动起学生的学习积极性,激发学生的学习兴趣。在笔者的教学过程中,师生之间的信息交流和反馈得以加强,声、像、文、图并茂的教学信息,增强了教学的艺术效果,强化了学生对学习内容的认识和理解,提高了课堂教学效率。

总之,力学教育工作者应不断思考,与时俱进,不断研究学生,研究教材,研究教法,让《工程力学》课堂不再困难重重,不再索然无味。

参考文献:

[1]张秉荣.工程力学[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2]李学平.工程力学教学中的几点探索[J].长沙铁道学院学报,2005,(6).

[3]尹莉.理论力学教学方法点滴[J].上海工程技术大学教育研究,2005,(2).

[4]叶汉荣.提高学习工程力学的兴趣ABC[J].职教论坛,2002,(3).

作者简介:

孙翠娥(1971—),女,江苏靖江人,江苏省泰州市靖江职业教育中心校讲师,主要从事机械专业的教学和研究。

(本文责任编辑:谢良才)