理论力学工程案例教学

理论力学工程案例教学（精选7篇）

理论力学工程案例教学 篇1

一、引言

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。这门课程研究的内容是速度远小于光速的宏观物体的机械运动, 它以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础, 属于古典力学范畴。经过长期的实践证明, 一般工程中所遇到的大量动力学问题, 用古典力学来解决, 既方便又能够保证足够的精确性。力学是从物理学中分离出来的, 与“数、理、化、天、地、生”并列为七大基础学科。物理学是研究一切自然现象的科学, 而研究物质运动是力学的定义。因此, 力学从物理学中分离出来已是很长一个时期了。理论力学与电动力学、统计力学、量子力学在力学界称为四大力学。理论力学是牛顿力学, 即所谓经典力学, 现代力学包括经典力学、量子力学和相对论力学。力学是一门应用性极强的基础学科, 又是一门理论性很强的技术基础课。[1]

国际理论与应用力学学会把力学分成基础力学和应用力学。上世纪30年代苏联建立了突出基础力学教育的教育体系。同时期, 欧美建立了强调应用力学教育的教育体系。我国力学教育在解放后的十年间, 受苏联力学教育体系的影响比较大, 多数高等学校使用的理论力学教材都是从俄文翻译过来的。70年代末, 欧美的理论力学教材进入我国高等教育界。直到80年代, 理论力学还以120学时作为四年制机械类等专业课程的设置原则。

1980年5月, 在南京召开高等学校工科力学教材编审委员扩大会, 通过了教育部委托西北工业大学等高校提出的120学时机械类专业试用的“理论力学教学大纲”。二十多年来, 随着高等教育教学体制改革的深化, 理论力学课程在教学内容、教学方法、教学手段、教学思想和观念上都发生了很大变化。现在我院为机械类设置的理论力学课程只有70学时, 而教学基本要求与20年前的差别不大。由于学时急剧减少, 迫使教师采用多媒体现代化教学手段, 增大信息量, 强化知识点, 通过精讲多练, 使学生能够比较牢固地掌握理论力学的基本知识。建设理论力学精品课程的要求正是在这样的教学改革背景下应运而生的。

理论力学是理工科院校的一门重要技术基础课。但对许多理工科学校的学生来讲, 学习理论力学并不是一个轻松的过程。普遍反映“课堂能听懂, 一做作业就无从下手”, 甚至有人将之称为“头疼力学、烦人力学”。究其原因, 主要还是由于很多学生对于理论力学的基本概念、基本理论和分析方法等总是处于一种似懂非懂的状态, 没有对所学内容进行深刻理解。理论力学的学习具有很强的逻辑性, 前后章节的关系环环相扣。前面章节没学好, 后面章节自然就学不好, 越到后面越是紧密联系前面章节的知识点。再者, 理论力学的定理、公式往往是“非构造性”的, 不能用简单代公式的方法来计算, 而是必须要有分析的过程, 没有清晰的概念就无从下手[2]。可以说, 对理论力学问题的求解非常锻炼人的宏观把握能力。因此, 迫切需要对现行的理论力学教学方法及内容进行改革。基于此, 工程案例教学方法应用而生。

二、工程案例教学

伴随着扩招, 生源质量也有所下降, 显得参差不齐。上同一门课, 有些学生学习能力比较强, 课堂不能满足需求, 显得“吃不饱”;另外有些学生又不能跟上课堂教学的进度, 学习比较吃力。因此, 理论力学课堂改革就显得很有必要。学生学习新知识, 第一印象———感性认识是很重要的。只有通过感性认识抓住学生的好奇心, 才能有兴趣把相关的内容学习好, 甚至于通过自学来满足自身对知识的渴望。而通过工程案例教学不但可以激发学习基础较差的学生的积极性, 还可以通过大量工程案例的引入满足学有余力的学生对课堂外知识的渴求。工程案例的教学主要通过以下几个方面来实现。

1. 工程案例的整理及提炼。

和力学相关的案例可以说是随处可见, 小到日常生活, 大到航空航天。怎样选择合适的工程案例就显得比较关键。好的工程案例既能引导学生快速理解工程背景, 又能提炼工程当中的力学原理, 达到实践和理论有机结合的效果。因此, 工程案例的收集整理就很有必要了。比如理论力学当中的力矩问题, 就可以用常见的吊车起吊重物来举例说明:某事故现场, 吊车起吊出事的卡车, 结果卡车没吊上来, 吊车反而由于起吊位置选择的不合适而翻倒了。这个实例可以很好的说明力矩, 通过这个实例学生也能快速的将力矩理论与工程实际结合起来。又比如裂纹和断裂, 这两个概念相对而言比较抽象。只有比较专业的课程才会谈到与裂纹有关的断裂问题。裂纹和断裂也可以通过生活当中的实例来说明:乘坐公交车应该是很多人都有过的生活经历, 而公交车的安全锤就可以很好的说明裂纹和断裂。公交车上的红色安全锤是为了在紧急情况下让乘客逃生用的。当公交车出现紧急情况时, 乘客只需要用安全锤敲击钢化玻璃的四个角。由于安全锤锤头很尖, 接触面积小, 手握安全锤大约用两千克的力就可以砸开玻璃的边角。对钢化玻璃而言, 一点点的开裂就意味着玻璃内部的应力分布受到了破坏, 从而在瞬间产生无数蜘蛛网状裂纹, 此时只需用锤子轻轻的再砸几下就能将整面玻璃砸开。用这个实例不但可以讲清楚裂纹和断裂, 还可以阐明应力和应力集中, 可以将学生的理论学习与实践紧密相连。

2. 工程案例的讲授。

有了好的工程案例, 还需要有好的教师在合适的章节恰如其分的引入。这就对教师的综合素质提出了较高的要求[3]。毋庸讳言, 力学尤其是基础力学, 上课教师的数量偏少, 质量也略显不足。针对很多二本院校, 基础力学的上课学生比较多, 教师的教学任务相对较重, 这也使得很多教师没法精心研究工程案例在教学当中的运用。另外, 有些高校的基础力学教师并非“科班”出身, 这也使得教师自身对有些课程的理解还不是特别深刻, 当然也就不能更好的促进课堂教学的完善和发展。

三、工程案例教学的实践

从工程实践以及日常生活当中整理提炼了大量典型的工程案例, 通过教学经验丰富的教师进行课堂教学, 能否达到预期的效果, 这也是一个很现实的问题。为了验证工程案例教学的实际教学效果, 本文选择机电一体化及车辆工程两个专业进行对比。机电一体化4个班进行工程案例教学, 而车辆工程3个班采用常规教学。经过一个学期的学习, 从平时的课堂问答到期末考试都反映出, 工程案例教学要优于常规教学。采用工程案例教学的机电一体化班最高分比车辆班高出10分, 最低分高出15分, 平均分高出12分。

四、结语

基础力学特别是理论力学课程的工程案例教学是一项长期、艰巨的任务, 需要投入大量的人力、物力和时间。学生通过案例教学的学习可以快速地掌握理论知识在实际工程中的运用, 从而更好的将理论与实践结合起来。案例教学还可以培养、训练学生从工程实践中抽象力学模型继而求解优化工程问题的能力, 因此从该意义上来说, 工程案例教学的作用可以说丝毫不亚于数学建模的功效[4]。再者, 工程案例教学还可以培养学生动手和动脑的能力。比如讲到桁架部分, 通过桁架桥梁的案例讲解, 激发学生的学习兴趣。人们常说“兴趣是最好的老师”, 一旦学生对桁架充满兴趣, 就会在课堂外富有兴趣的动手制木制桁架, 还会通过传感器等来测量桁架中的杆件是否为二力杆等。这样一来, 学生对桁架的理解就会相当深刻。另外, 工程案例教学还可以促进计算机软件如MATLAB、AN-SYS等在教学中的应用。通过工程案例教学还可以培养学生的社会责任感, 从学习阶段开始就以严谨的态度对待工程实际。最后, 工程案例教学也可以提高教师的综合素质, 丰富教师的课堂教学素材, 使原本相对枯燥的课堂教学一下变得丰富有趣起来[5]。

工程案例教学使得师生都能很好的将理论与实践结合起来, 实现课堂教学的最初目的:从实践中来, 到实践中去。

摘要：理论力学逻辑严谨、公式推导演绎较多, 学生学习理解存在一定难度。根据理论力学的这一特点, 本文提出将工程案例引入到理论教学中, 这样既能使理论力学教学更生动, 又能提高学生解决工程实际问题的能力。教学实践证明这一方法确实能收到较好的效果。

关键词：理论力学,公式推导,工程案例教学

参考文献

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[2]杨卫.案例式教学:固体力学的前沿应用[J].力学课程报告论坛, 2007:3-5.

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[4]王瑾.工程力学课程新型教学法的探讨与实践[J].力学课程报告论坛, 2009:164-166.

[5]李梅.基于工程案例研究的材料力学教学探索[J].绍兴文理学院学报, 2013, (9) :100-103.

理论力学工程案例教学 篇2

[关键词]理论力学；全英文教学；课程建设；教学实践

[中图分类号] G642.3 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）12-0099-03

伴随着全球经济一体化进程的加快以及我国对于油气资源需求的快速增长，国内大型石油石化企业逐步开启海外油气合作道路，稳步实施 “走出去”的国际化战略，海外油气田开展合作开发、石油工程技术服务方面的业务量快速增长。石油石化企业国际化战略的实施，缓解了国内石油紧缺的问题，然而也面临一系列挑战与困难，其中较为突出的一个困难便是缺乏既掌握专业知识又熟悉国际规范、具有国际化视野的复合型人才。作为石油石化人才培养重要基地，近年来，中国石油大学（北京）围绕国内石油石化企业的迫切需求，基于自身的办学特色与优质教育资源，积极主动地承担起石油石化国际化人才培养的重任，探索建设国际化人才培养体系，以期为石油石化企业应对激烈的国际竞争提供人才支持。[1-4]

作为国际化人才培养战略的具体措施之一，我校石油工程学院自2014年春季学期开始为2013级及往后各级石油工程专业本科创新班学生开设了一系列采用全英文讲授的专业主干课程。本文几位作者作为课程主讲教师承担了理论力学课程的全英文教学工作，并在教学过程中开展了理论力学全英文课程建设工作。经过2013～2014、2014～2015两学年的教学与课程建设探索与实践，形成初步的体会与经验，对于全英文教学存在问题也有了更清晰的认识。本文针对前期课程建设与教学实践过程中形成的体会、经验以及存在的问题与相应的建议进行了总结和分析，以期对类似课程的全英文教学提供一定的借鉴。

一、理论力学全英文课程建设的意义与可行性

理论力学属于经典力学范畴，研究物体机械运动的一般规律，是理工科大学生必修的一门重要基础课程。对于石油工程专业的本科学生而言，理论力学是一门非常重要的必修专业基础课程，在培养计划中具有重要的地位。通过理论力学课程的教学，一方面培养学生运用力学基本知识直接解决工程技术中实际问题的能力，另一方面也为学生学习后继的材料力学、渗流力学、岩石力学等专业课程提供必要的理论基础。因此理论力学全英文课程建设是石油工程专业全英文课程体系建设中非常重要的一环，开展理论力学课程的全英文讲授，对理论力学全英文课程教学内容、教学方法进行建设具有显著的必要性。通过构建与国际接轨的教学内容与方法体系，通过全英文方式的讲授，使学生在掌握理论力学专业知识的同时，提高专业英语水平，习惯英语思维方式，形成使用英语进行专业交流的能力，有助于全面提高学生素质，实现国际化人才培养。

在开设全英文课程体系前，为适应我国石油经济国际化发展战略与我校建设石油石化学科领域国际一流研究型大学的发展目标，培养具有高素质的国际化、创新型石油石化专业人才，我校石油工程学院已经开展了一批示范性双语教学课程建设与教学实践，取得了显著的效果，积累了不少经验。具体来说，石油工程学院的工程力学（包含理论力学与材料力学）双语课程在石油工程专业本科生中已经进行了多年的讲授，积累了大量的课程建设经验，形成了丰富的教学文件，培养了一支优秀的教学团队。在师资力量方面，近年来我校石油工程学院通过引进具有国外博士学位和有国外交流学习经历的青年教师与现有教师赴国外高校交流访学的方式，已经形成了一支具有良好国际化教育背景的教师队伍。具体到理论力学全英文课程，学院为该课程配备了由两位具有美国博士学位的教师以及一位具有美国高校联合培养经历的教师组成的教学团队，且都具有力学学科相关背景，一方面对理论力学课程内容有较好的把握，另外一方面也都具有较高的英语水平，充分保障了理论力学全英文课程教学质量。石油工程专业本科创新班学生是学校在每年入学之初从新入学理工科专业本科生中选拔出的拔尖学生，数理基础较好，英语水平普遍高于同期入学学生的平均水平，适合于开展全英文教学。因此从前期双语课程教学积累、师资力量配备以及学生素质方面，都具备开展理论力学全英文课程教学与课程建设的可行性。

二、理论力学全英文课程建设

课程建设内容包括教材的优选与确定、教学内容的合理选择与安排、教学方法的改革与探索、教学评价方式改进等。

教材选用：教材作为教师进行教学的基本依据和学生学习的重要材料[5]，是课程建设的核心，集中体现课程教学内容和教学体系。好的教材既要全面涵盖课程的主要内容，又应当合理安排章节体系和知识点的前后衔接。考虑到目前我校的理论力学全英文课程尚处于课程建设的初期阶段，尚不具备直接自编教材的条件，在透彻研究国外经典教材内容体系并结合我校石油工程专业特点、学生素质的基础上，选定了Dietmar Gross等人编著的Engineering Mechanics I ： Statics[6]与Engineering Mechanics III ： Dynamics。[7]该教材内容涵盖了国内理论力学所包含的静力学、运动学与动力学内容，具有概念清晰、深入浅出、简明却不失严谨的特点，同时该书的英语行文平实易懂，相当于类似石油工程的工科专业大学低年级本科生的理论力学课程。同时，作为对上述教材的有益补充，我们还指定了J. L. Meriam编著的Engineering Mechanics： Statics & Dynamics [8，9] 作为教学参考书。

教学内容：考虑到全英文授课所需时间可能比中文授课费时，需要在确保知识体系完整的前提下对教学内容进行精炼和优化，合理安排课堂精讲、概述和课外自学等内容。在选定教材的基础上，通过对比国外经典理论力学课程教学内容与国内理论力学课程教学内容，确定了课程教学内容主要包括：理论力学引论、汇交力系的合成与平衡、任意力系的简化与平衡、重心、质心与形心计算、结构支座反力计算、桁架结构内力计算、干摩擦、功、能量与虚功原理、质点动力学、刚体动力学。由于教学学时的限制，同时考虑到在后续材料力学、岩石力学一些课程的需求，在教学内容的确定过程中，重点强调静力学部分。

教学方法：由于采用英文教学，学生单纯通过听教师讲授的方式接受信息的完整程度、消化速度与中文讲授课程相比要低，特别是在课程刚开始时，学生可能会表现出现一定的不适应，因此全英文课程采用传统的教师传授式教学可能收效甚微，需要对各种教学方法进行综合应用，探索保证全英文授课质量的教学方法与手段。

鼓励学生课前预习对于全英文教学非常重要。在教学过程中，我们鼓励学生课前预习相关章节的教材内容，初步熟悉陌生词汇，并对课堂教学内容进行一定的思考，对相关问题形成一定的初步见解。在课堂教学开始时，通过提问并对正确回答问题的学生进行奖励考核，充分调动学生课前预习的积极性。通过这种方式，一方面使得学生熟悉课堂教学内容，带着初步的认识与疑问参与课堂教学与学习，学习效果显著增强，另一方面也能够在一定程度上弥补学生在全英文教学语言上初期的不适应，充分保障教学质量。

针对理论力学课程的特点，合理采用多媒体与传统板书授课相结合的教学方法进行课堂教学是全英文教学的一种有效教学方法。在两学年的理论力学全英文课程建设与教学实践过程中，我们已经制作了完整的全英文多媒体课件，对于信息量较大，需要直观展示的图、表及实际力学过程的描述等，可通过形象、生动的多媒体展示，使学生能在较短时间内高效地获取直观的印象与信息。而对于重要理论公式推导、典型习题求解过程等教学内容则采用传统板书的方式进行授课，使学生能够充分理解和掌握相关理论知识，同时也能体现理论力学课程的逻辑严密性与科学性。通过采用多媒体课件与传统板书相结合的教学方法，不仅充分利用了多媒体课件包含信息量大并且生动形象的特点，同时也能充分发挥板书教学手段易于控制教学节奏且便于师生互动的优势，能最大限度地提高学生的学习效果并提高课堂教学效率。

为补充本科学时压缩背景下课堂教学时间的不足，在教学过程中，我们尝试引入团队学习教学法，以3～4人为一组的标准将全班学生分成若干学习小组，将课堂上选择概述的教学内容分配给各小组，要求学生课后对所布置的内容开展团队学习、讨论，制作多媒体幻灯片进行汇报。在教学过程中，我们尝试安排了一次讨论课，由各学习小组指派一名团队代表在课堂上用英语进行口头汇报，详细讲解所讨论和学习的知识点，并接受学生提问，给出解答。通过这种形式，一方面提高了学生自主学习的兴趣和能力，另一方面也锻炼了学生应用英语进行交流的能力。从学生的反馈来看，取得了良好的效果。

按照培养方案，理论力学课程安排在大一学年第二学期，是最早开设的一门全英文课程，学生初次接触到相关的专业英语。因此，我们在课程教学开始时，针对理论力学常用的力学概念、数学表达方式的英文表述先进行讲授和学习，同时在课程开始的初期阶段适当控制英语语速，确保口语清晰，快慢适合，避免使用生僻词汇和长句，对于重要的、不常见的学术词汇，加以一定的解释，使不同英语水平的学生都能够接受全英文教学。

课堂简易演示实验有助于加深学生对所学知识点的理解和掌握。理论力学课程的一些力学原理能够通过一些简易的演示实验进行讲解，例如在教学干摩擦一章的belt friction部分时，学生对于理论推导所得的Euler-Eytelwein公式不具有直观认识，我们通过设计一个小型的简易演示实验，对于摩擦力随绳索在轴上绕的匝数呈指数增加的现象进行了演示，加深了学生的理解和记忆。

考核评价：理论力学全英文课程采用综合成绩对学生的学习效果进行评价，全面考虑平时作业、期末考试、团队学习与口头报告表现、课堂问答等方面的表现进行评估。课程平时作业按教学内容每章布置作业1 次，并采用全英文的形式进行作答，课程期末考试试卷以及答题也都采用全英文的形式。通过对团队讨论、学习与口头汇报的表现进行评价，成绩占最终课程成绩的10%。此外，结合鼓励学生提前预习的教学方法，在课堂上随机提问学生对于课程知识点的理解与认识，并对表现优秀的学生给予奖励分数。通过上述综合考核评价方式与前述各种教学方法的结合，引导学生在掌握知识点的同时培养自主学习的能力。

网络教学资源：在学校的支持下，在学校网络教学平台上建设了课程网站，涵盖课程介绍、课程内容、课程评价等内容，将教学过程中形成的全套英文版教学文件如教学大纲、教学日历、讲义、教案、课件、习题、试卷、实践指导书等上传至课程网站，便于学生课外自学。通过网站的留言与信息系统，学生能够对教学内容和教学方法提出问题和建议，教师也能及时地给予解答和回复，加强了师生网络互动。

三、理论力学全英文课程教学实践

自2014年春季学期开始，经过在我校石油工程专业本科创新班学生中开展两次理论力学全英文课程教学实践，已经初步形成了完备的理论力学全英文课程教学体系和一套行之有效的教学方法。经过对两届学生的调查结果表明，我们的理论力学全英文课程基本实现了采用全英文教学语言向学生传授理论力学学科基础知识、培养学生自学能力的教学目标，有效地提高了学生采用专业英语交流的能力，同时通过团队学习、讨论和口头报告等方式，培养了学生自主学习、调查研究、归纳总结和英语表达的能力。

当然，在教学实践和学生反馈中，也存在一些问题。例如少数学生由于英文水平不足，对于采用全英文教学仍然不太适应，导致学习兴趣不足。对于这样的问题，我们建议采用学生自主选课与教师筛选学生这种双向选择的方式来解决。目前我校全英文课程教学在初步探索中，要求创新班学生参加全英文课程学习，然而不可避免存在部分学生对此不感兴趣，而非创新班学生中也一定有部分学生对此课程感兴趣，因此有必要对参与课程学生进行筛选与分类。可以考虑根据学生的英语知识水平、学习积极性和主动学习能力进行选拔，尽量让对感兴趣并具有一定英语水平的学生参与全英文课程学习。此外，目前在全英文教学过程中普遍采用国外原版教材，一方面价格较为昂贵，另一方面也存在知识体系和内容与国内其他课程存在重叠和不兼容的情况，因而有必要进行教材建设，力争编写出既符合国内学生语言水平、知识体系，又能与国际化教育体系顺利衔接的全英文教材。另外，教学过程中少数学生可能存在本末倒置的现象，将重点放在学习英语语言上，事实上，在全英文课程学习的两大任务——学习专业知识和提高利用英语进行专业交流能力中，显然后者才是更加重要的方面，在这点上授课教师也需要特别注意。

四、结语

本文总结了国际化办学背景下我校石油工程专业理论力学全英文课程建设与教学实践的一些经验和体会。总的来说，石油工程专业理论力学全英文课程经过两年的课程建设和教学实践，取得了初步的教学经验和成果，形成了一套全英文教学基本文件，初步确立了一套行之有效的全英文教学方法，教学效果反馈良好。在下一步的课程建设和教学实践过程中，仍然需要对比不同教学方法使用的效果，并对课程教学成效进行跟踪评价，在此基础上进行及时总结反思，进一步改进与完善教学方法与手段。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张来斌. 服务国家重大战略 积极培养国际化石油人才[J].中国高等教育，2009（15）.

[2] 张来斌.面向中国石油工业探索国际化人才培养体系[J]. 大学（学术版），2012（8）.

[3] 张来斌.深入实施国际化战略 加快高水平大学建设[J]. 世界教育信息，2013（5）.

[4] 蒋庆哲.改革创新 攻坚克难 扎实推进石大国际化战略的实施[J].世界教育信息，2013（5）.

[5] 麦莉，孟广伟.理论力学双语教学的教材与教学实践[J]. 吉林省教育学院学报，2010（7）.

[6] D. Gross， W. Hauger， J. Schr？der， W.A. Wall， J. Bonet. Engineering Mechanics 1 ： Statics [M]. New York， Springer， 2009.

[7] D. Gross， W. Hauger， J. Schr？der， W.A. Wall， S. Govindjee. Engineering Mechanics 3： Dynamics [M]. New York， Springer， 2009.

[8] J.L. Meriam， L.G. Kraige， W.J. Palm. Engineering mechanics ： statics [M]. New Jersey， John Wiley & Sons， 2012.

[9] J.L. Meriam， L.G. Kraige， Engineering mechanics： dynamics [M]. New Jersey， John Wiley & Sons， 2012.

理论力学工程案例教学 篇3

工程力学课程的能力培养要求是使学生通过系列基础课程的学习提高: (1) 建模能力; (2) 分析计算能力; (3) 实验能力; (4) 自学能力。工程力学是一门兼有基础理论和应用技术两重性质的技术基础课, 它要求学生不仅要掌握课程要求的基本理论, 而且要求学生具有将实际问题抽象为力学模型的能力和处理工程中有关力学问题的能力。工程力学涉及大量的工程案例, 在许多工程技术领域中有着广泛的应用。工程力学教学中实施“力学建模”与工程实际案例相结合, 培养学生应用力学的基本理论和方法分析、解决一些工程实际问题, 具有重要的理论和实际意义。

二、工程力学教学中存在的典型问题

1. 教材方面。

国内近几年有关工程力学课程及其教材的建设成果颇为丰硕, 但是教材中基本没有系统介绍建模的内容, 而是直接给出力学模型, 讲解理论概念及模型的计算方法[1]。教材中问题的提出、概念的引入缺乏明确的工程背景介绍。工程力学是一门兼有基础理论和应用技术两重性质的技术基础课, 现有教材建设没有依托具体的学科专业深化展开, 需要适量增补一些富有专业实践性或趣味性的教学素材。同时高校生源质量良莠不齐, 以及出于教学学时数大幅缩减, 工程力学教材降低了其所编内容的难度, 删除了偏难的理论分析和公式推导, 忽视了不同基础学生的多层次需求。工程力学教材的课后习题多数偏重于某个具体理论或公式的分析与运用, 很少引入生产实践中基于力学分析的综合运用实例, 没有发挥出课后习题应有的功效。

2. 教师方面。

一方面传统教学方法侧重于对工程力学课本中概念的讲解, 虽然学生能掌握力学解题思路, 但其弊端是形式呆板、内容枯燥, 难以提高学生的学习兴趣。这就需要教师弱化理论推演, 加强应用环节的讲解。另一个方面长期以来工程力学的教学改革侧重于课程内容和教学方法的研究, 忽视课程与工程实践密切联系的特性, 因而不能很好地调动学生的学习积极性和培养学生的创新能力。同时许多工科教师毕业留校直接从事教学工作[2], 缺乏实际工作经验, 难以掌握。这就要求教师具有深厚的力学知识和宽广的知识结构, 加强实践学习, 将科研项目总结为工程力学问题, 授课时对学生进行结合专业的创新性引导和启发。

3. 学生方面。

工程力学是在大学里最初接触到与工程实际密切相关的主要课程之一, 它具有理论性强、系统性强、逻辑严密、比较抽象、与工程实际具有一定联系等特点。但学生实践经验少, 综合分析工程实际问题的能力差, 这给学生学习这门课程造成了很大困难。我校大规模扩招后, 高校生源的质量良莠不齐。同时基础课程的教学中, 如高等数学和大学物理, 有些教学环节的实施不到位, 教学效果不是很理想, 直接影响学生工程力学的学习效果。而科学技术的高速发展使得力学的研究对象更加复杂, 力学的基础性、交叉性、技术性的学科特点更加明显, 这也增加了学生学习力学的难度。

三、力学建模与工程案例相结合教学的几点建议

建模是指根据具体问题选择合理的计算模型, 建立工程构件力学模型, 并根据力学基本原理建立相应数学模型, 它是将力学理论应用到实践的必要过程。下面从课堂教学、实验教学和考核三个方面论述力学建模与工程案例相结合教学模式。

1. 结合典型力学案例让学生掌握建模。

力学建模是联结力学与工程应用最为重要的纽带, 课堂上老师要向学生介绍力学建模的基本知识。所谓建模指的是用某种形式或模式去近视描述、模拟所考察对象本身及其变化过程的现象和规律。一个理想的模型既能反映考察问题的根本特征, 同时可以量化求解的模型, 应满足:可靠性和适用性。建模时必须对与考察问题有关事物进行详尽和深入的分析, 建模研究包含以下三个方面: (1) 模型的建立; (2) 模型参数的估计; (3) 模型的检验。工程力学理论性很强并紧密联系工程实际, 而学生实践经验少, 直接影响学生综合分析工程实际问题的能力。课堂上工程问题的提出, 首先是介绍它的工程背景, 除了必要的语言描述, 还通过大量图片和影音资料进行介绍, 提高学生的感性认识。教师还要鼓励学生用所学的知识去解决问题, 帮助学生学习对问题的界定, 了解实际工程问题与计算简图之间的差距。教会学生将具体的工程实际问题抽象为力学模型的方法, 要求所建的模型能接受实践的检验并做出相应的修正, 使科学研究的模型计算成果接近于实际。教师应注意搜集和积累一些与工程力学相关的典型案例, 有目的地选择密切联系工程实际和日常生活的例题, 在讲解例题时, 突出对实际问题的简化、建模的过程, 注重培养学生运用所学的基本理论和方法去分析和解决工程实际问题的能力[3]。

2. 借助实验进一步提高学生建模能力。

实验和理论在工程力学中占有同等重要的地位, 但是我校在力学教学中存在着重理论、轻实验的现象。现有的一些实践课程大都是为验证课堂教学所传授的知识而开设的, 只注重教授学生求解具体的力学理论问题, 而忽视通过实验培养学生将工程实际问题提炼成力学模型, 培养学生灵活运用理论知识解决实际问题的能力[4]。实验教学中应该精简验证性实验内容, 增加综合性与研究型实验项目。为适应不同层次学生的教学需要, 结合课程性质和课程内容, 从科研项目中提炼出一些具有工程背景的综合性与研究型实验项目, 让学生综合运用基础理论知识, 建立其力学模型, 研究其理论解决方案, 再用实验结果来检验力学模型[5]。这样不仅丰富了实验教学内容, 充分调动了学生学习的积极性和主动性, 提高了教学质量。学生通过“实验到理论再到实验”的过程, 提高自身研究问题和解决问题的能力。同时根据需要可以开展模拟实验, 它作为真实实验在一定条件下的替代具有明显的优势, 模拟实验的表现形式有: (1) 实物演示实验; (2) 数值模拟实验; (3) 人机交互模拟实验。目前一些高校已经开始用MATLAB软件为工程力学进行模拟计算和实验, 可以借鉴这些先进成果进行转化应用。

3. 增加力学建模考核内容。

目前我校仍然采用课后习题作业和闭卷考试作为考核学生的基本手段, 这种方式考查学生记忆能力的较多, 不利于发挥学生运用知识和动手实践的能力。因此, 有必要对现行考试方法和考试内容加以改革。平时的考核可以采用课后习题作业、实验操作和读书报告的形式[6], 课后习题是适量的基本概念的考核和理论计算;实验内容应贴近于工程实际, 让学生综合运用理论知识, 建立其力学模型, 研究其理论解决方案;读书报告要求学生就一个工程实践中的力学问题, 根据力学基本概念和定理对问题进行抽象简化并建立其力学模型, 然后利用所学的理论知识确定计算方法, 最后进行分析计算并给出解答。期末考试内容不仅包括考核学生掌握力学基本概念的能力, 还包括考核学生应用力学理论知识分析和解决问题的能力。例如, 给定一个简单的典型力学问题, 让学生简化力学模型, 给出受力分析, 为各构件选取材料及截面形状和尺寸, 并对该结构存在的问题谈自己的看法。这种考核方式注重培养学生解决力学问题的能力和对所学工程力学知识进行归纳、总结的能力。

参考文献

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[3]周丽珍, 张涛.勘查技术与工程专业的“工程力学”课程教学方法探索[J].中国地质教育, 2010, (增) ;

[4]张涛, 周丽珍.加强高校实验室建设培养学生创新思维[J].中国地质教育, 2007, (增) .

[5]王彦生, 侯中华.创建工程力学实验教学示范中心培养创新型人才[J].实验室研究与探索, 2010, (8) :75-77.

理论力学工程案例教学 篇4

关键词：起重机械,事故案例,力学教学,力学素养

引言

起重机械是用来进行物料搬运作业的机械设备.在现代化的生产建设中,几乎到处可看到它的身影.它不仅广泛用于输送、装卸、建筑工地、大型水力工程和仓储等作业,而且还直接参与生产工艺过程,例如,大型构件的锻造和热处理等工艺.起重机械的使用大大提高了劳动效率,同时减轻了劳动者的劳动强度.

使用任何机械都伴随着安全风险,以快速、高效和大吨位为发展目标的起重机械必然也面临越来越大的安全风险.为确保起重机械这类设备的安全使用,保障人民生命和国家财产安全,国家相关部门一直将起重机械作为安全监控的重点特种设备,对设备操作人员进行安全培训,并且对不同类型的起重机械都制定了严格的安全操作规范.例如,“起重吊装十不准”的规定:(1)指挥信号不明或乱指挥不吊;(2)起重重量超负荷不吊;(3)吊具使用不合理或物体捆挂不牢不吊;(4)吊物上有人或有浮物不吊;(5)埋在地下的物件,带电的物体不吊;(6)物体偏离运行轨迹不吊……可谓具体和详尽.但在实际操作过程中,由于一些操作人员缺乏严谨科学的训练或是人为的疏忽,全国每年仍会发生多起起重机械安全事故.据有关资料统计,目前我国各地区、各行业发生在起重机械作业中的伤亡事故约占全部伤亡事故的1/5～1/3[1].

在大学的力学教学中,考虑到起重机械是低年级大学生相对较熟悉的一种工程机械,结合教学内容,将一些起重机械事故案例引入课堂,并引导学生从力学原理这个角度对引发事故的原因进行分析讨论,帮助学生更直观地理解理论知识在工程中的应用,同时强化他们对力学学科重要性的认识.案例教学不仅调动了学生学习的自觉性、主动性和积极性[2],也促进了学生工程意识的提高.下面列举的是教学中采用的一部分事故案例.

1 事故案例及力学原理的分析

案例1 2005年8月,云南省文山州富宁县某水电站建设工地发生门座式起重机倾覆特大事故(图1),死亡14人伤4人,直接经济损失290万元.该门座起重机是在更换起重臂变幅钢丝绳的过程中将起重臂搁置在高于起重臂根铰点的坝上,支撑点处于起重臂重心与根铰点之间且靠近根铰点处.当松开变幅钢丝绳时,使起重臂自重产生对起重机整机的倾覆力矩,此时连同平衡重本身形成的同方向力矩,大于起重机整机自重形成的稳定力矩,从而导致起重机整机倾覆是事故的直接原因[3].

事故原因的力学分析画出失事前起重臂的力学简图(图2),即可看出:当完全松开变幅钢丝绳的瞬间,起重臂已变成一个以大坝支撑点A为支点,以自重G为压力的大撬杠,通过根铰点O对起重机施加的只能是掀翻力.加之起重机原来的与此同方向的平衡重力矩,灾难便不可避免地发生了.

案例2 1988年7月,某地一仓库为对起重机进行除锈涂漆维护保养工作.自制一个简易木制维修平台,尺寸270cm×330cm,用两根等长链条交叉端部固定在平台的四角处,再将两根吊装链条悬挂在电动葫芦吊钩上.当载有两位维修工人的平台被吊升至距地面12m的高空,一根链条突然断裂,造成平台倾翻,维修人员1死1伤的恶性事故.吊装链条破断部分经事故后的检查与探伤,没有发现链条内有裂纹,其磨损量和疲劳塑性变形量也没有达到报废标准极限,链条破断缺口也不存在内在质量问题.经测量与计算,吊装链条破断的主要原因是吊装角过大而超载所致[5].

事故原因的力学分析画出维修平台的力学简图,如图3所示,G为吊载总重量,F为绳拉力,由平衡方程可得

从上式可以看出,α夹角越大绳拉力F也越大.例如:

当α=30°,F=0.577G,当α=70°,F=1.462G,此时的拉力是α=30°时拉力的2.53倍.这也正是在起重机起吊规章中规定吊装角(2α)一般不得大于120°所基于的力学原理.

案例3 1993年2月,某乡镇企业一机械修配厂利用单梁悬挂起重机吊一台重约1.8t旧铣床.因几位搬运工为了图省力,在距起重机左悬臂端吊钩极限位置大约1m远左右,决定采用斜拉斜吊办法,让旧机床吊起再运送到待修理位置.当吊载刚离地面,被斜拉斜吊的重物立即猛烈向右方冲去,同时造成电动葫芦也向右方猛烈溜车滑行.致使距吊载约3m远的两位女工突遭恶运,摆动机床的冲击将一位女工腰部击成重伤而残废[5].

事故原因的力学分析画出重物受力图(图4),G为重物重量,F为斜吊时绳拉力,则有平衡方程

由上式可以看出,绳拉力F随倾斜角α的增大而增大,所以斜吊可引起吊索超载断绳的可能性.更为严重的是,因水平方向无约束,斜吊使重物产生很大的水平冲击力.

如用F0表示水平分力,则F0=Gtanα.

此案例中,α≈10°,则水平分力高达3.1 kN,足以产生巨大的杀伤力.

通过简单的力学分析,就可知在起重机安全操作规程中规定“不允许斜拉斜吊作业”所蕴含的深刻道理了.

案例4 1991年5月,某塑料压铸厂机加工车间用一台单梁起重机吊运压铸机底座,每块底座重约600kg左右.为了图省事贪图快一点运完,一次吊两块.并且将上面的一块不受吊装绳的任何限制,就摆放在下底座上面.吊载距地面1m高,随起重机以1.25m/s速度运行,这时从车间外面突然开进一辆电瓶车,司机慌忙向上提升吊载并急刹大车.吊载发生剧烈的摇摆晃动,致使本来就不甚稳定的上层底座在剧烈摇摆下,向侧面抛落下去,顷刻造成一工人被吊载当场压伤致死的惨剧[5].

事故原因的力学分析画出吊载的力学简图(图5)(设每块底座重量为G)由动能定理:Gl(1-cosφ),很显然,初速v0越大,吊载甩出的角度φ就越大;而且在初速一定条件下,l值越小,φ角也越大.即吊载提升的越高,绳子越短,重物摇摆的幅度会更大.这就是在本案例中,当司机急刹车又慌忙向上提升重物,重物加剧甩动的原因.

更为可怕的是,在本案中,竟将一块底座无任何捆绑地放在另一块上边.起重机安全操作规程明确规定“物体捆绑不牢不吊”,难道还要用血的教训一次次来验证它.多掌握一些科学技术知识,才能更自觉地执行安全操作规章,提高操作技术能力和处理紧急情况的能力.

案例5某施工工地用16t汽车起重机往四层楼屋面吊空心楼板.吊上去的两块楼板刚落稳,但因钢丝绳压在楼板下的垫木上无法抽出.为此,一工人向起重机司机示意又将楼板重新缓缓吊起.由于钢丝绳吊索内部存在扭转应力,加之楼板被吊起离开屋面呈自由状态,钢丝绳应力得以释放,致使楼板发生自由转动.当即将一工人撞倒,从四楼坠地死亡[6].

事故原因的力学分析在楼面上慢慢放下吊起的楼板时,工人往往要横向推动楼板转动以便按规定位置摆放.殊不知这样已使起吊钢丝绳产生了扭转变形,从而在钢丝绳内积蓄了应变能.任何物体在外力作用下变形,在物体体内就会储存应变能.弹性固体内的应变能是可逆的,当外力解除时,它又可在恢复变形中释放出全部应变能而做功.

在工程中,正是利用这种因变形而储存的应变能为我们服务.例如可用于控制机械运动的凸轮机构中的压紧弹簧,内燃机中的气阀弹簧等等.就连撑杆跳高运动员也正是有效地利用撑杆的变形能而使自己腾起的更高!而正是这种储藏在变形体中的应变能又像是一把双刃剑,如不能正确地认识它掌控它,就会给人们带来灾难.

案例6 2007年4月,辽宁省铁岭市清河某炼钢车间一台60t钢水包在吊运过程中倾覆,钢水涌向一个工作间,造成正在开班前会的32人死亡、6人重伤,直接经济损失866.2万元.

对这起特别重大事故,国家质量监督检验检疫总局向全国各质量技术监督局专门发出了事故处理情况的通报[7],文件中详细通报了有关事故的原因.

现仅针对事故原因之一“未按要求选用冶金铸造专用起重机,却擅自使用一般用途的普通桥式起重机”进行一些力学原理的分析.

根据材料的力学性能可知:金属材料在高温下长期服役,其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化.因此,室温下具有优良力学性能的材料,不一定能满足机件在高温下长期服役对力学性能的要求.因为材料的力学性能随温度的变化规律各不相同.图6表示在高温静载下,低碳钢的σs.σb,E.δψ等随温度变化的情况[8].

从图线可看出σs和E随温度增高而降低.在250℃～300℃之后,随温度升高σb也降低.

材料在高温和恒定应力作用下,即使应力低于弹性极限也会发生缓慢的塑性变形,这种现象称为蠕变.材料在较低温度下的蠕变现象极不明显,随温度升高蠕变现象才会变得越来越明显.

在高温下工作的零件往往因蠕变而引起事故.例如,蠕变可使零件内预紧力逐渐降低,这种现象称之“松弛”.靠预紧力密封或连接的机器,往往因松弛而引起漏气或松脱.

由材料力学实验,无论光滑试样或缺口试样,总的趋势是试验温度提高,高温疲劳强度降低,而材料的持久强度下降更快,如图7所示[9].两条曲线交点温度随材料不同而不同.据统计,当温度上升到300℃以上时,每升高100℃,钢的疲劳抗力下降约15%～20%.而对耐热合金,则每升高100℃,疲劳抗力下降约5%～10%.

所以,按照国家的《炼钢安全规程》的规定,起吊钢水包应采用冶金专用的铸造起重机,而决不能随意的用其他起重机来代替.铸造起重机的高温、高粉尘、高危险的工作环境决定了它与一般的机械相比的特殊性.不仅材料要能更耐高温,对强度、刚度要求也更高,而且必须要将安全置于最高位置来进行专门的设计,以确保使用起重机的安全性和可靠性.

2 从事故案例看提高力学素养的重要性

一桩桩起重机事故案例触目惊心!尽管引发各类事故的原因错综复杂,但每个事故案例中均存在违背了最基本的力学原理的事实,这的确发人深省.从对事故案例的分析中,学生们深刻体会到了在工程中要提高力学素养的重要性.

工程力学课程是工科院校一门重要的专业基础课,该课程的学习不仅要为学生的专业学习提供必要的理论基础,同时还要培养学生将所学的力学知识应用于工程实践的意识和能力.这些能力的培养,不仅要求学生必须掌握好清晰的力学概念和扎实的基本功,还要求教师在力学课的教学中,注重理论联系实际授课.案例教学有助于学生理解力学知识在工程实际中的广泛应用,激发学生求知欲望和学习积极性,培养训练学生对工程中的实际问题能够敏锐地进行综合分析、快速地作出定性判断并能提出解决方案的工程意识和力学素养.

同时利用工程案例教学,使学生认识到工程中“安全生产规章制度”和“安全操作规程”中的“规范”里所蕴含的深刻力学原理,培养学生遵章守纪的工作态度和严谨、一丝不苟的科学态度.

参考文献

[1]汪军.起重机械事故原因分析与安全管理的探讨.机电工程技术,2010,39(2):105-108

[2]严宗毅,郑桂珍.在流体力学教学中通过重大事件实例教书育人.力学与实践,2002,24(4):68-80

[3]国家质检总局.特种设备10起具有重大影响事故回放.中国质量报,2005-11-15

[4]云南省富宁县谷拉水电站起重门机倾倒压死14人.http://news.sina.com.cn/c/2005-08-03/04566595368s.shtml

[5]顾迪民.起重机机械事故分析和对策.北京:人民交通出版社,2000

[6]五例汽车起重机事故案例.http://www.chinacrane.net/xue yuan/200901/15/11930.html

[7]国家质量监督检疫总局.关于辽宁清河特殊钢“4.18”钢水包倾覆特别重大事故处理情况通报.国质检特函(2008)82号

[8]刘鸿文.材料力学.北京:高等教育出版社,2004

理论力学工程案例教学 篇5

理论力学是土木工程专业一门重要的专业基础课程,不仅为学生学习材料力学、结构力学等后续课程提供必要的力学理论知识,同时该课程具有理论性、系统性、应用性强的特点,又有助于培养学生的逻辑思维能力和解决工程实际问题的能力。因此,该课程教学效果的好坏将直接影响到土木工程专业毕业生的培养质量。然而在现实的理论力学教学中,由于内容多、理论性强,涉及的定理多、公式多、推导多,学生普遍感到此门课较枯燥,学习积极性不高,主动性不强,即便课上能听懂,课下独立做习题还是有一定困难,分析、解决实际问题的能力则更弱,以至于学得很被动,教学效果自然打了折扣。

1激发学生学习兴趣

孔子曾说过:“知之者不如好之者,好之者不如乐知者”,爱因斯坦也说过“兴趣是最好的老师”,如果对学习有了兴趣,学生才能主动地去学习、去探索未知的内容,在主动学习和探索的过程中,提高学习的效率。可见,兴趣对学习的重要性,那么在理论力学中怎样才能激发学生的学习兴趣呢?

第一,变抽象的概念讲述为结合土木工程实例的讲述。

在讲静力学部分中的受力分析时,通过图片和视频展示信阳的一些地标性建筑如彩虹桥、西关桥等,然后把它们抽象为力学模型:拱和简支梁,再进行受力分析和超静定分析,这样就把抽象的力学模型具体化为身边的工程实例,而且可以分析、解决实际问题,学生易于接受,因而就有了兴趣;在讲空间固定端支座时,由于教材上的固定端支座是一力学模型,通常我们告诉学生其提供六个约束反力,被约束刚体不能移动和转动,尽管我们讲的很详细,但学生仍然觉得很抽象、很枯燥,因为学生没见过工程上的空间固定端支座,没有感性认识,我给他们讲了一个工程实例:框架结构中的基础对柱子的约束,也通过图片和视频予以展示,并要求课下让他们自己实地观察分析,这样理论也联系了实际,学生学习有了主动性,提高了兴趣。

在学习理论力学这门课程之前,学生对应用理论力学知识分析、解决工程问题几乎没有任何概念,通过将工程实例引入课堂,可使学生有亲临其境之感。为了使理论力学课程更好的同实际工程联系在一起,专门录制了许多土木工程实例,如简支梁桥、悬臂构件、桁架结构、塔式起重机的工作过程等,这样既开阔了学生的视野,又激发了学生学习理论力学的兴趣。

第二,提高教师自身专业素质。

从哲学上我们知道,内因对事物的变化起决定作用,想要培养学生对一门课的兴趣,绝不能仅仅靠一点教学方法的变化,关键还要靠老师自身素质的提高,学生在教室里不只是看课件,还要听老师讲,同样的课件,有的老师可以讲的深入浅出,工程实例随手拈来,引人入胜,有的老师可能讲的内容干瘪,论据苍白无力,甚至变成念课件,教学效果可想而知。这里面除了有教学方法的问题之外,还有自身知识面的宽度及深度不够的问题,怎样才能提高自身专业素质呢?一方面教师要注意学习和借鉴国内各级理论力学精品课程的优点和长处,因为其中不乏名师的授课录像、教案等,除了可以了解到各个学校在这门课程的教学中内容和侧重点的不同之外,更重要的是可以于细微处学习体会,揣摩课堂教学的相关技巧;另一方面教师要加强实践知识的积累,只有自己的实践知识丰富了,讲工程实例时才能旁征博引、有血有肉、游刃有余;此外,教师还要注重科研工作,将自己所进行的项目在与讲授理论相关的情况下引入课堂,给学生一个可直接感受的平台,原来自己所学的这些理论还可以这么用,用来解决这些研究性的问题,从而提高其学习的积极性,激发学生学习兴趣。

2多媒体与传统板书相结合

现代化的多媒体教学手段在高校中已得到广泛应用,多媒体较传统教学手段有很多优势,可以将文字、图形、图像、声音集合在一起,比如讲解理论力学中的桁架时,可通过拍摄一些桁架实例的图片和录制一些桁架视频来制作课件,并配以文字和声音,这样就会图文并茂,音像结合,生动形象,使上课不再单调,吸引了学生的注意力,调动了学习的积极性,使学习成为一件快乐的事。而传统的黑板加粉笔,同学们在黑板上看到的只是一个力学模型,又和教材上的图形一样,很抽象,因而觉得枯燥,学习积极性不高;多媒体还具有信息量大,节省时间的优点,尤其是在理论力学中画一些图形时,可通过预先制作好的课件直接显示出来,而传统板书要花费很多时间,有的图形还很难画,且不如课件上的美观。但多媒体也有不足,当用多媒体讲授习题或者例题时,由于其信息量大、解题过程快,往往只有少数学生能跟上老师的思路,大多数学生思考时间不够,因而造成听不懂、被动学习的局面,此时宜采用板书与多媒体相结合的方式,题干由课件显示,具体的解题步骤用板书表达,可根据学生的实际理解情况调整讲课的节奏和板书的快慢。理论力学定理多、公式推导多,用多媒体推导公式时,学生也反映课件翻的快,不易理解公式推导的思路及过程,这时也适合用板书。总之采用多媒体和板书相结合的方式可取长补短,充分发挥二者优势,显著提高了教学效果。

3启发式教学和随堂小练习相结合

理论力学这门课偏重讲授理论,概念多、公式推导多、习题多,而传统的教学方法又是满堂灌、一言堂,学生听课被动,感到内容枯燥,没兴趣,学习没有积极性,甚至上课有学生睡觉,针对学生参与不到教学中来的这种情况,笔者采取了以下两种教学方法:

第一,采用启发式教学,激发学生的求知欲,经常向学生提问,以引导学生的思路,吸引学生的注意力。尤其在讲解例题和习题时,多问几个为什么?让学生跟着自己的思路,主动来回答自己提问的问题,通过老师提问、学生参与,师生间就形成了互动,也贯彻了以教师为主导,以学生为主体的教学理念,课下学生反映教学效果较好。

第二,开展随堂小练习,理论力学每次课一般包括两小节,传统的教学方法一般第一节讲基本理论、原理及公式推导,后一节讲习题,在以往的教学中,为了让学生课下会做习题,第二节课一般讲尽可能多的习题,尽管老师很辛苦,也“尽心尽力”了,但课下学生反映课上听懂了,课下做题仍有困难,原因是学生只听没练,总体教学效果一般,为了让学生参与进来,笔者在第二节课中一般留20分钟左右时间,适量布置几个练习题,让学生在课堂上做,下课前5分钟给学生对一下答案,稍复杂的习题简单讲一下思路和解题过程,这些练习题由于是学生独立做的,因而记忆深刻,再做作业时,也不会感到无从下手了,而且会有成就感,对学好这门课有了信心。

4课外学习的多样化

第一,选择有代表性的典型习题作为作业,起到举一反三、触类旁通的作用。对理论力学这门力学基础课来讲,多做习题固然有好处,但不能占用大量的时间搞题海战术,因为大学不能像高中那样,课内课外主要只学习书本知识,作为大学生还要参加各种课外活动以提高自己各方面的素质,因此,要求学生做适量的习题,习题的选择就很重要,要有代表性,每道习题考查的知识点不重复,达到少而精的标准。

第二,布置与课程相关的小论文,学生在教师的要求和指导下,根据自己的学习兴趣选题,来撰写心得体会或应用所学的理论力学知识分析工程中的一些力学现象,如在学生中开展主题为“理论力学知识在土木工程中的应用”等科技小论文有奖征文活动,实践表明,这种新颖的课外作业可以调动学生自主学习的积极性。学生通过主动查找文献资料,主动参与到问题当中去分析、解决问题,不仅加深了对所学知识的理解,更为重要的是让学生充当了探索问题的主角,极大地调动了学生的个性发展,也培养了学生的创新精神。

第三,利用网络进行学习。随着计算机及网络的飞速发展,现在的大学生基本上都有一台属于自己的电脑,且都已接入校园网,鼓励学生充分利用网络带来的便利条件,共享网上资源,查阅文献,搜索自己不明白的、感兴趣的等与理论力学有关的知识。

5结语

通过上述措施,明显地激发了学生学习理论力学的兴趣,调动了学生的学习积极性,培养了学生的工程素质,提高了学生对知识的掌握及综合应用所学知识的能力,也贯彻了以教师为主导,以学生为主体的教学理念,取得了较好的教学效果。但理论力学教学方法的改革是一项长期、复杂、细致的工作,只有不断地进行探索、实践,才能使这项工作更加完善。 [ID:7584]

参考文献

[1]张剑,黄剑峰.理论力学教学改革的几点探讨[J].云南农业大学学报,2009,(1):62-65.

[2]艾薇,侯作富,周思柱,冯定.理论力学课程教学的现状与教学改革的探索[J].力学与实践,2009,(5):75-77.

[3]李为虎.一种工科理论力学教学模式的构想与实施[J].力学与实践,2010,(3):126-127.

工程案例力学原理的整理及提炼 篇6

力学是最早产生并获得发展的科学之一。人们在生成劳动中, 创造了一些简单的工具和机械 (如斜面、杠杆等) , 并在不断使用和改进这些工具和机械中, 积累了不少经验, 从经验里获得知识, 形成了力学规律的起点。我国古代在“墨经”、“考工记”、“论衡”、“天工开物”等书籍中, 对于力的概念、杠杆原理、滚动摩擦、材料的强度等方面的知识都有相当多的记载。

19世纪以前 , 力学是物理学的主导。从19世纪末开始 , 力学与物理学有了明确的分工, 力学研究宏观现象, 物理研究微观或宇观现象。物理为基础学科, 力学带有技术的性质。当然, 随着科学的发展, 两者必有融合之处。

20世纪以来 , 与航空工业及其他技术的发展紧密相关 , 力学的许多专门分支如弹塑性理论、流体与气体动力学、非线性振动理论、自动控制、运动稳定性理论、陀螺仪理论、变质量力学和飞行力学等各方面都取得了迅速发展和巨大成就。20世纪力学发展的特点是出现了大批新的边缘学科, 力学正在越来越多地渗入其它有关学科中。

1997年钱学森首次提出“工程力学走过了从工程设计的辅助手段到中心主要手段的过程, 不是唱配角而是唱主角了”这样振奋人心的口号。

力学是必须理论联系实际的;一方面是精深的力学理论, 另一方面是工程实际急待解决的问题。必须以理论去解决实际问题, 要得到在生产第一线工作的工程师的欢迎。万万不可只发表论文, 不解决实际问题, 让工程师们觉得有你没有你一个样! 怎样做到理论联系实际?必须深入实际。但到了现场, 实际就在眼前, 你也可能抓不到问题的要害。原因何在?缺少分析洞察问题的能力! 怎样培养分析洞察问题的能力?

知识是能力的基础、能力是知识的运用。力学主要培养以及锻炼人的观察能力、建模能力以及提炼问题能力。

1 案例收集

人们常说“处处留心皆学问, 人情练达即文章”, 主要是强调要留心周围的事物。其实力学并不遥远, 力学就在身边。大到宇宙、星系, 小到细部、粒子;远至古代文物, 近至家长里短;深奥到卫星原理和星系演化, 优雅到诗画欣赏。可以说无一不涉及到力学[1], 而一旦涉及到力学又有相应的话题。案例收集可以从以下几个方面来实现:

1.1 留心日常生活中的力学现象

要收集整理和力学相关的案例素材, 一定要做生活的有心人, 仔细留心周围生活。从而才有可能发现其中和力学相关的现象。比如摩擦, 提到摩擦, 一般想到是阻碍物体运动, 耗损结构的动能, 大多想到摩擦是有害的。其实, 摩擦又是和人类关系最密切的, 一旦没有了摩擦力, 人类就无法行走, 只能像溜冰一样滑来滑去;又比如下雨、下雪天, 汽车车轮容易打滑, 转弯的时候一般都要减速等等都是日常生活中和摩擦相关的问题。再比如日常生活中常见的开瓶器, 开瓶器的基本原理就是利用自锁原理, 以很小的体积与力就可以拔起塞得很紧的瓶塞。通过对这一类问题的整理, 可以从日常生活当中整理出大量实例, 便于理论力学教学的展开[2]。

1.2 留心新闻报道

2013年6月4日上午 , 国航一架执飞成都—广州航班的波音757飞机在起飞后不久, 飞机机载雷达罩在数千米高空被撞出一个大凹洞, 机组随后立即决定返航, 在半个小时后航班安全回到成都双流机场, 事件未造成人员伤亡。该实例生动形象的阐明了“鸟撞”问题, 通过该实例不但可以说明碰撞的巨大破坏力, 还能引申解释为什么机场周围不能养鸟以及机场为何有专门的驱鸟部门等;2007年8月12日, 在位于陕西南路和南昌路交叉路口的上海地铁10号线建设工地, 一辆正在作业的吊车突然侧翻, 一名工人被砸伤。这名伤者在被送往医院途中因失血过多死亡。该实例说明吊车操作人员必须要懂得必要的力学知识, 否则吊装过程中的安全事故就不可避免。工程施工中在起吊重物时, 有严格的操作过程, 通常有“十八不吊”的安全要求, 特别是在起吊大型构件应进行力学的平衡计算, 否则酿成吊车的翻倒事故。通过每天大量的新闻浏览和阅读, 可以收集整理大量的和力学相关的工程案例。对于理论和实践相结合的课程案例教学是相当有裨益的。

2 案例力学模型的提炼

有了大量的贴近生活、工程的力学案例, 怎样提炼其中的力学模型, 这也对从事力学教学的教师提出了更高的要求。比如液压汽车起重机吊臂的受力简化, 将油压缸筒简化为二力杆, 汽车底盘简化为铰支座。如果忽略吊臂自重的情况下, 这样吊臂的受力就可简化为三力汇交平衡。通过列平衡方程或者采用力的三角形都能比较容易的得到油压缸筒以及汽车底盘的受力, 从而可以指导起重机吊臂的设计和制造。通过分析还可以研究油压缸筒在升举过程中, 得到汽车底盘受力与油压缸筒长度关系的曲线, 从而可以优化汽车底盘的受力。另外, 还可以研究吊臂采用的截面型钢与吊臂受力变形等的关系, 以及油压缸筒可能会发生的屈曲、后屈曲等工程问题。可见, 哪怕是针对一个常见的工程实例, 要提炼其中的力学模型也不是一件容易的事。它涉及到很多基本的概念, 包括约束的抽象、受力的简化等。而工程实际的约束问题要根据结构的运动来抽象简化, 它没有一成不变的[3]。比如内燃机活塞连杆, 可能在xoy面内, 两端的约束要简化成铰支;而在yoz面内, 有一端的约束又要简化成平面的固定端, 另一端简化成铰支。又比如集中力, 严格说不存在真正意义上的集中力, 如果有的话, 该点的应力就会变得无穷大。而实际上, 很多工程上的载荷又经常简化成集中载荷。只有当这些载荷所在的几何尺寸相比于整个结构的尺寸而言小得多的情况下, 这种简化假设才是合理、可行的。在比如刚体, 绝对不变形的物体是找不到的。只有当物体的变形相比于它原来的几何尺寸小得多的情况下, 才可以把这种物体简化为刚体;当物体的变形不能忽略的情况下, 刚体假设不在适应, 这时要考虑引入变形体的概念。

3 结语

工程案例力学原理的整理及提炼可以说一项比较浩大的工程, 需要长时间的积累和凝炼, 需要耗费较多的人力和物力, 不是一朝一夕能够速成的。但是这又是一件很有意思的事情。通过工程案例的整理和提炼, 可以提高力学教师的业务能力和授课质量, 还可以开阔视野, 增强综合能力;对学生而言, 可以提高学生的综合素质, 锻炼学生的动手和动脑能力, 增强学生的社会责任感, 自觉推动和维护社会正能量[4]。

摘要：理论力学相对抽象枯燥, 学生学习较难掌握学习方法 。将工程实际案例引入到理论教学中, 不失为新形势下理论力学的一种教学改革模式。而工程案例力学模型的简化和提炼对力学教师提出了较高的要求。本文针对如何整理提炼工程案例的力学原理提出了一些心得体会, 希望藉此促进理论力学的教学。

关键词：理论力学,模型抽象及简化,工程案例力学原理

参考文献

[1]武际可.拉家常&说力学[M].北京, 高等教育出版社, 2008.

[2]陈文.理论力学课程教学改革的实践与体会[J].河南科技, 2014 (8) :274-275.

[3]金春花, 曹小建, 许薇.紧跟时代步伐的理论力学教学改革研究[J].中国电力教育, 2014 (14) :140-141.

理论力学工程案例教学 篇7

工程招投标是市场经济条件下建筑市场工程发承包的主要交易方式。工程招投标实务是从事工程招标、施工投标及工程招标代理的技能支撑。《工程招投标实务》课程教学过程中贯彻高职教育理念，以实际工程项目驱动，实施教、学、做合一，任务驱动的教学模式;培养提高学生的职业能力，提升学生的综合职业素养。

一、工程招标与合同管理课程性质

工程招投标与合同管理课程是工程管理专业的技术核心课程之一。工程的发包承包是在建筑市场上通过招投标完成的经济活动，工程招投标与合同管理课程揭示了建筑市场的一般规律，指出了市场主体应遵循的原则和建设工程招投标与合同管理的方法。工程招投标与合同管理是工程管理人员必须掌握的专业知识。工程招投标的能力和合同管理能力是工程管理人员的核心竞争力。

二、工程招标与合同管理课程特点及存在的不足

目前，工程招投标课程主要停留在理论教学方面，其实践性教学在高校目前还未形成一定的体系，如只让学生完成招标文件的编制，而没有从招标公告到评标全过程的系统实践，没有充分应用学生已有的知识和经验，就难以建立本课程与原有专业课程之间的有机联系，使学生在面对实际工作时无从下手，又不知道学过的知识如何用。另外学生多以个体形式进行学习，只关注个人感受与成就，没有合适的组织及协作环境培养相互沟通、合作的意识与能力。

三、情景案例教学法在教学中的实际应用特点

情景案例教学法是一种由教师和学生共同参与合作而完成的新教学法，这种教学方法除了要求学生能够理解掌握教材上的知识以外，还要求学生能够将所学的东西应用到实践当中。也就是说在学习理论知识的基础上，同时更要注重学生的实际操作。首先就要求高职学生对课程的学习有足够的兴趣。我们都知道，高职院校的学生一般都是高考总成绩相对低的考生，他们的学习自主能力也相对较弱，对课本上的知识不能够全身心投入地去理解。如果我们在教学中不能够完全地调动起学生的学习兴趣，那么教学效果肯定不尽如人意。我们将情景案例教学法引入，不仅可以调动学生的学习兴趣，同时也是一种教学方式的创新改革。

四、教学模式方法与手段

（一）教学模式的改革

积极推行校企合作、工学结合，创新建筑工程专业的培养模式，突出教学过程的实践性、开放性和职业性;强化实验、实习、实训三个关键环节，推动教学内容、方法和手段改革，大力推行理论与实践一体化的教学改革，坚持“做中学”，寓教于乐，把知识传授和能力培养紧密结合起来，在职业能力训练中培养学生的职业素质和创业能力。

（二）运用多种教学方法

本课程完全模拟建筑工程施工招投标从发布招标公告到最后发布中标通知书签订合同为止的完整过程。在课程中，学生模拟招投标代理公司，受某甲方的委托进行招投标代理工作，负责发布招标公告、编制资格预审文件、招标文件、进行资格预审、发放招标文件、组织招标文件答疑会和开标仪式，最后发布中标通知书，投标部分由学生分组模拟几个不同的建筑公司参与竞标，从接到招标公告开始，分别进行投标报名、资格预审、购买招标文件、编制投标文件，过程中通过参加答疑会、开标会和最后发布中标通知活动，听取老师的点评和指导。

教学上通过使用演示教学、启发式教学、案例教学、模拟教学、多媒体教学、软件实训以及现场教学等多种教学方法，达到培养学生动手能力的目的。具体操作上我们实行了如下的教学方式：

1. 布置学生仿写各种文件，培养学生实际动手操作的能力，完成教、学、做的全过程。

2. 在合同管理的教学中开展案例教学，现场演示工程合同中的典型案例，让学生讨论，然后归纳总结案例中的经验和教训。

3. 软件实训课。学生在实训机房上课，教室与实训室合一。

4. 仿真实训。以真实工程为背景模拟工程招投标各环节，让学生参与全过程模拟招投标，学生自行组织整个模拟过程，各自充当不同的角色，同时要求学生用软件完成招投标的全部工作。教师讲解、点评、考核，使学生真正得到锻炼。

5. 到有形建筑市场参观，聘请行业人员现场讲解。

6. 毕业实习到校外企业顶岗实训，和企业指导教师共同

指导学生完成岗位工作任务，并对学生的工作进行跟踪评价。

五、应用现代教学技术手段

建立网络平台，工程造价等相关软件，利用机房完成工程量的计算、工程量清单的编制、工程量清单计价的编制，施工组织设计的编制，使学生可在机房中完成招投标全过程的仿真训练。充分利用电子书籍、电子期刊、多媒体课程资源数据库、电子阅览室、教育网站和电子论坛等信息资源，使教学媒体从单一媒体向多种媒体转变;使教学活动从信息的单向传递向双向交换转变;使学生从单独学习向合作学习转变。

六、实训基地建设

（一）校内实训设备与实训环境建设

校内实训基地，可以采用模拟企业真实情境的方法进行建设，实验室已经配置工程计价软件、工程项目管理软件、工程算量软件，学生可使用实际工程图纸编制工程造价，并能够利用该实验室为项目办和设计院编制标底，审核结算。

（二）实习基地建设

学院、系部应展开与企业全面合作，建立校外实习基地。企业参与学院的人才培养工作，为学生提供实际工作岗位，满足顶岗实习要求，也为教师到企业挂职锻炼提供条件，学院同时也为企业员工培训提供条件，形成互利互赢的校企合作机制。校外实训基地应有兼职教师指导学生顶岗实习，兼职指导教师与校内指导教师共同完成实践教学，保证实践教学的质量。

（三）现场教学基地

为使学习过程与工作过程有机结合，课程在不同的教学阶段要去现场教学，到相关企业和政府部门等单位现场教学，讲授真实的过程，同时也让学生初步体验环境。

七、建立并完善课程评价制度

我们广泛采用了笔试、口试、面谈、提交案例分析报告、成果演示、自评、第三者评价等多种评价方法，建立以能力为本位、评价主体和方式多元的课程评价体系。

八、结语