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力学课程中工程案例教学的探索与实践
摘 要 本文认为工程案例教学为力学课程赋予一定的工程背景，使学生在对工程实际问题进行分析的过程中掌握相关的力学理论，培养了学生的工程意识和工程素质。学生的主动性和积极性都得到了极大发挥。提升了学生的创新意识和工程实践能力，。
关键词 力学课程教学 工程案例 探索与实践
中图分类号：G424 文献标识码：A
Exploration and Practice in Engineering Case
Teaching in Mechanics Course
MENG Fanshen
（Department of Civil Engineering， Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang， He’nan 471023）
Abstract This paper argues that Case teaching is given a certain mechanical engineering background courses， so that students master the mechanics associated with real problems in the process of engineering analysis， and develop a sense of engineering students and engineering quality. Initiative and enthusiasm of the students have been a great play. Enhance students’ awareness of innovation and engineering practice ability.
Key words mechanics course teaching； engineering case； exploration and practice
0 引言
力学课程是工科专业重要的专业基础课，是理论与实践紧密联系、基本概念与实际计算并重的课程；是学习后续专业课的基础，为后续专业课程的学习和解决工程实际问题提供基本理论和方法；对培养学生的工程素质和处理工程问题的能力有不可替代的作用。
力学课程和工程应用、工程设计与分析有着紧密的联系，工程实践是力学的源泉和归宿。力学课程理论概念多，公式推导繁琐，有着自身的规律；学生学习过程中觉得力学的理论和方法与实际工程联系不上，高深莫测，容易出现畏学情绪；教学中，出现照本选课，过于关注理论知识向学生的灌输，以教材为唯一依据，从概念到概念，理论教学与工程实相脱节，忽视了学生应用能力的培养，也是造成难以提高教学质量的原因。对于没有工程实践经验的学习，很难将力学课程的内容与工程和生产实际联系起来，遇到实际的工程问题，就会感到无从下手。如何理论联系实际，在教学中引入工程案例教学成为力学课程教学过程的一个必经之路。
本文认为，在力学课程教学中，采用工程案例教学，可以激发学生的学习热情，加深学生对力学基本概念、基本方法的理解和掌握，可以提高学生的工程素质和力学素质，加强学生创新能力的培养。
1 工程案例教学的基本要求
力学课程中的工程案例教学是选取有针对性的工程案例，在课堂上以讲解工程案例入手，通过对典型工程案例的展示，引导学生积极参与分析、讨论和总结，提炼出所学部分的力学理念以及用所学力学理论解决工程问题的方法；让学生在具体的问题情境中积极思考、主动探索，深化对相关理论知识和对科学知识的系统掌握，从而培养学生的综合能力的一种教学方法。与传统的教学方法比，工程案例教学不仅是一种有效的教学方法，更体现了全新的现代教学理念。工程案例教学法体现了“以生为本”的教育理念。在传统的力学基础课教学中，教师占绝对的主导地位，学生个性得不到充分发挥。工程案例教学是一种启发式教学，他的出发点和归宿是充分调动学生的积极性。实施工程案例教学，可以充分发挥教师的主导性和学生的主动性，有利于学生掌握抽象的力学概念和原理，并能灵活运用，达到理想的教学效果。
例如，可以随手指指门角和窗角的裂纹，让学生们分析一下是什么原因造成的？问为什么会发生在这些部位？经过简单的思考后接着介绍应力集中的概念，学生们很快能抓住应力集中的本质。之后，可将问题引申到脆性材料和塑性材料对应力集中的不同反应上，并对其进行理论的阐述。这种与工程实践相结合的授课方式，像讲故事一样，又轻松又有趣，学生们不仅掌握了基础理论知识，同时对理论知识的工程背景有了一定的认识，这对培养学生的工程实践能力非常有益。
2 力学课程实施工程案例教学的实践
2.1 转变力学课程教育理念
工科大学生毕业后要直接面对工程问题，尤其是应用型大学的绝大多数毕业生要在技术一线从事具体的技术工作。教育首先要考虑他们对工程素质的迫切需求。在教学中，需要对传统的力学基础课程教学进行改革。在保证大纲教学任务的前提下，根据后续专业的需求，及时调整教学内容，凸显工程案例教学在教学中的份量。可以丰富课堂教学，激发学生主动学习的热情，为后续专业课打下坚实的力学基础。
2.2 日益发展的科学技术是力学课程工程案例教学的源泉
科学技术的发展，尤其是新材料、新技术的出现，为工程案例教学提供着源源不断的素材。如航天航空技术的发展，带来了如梯度材料等一大批新材料的出现。在力学、生命与人类健康的关系方面，引入鲜为人知的近代力学研究生命科学的分支。如心脑血管疾病与血液动力学等，应用应力与生长定律回答了太空中生物为什么长不大的原因；从力学角度看，骨骼是自然界中最轻巧的超强结构；从生物力学角度研究延长生命的人工器官，如人工心脏瓣膜、人工关节、人工肺、人工肾等；以及中国传统医学中的力学应用：脉象、推拿、针灸、经络等等。
在人类生存环境与力学关系方面，从1998年我国长江抗洪救灾说起，分析长江堤坝溃决的宏观流体动力学原理，介绍导致九江大堤溃决的管涌的力学成因及对堤防的严重危害；类似的还有阿斯旺大坝的悲剧、三门峡水库的教训与长江三峡大坝等大型水利工程。通过近年来频频发生的沙尘暴、空气污染实例，解释其中的气象动力学原理。在洪水的堵与泄、南水北调工程，台风、地震、海啸等的预报与预防方面讲解应用的力学方法和原理。以及通过结合近年来自然灾害频发的现象，促使了“灾害力学”的产生等等这些与生活、生产实际紧密结合的工程案例的分析，能够激发学生的求知欲和社会责任感。
2.3 更新力学课程的教学内容，运用现代化教学手段
工程案例选择要充分考虑所选工程案例具有一定的工程背景，最好是让学生看得见，摸得着，想得到的工程案例。也可以选一些重大的工程，及发展前沿的工程。工程案例要有典型性，即所选案应具有代表性。教学案例是为教学服务的，案例的选择须能充分体现力学课程的理论知识。要适当选取工程案例，即所案例要难易适中。案例太简单，容易得出答案，难以激发学生的学习兴趣。案例太难会超出学生的知识水平和理解力，学生难以入手进行分析，会挫伤学生的积极性。所选案例应与学生的专业相关联，达到力学课程教学为学生专业知识学习服务的目的。案例选择好后首先确定案例的核心理念，即通过案例教使学生掌握哪些力学理论知识，要培养学生哪方面的能力。围绕案例的核心理念，由浅入深地设计一系列的问题，引导学生去思考，从而掌握相关的力学理论知识。
由于课时限制，不可能在工程现场进行教学，但可在课前精心制作与授课内容相关的具体工程实例课件。这些图、文资料色彩鲜艳，清晰生动，能够有效地补充一些与工程实践有关的知识或背景材料，不仅开阔学生的眼界，而且能提高学生的工程实践能力。在讲解时不能面面俱到，要分清重点，讲明白为止。
2.4 力学课程教师要提高自身的工程素质
力学课程中的工程案例教学对教师提出了更高的要求。教师要有效地使用这种方法，就必须提高自身的工程素质，对所选工程案例有着深刻的力学理解。就要深入到工程实际中，钻研技术，开展科学研究。对一些重大工程，特别对近年来发生的有重大影响的事件中的力学现象，教师要能清楚其中蕴含的力学原理。例如在学习悬臂梁的弯矩时，结合媒体报道的一例工程事故。一民用住宅楼的阳台坠落，连续将其下面的若干层楼的阳台剃掉，梁与墙在连接处配筋不足是导致事故的根本原因。教师要清楚目的是讲内力，弯矩的薄弱点，还要清楚梁的配筋要求。通过分析该工程事故，学生们不仅理解了弯矩最大的固定端截面是危险截面，而且明白了这种结构可能发生的破坏形式。以此充分激发学生的求知兴趣。
教师要具有高度的社会责任感。在授课过程中，结合力学的授课内容，有意识地对一些重大工程事故进行力学分析，可以增强学生对社会的责任感。如在讲授剪切的概念时，就以滑坡这种地质灾害为例，说明剪切变形的实质。并指出上海的倒楼事故，实际上由于没有科学施工导致的人为滑坡引起的。通过分析工程事故背后的力学原理，告诫学生们一方面要学科学、懂科学，另一方面更要明白自己所肩负的社会责任。
3 结语
力学课程的工程案例教学是一项长期、艰苦的工作，我们虽然进行了初步的探索，也在教学实践中取得了一定的效果，但还需要在理论上不断挖掘，在实践中不断完善，尤其在工程案例的选择与积累方面需要花大力气，使之更理论化、系统化，操作性更强，在提高教学效果和素质教育方面发挥更大的作用。工程案例教学将力学理论赋予一定的工程背景，使学生在对工程实际问题进行分析的过程中掌握相关的力学理论，培养了学生的工程意识和工程素质，提高了学生建立力学模型解决实际工程问题的能力，学生的主动性和积极性都得到了极大发挥。提升学生的思想道德素质和工程实践能力，使力学基础课教学真正做到为专业服务，培养具有理论基础知识扎实且工程实践能力强的应用型人才，以满足社会需求。
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