工程力学形象化教学改革初探
【摘要】工程力学作为工科专业的重要基础课，具有概念公式多、理论复杂、思维抽象等特点，教学实践中普遍存在着“学生难学、老师难教”的现象。为了激发学生的学习兴趣和学习自信心，本文提出工程力学的形象化教学改革，主要从三方面着手，分别为：将基本概念和知识点形象化，采用形象化案例式教学模式以及借助计算机仿真软件将力学模型直观化、瞬态运动过程化。通过形象化教学改革，增强课程的趣味性和直观性，提高学生的感性认识，并培养学生利用理论知识解决工程实际问题的能力，从而为后续课程的学习打下基础。
【关键词】工程力学 形象化 改革 直观化 过程化
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）01-0239-01
工程力学是工科专业尤其是机械专业重要的基础课，不仅是工科专业的先行课和基础课，更有着很强的工程背景和工程应用性。工程力学的学好与否直接关系着学生对整个专业的学习兴趣。然而，由于这门课程的概念公式多，理论复杂、思维抽象，教学实践中普遍存在着“学生难学、老师难教”的现象。
鉴于工程力学的教学特点，教师有必要不断提高自身教学水平，在教学中采用形象化的教学手段和方法，激发学生学习兴趣，端正学习态度，增强学习自信心。为解决教学中存在的困难，提高教学质量，本文进行了积极的探索，提出以下几方面内容：
1.将基本概念和知识点形象化
工程力学的教学内容中包括大量的概念，为了在有限的学时内将基本概念和知识点传授给学生，就要提高授课效果，增强课堂趣味性。教师在讲授时不仅要进行科学分析，更要想办法将抽象思维形象化、直观化，缩短理论与生活的距离。如在课件中应用flash动画、录像、照片等影音资料，通过声情并茂的课堂演示，增强学生的感性认识，促进学生的求知欲望。
除了教学生理解记忆，还可采用形象记忆法帮助学生快速识记。如在讲授弯矩的正负号规则时，教材中给出这样的规定：“作用在左侧截面上使截开部分逆时针方向转动；或者作用在右侧截面上使截开部分顺时针方向转动者为正；反之为负。”学生感觉拗口，容易混淆，笔者在课堂中提出下述形象记忆法：将自己的身体做为截断的一部分梁，左右手举过头顶做大猩猩状，手臂弯曲的方向即为相应截面的弯矩正方向，要求学生以此形象识记知识点，学生在老师形象展示时捧腹大笑，在活跃的课堂气氛中掌握了知识点，课堂反应良好，提高了课堂学习的积极性。为了使基本概念形象化，提高课程的趣味性，这就要求教师多留心，不断积累经验，帮助学生采用形象的方法理解和识记基本概念，为后续概念的应用打下坚实的基础。
2.采用形象化案例式教学模式
工程力学有很强的应用性，在课学中应广泛使用实际工程中的案例，引导学生想象工程实际场景，并用所学理论知识解决工程问题，培养学生的分析问题解决问题的能力，提高学生学习的自信心。
教师在讲解知识点之前，应先提出有关的工程案例，并同时展示图片，再展开讲解有知识点，之后先让学生思考解决问题的方法，教师可给予思路的引导，并不急于给出答案。如在讲解物体的重心内容时，就可以给出轿车图片，并提出问题：采取何种方法能够确定小轿车的重心位置？由学生讨论解决的方法，最后教师点评。这种生活实例不仅能吸引学生的注意力，又能启发学生积极思考。这种以学生解决问题为主，教师引导为辅的教学模式更能激发学生学习的自信心和求知欲。
3.力学模型直观化、瞬态运动过程化
随着国内高等教育体制的改革，许多工科院校减少了工程力学课内学时，就是为了给学生更多自主学习的空间，因此改进教学方法，利用计算机作为辅助教学工具就成为现代教学的发展趋势。MATLAB作为一种集成度很高的语言，由于其功能强大、使用方便已经在教学、科研和工程实际中广泛使用。
在学习有关运动学和动力学的内容时，对典型机构的运动，手动计算只能解出某些瞬时的力学参数，对于机构的整个运动过程，手动计算难度太高，且理解困难。利用仿真软件对机构的运动做过程分析，将机构运动过程中各个参数变化的过程以曲线、图表甚至动画的方式表现出来，将运动过程更加直观的展现给学生，降低了学生对动态运动的理解难度。目前已经有很多这方面的研究，如王清等[1]利用MATLAB绘制了滚动圆轮上一点的运动轨迹图、速度变化图等，把生硬的公式变成了二维图形。张宁等[2]利用simmechanics建立了曲柄连杆机构的仿真模型，对其进行了运动学和动力学仿真。敖文刚[3]利用matlab设计出友好的虚拟实验可视化用户界面，将分析结果以曲线、动画和表格表达出来。王繁生等[4]以matlab为仿真平台并以Visual C++为开发环境开发了材料力学辅助教学软件，使学生在课堂上直观地了解到工程实际问题的处理过程。
以上种种均说明了借助计算机技术进行形象化、直观化教学的可能性。教师可利用已有成果或自行研发典型力学模型或机构动态运动的程序，应用到学生课堂教学中和仿真实验课中，既可提高学习兴趣又可增强感性认识，还可提高力学建模和数学计算的能力，为将来更好地解决工程实际问题打下基础。
总之，在工程力学的教学中，鉴于该门课程的理论性和抽象性，教师应不断提高教学水平，采用一切形象化教学手段使教学内容更加直观化、可视化，帮助学生在有限的课时内尽快掌握基本知识点，增强学生对此门课程的感性认识，并培养学生利用理论知识解决工程实际问题的能力，培养学生的工程素质，也为后续课程的学习打下基础。
参考文献：
[1]王清，龚长清. MATLAB在“理论力学”教学中的应用[J].中国电力教育， 2011，9：200-203
[2]张宁，田杰，陈奇. 基于simmechanics的曲柄压力机机构仿真分析[J].宜春学院学报，2013，35（3）：35-36，137
[3]敖文刚. 基于Matlab的可视化理论力学虚拟实验[J].重庆工商大学学报（科然科学版）， 2012，29（9）：101-105
[4]王繁生，蒋红旗. Matlab在材料力学教学中的应用[J].高等建筑教育，2009， 18（4）：101-103
作者简介：
孙敬敬，女，1984年生人，研究生，助教，重庆巿长江师范学院，研究方向，机械故障诊断，信号分析。