首页 -> 2007年第10期
浅谈工程力学课程的教与学
作者：罗逊谊
关键词：工程力学；专业课教学；应用与拓展；效果
工程力学的概念、知识、计算原理都比较复杂、抽象，学生反映这门课程学起来很枯燥。职业学校学生大都是初中毕业生，他们对工程实际的认识几乎是空白。因此，在工程力学教学中，既要严格按照教学大纲组织教学，又要对教材内容进行优化，让力学知识与学生的其他专业课程以及工程技术实际活动有机地结合起来，让学生充分感受到专业技术的魅力，帮助学生消除厌学情绪，激发学生学习工程力学的兴趣。
近几年来，笔者承担了机械类、土木工程类等工科专业班级的工程力学课程教学工作，在实际教学活动中积累了一些经验，现提出来与大家探讨。
引导学生合理认知工程力学课程
工程力学（包括理论力学、材料力学和结构力学）是中等职业技术学校机械类、土木工程类等工科专业的技术基础课，其理论性强且与专业课、工程实际紧密联系，是科学、合理选择或设计结构（或构件）的尺寸、形状、强度校核的理论依据。在教学中，我们往往称之为“一座桥”，具有承上启下的作用。也就是说，学好工程力学，为后续专业课的应用和拓展奠定了很强的理论基础，也为学生毕业后作为技术工人运用力学知识，在实际工作中正确使用、维护、保养机械设备和建造公路与桥梁，正确分析和解决生产中有关的力学问题提供了知识上的保证，对提高学生的实际操作水平和技术应变能力都具有至关重要的作用。
在教学中我发现，学生对工程力学课程存在一些不正确的认知。有些学生认为，进入职业学校就是掌握一技之长，只需要进行专业技术训练，只需要知道怎么做就可以了，至于更深层次的理论问题，完全没有必要去研究，也没有必要了解。这种不正确的认知对学生学好工程力学课程是相当不利的。为了引导学生深入了解工程力学课程的重要性，我在课程开始就非常热情地向学生介绍这门功课，鼓励学生与我一道克服困难共同进步。通过这种沟通，学生有了学习兴趣和信心，接下来的教学活动就比较顺利了。
引导学生掌握内力的计算方法
在工程技术实际操作中，构件的内力计算是普遍存在的（如转轴、悬臂梁、桥墩等），但内力的概念抽象，常常让学生感到含混不清。如何让学生更好地掌握内力的概念、求内力的大小和判断内力的方向呢？这是工程力学课程需要重点解决的问题。
在工程力学中求内力往往采用截面法，也就是将构件在需要求内力的位置假想截开，保留一部分，去掉另一部分，将去掉部分用力来表示，这个力称为内力，然后以保留部分为研究对象，列出平衡方程，求出内力。如图1（a）为龙门吊车的牛臂柱，由于内力看不见，感觉不着，所以，仅仅凭内力的方向很难让学生确定内力大小；内力正、负号的意义、判断与计算等一连串的问题，就更让学生感到困惑不解了。针对这一问题，我将求内力的方法概括如下：（1）假想截开，如图1（b）截面A—A；（2）留下一半；（3）内力代替，如图1（c）；（4）平衡求力P=p1+p2，平衡力偶M=Me。其方向判断为：背离截面的外力为正，指向截面为负，如图1（c）P=-（P1+P2）。
掌握这些结论性的秘诀，一方面可以将较复杂、理论性较强的内力计算和方向判断简单化；另一方面又可做到理论与实际相结合。十多年的教学实践证明，学生对这种方法较易接受，且记忆比较牢固，学习效果很好。
引导学生掌握组合构件的力学计算方法
组合构件的力学计算问题，在其他专业课程中以及工程技术实际中是极为常见的，很多学生在预习这部分内容时感到很吃力。引导学生掌握组合构件的力学计算方法，是工程力学课程需要解决的另一个难点问题。
一般来说，我首先引导学生进行受力分析，在进行受力分析时，我的做法是首先拆分组合体，从二力构件着手。因为二力体受到的力沿着两受力点的连线，确定其方向比较容易。但在进行计算时，往往又是从已知力的构件开始列平衡方程。如图2所示三铰链钢架受水平力F作用，若钢架自重不计，求支座A、B的约束反力。针对此类综合构件很自然地分拆成构件AC、BC，依据以上求解法则，二力体BC为首选，但没有已知力作用，无法列平衡方程求出RＢ。构件AC虽然有已知力F的存在，但A、C两处二力的大小和方向都不知晓，同样无法列出平衡方程求出RＡ。
遇到这类情况，学生往往会怀疑教师解题思路的正确性，或认为题目给出的已知条件不充分。教师必须很明确地告诉学生，二力构件的受力分析确定其方向是首要条件，绝不能含糊。在进行定量计算时必须有已知力的参与，才能计算出未知数。其实，这道题的已知条件充分，根据二力构件BC，很容易确定C点的方向是由C指向B，再根据作用力与反作用力定理和三力汇交平衡定理确定铰链RＡ的约束反力的方向和大小，最后求出RB的约束反力。通过耐心指导和反复训练，学生对这部分内容可以消化了，学习效果很好。
努力提高学生解决专业实际问题的能力
学以致用是教学活动的根本目标。中等职业技术学校的学生在校学习期间极为注重实际操作技能训练。作为基础理论课程，工程力学的教学活动必须以培养学生的知识运用能力为主要目标，课堂教学中应引导学生把已学知识运用到实践之中，提高学生解决专业实际问题的能力。
我在船舶轮机专业班工程力学课程的教学过程中，除了向学生传授基础理论知识外，还十分注重引导学生思考专业课程中遇到的有关力学方面的问题。为了提高学生解决专业实际问题的能力，我专门给学生讲授“二冲程柴油机燃气爆发压力对主要部件的受力情况分析”。具体讲解配图说明如下：
如图3所示，A为十字头销中心，B为曲柄销中心，O为曲柄的回转中心。气体力P向上作用在汽缸盖上，向下作用在活塞顶上。力P沿气缸中心线通过活塞杆传到十字头销点A，在点A分解为N（侧推力）和力S，力S沿连杆传递给曲柄销B。力S1分解为力T（切向力）和力Z（径向力）。
为了分析方便，假设点O有一对大小相等、方向相反的力T1和T2，方向与T平行，且T1=T2=T。作用在点O的力T2和Z1合成，合力为S2，S2=S1，力S2分解为水平分力N1和P1，且N1=N，P1=P。
以上分析结果为：（1）作用于气缸盖上的力的大小与作用于活塞上的力P相等，且方向相反，向下的力P又经曲轴连杆传给主轴承，故气体力在柴油机内部达到了平衡，不会传到柴油机之外，只是使柴油机中各主要运动部件内部产生应力；（2）T作用在曲柄销上，T1作用在主轴颈上，组成一对力偶，使曲柄产生回转运动，力矩为Me=TR；力N与力N1组成一个力偶，企图使柴油机倾倒。这个力偶与固定柴油机机座的地脚螺钉所产生的力相平衡，使地脚螺钉受到拉应力作用。所以，根据金属材料机械性能，我们应该选择塑性好、抗拉能力强的地脚螺钉，确保柴油机工作安全。
通过对以上实际结构的整体分析，使学生的力学基础知识得到了进一步的运用和拓展，不少学生在完成了一项实际结构分析后深有体会地说：“力学基础为我们解决实际结构提供了某种能力，但要真正完成一个实际结构的全部工作，我们还有很多东西要学!”这就为教师调动学生的学习积极性提供了机会，有利于激发学生的求知欲望，培养学生的知识应用能力，提高教学质量。
参考文献：
[1]范钦珊．工程力学[M]．北京：高等教育出版社，1997：89-103．
作者简介：
罗逊谊（1964—），广东梅州人，广东省交通高级技工学校讲师，研究方向为机械、轮机专业教学。