单位文秘网 2021-07-28 08:08:32 点击: 次
摘要:针对工程力学课程缩减学时而授课内容不减的实际问题,我们对非机械类短学时工程力学教学内容进行了优化组合,通过调整授课顺序,采用“并联”的方式进行授课,更加有利于学生在较短学时内掌握材料力学中各基本变形的概念和解决工程实际问题的方法。从考试结果来看,我们的教学改革实践收到了预期的效果。
关键词:工程力学;比较教学;高等教育;教学改革
力学同物理学、数学一样,是一门基础学科,它所阐明的规律往往带有普遍性的意义。力学又是一门技术学科,作为众多工程技术的理论基础,又在广泛的工程应用中得到不断发展。力学和工程的结合推动了工程力学的形成和发展。因而,工程力学是一门具有显著实用价值的技术课程,成为各工科专业的必学课程。
沈阳化工大学基础力学的授课对象总体上分成两部分,一个是机械类学生的力学的授课,主要包括理论力学和材料力学,学时都较长,均达到64学时,两门力学课程为学习机械设计基础等后续课程提供重要的理论依据。另一个是针对我校的非机械专业,我们开设的工程力学,学时较短,面向化学工程与工艺、高分子材料与工程、环境工程等近10个专业,工程力学的学习可以为这些学生树立工程理念、了解相关专业设备的原理、操作应用等打下理论基础。
近几年来,在国家大力提倡素质教育、培养学生综合能力的大环境下,本科学生学习的科目有所增加,但很多课程的学时得到削减,我们面向化学工程与工艺、应用化学、食品科学与工程等专业工程力学课程由三年前的24学时削减为现在的16学时,而另一方面,工程力学由于其知识体系的特点,24学时和16学时授课内容几乎一样,这就给学生学习工程力学带来了一定的困难,也为教师讲授该门课程带来了挑战。
近年来,笔者一直在讲授非机械类工科专业工程力学,针对学时的削减对授课的方法作出了一些调整,其中,对授课内容进行重新优化组合,对各知识点进行比较讲授,收到了不错的效果。
一、非机械类短学时工程力学授课内容优化组合的基本思想
(一)授课内容
无论是24学时还是现在16学时的工程力学,由于工程力学课程的特点,授课内容均包括静力学、轴向拉压杆件强度和变形计算、扭转的强度和变形计算、弯曲的强度计算等内容。
(二)授课内容优化组合
对授课内容进行优化组合的思想来源于我们编写一本理论力学的双语教材,当时我们参考了很多国外的原版教材。有些力学课程授课的思路和国内不同,比如我们的理论力学,我们曾经讲过合力投影定理,我们还介绍过力的平行四边形法则,我们在讲运动学时也讲授了速度及加速度的合成的法则,实际上这些都是矢量的性质,因此,在国外的一些教材上,他们先用很大的篇幅介绍了矢量的性质,然后在后续的课程的讲授中只要遇到矢量就不用花大力气去讲授其性质了。实际上这就是一个先介绍个别还是先介绍整体的问题。孰优孰劣不好下结论,在不同的情况下二者会有不同的效果。
16学时《工程力学》现在的学时分配是静力学、轴向拉压杆件强度和变形计算、扭转的强度和变形计算、弯曲的强度计算各4学时,可以说,4学时对每一部分的授课都几乎是不可完成的任务。而我们的教学目的是让同学们掌握工程力学解决实际问题的基本方法,即(1)工程实际问题的提出→(2)工程构件计算模型的建立→(3)根据题设条件(主动力)→(4)应用静力学平衡方程求出约束力→(5)根据外力的作用特点,分析构件的变形形式→(6)应用截面法求出危险截面上的内力→(6)最大工作应力值、最大工作变形量→(7)再根据强度条件和刚度条件对工程构件进行设计计算。可以讲,现在我们的学生如果掌握得比较好的话,能对单一基本变形的步骤(4)→(7)有所了解,因此,我们的授课还没有完全达到理想的效果。
为此,我们将授课过程中的各基本变形的强度和变形计算进行“同类项合并”,使原来的“串联”的授课和学习变为“并联”的授课和学习,既能够节省授课的时间,而且也有利于学生从整体的思想以及从力学方法的高度去认识我们讲授的内容,因为我们授课的重要目的是让学生掌握这门课程解决问题的方法。
本课程由于其内容特点决定了静力学部分讲授的内容和方法不会有大的变化,还是要讲授受力分析、平面力系简化和平面力系的平衡,可能的变化是学时的分配,初步想法是由现在的4学时增加到5学时,以期使同学们对这部分内容掌握得更好一些,为后面内容的学习打好基础。本课题主要改革的内容是材料力学的四种基本变形的讲授顺序和方法。
材料力学部分几种基本变形的研究思路如下图1。现行教材和现在的授课思路都是①→②→③,①②③三条线都是作为单独的一章进行讲授的,每一部分用4学时。但从上面研究的问题中可以很容易地看出,每一种基本变形的每一个小的知识点都是相同的,而且每一个小知识的讲授从力学方法上看都是一样的。比如在讲授内力的符号规定时,每一种基本变形的内力都会有正负号规定,而且每一种变形的内力都可以画出内力图,虽然具体的规定不同,但它们规定的目的和方法是类似的,因此也可以说它们是大同小异的,这样我们就可以对这些“同类项”进行“合并”,为此我们编写了一本临时的教材,教材采用三栏,每一栏分别代表①②③,其相同内容部分在教材的横向是对应的,讲授时我们三条线同时进行。从整体来说,这样有助于同学们从整体上掌握材料力学对变形的研究方法,而且对方法的理解会更加透彻。
二、优化组合教学实践
根据我们优化教学的思路,2010-2011学年度第一学期,我们在我校高分子材料与工程专业2008级1班-6班进行了教学实践,该专业工程力学学时为32学时,在工程力学材料力学的基本变形部分采用优化教学方案。以32学时为实践对象主要考虑到初次实践,应该留有余量,实际上我们主要的目标还是为16学时工程力学的教学内容优化组合提供数据和依据。
我们以学生的高等数学成绩为参考依据,将6个班学生共计163人分成2个教学班组,并使他们的学习高等数学总体成绩相当,以方便对我们教学效果的比较。第一班组共计81人,我采用的是传统的教学方法,即按照图1中的①→②→③的授课顺序;第二班组共计82人,我采用的是①②③三条线同时进行的授课方式。为使授课条件相当,第一班组上课时间为周五下午13:30-15:20,第二班组为15:40-17:30。授课时讲的内容包括例题等全部相同,部分采用多媒体教学。期末考试考核方式为闭卷考试,共5道题,考试时长90分钟。
三、优化组合后的教学效果分析
下面我们对两个教学班组的教学效果进行比对。考试共有5道题,但1、2两题属于静力学部分内容,我们不加以对比。第3、4、5三题分别为轴向拉伸的强度计算、扭转的强度和变形计算以及弯曲的强度计算,三个题的分值均为20分,我们以这三个题目考试的卷面成绩进行对比。图2为两个教学班组考试成绩各分数段分布情况,从分布情况来看,第二班组学生的分布情况比第一班组的情况要好一些。表1列出了各题平均分及最高分和最低分统计,从表1和图2综合来看,我们的教学改革实践收到了一定的成效。
四、结论
通过对非机械类短学时工程力学教学内容的优化组合,调整授课顺序,采用“并联”的方式进行授课,更加有利于学生在较短学时内掌握材料力学中各基本变形的概念和解决工程实际问题的方法。从考试结果来看,我们的教学改革时间收到了预期的效果。
参考文献:
[1]胡长鹰.非机械类工科专业工程力学课程教学改革的实践[J].北京印刷学院学报,2002,10(3):50-52.
[2]陈卫增.工科工程力学课程教学方案改革的尝试[J].科技信息,2007,22138-139.
[3]R.M.Dreizler,C.S.Ludde.Theoretical mechanics:Theoretical physics1[M].London:Springer Heidelberg Dordrecht,2010.
[4]M.W.Mcccall.Classical Mechanics,From Newton to Einstein:A modern introduction[M].Chichester:John Wiley & Sons,2011.
[5]P.V.Panat.Classical Mechanics[M].New York:Alpha Science International,2005.
[6]P.Andrew,K.Jaan.Engineering Mechanics:Statics[M].Stanford:Global Engineering,2010.
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