从工程结构分析过程探索工程力学教学改革

    工程力学是绝大部分院校工科专业必修的基础课程，随着专业调整及课程体系改革的不断进行:课堂学时越来越少.不得不根据不同专业的需要，将其分为工程力学(I)和(II}.工程力学(I)主要讲授理论力学的静力学和材料力学的主要内容，工程力学(II)在工程力学(I)基础上讲授理论力学的运动学、动力学以及材料力学中因学时原因未能放在工程力学(I)中的其他内容.相应出版的教材很多，但内容和结构体系大同小异.我校与大部分院校一样，对大部分专业只开设工程力学(I)，所以本文以下只讨论工程力学(I)的改革问题.

    笔者对多年的工程力学课教学效果分析后发现，现有教学方法和大部分教材的内容编排存在简单罗列和重复，既占用学时，又难以让学生掌握工程结构强度分析的一般方法.其主要原因是教材体系不符合实际工程结构强度分析的实际所致.近年来不少高校的同行们不断地在教学方法、手段及教材等方面进行改革探索，但鲜有根本性的变化.可喜的是，清华大学范钦珊等有针对性地编写了教材《工程力学(I}》fil在工程力学教学改革方面迈出了有实质意义的一步，但其中体现的教学改革仍有待深入。为此本文就我校在工程力学教学中所进行的教学改革进行讨论，供同行指正.

    1关于工程力学课程的认识

    工程力学课程的目的是希望学生能够掌握简单工程结构的力学建模及强度分析方法.笔者对该课程有以下几点认识:

    第一，关于课程知识结构.工程力学课主要介绍细长构件在外载荷作用下的强度分析方法。其变形形式包括拉伸和压缩、扭转、弯曲和剪切。实际上，上述每一种变形都是构件截面上不同方向上的不同内力分量作用的结果.如轴向内力分量分别对应拉压及扭转变形，横向内力分量分别对应剪切和弯曲间题.对于每一种变形问题的分析方法大同小异.而现有教材大都重复性地分别介绍拉伸和压缩、扭转、弯曲，以及这些载荷的组合问题的强度分析方法，这种教学方式除了存在所谓的简单罗列和重复之外，教学效率较低，还容易使学生对结构强度分析方法产生零碎感.

    工程实际中，分析一个工程结构的强度，即分析这个结构中危险构件的危险截面上的危险点的强度.强度分析的过如图1所示.而工程力学的教学也应遵循上述过程及每一步分析过程所需要的知识点展开，而将不同变形形式问题穿插其中.

    第二，关于一般与特殊.应加强学生对载荷、内力及应力或约束等力学量或概念的整体认识，即在讲授每一个力学参量或概念时尽量采用由一般到特殊的原则，从空间三维最一般情况开始.如让学生一开始就认识到作用在一个物体上的合力、截面上的内力以及一个约束处的反力在一般情况下总是可以简化为一个合力和一个合力偶，这两个矢量在3个坐标方向上各有3个分量，一共有fi个分量。同样，空间物体上一个点的位移自由度也是包含3个平动和3个转动的6个分量.这样做可使学生比较容易建立关于力和位移的空间和整体概念并且避免了从平面简单问题到空间复杂情况的重复讲授，比较容易地解决了不同变形形式下构件强度分析的重复和罗列.