基于工程实践的工程力学案例教学法探索

发表时间:2020/7/24   来源:《建筑实践》2020年第7期   作者:张镭于 刘立健 申雪静
[导读] 近年来,在教育行业的发展过程中,教育的首要任务是培养应用能力。
        摘要:近年来,在教育行业的发展过程中,教育的首要任务是培养应用能力。目前,培养学生应用理论能力的一个常见途径是做习题。教师布置学生做教材提供的习题,或学生自己找参考书籍刷题。总之,习题来自书本,问题经过作者提炼、加工之后呈现给读者。而学生学习一门课程的主要目的,是能正确应用所学理论解决生产实践中的实际问题。即学生学习某门课程之后,应该能够从工程实践中提炼出与该课程有关的问题,并应用相应的理论去妥善解决。因此,在教学中,引入工程实践案例,给学生提供工程实践中的实际问题,教师引导学生应用理论知识逐步解决问题,在引导过程中,教师不但帮助学生巩固所学理论知识,更重要的是提升学生对理论的应用能力。
        关键词:工程实践;工程力学;案例教学法探索
        引言
        案例教学作为提高学生分析和解决实际问题能力的重要手段之一,在地方高校已得到广泛运用。工程力学作为一门高等工科院校必修的专业基础课,其内容庞杂,概念公式多,学习难度大。将案例教学法引入工程力学课堂教学中,可以很好地将抽象的概念形象化,将复杂的理论知识简单化,既提高学生的兴趣,也加深概念公式的理解。构建一种“工程案例中引出问题-理解概念-建立力学模型-推导公式-解决力学问题-在实践中应用”的案例教学法,取得良好的教学效果,为其他课程开展案例教学提供参考和借鉴。
        1工程案例教学法在工程力学教学过程中的可行性分析
        作为当代大学本科教学中的一门重要基础课程的工程力学,同时也是后继相关专业课学习的重要基础。该课程教学的实施,就是以工程概念和实际问题解决能力的培养为宗旨,同时特别强调了力学与工程实际的有效结合。工程案例教学法,作为一种重要的教学方法,其主要就是以代表性的工程案例为依托,实现了工程力学相关知识点和实际问题的有效融合,使学生在具体的学习过程中充分的认识并感受到了力学和工程的重要意义。该教学方法的成功实施,有效的改善了传统力学教学中的教师讲课和学生听课的模式,实现了基础力学知识同具体工程实践的有效结合;另外将育人功能融入具体的教学过程,对于学生团结协作、共同思考等精神的培育也发挥出了重要的作用。由此,不仅成功的改善了传统教学中片面重视理论教学而忽视实践教学的不良现状,同时对于学生也进行了一种有效的启发性教育,促使教学课堂气氛更加活跃,更好的培养了学生分析问题、解决问题的实践能力。总而言之,工程实例教学法在工程力学教学过程中的应用,是具有重大意义的,也是十分必要的。
        2优化措施分析
        2.1将案例教学贯穿于教学过程中
        根据课堂教学内容的进度,穿插案例教学,布置学生完成案例教学的任务。例如,在讲授完受力分析之后,布置学生对主轴、立柱、齿轮轴等零部件进行力学建模及受力分析。讲授完剪切挤压变形,布置学生进行主轴花键的挤压强度计算;讲授完扭转变形,布置学生进行主轴的扭转刚度计算;讲授完弯曲变形之后,布置学生进行立柱的弯曲刚度计算;讲授完组合变形,布置学生进行主轴的组合变形强度计算。把案例教学任务分散到不同时间段完成,学生将理论知识即学即用于实践案例中,有利于学生快速完成案例教学任务。通过案例教学,对例题或习题进行深化和扩充,拓展了学生学习的深度和广度,有利于学生及时消化所学知识,透彻掌握和正确应用理论知识。
        2.2精心组织、着重学生创新思维的培养
        在工程力学中工程案例教学的成功实施,第一步就是要选择合适的工程案例,如何通过具体项目案例实现理论教学同工程实践的有效结合,来更好的培养学生创造性思维,也是当代教育工作的一项根本性目的。而思维作为人脑对于客观事物的直观反映,其所反应的也是客观事物之间所存在的一种具有共性的特征和内在联系,而这种具体的反映过程也是基于所提供的材料分析和比较以及抽象概括等过程来实现并完成的,这一过程也就是一种思维过程。

在“数字式骨外固定器”的教学过程中,通过案例教学的精心组织和实施,得到了一种完整的超静定概念,并经过概括确定为超静定结构,并在结合当代信息技术和现代化数字技术的基础上,成功的设计并制造出了一种现代化医疗器械,为后期的骨折康复事业做出了巨大的贡献。在具体的实施过程中,从具体案例的提出开始着手,对骨折的愈合机理进行了科学的解释。另外,在实施过程中所涉及到的每一环节都以问题的形式,引导积极的参与其中并讨论,通过师生的互相启发以及对多种解决方案及放大的对比分析,促使学生能够结合自己的认知完成相应的选择,将抽象的工程力学理论知识,转化为具体案例中的相应力学装置;同时,结合学生所提出方案中的具体优点,对超静定概念和方法进行进一步说明,帮助学生用于克服心理惯性,从传统的思维定势中解脱出来,有效的培养学生创新能力和实践动手能力,也为工程力学问题的解决提供了一套全新的思路。
        2.3精选项目、着眼于工程训练
        工程案例教学法的实施,能否达到一种培养学生工程思维,促使学生收获一种良好工程训练的目的,其重要的关键就在于工程案例的选择。在现代工程力学教学过程中,超静定问题作为了一项重要的重点和难点内容,也是在现代工程力学教学中的一项长期困扰性难题。在传统的力学教学过程中,对于此类问题的讲授通常也都是采取了一种演绎和推理的方法,结合具体教材知识体系和架构,并以作用力与反作用力的平衡关系为基础,通过对构件之间的变形协调关系的研究,实现超静定问题的解决。这类传统教学方法在超静定问题研究中的应用,在课堂教学结束之后,学生也只能参照相应的例题来完成课后作业,而在面对具体工程中的超静定结构时,也就会显得手足无措。而工程实例教学法的实施,有效的解决了传统教学方法中的各项问题。在超静定结构求解教学过程中,首先对相关的超静定结构及解题思路进行了介绍,并有效的引入了一系列前沿的科技攻关科研课题———“数字式骨外固定器”项目,基于此具体项目,详细的阐述和分析了在医疗器械中超静定结构的应用,由此极大地激发起了学生们的学习兴趣,并取得了一种良好的教学效果。从力学角度来看,所选课题属于一种极具代表性的超静定结构。要实现外加作用力等同于断骨截面上的作用力,前提也就需要对该结构进行一种科学合理的设计。由此实现一种基于医学应用需求,到结构力学的超静定分析,逐步细化并深入,最后成功的导出了一种科学的超静定力学分析。在有效激发和调动学习学习积极性和兴趣的基础上,实现了从工程一个用到理论推导的有效转移,取得了一种良好的教学效果。
        结语
        在当前教学学时普遍缩减的大背景下,案例教学安排在课外进行,把部分理论讲授和能力培养从课堂移到课外进行,能有效解决课程教学时数不断减少、导致许多教学内容无法讲清讲透的弊端。学生在完成案例教学任务的过程中,一些环节无法照搬课堂所学知识点或参考资料上的理论,需要进行创新思维,由此创新思维能力得到提高,而具有创新能力的人才正是当今社会发展迫切需要的。大量实践表明,案例教学把工程实践和理论应用密切结合,提高了学生学习的积极性,培养了学生的工程意识,增强了学生分析和解决工程实际问题的能力,案例教学法对提高教学效果卓有成效。
        参考文献
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