在工程力学教学中引入“力学建模”的意义探索-最新教育文档

在工程力学教学中引入“力学建模”的意义探索

1、前言

工程力学是一门基础理论和应用技术相结合的专业技术基础课，它与钢筋混凝土结构、钢结构等后续专业课联系密切，在许多工程技术领域中有着广泛的应用。它与工程实际具有一定联系，比较抽象，但学生实践经验少，综合分析工程实际问题差，给学生在学习这门课程时造成了很大困难，从而丧失学习兴趣。

本文提出一种在教学过程中引入力学模型的教学方法，下面介绍具体的模型、教学组织及其意义，希望通过这样的教学方式，能让学生掌握基本理论的同时，具备将实际问题抽象为力学模型的能力和处理工程中有关力学问题的能力，从而激发其学习兴趣。

2、力学模型

2.1模型一：连接件

本部分内容是力学教学的难点，学生不了解具体连接件的连接方式，从而无法判断剪切面和挤压面。故在力学建模之前，先带领学生到实际钢结构厂房参观，让他们重点看柱脚、梁柱交接、屋架连接等地方，了解具体的焊接、螺栓连接等方式，参观完后做了柱脚、柱头、梁端、屋架下弦的模型，做完模型再进行理论教学。

2.2模型二：桁架

桁架的种类、零杆的判别、桁架几何组成的合理性、桁架中

的稳定性问题等是桁架学习中应该重点掌握的内容，但是学生如果只是死记硬背，或者照搬书上的公式进行计算，算完不转化为自己的东西，不结合到具体的工程中，那么也毫无意义。所以在开始教学之前，也是先带学生到厂房参观，主要参观钢结构厂房的屋架，然后进行理论教学，最后做了筷子和纸质两种材质的桁架模型，并做了承重实验。

2.3模型三：刚架

讲解该部分内容时，传统教学方式通常是介绍刚架的定义，然后用力法、位移法或者力矩分配法进行讲解，内容枯燥，计算繁琐，学生觉得以后用机算就行了，所以毫无学习兴趣。所以本文先从钢筋混凝土结构中简化出力学计算简图，同时讲解刚节点和铰节点在简图中和施工中及受力上的区别，然后带领学生参观不同的钢筋混凝土结构，由他们制作力学模型，再进行理论分析，计算其内力，最后教师通过PKPM 计算出几种模型的内力，就行

3、意义

模型一的意义表现在学生做完模型后，连接件的连接方式就不再是书上那个抽象的、生硬的图片，生动的、空间的连接件已经在他们的头脑中了，在教学过程中，教师只需要重点讲解清楚

实际工程和理论计算中的假设、简化的区别就可以了，接下来就

是力除以面积的问题，学生掌握起来非常的容易。而且以后到钢结构的学习中，连接件是个重要部分，学生现在掌握好了力学的

基本计算方法，以后也是只需要记住专业课做的假设和系数调 整，必然能很容易的掌握螺栓和焊缝的计算方法。

模型二的意义主要表现在， 学生在做完模型并做了承重实验

能非常直观的理解零杆、桁架几何组成的合理性、桁架的 稳定性。 在承重实验中学生主动的思考， 为什么桁架的破坏通常 不是强度破坏，而是稳定性破坏，于是他们不断的调整其模型， 在这个过程中体会如何让桁架几何组成更合理、稳定性更好。

模型三的意义在于，通过参观并建立不同框架结构的模型， 他们能理解超静定次数对刚架内力的影响， 能够轻松的建立不同 框架结构的计算简图。 通过手算和机算的比对， 学生发现在水平 荷载下，二者的差别会更大，我告诉使他们原因有很多，最主要

是手算是空框架， 而机算考虑了填充墙的不利影响。 在这个过程 峰值分布都是一样的， 也知道刚度在超静定结构中扮演了一个非 常重要的角色。 并且自己明白传统力学教学学的是基本理论、 方

具省去人们繁琐手算的同时， 也能利用所学知识就行客观判断其 计算的正确性，从而打消了学习无用的想法。

4、结论

三个教学方式， 都有一个共同的实施难度， 就是需要学生课 前就行自习， 课后也要做大量的工作， 而不是以前简单的做几道 计算题就可以了， 因为这是一种要求学生参与度及其高的教学模

式，从实际实施情况来看，学生不但没有变现出厌烦，相反表现 出了极高的热情和非常好的动手能力。 另一个方面， 这种教学方 式，对教师也是一个极大的挑战， [1] 任课教师必须具有深厚的 力学知识和宽广的知识结构，还必须具备一定的实践能力。

三个模型的意义各有不同， 但其共同点就是学生学习的主动 性高，从根本上解决理论与实践脱节、 学生学习积极性不高的问 题，通过工程力学的学习使学生具备建模能力、分析计算能力、 实验能力及自学之后， 中，他们学会了思考， 知道无论是那种计算方法，

内力图的形状、

法，掌握好这些方法就可以就行定性分析， 在利用计算机作为工

能力。[2] 这是一种切实可行的教学方法，教学效果非常明显，培养了学生严谨的科学态度和实事求是的精神，学会用力学原理解决具体工程问题，拓展知识，提高他们的工程素养。