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工程案例教学在理论力学教学中的应用

摘要：理论力学逻辑严谨、公式推导演绎较多，学生学习理解存在一

定难度。根据理论力学的这一特点，本文提出将工程案例引入到理论教学

中，这样既能使理论力学教学更生动，又能提高学生解决工程实际问题的

能力。教学实践证明这一方法确实能收到较好的效果。

关键词：理论力学;公式推导;工程案例教学

一、引言

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。这门课程研究的内容

是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，它以伽利略和牛顿的基本定律

为基础，属于古典力学范畴。经过长期的实践证明，一般中所遇到的大量

动力学问题，用古典力学来解决，既方便又能够保证足够的精确性。力学

是从物理学中分离出来的，与“数、理、化、天、地、生”并列为七大基

础学科。物理学是研究一切自然现象的科学，而研究物质运动是力学的定

义。因此，力学从物理学中分离出来已是很长一个时期了。理论力学与电

动力学、统计力学、量子力学在力学界称为四大力学。理论力学是牛顿力

学，即所谓经典力学，现代力学包括经典力学、量子力学和相对论力学。

力学是一门应用性极强的基础学科，又是一门理论性很强的技术基础课。

[1]

国际理论与应用力学学会把力学分成基础力学和应用力学。上世纪

30年代苏联建立了突出基础力学教育的教育体系。同时期，欧美建立了

强调应用力学教育的教育体系。我国力学教育在解放后的十年间，受苏联

力学教育体系的影响比较大，多数高等学校使用的理论力学教材都是从俄

文翻译过来的。70年代末，欧美的理论力学教材进入我国高等教育界。

直到80年代，理论力学还以120学时作为四年制机械类等专业课程的设

置原则。

1980年5月，在南京召开高等学校工科力学教材编审委员扩大会，

通过了教育部委托西北工业大学等高校提出的120学时机械类专业试用的

“理论力学教学大纲”。二十多年来，随着高等教育教学体制改革的深化，

理论力学课程在教学内容、教学方法、教学手段、教学思想和观念上都发

生了很大变化。现在我院为机械类设置的理论力学课程只有70学时，而

教学基本要求与20年前的差别不大。由于学时急剧减少，迫使教师采用

多媒体现代化教学手段，增大信息量，强化知识点，通过精讲多练，使学

生能够比较牢固地掌握理论力学的基本知识。建设理论力学精品课程的要

求正是在这样的教学改革背景下应运而生的。

二、工程案例教学

伴随着扩招，生源质量也有所下降，显得参差不齐。上同一门课，有

些学生学习能力比较强，课堂不能满足需求，显得“吃不饱”;另外有些

学生又不能跟上课堂教学的进度，学习比较吃力。因此，理论力学课堂改

革就显得很有必要。学生学习新，第一印象——感性认识是很重要的。只

有通过感性认识抓住学生的好奇心，才能有兴趣把相关的内容学习好，甚

至于通过自学来满足自身对的渴望。而通过工程案例教学不但可以激发学

习基础较差的学生的积极性，还可以通过大量工程案例的引入满足学有余

力的学生对课堂外知识的渴求。工程案例的教学主要通过以下几个方面来

实现。

1.工程案例的整理及提炼。和力学相关的案例可以说是随处可见，小

到日常生活，大到航空航天。怎样选择合适的工程案例就显得比较关键。

好的工程案例既能引导学生快速理解工程背景，又能提炼工程当中的力学

原理，达到实践和理论有机结合的效果。因此，工程案例的收集整理就很

有必要了。比如理论力学当中的力矩问题，就可以用常见的吊车起吊重物

来举例说明：某事故现场，吊车起吊出事的卡车，结果卡车没吊上来，吊

车反而由于起吊位置选择的不合适而翻倒了。这个实例可以很好的说明力

矩，通过这个实例学生也能快速的将力矩理论与工程实际结合起来。又比

如裂纹和断裂，这两个概念相对而言比较抽象。只有比较专业的课程才会

谈到与裂纹有关的断裂问题。裂纹和断裂也可以通过生活当中的实例来说

明：乘坐公交车应该是很多人都有过的生活经历，而公交车的安全锤就可

以很好的说明裂纹和断裂。公交车上的红色安全锤是为了在紧急情况下让

乘客逃生用的。当公交车出现紧急情况时，乘客只需要用安全锤敲击钢化

玻璃的四个角。由于安全锤锤头很尖，接触面积小，手握安全锤大约用两

千克的力就可以砸开玻璃的边角。对钢化玻璃而言，一点点的开裂就意味

着玻璃内部的应力分布受到了破坏，从而在瞬间产生无数蜘蛛网状裂纹，

此时只需用锤子轻轻的再砸几下就能将整面玻璃砸开。用这个实例不但可

以讲清楚裂纹和断裂，还可以阐明应力和应力集中，可以将学生的理论学

习与实践紧密相连。

2.工