土木工程专业的“弹性力学”教学的改革与实践

1、土木工程专业的“弹性力学”教学的改革与实践         一、概述    弹性力学课程对土木工程专业的学生一直是一门既重要又难学的课程,学生普遍感觉有一定的学习难度,同时大量的偏分运算和公式的推导,让部分学生有“畏难”心理,很容易对学习弹性力学课程丧失兴趣。因此,如何提高学生学习弹性力学课程的积极性和主动性,一直是教学过程中的主要任务和要探讨的问题。    土木工程专业的特点是大量的建筑结构构件和构件间连接的节点要进行应力分析,因此在弹性力学教学的开始阶

2、段,就要让学生了解所学知识的作用,学以致用是最好的动力,以激发学生学习该课程的兴趣。在产生了学习兴趣后,应该让学生了解它与材料力学、结构力学的区别与系,懂得要进行复杂的工程结构设计,掌握材料力学、结构力学和弹性力学的重要性,变“要我学为我要学”。二、多媒体教学与传统教学相结合    1.教材的选择与使用笔者选用徐芝纶编著的弹性力学简明教程(第三版)作为教材。    在教材使用中对一些问题进行了加深讲解,如在讲解外力、应力、形变与位移等概念时,为了不让学生留下疑问,适当加入“量纲分析法”的概念,为后面讲解“楔形体受重力和液体压力”打下基

3、础,让学生很容易的理解“重力和液体压力”量纲与“应力”量纲的差别,可以分析出应力的表达式,即“量纲分析法”的基本原理。另外在讲解外力、应力、形变与位移时,力求让学生在课堂上就理解它们的定义与正负号的规定,并能正确绘制出微六面体上各面的应力分量,建立体积力和表面力是外力的概念。    在“平面问题的极坐标解答”一章中,为了在计算应力函数时的方便,对极坐标中的相容方程减少学生在偏微分运算中的难度,并提高学生在完成练习题时的正确率。    在介绍了弹性力学中的基本假设时,注重讲解每一条假设在推导基本方程时的作用,即:连续性假设使得应力、形变

4、与位移(、u)为坐标的连续函数;完全弹性假设使得弹性常数(E、)不随应力或形变的大小而变,使求解方程线性化;均匀性假设使得弹性常数(E、)不随位置坐标而变化,微元体分析的结果可应用于整个物体。各向同性假设使得弹性常数(E、)不随坐标方向而变化;小变形假设使得建立方程时,可略去高阶微量,可用变形前的尺寸代替变形后的尺寸。2.多媒体教学与传统教学相结合    多媒体教学是现在高校教学常采用的教学方法,其特点是信息量大。用生动的文字、图形、动画等手段向学生传授知识,对于高校中一些学科是非常适宜的。但是对于弹性力学这样一门理论性较强的学科,是否完全采用在教学中还存在争议。

5、通过教学实践,发现单纯的采用多媒体教学,即使将演算的每一步都设置为一个切换显示,由于没有书写板书的时间间隔,会很快让学生感到理解上的疲劳。要跟上教学的进度是有困难的,需要学生课前做好预习,同时课后及时复习。对于学习中自觉性较强的学生是没问题的,但对要求自己不严格的学生,教学效果就不太理想。    笔者在教学中采用多媒体教学与传统教学相结合的方法。对需要书写的一些复杂的表达式采用多媒体的方法,但是在讲解公式推导的个别步骤、例题演算的分析推演,采用板书方式辅助讲解,这样有助于学生的理解和吸收。因此在弹性力学教学中采用多媒体教学与传统教学方法相结合,可取得较理想的教学效

6、果。三、“参与式”教学的应用与效果1.参与式教学的应用与效果:在教学环节上,笔者采用了“参与式”教学方法。先通过设置一些问题,激发学生在课堂上主动思考,积极培养和引导学生自己推导基本公式,参与讨论,活跃课堂气氛,摆脱枯燥的纯理论讲解和“填鸭式”教学方法。从开始老师提问,到学生自己发现问题,主动思考并向老师提问,真正体现“学问问中得”的教学理念。这种全新的教学模式,让学生在学习理论性强的弹性力学课程时,不仅不会感觉枯燥,反而在生动活泼的学习氛围中,增加学习的兴趣,使自己分析问题的能力不断提高。2.补充例题:    对于一些重要的知识,除了课本上的例题外,要适当补充例

7、题,以加深对理论的理解和消化。例如对边界条件,有应力边界条件和位移边界条件。在应力边界的应用,则要让学生在学习了老讲解的多个不同边界条件的分析方法后,能够自己正确的列出问题的边界条件,为以后分析弹性体的应力和位移打下坚实的基础。而对“圣维南原理”要把点放在适用条件是小边界,并给学生仔细讲解主矩的方向与面力力矩方向的关系,以及在不同坐标系下有什么不同的分析规律。3.及时批改作业在学习了新内容后,布置适当的作业,不仅是让学生复习所学的知识,更是对教学效果的检查。在批改作业时,会发现学生对一些问题存在疑问或对一些概念理解混淆,需要在课堂上再一次进行讲解,让学生知道问题发生的原因和涉及到的理论问批改作业是激发学生学习热情的重要措施,当学生拿到批改的作业,会感到老师对学生学习成果的重视。如果作业是正确的,则是对他们在课堂学习和掌握知识的肯定;如果作业是错误的,则激发他们积极去发现存在的问题,及时纠正,步入正确的学习轨道。四、结束语    1.根据学生在教学过程中的反映,采用多媒体教学与传统教学相结合的教学方法,是提高弹性力学教学效果的一个行之有效的教学方法。2.在弹性力学教学中,采用    “参与式”教学方法,能取得很好的教学效果,改变了学生被动地接受知识的状态,使学生在自己动手演算和推