《工程力学》课程教学大纲

《工程力学》课程教学大纲一、基本信息课程编码：1051129203英文名称：EngineeringMechanics课程性质：数学与自然科学学分：2.5学时：40学时开课学期：第三学期开课院系：土木工程学院适用专业：环境工程先修课程：高等数学、大学物理二、课程简介工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术领域，是一门理论性较强、且与工程技术联系极为密切的应用基础学科，工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中，是解决工程实际问题的重要基础。本课程贯彻辩证唯物主义思想，以立德树人为根本任务，将社会主义核心价值观贯穿教学全过程，实现“全员育人、全程育人、全方位育人”。本课程主要包括“静力学”和“材料力学”两部分内容，为后继课程的学习打好基础。着重培养学生使用相关理论和方法进行分析与解决工程实际问题的能力，为学习和掌握新科学技术创造条件。通过本课程的学习，使学生具备专业相关的力学知识，初步具备采用力学理论对实际问题进行独立建模、分析与处理的能力。三、课程教学任务与教学目标（一）教学任务本课程主要包括“静力学”和“材料力学”两部分内容。静力学旨在使学生系统地掌握掌握刚体的基本概念和公理、力系的简化和平衡。材料力学旨在使学生掌握材料的拉伸、压缩、扭转、弯曲等基本变形的内力分析、应力分析与变形分析，掌握分析和解决强度问题和刚度问题的基本方法。注重培养学生的思维方式与解决实际工程问题的能力，使学生获得基本的力学思维和力学素养。（二）教学目标1.教学目标（1）能够对物体进行正确的受力分析，获取物体静力平衡状态下的受力情况。（支撑毕业要求指标点1.2）（2）能够确定构件在荷载作用下的变形形式，并利用相应的计算方法对构件进行校核和设计。（支撑毕业要求指标点1.2）（3）能够利用工程力学方法初步解决实际工程问题。（支撑毕业要求指标点2.1）2、教学目标对毕业要求的支撑矩阵表1教学目标对毕业要求的支撑矩阵毕业要求二级指标点课程教学目标（1）（2）（3）1.工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。1.2掌握环境工程相关的自然科学知识，并能运用到复杂环境问题的恰当表述中√√2.问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用数学、自然科学和环境工程专业相关基础理论知识，识别和判断复杂环境工程问题的关键环节；√四、教学内容及要表2教学内容、要求与达成章节（学时）教学目标教学内容教学要求重点难点教学活动达成能力达成途径支撑目标第一章静力学基础（4）掌握力、刚体、平衡和约束等重要概念；掌握静力学公理和力的基本性质；掌握约束的基本特征及约束反力的画法；掌握单个物体与物体系统的受力分析，画出整体和各分离体的受力图。静力学公理；约束和约束反力；受力分析和受力图。1.掌握力、刚体、平衡和约束等概念；2.掌握静力学公理；3.掌握常见约束与约束力；4.掌握受力分析方法，并画出受力图。【本章重点】常见约束与约束力、受力分析方法。【本章难点】约束的概念、光滑铰链的约束特征（尤其是复合铰链）、物体系统的受力分析及研究对象的选择。【课前提问】【课堂讲授】静力学公理；常见约束与约束反力；受力分析，画受力图。【教学方式】讲授\案例式教学\课堂练习\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标1、3第二章平面力系（6）掌握力多边形法则；掌握力在坐标轴上的投影，理解合力投影定理及力对点之矩的概念并能熟练地计算；掌握力偶和力偶矩的概念，理解力偶的特性；掌握平面任意力系向某一点简化的方法，会应用解析法求主矢和主矩；掌握平面力系的平衡条件及平衡方程的三种形式；掌握在平面任意力系作用下物体和分析与计算方法。平面汇交力系的合成与平衡；平面力矩、力偶和力偶矩；合理矩定理；力偶系的合成与平衡；力的平移定理；平面任意力系的简化；固定端约束的概念；平面任意力系的平衡条件和平衡方程。1.掌握力在坐标轴上的投影，理解合力投影定理及力对点之矩的概念并能熟练地计算；2.掌握力偶和力偶矩的概念；3.掌握平面任意力系向某一点简化的方法；4.掌握平面力系平衡方程。【本章重点】力在坐标轴上的投影、合力投影定理、力对点之矩的计算、力偶矩的概念、平面力偶性质、力的平移定理、平面任意力系向作用面内任一点的简化、平面任意力系平衡方程的各种形式、物体及物体系平衡问题的解法【本章难点】力的平移定理及其逆向使用、物体系平衡问题中选取合适研究对象的方法，桁架的平衡问题分析中截面的截取方法。【课前提问】大风天气时，树根如何保证大树不倒？【课堂讲授】力在坐标轴上的投影、合力投影定理、力对点之矩的计算、力偶矩的概念、平面力偶性质、力的平移定理、平面任意力系向作用面内任一点的简化、平面任意力系平衡方程的各种形式、物体及物体系平衡问题的解法。【教学方式】讲授\案例式教学\课堂练习\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标1、3

章节（学时）教学目标教学内容教学要求重点难点教学活动达成能力达成途径支撑目标第三章空间力系（4）理解力在空间直角坐标轴上的投影；掌握力对点之矩与力对轴之矩的计算；理解空间力偶的性质；掌握空间力系向某一点简化的方法；理解各种常见的空间约束与约束力；应用空间力系平衡方程求解空间平衡问题。力在空间直角坐标轴上的投影；空间汇交力系的合成与平衡；空间力对点的矩；空间力对轴的矩；力对点的矩和力对轴的矩之间的关系；空间力偶和力偶矩矢；空间力偶系的合成和平衡条件；空间任意力系向一点的简化；空间任意力系的平衡方程；常见的空间约束；空间任意力系的平衡问题分析。1.理解力在空间直角坐标轴上的投影；2.掌握力对点之矩与力对轴之矩的计算；3.理解空间力偶的性质；4.掌握空间力系向某一点简化的方法；5.理解各种常见的空间约束；6.应用空间力系平衡方程求解空间平衡问题。【本章重点】力在空间直角坐标轴上的两种投影法、力对点之矩和力对轴之矩的计算及二者的关系、空间任意力系的平衡方程及其应用、各种常见的空间约束及约束反力。【本章难点】力在坐标轴上的二次投影、空间结构的几何关系与立体图、求解空间力系平衡问题时力矩轴的选取。【课前提问】如何推门才最省力【课堂讲授】力在空间直角坐标轴上的两种投影法、力对点之矩和力对轴之矩的计算及二者的关系、各种常见的空间约束及约束反力、空间任意力系的平衡方程及其应用。【教学方式】讲授\案例式教学\课堂练习\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标1、3第四章轴向拉伸和压缩（8）使学生理解内力、应力的基本概念；掌握拉伸、拉伸变形的特点；能够熟练对拉压问题进行强度计算、校核。内力的概念；截面法；拉（压）杆的应力和变形；材料拉伸和压缩时的力学性质；强度条件；应力集中的概念；拉（压）杆件的应变能；超静定的概念1.理解内力的概念，能够熟练使用截面法求解内力；2.熟练求解拉（压）杆的应力和变形；3.能够熟练绘制轴力图；4.掌握材料拉伸和压缩时的力学性质；5.了解应力集中、应变能以及超静定的概念。【本章重点】轴向拉伸或压缩内力、应力和变形的计算；【本章难点】轴向拉伸或压缩时斜截面上的应力；超静定的概念。【课前提问】给出一些杆件的变形，让同学们根据自己的经验判断哪些是轴向拉伸和压缩。【课堂讲授】截面法求解内力，并绘制轴力图；推导拉（压）杆的应力和变形公式；介绍材料拉伸和压缩时的力学性质。【课堂讨论】为何古建筑中吊桥用竹子、麻绳而拱桥用石头。【教学方式】讲授\案例式教学\课堂研讨\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标2、3章节（学时）教学目标教学内容教学要求重点难点教学活动达成能力达成途径支撑目标第五章扭转（6）使学生掌握扭转的概念并会计算其内力、应力及变形。扭转的概念与实例；外力偶矩的计算，扭矩和扭矩图；纯剪切；圆轴扭转时的应力和变形；非圆截面杆扭转的概念。1.掌握扭转变形的概念；2.熟练计算扭转问题中的强度和变形；3.能够熟练绘制扭矩图。【本章重点】扭矩和计算及扭矩图的作法；剪应力互等定理；圆轴扭转时的应力和变形。【本章难点】扭矩图的作法；圆轴扭转时的变形。【课前提问】生活中有哪些扭转现象【课堂讲授】扭转变形的概念；扭转问题中的强度和变形；绘制扭矩图；剪切和挤压问题的计算；非圆截面杆扭转的概念。【课堂讨论】扭矩的正方向应如何确定？【教学方式】讲授\案例式教学\课堂研讨\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标2、3第六章弯曲内力（4）使学生掌握弯曲的概念并会计算其内力和绘制剪力图、弯矩图。弯曲的概念和实例；剪力和弯矩；剪力方程和弯曲方程；剪力图和弯矩图的作法；载荷集度、剪力和弯矩间的关系；平面曲杆的弯曲内力。1.掌握弯曲变形的概念；2.熟练计算弯曲问题中的内力；3.能够熟练绘制剪力图、弯矩图；4.掌握载荷集度、剪力和弯矩间的关系；5.了解平面曲杆的弯曲内力。【本章重点】剪力和弯矩；剪力方程和弯曲方程；剪力图和弯矩图的作法。【本章难点】剪力方程和弯矩方程；平面曲杆的弯曲内力。【课前提问】扭转和弯曲均可由力偶产生，它们的区别是什么？【课堂讲授】弯曲的概念和实例；剪力和弯矩；剪力方程和弯曲方程；剪力图和弯矩图的作法；载荷集度、剪力和弯矩间的关系；平面曲杆的弯曲内力。【教学方式】讲授\案例式教学\课堂练习\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标2、3

章节（学时）教学目标教学内容教学要求重点难点教学活动达成能力达成途径支撑目标第七章弯曲应力（4）使学生掌握纯弯曲构件横截面上应力分布并能熟练计算弯曲的强度问题，了解横力弯曲的概念以及弯曲中的剪应力。纯弯曲的概念；纯弯曲时的正应力；横力弯曲时的正应力；弯曲剪应力；提高梁弯曲强度的措施。1.掌握纯弯曲、横力弯曲的概念；2.熟练计算纯弯曲构件中的正应力；3.了解横力弯曲构件中剪力和正应力的计算方法；4.了解提高梁弯曲强度的措施。【本章重点】纯弯曲时的正应力；横力弯曲时的正应力；弯曲剪应力。【本章难点】横力弯曲时的正应力；弯曲剪应力。【课前提问】若将杆件看成无穷根平行于轴线的纤维，那么弯曲时各纤维变形会怎样？【课堂讲授】纯弯曲的概念；纯弯曲时的正应力；横力弯曲时的正应力；弯曲剪应力；提高梁弯曲强度的措施。【教学方式】讲授\案例式教学\课堂练习\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标2、3第八章弯曲变形（4）使学生理解挠度的概念，熟练使用积分法求解弯曲变形，了解简单静不定梁的解法和提高弯曲刚度的措施。工程中的弯曲变形问题；挠曲线的微分方程；用积分法、叠加法求弯曲变形；简单静不定梁的解法；提高弯曲刚度的一些措施。1.掌握挠曲线微分方程；2.熟练使用积分法、叠加法求解弯曲变形；3.了解了解简单静不定梁的解法；4.了解和提高弯曲刚度的措施。【本章重点】挠曲线的微分方程；用积分法求弯曲变形。【本章难点】挠曲线的微分方程；用积分法求弯曲变形。【课前提问】如何通过数学模型描述弯曲？【课堂讲授】工程中的弯曲变形问题；挠曲线的微分方程；用积分法、叠加法求弯曲变形；简单静不定梁的解法；提高弯曲刚度的一些措施。【课堂讨论】积分法求解弯曲时边界条件如何确定。【教学方式】讲授\案例式教学\课堂研讨\混合式教学毕业要求1工程知识：掌握数学、自然科学、工程基础、环境工程专业知识，并运用其理论和方法解决复杂环境工程问题。毕业要求2问题分析：能够应用数学、自然科学和环境工程专业的基本知识与原理，并通过文献分析研究，识别、判断、评价复杂环境工程问题，以获得有效结论。课堂提问、随堂练习、作业、期末考试教学目标2、3五、课程考核方式与评分标准（一）考核方式表4教学目标的考核方式序号教学目标考核内容考核方式1掌握力、刚体、平衡和约束等重要概念；掌握静力学公理和力的基本性质；掌握约束的基本特征及约束反力的画法；掌握单个物体与物体系统的受力分析，画出整体和各分离体的受力图。常见约束与约束力；受力分析与受力图课堂提问与讨论、作业、期末考试2掌握力多边形法则；掌握力在坐标轴上的投影，理解合力投影定理及力对点之矩的概念并能熟练地计算；掌握力偶和力偶矩的概念，理解力偶的特性；掌握平面任意力系向某一点简化的方法，会应用解析法求主矢和主矩；掌握平面力系的平衡条件及平衡方程的三种形式；掌握在平面任意力系作用下物体和物体系平衡问题的分析与计算方法。平面任意力系向一点的简化（主矢与主矩的计算）；物体系平衡问题课堂提问与讨论、作业、期末考试3理解力在空间直角坐标轴上的投影；掌握力对点之矩与力对轴之矩的计算；理解空间力偶的性质；掌握空间力系向某一点简化的方法；理解各种常见的空间约束与约束力；应用空间力系平衡方程求解空间平衡问题。空间力系向一点的简化（主矢与主矩的计算）；空间力系平衡问题课堂提问与讨论、作业、期末考试4掌握强度、刚度及稳定性理论知识，能较熟练和较灵活地运用材料力学方法完成杆件为主的结构安全性校核、截面设计及安全许可载荷确定等工程设计计算任务，解决各类工程结构与设备中材料、构件、结构设计中的安全问题。强度、刚度及稳定性基本概念；求解构件内力、应力分布并进行强度、刚度及稳定性校核。求解应力状态并根据强度理论进行分析。课堂提问与讨论、作业、期末考试5通过揭示杆件强度、刚度、稳定性等知识发生过程，培养学生分析问题与解决问题的能力。掌握强度、刚度及稳定性基本公式的推导过程，理解其应用范围。课堂提问与讨论6以理论分析为基础，培养科学分析逻辑思维、力学问题建模、力学计算及其工程应用方面的能力。结合实例，进行强度、刚度及稳定性校核。课堂提问与讨论、案例分析、期末考试（二）总成绩构成表5总成绩构成表序号教学目标教学目标在各考核（环节）方式中的比例教学目标占总成绩比例课堂提问研讨考勤作业期末考试1对平面任意力系作用下物体系平衡问题的分析与计算；计算力对点之矩与力对轴之矩；运用空间力系平衡方程求解空间平衡问题；能够分析计算考虑滑动摩擦时的平衡问题。35%35%35%35%2掌握强度、刚度及稳定性理论知识，能较熟练和较灵活地运用材料力学方法完成杆件为主的结构安全性校核、截面设计及安全许可载荷确定等工程设计计算任务，解决各类工程结构与设备中材料、构件、结构设计中的安全问题。45%45%50%45%3通过揭示杆件强度、刚度、稳定性等知识发生过程，培养学生分析问题与解决问题的能力。10%10%15%10%4以理论分析为基础，培养科学分析逻辑思维、力学问题建模、力学计算及其工程应用方面的能力。10%10%10%考核方式占总成绩比例15%15%70%100%（三）评分标准本课程考核方式：形成性评价（平时成绩）占30%，结果性评价（期末考试成绩）占70%。形成性评价：包括课堂提问、研讨、练习(10%)、作业(15%)和学习习惯（考勤、课堂表现等，5%）。1.课堂研讨、提问、练习评分标准（10%）课堂研讨、提问、练习可提高学习兴趣，调到学生课堂注意力，增强教学效果。采用现场打分、教学手册记录或混合式教学自动记录。围绕课程教学进度设计问题，回答正确合理，发言积极，学习态度认真即为满分A（90%），回答基本正确B（80%），回答部分正确C（70%），回答模糊、但内容合理D（60%），答案完全错误或不会回答E（50%）。2.作业评分标准（15%）作业要求结合教学内容，独立完成，严格杜绝抄袭。具体的评分标准如下：考核内容A（95%）B（85%）C（75%）D（55%）作业完成进度按时完成按时完成延时完成没有完成知识掌握情况80%以上概念清晰准确60%以上的