力学课程中实验环节的重要性
论文关键词： 力学课程 实验环节 科学素养 创新能力
论文摘要： 力学课程是工程技术人才所必须学习的课程之一,由于课程的概念性强、抽象性强、应用性强等特点,课程中实验环节的设置是必不可少的,而且实验对课程的学习有着非常大的促进作用,实验环节是培养工程技术人才科学素养,创新能力的有效途径,我们在教学过程中应当加深对实验环节教学的探索,提高实验环节的课时比率,提高力学教学水平,促进教学方法的改革与创新。
1前言
力学课程作为专业基础课,大部分的工科专业的学生都要进行学习。按照学生层次、专业类别、力学知识深度的不同,力学课程包括《建筑力学》、《工程力学》、《材料力学》、《理论力学》等。对于建筑,机械,航空等这些与工程结合密切的专业来说,力学课程是及其重要的技术基础课,是这些专业学生学好专业课的一个重要前提。力学课程的特点就在于它所研究的问题都是与工程实际相结合的,是在生产生活中实实在在所遇到的问题。我们知道,实验也是解决实际工程问题的方法之一,因此力学课程的学习与实验就有了不可分离的关系。在力学课程中加开实验环节,就成了学好力学课程的有效方法。力学课程的学习离不开实验环节,加入实验环节是学好力学课程的最直观,最有效的方法。所以,实验环节在力学课程中的作用是十分重要的。
2实验环节可以更好的激发学生学习力学课程的兴趣
兴趣是推动人认识活动行为的重要动机,在课堂上,如果学生对所学的知识怀有兴趣,便会抱积极的态度、以愉快的心情去参与进去,从而体验到学习是一种无穷的乐趣。而力学理论的学习是枯燥无味的,课程内含力学相关基本概念和术语,有很多易混淆的名词,力学作用情景抽象,实际应用性强,如果不加以正确有效的引导学生学习,会很容易让学生知难而退,放弃对课程的学习。因此必须针对力学课程概念性强、抽象性强,应用性强等特点对学生进行一步一步的引导,这就需要力学实验的配合进行。力学实验主要包括材料力学实验,结构力学实验,根据课程的重点难点设置不同的实验项目,达到帮助学生学习的目的。比如在材料力学部分,材料的拉伸、压缩、扭转等内力的概念在学生中有很多疑点,必须给予明确而有说服力的解释,否则不利于培养学生的分析、思维能力。讲解每一概念后,到实验进行对应的实验项目,对实验过程进行详细的指导,对实验后的试件破坏形式和实验数据进行科学分析,使学生对相关的内力概念有一个深刻的'理解。从而解决了力学课程概念性强,情景抽象的问题。对于力学课程实践应用性强这个特点,这就要求在讲课过程中必须加入工程实际问题的举例。比如说,在材料的轴向拉伸和压缩试验中,做实验的目的是什么,在工程实际中的作用是什么,这个实验可以对机械零件,建筑材料进行检测,是研究材料性能,设计新零件等所必须要进行的实验,比如说:起重装置中载重件的设计、减速器中传动轴的设计等都需要进行实验,都需要经过周密的科学的计算才能设计尺寸选取材料。在力学课程的教学中根据课程的这些特点,有针对性的开设实验项目,激发学生们对力学知识的学习兴趣,养成从实验方面解决问题,在快乐中学习的习惯,教师应充分利用力学学科的特点及实验条件为课程服务,来激发学生的学习兴趣,解决学生在力学学习中的问题。
3实验环节可以培养学生的科学素养
科学素养(ScientificLiteracy)主要包括人们对于科学知识达到基本的了解程度;对科学的研究过程和方法达到基本的了解程度;对于科学技术对社会和个人所产生的影响达到基本的了解程度等三方面,科学素养是公民基本素质的一部分。当今培养学生的科学素养已成为时代呼唤高科技人才的需求,已成为今后社会进步、国家生存发展对公民综合素质的普遍要求。现在努力培养掌握科学技术的新世纪的公民就意味着将来提高国家的国际地位和综合国力。科学教育的目标有两个特点:一方面是把如何学习科学纳人科学教育的目标;另方面是强调学生个性和潜能的发展。因此为了适应国家建设、科技事业发展的需要,创新型人才应该具备良好的科学素养,应该具备必要的科学知识,科学的思维方式,对科学的理解,科学的态度与价值观,以及运用科学知识和方法解决问题的意识和能力 [1] 。力学知识作为工程技术人才的所必须具备的知识,力学课程的教学也就显得格外的重要,在教学过程中,必须要把对学生科学素养的培养和提高作为教育的一个基本目标。学生经过高等学校的学习,理工科的学生应该具备良好的道德品质、丰富的知识和技能、具有创造性思维和分析问题解决问题的能力,具有诚信的态度和健康向上的精神,成为国家建设的栋梁。为了达到教育目标,需要靠教育过程中的各个教学环节来体现,而实验环节对学生科学素养的培养起着重要作用。对于理工类的许多学科和专业,力学是主修骨干课程,它既有一条发展的主线,又与其它课程有着密切联系。通过对力学专门知识的系统的深入的钻研和专业工程中的应用训练,学生逐步掌握广博深入的力学知识,学会正确的思维方法,获得分析和解决工程中与力学有关问题的能力。实验又在学生科学素养的培养过程中处于承上启下的重要阶段。力学实验对培养学生良好的科学素养至关重要。在实验环节进行过程中让学生对实验内容进行有意义的建构,通过使用先前所学的力学理论去进行有意义的建构当前试验内容,如果遇到问题需要课后找资料自学,这就培养了学生继续学习的能力,即学会学习;同时在实验中,学生通过一个完整的科学研究过程的训练,初步瞳得如何从事科学研究,培养了实践能力,即学会做事;在实验中,与指导老师的沟通,与同组同学的沟通与合作,在全班同学面前的表达能力等,既学会协作;同时,学会力学实验的实践操作技能,掌握技术,适应生存。在这一系列的过程中,学生的科学素养在慢慢的培养起来。
4力学实验与工程实际结合紧密,是培养工程技术人才的必要手段
实验在各个学科中的地位都是十分重要的,科学技术的发展,离不开实验,不经过实验检验的理论,也仅仅是空头理论。力学课程的教学过程更是离不开实验环节,在力学发展的道路上,许多科学家的发明、创造都是靠大量科学实验而得到的结果,因而实验能力在培养现代工程技术人才中,占有重要的地位。在力学知识的学习过程中,肯定会遇到很多困难,结合实验进行学习是一个十分有效的方法。实验教学是一种智力与能力,理论与实践相结合的教学活动。其功能是巩固加深对力学基本概念,基本理论的理解,并使学生在接触和熟悉实验仪器的使用过程中掌握基本测试技能,了解科学的实验方法,培养学生应用所学理论综合分析问题和解决实际问题的能力,有利于养成学生手脑并用,细心观察事物的习惯,让学生了解进行实验是解决工程问题的有效手段。所以,实验教学是整个教学过程的重要环节,与理论教学是相辅相成的。要培养出优秀科技人才,离不开实验教学。
5力学实验是培养学生创新能力的基础
创新能力是能够创造出具有社会价值的新理论和新事物的各种心理特点的综合,是指能独创性解决问题的能力。主要包括创造性思维与创造性想象,而以创造性思维为创造性心理的核心。创造性思维是人类思维的综合,是智力发展的高级表现形式。当人类进入了21世纪,科学技术的发展是日新月异,国家之间,行业之间的竞争越来越激烈,其中,人才的竞争更是愈演愈烈,说到人才的竞争归根结底是创新能力的竞争。在培养工程技术人才的教育过程中,创新能力的培养是十分必要和重要的。创新能力的培养是各个学科教育的重要目的,学科发展,科学技术的发展离不开创新能力[2]。力学学科的教育更是应该注重对学生创新能力的培养,这就要求在教学过程中通过多方面的训练提高学生的思维能力,发挥学生的自主学习能力,激发学生的求知欲,更好地培养学生的创新能力。力学实验就是一个很好的训练手段。工程力学实验作为工程力学课程的组成部分,它对学生实际操作技能的训练,动手能力的培养,创新思维的形成等都有重要作用。在力学实验包括基础实验、综合性实验、开放性实验等,学生通过基础实验熟练掌握了仪器、设备的使用方法和工作原理,完成教学大纲要求的基本实验技能。之后,再通过进行综合性实验,让学生把相关的知识用实验的方法结合起来去解决问题,提高学生对知识的综合认知水平。最后,发挥学生的主观能动性,指导学生进行设计性,创新性实验,此类实验才是实验环节的关键所在,实验者的设计思想和动手能力将在这一阶段集中地体现出来。让学生自己设计实验方案,包括实验所用仪器,实验步骤,实验原理等,在设计性实验中,学生将成为实验研究的主角,通过专业基础知识与工程实际相结合,一定能激发出学生的创造性,尤其是提供了所学知识的纵向和横向扩展与创新的舞台,既加深了学生对所学知识的理解和应用又训练了学生解决问题,处理问题的能力,提高了学生的创新思维和实践能力。
6小结
力学教学具有理论性、工程实践性强的特点,实验环节是教学过程中必不可少的,实验对教学的作用也是十分明显的,但是,现阶段我们的实验教学环节还不是很成熟,有些院校对力学实验课时比率设置较低,或者借课改减少其所占比率。我希望广大的力学教育工作者继续加深对力学教学方法的探索,尤其是对实验教学环节的创新,充分发挥实验教学的特点,提高力学教育的水平,多多培养出具有良好科学素养,创新能力强的新时代工程技术人才!
参考文献:
[1] 钟启泉.国外科学素养说与理科课程改革[J].比较教育研究,1997(1):16—21.
[2]唐晓雯.改革材料力学实验教学注重培养学生的工程素质与创新能力[J]高等建筑教育,2003,(4):83-84.
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工程力学的作用和意义：运用力学的一般规律分析和求解构件受力的情况及平衡问题，建立构件安全工作的力学条件的一门学科。同时，为了使设计符合经济原则，又要求少用材料或用廉价材料。工程力学的任务就是合理地解决这一矛盾，为实现既安全又经济的设计提供理论依据和计算方法。
工程力学的地位：工程力学位于工程、材料科学、地球物理以及宽广的应用科学和技术方面教育和研究活动的轴心。
扩展资料：
工程力学研究的是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，它以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学的范畴。
理论力学所研究的是这种运动中最一般、最普通的规律，是各门力学分支的基础。静力学不仅是材料力学的基础，也是结构力学、弹性力学等许多课程的基础。
参考资料来源：
百度百科-工程力学
工工程力学的研究成果是工程设计的理论依据，它研究成果促进了科学技术的发展，龙其是在建筑业，它降低了工程造价，节约了工程成本。
土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中 ，直接或间接为人类生活、生产、军事、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、隧道、桥梁、运河、堤坝、港口、电站、飞机场、海洋平台、给水和排水以及防护工程等。
建造工程设施的物质基础是土地、建筑材料、建筑设备和施工机具。借助于这些物质条件，经济而便捷地建成既能满足人们使用要求和审美要求，又能安全承受各种荷载的工程设施，是土木工程学科的出发点和归宿。
对土木工程的发展起关键作用的，首先是作为工程物质基础的土木建筑材料，其次是随之发展起来的设计理论和施工技术。每当出现新的优良的建筑材料时，土木工程就 会有飞跃式的发展。
人们在早期只能依靠泥土、木料及其它天然材料从事营造活动，后来出现了砖和瓦这种人工建筑材料，使人类第一次冲破了天然建筑材料的束缚。中国在公元前十一世纪 的西周初期制造出瓦。最早的砖出现在公元前五世纪至公元前三世纪战国时的墓室中。砖和瓦具有比土更优越的力学性能，可以就地取材，而又易于加工制作。
砖和瓦的出现使人们开始广泛地、大量地修建房屋和城防工程等。由此土木工程技术得到了飞速的发展。直至18～19世纪，在长达两千多年时间里，砖和瓦一直是土木工程的重要建筑材料，为人类文明作出了伟大的贡献，甚至在目前还被广泛采用。
钢材的大量应用是土木工程的第二次飞跃。 十七世纪70年代开始使用生铁、十九世纪初开始使用熟铁建造桥梁和房屋，这是钢结构出现的前奏。
从十九世纪中叶开始，冶金业冶炼并轧制出抗拉和抗压强度都很高、延性好、质量均匀的建筑钢材，随后又生产出高强度钢丝、钢索 。于是适应发展需要的钢结构得到蓬勃发展。除应用原有的粱、拱结构外，新兴的桁架、框架、网架结构、悬索结构逐渐推广，出现了结构形式百花争艳的局面。
建筑物跨径从砖结构、石结构、木结构的几米、几十米发展到钢结构的百米、几百米，直到现代的千米以上。于是在大江、海峡上架起大桥，在地面上建造起摩天大楼和高耸铁塔，甚至在地面下铺设铁路，创造出前所未有的奇迹。
为适应钢结构工程发展的需要，在牛顿力学的基础上，材料力学、结构力学、工程结构设计理论等就应运而生。施工机械、施工技术和施工组织设计的理论也随之发展，土木工程从经验上升成为科学，在工程实践和基础理论方面都面貌一新，从而促成了土木工程更迅速的发展。
十九世纪20年代，波特兰水泥制成后，混凝土问世了。混凝土骨料可以就地取材，混凝土构件易于成型，但混凝土的抗拉强度很小，用途受到限制。 十九世纪中叶以后，钢铁产量激增，随之出现了钢筋混凝土这种新型的复合建筑材料，其中钢筋承担拉力，混凝土承担压力，发挥了各自的优点。 二十世纪初以来，钢筋混凝土广泛应用于土木工程的各个领域。
从三十年代开始，出现了预应力混凝土。预应力混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，大大高于钢筋混凝土结构，因而用途更为广阔。土木工程进入了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的历史时期。混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论。这是土木工程的又一次飞跃发展。
建造一项工程设施一般要经过勘察、设计和施工三个阶段，需要运用工程地质勘察、水文地质勘察、工程测量、土力学、工程力学、工程设计、建筑材料、建筑设备、工程机械、建筑经济等学科和施工技术、施工组织等领域的知识 ，以及电子计算机和力学测试等技术。因而土木工程是一门范围广阔的综合性学科。随着科学技术的进步和工程实践的发展，土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。
土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。
远古时代，人们就开始修筑简陋的房舍、道路、桥梁和沟澶，以满足简单的生活和生产需要。后来，人们为了适应战争、生产和生活以及宗教传播的需要，兴建了城池、运河、宫殿、寺庙以及其他各种建筑物。
许多著名的工程设施显示出人类在这个历史时期的创造力。例如，中国的长城、都江堰、大运河、赵州桥、应县木塔，埃及的金字塔，希腊的巴台农神庙，罗马的给水工程、科洛西姆圆形竞技场(罗马大斗兽场)，以及其他许多著名的教堂、宫殿等。
产业革命以后，特别是到了20世纪，一方面社会向土木工程提出了新的需求；另一方面，社会各个领域为土木工程的前进创造了良好的条件。因而这个时期的土木工程得到突飞猛进的发展。在世界各地出现了现代化规模宏大的工业厂房、摩天大厦，核电站、高速公路和铁路、大跨桥梁、大直径运输管道长隧道、大运河、大堤坝、大飞机场、大海港以及海洋工程等等。现代土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境，成为人类社会现代文明的重要组成部分。
土木工程是具有很强的实践性的学科。在早期，土木工程是通过工程实践，总结成功的经验，尤其是吸取失败的教训发展起来的。从17世纪开始，以伽利略和牛顿为先导的近代力学同土木工程实践结合起来，逐渐形成材料力学、结构力学、流体力学、岩体力学，作为土木工程的基础理论的学科。这样土木工程才逐渐从经验发展成为科学。
在土木工程的发展过程中，工程实践经验常先行于理论，工程事故常显示出未能预见的新因素，触发新理论的研究和发展。至今不少工程问题的处理，在很大程度上仍然依靠实践经验。
土木工程技术的发展之所以主要凭借工程实践而不是凭借科学试验和理论研究，有两个原因：一是有些客观情况过于复杂，难以如实地进行室内实验或现场测试和理论分析。例如，地基基础、隧道及地下工程的受力和变形的状态及其随时间的变化，至今还需要参考工程经验进行分析判断。二是只有进行新的工程实践，才能揭示新的问题。例如，建造了高层建筑、高耸塔桅和大跨桥梁等，工程的抗风和抗震问题突出了，才能发展出这方面的新理论和技术。
在土木工程的长期实践中，人们不仅对房屋建筑艺术给予很大注意，取得了卓越的成就；而且对其他工程设施，也通过选用不同的建筑材料，例如采用石料、钢材和钢筋混凝土，配合自然环境建造了许多在艺术上十分优美、功能上又十分良好的工程。古代中国的万里长城，现代世界上的许多电视塔和斜张桥，都是这方面的例子。
现代土木工程的特点是：适应各类工程建设高速发展的要求，人们需要建造大规模、大跨度、高耸、轻型、大型、精密、设备现代化的建筑物。既要求高质量和快速施工，又要求高经济效益。这就向土木工程提出新的课题，并推动土木工程这门学科前进。
高强轻质的新材料不断出现。比钢轻的铝合金、镁合金和玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)已开始应用。对提高钢材和混凝土的强度和耐久性，已取得显著成果 ，而且还仍继续进展。
建设地区的工程地质和地基的构造 ，及其在天然状态下的应力情况和力学性能，不仅直接决定基础的设计和施工，还常常关系到工程设施的选址、结构体系和建筑材料的选择，对于地下工程影响就更大了。工程地质和地基的勘察技术，目前主要仍然是现场钻探取样，室内分析试验，这是有一定局限性的为适应现代化大型建筑的需要，急待利用现代科学技术来创造新的勘察方法。
以往的总体规划常是凭借工程经验提出若干方案，从中选优。由于土木工程设施的规模日益扩大，现在已有必要也有可能运用系统工程的理论和方法以提高规划水平。特大的土木工程，例如高大水坝会引起自然环境的改变，影响生态平衡和农业生产等，这类工程的社会效果是有利也有弊。在规划中，对于趋利避害要作全面的考虑。
随着土木工程规模的扩大和由此产生的施工工具、设备、机械向多品种、自动化、大型化发展，施工日益走向机械化和自动化。同时组织管理开始应用系统工程的理论和方法，日益走向科学化；有些工程设施的建设继续趋向结构和构件标准化和生产工业化。这样，不仅可以降低造价、缩短工期、提高劳动生产率，而且可以解决特殊条件下的施工作业问题，以建造过去难以施工的工程。
1，定义：应用于工程实际的各门力学学科的总称。常指以可变形固体为研究对象的固体力学。广义的工程力学还包括水力学、岩石力学、土力学等。工程力学是研究有关物质宏观运动规律，及其应用的科学。
2，一般工程力学包括结构力学，理论力学，材料力学即三大力学。它们的关系是包括与被包括的关系。包括实验力学，结构检验，结构试验分析。模型试验分部分模型和整体模型试验。结构的现场测试包括结构构件的试验及整体结构的试验。实验研究是验证和发展理论分析和计算方法的主要手段。
