工程力学课程标准.docx

《工程力学》课程标准

一、.课程定位
《工程力学》是研究物体机械运动规律以及构件强度、刚度和稳定性等计算原理的科学。本课程既具有基础性，即为后续课程的学习提供必要的力学知识与分析计算能力；又具有很强的工程应用性，即它为协调工程的安全性和经济性矛盾提供了科学的解决方法。因此，《工程力学》是机械制造与自动化、机电一体化技术、模具设计与制造专业、数控技术等专业的重要技术基础课。
二、学习目标
通过任务引领型的项目活动，使学生具备静定结构受力分析能力和内力图的绘制能力；力系平衡条件的应用能力；构件的强度、刚度、稳定性计算能力；基本的力学实验操作能力；工程运用与实际问题的解决能力。同时培养诚实、守信、善于沟通和合作的品质，为发展职业能力奠定良好的基础。
1.专业能力
①绘图与书写能力；
②把物体抽象为力学模型的能力；
③静定结构受力分析（外力与内力）能力；
④力系平衡条件的运用能力；
⑤工程构件（梁、柱）的强度、刚度、稳定性计算能力；
⑥基本的力学实验操作能力；
⑦工程项目中实际问题的分析与解决的能力。
2.方法能力
①查取资料获取信息的能力；
②能够自主学习新知识、新技术、新规范、新标准，具备可持续发展的能力；
③独立制定计划并完成任务，并对完成的成果进行展示、分析、评价和总结的能力；
④融会贯通应用知识的能力，逻辑思维与创新思维能力；
⑤归纳、推理与小结能力。
3.社会能力
①人际交往能力；
②具有在复杂环境中做事、与人竞争协作的能力；
③具有严肃认真的工作和一丝不苟的敬业精神；
④工程意识、质量意识与社会责任意识。
三、学习情境设计
1.设计思路
力学既是基础学科又是技术学科，横跨理工，与各行业的结合非常密切。传统力学内容经典，体系严密，但对于不擅长逻辑思维的高职学生，要让其在有限的课时内学到最有应用价值的过程性力学知识，课程团队在课程体系及教学内容改革方面的主要思路是：突出主线，精选内容。遵循力学的基本研究方法，以刚体受力分析、平衡条件及应用、构件强度、刚度、稳定性、力和运动分析为主线精选、组织与序化学习内容。抓住共性，触类旁通（启发思维）。研究静力学问题的基本方法都是平衡方程；研究变形固体的基本方法都是依据变形几何关系、物理关系和静力学关系，建立应力计算公式与强度条件，解决“三类工程”工程控制设计的所有破坏判据都是作用力要小于抗力；静定问题和静不定问题的差异只是静定问题可依次求解，静不定问题须由基本方程联立求解等等。加强对于问题共性的认知，差异的比较，以建立学生对力学问题处理的整体认识，为以后探索和解决未知问题启迪思路。案例引领，任务驱动。以建构主义学习理论为基础，以典型工作任务（工程问题）为载体，以过程考核为评价手段，引领和推进课程内容的实施。在教师指导下，通过学生的自主学习与合作探究，学用一体，在解决问题、完成任务的过程中，实现知识、技能、态度和经验的自我构建，培养学生利用力学知识解决工程实际问题的岗位职业能力。
2.情境描述
根据力学课程基础性与应用性双重特点，教学内容的序化，既要遵循力学研究的基本方法，又要遵循力学思维及应用能力培养的基本规律，以典型任务为载体，从单一物体到组合结构，按照“基本概念——结构建模——外力分析及计算——内（应）力分析及计算——工程实际问题的解决”的递进关系整合教学内容，将基础理论学习与实际工程问题的解决结合起来，重构了7个学习情境。让学生置于真实性的工程任务中，通过自主探究和合作学习来解决从简单到复杂的、有意义的问题情境，实现激发兴趣，培养建构或参与建构工作世界的能力。

表1 实验内容与安排

实验项目名称
内容提要
实验学时
实验1：拉伸压缩试验
低碳钢（铸铁）拉伸时力学性能的测定（万能机操作与虚拟操作相结合）
2
实验2：扭转试验
杆件受扭演示实验
1
实验3：弯曲试验
杆件受弯演示实验
1

专业
机械专业（群）
课程名称
工程力学
课程模式
任务驱动
序
号
情境
名称
学习目标
任务单元（子情境）
相关支撑知识与实践知识
参考学时
媒体与工具
教学方
法建议
基本目标
发展目标
1

力学
与
生活
1.认知力学，开启思维，感悟力学在生产、生活和个人职业生涯发展中的地位和作用
2.认知学习内容、学习方法与学习目标
3.培养学生学习工程力学的浓厚兴趣，为后续学习活动的开展准备高度可进入的学习状态。
通过本课程的学习，使学生获得职业领域的方法能力、社会能力以及融会贯通应用知识的能力：
1.查取资料获取信息的能力
2.逻辑思维、创新思维能力
3.团队合作能力
4.发现/分析/解决问题能力
5.掌握新知识、新技术的能力
6.工程质量意识、经济意识
7.能用本学习领域知识与技能参与机电产品创新设计、社会技术服务等工作

任务一：感悟力学与人生
1.1力学与生活
1.2力学与工程
1.3力学与人生

1

1
1.多媒体教室、课件、助学视频、动画等
2.力学实验室
3.机械设计手（图）册及常用测绘工卡量具
4.互联网，课程网站，图书资料等
以学生为主体，关注学习过程，根据内容的需要，合理选用现代教学手段和方法（如任务驱动、四、六步、引导文等行动导向教学方法），融教学做于一体

任务二：认知学习目标与方法
1.4力学学什么
1.5力学怎样学
1.6力学怎样考
2
刚体
静力
分析
1.深入理解力、平衡、刚体和约束的概念和静力学基本公理及推论
2.熟知柔体约束、光滑面约束、光滑铰链约束的特征和约束反力的规律
3.能从简单的物系中恰当地选取研究对象，正确地画出受力图
任务一：静力学基本概念认知
2.1静力学基本概念
1

6
任务二：静力学基本公理认知与实践
2.2静力学基本公理
2
任务三：刚体静力分析与受力图绘制
2.3约束 约束反力与受力图
2
工程实践（工程素质培养）
1
3
平面
力系
1.理解并掌握力的多边形法则
2.能正确的将力沿坐标轴分解并求其投影
3.能运用平衡方程求解平面汇交力系的平衡问题
4.掌握平面任意力系向一点简化的方法，会用解析法求主矢、主矩和最终简化结果
5.能应用平面任意力系平衡方程计算单个物体和简单物体系统的平衡问题
6.能计算简单的考虑摩擦时物体的平衡问题
7能清晰的理解力矩、合力矩、力偶、力偶矩的概念，会计算其大小
8.能应用平衡条件求解平面力偶系的平衡问题
9.深入理解、应用力线平移定理
任务一：应用平面汇交力系的平衡方程解决工程实际问题（选择工程实际案例为载体）
3-1平面汇交力系

4

14
任务三：应用平任意力系的平衡方程解决工程实际问题（单个物体和物体系统）
任务四：考虑摩擦时的物体平衡问题
3-2平面任意力系
6
任务二：应用平面力偶系的平衡条件解决工程实际问题
3-3力矩和力偶
3
工程实践
1
4
空间
力系
及
重心*
1.会计算力在空间直角坐标轴上的投影和力对轴的矩
2.能运用空间任意力系的平衡方程解决较简单的平衡问题
3.会将空间力系的平衡问题转化为平面力系的平衡问题求解
4.能正确区分物体的重心和形心的概念，学会计算平面组合图形重心位置的求法
任务一：应用空间力系的平衡方程解决工程实际问题（案例）
4-1.力沿空间直角坐标轴
的分解与投影
1

6

任务二：选择合适的方法求解物体的重心（解题案例）
4-2 力对轴之矩
1
4-3 空间力系的平衡
2
4-4 物体的重心
2
表2：《工程力学》学习情境设计
续表
专业
机械专业（群）
课程名称
工程力学
课程模式
行动导向（任务驱动）
序
号
情境

名称
学习目标
任务单元（可分子任务）
相关支撑知识与实践知识
参考学时
工具与媒体
教学方
法建议
基本目标
（专业能力）
发展目标
（关键能力）
4

工程构件的基本变形与强度计算
1.明确变形固体的基本假设，建立起构件强度、刚度、截面法、内力、应力、极限应力、许用应力、安全系数、应力集中等系列概念，熟悉工程构件的四种基本变形形式
2.懂得材料力学性能的测试方法，能对拉（压）杆进行变形计算和强度效核、截面尺寸选择及许用载荷确定
3.熟悉剪切与挤压破坏的特点，会用剪切、挤压实用计算方法对联接件进行强度计算
4.正确绘制扭矩图，熟悉横截面上剪应力的分布规律并能应用圆轴的强度、刚度条件对扭转圆轴进行设计计算
5.熟悉平面弯曲概念，会将实际受弯构件简化成梁的力学模型，熟悉纯弯曲时截面上正应力分布规律，能绘出弯矩图并对直梁进行弯曲强度计算，找出提高梁弯曲强度的主要措施
通过本课程的学习，使学生获得职业领域的方法能力、社会能力以及融会贯通应用知识的能力：
1.查取资料获取信息的能力
2.逻辑思维、创新思维能力
3.团队合作能力
4.发现/分析/解决问题能力
5.掌握新知识、新技术的能力
6.工程质量意识、经济意识
7.能用本学习领域知识与技能参与机电产品创新设计、社会技术服务等工作
任务一：应用轴向拉压强度条件解决工程中拉压杆的设计问题（拉压构件的设计案例-大作业）
4-1.工程杆件的轴向拉伸与压缩(含拉伸试验)

9

33
1.多媒体教室
2.力学实验室
3.机械设计手（图）册及常用测绘工卡量具
4.互联网，课程网站，图书资料等
以学生为主体，关注学习过程，根据内容的需要，合理选用现代教学手段和方法（如任务驱动、四、六步、引导文等行动导向教学方法），融教学做于一体
任务二：应用剪切、挤压强度条件解决工程连接件的设计问题
4-2 工程杆件的剪切和挤压
4
任务三：圆轴扭转的设计计算
（扭转设计案例-大作业）
4-3.圆轴的扭转
（含扭转试验）
8
任务四：直梁弯曲的设计计算
（弯曲设计案例-大作业）
4-4.直梁弯曲
（含弯曲实验-或虚拟实验现象观察）
10
工程实践
2
5
工程构件的组合变形与强度计算
1.熟悉组合变形的概念，能将简单的工程实际问题的弯曲与拉（压）或弯曲与扭转组合变形的构件简化为力学模型，并能对以上两种组合变形的构件进行应力分析和强度计算
2.熟悉四个强度理论的内容及适用范围，会用第三、第四强度理论组合变形的构件进行强度计算
任务一：弯曲与拉（压）组合变形强度计算（大作业）
5-1组合变形的概念
5-2拉伸(压缩)与弯曲组合变形的强度计算

2

6
任务二：弯曲与扭转组合变形强度计算（大作业）
5-3扭转与弯曲组合变形的强度计算
2
工程实践
2
6
工程构件的疲劳及失稳*
1.学会细长压杆稳定性计算的方法
2.把握提高压杆稳定性的措施
3.能计算构件在动载荷作用下应力
4.理解交变应力的概念以及构件在交变应力作用下的破坏特点
任务一：压杆稳定性计算
6-1压杆稳定

2

6
任务二：工程构件疲劳强度计算
6-2构件的疲劳
2
工程实践
2
7
工程构件的运动分析与计算*
1理解点的运动（以在平面内运动为主）、刚体基本运动的描述方法；能对简单机构进行运动分析，会计算速度和加速度、角速度和角加速度；深入理解切向加速度和法向加速度的物理意义
2对运动的相对性有比较清晰的概念；掌握点和刚体的运动合成与分解的方法；在具体的问题中能恰当地选取动点和动参考系，能正确运用合成法，求解复合运动中点的速度和加速度问题以及平面运动图形上各点的速度与加速度
任务一：工程构件速度、加速度的计算
7-1.点的运动
2

8
任务二：第一类工程问题的解法
7-2刚体的基本运动及刚体上点的合成运动
2
任务二：动静法的应用
7-3刚体的平面运动
2
工程实践
2
合计
60+20

三、.课程实施建议
（一）教材选用与开发
1.蓝本教材选用
以课程团队主编的21世纪高职高专规划教材《工程力学》为主要蓝本，同时参考其他优秀教材组织学习内容。
蓝本教材由中国电力出版社出版，全国公开发行。已在本校及其他职业院校高职学生中连续使用三年。通过调研，师生反映该教材与高职教育的类型与层次基本相适应，针对性、实用性较强。鉴于此，课程团队决定将其作为精品课程建设的主要参考教材。
2.其它优秀参考书目
课程组搜集大量相关教材和书籍进行比较，最终确定以下教材作为精品课程开发和新教材编写的参考文献。
蒙晓影. 工程力学 [M]. 大连：大连理工大学出版社（第四版），2008.
于荣贤. 工程力学 [M]. 北京：机械工业出版社，2009.
张凤翔. 工程力学 [M]. 北京：机械工业出版社，2009.
范钦珊. 理论力学.[M]. 北京：高等教育出版社，2000.
范钦珊. 材料力学.[M]. 北京：高等教育出版社，2004.
陈长征. 工程力学.[M]. 北京：科学出版社，2009.
张秉荣，章剑青. 工程力学[M]. 北京：机械工业出版社，1996.
3.工学结合校本教材编写
①教材应充分体现任务引领、实践导向课程的设计思想。
②教材编写时应对机械专业群的职业活动和典型工作任务进行分析，按完成任务所需的职业能力（结合力学在工作中的应用）组织教材内容。
③要通过自行编制与工程实践相关的任务单、小组活动项目、工地现场见习并运用所学知识进行评价，引入必须的理论知识，强调理论在实践过程中的应用。
④教材中每一情境或任务的引言要精心设计，内容图文并茂，体现出教学做评于一体的痕迹，以提高学生的学习兴趣。
⑤教材内容应体现先进性、通用性、实用性，文字表达必须精炼、准确。
（二）教学方法与手段
1.教学方法
力学课程既有抽象的理论，又有较强的实践性。而高等教育大众化背景下的高职学生在逻辑思维能力等适合于解释世界认知活动中往往遇到困难，而在动手改造世界的职业活动中可能会有其智力强项。鉴于此，本课程宜采用体现“行动导向”理念的多元教学方法。
1.任务教学法
任务教学法对于既无雄厚文化基础，又缺乏工程实践经验的高职学生而言，是一种高效的学习方法。在教材体例的设计上，每个学习单元均以学习任务的形式提出，并且开头设置一个（或几个）具体的学习性工作任务或问题情境，正文中提供的类似案例（例题）能够结合教学内容及问题解决的需要突出实用，课后练习中继续安排同一问题范畴的拓展任务，重在引发进一步的思考与讨论。学生在学用一体的过程中，以任务载体，既使学习有了明确的目标，又方便了教师的教学活动。
2.体验教学法。以启发、感悟为目的，精选生产、生活实际中力学应用的正反面典型案例，让学生感感悟到力学与现实生产、生活的密切联系以及力学课程的科学价值所在，培养学生的工程意识、质量意识和学好用好力学知识的社会责任意识。
3.分组讨论法
将一个班级的学生分成4-5个小组，给每组学生一个实际的工程问题（小任务或大作业），在教师的指导下，通过查阅资料、小组讨论、自主分工、协同合作，利用所学到的理论知识，给出解决方案，并展示学习成果。合理设计与布控这一学习环节，既培养了学生应用理论知识解决实际问题的能力和团队协作精神，也提高了查阅文献、收集资料、分析和解决问题的实践创新能力。
4.自学辅导法
在任务引领和案例分析的引导下，学生能自己看懂的内容，如力与平衡的概念、
平面汇交力系平衡的几何法与解析法、剪切实用问题计算等等，问题教师尽量不讲。在以学生为主体的自主学习过程中，教师的任务由传授知识转向设计学习过程（包括确定学习目标、提出学习任务、创设任务情境、设计绩效评估方案、给予指导与反馈等）和开发学习资源（包括开发课件、建设网站、提供交互平台、推荐学习资料等）。课堂上，学生发言，教师热情倾听，积极参与，高度关注，不再是以自我为中心，而是作为一位更加机敏的助学者，在学习过程中和学生一起“逢山开路，遇水搭桥”。
5.启发式教学（启发式教学与现代教学方法相结合）
对于学生通过个人努力仍然难于完全理解的问题，如约束和约束反力的特征、考虑摩擦时的物系平衡、超静定问题、弯扭组合变形等，教师要用准确、生动、精炼的语言，结合现代教学手段，深入浅出，富有启发性地讲明要点，突出重点，厘清概念与思路，并适当运用提问、反问和设问的方式，让学生有充分参与学习与思考的机会，促进创造思维品质的发展。
2.教学手段
信息技术的飞速发展，促进了职业教育现代化的进程。综合利用网络平台和多媒体技术，针对不同教学环节的多种素材和学生在学习、试验、做作业、问题咨询等环节的需求，为其自主学习提供教学文件、演示文稿、教学课件、音频视频播放、学习案例、习题库、试题库、虚拟演示试验等电子化学习资源。旨在突破学习时空上的限制，弥补纸质教材在内容组织和拆分、更新和呈现方式上不足，实现多种感官的综合刺激，引发学习的学习兴趣，提高学习效果。如从新一轮课程网站开通至今，总访问量1000余人次，超过80%的学生通过网站辅助学习，通过设立留言板（电子邮箱）、在线答疑等，基本实现了交互式网上教学，收到了良好的教学效果。
（三）课程资源的开发和应用
1．积极开发和利用网络课程资源，充分利用诸如电子教材、教案、多媒体课件、动画库、虚拟实验、习题资源在线交流等，依托课程网站平台，使教学从单一媒体向多种媒体转变；教学活动从信息的单向传递向双向交换转变；学生单独学习向合作学习转变。
2.实验设备、虚拟现实与顶岗实习相结合，增加实践课时的比例，培养现实的实践能力。
（四）学习评价与考核方式
1、改革传统的学生评价手段和方法，采用阶段评价、过程性评价与目标评价相结合，理论与实践一体化的评价模式。
2、关注评价的多元性，结合课堂提问、学生作业、平时测验、实验实训、学生的自评和互评及考试情况，综合评价学生成绩。
3、应注重学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力的考核，对在学习和应用上有创新的学生应予特别鼓励，全面综合评价学生能力。 

学习过程评价参考表
专业/班级
姓名
学号
小组
开始时间
结束时间

评价内容
评价标准
配分
自评（30%）
互评（30%）
教师点评(40%)
基本概念/理论
能即时正确回答教师或同学提出的概念性问题
20
10

能正确运用四个基本公理分析解决问题
10

基本方法/技能
恰当的选取研究对象，正确地画出受力图
40
20

分析思路清晰，过程严谨
10

结构简图绘制，力的作用线、作用点与箭头标注、文字（字母）书写规范，
10

学习态度
按时到课，课上无不良表现，有学习笔记
30
5

踊跃发言，积极参与学习过程，及时完成学习任务
15

乐于请教和帮助同学，协助教师对学习过程进行管理与考核，具有竞合精神
5

创新能力：有自主学习计划，能提出问题或对问题解决有独到见解，能对教学改革提出意见或建议，积极参与小组活动方案的设计等
5

总成绩
满分100分
过程考核50%
期末考核50%