時(shí)間：2022-08-18 14:30:15
序論：在您撰寫(xiě)工程力學(xué)時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
英文名稱：Engineering Mechanics
主管單位：中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)
主辦單位：中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語(yǔ)
種：中文
開(kāi)
本：大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào)：1000-4750
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：11-2595/O3
郵發(fā)代號(hào)：82-862
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1984
期刊收錄：
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊榮譽(yù)：
Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
聯(lián)系方式
期刊簡(jiǎn)介
Abstract: In this paper, based on the characteristics of engineering mechanics and combined with teaching practice and experience, some views and perspectives on the engineering mechanics teaching are put forward.
關(guān)鍵詞:工程力學(xué);教學(xué)方法;積極性
Key words: engineering mechanics;teaching method;initiative
中圖分類(lèi)號(hào):G42文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)15-0245-01
0引言
工程力學(xué)是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課,在很多專業(yè)里都開(kāi)設(shè),具有很大的實(shí)用性。同時(shí),通過(guò)對(duì)工程力學(xué)的學(xué)習(xí),有助于提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,為今后解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題和進(jìn)一步提高打下良好的基礎(chǔ)。但由于工程力學(xué)內(nèi)容多,公式多,讓很多學(xué)生學(xué)起來(lái)都非常吃力,下面就結(jié)合筆者教學(xué)實(shí)踐,提出下面一些看法。
1剖析課程體系,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
工程力學(xué)時(shí)為80學(xué)時(shí),共16周,周時(shí)5學(xué)時(shí),和本科生相比 ,專科學(xué)生的底子比較薄,而且大部分高中時(shí)選考的是生物和化學(xué),對(duì)物理接觸比較少,在大學(xué)里力學(xué)課程是在第一學(xué)年就開(kāi)設(shè),也就是說(shuō)這部分學(xué)生在大學(xué)里幾乎沒(méi)有任何鋪墊的情況下就學(xué)力學(xué),學(xué)生學(xué)起來(lái)很吃力。另一方面,面對(duì)高職教育的培養(yǎng)目標(biāo),各高職專科院校紛紛在教學(xué)計(jì)劃中不斷削減工程力學(xué)課程的課時(shí),而工程力學(xué)課程的課時(shí)削減但內(nèi)容不減帶來(lái)的后果就是為了完成教學(xué)任務(wù),教師很難將過(guò)多的教學(xué)內(nèi)容安排得下,在教學(xué)實(shí)施中,只能采用“填鴨”式的教學(xué)方法,這種教育方法顯然增加了學(xué)生接受和消化所學(xué)知識(shí)的難度,很多學(xué)生上課時(shí)都感覺(jué)是在坐飛機(jī),不知所云。同時(shí)也限制了學(xué)生獨(dú)立分析和思考問(wèn)題的空間。這些對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力是不利的。鑒于此,建議授課教師要根據(jù)實(shí)際情況,具體問(wèn)題具體分析,遇到需要高等數(shù)學(xué)或者大學(xué)物理基礎(chǔ)的,可適當(dāng)放慢講課的速度,稍微補(bǔ)補(bǔ)或復(fù)習(xí)下高等數(shù)學(xué)或大學(xué)物理的知識(shí),這樣在思想上、知識(shí)結(jié)構(gòu)上,能緩解學(xué)生學(xué)習(xí)工程力學(xué)這門(mén)課程的壓力;另外,在教學(xué)內(nèi)容和課程體系上,要做到重點(diǎn)突出,難點(diǎn)講透,把理論與工程上的應(yīng)用相結(jié)合;在教學(xué)過(guò)程中要強(qiáng)化實(shí)踐性教學(xué)。這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生不僅具有一定的理論基礎(chǔ),還具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。
2努力提高學(xué)生對(duì)工程力學(xué)的認(rèn)識(shí)和興趣
工程力學(xué)是一門(mén)比較枯燥的學(xué)科,課堂上我們?cè)谥v授理論知識(shí)的同時(shí)盡可能地使理論與實(shí)際相結(jié)合,豐富理論的內(nèi)涵,突出理論的應(yīng)用價(jià)值。這樣在某種程度上能夠減少枯燥性。特別是開(kāi)始第一節(jié)課的緒論,更要上得活潑生動(dòng)。在這節(jié)課里,主要是介紹工程力學(xué)這門(mén)課程的性質(zhì)、目的和任務(wù),我們可以通過(guò)形象生動(dòng)的具體事例配合多媒體演示詳細(xì)介紹工程力學(xué)在現(xiàn)代技術(shù)及生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用情況,我們還可以通過(guò)身邊一個(gè)簡(jiǎn)單例子,如要做一個(gè)三角支承架(電視架),提問(wèn)學(xué)生如果要做這物品他們會(huì)怎么樣開(kāi)始著手?然后逐步通過(guò)介紹制作支承架在工程力學(xué)中所用到的知識(shí),并闡明哪部分屬于靜力學(xué)的,哪方面是屬于材料力學(xué)的范疇,這就讓學(xué)生對(duì)這門(mén)學(xué)科有一定的感性認(rèn)識(shí)。另一方面學(xué)于致用也能提高學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過(guò)程中還要盡可能地將工程力學(xué)的應(yīng)用貫穿到每一章節(jié)中。如在講授力的平移定理時(shí),可以告訴學(xué)生,打出的乒乓球?yàn)槭裁醇葧?huì)旋轉(zhuǎn)又會(huì)向前進(jìn),其中所包含的力學(xué)知識(shí)。
3采用多種教學(xué)方法
轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念,改革“填鴨式”的教學(xué)方法,牢固樹(shù)立以學(xué)生為中心的思想,正確認(rèn)識(shí)學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)的內(nèi)涵,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、積極性,實(shí)施啟發(fā)式、研究式的教學(xué),達(dá)到師生互動(dòng)?！笆谌擞隰~(yú),不如授人于漁”。工程力學(xué)很大一個(gè)特點(diǎn)是概念多,公式多,定理多,這對(duì)于大專院校的學(xué)生來(lái)說(shuō)這也是一個(gè)難點(diǎn)。鑒于此,在教學(xué)上多采用比較法,能達(dá)到一個(gè)比較好的效果,也能減輕學(xué)生一定的負(fù)擔(dān)。下面舉兩個(gè)例子:①力偶對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較新的概念,怎么樣才能讓學(xué)生更好地掌握呢?力的概念是學(xué)生比較熟悉掌握的,如果在力的基礎(chǔ)上將力和力偶進(jìn)行一個(gè)鮮明的對(duì)比,學(xué)生掌握這概念無(wú)疑會(huì)輕松很多。②材料力學(xué)中的四種變形有很多新的概念和公式,學(xué)生往往難以分辨和記憶,很容易出現(xiàn)概念和符號(hào)不符、公式混淆等現(xiàn)象。為了便于學(xué)習(xí)和記憶,可以把它們歸納分類(lèi),列出表格對(duì)比,學(xué)生在學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)時(shí),可以只記住其中一個(gè)變形公式或概念,其它的就進(jìn)行對(duì)比聯(lián)想,這樣就易于調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維積極性,準(zhǔn)確迅速地記憶每個(gè)概念和公式的特征。
4建立切合實(shí)際的辦法評(píng)價(jià)方式
在評(píng)價(jià)方面,應(yīng)該更改以往期末筆試一份試卷定成績(jī)的僵化的評(píng)價(jià)方式,建立一套有效可行的考核制度,并減輕一次考試定一門(mén)課程的份量。①平時(shí)成績(jī)占20%,平時(shí)的考核包含作業(yè)、課堂提問(wèn)、討論、報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作以及階段性測(cè)驗(yàn)等多種形式。每交一次作業(yè),授課教師都有記錄,并從中了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的了解,對(duì)于作業(yè)抄襲現(xiàn)象要注意把握和控制,要適當(dāng)糾正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度,對(duì)回答課堂提問(wèn)和積極參與討論問(wèn)題給予加分。②期中成績(jī)占30%,工程力學(xué)課程內(nèi)容多,利用期中考試可以對(duì)靜力學(xué)的章節(jié)進(jìn)行一個(gè)階段性的復(fù)習(xí)和檢測(cè),也為后續(xù)材料力學(xué)的學(xué)習(xí)作好準(zhǔn)備。③期末成績(jī)占50%,期末考試的覆蓋性廣,難度適當(dāng),是對(duì)這門(mén)課程的一次總結(jié)性的考試。
5結(jié)語(yǔ)
以上內(nèi)容只是筆者個(gè)人根據(jù)自身的教學(xué)實(shí)際出發(fā),對(duì)工程力學(xué)教學(xué)提出的一些膚淺的看法。只要在工程力學(xué)教學(xué)的過(guò)程中,始終堅(jiān)持以人為本的原則,幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,掌握正確的學(xué)習(xí)方法,調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,提高教學(xué)效果,為培養(yǎng)既具有創(chuàng)新能力又具備工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的高素質(zhì)技術(shù)人才打下良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
[1]史藝農(nóng),王奇力,李紹鵬.工程力學(xué)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.
關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；啟發(fā)式；教學(xué)
【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7
1目前存在的問(wèn)題
一部分學(xué)生覺(jué)得力學(xué)概念、規(guī)律較為抽象，理論應(yīng)用繁雜，感覺(jué)困惑與乏味，從而產(chǎn)生排斥感。還有些學(xué)生愿意認(rèn)真學(xué)習(xí)，但常覺(jué)得工程力學(xué)的理論難以理解透徹，做題時(shí)常常不知如何下手，不理解的知識(shí)一但累積，便容易喪失了自信，逐漸產(chǎn)生厭學(xué)情緒。在目前工程力學(xué)授課內(nèi)容不變，但課時(shí)縮減的趨勢(shì)下，這種情況更加嚴(yán)重。因此，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生掌握力學(xué)思維，培養(yǎng)其思考和解決問(wèn)題的能力，這需要教師不斷與學(xué)生溝通來(lái)改進(jìn)和提高教學(xué)效果。
2.啟發(fā)式教學(xué)為指導(dǎo)思想
啟發(fā)式教學(xué)是在老師的啟發(fā)引導(dǎo)下，激發(fā)學(xué)生思考，產(chǎn)生疑問(wèn)，并主動(dòng)獲取知識(shí)的過(guò)程，這是一種古老而常新的教育理念。教學(xué)是師生之間信息的傳遞，美國(guó)心理學(xué)家羅杰斯認(rèn)為：“成功的教學(xué)依賴于一種真誠(chéng)的理解和信任的師生關(guān)系，依賴于一種和諧的安全的課堂氣氛?！苯處煂?duì)教學(xué)和學(xué)生的熱愛(ài)，注重學(xué)生的課堂情緒，會(huì)營(yíng)造輕松、融洽的氛圍。在教學(xué)的過(guò)程中善于設(shè)問(wèn)，激發(fā)學(xué)生求知欲，抓住時(shí)機(jī)啟發(fā)學(xué)生思考，解決問(wèn)題。啟發(fā)式教學(xué)最忌諱刻板，崇尚因人而異，因勢(shì)利導(dǎo)，相機(jī)點(diǎn)撥。因此，教師要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)和廣博的知識(shí)，不僅僅局限于書(shū)本，或局限于單一的模式，還要結(jié)合自己對(duì)教材的理解，通過(guò)自己的方式和智慧來(lái)講授工程力學(xué)。
3.建立力學(xué)模型引發(fā)學(xué)習(xí)興趣
工程力學(xué)研究工程實(shí)際中的力學(xué)問(wèn)題。簡(jiǎn)化工程實(shí)際建立力學(xué)模型，是工程力學(xué)學(xué)習(xí)的第一步， 這也是重要的一步。學(xué)生能把力學(xué)和生活中看到的、接觸到的結(jié)構(gòu)和物體聯(lián)系起來(lái)，工程力學(xué)就不再是抽象，而模糊的概念。身邊的力學(xué)讓學(xué)生更有興趣去了解和分析。一般的教材只是在緒論提及力學(xué)模型的建立并舉一兩個(gè)例子說(shuō)明。在授課過(guò)程中很多時(shí)候都可以先講力學(xué)模型的建立，再講理論分析，雖然占用些許時(shí)間，往往起的效果相當(dāng)好，可謂磨刀不誤砍柴工。
如靜力學(xué)部分，講集中力和分布力時(shí)，集中力可以看橋面上站著一個(gè)人，人對(duì)橋的作用力。如果橋面上覆蓋著一層雪，那么雪對(duì)橋而言就是分布力。雖然只是個(gè)簡(jiǎn)單的概念，通過(guò)這樣描述就變得具體而輕松，同時(shí)學(xué)生對(duì)分布力的單位也就很自然地理解了。
運(yùn)動(dòng)學(xué)部分，如果是汽車(chē)專業(yè)學(xué)生，可以選擇可以選擇缸體、活塞環(huán)、曲柄、飛輪組成的機(jī)構(gòu)為研究，簡(jiǎn)化成力學(xué)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，制作動(dòng)畫(huà)視頻，把機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況展示出來(lái)。學(xué)生不僅對(duì)力學(xué)模型的來(lái)源清晰，而且對(duì)該機(jī)構(gòu)如何運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生很濃的興趣。
教師在教學(xué)的過(guò)程中可以根據(jù)需要穿插建立力學(xué)模型的內(nèi)容，如講解材料的特性時(shí)，教材上通常把材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的鑄鐵和低碳鋼作為脆性材料和塑性材料的代表，但這兩種材料學(xué)生在生活中接觸較少，說(shuō)起來(lái)比較抽象。作為補(bǔ)充，可以告訴學(xué)生玻璃可以看成脆性材料，橡皮可以看成塑性材料，再描述兩種材料的特點(diǎn)就很容易理解。
3 工程實(shí)例貫穿，明確應(yīng)用目標(biāo)
工程力學(xué)主要用于解決工程實(shí)際的力學(xué)問(wèn)題，本身就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程。教師在授課的過(guò)程中可以舉一些工程實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，這樣教學(xué)更有說(shuō)服力，學(xué)生會(huì)深刻體會(huì)到工程力學(xué)是門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)好，能為日后專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
2012年8月24日發(fā)生的哈爾濱三環(huán)路群力高架橋洪湖路上行匝道傾覆事故，是一件舉國(guó)關(guān)注的事故。于是我們?cè)谡n堂教學(xué)中，建立該橋梁力學(xué)模型，分析受力。事故中的橋梁發(fā)生了傾覆而不是坍塌，這與橋梁的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度有密切的關(guān)系，該橋梁屬于獨(dú)墩橋，三輛貨車(chē)司機(jī)，在121.96米的長(zhǎng)梁體范圍內(nèi)同時(shí)集中靠右側(cè)行駛，按照傾覆力矩的計(jì)算，力臂增大，則力矩增大，導(dǎo)致傾覆。學(xué)生對(duì)橋梁的受力分析明確了，也有了分析工程實(shí)際的思路。專家組事故認(rèn)定后得出結(jié)論是司機(jī)超載，我們又進(jìn)行了課堂討論。學(xué)生明白了為什么設(shè)計(jì)人員沒(méi)有責(zé)任，設(shè)計(jì)按規(guī)范進(jìn)行，規(guī)范是怎樣規(guī)定，規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)的要求和對(duì)工程實(shí)際的影響。這樣讓學(xué)生對(duì)問(wèn)題有了更加深入的思考。
抓住時(shí)機(jī)把工程實(shí)際貫穿于教學(xué)中，不僅能事半功倍，而且培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
4 培養(yǎng)工程力學(xué)的思維方式
多數(shù)教材以介紹原理和概念為主，如何把這些知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的能力，使他們將來(lái)在遇到工程問(wèn)題時(shí)能有自己的解題思路和方法，是教師努力的方向。在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)授之以漁，培養(yǎng)學(xué)生力學(xué)思維。下面介紹工程力學(xué)幾種常用的思維方式。
1）等效性原則，抓住問(wèn)題本質(zhì)，用等效原則簡(jiǎn)化復(fù)雜問(wèn)題。力的平行四邊形法則、力線平移定理應(yīng)用了作用等效原則。動(dòng)能定理遵循了過(guò)程等效原則，靜力學(xué)的平衡方程可以采用一矩式、二矩式或三矩式，遵循了表述等效的原則。等效原則終貫穿于工程力學(xué)。
2）近似計(jì)算，在工程力學(xué)應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在計(jì)算桁架節(jié)點(diǎn)位移時(shí)，通?？梢园唇Y(jié)構(gòu)原有的幾何形狀和尺寸計(jì)算約束反力和內(nèi)力，并采用切線法代替圓弧法近似地確定節(jié)點(diǎn)位移。通過(guò)這樣的兩次近似方法，結(jié)果不僅能滿足工程的精度要求，分析和計(jì)算過(guò)程也大為簡(jiǎn)化。計(jì)算擠壓應(yīng)力時(shí)，當(dāng)構(gòu)件擠壓時(shí)接觸面是半圓柱型表面時(shí)，壓應(yīng)力非均勻分布，近似地采用其對(duì)應(yīng)的直徑平面作為擠壓面，擠壓應(yīng)力在計(jì)算擠壓面上均勻分布。這些近似計(jì)算在工程力學(xué)中很常見(jiàn)，其簡(jiǎn)便和快速計(jì)算不僅滿足工程實(shí)際需要也符合工程中考慮主要因素的要求。
3）逆向思維，突破常規(guī)思路，采用非常規(guī)的方法解決問(wèn)題。如工程力學(xué)中的達(dá)朗貝爾原理把動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題用靜力學(xué)方法來(lái)解決。虛位移原理則是用動(dòng)力學(xué)的方法解決靜力學(xué)問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)能不斷地活躍思維，開(kāi)拓思路。
4）形象思維，這是工程力學(xué)求內(nèi)力時(shí)常常出現(xiàn)的思維方式。比如求桁架內(nèi)力采用的截面法就是假想截?cái)噼旒?，將桁架一分為二，要保持原有的狀態(tài)，截?cái)嗵幱脳U件內(nèi)力來(lái)替代。
工程力學(xué)思維并不局限與上述幾種，同一問(wèn)題，可以有多種解決思路，教師可以引導(dǎo)學(xué)生多思考，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
5教學(xué)方法
工程力學(xué)課時(shí)較少，但內(nèi)容還是比較多。采用一定的方法幫助學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于他們?cè)鰪?qiáng)信心，提高學(xué)習(xí)積極性非常必要。
形象記憶法
歸納法
用于記憶解題方法和判斷內(nèi)力的符號(hào)有很好的教學(xué)效果。用截面法求解桿件內(nèi)力：將桿件假想地切開(kāi)，取切開(kāi)后任一桿段為研究對(duì)象，用平衡條件由外力確定內(nèi)力，可以歸納成一切二取三平衡；又如，彎矩計(jì)算，通過(guò)平衡方程求解彎矩，可以歸納得到當(dāng)外力向上時(shí)引起正彎矩，反之為負(fù)彎矩。這些歸納結(jié)果可以幫助學(xué)生加強(qiáng)記憶。
3.比較法（對(duì)比法）
教學(xué)中適當(dāng)應(yīng)用上述方法，可以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)效果。
6結(jié)語(yǔ)
工程力學(xué)教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)教師與學(xué)生的互動(dòng)，教無(wú)定法，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不斷調(diào)整教案，提高教學(xué)效果。同時(shí)，學(xué)生的疑問(wèn)和思路反過(guò)來(lái)也能啟發(fā)教師。以上是工程力學(xué)教學(xué)中的一點(diǎn)體會(huì)，以供探討。
參考文獻(xiàn)
[1] 范欽珊. 工程力學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011
骨骼最基本的功能就是傳遞力學(xué)載荷，發(fā)揮支撐及運(yùn)動(dòng)功能. 脊柱是人體的中軸骨，是人體的脊梁，是一個(gè)具有多個(gè)復(fù)雜關(guān)節(jié)連接的系統(tǒng)，其功能發(fā)揮依賴于完整的骨性結(jié)構(gòu)和正常的負(fù)重力線. 所以，任何創(chuàng)傷、退變、炎癥、腫瘤及畸形等疾病所引起的脊柱骨質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞或力線異常，都將會(huì)導(dǎo)致其正常生理功能喪失，從而產(chǎn)生相應(yīng)的臨床癥狀. 脊柱外科手術(shù)最根本的目的就是消除病因，重建脊柱穩(wěn)定和恢復(fù)脊柱生理曲度. 隨著脊柱重建理念的更新及內(nèi)固定器械的不斷改進(jìn)，越來(lái)越多的工程力學(xué)原理和技術(shù)也被應(yīng)用于脊柱外科，用以解決脊柱骨性結(jié)構(gòu)破壞或力學(xué)異常所導(dǎo)致脊柱不穩(wěn)定等方面的問(wèn)題［1-3］. 因此，脊柱外科與工程力學(xué)的結(jié)合越來(lái)越緊密. 脊柱外科的核心手術(shù)技術(shù)包括減壓、固定和融合三個(gè)方面. 每一個(gè)過(guò)程中都包含著大量的工程力學(xué)原理，與脊柱的穩(wěn)定重建密切相關(guān)，尤其在脊柱固定、脊柱融合和椎體強(qiáng)化方面，借鑒了大量的工程學(xué)原理，目前已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)比較成熟的階段，而脊柱的穩(wěn)定重建離不開(kāi)對(duì)構(gòu)成脊柱的椎體、椎間盤(pán)和小關(guān)節(jié)突等結(jié)構(gòu)的再處理.
1椎弓根螺釘固定技術(shù)-杠桿原理
1.1椎弓根螺釘固定技術(shù)根據(jù)“三柱”理論，脊柱可以分為前、中、后三柱，在脊柱的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，每一柱都承擔(dān)相應(yīng)的應(yīng)力. 由于椎弓根螺釘能夠從椎體后方，穿過(guò)椎弓根，直達(dá)椎體前方，將椎體的前、中、后三柱貫穿固定，獲得立體三維空間的穩(wěn)定，因此，椎弓根螺釘技術(shù)較椎板鉤、前路鋼板等其它固定方式有更強(qiáng)的力學(xué)穩(wěn)定性. 椎弓根螺釘與金屬棒及橫向連接器的組合，其力學(xué)原理類(lèi)似于建筑工程學(xué)中腳手架固定，它可以通過(guò)對(duì)螺釘施加不同方向的載荷而獲得對(duì)椎體間撐開(kāi)、加壓及旋轉(zhuǎn)等功能.
1.2椎弓根螺釘固定技術(shù)的臨床應(yīng)用椎弓根螺釘技術(shù)已經(jīng)成為脊柱手術(shù)中最常用、最重要、最核心的技術(shù)，在穩(wěn)定重建中具有不可缺少、不可替代的作用，是脊柱外科領(lǐng)域劃時(shí)代的技術(shù). 目前，每年有近20萬(wàn)例脊柱疾病患者在手術(shù)中需要使用椎弓根螺釘技術(shù)，螺釘年使用量近百萬(wàn)根，并且以每年30％的速度增加. 椎弓根螺釘技術(shù)力學(xué)優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)最為突出并在臨床上大量應(yīng)用的就是在椎體滑脫復(fù)位和脊柱側(cè)彎矯正的過(guò)程中. 治療方法是通過(guò)手術(shù)復(fù)位，重建脊柱生物力線，恢復(fù)正常生理曲度. 手術(shù)方案是采用兩組椎弓根螺釘或三組椎弓根螺釘進(jìn)行復(fù)位. 表面上，兩種方法都是通過(guò)螺釘提拉作用，完成椎體復(fù)位，但實(shí)質(zhì)上，其應(yīng)用的工程力學(xué)原理各有不同. 兩組螺釘固定原理為懸臂梁結(jié)構(gòu)，它是以一個(gè)支點(diǎn)對(duì)另外一個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行提拉，在工程學(xué)中最典型的應(yīng)用是單臂起重機(jī)的工作原理；三組螺釘固定原理則是工字梁結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)兩個(gè)支點(diǎn)對(duì)位于中央的力點(diǎn)進(jìn)行提拉，工作原理與龍門(mén)吊車(chē)極為類(lèi)似. 因此，在椎體嚴(yán)重的滑脫復(fù)位過(guò)程中，三組螺釘固定方法療效優(yōu)于兩組螺釘固定方法的力學(xué)原理即在于此［1-2］.
除了提拉復(fù)位作用以外，椎弓根螺釘還可以完成加壓、撐開(kāi)、去旋轉(zhuǎn)等功能，這在脊柱側(cè)彎的矯形過(guò)程中極為重要. 脊柱側(cè)彎在力學(xué)上主要表現(xiàn)為承載力線改變，同時(shí)存在矢狀面、冠狀面和水平面的力學(xué)平衡喪失，是一個(gè)三維立體畸形. 因此在畸形矯正過(guò)程中，需要同時(shí)應(yīng)用加壓、撐開(kāi)、去旋轉(zhuǎn)等方法，恢復(fù)脊柱力線，糾正力學(xué)失衡. 在現(xiàn)有的種類(lèi)繁多的脊柱內(nèi)固定器械中，僅有椎弓根螺釘能夠提供這種三維空間矯正性能，因此，椎弓根螺釘技術(shù)已經(jīng)成為脊柱側(cè)彎畸形矯正中不可缺少的技術(shù)［3-4］.
1.3椎弓根螺釘固定技術(shù)存在問(wèn)題在臨床工作中，由于骨質(zhì)疏松常引起椎弓根螺釘固定能力下降，螺釘松動(dòng)脫出，進(jìn)而導(dǎo)致手術(shù)失敗. 隨著脊柱內(nèi)固定手術(shù)的廣泛開(kāi)展，多種原因?qū)е碌男g(shù)后翻修病例也越來(lái)越多. 如何處理翻修時(shí)椎弓根螺釘固定強(qiáng)度下降的問(wèn)題，也成為困擾脊柱外科醫(yī)師的棘手問(wèn)題. 因此，如何解決因脊柱骨質(zhì)條件不佳和手術(shù)操作失誤所導(dǎo)致的椎弓根釘固定強(qiáng)度下降，已成為脊柱內(nèi)固定研究領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急. 椎弓根螺釘固定的關(guān)鍵取決于能否得足夠的骨螺釘界面把持力，而且，這種把持力要持續(xù)到椎體間達(dá)到堅(jiān)固的骨性融合為止. 影響螺釘固定穩(wěn)定的因素不外乎兩個(gè)，一個(gè)是螺釘本身，另一個(gè)是椎體. 在螺釘方面，影響因素包括螺釘外形、直徑、長(zhǎng)度以及螺釘?shù)闹萌敕较?、位置等；在椎體方面，影響因素則包括骨質(zhì)密度、骨質(zhì)強(qiáng)度等，如骨質(zhì)疏松. 任何引起椎體力學(xué)強(qiáng)度下降的病因均會(huì)導(dǎo)致擰入其中的螺釘把持力下降. 因而，螺釘固定穩(wěn)定的核心因素就是釘?shù)拦琴|(zhì)螺釘螺紋的界面情況.
1.4膨脹式椎弓根螺釘?shù)难邪l(fā)設(shè)計(jì)及臨床應(yīng)用工程學(xué)專家提出的方法是使用膨脹螺釘，同時(shí)強(qiáng)化處理墻面，從矛盾的雙方面著手，解決螺釘松動(dòng)的問(wèn)題. 由此，我們也考慮能否將此理念用于解決脊柱內(nèi)固定不穩(wěn)的難題. 通過(guò)對(duì)椎弓根螺釘固定的關(guān)鍵因素進(jìn)行了細(xì)致分析，西京醫(yī)院骨科在國(guó)內(nèi)外率先提出椎弓根螺釘穩(wěn)定應(yīng)著眼于螺釘早期機(jī)械性穩(wěn)定，遠(yuǎn)期生物性穩(wěn)定的原則，并研發(fā)出國(guó)內(nèi)首個(gè)膨脹式椎弓根螺釘系列產(chǎn)品. 大量的實(shí)驗(yàn)研究證明，膨脹式椎弓根螺釘通過(guò)膨脹加壓的作用，使螺釘周?chē)琴|(zhì)致密化，提高了螺釘?shù)某跏脊潭◤?qiáng)度. 3 mo后，骨質(zhì)長(zhǎng)入膨脹螺釘?shù)呐蛎涢g隙內(nèi)，達(dá)到了“釘中有骨，骨中有釘”的遠(yuǎn)期穩(wěn)定效果，很好地解決了椎體骨質(zhì)疏松所導(dǎo)致的內(nèi)固定不穩(wěn)或不能固定的難題. 從2006年8月開(kāi)始臨床使用膨脹式椎弓根螺釘治療植釘條件不佳的患者300余例，結(jié)果螺釘植入體內(nèi)后無(wú)松動(dòng)、斷裂跡象，螺釘-骨界面密合性好，療效滿意.
2椎體間融合與非融合技術(shù)-張力帶原理與萬(wàn)向軸頭結(jié)構(gòu)
正常椎間盤(pán)承受抗壓、彎曲、剪切三維空間載荷. 當(dāng)椎間盤(pán)發(fā)生退變后，蠕變率與初始松弛率增加， 達(dá)到平衡所需時(shí)間縮短和平衡時(shí)的載荷減小，椎間盤(pán)緩沖和傳遞載荷的功能相應(yīng)減弱，進(jìn)一步加重椎間盤(pán)的退變、突出，壓迫神經(jīng)產(chǎn)生癥狀. 手術(shù)的目的就是將退變的椎間盤(pán)切除，解除脊髓、神經(jīng)根受到的壓迫. 術(shù)后重建椎間隙高度、恢復(fù)脊柱生理曲度的技術(shù)主要可以分為椎體間融合技術(shù)與非融合技術(shù).
2.1椎體間融合技術(shù)椎間融合器傳統(tǒng)的椎體間融合技術(shù)是采用自體或異體骨塊，將其嵌入摘除椎間盤(pán)后的椎體間隙，從而獲得椎體間融合. 其缺點(diǎn)在于增加了手術(shù)創(chuàng)傷和交叉感染的風(fēng)險(xiǎn). 隨著工業(yè)技術(shù)及材料學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的脊柱外科醫(yī)師在考慮，能否尋求一種能夠替代自體骨或異體骨的材料. 20世紀(jì)70年代中期至80年代初期， 一種中空、帶孔的金屬圓柱體開(kāi)始用于治療賽馬的頸椎病. 該內(nèi)置物可產(chǎn)生一種支撐作用，維持了椎間隙的高度，接受該方法治療后的馬頸椎活動(dòng)基本正常， 因而美國(guó)馬外科中心將本術(shù)式定為馬頸椎穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)手術(shù). 隨后，許多學(xué)者考慮能否將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于人類(lèi)脊柱疾病的治療，并對(duì)其進(jìn)行了外形、材料等物理特性的改進(jìn)，最后產(chǎn)生了目前的適用于人體的椎體間融合器. 椎體間融合器技術(shù)主要采用“牽張壓縮”張力帶效應(yīng)和椎體間界面內(nèi)固定的原理. 脊柱椎體間融合器置入椎間隙時(shí)可牽張殘余的纖維環(huán)及周?chē)浗M織， 又可以對(duì)收縮的反作用力產(chǎn)生壓縮作用加固融合器， 且融合器的固有螺紋與上下位椎體緊密嵌插， 如此形成一個(gè)自成一體的自動(dòng)加壓固定系統(tǒng). 脊柱椎體間融合器技術(shù)特點(diǎn)在于完美地解決了脊柱手術(shù)節(jié)段所需要的早期制動(dòng)和后期的骨性融合這一基本要求. 早期是通過(guò)嵌入椎節(jié)螺紋的抗剪力效應(yīng)和上下兩端拱石狀結(jié)構(gòu)的抗旋轉(zhuǎn)作用， 而后期則由于中空內(nèi)腔充滿碎骨粒， 再通過(guò)周壁上空隙內(nèi)外溝通， 而逐漸獲得骨性融合，維持脊柱前中后三柱良好的穩(wěn)定性. 早期臨床上應(yīng)用的椎體間融合器是不可吸收性的，多為金屬和多聚碳纖維兩種材料，融合后期產(chǎn)生應(yīng)力遮擋， 在一定程度上影響骨融合后的強(qiáng)度等不良反應(yīng)， 因此， 目前國(guó)內(nèi)外致力于各種生物型椎間融合器的研究. 它具有更好的剛度和彈性系數(shù)， 對(duì)影像學(xué)評(píng)估干擾更小等諸多優(yōu)勢(shì). 已有研究表明，在屈伸、軸向旋轉(zhuǎn)及側(cè)屈的生物力學(xué)特性及節(jié)段穩(wěn)定性方面，可吸收性椎間融合器的臨床效果等于或優(yōu)于非可吸收性椎間融合器［1，3］.
2.2椎體間非融合技術(shù)人工椎間盤(pán)在醫(yī)學(xué)上，只有生理性的重建解剖結(jié)構(gòu)才是最為合理的. 盡管采用椎體間融合技術(shù)治療椎間盤(pán)源性疾病獲得良好的手術(shù)效果，但由于椎體間融合技術(shù)改變了脊柱的生物力學(xué)特性，使原本能夠活動(dòng)的脊柱節(jié)段喪失運(yùn)動(dòng)功能，因而導(dǎo)致其周?chē)M織和鄰近椎間盤(pán)應(yīng)力增加，加重了鄰近椎間盤(pán)的退化與病變. 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于探求合適的人工假體替代退變椎間盤(pán)的全部或其中一部分，以求恢復(fù)椎間盤(pán)的解剖和功能，隨之誕生出人工椎間盤(pán)置換技術(shù). 替換退變的全部椎間盤(pán)者，稱為人工全椎間盤(pán)置換;只替換退變的髓核者，稱作人工髓核置換［2-4］.
轉(zhuǎn)貼于
Fernstrom等在上世紀(jì)50年代后期即提出人工腰椎間盤(pán)假體技術(shù)，其設(shè)計(jì)及種類(lèi)不斷創(chuàng)新發(fā)展. 人工腰椎間盤(pán)置換術(shù)作為腰椎融合之外治療椎間盤(pán)源性疼痛的另一合理的選擇，目的是使退變椎間盤(pán)引起的疼痛得到長(zhǎng)期緩解， 重建椎間隙高度以保護(hù)神經(jīng)組織， 保留脊柱運(yùn)動(dòng)以避免晚期關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及鄰近節(jié)段的病變. 隨著人工椎間盤(pán)研究的不斷深入，美國(guó)和歐洲的臨床應(yīng)用已經(jīng)證實(shí)，人工腰椎間盤(pán)置換術(shù)短期內(nèi)可以恢復(fù)脊柱的運(yùn)動(dòng)學(xué)和載荷特性， 恢復(fù)脊柱功能單位的穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)能力. 這項(xiàng)技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的“切除固定融合”的手術(shù)理念， 更符合人體的解剖學(xué)和運(yùn)動(dòng)生理學(xué).
人工髓核置換可以分為原位成形髓核假體和預(yù)制成形髓核假體. 原位成形髓核假體的設(shè)計(jì)原理是向椎間盤(pán)間隙內(nèi)注入可塑型的聚合物，并使其在椎間盤(pán)原位的間隙內(nèi)塑型成為髓核假體. 所用材料主要有硅橡膠和聚氨基甲酸乙酯. 該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其操作通過(guò)纖維環(huán)上很小的切口即可進(jìn)行，因此降低了植入物脫出的風(fēng)險(xiǎn)，并存在開(kāi)展經(jīng)皮微創(chuàng)手術(shù)的潛在可能. 而且，這種設(shè)計(jì)具有更好的應(yīng)力分布和植入物穩(wěn)定性. 預(yù)制成形假體是在體外用粘彈性材料制成一定形狀的假體，假體在植入體內(nèi)之前已經(jīng)固定成形. 相對(duì)于原位成形髓核假體，預(yù)制成形髓核假體的優(yōu)點(diǎn)是，更可靠的聚合物性能和更好控制的生物組織相容性.
3椎體成形術(shù)及后凸成形術(shù)-混凝土技術(shù)
經(jīng)皮椎體成形術(shù)是近年來(lái)脊柱外科發(fā)展的一項(xiàng)新的微創(chuàng)技術(shù). 它是通過(guò)椎弓根或直接向椎體內(nèi)注入人工骨方法， 以達(dá)到增強(qiáng)椎體強(qiáng)度和穩(wěn)定性、防止塌陷及緩解腰背部疼痛， 甚至部分恢復(fù)椎體高度的目的. 其原理就是模擬混凝土填塞技術(shù)，通過(guò)骨水泥固化，到達(dá)增強(qiáng)椎體力學(xué)強(qiáng)度及防止椎體進(jìn)一步塌陷的目的. 自法國(guó)介入放射學(xué)家Galibert等（1984）首次應(yīng)用經(jīng)皮椎體成形術(shù)治療椎體血管瘤以來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)在歐美及我國(guó)迅速普及，主要治療椎體轉(zhuǎn)移瘤和骨質(zhì)疏松癥引起的椎體壓縮骨折. 盡管十幾年來(lái)經(jīng)皮椎體成形術(shù)取得了比較滿意的結(jié)果，但由于直接注入骨水泥不能抬升骨折椎體的終板，因此無(wú)法恢復(fù)椎體高度及改善后凸畸形殘留，而且向椎體內(nèi)直接注入骨水泥需要很高的壓力，容易引起骨水泥漏出，造成神經(jīng)受壓等嚴(yán)重并發(fā)癥. 針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，1999年美國(guó)骨科醫(yī)生研制出一種可膨脹球囊，先經(jīng)皮經(jīng)椎弓根將球囊置入椎體，球囊膨脹使骨折椎體復(fù)位，放氣退出球囊，再注入骨水泥，稱之為椎體后凸成形術(shù). 與經(jīng)皮椎體成形術(shù)相比，經(jīng)皮椎體后凸成形術(shù)能糾正病椎的后凸畸形，并在椎體內(nèi)形成一個(gè)空腔，可在低壓下注入粘稠度較高的骨水泥，明顯降低了骨水泥滲漏率，提高了臨床療效.
椎體成形術(shù)及后凸成形術(shù)臨床上最常用的填充物是聚甲基丙烯酸甲酯骨水泥（PMMA），但PMMA有固化時(shí)大量放熱，發(fā)生滲漏后有灼傷鄰近組織(尤其是脊髓和神經(jīng))的可能，同時(shí)也燒傷骨細(xì)胞，不能與骨組織生物連接、不可生物降解等諸多問(wèn)題. 理想的填充材料應(yīng)具備［4-5］: ①可注射性; ②迅速凝固，并具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度; ③具有生物活性和骨傳導(dǎo)性; ④凝固溫度低; ⑤有良好的顯影性; ⑥可緩慢的生物降解. 因此，目前臨床又進(jìn)一步發(fā)展出羥基磷灰石陶瓷、磷酸三鈣陶瓷、自固化磷酸鈣骨水泥、硫酸鈣骨水泥等，其中，又以硫酸鈣骨水泥生物相容性最好，體內(nèi)吸收快并能夠誘導(dǎo)骨形成. 椎體成形術(shù)和后凸成形術(shù)均可迅速緩解疼痛，強(qiáng)化椎體力學(xué)強(qiáng)度，是一種安全、有效、簡(jiǎn)便的治療方法. 但其作為一項(xiàng)新技術(shù)，尚有值得深入研究的問(wèn)題. 椎體后凸成形術(shù)中骨水泥的灌注量和分布情況，選擇適量的骨水泥并使其均勻充填空腔，既恢復(fù)了椎體剛度，又不至嚴(yán)重干擾脊柱正常的力學(xué)機(jī)制是今后的研究熱點(diǎn). 其次，尋找成骨效果更好，生物相容性更佳的注射材料，也將是未來(lái)研究的重點(diǎn).
在脊柱外科臨床中，工程學(xué)與醫(yī)學(xué)結(jié)合的例子仍有很多，借助工程力學(xué)原理和技術(shù)，醫(yī)學(xué)得到了迅猛地發(fā)展，解決了很多臨床工作中遇到的難題，很好地提高了患者生活質(zhì)量. 通過(guò)將工程學(xué)中膨脹螺釘用于脊柱外科獲得成功這一事例，我們深刻地體會(huì)到：優(yōu)秀的脊柱外科醫(yī)生，應(yīng)該將生物學(xué)和工程學(xué)有機(jī)結(jié)合，才能很好的解決脊柱穩(wěn)定的難題；學(xué)者型的骨科醫(yī)生，更應(yīng)該具備敏銳的觀察力和強(qiáng)勁的創(chuàng)新力，才能成為 一名與時(shí)俱進(jìn)的臨床專家.
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【關(guān)鍵詞】工程力學(xué) 力學(xué)實(shí)驗(yàn) 應(yīng)用
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是第一生產(chǎn)力，近些年來(lái)，我國(guó)十分注重科研發(fā)展，使我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平有了一定的提升。現(xiàn)代化的生產(chǎn)以及生活方式逐漸深入到人們的生產(chǎn)與生活，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)科學(xué)技術(shù)的要求越來(lái)越高，為了滿足這一需求，跟上時(shí)展的，應(yīng)用廣泛的工程力學(xué)必須要改革創(chuàng)新，在我國(guó)的工程項(xiàng)目以及交叉學(xué)科中尋求發(fā)展，同時(shí)，工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)是工程力學(xué)不可分割的一部分，必須要在工程應(yīng)用中得到足夠的重視。
一、工程力學(xué)在我國(guó)重大工程中的運(yùn)用與發(fā)展
工程力學(xué)作為一門(mén)工程基礎(chǔ)學(xué)科，在漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中不斷面臨著新的挑戰(zhàn)，不斷涌現(xiàn)出新的課題，具有強(qiáng)大的生命力，在我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有十分重要的地位。能源問(wèn)題是世界各國(guó)普遍面臨的問(wèn)題，為了滿足能源需求，我國(guó)相繼建設(shè)了多座水力發(fā)電站，水力發(fā)電站的建設(shè)需要全面了解基巖的力學(xué)性質(zhì)，只有掌握充足的資料，才能夠節(jié)約成本，建造更加經(jīng)濟(jì)且壽命長(zhǎng)的壩體結(jié)構(gòu)，而這個(gè)難題正好就是工程力學(xué)中的大型結(jié)構(gòu)工程課題。核能發(fā)電也是我國(guó)發(fā)展能源行業(yè)研究的熱點(diǎn)，進(jìn)行核能發(fā)電的關(guān)鍵是解決結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問(wèn)題，也就是防止核燃料外泄，保證安全發(fā)電，因此，這是工程力學(xué)面臨的一項(xiàng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)課題。長(zhǎng)江三峽水利樞紐工程是我國(guó)的重點(diǎn)工程，國(guó)家給予了高度重視，民眾也給予了高度的配合，在三峽水利樞紐工程建設(shè)的過(guò)程中，水工力學(xué)問(wèn)題、通航水力學(xué)問(wèn)題、爆炸反饋壩水利學(xué)問(wèn)題、河流動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、巖基力學(xué)問(wèn)題、壩體抗震和抗爆問(wèn)題等都是技術(shù)難題，需要整合全國(guó)多家單位進(jìn)行聯(lián)合的技術(shù)攻關(guān)，而解決這些技術(shù)難題的關(guān)鍵都在于工程力學(xué)。近年來(lái)，我國(guó)近海開(kāi)采石油以及海上作業(yè)技術(shù)有了不小的進(jìn)步，海上采油工程面臨的難題是鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)和制造，屬于新型的高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)工程，涉及到海浪、結(jié)構(gòu)、巖石等多個(gè)方面的力學(xué)問(wèn)題，也是工程力學(xué)學(xué)科面臨的新課題。除此之外，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的國(guó)防實(shí)力以及國(guó)防水平也有了明顯的提升，攻擊導(dǎo)彈、飛機(jī)攔截導(dǎo)彈等武器的研制都需要力學(xué)原理作為支撐，將工程力學(xué)應(yīng)用到國(guó)防領(lǐng)域，有助于更多高新技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)，也有助于保障我國(guó)的國(guó)家安全。
二、工程力學(xué)在交叉學(xué)科中的應(yīng)用
不同的運(yùn)用形態(tài)經(jīng)常聯(lián)合出現(xiàn)，一個(gè)過(guò)程常常既是物理過(guò)程，又是力學(xué)、化學(xué)過(guò)程，因此需要多學(xué)科聯(lián)合進(jìn)行研究，這就產(chǎn)生了交叉學(xué)科，力學(xué)以其很強(qiáng)的滲透力，與很多基礎(chǔ)學(xué)科與技術(shù)學(xué)科形成了交叉學(xué)科。石油是我國(guó)重要的能源，大慶油田的石油產(chǎn)量占全國(guó)石油總產(chǎn)量的五分之二以上，因此，保證其產(chǎn)量穩(wěn)定具有十分重大的意義。石油開(kāi)采是通過(guò)勘探、鉆井、固井、射孔和采油來(lái)完成的，大慶油田的油、氣、水在地下分布十分復(fù)雜，層間封隔段短，要求進(jìn)行高質(zhì)量的固井工程，使用油井水泥對(duì)各個(gè)地質(zhì)層進(jìn)行嚴(yán)格分隔，但是射孔作業(yè)很容易損傷水泥環(huán)，影響層間封隔效果。水泥石是固井水泥環(huán)的構(gòu)成材料，由于水泥石中包裹著一些沒(méi)有被水化的顆粒以及小孔，物質(zhì)分部并不均勻，存在很大缺陷，容易出現(xiàn)裂紋。在水泥石配比中添加填料（纖維、圓形顆粒等）改變材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，可以提高材料的裂韌性、止裂韌性等，通過(guò)不斷試驗(yàn)可以獲得防止裂縫產(chǎn)生，具有較好抗沖擊性能的水泥石配方。這是工程力學(xué)在交叉學(xué)科中應(yīng)用的一個(gè)例子，研究出的水泥石配方現(xiàn)已在大慶投入使用。
三、工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的重要性及在工程中的應(yīng)用
（一）工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的重要性
工程力學(xué)是和實(shí)際聯(lián)系非常密切的工科課程，研究分析內(nèi)容包括物體的受力分析、應(yīng)力變形分析，還有含物體的材料性能分析，不僅涉及固體力學(xué)學(xué)科的內(nèi)容，還涉及到材料力學(xué)學(xué)科的內(nèi)容，研究?jī)?nèi)容比較廣泛。一般來(lái)講，力學(xué)問(wèn)題主要從理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究三個(gè)方面進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)研究對(duì)于工程力學(xué)的學(xué)習(xí)與理解具有十分重要的意義。簡(jiǎn)單來(lái)講，工程力學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究就是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中的應(yīng)力和變形，實(shí)驗(yàn)研究的重要性與優(yōu)勢(shì)就在于，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法可以快速、直接地解決工程面臨的問(wèn)題，還可以對(duì)理論以及數(shù)值計(jì)算之后的結(jié)果進(jìn)行核查以及驗(yàn)證。
（二）工程力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究在工程中的應(yīng)用
基礎(chǔ)建設(shè)工程都立足于實(shí)際，因此工程力學(xué)要致力于解決工程中面臨的實(shí)際問(wèn)題。力學(xué)的理論方法給出了應(yīng)力分析的基本方程式，但是在實(shí)際情況下，運(yùn)用數(shù)學(xué)解析的方法往往只能夠處理一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題，對(duì)于幾何形狀或受載復(fù)雜的構(gòu)件就要進(jìn)行理想化的假設(shè)，因此得出的結(jié)果與實(shí)際情況存在一定誤差，必須要采用力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，數(shù)學(xué)解析法在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到數(shù)學(xué)和計(jì)算方面的困難，在解決工程建設(shè)中面臨的三維問(wèn)題和應(yīng)力集中問(wèn)題時(shí)，依靠數(shù)學(xué)解析法甚至根本不到計(jì)算結(jié)果。數(shù)學(xué)解析法的使用要基于正確的數(shù)學(xué)模型，只有針對(duì)工程建設(shè)中的實(shí)際問(wèn)題建立正確的數(shù)學(xué)模型，才能夠得到正確的結(jié)果，如果面對(duì)一些載荷和邊界條件未知的問(wèn)題，就要運(yùn)用實(shí)驗(yàn)方法為數(shù)學(xué)解析提供必要的參數(shù)，得出結(jié)果之后依舊要使用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證。力學(xué)實(shí)驗(yàn)在工程建設(shè)中的運(yùn)用，完全不受結(jié)構(gòu)形狀、環(huán)境等各種因素的限制，即便是面對(duì)邊界條件未知的問(wèn)題，也可以通過(guò)測(cè)量實(shí)物得到數(shù)據(jù)，對(duì)于一些只需要知道局部應(yīng)力和變形的問(wèn)題，或者只要變形數(shù)據(jù)，甚至不知道材性能的條件下，實(shí)驗(yàn)方法要比數(shù)值計(jì)算更加簡(jiǎn)單與方便，并能夠得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果。從總體上講，理論分析，數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究三者間存在十分密切的聯(lián)系，彼此之間可以互相促進(jìn)，互相補(bǔ)充，并且具有各自的特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。
四、結(jié)語(yǔ)
我國(guó)正處在不斷的發(fā)展建設(shè)中，在很多領(lǐng)域都與發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大的差距，為了不斷縮小差距，促進(jìn)我國(guó)的快速建設(shè)與發(fā)展，工程力學(xué)承擔(dān)著十分重大的使命，任務(wù)十分艱巨。隨著時(shí)代的發(fā)展，工程力學(xué)需要不斷與時(shí)俱進(jìn)，不斷在我國(guó)的大型工程中進(jìn)行應(yīng)用并尋求發(fā)展，同時(shí)要注重力學(xué)實(shí)驗(yàn)在工程建設(shè)中的應(yīng)用，一方面為工程師的培養(yǎng)創(chuàng)造良好的條件，一方面為工程力學(xué)找到新的生長(zhǎng)點(diǎn)，更好地為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞:工程力學(xué) 工程實(shí)際 積極和主動(dòng) 教學(xué)質(zhì)量
廣博的知識(shí)和出色的語(yǔ)言表達(dá)能力是做好教學(xué)工作的基礎(chǔ),但教學(xué)工作的成效,歸根到底要看學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況,這就要求教師有針對(duì)性地研究教學(xué)方法,研究學(xué)生的心理特點(diǎn),讓力學(xué)知識(shí)與學(xué)生的其他專業(yè)課程以及工程技術(shù)實(shí)際活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),讓學(xué)生充分感受到專業(yè)技術(shù)的魅力,幫助學(xué)生消除厭學(xué)情緒,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)工程力學(xué)的興趣。
近幾年來(lái),筆者承擔(dān)了水利工程類(lèi)、電廠類(lèi)等工科專業(yè)班級(jí)的工程力學(xué)課程教學(xué)工作,在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中積累了一些經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)提出來(lái)與大家探討。
一、“親其師而信其道”
學(xué)生熱愛(ài)一位教師,就會(huì)“愛(ài)屋及烏”地喜歡這位教師所進(jìn)行的教育教學(xué)活動(dòng),因此,在教育活動(dòng)中,與學(xué)生建立良好師生關(guān)系,成為學(xué)生喜愛(ài)的老師,是教育獲得成功的前提條件和關(guān)鍵因素。
二、引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知力學(xué)
工程力學(xué):包括理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué),是中等職業(yè)學(xué)校電廠類(lèi)、水利工程類(lèi)等工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課,其理論性強(qiáng),而且與專業(yè)課、工程實(shí)際緊密聯(lián)系,是科學(xué)、合理選擇或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)(或構(gòu)件)的尺寸、形狀、強(qiáng)度校核的理論依據(jù)。在教學(xué)中,我們往往稱之為“一座橋”,具有承上啟下的作用。也就是說(shuō),學(xué)好工程力學(xué),為后續(xù)專業(yè)課的應(yīng)用和拓展奠定了很強(qiáng)的理論基礎(chǔ),也為學(xué)生畢業(yè)后正確分析和解決生產(chǎn)中有關(guān)的力學(xué)問(wèn)題提供了知識(shí)上的保證,對(duì)提高學(xué)生的實(shí)際操作水平和技術(shù)應(yīng)變能力都具有至關(guān)重要的作用。
三、加強(qiáng)直觀性教學(xué)
課堂教學(xué)過(guò)程中,結(jié)合教學(xué)內(nèi)容,盡量使用教學(xué)模型和實(shí)物進(jìn)行教學(xué)演示,如講解“工程中常見(jiàn)的幾種典型約束”時(shí),讓學(xué)生看固定鉸鏈聯(lián)接的模型;講解“空間力系”時(shí),看直角平行六面體;講解“齒輪的受力分析”時(shí),讓學(xué)生看斜齒圓柱齒輪和圓錐齒輪。通過(guò)工程實(shí)際和教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合,工程實(shí)物與力學(xué)模型相對(duì)照,即可使學(xué)生增加有關(guān)工程和機(jī)械方面的感性認(rèn)識(shí)又能促進(jìn)理性認(rèn)識(shí),使感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)并行發(fā)展。
四、聯(lián)系生活實(shí)際
如果教師能把抽象難懂的理論,化為具體易懂的實(shí)際。這樣,既可以活躍課堂氣氛,又可以使學(xué)生加深理解,加強(qiáng)記憶。例如在講靜力學(xué)公理一節(jié)“作用與反作用公理”時(shí),我問(wèn)學(xué)生:如果大家想買(mǎi)一個(gè)彈簧秤,并想校對(duì)一下它的精度時(shí)應(yīng)該怎么辦?學(xué)生回答:秤一個(gè)已知重量的實(shí)物。我又問(wèn):如果沒(méi)有實(shí)物呢?多數(shù)同學(xué)都沉默了,這時(shí)我拿出兩個(gè)彈簧秤,并使兩秤水平鉤在一起,然后用手施力于彈簧秤上,這時(shí)同學(xué)們恍然大悟說(shuō):兩秤的讀數(shù)相同。我解釋道:這就是作用力與反作用力,同學(xué)們可以用這種方法通過(guò)對(duì)幾個(gè)彈簧秤的實(shí)驗(yàn),就可以買(mǎi)到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的彈簧秤。
五、尊重、關(guān)心學(xué)生
用心去呼喚,讓每一個(gè)學(xué)生都感受到老師不但沒(méi)有忽視他的存在,而且對(duì)他很重視,很關(guān)心。由于職業(yè)中專學(xué)生的基礎(chǔ)差異較大,多數(shù)學(xué)生正處于青春期,思想波動(dòng)很大。有的學(xué)生想學(xué)但自控能力差,管不住自己,尤其是基礎(chǔ)差的學(xué)生,如果他們認(rèn)為老師忽視了自己,看不起自己,就可能引起逆反心理,導(dǎo)致自暴自棄的不良后果。針對(duì)這種情況,我采用的方法是,首先盡快了解每一個(gè)學(xué)生,記住學(xué)生的姓名,特別是對(duì)基礎(chǔ)差的學(xué)生的姓名脫口而出。輔導(dǎo)時(shí)基礎(chǔ)差的學(xué)生往往不能提出具體問(wèn)題,我就主動(dòng)和他們談些簡(jiǎn)單易懂的問(wèn)題,對(duì)漢語(yǔ)較差的朝族學(xué)生注意多交流,多輔導(dǎo)。使這些學(xué)生感覺(jué)到老師是在真心幫助他們,從而喚起他們的學(xué)習(xí)熱情。在對(duì)待學(xué)生方面,我一直堅(jiān)持沒(méi)有不可原諒的缺點(diǎn),也沒(méi)有不值得表?yè)P(yáng)的成績(jī)的原則,這樣學(xué)生和老師的心就被拉近了。
六、因材施教,進(jìn)退適度
根據(jù)學(xué)生的接受能力和心理特點(diǎn)制定有效的教學(xué)方法。就教師而言,我認(rèn)為教師是在傳授知識(shí),而不是賣(mài)弄知識(shí),教師要考慮到學(xué)生的接受能力,做到該講的要講,不該講的不講,該快的地方要快,該細(xì)的地方又要講細(xì)。如果講快了,講多了,學(xué)生接受不了,效果不佳。可是在一堂課中對(duì)一個(gè)問(wèn)題重復(fù)過(guò)多,學(xué)生就會(huì)感到羅嗦、厭倦。造成學(xué)生的注意力不集中,思想渙散,課堂氣氛沉悶,往往效果更差。針對(duì)這種情況,我采用“緊湊、聯(lián)想”的教學(xué)方法,收到了較好的效果。“緊湊、聯(lián)想”就是快慢適宜,不羅嗦,每講一個(gè)問(wèn)題都盡量聯(lián)系到相關(guān)的內(nèi)容,這樣既幫助學(xué)生復(fù)習(xí)了以前的內(nèi)容加深了記憶,又增強(qiáng)了學(xué)生舉一反三的能力,例如在講《材料力學(xué)》四種基本變形:“彎曲變形”時(shí)。我首先要以提問(wèn)的方式或搶答的辦法復(fù)習(xí)以前將的三種基本變形。即軸向拉伸和壓縮變形,剪切變形,圓軸的扭轉(zhuǎn)變形。另外《理論力學(xué)》中的三種力系:平面匯交力系,平面力偶系,平面任意力系?！督Y(jié)構(gòu)力學(xué)》中解超靜定結(jié)構(gòu)的三種方法:力法、位移法、力矩分配法。都可以通過(guò)對(duì)照、比較的方法講授,這樣不僅使學(xué)生加深了對(duì)課堂內(nèi)容的理解,又抓住了學(xué)生的思路。培養(yǎng)學(xué)生有一個(gè)良好的聽(tīng)課習(xí)慣。
七、結(jié)束語(yǔ)
“傳道”須有術(shù),作為知識(shí)傳播者的園丁,必須在教學(xué)工作中不斷研究,不斷地創(chuàng)新,方能達(dá)到更好的教學(xué)效果。大文豪肖伯納說(shuō)過(guò):你有一個(gè)蘋(píng)果,我有一個(gè)蘋(píng)果,相互交換,每人仍是一個(gè)蘋(píng)果;你有一個(gè)思想,我有一個(gè)思想,互相交換,每人就有兩個(gè)思想。這個(gè)富有哲理性的比喻。我想,對(duì)于我們教師間教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的相互交流很適用。
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由于工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)是一個(gè)偏向產(chǎn)品和外觀設(shè)計(jì)的專業(yè)，對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)更多的是美術(shù)、色彩、人機(jī)工程等相關(guān)的設(shè)計(jì)類(lèi)課程?！豆こ塘W(xué)》作為為數(shù)不多的理工課程存在于教學(xué)大綱中。錢(qián)學(xué)森先生曾說(shuō)：“力學(xué)+計(jì)算機(jī)將成為21世紀(jì)工業(yè)設(shè)計(jì)的主要手段?！边@句話從根本上說(shuō)出了力學(xué)在工業(yè)設(shè)計(jì)的地位。設(shè)計(jì)產(chǎn)品的外觀，從某種意義來(lái)講屬于藝術(shù)設(shè)計(jì)范疇，工業(yè)設(shè)計(jì)指通過(guò)合理規(guī)劃（外形、功能、色彩、裝飾等）設(shè)計(jì)符合人們生活和生產(chǎn)需要的工業(yè)產(chǎn)品的過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的目標(biāo)，從業(yè)者需要憑借訓(xùn)練、技術(shù)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的掌握程度進(jìn)行設(shè)計(jì)而不是憑空想象。
2.《工程力學(xué)》課程教學(xué)思考
2.1鼓勵(lì)為主，盡量用通俗易懂的方法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性
根據(jù)學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)學(xué)生感到親切的情境。由于工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的特殊性，教師可以盡量在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中引入力學(xué)概念，如自行車(chē)設(shè)計(jì)中的車(chē)輪設(shè)計(jì)引入運(yùn)動(dòng)、座椅的設(shè)計(jì)中引入拉壓彎扭等材料力學(xué)概念，等等。將工業(yè)設(shè)計(jì)中的某個(gè)細(xì)節(jié)放大化，從力學(xué)角度進(jìn)行講述。讓學(xué)生覺(jué)得產(chǎn)品設(shè)計(jì)和力學(xué)息息相關(guān)，對(duì)力學(xué)產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣和探索欲望。2.2合理調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，適當(dāng)降低學(xué)習(xí)難度
2.2合理調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，適當(dāng)降低學(xué)習(xí)難度
由于力學(xué)課程的學(xué)習(xí)需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，并且課程內(nèi)容比較抽象，多數(shù)是在力學(xué)模型基礎(chǔ)之上的，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在一定的困難。在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。
2.2.1調(diào)整學(xué)綱，減少對(duì)理論性研究性內(nèi)容的學(xué)習(xí)。從課程設(shè)置來(lái)講這些屬于必須要求掌握的內(nèi)容，但是對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生而言，部分內(nèi)容是多余的。工業(yè)設(shè)計(jì)主要是培養(yǎng)一部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員大多指產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)，而具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將交付給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員只需要在對(duì)產(chǎn)品整體功能和人體工程學(xué)很好地把握的基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)和產(chǎn)品材料選擇即可。對(duì)材料力學(xué)部分的強(qiáng)度理論、能量法等研究性內(nèi)容的學(xué)習(xí)進(jìn)行簡(jiǎn)單地講解即可，重點(diǎn)強(qiáng)化拉伸壓縮彎曲扭轉(zhuǎn)和壓桿穩(wěn)定的內(nèi)容學(xué)習(xí)。2.2.2強(qiáng)化概念的理解和掌握，適當(dāng)減少計(jì)算作業(yè)量。
3.針對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)《工程力學(xué)》教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整
包含剛體靜力學(xué)（受力分析、力系簡(jiǎn)化、平衡方程、摩擦）、材料力學(xué)中的拉壓彎剪扭及組合變性條件下的內(nèi)力計(jì)算及強(qiáng)度校核的方法、一般內(nèi)力圖的繪制、穩(wěn)定分析即可。因?yàn)樵谡莆者@些基本知識(shí)的條件下即可進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)，并且在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，需要增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。在學(xué)校課程設(shè)置合理的前提下，可以適當(dāng)介紹一些和工業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的力學(xué)計(jì)算軟件，盡管軟件學(xué)習(xí)增加了學(xué)習(xí)難度，但是學(xué)好這些軟件對(duì)于加深對(duì)課程的理解及今后產(chǎn)品設(shè)計(jì)都將是一種助力。
4.結(jié)語(yǔ)
