力学基础课

力学基础课（共12篇）

力学基础课 篇1

1大学力学基础课实施案例教学的必要性

力学基础课是工科专业重要的专业基础课, 是学习其他力学课程和后续专业课的基础, 是培养学生工程意识的启蒙课程, 对培养学生的工程素质和处理工程问题的能力具有不可替代的作用。通过学习力学基础课程, 可培养学生在工程中认识、提出力学问题, 并利用力学知识研究、解决问题的素质和能力, 为后续专业课程的学习和解决工程实际问题提供基本理论和方法[1]。长期以来力学基础课的理论教学过于关注理论知识向学生的灌输, 以教材为唯一的依据, 从书本到书本, 从概念到概念, 理论教学与工程实际相脱节, 忽视了学生应用能力的培养。

力学基础课的概念抽象, 对于没有工程实践经验的学生, 很难将力学课程的内容与工程和生产实际联系起来, 遇到实际的工程问题, 就会感到无从下手。根据学生的专业特点选取工程实例作为教学案例, 使学生将所学的力学知识紧密地与工程实际相联系, 有利于学生对力学知识的理解和应用。

2案例教学的内涵及其特点

案例教学法是基于实践问题导向的教学方法, 他要求教师通过对典型教学案例的展示, 引导学生参与分析、讨论和总结, 让学生在具体的问题情境中积极思考、主动探索, 进而得出结论或解决问题的方案, 深化对相关理论的认知和对科学知识的系统掌握, 从而培养学生的综合能力的一种教学方法。与传统的教学方法比, 案例教学不仅是一种有效的教学方法, 更体现了全新的现代教学理念。

2.1案例教学法体现了“以生为本”的教育理念。在传统的力学基础课教学中, 教师占绝对的主导地位, 学生个性得不到充分发挥。案例教学是一种启发式教学, 他的出发点和归宿是充分调动学生的积极性。实施案例教学, 可以充分发挥教师的主导性和学生的主动性, 有利于学生掌握抽象的力学概念和原理, 并能灵活运用, 达到理想的教学效果。

2.2案例教学法体现了“理论联系实际”的教育理念。案例教学对学生进行知识传授的同时, 更重视让学生自己动手实践, 在实践中应用力学理论。以知识教育为主转变为理论与实践相结合, 强调理论联系实际, 学以致用。

2.3案例教学法体现了“人的全面发展”的教育理念。传统的教育侧重于知识的教育, 把知识的系统学习作为教育的核心任务。而案例教学需要学生利用自己掌握的力学知识, 对案例进行分析, 从而发现问题, 解决问题。在案例教学的过程中, 学生分析问题和解决问题的能力逐步得到了提高。实践证明, 案例式教学能够充分调动学生的主动性, 最大限度的开发人的潜能, 有利于人的全面发展[2]。

3大学力学基础课实施案例教学的实践

3.1转变教育理念, 搭建基础与专业结合的平台, 提高基础课服务专业的能力

CDIO工程教育模式是近年来国际理工科教育改革的最新成果, CDIO代表构思 (Conceive) 、设计 (Design) 、实现 (Implement) 和运作 (Operate) 4个英文单词的缩写, 它是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达。近年来国内一些高校进行了基于CDIO的工程教育改革, 实践证明, 按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎[3]。我校在应用型人才培养需求的大环境下, 将CDIO工程教育理念与“大工程, 大德育, 大实践”的应用型人才培养教育理念[4]相结合, 对力学基础课进行教学改革。

在进行课程建设时, 落实“以用促学, 以用导学”的思想。按照以知识为基础, 专业为核心, 能力为主线, 案例为载体的总体要求, 注重体现四个结合:一是结合学生学习实际, 针对不同类别学生设置不同的培养方案和目标。二是结合学生专业, 介绍工程实际和工程背景。三是结合学生能力培养主线, 培养学生发现、解决、创新和协作能力。四是结合教育技术, 开展与专业对接、师生座谈和教师研讨等活动, 对力学基础课程教学改革进行总体设计和规划 (见图1) 。在保证大纲教学任务的前提下, 根据后续专业课的需求, 及时调整教学内容, 使工程案例和发展前沿进教材、进课堂、进头脑。丰富了课堂教学, 激发了学生主动学习的热情, 为后续专业课打下坚实的力学基础。

3.2确定教学思路, 更新力学基础课的教学内容, 进行案例式教学的顶层设计

根据人才培养的总体目标, 重新确定了基于CDIO的教学思路, 根据专业需求, 实施案例式教学。案例教学法的载体是教学案例, 为了更有效的实施案例教学, 我们根据教学内容和学生专业选编教学案例, 组建了力学基础课教学案例素材库。案例选择充分考虑了以下因素:一是工程性, 即所选案例具有一定的工程背景。从工程中选编教学案例, 将理论知识应用到工程中去。二是典型性, 即所选案例应具有代表性。教学案例是为教学服务的, 案例的选择必须能充分体现力学课程的理论知识。三是适当性, 即所选案例要难易适中。案例太简单, 容易得出答案, 难以激发学生的学习兴趣。案例太难会超出学生的知识水平和理解能力, 学生难以入手进行分析, 会打消学生的积极性。四是关联性, 即所选案例应与学生的专业相关联, 达到力学基础课教学为学生专业知识学习服务的目的。

案例选择好后首先确案例的核心理念, 即通过案例教学使学生掌握哪些力学理论知识, 要培养学生哪方面的能力。围绕案例的核心理念, 由浅入深的设计一系列的问题, 引导学生去思考, 从而掌握相关的力学理论知识 (见图2和图3) 。

3.3实施考试改革, 充分体现案例式教学的要求, 培养学生的综合素质与能力

力学基础课原有的考核方式中, 期末考试占的比重较大, 没有实现对学生应用能力和综合素质的考核。我们根据学校的条件和力学基础课程的特点, 按照社会对应用型人才所应具有的能力要求, 合理设置力学基础课教学体系架中理论教学环节和实践教学环节, 突出学生综合素质的培养, 对力学基础课进行考试改革, 培养学生的综合素质与能力, 见图4。实施“复合式、全程性、多元化”的考核, 考核了学生运用基本原理、基本方法解决实际工程问题的能力, 同时培养了学生利用图书资料、校园网和光盘检索等工具处理信息的能力。

4结语

案例教学将力学理论赋予一定的工程背景, 使学生在对工程实际问题进行分析的过程中掌握相关的力学理论, 培养了学生的工程意识和工程素质, 提高了学生建立力学模型解决实际工程问题的能力, 学生的主动性和积极性都得到了极大发挥。应用型人才培养是一项长期工作, 需要在今后的力学基础课教学中进一步深化基于CDIO教育理念的教学改革, 将“大工程, 大德育, 大实践”的应用型人才培养教育理念融入各个教学环节, 提升学生的思想道德素质和工程实践能力, 使力学基础课教学真正做到为专业服务, 培养具有理论基础知识扎实且工程实践能力强的应用型人才, 以满足社会需求。

摘要：以力学基础课建设为契机, 针对力学基础课教学中存在的问题, 按照应用型人才培养模式要求, 通过开展“四个”结合, 转变教育理念, 改革教学内容与方法, 实施案例教学, 培养学生的工程实践能力, 为培养应用型人才奠定力学基础。

关键词：力学基础课,案例教学,教学改革

参考文献

[1]于月民, 赵春香, 南景富, 牛广林, 于丽艳.力学基础课教学改革的研究与实践[J].西南交通大学学报, 2011, 12 (S) :196-198.

[2]伍少霞.案例教学法在高校思想政治理论课中的应用[J].黑龙江教育, 2010 (2) :83-84.

[3]王伟, 王殿君, 申爱明.基于CDIO人才培养模式的机械电子工程专业实践教学体系的改革与探索[J].安徽师范大学学报, 2010, 33 (2) :136-138.

[4]赵国刚.实施特色发展战略着力提升办学质量[J].中国高等教育, 2012 (18) :57-59.

力学基础课 篇2

为大家分享了力学与地基基础的试题，希望对大家复习有帮助！

一、填空题

1.土的稠度状态依次可分为（固态），（半固态），（可塑态），（流动态），其界限含水量依次是（缩限），（塑限），（液限）。

2.土的天然容重、土粒相对密度、土的含水界限由实验室直接测定，其测定方法分别是（环刀法），（比重瓶法），（烘干法）。

3.桩按受力分为（端承桩）和（摩擦桩）。

4.建筑物地基变形的特征有（沉降量）、（沉降差）、（局部倾斜）和倾斜四种类型。

5.天然含水量大于（液限） ，天然孔隙比大于或等于（1.5） 的粘性上称为淤泥。

6.土的结构分为以下三种：（单粒结构）、（蜂窝状结构）、（絮状结构）。

7.附加应力自（外荷引起的应力）起算，自重应力自（自重引起的应力）起算。

8.土体受外力引起的压缩包括三部分（固相矿物本身的压缩）、（土中液相水的压缩）、（土中孔隙的压缩）。

1、地基土的工程分类依据为《建筑地基设计规范》，根据该规范，岩土分为

（岩石）、（碎石土）、（砂土）、（粉土）、（粘性土）和（人工填土）。

2、地基的极限荷载指（地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载）。

3、根据工程（工程重要性）等级、（场地复杂程度）等级和（地基复杂程度）等级，可将岩土工程勘察等级分为甲级、乙级和丙级。

4、按桩的制作分类，可分（预制桩）和（灌注桩）两类。

5、桩身中性点处的摩察力为（ 0 ）。

6、土的颗粒级配是指组成土颗粒的搭配比例，可以用颗粒级配曲线表示。其中横坐标代表（粒径），纵坐标代表（小于某粒质量占全部土粒质量的百分比）。

7、土的稠度状态依次可分为（固态），（半固态），（可塑态），（流动态），其界限含水量依次是（缩限），（宿限），（液限）。

8、附加应力自（外荷引起的应力）起算，自重应力自（自重引起的应力）起算。

9、最优含水率是指（在压实功能一定条件下,土最易于被压实、并能达到最大密度时的含水量）。

二、选择题

1.建筑物施工速度较快，地基土的透水条件不良，抗剪强度指标的测定方法宜选用（ A ）。

（A）不固结不排水剪切试验 （B）固结不排水剪切试验

（C）排水剪切试验 （D）直接剪切试验

2.土的结构性强弱可用（ B ）反映。

（A）饱和度 （B）灵敏度 （C）粘聚力 （D）相对密实度

3.有一完全饱和土样切满环刀内，称得总重量为72.49克，经105℃烘至恒重为61.28克，已知环刀质量为32.54克，土的相对密度为2.74。其天然孔隙比为（ B ）。

（A）1.088 （B）1.069 （C）1.000 （D）1.058

4.土中某点处于极限平衡状态时，其破坏面与最大主应力σ1的作用面的夹角为（ψ为土的`内摩擦角）（ A ）。

（A）45°－ψ／2 (B）45°＋ψ／2 （C）45°＋ψ （D）45°

（C）W=25%，WP=22% （D）W=35%，WP=33%

（A）250kPa （B） 200kPa （C）150kPa （D）300kPa

5.一种土的γ、γsat、γ′和γd数值大小依次为（ D ）。

（A）γd＜γ′＜γ＜γsat （B）γ′＜γ＜γd＜γsat

(C) γd＜γ＜γ′＜γsat （D）γ′＜γd＜γ＜γsat

6.作用在挡土墙上的主动土压力Ea，静止土压力E0，被动土压力EP的大小依次为（ A ）。

（A）Ea＜E0＜EP （B）E0＜EP＜Ea （C）EP＜E0＜Ea （D）EP＜Ea＜E0

7.淤泥或淤泥质土地基处理，检测其抗剪强度应采取何种测试方法（ A ）

（A）十字板试验 （B）室内试验（C）静载荷试验 （D）旁压试验

8.标准贯入试验时，使用的穿心锤重与穿心锤落距分别是（ B ）

（A）锤重=10kg，落距=50cm （B）锤重=63.5kg，落距=76cm

（C）锤重=63.5kg，落距=50cm （D）锤重=10kg，落距=76cm

9.粘性土中某点的大主应力为σ1=400kpa时，其内摩擦角ψ=20°，c=10kpa，问该点发生破坏时小主应力的大小为（ A ）

（A）182kpa （B）294kpa （C）266kpa （D）210kpa

10.在土的压缩性指标中（ B ）。

（A）压缩系数a与压缩模量Es成正比B）压缩系数a与压缩模量Es成反比

（C）压缩系数越大，土的压缩性越低（D）压缩模量越小，土的压缩性越低

11.土的不均匀系数Cu越大，表示土的级配( C )

(A)土粒大小不均匀，级配不好 (B)土粒大小均匀，级配不好

(C)土粒大小不均匀，级配良好 (D)土粒大小均匀，级配良好

12.有一个独立基础，埋深在深厚的粉细砂土层中，地下水位由原来基底下5m处上升到基底平面处 ，试问基础的沉降如何变化？( A )

(A) 回弹 (B)不动 (C)下沉 (D) 无法判断

13.载荷试验的Q-S曲线上，从线性关系开始变成非线性关系的界限荷载称为( D ) 。

(A) 允许荷载 (B)临界荷载 (C) 极限荷载 (D)临塑荷载

14.当挡土墙后的填土处于被动极限平衡状态时，挡土墙（ A ）。

（A）在外荷载作用下偏离墙背土体 （B）在外荷载作用下推挤墙背土体

（C）被土压力推动而偏离墙背土体散（D）被土体限制而处于原来位置，无运动趋势

15.地下室外墙所受的土压力可视为（ C ）。

（A）主动土压力 （B）被动土压力 （C）静止土压力 （D）静止水压力

16.某场地地表挖去1m，则该场地土成为（ ）。

（A）超固结土（B）欠固结土（C）正常固结土（D）弱欠固结土

17.挡土墙验算应满足（ D ）。

（A）Ks≥1.3，Kt≥1.3 （B）Ks≥1.6，Kt≥1.6

（C）Ks≥1.6，Kt≥1.3 （D）Ks≥1.3，Kt≥1.6

18.当地基为高压缩性土时,分层总和法确定地基沉降计算深度的标准是（D）。

（A）σz≤0.3σc (B)σz≤0.2σc (C)σz≤0.1σc (D)σz≤0.05σc

19. 计算自重应力时，地下水位以下的土层应采用（ C ）。

（A）湿重度 （B）饱和重度 （C）有效重度（D）天然重度

20. 进行地基土载荷试验时，同一土层参加统计的试验点不应小于（ B ）。

（A）二点 （B）三点 （C）四点 （D）六点

三、判断题

1、某场地土质均匀，土的天然重度为γ=20kN/m3。基坑开挖深度3m，在基

坑底面下1m处土的自重应力为20kPa。 （ √ ）

2、桩距增大，群桩效应系数提高。 （ x ）

3、地基的承载力与地下水位的高低无关。 （ X ）

4、从水文地质条件出发，应把基础设置在地下水位以下。 （ √ ）

5、对上层土差下层土好的地基，应视上层土的厚度决定基础埋深。（ √ ）

6、由于基础埋置于地下，所以对基础材料没有什么要求。 （ x ）

7、重力式挡土墙的主动土压力以俯斜式的最小。 （ x ）

8、破裂面为通过墙踵的平面是库仑土压力理论基本假定之一。 （ √ ）

9、库仑土压力理论假定墙后填土为理想散体。 （ √ ）

10、产生被动土压力所需的位移量△p大大超过主动土压力所需的位移量△a（ √ ）

11、在中心荷载作用下，《建筑地基基础设计规范》（GB50007-）取p1/4作地基承载力的设计值。 （ √ ）

12、同一种土的抗剪强度是一个定值。 （ x ）

13、沉降差是指相邻两个基础沉降量的差值，对于框架结构和单层排架结构应由邻柱基的沉降差控制。（√ ）

14、标准贯入试验的锤击数N63.5越小，土的承载力特征值越大。 （ x ）

低品位能源利用热力学基础及评价 篇3

摘 要：我国具有丰富的低品位能源，如中低温余热能，利用有机朗肯循环（ORC）将这些低品位能源转换为功，对提高我国的能源利用率和改善环境问题具有重要的意义。 研究工作进展顺利，取得了如下成果： 提出了一种跨临界和亚临界有机朗肯循环耦合系统。对比单级跨临界ORC系统，耦合系统具有较高的热效率和较大的净输出功，中间耦合换热器的节点温差对系统热效率和净输出功具有重要影响。增设预热器后，虽然热效率有所降低，但其净输出功增加较多。 以净输出功、热效率和发电成本为性能指标对八种非共沸混合工质在不同成分配比下的系统性能进行了分析和对比。结果表明，混合工质浓度对系统热效率、净输出功和发电成本具有重要影响，可能存在一个最佳浓度比使系统净输出功或热效率最大。计算还发现，混合工质系统经济性相对于纯工质系统并没有优势。 基于热经济学原理，建立了亚临界ORC系统的多目标优化模型，优化了相关运行参数及工作流体的选择；研究了在不同热源温度条件下的亚临界ORC系统利用不同临界温度的有机工质时，系统净功、火用效率及电能产出成本与烟气出口温度的对应关系。结果表明，采用不同的性能指标对有机朗肯循环优化所得优化结果不相同，对ORC系统进行多目标优化，可以较好地“协调”各性能指标间的关系，使所要求的各项指标均能达到较优；存在最佳烟气出口温度使系统净功最大和电能产出成本最低，但最佳烟气出口温度总是低于最低允许排烟温度，而系统火用效率始终随烟气出口温度增加而增大。 对热源进行了分类。理论和数值模拟两方面都表明：对于耦合第一类低品位热源的ORC，以净功为目标，要求工质具有较高的液体比热和较低的蒸发潜热；对于耦合第二类热源的ORC，期望采用具有较低液体比热和较高蒸发潜热的工质，使系统热效率（净功）较高。 针对氢氟烃和烃等组成的二元共沸、非共沸混合工质的在不同冷源条件下的亚临界ORC循环性能分析，得到某些组分下的混合物的循环性能。并阐明了二元混合物组元沸点差、配比、冷源温升与ORC循环之间的匹配关系；设计并搭建了混合物的汽液相平衡实验台、高精度流体密度测量装置，揭示了多元混合物系p-ρ-T-x 特性和相平衡特性，获得了高精度物性数据及相关理论预测模型；初步开展了混合工质关键组元的高温相平衡实验研究，模拟结果与文献实测数据有很好的一致性。

关键词：低品位能量 热力学 循环 工质 热经济学

力学基础课 篇4

关键词：全国周培源大学生力学竞赛,基础力学,教学方法

力学作为工程领域的基础学科, 它在推动我国科学技术现代化发展过程中起着重要的作用。而全国周培源大学生力学竞赛的举办恰好检验了全国高校基础力学教学水平和教学成果, 因此, 它不仅受到周培源基金会的支持, 而且还受到国家教育部的支持, 由原来的四年一次改为每两年举行一次, 目前已举行了十届, 赛事规模和参赛人数也不断扩大, 从第一届1988年12所高校62人参赛到如今近百所高校数万名学生参加。可见, 该竞赛符合我国科学技术和教育事业发展, 是一项大学生喜欢的赛事。随着考试题目实用性、趣味性、灵活性、创新性的提高, 其规模和影响力还在不断扩大, 越来越多的高校将周培源大学生力学竞赛作为培养优秀力学人才的目标, 越来越多的用人单位也将力学竞赛的奖项列入了招聘时考察的条件。基于全国周培源大学生力学竞赛理论性与实用性并存的特点, 引发了对基础力学传统教学方法的思考。

一、用新的教学模式加强学生创新思维能力的培养

从历届竞赛试题可以发现题目的创新性不断提高, 比如刚刚举办的第十届竞赛中的第三题, 要求考生自己设计贴片方案来测定构件单位长度质量和切向作用力, 如何能根据题意设计出最佳方案, 这对参赛学生的创新思维能力有了更高的要求。传统的基础力学教学手段以灌输为主, 经常都是教师一人讲, 学生坐下听。为了加强学生创新思维能力的培养[1], 我们会将学生分成几个兴趣小组, 针对本次课堂讲解的重要理论提出几个相关的工程问题, 让大家分组讨论, 分析问题所在, 归纳事故可能原因, 提出可行的解决手段, 本着“讨论出真知”、“三人行必有我师”的原则, 真正做到让学生参与进来, 这样不仅可以使课堂气氛更加活跃, 而且往往会有意想不到的结果, 比如在讨论过程中, 每个同学思考问题的角度不同, 会得出更加全面的分析方法, 许多创新性的想法就是在这个过程中迸发的。

二、用理论与实践相结合的方式提高学生解决问题的能力

从历届竞赛试题可以发现题目的实用性也在不断提高, 比如刚刚举办的第十届竞赛中的第一题涉及到货箱的运输。因此建议课堂教学不要一味讲理论, 必须依据“实践—理论—实践”的原则, 即从同学们感兴趣的工程事故引出本次要讲的知识点, 在理论讲解结束后再去分析事故原因及解决方法。比如我们在理论力学里讲到碰撞这一章时, 可以先向同学介绍卫星的对接、汽车的追尾等实际问题, 激发起学生兴趣后引入碰撞理论, 最后说明这些事例都是可以用该理论去分析的。在材料力学中讲弯曲变形这一章时, 可以将吊车梁引入进来, 吊车梁常见的影响正常工作的现象是使吊车在行驶过程中发生较大的振动, 另一方面使得吊车出现下坡和爬坡现象, 究其原因就是吊车梁发生了弯曲变形, 因此在设计时要提高它的弯曲刚度。还有就是为什么出现越来越多的斜拉桥, 用大量的拉索代替桥墩, 减少桥墩的数量, 这样做的目的就是从构件的稳定性考虑的, 使受压构件变为受拉构件, 不会出现压杆失稳。这些工程实例的分析, 不仅可以让学生们清晰认识到基础力学的重要性[2], 也可以提高他们学习的积极性, 同时再遇到类似的竞赛题目时也可以更得心应手。

三、注重各相关学科知识点的融合, 寻求最佳解题途径

通过对历届竞赛试题的分析发现有些题目的求解方法不是唯一的, 也有一道题目要综合几门学科进行分析的情况。比如第十届竞赛中的第二题求猴子在装置中某一位置时杆件的平衡位置, 该题既可以用刚体静力学求解, 也可以采用分析静力学的方法。而各学科知识的关联性及融合性的掌握恰恰是目前大学生欠缺的, 他们在步入大学校园后, 不断在接触新的课程, 很多时候他们并不清楚这些课程开设的目的以及开设课程的先后顺序有何讲究, 就更不要提知识的综合应用了。这对我们任课教师提出了更高的要求, 在同学们刚刚接触这门新课程时, 教师就必须让他们清楚所学内容的应用范围, 可解决哪类工程实际问题, 并分析与已经学过的课程的关系, 同时在讲解过程中如遇到超出该学科研究范围的内容, 一定要告诉学生在以后的学习中可以用哪门课程所学来进行求解, 务必使学生形成一条完整的知识链, 只有这样才能使他们遇到问题时迸发出不同的解决思路, 或者才会考虑用不同学科的知识点综合求解。

四、采用科学方法论, 激发学生学习的积极性

兴趣是最好的老师, 是学习新知识的关键, 也是接受新事物的基础。所以教师的首要任务就是要让同学们对力学学科产生兴趣, 而近几届周培源大学生力学竞赛题目的趣味性也在增加, 这也吸引了更多的同学参加此项赛事。经过不断的研究和验证, 将常用的逻辑方法“归纳与演绎结合”、“分析与综合结合”引入基础力学的教学不仅可以激发学生学习兴趣, 而且可以达到事半功倍的教学效果。归纳是从个别性的前提推论出一般性结论的推理方法。先摆事实, 后求结论, 这是从个别到一般, 寻求事物普遍特征的认识方法。优点是能体现众多事物的根本规律, 且能体现事物的共性。它有两种功能, 一是概括一般情况, 二是推测将来结果, 缺点是容易犯不完全归纳的毛病。演绎是从一般性的前提推论出个别性结论的推理方法。先假说, 后求证, 这是从一般到个别, 推论和判断个别事例的认识方法。优点是由定义根本规律等出发一步步递推, 逻辑严密, 结论可靠, 且能体现事物的特性, 缺点是缩小了范围, 使根本规律的作用得不到充分的展现。归纳法和演绎法在应用上并不矛盾, 有些问题可采用前者, 有些则采用后者, 而更多情况将两者结合着应用, 则能收到更好的效果。分析是把事物分解为各个部分、侧面、属性, 分别加以研究, 是认识事物整体的必要阶段。综合是把事物各个部分、侧面、属性按内在联系有机地统一为整体, 以掌握事物的本质和规律。分析与综合是互相渗透和转化的, 一切论断都是分析与综合的结果。在基础力学的教学中, 包括在对周培源大学生力学竞赛的参赛选手作辅导时, 采用上述的科学方法论使学生更便于记忆和理解, 在最大程度上激发他们对力学学习的积极性。

五、注重力学基础及综合求解能力的培养

强调力学基础的重要性, 要求学生在理论力学和材料力学的学习中不仅要熟背理论公式, 而且要加强对一些基本概念的理解, 进而思考出具有个人特点的理解方式。万丈高楼平地起, 如果根基不扎实, 不可能取得更高的成就。在扎实的力学基础上也要注重综合求解能力的培养, 在平时的练习中, 我们会给同学布置一些与实验相关的题目, 在具体安排中要注意实验一定要与理论课紧密配合, 使理论成为实验的指导[3], 实验成为理论的验证和开拓, 并锻炼学生对实验中出现的现象用理论知识做出合理的解释, 培养他们理论与实验相结合的求解能力。也就是说在基础力学的教学中, 应该更加注重学生实验方法和动手能力的培养, 不要单一的认为所有问题都要用理论公式分析。

随着全国周培源大学生力学竞赛影响力的不断扩大和社会对高素质力学人才需求的不断增加, 基础力学的教学方法的改革已经成为力学教师必须探索和思考的课题, 希望在广大力学工作者的共同努力下, 能探索出更好、更适合现代大学生的教学方法, 为社会输送更多的优秀人才, 为周培源大学生力学竞赛输送更强的参赛选手。

参考文献

[1]刘安中, 张速.基于全国周培源大学生力学竞赛创新思维培养能力的实践[J].淮北师范大学学报:自然科学版, 2013, 34 (2) :71-73.

[2]李道奎, 李东, 黄海兵, 等.以力学竞赛促进基础力学教改的创新与实践[J].力学与实践, 2011, 33 (3) :80-81.

土力学与地基基础总结 篇5

20**级机场防护工程本科专业，共计25人。于～上学期(总第五学期)开设《土力学与地基基础》课程，授课地点为空军工程大学工程学院70＃楼101教室，全程采用多媒体辅助授课，教学设备由我系全程保障。教学效果得到了大学、工程学院机关和督导组、我系及教研室、学员的广泛好评。 在整个教学过程，我们通过课内授课、课外辅导以及平时多种方式的接触与交流，充分了解了学员的学习动机、态度和积极性，结合以往的教学经验与教训，有针对性地本次教学任务进行了一些改进，从期末考试的试卷与成绩分析、学员对工程的实际理解能力可以看出，我们成功地完成了本课程的教学任务。现将课程教学过程的一些体会和看法总结如下：

一、应采用多种形式调动学员的学习积极性。

充分调动学员学习积极性是教学效果提高的重要环节。本期班的学员与往年的各期班一样，自从入伍的那一天起，注定了其献身国防事业的远大前途，他们在进行军事训练、政治学习以及其他军事素质训练的时候，逐步把自己培养成一名政治合格的、军事过硬的军人。但对于专业课程的设计，每个课程之间的联系以及课程的内容与将要解决的那些国防工程建设的哪些主要问题有关系，并不是非常清晰的，对于如何解决学员主动提高学好专业课程的学习热情，已经成为专业老师特别关注的问题，有老教员甚至感慨地说，学员的学习积极性已经是一届不如一届了。在接受本次授课任务后，我们认真准备，就如何提高学员学习积极性的问题进行了研究与讨论，并在教学过程中贯彻执行以下4种形式来提高学员的学习积极性：

1）从理论上说明本课程的重要性及其专业地位，指出本课程与其他专业课之间的联系，阐述本课程内容的主要用途。主要通过举例说明的方式，使学员认识到要想学好专业知识，具备献身国防工程建设的真本事，必须先学好本专业知识结构中占有重要地位的本课程的内容。

2）从学员毕业后的任职情况，指出本课程的重要性。特别要指出作为机场防护专业的本科毕业生可能的几种任职方向，指出任何一种可能的任职方向都与本课程的哪些内容有关，使学员自己充分认识到，在将来可能的多种任职选择下，在自己前途不定的情况下，不能迷茫等待，而是应该积极主动地学好本课程。

3）从结合国防工程的实际情况出发，说明本课程内容的重要性。主要从学员的身边工程说起，从教室说起，从教学楼说起，从工院的其他建筑物的情况说起，从大学的工程建设情况说起。举例说明，哪些工程因为正确使用力本课程的哪些部分的内容，工程建设取得成功的效果，达到了技术先进、经济合理的建设目标；又有哪些工程因为忽略或不能正确使用力本课程的哪些内容，导致了工程的失败或造成重大的经济损失或影响了工程的使用寿命。

4）调动学员学习积极性的各种形式，必须灵活掌握、适时变化并且贯穿课程教学的全过程。不能指望通过一次动员或一次演讲就能够解决的。必须结合到每一次课、每次课的具体内容上。

经过我们的努力，在本课程的授课过程中，学员的学习积极性空前高涨，学习热情伴随着课程教学的全过程。在整个教学过程中，学员无一人次在上课时打

瞌睡、看其它的课外书，若因公差、病假而遗漏的课程内容，学员能够积极主动地要求授课老师给予补课。

二、选好教材是搞好教学的基础

选什么样的教材，对于学员学习专业知识至关重要，尤其是专业基础课、专业课程等统编教材，社会上流行的.版本很多，每一种版本各有其特点，对于不同的期班应对其使用的教材进行论证，论证会应邀请学科组全体教员和部分学员代表参加，教学主管部门应及时进行每个期班所用教材的订购核准，避免出现使用不合适版本教材或使用过期教材，这一问题在往年的教学中也是有教训的，出现过选用作废规范编写的教材。因此，在本次教学过程中，我从选教材入手，选择清华大学出版社出版，陈希哲主编的《土力学与地基基础》（第四版）。在五系的两个本科专业中，都开设了土力学的课程，但两个专业对土力学的侧重点还是不一样的，所选用的教材也应该是不一样的。只有这样，才能实现因材施教的原则，才能使的教学效果事半功倍。

三、正确使用多媒体辅助授课软件辅助授课

多媒体辅助授课软件辅助授课已经是当今教学、汇报和报告的辅助手段，是教学效果提高的必要手段之一。在本课程的教学过程中，我们追求准确理解课程内容、精心安排教学步骤的同时，注重教学辅助软件的改进和更新。充分利用软件的优势，大量增加实际工程中拍摄积累下来的照片，增加了课堂的信息量，延伸了课堂的空间，增强了教学内容与实际工程相结合的力度。.但是采用幻灯式的授课课件，尽管教学信息量增大了，教学内容滞留时间相对要短得多，学员的注意力需高度集中才能跟上教员的授课思路，同时留给学员的自我思考时间和做笔记的时间相对短得多，这种授课方式对思维敏捷、注意力高度集中的学员来说再好不过，但对部分其它学员来说，容易“掉队”，因此应该注意课堂讲授中的必要停顿。如果少了对传统教学的继承因素，学员一时难以适应快节奏的教学模式。多媒体教学的最大特点是：由于采用了多种媒体来展现教学信息，授课过程表现出类似放电影式的快节奏化。对于习惯了传统教学模式的学员来说，很多人很难一时适应，具体表现在很多学员反映跟不上教员思路、课后不会归纳总结教学内容，不知该如何复习，总难点把握不准等。这都是在应用多媒体辅助授课软件辅助授课过程中所面临的在今后教学中应当注意解决的新问题。1，教学管理部分应充分认识到多媒体辅助课件只能作为教学的辅助作用，一定要注重教学的内容准确性、教学步骤的科学性。不能片面追求多媒体课件的华丽外表，而忽略了授课教员的演、讲、书、画的教学基本功。利用多媒体进行授课的辅助作用，在专业课程的授课中，将教材中的图表参数以及难以理解的内容用三维动画的形式提供的，当然不错，但是实际的教学中，很多情况只是把书上的内容翻录到电子课件，上完一节课，老师没有用一次粉笔，没有板书，学生也没有笔记，这样的教学质量和效果值得大家讨论的。本次教学中，我们主要教学中必要重点讲授的图形、表格内的数据、工程实践中采集来的用于说明教学内容的应用情况的照片写在电子课件上，便于学员跟随教员一起理解图形内容与表格内数据的应用，有通过实际工程的运用照片演示，使学员身临其境、能够快速主动掌握课程的内容、正确运用所学知识。

四、适时调整和增加授课重点，使课程的重点与社会技术发展相一致

授课主体应该是课程的教员，所以作为授课教员首先必须熟悉课程的内容，这句话说起来可能有点不够尊重授课老师的辛勤劳动之嫌疑，其实作为一个专业课的老师，大家都心知肚明，不管是谁，也不管他的什么职称有多高，当他再次

力学基础课 篇6

[关键词]土力学与地基基础；教学改革

《土力学与地基基础》是高职建筑工程技术专业的一门专业基础课程。该课程特点是内容丰富，具有较强的理论性和实践性，对理科基础比较薄弱或者文科高职学生而言，想学好这门课程存在一定的困难。作为任课教师，必须具备丰富的理论知识和实践经验，才能讲授好该门课程。现就本人在《土力学与地基基础》课程教学改革方面，谈谈自己的一些体会。

一、以学生基础为前提 以职业教育为本 重组教学内容

我校高职建筑工程技术专业文理兼收，每班文科生大约占到1/4-1/3左右，数学、力学基础薄弱，部分理科生也存在相同问题。而本课程涉及到的半经验半理论公式较多，课堂上时常会出现“鸦雀无声”的现象，不论对授课教师还是学生都是很大的挑战。

高职教育培养的是能在生产现场解决关键性操作技術和工艺难题的高素质技能型人才，这就要求《土力学与地基基础》课程的教学应注重技术应用能力的培养，以培养岗位实际需要作为教学内容取舍的标准。

经过几次教学计划的修改，目前我院高职《土力学与地基基础》课程调整为48学时，其中实验学时8，理论学时40，经过讨论本课程现在教学内容包括工程地质基础知识、土的特性、土的渗透变形与固结、土的抗剪强度、挡土墙的形式及工程应用、浅基础类型及构造、桩基础类型与构造、基坑工程、软弱地基处理、特殊土地基处理等。

二、根据教学内容改进教学方法 提高教学效果

在课程教学的整体规划设计上，教师可选用现场启发式教学、问题驱动法教学、探讨式教学、试验教学等多种教学法，将教、学、思、做融为一体，提高学生的学习兴趣，加强学生对知识的理解应用。

绪论是整本书的总述，因此，教师第一次讲绪论课时要以吸引学生激发他们对本课程的兴趣为前提，将全本书的内容以工程案例的形式讲出来，除了书里提到的经典的加拿大特朗斯康谷仓地基失稳事故、香港宝城路山体滑坡事故、倾斜的意大利比萨斜塔、美国Teton土坝失事事故、98年长江洪水堤防险情等，还可以引入近期发生的陕西山阳县山体滑坡、郑州市工地出现的基坑塌方事故。通过结合案例的方式既可以把全书的知识串联起来，又可以调动学生的学习兴趣，还可以让学生认识到土力学及地基。

三、加强实践教学环节，强化实践操作技能

实践教学-土工实验是《土力学与地基基础》课程重要组成部分，是理实结合的体现。对提高学生的动手能力、分析思考解决问题的能力、增强学生学习兴趣等方面效果突出。

虽然目前实践学时只有8，实验内容包括了土的制备、土的物理性质与状态（密度、含水量 、液塑限）、土的直剪、土的固结内容，均与工程联系密切。在实操过程中要求既要对理论公式理解透彻，又要要求操作规范，同时数据采集记录准确。所以，实践教学本身是以学生为主体，教师为辅助引导，将讲解操作、实际操作、运用串联归纳起来共同完成。在教学实践中，教师可积极开展与《土力学与地基基础》课程相关的学术讲座培训、下企业实践锻炼及相应的教学教改活动等，提高教师自身的应用知识储备。

四、改革考核方式， 突出职业教育特色

职业教育是一种就业教育， 改革传统的考核方式，可促进理论与实践紧密结合， 对实现学生在顶岗实习过程中“0适应期”的先期目标起着重要作用。传统的考试， 注重理论而忽视技能， 课程总评成绩由卷面考试成绩和平时成绩两部分构成， 平时成绩占总评成绩的 30%， 包括出勤、作业、课堂表现、实验等， 而实验成绩在总评成绩中的比重较轻， 难以引起学生足够的重视。鉴于此，结合本门课程的特点，实行卷面成绩占60%，实践成绩占20%，平时成绩占20%的考核办法。学生对实践成绩及平时成绩重视程度明显提高，显著地提高了学生的职业素质和职业技能。

五、结语

《土力学与地基基础》课程教学改革涉及的内容还很多，除以上提得到的措施之外，新知识、新技术和新工艺与经典知识、经典技术、经典工艺的结合等诸多方面仍需努力，这样才能真正做到全面推进课程教学改革，推进课程教学与专业及岗位的需要。

参考文献：

[1] 张茹.高职土力学与地基基础课程教学改革认识与实践[J].黄河水利职业技术学院学报，2008（2）：66～68.

[2] 鲁玉芬.方从严.檀秋芬.高职《土力学与地基基础》课程教学改革探析[J].芜湖职业技术学院学报，2012（3）：76～78.

[3] 陆俊.高职《土力学与地基基础》课程教学改革探析[J].南通职业大学学报，2008，22（3）：55～57.

[4]鞠海燕，黎剑华.土力学与地基基础课程教学模式探索与实践[J].南昌工程学院学报，2008，27（2）：35-36.

力学基础课 篇7

根据专业培养目标, 建筑环境与能源应用工程专业的学生应较系统地掌握工程热力学、传热学、流体力学等专业基础课。工程热力学作为三大专业基础课之一, 其核心作用显而易见, 它不仅为后继专业课程的学习提供必要的理论准备, 而且也为今后的生产实践与进一步的科学研究打下牢固的理论基础。

一、工程热力学的课程内容

工程热力学是研究热能与机械能相互转换规律的学科, 其核心内容是热力学第一定律和热力学第二定律这两大热力学基本定律。热力学第一定律分析并揭示和热现象有关的热力过程中涉及的能量守恒关系; 热力学第二定律则对进行热力过程进行深层次的研究, 揭示满足能量守恒的热力过程是否能够发生, 并通过引入熵这一抽象参数来判断热力过程能否进行和进行的完善程度。涉及的工质主要是理想气体 ( 空气) 和实际气体 ( 水蒸气) , 以这些工质为载体, 热机通过热力循环 ( 正循环和逆循环) 将热能转变为机械能, 并通过具体的动力循环和制冷循环阐述上述基本理论在工程中应用。

二、工程热力学在专业基础课中的地位

工程热力学是能源、机械工程类专业的一门重要技术基础课、专业必修主干课。对建环专业而言, 两大热力学基本定律是后续个门专业课的基础, 一方面水蒸气、制冷剂等的热力性质, 是后续供热、供燃气、通风与空调工程课程必须要用到的; 而另一方面, 供热课程、锅炉房等课程中的供热、供暖的热源以及为空调提供冷源的制冷装置, 这些装置和设备中都要涉及热与功的转换, 而这些恰恰是工程热力学研究的核心问题。在具体章节的学习中, 工程热力学的制冷循环强调蒸汽压缩制冷循环, 而蒸汽制冷循环是建筑设备工程专业的核心内容, 是学习制冷专业课和热泵专业课的前提条件和理论基础。工程热力学重点研究了湿空气的性质, 为学生进行下一步学习暖通空气调节专业课程中的空气处理过程奠定了重要基础。总体而言, 工程热力学讲授了如何应用热工学科中的基本研究手段和方法对实际的热力过程和热力循环进行分析和研究, 但建环专业对工程热力学知识的要求比动力类专业更多、更广。并且课程介绍中的分析各种热力循环效率的方法及指标, 对提高学生的节能环保意识具有重大作用。

三、工程热力学教学思考

工程热力学是核心骨干基础课, 也是学生普遍反映难学的一门课程, 主要觉得:“概念多且抽象难懂、公式繁多、内容多且零碎”。前面的章节中涉及的基本概念及理论感觉都懂了, 但是一到具体应用就无从下手, 无法做到用学到的基本原理来解决实际的热力学问题, 这就为后续课程的学习瞒下隐患。依据教学学时和教学计划, 用有限的学时数 ( 共64学时) 把与以后的专业课学习紧密相关的章节重点讲解, 做到重点难点明确清楚。每次上新课都要进行“课前回顾”, 在加深学生对以往内容的印象同时引出新的内容, 使内容连贯有序。为了提高学生应用热力学理论解决实际问题的能力, 课后要重视思考题和习题作业。思考题进行互动讨论, 典型习题让学生讲解自己的解题思路, 教师剖析其中的难点和关键点, 使学生明确做题思路以及容易出错的原因, 以调动学生的学习积极性。

四、加强教学实践, 构建学科的核心枢纽

工程热力学课程包含的内容与其他学科类似, 由理论基础和知识应用两大部分构成。基础理论部分包括热力学的基本概念、工质 ( 理想气体) 的热力性质及过程、热力学第一定律和热力学第二定律, 这为后续的专业课程学习铺垫宽厚的学科基础。在水蒸汽和湿空气的热力性质部分, 不但可以教会学生采用计算公式解决工程问题, 而且可以训练和培养学生熟练使用图表解决工程问题的能力。气体和蒸汽的流动部分可与流体力学课程相结合, 让学生掌握基本的流动原理的同时, 学会进行喷管的设计和选型, 并能理解绝热过程在喷管中的应用, 体现热力学理论对实际过程的指导意义。动力循环和制冷循环是不同热力循环在实际设备和工程中的应用, 明确实现热变功所需设备以及提高热效率的途径。为了突出工程热力学的核心枢纽作用, 在教学中要突出本专业特点。建筑环境与能源应用专业学生毕业从事的大多为工业锅炉房、供暖及空调的设计、施工及维护, 所以对动力循环要重点讲解其涉及的基本原理和提高效率的途径, 而制冷循环及热泵部分不但要让学生掌握热力循环的原理, 更要清楚构成循环的各个设备部件, 以及各部件对循环的影响, 这对其掌握空调用制冷技术、空气调节、热泵、供热工程及锅炉房设备等课程都具有作用。

五、结束语

工程热力学是一门重要的技术基础课、专业必修主干课。该课程上接高等数学和大学物理等基础课, 下联供热工程、暖通空调、热泵、制冷技术等专业课, 具有非常重要的核心作用。在工程热力学学习中, 学生如把前后所学知识有意识地贯通起来, 通过教师点拨后再把知识从点到线、从线到面联系起来, 便可形成工程热力学在学科中核心枢纽。

摘要：工程热力学是建筑环境与能源应用工程专业的专业基础课之一, 与传热学、流体力学共同构成了建环专业的三大专业核心基础课。本文从工程热力学上接高等数学和大学物理等基础课, 下联供热工程、暖通空调等专业课的独特特点, 分析了其核心作用, 并对教学内容提出建议供同仁参考。

关键词：工程热力学,专业基础课,核心,教学

参考文献

[1]廉乐明, 谭羽非, 吴家正等.工程热力学[M].北京:中国建筑出版社, 2007.

[2]刘春梅, 徐斌, 吴建等.建筑环境与设备工程专业工程热力学教学实践与探索[J].制冷与空调, 2008:97-99.

力学基础课 篇8

力学基础系列课程是工科院校一门重要的技术基础课,它的任务是使学生学会用力学的理论和方法去分析、解决一些简单的工程实际问题,它在工程设计和实践中的应用尤为广泛;为此,提高力学基础系列的教学质量至关重要,特别是针对高等院校扩招以后,学生基础差、学习积极性不高,提高力学基础系列教学质量势在必行。考试是检查课程计划和教学效果所必不可少的,成功的考试不但能够全面评价教师的工作效果以及学生的学习效率,而且能够有效的提高学生的学习成绩。但是,目前对力学基础系列课程的考试改革尚缺乏足够的研究与探索,有关该课程考试改革的论述还不充分。本文就如何提高力学基础系列课程教学质量,在考试方面结合自身教学实践,谈些看法和体会。

1 传统考试的弊端

长期以来,力学基础系列课程的教学仍采用传统模式,考试内容主要是对力学基础系列课程基本力学理论、基本力学规律的掌握和记忆,考试方式多采用最原始的闭卷笔试[1]-[2],其最大的弊端是很难完成对学生能力的考查,主要由一份试卷定学生的优劣,考试的形式比较单一,考试比例相对集中,一般是以课程结束后的一次考试成绩作为课程成绩,考试的时间也比较集中,考试基本安排在学期末进行,容易造成学生为应付期末的集中考试。这种考核方式考查学生记忆的知识多,灵活运用的知识少,更容易造成一部分学生考试压力过大,只注重做题,容易导致高分低能现象,不利于学生对知识的全面掌握,难于衡量学生的真正水平。因此,改革考试方式和考试内容的改革的势在必行。

2 考试改革的思路

2.1 考试遵循的原则全过程考核的原则,即从开始到结束,从课内到课外均考核;

公开考核的原则;不为考试而考试的原则,即制定考试方法必须是为实现教学目的服务,而不是为了考试而考试;重能力重素质的原则,即将学生能力表现和素质体现作为较大的权重系数在考核时加以考虑。

2.2 考试改革实践的具体思路

2.2.1 以传统笔试的方式分阶段(期中和期末)考核学生对基本力学理论和规律的掌握、记忆和基本的力学分析计算能力。

在试题内容上,重点体现力学的基础知识;在学习过程中,重点掌握力学的基本方法;在实际运用中,重点解决工程实际问题。

考试试题的内容应具体体现在以下几个方面:(1)理解基本概念、规律和基本方法,并能进行简单推理、应用和计算,重在掌握和简单应用;(2)将所学知识融会贯通,能够运用理论分析解决一般的综合问题,重在熟练掌握基础理论和进行一般的计算;(3)能够熟练利用力学基础系列课程中的定理、公式分析难度较大的综合问题,重在熟练掌握和灵活应用力学理论。

2.2.2 以应用型人才培养目标为背景,在教学过程中引入生活

中工程具体问题,重点介绍力学在工程中的建模方法,注重培养学生的工程思维,开展素质教育活动,并根据学生在活动中的获奖情况,在考试成绩中计入学分,调动学生的学习积极性。

力学课程素质教育活动旨在培养学生的创新精神,开阔学生的思路,利用力学理论知识解决工程实际问题的能力,包括建模、分析、设计及计算的综合能力,作品以体现学生创新精神为主,主要有力学模型、课件、动画、论文等多种形式。通过制作力学模型,分析模型受力情况,这种作品形式重在考察学生对基本理论知识的掌握程度;要制作力学多媒体课件和模拟构件受力变形情况,这就要求学生对力学理论知识要相当娴熟,并有一定程度的理解,这种作品形式重在考核学生应用计算机进行简单力学工程问题的分析、计算的能力;通过撰写力学课程相关小论文,利用力学理论知识对日常生活中的具体问题进行分析,加深对所学知识的融会贯通,这种作品形式重在考察学生能否将力学理论和工程实践相结合。

2.2.3 为更好将力学理论和工程实践相结合,培养学生的实践

动手能力,在教学中引入部分实验,并在成绩考核中,加入实验成绩,引导监督学生平时的学习,提高学生的学习积极性。

力学基础系列课程实验能力的培养主要包括理论力学中有关力动力学问题中有关振动的实验及材料力学中的基本变形实验,通过实验学生对力学理论的掌握程度进一步加深,从我校目前的情况看,所开设的实验课取得了很好的效果。

2.3 考试成绩计算方法(1)期末考试成绩:

期末考试卷面折合成绩。考试内容包括概念原理、思考题和计算题,考试题型应为填空、选择、简答、计算及能力分析题,占60%。(2)素质教育成绩:占10%,根据学生在活动中的获奖情况,进行评比打分。(3)实验成绩:具体包括实验操作和实验报告,占10%。(4)平时成绩:旷课次数累计达学校规定而不能参加考试,占20%,包括平时作业、出勤率(迟到、早退、旷课)、提问和测验。

学生成绩=平时成绩+实验成绩+素质教育成绩+期末考试成绩[3]

3 进一步改革的设想

考试改革的目的重在教会学生如何应用力学理论知识解决工程实际问题的能力,在教学过程中应该注重培养学生的创新能力、发现问题分析问题和解决问题的能力,不能一蹴而就,需要不断的探索和研究,在今后的教学中,还应注意以下一些问题。

(1)进一步研究更科学合理的考核形式,如上机考试、口试、案例分析、文献综述、项目设计等。(2)在考试内容上作更进一步的调整和完善,比如在卷面上设计一题多解的题以及一些主观分析的题,对于培养学生的创新意识和创造能力是大有裨益的。(3)进一步明确能力考核与知识考核的关系问题,实现从传统的知识考核到知识考核与能力考核并重的转变,力学基础系列课程的考试必须符合这一原则。

参考文献

[1]李学平,刘长文.基础力学课程考试方法改革探索,长沙铁道学院学报,2007,8(2):125~126.

[2]徐广民.工程力学课程考核与考试改革初探,郑州工业高等专科学校学报,2004,20(1):64~66.

力学基础课 篇9

关键词：土力学与地基基础,课程建设,项目教学法,虚拟现实,校本课程

0 引言

“土力学与地基基础”是高职建筑工程专业的核心课程之一，主要内容包括土的强度、变形、渗透问题，地基基础的设计与施工，是一门理论性和实践性都很强的课程。课程理论内容的抽象性，使得高数、建筑力学、结构设计基础知识相对薄弱的高职学生，在学习本课程中遇到了较大困难。课程内容的实践性，要求学生具有理论联系实际的能力，能够将理论知识灵活的运用在职业岗位工作中。如何在相对本科缩短的教学时间内，使得该课程的教学内容和手段满足高职理论教学的够用性、实用性，实践教学的有效性、充分性，是课程建设要解决的主要问题。

为了适应高职教学目标要求，很多院校对该课程的授课内容及方式进行了改革，如删减了原本科课程理论性较强的内容，以“项目教学法”进行授课，保证必要的实验学时，编写相应的教材或讲义，从而提高了教师教学效果和学生学习效率。从各院校该课程建设成果来看，课程理论教学内容更加符合高职培养目标的要求，多种授课方式和手段提高了实践教学水平，但如何更好地提高实践教学效果，使该课程更具高职特色，还有很多工作要做。

以下就在“项目教学法”、虚拟实验教学系统、校本课程建设等三个方面，阐述其在课程建设中的重要作用及需要面对的问题。

1 在“项目教学法”中保证课程知识体系的完整性

“项目教学法”是通过完成项目工作而进行的实践教学方法。学生在任务目标驱动下，通过教师指导完成项目工作内容。这种教学方法把学生的学习活动融入到有实际意义的任务完成过程中，调动了学生学习的积极性和主动性。并且学生所完成的教学项目既是未来工作岗位上的工作项目，因而可以有效地锻炼和提高他们的职业能力。

高职“土力学与地基基础”课程教学目标中培养应用能力的实践项目主要包括：(1)地质勘察报告的阅读；(2)浅基础设计；(3)基础工程图识图；(4)地基处理方案分析；(5)重力式挡土结构设计；(6)基坑支护方案分析；(7)桩基础施工方案分析与质量控制。

上述实践项目中以地基基础设计和施工两个主线展开，课程的主要知识点包含其中，如在“地质勘察报告的阅读”教学项目中，知识点主要包括：地质勘察方法、场地土质评价方法、土的基本物理指标及物理状态识读和确定、地基土的力学指标评价等等。

“项目教学法”打破原有的理论知识体系，以项目的实施完成为主线，实现“学中做，做中学”，使学生能够尽快适应工作岗位的需要。“土力学与地基基础”课程的理论性较强，理论知识体系贯穿课程始终，相应的理论为解决实践问题提供理论基础，而“项目教学法”中较松散的知识体系对系统的掌握理论知识会产生消极作用。

从研究事物（学科）发展规律这个角度，简单直接的应用项目教学法会使得课程各知识点相互之间的联系弱化，降低了逻辑演绎方法对人知识培养的重要作用，对学生更深层次理解及应用课程知识造成困难。

解决的方法应是在原有课程知识体系的基础上，完善实践训练内容，并使其有利于本学科知识体系的扩展。在具体实施上可在原有理论教学的基础上增加案例教学，或是将“项目教学法”内容分解到案例中。如“地质勘察报告阅读”项目教学中，对土的物理指标的认识内容可安排到相应的理论教学内容部分，这样就可以满足理论教学和实践教学相结合的要求。最终将“项目教学法”应用在单元独立的实训项目中，充分发挥其优势，通过实践过程使相关知识的贯穿联通，提高以实践能力为目标的学习效率，培养学生的探索精神，独立思考能力、想象力和创造力，并使学生能够更快适应实际工作岗位要求。

2 充分利用虚拟现实技术提高虚拟实验教学水平

虚拟实验是以现代教育理论为指导，以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托而建立的一种新型实验教学系统。虚拟实验利用计算机技术来实现各种虚拟实验环境，实验者以交互的方式进行实验操作，可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目，最大限度地模拟真实实验的场景，并提供与实际实验的操作方法相类似的实践体验，为实验教学提供了一种全新的教学模式。

虚拟现实技术综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟环境中并与之交互。虚拟现实技术可以营造“自主学习”的环境，在教育培训领域应用逐渐广泛。利用虚拟现实技术可以模拟一个三维空间的虚拟环境，提供使用者至少是视觉感官的模拟，实验参与者如同身历其境一般，观察环境，操控虚拟仪器设备。

“土力学与地基基础”课程中所涉及的实验包括室内实验和原位实验。利用虚拟实验教学系统，可以提高实验的效率，可靠性和安全性，降低实验成本。虚拟实验教学的灵活性，可解决授课学时较短，实验教学安排困难的问题；虚拟实验教学的易操作性，可突破客观条件限制，使学生“亲身”参与“原位”实验过程。虚拟实验中人机交互的操作方式，使学生可以按照系统的要求和指导独立完成实验，有利于学生自学。

“土力学与地基基础”虚拟实验教学系统国外最初主要应用计算机多媒体技术，如图片、录像、三维动画（3DMAX）及编程技术进行实验过程模拟，使用MATLAB工具进行数值模拟实验，如美国国家科学基金会（NSF）所支持，亚利桑那大学（UA）主要参与的GROW(Geotechnical,Rock and Water Resources Digital Library）项目，采用Authorware多媒体课件编辑软件制作了土的三轴、固结、渗透，土坡稳定性分析虚拟实验教学系统[4]。随着计算机虚拟现实、web3D技术的逐渐成熟，逼真的三维虚拟实验系统的实现已成为现实的需要，较典型的实例如：美国华盛顿大学土木与环境工程系使用C语言利用OpenGL技术实现了土力学三维虚拟实验系统（Virtual reality geotechnical laboratory）[7]，英国西英格兰布里斯托尔大学(UWE)利用VRML(Virtual Reality Modeling Language）语言建立了基于Web的虚拟三轴实验系统(Virtual Reality Triaxial Test)[8]。

国内各院校课程建设中，已经应用了现代化的教学手段，如多媒体教学、网络教学，但缺少真正意义的虚拟实验教学系统，较多的是利用Flash动画技术进行实验演示，仅仅能实现简单的实验控制，互动性较差，真实感效果有限，如青岛理工大学和上海交通大学在“土力学与地基基础”精品课中制作的flash实验动画。在国内，虚拟实验教学系统技术实现较好的是河南工业大学的“基于虚拟现实系统（VRML）的土力学课程网上教学课件的研制与开发”项目，该项目将网络虚拟建模语言VRML应用于多媒体课件开发之中[9]，是将虚拟现实技术应用于虚拟实验中的一个很好的尝试。

虚拟实验既能再现真实的全过程，又能克服传统实验的各种制约和弊端，可以有效地解决目前实验教学中存在的诸多问题，达到优化教育资源、提高教学质量的目的。虚拟现实技术如OpenGL、Web3D等日趋成熟，相应的软件、硬件逐渐丰富，充分利用虚拟现实技术提高虚拟实验教学水平已成为现实的可能和需要，这一过程也将促进高职院校职业教育水平的提高。

3 加强校本课程建设提高学生适应市场需求的职业能力

职业教育有自己的规律和特点，在我国加强高职教育的今天，很多高职院校的职业教育课程建设逐步完成了从本科压缩型转变成技能型应用高职教育模式。校本课程的开发和建设，是高职教育课程建设的一个重要发展方向。

校本课程，一是指国家课程和地方课程校本化、个性化，使之更符合学生、学校和地区的特点和需要；二是指学校设计开发新的课程。通过校本课程，可以充分发挥教师积极性，并结合本校的教学资源和经验，并使课程内容更加符合人才市场对职业岗位知识能力的要求。

“土力学与地基基础”课程理论性较强，学生需在高数、建筑力学、结构设计等前续课程理论知识基础上去理解掌握，增加了学习难度。“土力学与地基基础”校本课程的建设，可以解决课程本身理论性较强与教学的“实用、够用”原则之间的矛盾，使理论教学内容与实践教学要求紧密结合在一起，减少过深的理论对学生学习造成的困扰，如删减土力学中弹性力学公式推导过程，增加实际工作中如何应用算式的内容。开发校本课程，合理的选择“实用、够用”的理论知识内容，结合本校本专业上述前续课程教学大纲、相应的知识点和学生学习情况，使学生处于连贯的专业知识学习过程中，保证学习效果。

“土力学与地基基础”课程的实践性较强，从课程内容本身而言，这个实践要解决工程问题；从培养目标而言，这个实践要培养市场需要的土木工程施工现场一线管理人才。

建设校本课程在优化教学内容的基础，可以重点增强实用施工技术方面的实践教学内容，加强地质勘察报告的阅读、基础工程图识图、地基处理方案分析、深基坑支护方案分析、桩基础施工方案分析与质量控制等几个方面实训内容，同时也可以及时补充基础工程中的新工艺、新技术，增加学生专业能力竞争力。

如今，基础建设中对地铁、高铁施工技术人员需求大量增加，在校本课程中适当增加相关知识，如地铁施工暗挖法中地下水的影响，明挖基坑的降水及支护，高铁中桥梁基础的型式及应用，这样教学内容更加适应市场对人才知识要求的变化，提高学生在人才市场的竞争力。

在高职院校各专业办学过程中，有很多合作企业参与其中，校本课程可以根据企业要求，结合企业特点，融进新技术，将灵活性和先进性结合在一起，培养企业所需要的人才。如作者所在学校，很多合作单位是交通系统施工单位，部分学生毕业将在路桥施工单位从事施工管理工作，课程中的桥梁基础和道路基础与边坡知识，对学生就业以后的发展将起到积极的作用。

开发“土力学与地基基础”校本课程，是满足市场对人才需求的课程建设模式，这种课程建设模式的实施可以加深对这门课程的高职教育规律的探索研究。

4 结语

高职“土力学与地基基础”课程建设应遵循“实用为主，够用为度”的原则，应用“项目教学法”时要保障课程知识体系的完整性，重视开发利用虚拟现实技术以提高虚拟实验教学水平，加强校本课程建设提高人才培养的市场竞争力。

参考文献

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力学基础课 篇10

我院是应用型本科院校, 以培养具有创新意识和实际应用能力的工程技术人才为主要任务。 基于应用能力培养的思想, 一门课程科学完整的教学过程应包括传授知识、应用知识和探究知识三个方面。 长期以来, 由于受高考应试教育的影响, 我国现行的课程教学体系中, 传授知识成为主体, 应用知识主要表现为简单的习题训练、 缺少综合型与实用性的工程应用, 而探究知识就更薄弱。

对于基础力学课程而言, 教学重点在于培养学生的应用能力和综合素质。 因此, 要提高基础力学的教学质量, 必须根据专业要求, 对基础力学的教学重新进行合理设计, 力争培养高素质的工程技术人才。

一、基础力学教学设计原则

教学设计是以达到优化教学效果为目的, 运用系统方法分析教学问题和确定教学目标, 设计教学问题的解决方案、试行解决方案及对方案进行修改的过程。 教学设计包含课程目标、课程内容、教学策略几个方面。 基于应用能力培养的教学设计必须坚持以学生为中心, 以项目为载体, 把学习、探究、实践有机结合, 引导学生高度参与, 并且运用知识自主地发现问题、研究问题并解决问题, 培养学生的创新思维和实践动手能力。

二、课程目标设计

在制定课程目标之前应明确专业培养目标及对力学知识、 素质和能力培养的要求, 分析相关后续课程涉及的知识点, 构建力学课程职业能力培养方向。

例如, 机械专业的学生毕业后面对的一般都是机械制造企业, 作为工程技术人员从事机械设计、工艺分析、质量管理、设备管理等工作。 针对机械专业, 基础力学课程目标包括工程结构或机构的受力分析能力、抽象化建模能力、平衡方程的应用能力及实际工程构件的强度分析、解决能力。 另外, 创新思维能力、 团结协作能力和学习能力也是学生必须具备的基本素质。

三、课程内容设计

基础力学的后续课程机械原理、机械设计、模具设计与制造等。 通过理顺力学课程与后续课程的关系, 精选授课内容, 激发学生的求知欲望。 例如, 基础力学课程涉及很多机构内容, 由于学生对机构知识缺乏了解, 学习遇到很大困难。 根据实际情况, 增加常用机构类型与特点的介绍, 学生不仅了解到力学的应用范围, 使学习更有针对性。 根据机械专业人才和培养目标, 对基础力学的教学内容进行重新整合, 重点突出力学在机械类专业中的具体应用。 例如工程结构和机构的力学模型建立、受力分析、连杆的强度、连接件的强度及传动轴的设计等。 同时打破单纯传授知识的教学模式, 转变为以项目为中心组织课程内容, 并让学生在完成项目的过程中构建相关理论知识体系, 发展职业能力。 教学要突出实践性和应用性, 着重培养学生运用知识分析、解决工程实际问题的能力。 下表为课程内容结构与对应的项目名称。

四、教学策略设计

(一) 学习笔记设计

多年来基础力学课程改革的重点集中在课程体系改革、教学内容、考试方法等方面, 但从学生角度考虑较少。 多数情况是, 学生带着一本教材听课, 对这堂课要讲什么, 哪些是重点, 学习的目标是什么茫然不知, 学习缺乏针对性。 因此, 我们针对每一次课, 精心设计学习笔记, 包括本次课的学习目标、主要知识点、课堂思考题等。 另外, 在介绍主要知识点前应针对本次课内容巧妙设置问题, 再导入主要内容, 以提高学生的学习兴趣。 最后的综合应用环节要有针对性, 尽量引入工程实际案例。 教学笔记提前发给学生, 这样学生可提前了解本次课的主要内容, 带着问题学习, 学习效果提高显著。

(二) 教学方法与过程设计

与应用型人才培养的目标相对应, 我们采用探究式教学方法。 探究式教学法是一种以学生为中心、教师为主导的教学模式。 相对于以传承知识为中心的传授式教学, 探究式教学特点是将研究实践融入教学过程, 通过小型研讨课、 综合性训练, 充分体现学生主体地位。

下面以运动学部分的难点, 点的合成运动为例介绍探究式教学法实施的过程。

首先, 演示刨床急回机构实验如上图所示, 此实验需重复播放几遍并提醒学生仔细观察。 然后提出问题:此机构中有几个构件组成, 各自作什么运动?

然后, 学生分组讨论, 有的学生说滑块作直线运动, 有学生说作圆周运动。 可见研究某物体的运动首先要选择参照物, 参照物不同, 物体的运动情况不同, 由此引出静系、动系和动点的概念, 进一步定义三种运动, 即绝对运动、相对运动和牵连运动。 然后详细说明绝对速度和相对速度, 引出牵连点和牵连速度的概念。 这样通过对刨床急回机构实例的具体分析获得比较完整的知识体系。

其次, 讲解速度合成定理。 速度合成定理是重要的一个定理, 可作简单推导。 作为应用型本科院校, 也可定性分析后直接得出结论, 重要的是学会应用。

最后, 进行课堂练习。 课堂练习是重要的一环, 可举学生较熟悉的例子, 例如凸轮机构、两汽车相对行驶等, 学生在研究、分析的过程中提高解决实际问题的能力。

为提高学生运用知识的能力, 增加综合训练环节。 综合训练题目可提前发给学生, 然学生带着问题学习, 效果更好。 综合训练安排在教学的最后一个月进行, 以小组为单位, 每组三四人, 每组设组长一人。 学生可自选工程或生活中的实际问题, 也可从教师所拟工程问题中选题研究。 例如, 2012年机制专业某班两组学生的题目是“箱包拉杆的设计”。 学生查阅了参考资料, 了解了设计方法, 首先将工程中的实际问题抽象为一个力学模型, 然后进行力学分析, 最后计算。 两组学生通过研究合作, 圆满解决问题, 实现从被动学习到积极自学的转变, 解决实际问题的能力明显提高。

(三) 考核方式设计

考试是教学过程的一个重要环节, 考核方式应注意知识与能力相结合。 在考试内容上, 要尽量减少客观性试题, 增加分析、理解和应用性等方面考题。 考核方式要多样化, 闭卷与开卷相结合, 改革计分方法, 把课堂讨论、综合训练, 研究报告等按一定比例计入总成绩, 这样才能提高学生自主学习的积极性。

五、结语

应用型本科院校主要培养面向一线的高素质工程技术人才, 因而在基础力学教学中应加强工程意识和应用能力的培养。 人才培养定位的改变要求教师转变教学观念, 以学生为中心组织教学, 增加工程案例, 解决好与后续课程的衔接问题, 突出力学的应用性。 同时对教师的教学水平提出更高要求, 我们在教学中应不断探索与实践, 不断完善教学设计, 提高教学质量。

参考文献

[1]屈本宁, 杨邦成, 郭然.理论力学应用能力培养问题[M].力学课程报告论坛论文集.北京:高等教育出版社, 2009:21-24.

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力学基础课 篇11

关键词：土力学与地基基础教学方法体会

0引言

《土力学与地基基础》是高职建筑工程类专业的一门主要的专业基础课程，占有重要的地位。其突出特点是内容丰富，具有较强的理论性和实践性，房建、水利和道路桥梁等工程的兴建都离不开它。作为任课教师，必须具备丰富的理论知识和实践经验，才能讲授好该门课程，使学生达到课程要求的学习目的和要求。现就本人在《土力学与地基基础》课程教学的实践，谈谈自己在教学方面的一些体会。

1教材的选用

教材的选用非常重要。目前针对不同层次的《土力学与地基基础》教材很多。有本科层次的，有高职高专的，有中职学校用的。即便是高职用的，针对专业不一样所采用教材也应不一样。针对建筑工程类专业，要求教材具有的特点是理论讲述尽量简化，内容主要是土力学中的基本理论和地基基础工程设计和施工中常见的技术问题，阐述一些典型的基础工程、岩土工程经验，再辅以部分工程实例。

2基本概念的教学

《土力学与地基基础》教学的主要任务是要求学生掌握基本的土工知识，并能运用它去分析和解决实际中的工程技术问题。为此，在讲授时要把基本概念讲透。《土力学与地基基础》中的基本概念较多，讲解时必须注意方法，否则学生听起来会感到头绪多而零乱，运用时不知从何下手。比如，土的物理性质指标共有十几个，采取由感性认识上升到理性方法，使学生充分理解和牢固记忆。在讲土的饱和度时，先说明土中存在水和气体，即具有孔隙性，若把干土放在水中会观察到气泡从水中冒出。而饱和度是指土体饱水的程度，是反映土的吸水性和容纳水的持水性的间接指标。土要吸水和容纳水必须有土以外的水存在，它吸水后只能存在土的孔隙中，因此饱和度定义公式中只能牵涉到构成土的孔隙体积以及水的体积，故定义为土中水的体积和孔隙体积之比。

对易于混淆的概念要讲清楚概念建立的客观条件。如土的重度定义为单位体积土所受的重力，但为什么分天然重度、干重度、饱和重度和有效重度呢?这是因为土在不同环境条件下有不同的状态，其重力和体积之比也不同。一般有潮湿状态、烘干状态和饱和状态之分，也就有天然重度、干重度和饱和重度，但有效重度怎么会存在呢?因为土位于水中会因水的浮力作用而降低其有效重力。这些重度的区别还可以从应用方面去理解。比如干重度主要应用于评价土坝渗透性和压缩性等方面，有效重度主要应用于土的强度计算等方面，饱和重度应用于地下水位以下方面等。

3基本实验教学

《土力学与地基基础》中几个常规实验一定要做，并且与课堂内容同步走。实验的主要目的是使学生掌握实验方法和技能，同时又反过来对基本概念和经验公式加深理解。土工实验有其特殊性，方法尽管简单，程序也不多，但应是很严谨的，必须持科学的态度，这一点教师应反复强调，切莫为统一结果而随意更改数据，因为同一地方的土也不可能是均质的，或者取土导致扰动性不同，实验数据不同理所当然。这样使学生养成尊重事实、尊重科学的良好习惯。

4基本计算教学

《土力学与地基基础》中计算公式较多，掌握它的关键在于学生对公式的理解程度，包括公式的推导和应用。因此，讲授时应着重这两方面。公式的推导无外乎借用理论力学、材料力学、弹性力学等，这一点必须给学生讲清楚。依学生的基础一般涉及到理论力学、材料力学的内容都按静力平衡原理或材料的基本组合变形来推导。在计算方面必须说明其适用条件和范围，如果补充其计算思路过程，效果会更好些。如地基附加应力计算一节为教学重点和难点，计算公式多，学生运用起来经常混淆，引导学生正确应用公式的方法是补充计算思想图。

基本应用包括分析问题和解决问题能力的培养两方面，这是本课程的焦点，不可缺少。通过这方面的训练，学生能学以致用。很多学生提出来要求教师增加这方面的教学内容，但限于学时数，课堂上是无法进行的。与本课程有关的土体工程常见的挡土墙的设计、斜坡稳定性验算、地基承载力确定和基础设计及处理措施的选择，作为教师应充分收集有关资料，利用学生所掌握的理论知识精心组织教学。

《土力学与地基基础》这门课程一般学生不会重视，要想达到良好的教学效果教师是关键。教师要善于启发和开导学生从而提高学生的兴趣，讲课很重要。要想讲好这门课程，必须备好课。备课未必采用死板方法写在教案上，可全记在脑子里，但要做到心里有数。一次课首先确定教学重点和难点，以及哪些内容是需要掌握的、哪些内容是需要了解的，并且合理安排每个内容需讲授的时间。讲授要注意前后内容的连贯性，板书内容不必多但要条理化，这样即使少数学生课堂上没听懂的，课后看笔记进一步钻研也可弄懂。另外适量的辅导也必不可少。

5教学方法的改进

作为高职专业，《土力学与地基基础》课时并不多，其中的基本概念、基本理论和重点内容，可采用教师讲解为主教学；而其它内容，则可采用学生自学为主的教学方法。

课程中一些专业术语和基本原理，例如“土压力”、“沉井基础”等，学生以前从未听过，单纯让学生自主学习，肯定会降低学习效率、影响授课进度。以教师讲解为主，引导学生进入学习本门课的最佳状态，不失为一种好的教学方法。

教师应根据课程内容的特点，确定适合干自学为主的内容，例如“地基处理”一章，浅显易懂，鼓励学生不仅阅读教材相关知识，而且运用图书馆和网络教学系统自主学习。通过网络学习，学生不仅可以拓宽知识面，还能充分把握学习的主动权，及时掌握学科的最新动态，并在获取知识的过程中，逐步培养他们的探索意识和自学能力。

在教学中还应贯穿工程实例教学、启发式教学等方法。实例教学是理论联系实际的需要，是实现教学目的的需要。例如在讲授“土坡稳定分析”时，紧扣所讲知识，恰当引用工程实例。在教学过程中鼓励学生用所学的知识分析和解决平时所能见到的岩土工程问题，引导启发学生从专业的角度思考问题，培养他们分析问题、解决问题的能力。

将启发式教育贯穿于教学全过程，给学生必要的启发，引导学生积极思维，培养学生科学的学习方法和创造性思维能力。即使是精讲为主的内容，也不意味着教师从上课不停地讲到下课，满堂灌，不顾学生的反映与接受程度，而是要想办法给学生积极思维创造条件，引导启发他们积极思考所学知识，主动接受所讲内容，变被动接受为主动学习。

力学基础课 篇12

关键词：高炉炼铁,控制研究,计算流体力学,建模仿真

随着社会的发展, 钢铁行业的竞争也愈来愈明显, 许多欧洲国家开始自上而下地产业结构调整, 纷纷淘汰落后的工艺与系统, 试图最大范围地降低冶炼成本, 提升企业竞争力。从二十世纪七十年代以来, 许多欧洲国家纷纷建设起两千立方米以上的炼铁高炉, 我国也开始调整钢铁产业的发展政策, 认为应当淘汰1000立方米以下的高炉, 钢铁产业新建的高炉必须是大高炉。随着高炉内部的传感器的发展与应用, 让我们在对高炉正确使用过程中可以了解到内部的动态特性[1]。然而由于冶炼过程中, 高炉内部具有过高的温度, 因此传感器难以有效发挥出自身的效果, 因此需要我们进行建模对其状态进行研究

1 高炉过程的建模理论

1.1 炼铁过程概述

高炉炼铁过程包括了传热、传质以及化学反应等多种变化与过程, 涉及到热力学、化学、物理、传质等专业理论。高炉炼铁是将开采的铁矿石还原为生铁的过程, 人们将铁矿石、焦炭等资源按照科学配比后从高炉顶端的装置送到高炉内部, 高炉中的矿石与焦炭会出现分层的结构变化。然后铁矿石会在下降过程中逐渐产生化学反应被还原为铁与废弃物质, 最终聚集在高炉底部, 分别从铁口与渣口运送出来[2]。 (如图1)

从实质上来分析高炉冶炼过程就是在一定条件与环境下, 将铁从矿石原料中提炼出来, 这种冶炼技术是从古人发明的方法中总结与改进的, 具有生产量大与便捷的特点, 是当前钢铁行业最主要的冶炼方法, 每年生产量占全世界生产总数的95%以上。

1.2 矿石还原反应模型

我们冶炼的高炉从根本上来说是一种特殊的化学反应容器, 冶炼的核心就是让化学反应顺利发生。一般产生的化学反应分成三种:物质还原反应、C气化反应与水煤气变换反应, 对于模型仿真中的化学反应我们将计算过程主要集中在物质计算化学的反应速率方面。为了能够研究出矿石中铁元素的还原原理, 我们可以通过三界面未反应核模型理论进行冶炼过程[5]。 (如图2)

这个原理是在还原反应中进行的, 随着化学反应的逐渐深入, 铁元素没有反应的部分会朝着核中心缩小, 在最后形成了不会反应的核心。根据氧化铁逐层反应的特征, 我们可以看到一个矿石球在反应到一定程度后就会逐渐变为明显的三个界面, 分成四层, 分别为Fe-Fe O-Fe3O4-Fe2O3。而在这个核心最外层就是化学反应之后的最后产物, 具有多孔的Fe层物质。

我们可以将还原过程分成下面的环节:将还原的气体扩散、对内扩散、吸入、进行化学反应、氧化后气体吸收分解、对内扩散、外扩散等, 而整个过程中最慢的环节会决定所有化学反应中的速率, 也就是我们所说的速度控制步骤:矿石周围气体层的扩散运动、内部多孔产物的扩散作用与表层化学反应过程。

1.3 化学反应模型的实现

我们要想在冶炼中获得效果较好的化学反应, 就需要解决许多问题, 比如高炉中的化学反应模型并不是独立的, 而是会受到高炉内部许多因素的影响, 比如物质密度、温度、速率等方面, 而我们如果控制好, 就可以反过来影响这些因素。并且我们为了让高炉模型收敛, 就需要认识到不同反应是在哪种情况下放生的。

当内部温度低于848℃后, Fe3O4会被内部的氢气或者一氧化碳分解还原为铁;当内部高于848℃后, 就会经过变化为Fe O的过程。当Fe O在冶炼过程中的还原几率小于1的时候, 就会进行界面反应;反之, 就会进行二界面反应。

1.4 高炉过程的多相流关系

在近几年, 我国高炉炼铁在测量方式、技术等方面得到了巨大的概述, 所以需要构建多相态的数学模型才可以更加有效地了解到高炉内部的情况。由于内部流动现象复杂多变, 一般人们会分成软熔带、回旋区与死区来代表不同区域的变化, 让高炉的变化过程容易理解起来。然而在冶炼过程中的一些变化就会引起整个过程的结果变化, 所以需要进行整体的多相流分析。一般炼铁分成了四种相态, 固态、液态、粉态与气态。而根据四种相态要根据边界条件来合理约束闭合模型, 把握好各个相态之间的耦合关系, 进而顺利地实现的化学反应, 为高炉模型的仿真打下稳固的基础。

1.5 相态间的动量传递

高炉内部, 焦炭与矿石运送到高炉内不, 会形成交替的层结构, 而气流通过填料床内部, 会受到不同方向的曳力。高炉内部的矿石与焦炭形成的颗粒大小不同, 因此产生的曳力也不同。而在高炉下不, 残渣液体会随着温度升高而落下, 这样上升的煤气流会与残渣液体出现明显的耦合作用, 产生了液态与气态的动量交换。

2 高炉模型的仿真过程

当气体从鼓风口进来之后, 气体会受到高炉内软熔带的影响而移至高炉内部中轴线的方向, 导致中部出现了气流背离炉壁的现象。而受到炉内倾斜的状态与气体中较大的固体颗粒会导致孔隙度增大, 让中轴线地方的气流较强。 (如图3)

如图4所示, 炉内三个界面的各个反应率不同, 随着内部固体的下降, 逐渐会吸收到来自高炉气体的温度, 会与还原性的气体相接触, 接着产生了还原反应。

当固体从顶部进入到炉内, 随着高炉内部的半径逐渐增加, 因而固体的速度也会慢下来。在靠近高炉的出口处, 逐渐会增加速度。由于冶炼的高炉内部与死区表面会有相互作用力, 因此在出口处, 固体的方向会指向出口。图5表示为程序循环的100次、200次与500次, 即最终稳态固体的速度矢量的结构[4]。我们在实际测量速度的时候会采用TDMA的方式, 而数据从边界会传递到内部, 这导致顶端的速度变化程度较为剧烈。

由于固体在向下运动的时候会不断吸收气体中的热量, 所以会导致温度升高, 产生一系列化学物理变化。由于我们在参数设置方面会与实际设置有一些差别, 因此对于更精确的数值还需要给模型框架更准确的初值才可以计算出来。

3 结束语

该文通过计算流体力学的理论来分析高炉炼铁过程, 通过质量、动量、能量过程分析, 考虑到实际高炉内部产生的物理与化学变化, 对高炉炼铁过程建模仿真框架构建。这种方法能够成功地预测出高炉炼铁内部的化学反应状况与运动过程, 并研究出一些操作变量对整个高炉情况的影响, 能够客观科学地反映出实际工作情况, 对我国高炉自动化实现打下了良好的基础。

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