力学模式

力学模式（共12篇）

力学模式 篇1

摘要：本文基于量子力学教师难教与学生难学的现状, 在教学中进行了教学模式改革的一点尝试, 收到了较好的教学效果, 并总结了自己的一点心得体会, 希望对受到量子力学教学方法和学习方法困扰的同行和同学们有所帮助。

关键词：量子力学,教学模式,教学理念

《量子力学》课程是物理及相关专业的专业基础课，由于量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，与之前同学们学过的经典物理学在规律及描述方法上有很大区别，因此教学过程中同学们普遍反映学习量子力学比其他任何物理课程都费劲。本人结合在教学中的实践与探索，总结了一点教学模式方面的尝试和体会。

一、督促预习与授课并重

预习是学好量子力学的重要一环，课前对将要讲授的内容进行提前自我学习，了解其梗概，做到心中有数，以便于听课的时候有的放矢，重点听预习中没有读懂的部分，并找出理解的部分与老师讲解的差异，最终纠正理解偏差达到正确理解。预习是独立学习的尝试，有助于提高学生学习能力和养成自学的习惯，所以它不但对于学习量子力学很重要，而且对于学生学习其他课程甚至是培养学生的终身学习的能力都很重要。因此，量子力学教师要给学生讲解预习对学好量子力学的重要性，并在教学中督促和检查学生预习的效果。检查可以通过课前十分钟随即找部分学生回答预习的内容及询问预习中碰到的问题，并督促预习不积极的同学。如果学生的预习效果不好或根本就没有预习，这将不会对教学效果有促进作用。

教学中，可仍坚持以传统的讲授为主的教学方法，辅以多媒体教学，二者各有利弊，可以互相补充。不可否认，传统教学有其自身的优点，在课堂教学中，老师在讲台上的“表演”吸引学生的注意力，教师的身体语言、面部表情、手势、眼神都是与学生进行思想交流的行之有效的方式[1]。通过讲授方式把所讲内容的主体部分交代清楚，然后运用多媒体手段播放与课程内容相关的一些实验及理论模拟图片，使讲课内容更加形象生动，有助于学生的接受理解和激发学生学习兴趣[1]。

二、难点讨论与实践

在讲到难于理解的概念和规律的时候，可以看时间安排小组讨论课，先是各小组内讨论，再是小组间辩论，最后老师再汇总各小组讨论及辩论的观点进行评述和纠正。例如，同学们对描述微观粒子的波函数的讨论，有的同学就误认为是有全部的粒子组成了波函数，有的还认为是经典物理学里的波。这个问题的讨论与解决引起同学们激烈的争论。且不说各种理解的正确与否，至少说明了学生开始自主思考问题了，这就激发了学生的求知欲望。从而，最终可以很大程度地激发学生对一些不易理解的概念和量子原理进行深入理解，直至最后充分理解这些内容。在这个过程中学生不仅体验了获取知识成功后的喜悦，同时培养了学生动脑思考的习惯和科研合作精神[1]。小组讨论的理论基础是“研讨型教学”，它引入科学研究的基本要素培养学生获取知识和创造知识的能力更强调学生科学素养的养成，以及个性和能力的发展对于培育大学生的创新精神和实践能力[2]。

由于量子力学是描述微观粒子的运动规律的物理学学科，好多概念与理论非常抽象，要想深入理解这些内容，需要在熟知课本基本知识的基础上，通过习题的演练，加深自己理解的程度。老师布置一些由简到繁、由浅到深有代表性的习题作为作业。这样在实践与应用的基础上就可以更好地掌握量子力学的基本原理与解决问题的办法。

三、突出概念，淡化数学

量子力学是以基本概念为基础结合复杂数学计算的学科，其中用到的数学包含高等数学和数理方法等方面的数学基础。有些章节的数学推导非常复杂，完全是数理方法相关的内容。因此可以对数学推导只讲解基本的解决问题的思想方法，而不具体演算。也就是说以基本概念的讲解为主, 要求学生掌握波动力学、矩阵力学的基本概念和基本计算以及简单的近似计算方法。这样可以突出教学中概念的理解，使学生抓住课程重点。因此, 教学中应以基本概念的讲解为主, 以学生掌握并理解基本概念为目的来组织教学[3]。

四、以学生为主体的教学理念的某些尝试

在教学过程中，教师不能一味地自己在讲台上讲解，要走下讲台到学生中间去，让学生自己参与到教学活动之中去。要改变这种单纯由教师讲授的“一言堂”教学模式，采用和谐交际式的“多言堂”[4]。除了上面提到的小组讨论教学过程，还可以尝试让学生讲一些比较浅显的内容。量子力学的章节不全是苦涩难懂的原理，有的内容学生通过预习完全可以理解掌握，因此可以尝试让学生通过预习对某些章节上台讲解，再由其他同学对其讲的内容进行补充或纠正，讲错的不要怕，最后老师再总结评点和澄清正确的理论。

五、结束语

学生是学习的主体，教学中我们一定要变学生被动学习为主动学习。量子力学是许多现代理论物理研究的基础课程，是学生在今后进行相关科学研究用得比较广泛的物理课程学科。因此，教师在教学过程中要深入研究教学方法，进行更合理有效的教学尝试，逐渐提高自己的业务能力，从而进一步提高教学效果与质量，达到培养具有扎实理论基础、较强实践能力和创新能力的高素质人才。

参考文献

[1]陈高, 孔梅, 苟丽丹, 朱瑞晗, 薛玲玲.量子力学课程教学模式的探究[J].吉林广播电视大学学报.2010 (7) :54

[2]王强, 郝利丽, 韩春杰, 李贤丽, 白永强.量子力学“研讨型教学”研究[J].科技信息.2010 (29) :26

[3]量子力学教学中的数学问题[J].新疆石油教育学院学报.2004 (3) :85

[4]张丽霞, 康伟.电气自动化专业英语教学的思考与尝试[J].中国电力教育.2010 (28) :202-203

力学模式 篇2

目的:肝移植患者术后常需短期机械通气辅助支持,对比分析不同机械通气方式对肝移植术后患者血流动力学及氧动力学指标的影响。

方法:选择2006-01/12于解放军第四五八医院行背驮式肝移植的患者11例,患者对实验及治疗方案均知情同意,且得到医院伦理道德委员会批准。经漂浮导管、桡动脉导管进行持续心输出量、肺动脉压及动脉血压监测。随机交替使用容量控制通气和同步间歇指令通气加压力支持通气,观察两种通气模式下血流动力学指标及氧动力学指标的变化。

结果:11例患者全部进入结果分析。同步间歇指令通气加压力支持通气模式下患者的气道停顿压明显低于容量控制通气模式(P<0.05),两组通气模式下患者其他血流动力学指标及氧动力学指标差异并无显著性意义(P>0.05)。

结论:同步间歇指令通气加压力支持通气模式可作为肝移植术后患者呼吸支持和脱机过渡较为理想的通气模式。

力学模式 篇3

第一、如何对物体进行受力分析。

1.明确研究对象，并把特从周围的环境中隔离出来

分析物体的受力，首先要选准研究对象，并把它隔离出来。根据解题的需要，研究对象可以是质点、结点、单个物体或多个物体组成系统。

2.按顺序分析物体所受的力

一般按照重力、弹力、摩擦力的顺序分析较好。“重力一定有，弹力看四周，摩擦分动静，方向要判准。”弹力和摩擦力都是接触力，环绕研究对象一周，看研究对象与其他物体有几个接触面（点），每个接触面对研究对象可能有两个接触力，应根据弹力和摩擦力的产生条件逐一分析。

3.只分析根据性质命名的力

只分析根据性质命名的力，如重力、弹力、摩擦力，不分析根据效果命名的力，如下滑力、动力、阻力等。

4.只分析研究对象收到的力，不分析研究对象对其他物体所施的力

研究物体A的受力时，只分析“甲对A”、“乙对A”、“丙对A”……的力，不分析“A对甲”、“A对乙”、“A对丙”……的力，也不要把作用在其他物体上的力，错误的认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。

5.没分析一个力，都应能找出施力物体

这种方法是防止“多力”的有效措施之一。我们在分析物体的受理力时，只强调物体受到的作用力，但并不意味着实力物体不存在，找不出施力物体的力不存在的。

6.分析物体受力时，还要考虑物体所处的状态

分析物体受力时，要注意物体所处的状态，物体所处的状态不同，其受力情况一般也不同。如：放在水平传送带上的物体随传送带一起传动时，若传送带加速运动，物体受到的摩擦力向前；若传送带减速运动，物体受到的摩擦力向后；若传送带匀速运动，物体不受摩擦力作用。

第二、力学部分常用的分析方法：整体法和隔离法。

整體法是从局部到全局的思维过程，是系统论中的整体原理在力学中的应用。它的优点是：通过整体法分析物理问题，可以弄清系统的整体受力情况，从整体上揭示事物的本质和变化规律，从而避开了中间环节的繁琐推算，能够灵活地解决问题。通常在分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力（外力），不考虑整体内部之间的相互作用力（内力）时，用整体法。

隔离法就是把要分析的物体从相关的物体体系中隔离出来，作为研究对象，只分析该研究对象以外的物体对该对象的作用力，不考虑研究对象对其他物体的作用力。它的优点是：容易看清单个物体的受力情况，问题处理起来比较方便、简单，便于理解。在分析系统内各物体(或一个物体的各个部分)间的相互作用时用隔离法。

整体法和隔离法是力学部分常用的分析方法。可以先隔离再整体，也可以先整体再部分隔离。这就是整体法与隔离法的综合应用。

其实一般情况下，针对不同的运动状态我们可以选择不同的分析方法，一般可以分为以下三种情况：

（1）系统处于平衡状态。整体都处于静止状态或一起匀速运动时，或者系统内一部分处于静止状态，另一部分匀速运动。以上这些情况，整体都平衡，整体内每个物体所受合力为零，整体所受合力也为零。这样，根据整体的平衡条件，就可以确定整体或某一个物体的受力特点。

（2）系统处于不平衡状态且无相对运动。由于系统内物体间没有相对运动，即整体内每个物体都具有相同的速度和加速度，这时整体所受的合力提供整体运动的加速度。这种情况利用整体法，更容易把握整体的受力情况和整体的运动特点。

（3）系统内部分平衡部分不平衡。这种情况由于系统内物体的运动状态不同，物体间有相对运动，通常习惯用隔离法。若系统内两个物体一个处于平衡，另一个处于不平衡状态时，也可以利用整体法来分析，有时会使问题简化易于理解。当然，这种情况整体所受合力不为零，整体所受合力就等于不平衡物体所受的合力，用来提供不平衡物体的加速度。

综上所述，在分析物体的受力问题时，能掌握物体的受力分析方法和步骤，并灵活运用整体法和隔离法应对不同的问题是解决物理受力分析问题的关键。这不但能在教学过程中有意识地培养学生知道物体的多种运动状态，增强整体法的思维意识，也能帮助学生能够更加全面地理解力和运动的相互关系，是帮助学生思维能力的提升的好方法。

浅谈工程力学教学模式实践 篇4

一、科学教学模式

科学的教学模式,是对传统教学的否定式继承,即取其精华,去其糟粕,并利用现代科学手段对工程力学教学方法进行丰富和发展。由于学生在学习能力、知识基础和情意特征等方面存在着个体差异,因此教师在教学中不能用同一目标来衡量学生,而要根据学生的差异因材施教。同时,科学的教学过程,要遵循认知规律。使得教学在总体上应呈现由易到难、由低到高的递进性原则。授课时,简单明了的知识点可以一带而过,疑难重点部分要着重讲解。因此教师在教学设计、教案撰写上,要分清主次,要做到由表及里、由浅入深,循序渐进,层次分明。

由于工程力学的解题方法、问题研究都具有很强的技巧性和实用性。因此,在教学过程中,教师的“教”要与学生的“学”相辅相成,使得教师和学生获得共同提高。教师应引导学生,善于思考、乐于发言,并提出与教师不同的见解,若能沿着他们的思维去想、去做,可以一题多解或引出新的观点,否则会扼杀学生的积极性。

二、几种科学教学模式

科学的就是符合实际要求的,我们对工程力学的教学,不必拘泥于形式,充分利用各种信息和手段,形成科学的教学模式和教学方法。

1兴趣教学

一门课程的学习兴趣如何,对能否学好这门课程起到非常重要的作用。

教师在讲课讲时要精心准备。例如,在教工程力学绪论时,首先可以利用多媒体课件,介绍力学学科中所蕴涵的丰富的人文知识和人文精神,如介绍力学学科发展中优秀的中外科学家献身真理的感人事迹,以激发学生产生崇高的正义感与社会责任感;介绍力学学科与当前现代化建设中各行各业密切相关的知识和实例,以激发学生献身于造福人类与社会的热情(而且这种教育要贯穿整个力学教学环节)。其次要针对学生对学习力学课的一些恐惧心理,从学生的实际情况出发,结合专业特点,用简单直观的实际例子来阐述力学问题,一方面让学生对将来解决实际问题充满期待,一方面让学生了解理解力学知识并不如想象中那么难。当然也要告诉学生学习任何一门科学知识都是要花时间花精力循序渐进的。在整个教学过程中,要注意营造一种平等、和谐、宽容的课堂气氛,要鼓励学生勇于质疑,大胆发表意见。教师的学识、教态、教法及为人,会在学生心里留下深刻而持久的印象,也直接影响着学生的学习兴趣。

2启发式教学

作为教师,“教”是不可缺少的,但尤其应致力于“导”,在整个教学中强调通过教师的主导作用去充分发挥学生的主体作用。在专题探究型课程的实施过程中,教师要成为学生学习探究的支持者、引导者。引导学生观察和发现问题,鼓励学生尝试解决问题;为学生的探究发现铺路搭桥,促进学生亲历发现的过程;引导学生记录探究过程以及得出的结论;引导学生进行讨论和交流。要达到这个目的教师必须不断的学习,提高自身素质,掌握基本概念、基本原理、基本方法,并能够深入了解各个概念的来源,各种理论和方法的背景及研究发展过程。另外还要对学生所在专业的课程设置要清楚,对学生的学习程度要了解,只有这样才能做到给学生的知识点难度适中,使学生有兴趣参与讨论。

在课堂教学中基本内容的讲解要具有启发性,例题的讲解要具有引导性,重点在于分析其方法及思路,同时还要注意一题多解,引导学生去分析当已知条件改变时,例题求解的异同。例如在材料力学中讲组合变形时,课本上只讲拉伸(压缩)与弯曲的组合变形、弯曲与扭转的组合变形,但实际工作中零件的组合变形不只这两种,如钻头工作时的变形是扭转和压缩变形,怎样在这个知识点能学会举一反三分析其它的组合变形,教师要将组合变形的分析思路、方法讲清楚,并要求学生分析其它的组合变形,教师给予讲评从而调动学生的积极思考,反过来加深对这个知识点的理解。

3多媒体教学

工程力学课讲授中应用计算机技术是必需的教学手段,已成为大家的共识。多媒体教学可以使学生把学习的计算机知识应用到力学中,提高学生技能,激活学生的钻研精神和创新意识。具有传统教学模式无法比拟的优势。

首先,在不能实现现场讲课的情况下,我们利用多媒体将工程结构、机构及有关机器设备展现在学生面前,增加感性认识,使学生将课程与工程背景联系起来,从而能更好地培养学生解决工程实际问题的能力,弥补由于各方面原因学生实习、实践不足的现象。其次,将可交互式的CAI多媒体教学软件及自作课件运用于课堂教学,可极大减少繁琐的计算时间。使学生将主要精力用于理解、应用上,教师也有更多的时间实施启发和答疑。再者,多媒体课件在实施过程中可进可退,速度可快可慢,完全由教师灵活掌握,有利于讲授的连贯性和逻辑性的发挥,大大增强了课程的吸引力。

4合作式教学

在合作式教学中,可以对学生进行分组,即每个小组采用自愿组合的形式,组织3—6人,开展课程某个方面的研究活动。小组中的每个成员有独立的任务,既有分工,又有协作,各展所长,优势互补。他们每个成员既可以质疑,又可以释疑。同时,可以采用个人研究与全班集体讨论相结合,学生围绕同一个专题,各自搜集资料、开展探究活动,分别取得结论或形成观点。再通过全班集体讨论或辩论,分享初步的成果。由此推动同学们在各自原有基础上深化研究,之后或进入第二轮探究,或就此完成各自的报告。

三、教学实例

科学的教学需要大家不断的实践。例如,在工程力学的教学中,笔者在分析了拉(压)杆横截面上的应力,并完成低碳钢和铸铁的拉伸压缩实验后,笔者问是否有同学愿意在下次课走上讲台为同学们讲课?有一位同学选择了上台来为其他同学讲解拉(压)杆斜截面上的应力分布,并对拉压破坏实验进行分析这部分。因此,该同学仔细温习了前面的有关内容,并提前预习了后面的一些章节,同时主动去搜集相关资料,通过该生个人的认真思考以及与同学的广泛交流和讨论,该生非常从容地走上了讲台。从随后该同学半个小时的讲课和同学们的反映来看,该生对问题的把握非常准确,对实验现象的分析也比较深入。这样,对讲课学生是一个提高和促进,另一方面对其他的同学也是一种激励。通过这种教学方式,科学的不拘一格,能够启发学生的思维、激发学生的学习兴趣,对教师和学生都是有利的。

结束语

教学是一个复杂的过程,不可能有一种固定的模式,要因材施教,因人施教,教师应各显神通向着一个共同的目标前进。工程力学是一门专业技术课程,授课、学习难度比较大,希望通过以上的论述能够给大家提供一些教学上的参考,共同做好工程力学课的教学。

摘要：科学的教学模式，取传统教学之精华，去传统教学之糟粕，并利用现代信息技术来丰富工程力学的教学手段，开发新的教学模式。

关键词：科学教学模式,兴趣教学,启发教学,多媒体

参考文献

力学模式 篇5

工程力学

第一章 刚体静力学基础

刚体静力学以刚体为研究对象。所谓刚体，是受力时不变形的物体。刚体静力学的任务是研究物体的受力分析、力系的等效替换和各种力系的平衡条件及其应用。刚体静力学在工程中有广泛的应用，同时其它力学分支的基础。

本章介绍刚体静力学理论的基础知识，包括力和力矩的概念，静力学公理和任意力系的简化方法。

1.1 力和力矩

●

力及其投影

力是物体间相互的机械作用，这种作用使物体的运动状态发生改变(外效应)，或者使物体变形(内效应)。对刚体而言，只需要考虑力的外效应。

力对物体的作用效果取决于力的大小、方向和作用点这三个要素。因此，力是一种定位矢量。通常用用粗斜体字母来标记力矢量，如F，对应的细斜字母F表示力的大小。在图中通常用有向线段来表示力，箭头表示力的方向，线段的起点或终点为力的作用点，力的单位是牛顿(N)或千牛顿(kN)。

作用于物体上的一组力称为力系。作用在刚体上的一力系，如能用另一力系来代替，而对刚体产生同样的作用，则这两个力系互为等效力系。一个力和一个力系等效，则该力是力系的合力，力系中各力是其合力的分力。

力依据其作用形式，可分为体积力、表面力和集中力。体积力和表面力连续作用于物体的某一体积上或面积内，也称为分布力。例如，物体的重力是体积力，浸在水中的物体受的静水压力是表面力。而集中力作用于物体一点。实际上，一切真实力都是表面力，集中力只是分布力在一定条件下的理想化模型。

图1–1 力沿直角坐标轴的投影与分解

图1–2 二次投影法

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力在轴上的投影定义为F与该轴基矢量的标量积。设坐标系Oxyz的各坐标轴的基矢量分别为i、j和k，则力F在各轴上的投影可表示为

FxFiFcosFxFjFcosFxFkFcos

(1–1)其中、和是力F与各坐标轴的正向夹角，如图1–1所示。显然，力在轴上的投影是代数量。

如已知力在各轴上的投影，则可将力沿直角坐标轴分解

FFxiFyjFzk

(1–2)如图1–2所示，计算力在直角坐标轴上的投影，也可以使用二次投影法。

FxFxycosFsincosFyFxysinFsinsinFzFcos

(1–3)其中，FxyFxiFyj为力F在Oxy平面上的投影。

例1–1：已知力F大小为80kN，试计算它 在坐标轴上的投影。

解：AB34822289

FxFODAB25.4KNFyFDBAB67.8KN

图1–3 例1–1图 FzFAOAB33.9KN●

力对点之矩

力矩用来量度力使物体产生转动的效应。依据力使物体产生绕点的转动和绕轴的转动，力矩可分为力对点之矩和力对轴的矩。

力对点之矩，定义为O点到F作用点A的矢径r与F的矢量积，即

MO(F)rF

(1–4)其中，O点称为矩心。MO(F)是一个定位矢量，习惯上总是将它的起点画在矩心O处，如图1–4。MO(F)垂直于r和F所确定的平面，指向由右手定则确定，其大小为

MO(F)rFFh

(1–5)式中，h为O到F的距离，也称为力臂。

为计算力F对O点矩，以O为原点建立直角坐标系Oxyz。力F沿直角坐标轴的分解为FFxiFyjFzk，力F作用点的位置矢量rxiyjzk，于是

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图1–4 力对点之矩

图1–5 力对轴之矩

iMOjyFykzFz(F)rFxFx

(1–6)

(yFzzFy)i(zFxxFz)j(xFyyFx)k●

力对轴之矩

Fxy如图1–5，设z轴垂直于Oxy平面，垂足是O，力F在Oxy平面内的分量为，O到Fxy的距离为d。则力对轴之矩，定义为乘积dFxy，并贯以适当的符Mz(F)dFxy号，即

(1–7)轴z称为矩轴；Mz(F)的符号按右手定则确定：即用右手弯曲的四指表示力使物体绕z轴的转动方向，当拇指指向与z轴正向相同时，取正号；反之为负。或者从z轴的正端回头看，如Fxy使物体绕轴z作逆时针转动，则Mz(F)为正；反之为负。

由定义可知，若力F和矩轴z平行(Fxy0)或力的作用线通过矩轴(h0)，即F和轴z共面，则力对轴的矩为零。

考虑Fxy对O之矩MO(Fxy)，根据力对点之矩的定义

MO(Fxy)OAFxydFxyk(xFyyFx)k

z注意到Mz(F)MO(Fxy)，且MO(Fxy)沿z轴正向时，对应M(Fxy)kxFyyFx

(F)为正，反之亦然。由此得到Mz(F)的计算公式

OMz(F)M

(1–8a)3 模具设计工程师认证培训教材

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图1–6平面力系

1–7平面上力对点之矩

同法可求得力F对x轴和y之矩

Mx(F)yFzzFy

(1–8b)My(F)zFxxFz

(1–8c)

(1–9)由式(1–6)及(1–8)，得

MO(F)Mx(F)iMy(F)jMz(F)k式(1–9)即力矩关系定理：力对轴之矩等于力对轴上任意点之矩形在轴上的投影。

若力系中各力都位于同一平面，则该力系为平面力系，如图1–6。显然，平面力系中各力对力系平面内任意点之矩均垂直于该平面，因此可将平面上力对点之矩简化为代数量。如图1–6，在平面上建立坐标系xoy，力F位于xoy平面内，其作用点坐标为A(x,y)。定义xoy平面上力对点之矩

Mo(F)MO(F)kxFyyFx

(1–10)在右手系下，z轴垂直于xoy平面向外，因此，若Mo(F)为正，则力使物体作逆时针转动；反之，力使物体作顺时针转动。

根据力矩关系定理，平面上力对点的矩，也可理解为力对轴的矩，该轴过矩心且垂直于力和矩心所确定的平面。

例1–2：如图1–8，力F沿边长为a、b和c 的长方体的一棱边作用。试计算F对于O点之矩和对长方体对角线OC之矩。

解：在图示坐标系，FFk，作用点位置矢量rODaick，力F对O点之矩

MO(F)rODFaFj

222对角线OC的单位矢量

nOC(aibjck)abc

图1–8 例1–2图

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因此，力F对OC之矩为

MOC(F)MOnOcFababc222

1.2 静力学公理

静力学公理概括了力的基本性质，其正确性已由实践所证实，是刚体静力学的基础。

●

公理一 二力平衡公理

作用于刚体上的两个力，使刚体保持平衡的充分和必要条件是：这两个力大小相等、方向相反、且在同一直线上(或者说，这两个等值、反向、共线)。

图1–9 如图1–9，对只在两点各受一个集中力而平衡的刚体，工程上称为二力构件或二力杆。根据公理一，二力杆所受两力必沿作用点的连线。

公理一只适用于刚体。对于变形体，公理一给出的平衡条件并不充分。例如，柔绳受两个等值、反向、共线的拉力作用可以平衡，而受到两个等值、反向、共线的压力则显然不能平衡。●

公理二

加减平衡力系公理

在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，新力系与原力系对刚体的作用效果相同。

图1–10 力的可传性

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公理二是研究力系等效替换的理论基础。一个重要的推论是力的可传性：作用在刚体上的任何一个力，可以沿其作用线移动作用点而不改变该力对刚体的作用。例如，力沿作用线移动，并不会改变力对任意点或任意轴之矩。因此，作用于刚体上的力的三要素是：力的大小、方向和作用线位置。

图1–10表示了力的可传性的证明思路，其中F2F1F。显然，公理二及其推论也都只适用于刚体而不适用于变形体。对于变形体，力将产生内效应，当力沿作用线移动时，将改变它的内效应。●

公理三

力的平行四边形公理

作用在物体上同一点的两个力，可以合成一个力。合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向，由这两个力为邻边的平行四边形的对角线确定。

图1–11 力的平行四边形公理

图1–12 三力汇交定理

如图1–11，物体上A点作用着两个力F1和F2，其合力FR也作用于点A，表示为

FRF1F

2(1–11)公理三对刚体和变形体都是适用的。运用公理三和力的可传性，可导出仅适用于刚体的同平面三力平衡时的汇交定理：当刚体受同平面内三个力作用而平衡时，此三力的作用线必然交汇于同一点。简称三力汇交定理。

图1–12是三力不平行时三力汇交定理的证明思路。当三力平行时，可认为其作用线相交于无穷远。●

公理四

作用和反作用公理

任何两个间相互作用的一对力总是大小相等，作用线相同，而指向相反，同时并分别作用在这两个物体上。这两个力互为作用力和反作用力。

公理四概括了物体间相互作用力之间的关系，对刚体和变形体都是适用的，是一个普适原理。通常也称该公理为牛顿第三定律。●

公理五

刚化公理

当变形体在已知力系作用下处于平衡时，如果把变形后的变形体视为刚体(刚化)，则平衡状态保持不变。

对变形体刚化，一定要在变形体达到平衡后才能进行。如图1–13，柔绳在等值、反向、共线的两个拉力作用下处于平衡，此时可将柔绳刚化，则平衡状 6 模具设计工程师认证培训教材

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态保持不变。若拉力改成压力，则柔绳不 能平衡，就不能将其刚化。

公理五表明，变形体的平衡条件包括了刚体的平衡条件。因此，可以把任何已处于平衡的变形体看成是刚体，而对它应用刚体静力学的全部理论。这就是公理五的意义所在。

图1–13 刚化公理

1.3 力偶及其性质

●

力偶

作用在刚体上等值、反向而不共线的两个力，称为力偶。如图1–14，驾驶员用双手转动方向盘，钳工用丝锥攻螺纹，都是都是力偶作用于被转动物体的例子。力偶的作用效果是改变刚体的转动状态，或引起变形体的弯曲或扭转。

图1–14 力偶实例

由力F和FF所构成的力偶记为(F,F)。力偶中两个力的作用线所确定的平面称为力偶的作用面，二力作用线之间的距离d称为力偶臂，乘积Fd称为力偶矩。力偶本身不能平衡，且两力投影之和为零，也不存在合力。因此，力偶和力一样，是力学中的一种基本力系。●

力偶矩矢量

从实际经验知道，力偶(F,F)使物体转动的效果与力偶三要素有关，即，力偶矩Fd、力偶作用面的方位和力偶使物体转动的方向。

F和F力偶三要素可通过力偶矩矢量来完整表述。如图1–15，对任意点O，上任意两点A和B的矢径分别为rA和rB，自B至A引矢量径r，则力偶对点O之矩的大小和方向由下式确定

rAFrBFrAFrBF(rArB)FrF

(1–12)上式表明：力偶对任意点之矩恒等于rF，而与矩心位置无关。

定义矢径rF为力偶(F,F)的力偶矩矢量，表示为MrF。M的大小等于力偶矩Fd，力偶作用面垂直于M，M的指向表达了力偶的转向：逆着M 7 模具设计工程师认证培训教材

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图1–15 力偶矩矢量

图1–16 力偶作用面平移 矢量回头看，力偶使物体逆时针转动。

可以证明，在保持力偶矩不变的条件下，力偶具有如下性质： 1.力偶在作用面内任意移动不会改变对同一刚体的作用效果； 2.力偶作用面在空间平行移动不会该变它对同一刚体的作用效果，如图1–16所示；

3.两个力偶可以合成为一个力偶，合力偶矩矢量M等于原两力偶矩矢量M1和M2的矢量和，即力偶矩矢量服从平行四边形定律

MM1M(1–13)上述性质表明，即力偶矩矢量是自由矢量。进一步可知道，作用在同一刚体上两力偶的等效条件是其力偶矩矢量相等。●

平面力偶

若力偶系中各力偶的作用面相同或平行，则称为平面力偶系。将平面力偶系所在平面取为Oxy平面，且z轴垂直于平面向外。平面力偶系中各力偶矩矢量均平行于z轴，因此可将其简化成代数量：逆着z轴看回去，对逆时针力偶，规定其力偶矩为Fd；反之，力偶矩为Fd。图1–15中是常用的平面力偶的各种表示方法。

图1–17平面力偶及其表示方法

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对平面力偶，其等效条件是其力偶矩的代数值相等。

平面力偶系的合成由空间力偶系的矢量运算退化成代数运算，合力偶的力偶矩M等于各分力偶的力偶矩Mi的代数和，即

nMi1Mi

(1–14)例1–3：如图1–18，刚体ABCDO的ABC面 和ACD面上分别作用有力偶M1和M2。如已知M1M2M0，刚体各部分尺寸示于图中，试求作用与刚体上的合力偶。

解：力偶M1作用面的外法线矢量r1为

r1rCArCB(3di2djdk)(3di)3d(j2k)2

图1–18 例1–3图

13同法可得力偶M2作用面的外法线矢量r2

2r2d(2i2j)

将r1和r2归一化后得到单位矢量n1和n2

n1r1r1(j2k)5n2r2r2(2i3j)13由此得到

M1M0n1M0(j2k)MM1M5M2M0n2M0(2i3j)

进而求得合力偶的力偶矩矢量为

2M0(0.555i1.279j0.899k)

1.4 力系的简化

所谓力系的简化，即为寻求一个已知力系的更简单的等效力系。研究力系的简化，不仅可以导出力系平衡条件的普遍形式，而且也为动力学和变形体力学的研究创造条件。●

力线平移定理

从公理二可知，力是滑动矢量，但若将其作用线位置平行移动，则会改变它对刚体的作用效果。

如图1–19(a)，力F作用于刚体上点A，为了把它平移到刚体上的任意点O且不改变它对刚体的作用效果，可在点O加上一对与力F等值且平行的力F与F。由于F与F构成平衡力系，根据公理二，图1–19(b)所示力系与原力F等效。如果将F看作F平移到点O的力，则F与F构成一个附加力偶，其力偶矩矢量M等于力F对O点之矩rF，如图1–19(c)所示。

由此得到力线平移定理：欲使作用于刚体上的力平移到刚体(或其延伸部分)上指定点而不改变该力对刚体的作用效果，只需附加一个力偶，该力偶的矩等 9 模具设计工程师认证培训教材

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图1–19 力的平移

于原力对指定点之矩。●

力系向一点的简化

现利用力线平移定理来研究力系向一点的简化。

如图1–20(a)，刚体受空间任意力系F1,F2,Fn的作用。对刚体上任意指定点O，将力系中各力Fi平移到点O，并依据力线平移定理加上相应的附加力偶Mi，如图1–20(b)。由此得到一作用于点O的空间共点力系F1,F2,Fn和n个附加力偶组成的力偶系，它们与原力系等效。点O称为简化中心。

对共点力系F1,F2,Fn，可逐次应用力的平行四边形公理求出其合力FR，FR的大小和方向由原力系中各力的矢量和确定

nniiFRFF

(1–15)

i1i1附加力偶系也可合成为一个力偶，合力偶矩MO等于原力系中各力对O点矩之和

nnMOi1Mii1MO(Fi)

(1–16)

图1–20 力系向一点的简化

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如图1–17(c)，定义FR为力系的主矢，MO为力系对简化中心的主矩。由此可知：空间任意力系可简化为作用在简化中心的一个力和一个力偶，对应的力矢量和力偶矩矢量分别称为力系的主矢和对简化中心的主矩。显然，主矢与简化中心位置无关，是自由矢量；主矩通常随简化中心位置的变化而变化，是定位矢量。若力系主矢为零矢量，则主矩与简化中心位置无关。

由以上的简化过程不难看出，当两个力系的主矢和对同一点的主矩相同时，两力系等效。

例1–4：图1–21结构受力如图，已知F1水平，F2 竖直，两者大小均为600N，且受到力偶矩为400Nm的力偶M作用。l1m，点A与点O的距离为b0.5m。试求此力系向点A的简化结果，以及对点O的力矩之和。

解：以点A为原点建立Axy坐标系，将F1和F2向点A简化，得到主矢FR和主矩MA为

FF1F2600(ij)N

MA(F1l13F2lM)k0

力系对点O之矩MO

MOMMO(F1)Ml3O(F2)F1lkF2(b)k400k300k Nm

图1–21 例1–4图

●

简化结果分析

空间任意力系向任一点O简化，得到主矢FR和主矩MO以后，还可根据不同情形，进一步简化到最简单力系。现分别予以讨论。

(1)FR0，MO0。原力系是一个平衡力系，将在第三章中详细讨论。(2)FR0，MO0。原力系简化为一力偶，其力偶矩等于力系对点O的主矩，且该主矩不因简化中心位置的不同而改变。

图1–22力系有合力

图1–23 力系简化成力螺旋

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(3)FR0，MO0。原力系简化为一合力，其作用线过简化中心O，大小、M0方向由力系的主矢FR确定。

(4)FR0，MO0，且FRO。原力系有合力。

MO如图1–22，逆着MO看回去，将FR右移至点O1得FR，若OO1点简化，则主矩MO0，根据(3)，力系的合力FRFR，则FR产生的附加力偶矩与MO大小相等，方向相反。因此，若将原力系直接向O11过O1。

MO反之，若将力系的合力从O1平移到点O，则附加力偶MO(FR)n，由主矩的定义可知MOi1MO(Fi)n，因而有

OMO(FR)i1M(Fi)

(1–17a)投影到任意轴x上，可得

nMx(FR)Mi1x(Fi)

(1–17b)式(1–17)即为合力矩定理：对有合力的力系，合力对任一点(或轴)之矩，等于力系中各力对同一点(或轴)的矩之和。

(5)FR0，MO0，且FRMO0。原力系可简化为力螺旋。

如图1–22，将MO沿FR和垂直于FR分解为M和M。根据(4)，可将FR和，从而将原力系简化成一个力FR和一个沿力作用线的的力偶M，即力螺旋。若力和力偶方向一致，为由力螺旋，反之，为左力螺旋。同力偶一样，力螺旋也是一个最简单的力系，它是空间任意力系简化的最一般形式。

例1–5：如图1–24(a)，铆 接薄板在孔心A、B和C三处分别受力作用。已知各力的大小P1100N，P250N，P3200N。图中尺寸单位是。试求力系向点A的简化结果以及力系的合力。

解：这是一个平面力系，图1–24 例1–5图 力系向平面内任意一点简化，主矢与主矩都垂直。因此，平面力系在主矢不为零时一定存在合力。

以点A为原点建立Axy坐标系，将力系向A点简化，主矢FR和主矩MA为

FRP1P2P3200i150j N MA6P2300k Ncm

在平面力系的简化中，主矩通常采用平面上力对点的形式，即 cmM合成为一个作用线过O1的力FR 12 模具设计工程师认证培训教材

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由于主矢不等于零，所以这个力系可合成一个力。合力R的大小和方向由主矢FR确定，R作用线距点A的距离p MA6P2300 NcmpMAFR1.2cm

在主矢FR右侧，如图1–24(b)。

因为MA0，所以从上向下看，合力R●

平行力系的中心 重心

作用线相互平行的力系称为平行力系。如图1–20，设平行力系F1,F2,Fn，作用线的单位矢量为e，Fi的作用点对原点O的位置矢径为ri。力系中各力可表示为

FiFie式(1–25)中，Fie

(1–18)Fie为力Fi在e上的投影。若Fi和

图1–25平行力系 同向，则Fi为Fi的大小；反之，则Fi为Fi大小之相反数。

平行力系的主矢FR和对O点的主矩MO分别为

nniFRMFi1n(Fi)ei1nni

(1–19)Oi1MO(Fi)ri1(Fie)(Firi)ei1由式(1–19)可知，主矩MO垂直于力系主矢FR。根据力系简化理论，平行力系在主矢不为零时一定存在合力。

平行力系合力作用点C称为平行力系的中心。设其位置矢径为rC，根据合力矩定理

nnn(Firi)erC(Fi)e(Fi)rCei1i1i(1–20)式(1–20)左侧是力系对点O的主矩，右侧是合力对点O之矩。立刻可得

nniirCFri1F

(1–21a)

ii1对应的分量形式为

nniiniFxxCi1nFyCi1ni1yizCiFzii1ni

(1–21b)

Fi1iFFi1i其中，xi、yi和zi是力Fi作用点坐标。

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图1–26 例1–6图

例1–6：如图1–26(a)，xoy平面内的平行分布载荷作用在x轴的区间[a b]上，单位长度上的载荷大小，即载荷集度，为q(x)。试求该力系的合力。

解：如图1–26(a)，在x处取长为dx的的微段，其上力的大小为

dFq(x)dx

故力系合力FR的大小为

FRQ b aq(x)dx

(1–22a)设合力作用点C位于xC处，以O为矩心，根据合力矩定理

Qxc b b aq(x)xdx

因此

xc aq(x)xdx b aq(x)dx

(1–22b)图1–26也称为载荷图。式(1–22)的几何含义是：平面分布载荷的合力的大小等于载荷图的面积，合力作用线通过载荷图的几何中心。因此，对图1–26(b)所示的均布载荷，合力大小为Qql，作用在图形中心；对图1–26(b)所示的三角形分布载荷，合力大小为Q0.5ql，作用在距三角形长边的l3处。

如果物体的尺寸相对地球很小，则地球附近物体上所受重力可近似成平行力系，此平行力系中心就是物体的重心。对均质物体，重心位置只与物体形状有关，又称为物体的形心，其公式为

xCVVixiyCVViyizCiVVizi

(1–23a)

i其中Vi和VV分别是微元及物体的体积，x、y和z是微元的位置。如果ii物体为等厚均质板，则重心只与面积分布有关

xCSixiSyCSiyiS

(1–23b)则对非均匀物体，其重心位置直接按式(1–21)计算。

一些常见的简单形体的重心可参阅图1–27。

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图1–27 简单形体重心表

例1–7：求z形截面中心的位置，其尺寸如图1–28所示。

解：建立坐标系如图1–28所示。将该图分割为面积为S1、S2和S3的三个矩 15 模具设计工程师认证培训教材

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形，以C1、C2和C3表示这些矩形的重心，其 坐标分别为x1、y1，x2、y2，x3、y3。由图形得到

x115mmx25mmx315mmy145mmy230mmy35mmS1400mmS2400mmS3300mm

由此得到该截面重心的坐标xCxCyCS1x1S2x2S3x3S1S2S3S1y1S2y2S3y3S1S2S32mm、yC为

27mm若在物体或薄板内切去一部分，则这类物体的重心，仍然可利用式(1–23)来计算，只是切去部分的面积或体积应取负值。

力学模式 篇6

【摘要】计算结构力学是在结构力学基础上为研究生开设的一门重要基础课程, 将为一系列后续课程的学习打下重要基础。本文从建立立体式课程教学体系、创新教学内容、创新教学方法、以科研促进教学等措施方面进行了教学改革尝试。

【关键词】研究生教学;教学改革;高等教育

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】1001-4128(2009)10-0061-03

根据培养跨世纪人才的需要,高校的课程教学必须同时代的发展与科技的进步相适应,在内容、体系及观念上有所更新和突破[1-2]。目前,研究生课堂教学面临着众多的困难与挑战。从1999年持续至今的研究生扩招的背景下,研究生的招生规模和人数成倍增长,这给研究生的课堂教学提出了更严峻的考验。研究生教学所处的困境,以及由此所带来的研究生教学中存在的问题,一方面受传统研究生办学模式的影响,另一方面也由研究生教育发展过程中产生的诸多问题所致。改善研究生课堂教学是提高研究生培养质量的必然,也体现出研究生教学改革的紧迫性[3-4]。计算结构力学属于一门用于工程结构计算的技术基础课,是联系基础理论和专业知识的桥梁,在有关工程专业中占有重要地位。课程的这一性质决定了它具有理论性与实践性的特点,其教学不应只注重理论,偏离实践,而应二者兼顾。传统的计算结构力学课程有失偏颇,只侧重基本理论及其解题方法、技巧,比较忽视基本理论在工程实际中的应用,因而存在不完整性和缺乏先进性的问题,不利于学生能力的培养和提高,也不符合现代教育的要求。为此,根据当前形势发展的需要, 为了提高教学效果、教学水平,加快该课程的改革和建设步伐, 我们从2005年开始着手改革计算结构力学课程,借鉴了相关力学课程的改革经验,积极探索新方式,在计算结构力学的教学体系完善、教学模式、师资队伍建设等都尝试一些创新的方法,并取得了较好的效果。

1紧密结合专业建设,建设立体式课程教学体系

工程技术系统日趋增加的复杂性,更需要多学科的技术支撑,为此建立协调完善、融会贯通的课程体系十分必要。我们根据结构力学,计算数学,计算机应用学科在计算结构力学主要环节的内容交叉情况,从加强基础的角度,设置课程模块并进行程序设计,较好的促进了学科内容的相互融合渗透,知识结构系统完整,模块化教学循序渐进,建立了一个完整协调的立体化课程教学新体系[5]。计算结构力学立体化教学系统主要由三个模块组成,包括传统的纸质课本教材,一个教学系统和一个学习系统(见图1),它们分别对应的是客体,环境和主体三个教学要素。教学系统主要是教师授课时使用的多媒体教学课件模块,学习系统主要是用于学生课后复习以及网上提交作业的课件模块。三个模块之间协同作用,互相补充,共同完成教学任务,其中,纸质教材采用自主编写的面向船舶与海洋工程专业研究生教学的新教材。教学系统和学习系统又可相应分为几个子系统,各子系统包括若干功能模块,见图2。该课程体系还较好的体现了学科内容与交叉。近几年的教学实践表明,这一新的教学体系不仅精炼了教学内容,更可通过系统知识的模块化程序设计充分激发学生的主动进取精神和创新意识。极大的提高了学生的实践能力和计算机应用能力。

2创新教学内容,反映国际前沿学术动态

面对科学技术的飞速发展,现有的教学内容要不断更新,才能紧跟时代的前进步伐,使我们所传授的知识具有新鲜性。因此为了在教学中引进反映与计算结构力学相关领域的科技成果的新内容、新理论和新技术,提高教学内容的起点,我们在计算结构力学整个授课过程中开设两次反映当前与该领域相关的最新学术进展的科技讲座。讲座的内容是根据相关领域的国内、国际权威会议上的最新交流成果摘集而成。这些讲座不仅给学生开阔了视野,而且对其今后的研究方向也有着重要的影响,对培养高水平、高素质的人才有重要意义。

3创新教学方法、教学模式,提高对学生综合能力的培养

在体系改革的同时,教学方法的改革也要跟上去,这两者是相辅相成的。教为主导,学为主体是教学的原则与规律,但教师教什么,让学生学什么却必须认真研究。我们在计算结构力学课程的教学过程中本着使学生获得必要的知识的基础上,更注重使学生获得汲取知识的能力,发现问题、解决问题的能力以及独立思维和自我判断的能力的培养,因此我们在教学方法、教学模式上作了以下创新尝试:

3.1注重教师的主导作用,培养学生科学的思维方法

在讲课过程中注意围绕重点、难点精讲多练,对讲授内容注重讲概念,讲思路,讲方法,讲关键。例如在讲解平面问题和空间问题的有限元法中给学生理清有限元方法解决问题的基本思路,即结构离散化、形成结构刚度矩阵、计算等效节点荷载、列方程、解方程这一条主线。使学生在学习本课程的其他内容时,清楚这些内容具体是为了解决上述那一部分问题,从而培养学生科学的思维方法,系统的学习方法。

3.2引用多媒体、数值仿真实验室的动态教学方法,提高学生的理论联系实际能力

为了使学生适应新的需求,在不影响基本理论学习的情况下,更新计算手段,引用多媒体教学之后,可以适当延伸一些课程内容,通过直观、动态的多媒体课件,使学生有着很好的感性认识,之后具体讲解这些过程是应用了那些基本原理、基本方法得到的,调动同学的学习热情。此外,在结构运动学和动力学部分、结构的非线性部分、结构稳定性问题、断裂力学问题、流固耦合问题等章节中根据理论联系实际的原则,分别采用典型工程结构问题建立了数值仿真实验室系统,该系统主要包括典型薄板弯曲变形数值仿真、船舶结构强度分析数值仿真、冲击荷载作用下船舶动响应仿真、波浪荷载作用下海洋平台动响应仿真。

3.3采用双语教学模式,锻炼学生的外语使用能力

以教材内容为依据,制作适用于双语教学的多媒体课件。在实际授课过程中,设置模拟环境,按照一定的方式来进行的一种互动式授课及实训,使学生在亲自参与的过程中,提高对专业知识理解,并锻炼学生对语言的恰当使用的能力。这种互动式授课可以增强学生灵活运用英语的能力, 同时也加深了对专业知识的理解和感悟。

3.4建设网络教学系统,加强教师和学生信息交流

网络教学由于覆盖面广,可以实现更大范围的信息资源共享。因此,为了迎合现代教育观念的先进的教学和学习方式、增强学生与学生之间,教师与学生之间的协作交流,我们建设了计算结构力学教学网站。该网站以沟通、交流为宗旨,设有教学区和学习区。计算结构力学网站的建立极大的激发了同学对该课程的学习热情,根据反馈信息,采用网络这一新颖的辅助教学措施,不仅可以促进学生之间的协作交流,使学生对学习的内容会理解得更深刻,学习思路更开阔,而且可以使教师通过学习者提出的问题和要求中产生一些新的教学思路,并反馈到教学设计当中。

4结束语

学生在校期间获取一定量的知识是非常重要的,知识是一个人素质的一部份。但教师不应只满足于教学生会做几道题,尤其对于研究生而言,更应注重教学生学会学习,学会科学的思维。素质教育应着眼于学生的主动性,独立性,创造性的发展与提高。在研究生阶段,教师应多给学生提供参与活动,表现自我的机会,使学生在成功的体验中不断进取、开拓、创新,同时提高学生的自我意识,自身调控能力,鼓励学生大胆创新,求异思维,标新立异。以上是四年来对我们对计算结构力学课程进行改革的一些尝试。提供一些看法和做法与同行们交流探讨,以不断推动教学改革,完善计算结构力学研究生教学。

参考文献

1张爱华,高等教学质量观及高教改革论 [J]. 辽宁师专学报,2004(4):111-112.

2姚秋杰,关于高教改革的若干思考[J].北华大学学报,2004(2):2-5.

3张林,杨心德.浅析当前研究生教学存在的问题与对策[J]. 科技信息,2008(4):17-18.

4陶玉萍,纪军, 研究生教学模式探究[J]. 高层次人才培养技术与创新管理, 2007(3):64-66.

地裂缝对结构破坏的力学模式研究 篇7

地裂缝是一种特殊的地质灾害, 广泛分布在世界各地, 自20世纪中期开始在我国很多城市出现, 已经成为一种区域性的城市地质灾害, 严重威胁着城市各类建筑物的安全, 所到之处造成房屋开裂、道路变形、切断管道、机器停转、桥梁错位, 已经造成了巨大的财产损失。为了减轻地裂缝对建筑物的进一步破坏, 多年来广大专家、学者和科技工作者对地裂缝的形成机理、活动特征、空间展布、发展趋势、减灾途经及对策等进行了大量的研究, 并取得了一批重要的研究成果[1,2,3,4,5,6,7,8]。

在地裂缝对结构破坏及防治措施的研究中, 地裂缝对结构破坏的力学模式研究是基础, 也是在地裂缝带上修建建筑物采取结构措施的理论依据, 因而有着非常重要的意义。本文结合地裂缝对建筑物的破坏特征, 对地裂缝对结构破坏的力学模式进行了系统的研究。本研究为后续专门针对地裂缝对建筑物破坏的防治措施研究打下良好的基础。

1 地裂缝引起的建筑物的破坏特征

通过对遭受地裂缝破坏的地裂缝带上建筑物的大量实地调查, 发现地裂缝由于其自身的活动特性, 对建筑物的破坏主要是通过地基作用于基础, 再传给上部建筑, 并最终使得建筑物遭到破坏。地裂缝引起建筑物破坏的特征如下:

1.1 地裂缝垂直错动时的建筑物破坏特征

地裂缝的垂直错动使得位于下降盘的建筑物随着地基及基础一起变形, 地裂缝两侧地基的差异沉降导致建筑物发生不均匀沉降, 在墙体上产生斜裂缝, 如图1所示, 这种裂缝往往倾向下降盘, 缝宽较为均匀, 或者呈现上宽下窄的态势, 是一种最常见的裂缝类型。

1.2 伴有水平拉张的地裂缝垂直错动下建筑物的破坏特征

地裂缝在垂直错断的同时伴有水平拉张运动, 这种运动方式在墙体上产生的斜裂缝在水平方向也发生了一定程度的拉张, 因而使得裂缝的宽度相对单纯的剪切裂缝要宽的多, 如图2所示。

这种伴有水平运动的地裂缝的垂直错断, 往往对建物的破坏性更大, 特别是在结构复杂、应力集中的转角及门窗处, 破坏尤为严重, 最终甚至导致整个建筑物的报废, 应该引起特别重视。

2 地裂缝对建筑物破坏的力学模型

从以上地裂缝对建筑物破坏的特征上看, 建筑物从外部形态上主要表现出为水平张开、垂直错动和前后错动, 在各别受力复杂部位还出现了拉张、错动和扭转的综合。这些破坏特征, 主要是拉应力、剪应力和扭矩对建筑物的作用引起的建筑物的破坏而造成的。

2.1 地裂缝垂直错动时对建筑物破坏的力学模型

坐落在地裂缝影响带上的建筑物, 原本有地基支撑。但是在地裂缝活动的影响下, 由于地裂缝的活动造成了建筑物局部地基发生松动甚至有脱空的现象。支撑形式的改变, 引起建筑物整体受力性能发生改变, 原本整体与地基接触的建筑物变成类似悬臂结构, 建筑物与地基接触形式的改变导致了建筑物上产生了附加变形, 进而引起附加应力。若地裂缝仅产生了垂直运动, 根据建筑物与地裂缝的相交方式不同, 地裂缝对建筑物破坏的力学模型如图3所示。

2.2 地裂缝垂直错动的同时伴有水平张拉时对建筑物破坏的力学模型

地裂缝的上下盘在垂直错动的同时, 如果伴有水平张拉运动, 建筑物除了产生附加的垂直应力及平面内和平面外的弯矩外, 还将产生平行于建筑物轴向的拉力, 正是由于水平拉力的存在导致了建筑物水平方向的拉裂, 如果建筑物材料抗剪强度较小, 就会导致建筑物沿水平方向被剪断, 加速了建筑物的破坏。根据地裂缝与建筑物的相交位置不同, 其力学模型如图4所示。

3 建筑物在地裂缝活动下产生裂缝破坏的原因

由以上地裂缝对建筑物破坏的力学模型分析可以看出, 建筑物在地裂缝运动下产生裂缝破坏的原因不但跟建筑物材料和结构形式有关, 而且跟地裂缝的运动方式有关。

在地裂缝活动下, 首先引起支撑建筑物的地基发生了松动, 引起了地基的局部下沉, 从而改变了建筑物的支撑条件, 在地裂缝经过的地方, 建筑物上产生了力矩Mx。在Mx的作用下, 建筑物上产生了拉应力。

一般情况下, 作为墙体的脆性材料, 抗拉强度不高, 所以在墙体上产生了有拉应力引起的拉张裂缝。而土体本身也不是完全的匀质体, 同时地裂缝的活动量也不可能完全相同, 再加上地裂缝与建筑物的不同相交形式, 有可能除了Mx外, 还产生了与Mx垂直的My。

但一般来说, Mx大于My, 且y方向的抗弯刚度大于x方向的抗弯刚度, 所以建筑物首先产生的是由Mx引起的张拉裂缝, 但如果My足够大, 也会在y方向上产生裂缝, 导致墙体前后错开。

另一方面, 建筑物在自身重力的作用下, 产生剪应力。当张拉裂缝出现后, 位于下降盘的部分建筑物跟随地基一起发生了沉降, 表现为建筑物在裂缝两边出现了错断。如果地裂缝的垂直运动同时伴随着水平扭转, 则地裂缝作用在建筑物的内力将更加复杂, 不但有拉、压、弯, 同时还伴有扭转。

综上所述, 跨地裂缝的建筑物在双向弯矩 (即弯矩和扭矩) 、剪力和拉力的共同作用下发生了破坏, 出现了裂缝。这几种力基本上是同时出现的, 但是大小却有所不同, 一般来说, 弯矩 (Mx) 大于扭矩 (My) , 所以在建筑物上墙面裂缝宽度一般要大于裂缝的前后错断;剪力是随着地基发生不均匀沉降的出现而出现的。

Mx、My、V、F的大小与地裂缝和建筑物相交的位置、建筑物自身的重量有关, 但裂缝的出现和裂缝的大小和形式, 还跟建筑物本身的抗弯刚度、抗扭刚度、材料本身的强度及地基的不均匀沉降量的大小有关。所以导致裂缝出现的形式和大小的因素事多方面的。

4 结论

通过对有地裂缝引起结构破坏的现场调查、分析, 并通过建立力学模型, 我们可以得到以下结论:

(1) 由于地裂缝的活动, 导致地基和基础的接触形式的改变, 从而引起结构内力的改变;

(2) 地裂缝活动最终会导致结构产生不均匀的沉降;

(3) 在地裂缝活动时, 弯矩、扭矩、拉力和剪力是同时产生的;

(4) 结构的不均匀沉降程度和地裂缝与建筑物的相对位置决定了弯矩、扭矩的大小, 而建筑物两个方向的抗弯刚度和材料的强度又共同决定了导致建筑物破坏的裂缝的大小和类型;

(5) 在地裂缝影响范围内修建建筑物的时候, 在适当增大建筑物抗弯强度的同时还要增强抗扭的强度和刚度, 并采用合适结构形式。

参考文献

[1]门玉明, 张解红, 刘洪佳, 等.西安地铁隧道穿越地裂缝带的计算模型探讨[J].地球科学与环境学报, 2011, 33 (1) :95-100.

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[8]武强, 陈佩佩.地裂缝灾害研究现状与展望[J].中国地质灾害与防治学报, 2003, 14 (1) :22-27.

[9]长安大学.西安市城市快速轨道交通二号线穿过地裂缝带的结构措施专题研究[R].西安:长安大学, 2007.

材料力学课题式教学模式探讨 篇8

关键词：材料力学,课题式教学,教学内容,教学方法,考试考核

《材料力学》是普通高校许多工程专业的重要技术基础课程,一方面为专业课的学习奠定必要的力学基础,另一方面使学生初步拥有运用力学知识解决工程实际问题的能力。随着高等教育改革的不断深化,高等教育已由精英教育向大众化教育转变,高校学生人数越来越多,学生的基础普遍有所下降,各力学课程的课时也越来越少,而同时现代工程技术对力学的要求却越来越高。在这种新的形势下,现有《材料力学》教学模式的弊端越来越明显,主要表现为以下几个方面:1)教学内容方面。现有的课程教学内容过分强调力学作为单个学科的系统性和完整性,造成了课程内部与课程之间存在许多不必要的重复以及与后续课程脱节严重的现象,而随着新兴学科、新兴专业的不断出现,这一矛盾越来越突出。同时现有的教学内容与工程实际脱节严重,过于强调理论知识和解题技巧的训练,忽视了实际问题的力学模型抽象化过程。2)教学方法与手段方面。传统的以“教室、教师、教材”为中心的灌输式教学方法在中国教育史上延续了半个世纪之久,这种教学模式只能使学生被动的去学习,不能有效地调动学生学习力学课程的兴趣和积极性,严重地压抑了学生个性的发展,不利于学生素质的提高与创造思维的形成。3)考试考核体系方面。现有的期末一次性考试定成绩的考试模式功利化太重:重结果,轻过程;重分数,轻能力。容易造成学生考前突击、死记硬背,甚至考试作弊等不良行为的发生,使学生的时间和精力都花在了记忆上、做习题上,而不是对知识的理解、运用能力的提高上。同时也严重制约了学风、考风建设,不利于学生良好品质的形成。

1 国内《材料力学》教学改革研究现状

1)在教材体系、教学内容及教学方法改革方面文献[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11]进行了很多研究和尝试,却普遍没有明确的教学指导思想在教材体系、教学内容的改革方面,片面强调了课程内容的整合删减,注重课程内部和课程之间的连贯和协调,忽视了课程内容与现代科技发展和工程实际的紧密结合,只是简单引入工程实例,没有体现力学来源于工程实际,服务于工程实际的本质。在教学方法改革方面提出了改变现行的灌输式教学方法,采用启发式、探讨式、研究式、问题式等教学方法,同时充分发挥多媒体教学的优势,提高学生的学习兴趣,但是这些方法大多运用于课堂教学上,而且偏重于理论知识的传授。因此需要采取一些措施,比如布置一些与学生专业相关的科研小课题,培养学生分析解决究了如何使学生摆脱应试教育的束缚,把素质教育、能力培养融入考试这一教学环节,但是,由于考试考核制度改革是一个庞杂的系统工程,上至校主管领导下至教学一线的教师,都必须积极参与其中才可能将这项制度的改革开展深入,目前真正能将这些理论运用于具体的教学实践并取得显著效果的却是很少。

2《材料力学》课题式教学模式

1)教学内容的课题化。为了适应从精英型人才培养模式向应用型人才培养模式的转变,需要进一步研究材料力学与专业课程、工程实践的密切关系,克服目前偏重理论的学科化倾向,将理论的学习统一到解决工程实际问题上来。重新整合教学内容及结构,将教学内容分解为基本变形、组合变形和试验操作三大模块,每个模块再进一步分解为多个子课题,每个子课题都要围绕一个工程实际问题而展开,其中应着重于力学模型的抽象,淡化理论推导中的数学技巧,重视力学概念、理论的提出及适用条件,重点培养学生分析问题、解决问题的能力。2)教学方法与手段的课题化。开展课题式教学,在教学内容安排上针对课程内容设计出一个个的学习单元———课题,每个课题围绕着一个具有启发性的工程实际问题而展开,学生以3人~5人为一个小组通过合作讨论来分析问题、收集资料、确定方案步骤,直至解决问题。3)将课题研究、论文撰写及答辩纳入考试考核体系。实行目标教学法和多样化考核方式,彻底改变过去只通过期末考试成绩决定学生课程成绩,重理论轻实践,重考分轻能力的应试教育考试制度建立工科力学课程综合素质能力考核和学习效果评价体系。采用基础理论测验、课题研究、撰写论文与答辩多种形式相结合的考核办法,引导学生掌握良好的学习方法,减少学习的功利性,调动学生学习的主观能动性,从根本上改变应试教育长期制约学风、考风建设的状况,促进学生良好品质的养成。

3 课题式教学模式的优点

1)课题式教学是将学习、设计、研究贯穿于课程教学始终的一种教学方法,它打破了旧模式下的满堂灌,学生在教师指导下开展学习、研究、讨论和设计,把教、学、做三者有机地结合在一起。它重方法传授、重能力培养、重学生主体作用和学习主动性的发挥。2)通过参加课题研究,使学生认识到材料力学在工程实际中所起的重要作用,以激发学生学习力学课程的积极性,做到有针对性地培养学生运用所学的力学理论和方法,分析和解决工程实际问题的能力,并拓展到相关专业领域内与力学紧密联系的工程实际问题。同时,拓宽学生的工程知识面,增强学生的社会竞争力,有利于应用型人才教育目标的实现。3)新的考试考核方法的实施将解除学生闭卷考试的思想压力,避免学生考前突击死记硬背、考时抄袭等不良行为的发生,使其把精力放在掌握本学科分析解决问题的思维训练及能力培养上,提高对所学知识的理解、运用能力,从而使考试真正成为进一步深化学习的重要教学环节,不再被学生视为沉重的负担。

力学模式 篇9

一、“问题教学模式”的由来

问题教学模式是由美国提出的应用于医学界的教学模式, 由我国引入, 首先应用于医学界, 问题教学模式 (problem based learning) 简写为PBL, 是以实际问题为牵引, 用科学的方法发现问题, 寻找信息和知识的空白点, 达到加强自学、相互协作、解决问题的目的, 是一个综合的、动态的、不断拓展的过程[1]。工程力学课程以工程实际问题为牵引, 提高学生学习兴趣, 从而培养其分析问题和解决问题的能力。

二、“问题教学模式”的实施

(一) “问题教学模式”课前动员

“问题教学模式”对学生来说是一种崭新的模式, 为了使学员对该模式有充分的理解, 提高其参与意识, 在开课前对学生进行了充分的动员, 让学生了解通过该课程的学习可以解决实际的工程问题, 学习过程不再是被动的学习, 课后做一些基本的习题, 而是学习完一部分内容后要能够解决一些工程问题, 这些工程问题的解决是靠学生独自完成后进行答辩, 老师和学生也进行了充分的讨论, 让学员谈谈他们的看法和想法, 老师对学生的问题进行了解答, 这次教学模式的改革不是某些课堂内容的改变, 是整个教学模式的改变, 充分体现学生为主体、老师为主导, 课程学习完后就可以对一些工程问题进行解决, 分析问题和解决问题的能力会得到提升;学员经动员后兴趣极高, 对课程充满了期待。动员完毕后, 让学员填写了课前调查表, 对学员的计算机应用能力、担任职务、相关课程的学习情况等信息进行初步了解, 为学员的分组做好准备。

(二) “问题教学模式”实施———问题布置

上课前, 首先对学生进行分组, 该班级学生共计15名, 分为3组, 每组5人, 每组任命一名组长, 为什么5人一组呢?这里借鉴了美国的研究成果, 经实践证明5人一组研讨效率和学习效果最好, 这里直接应用, 根据课前调查情况, 分组时将会用计算机软件的学生分散开, 尽量使每组情况相当。“问题式教学模式”的核心就是以问题为牵引, 提高学生学习兴趣。所以, 在开始上课时就提出工程问题, 由老师对问题进行简单剖析, 分析问题出现的原因可能有哪些, 解决该问题需要学习哪些知识, 让学生课下查阅资料, 以小组为单位进行讨论, 老师指定上交大作业时间和答辩时间, 在指定时间内必须完成大作业。问题的设置分为课程总问题和每一部分的分问题, 课程总问题全班是同一个问题, 分问题是每小组一个问题, 各小组问题均不一样, 通过抓阄的形式来确定每小组的问题, 对于每个问题老师给出问题背景, 提出问题及任务要求, 对问题进行剖析, 给出参考资料。教与学的关系是一桶水与一碗水的关系, 教给学生“一碗水”, 教师在知识的深度、广度方面应有“一桶水”[2], 要求教师在课下也要做足功课。

(三) “问题教学模式”实施———组织答辩

每学习完一部分内容, 按时间节点对该部分内容的分问题进行组织答辩, 为了让每一个学生都认真准备, 采用答辩前随机抓阄的形式进行, 被抓到的学生到讲台上进行讲解和答辩, 答辩的成绩作为该组5名成员的成绩。答辩成绩分为问题分析思路正确性、PPT制作成绩、语言表达能力、质疑问题反应能力等, 评定成绩以组为单位为其他组打分, 该项目的最后成绩评定由老师根据最后上交的详细分析报告和现场情况, 结合各组的现场评定分数综合确定。各组学生都进行了认真准备, 讲授效果和课堂气氛很热烈, 其他组的成员对答辩人也提出了许多问题, 学生也进行了激烈的讨论。整个答辩过程是以学生为主体, 老师充当听众的角色。答辩完成后, 老师要对学生的答辩情况进行总结, 对讲得不正确和不清楚的进行纠正和补充, 将问题彻底解决, 经过这种方式, 使学生分析问题和解决问题的能力得到很大提升, 语言表达能力和心理素质也得到了锻炼。在对课程总问题进行答辩时, 学生已经能够利用所学理论对问题进行比较全面的分析, 将所学理论应用于实际工程中, 学以致用, 学生也明确了学习目标, 通过本课程的学习, 解决了实际问题, 自信心也得到了很大提高, 学习兴趣更浓了。

(四) “问题教学模式”实施———自学知识

为了进一步锻炼学生的自学能力, 老师精讲经典内容, 将一些比较容易的知识点下放给学生, 老师给每名学生布置一部分内容, 并对该内容提出所要讲清的问题和具体要求, 讲清楚哪些知识点, 让其课下自主学习, 自己独立制作课件, 有问题可以随时向老师请教, 在整个过程中老师仅起到了主持的作用, 整个授课过程学生是主体, 教师仅起到主导作用, 因为每名学生都有台上台下的角色转变, 通过这种模式, 使学生了解了老师的辛苦与不易, 为后续课程的学习起到了积极的作用。通过调查, 学生普遍反映通过这种方式学到的知识要比灌输式学到的多, 特别是自己在台上讲解的内容, 自己学习得更深刻, 因为自己看明白的东西要讲明白还需要一个台阶, 学生普遍反映该模式使自己的自学能力和应变能力都得到了不同程度的提高。

三、“问题教学模式”的课程考核

传统的教学模式考核办法是笔试占100%, 随着教学模式的改革, 考核模式也要进行相应的改革, 为了凸显分析问题和解决问题的能力, 各部分的研讨成绩所占比例大幅增加, 考核分数分配表为理论考核成绩占50%, 静力学研讨成绩、材料力学研讨成绩、运动学和动力学研讨成绩、各部分自学讲授成绩共占30%, 综合讨论研讨成绩占15%, 平时作业成绩占5%, 通过考核办法的改革, 研讨成绩所占比重较大, 每个小组一个题目, 小组成绩即为每个小组成员的成绩, 所以, 每个小组的成员之间需要相互协作、共同进步, 这样增强了学生的团队精神和集体荣誉感。

总之, 通过“问题教学模式”在力学教学中的应用, 使学生分析问题和解决问题的能力得到提高, 激发了学习兴趣, 由原来的被动接受知识变为现在的主动学习, 学习效率得到了很大提高。通过问卷调查发现, 与传统灌输式教学模式相比, 学生的学习兴趣提高了, 分析和解决问题的能力提高了, 学习的主动性提高了, 学习目标更加明确了, 心理素质提高了, 团队精神和集体荣誉感增强了, 取得了较好的学习效果, 为其他专业课提供了良好的借鉴。

参考文献

[1]Mezlnow J.Fostering critical reflection in aduithood.San Francisco:Jossery bass Publishers, 1990:4.

[2]张金池, 郭平凡, 林永方.PBL教学法在外科见习教学中的应用[J].福建医科大学学报 (社会科学版) , 2003, 4 (2) :20-21.

材料力学实验教学模式改革的探讨 篇10

关键词：材料力学,实验,教学,考核

材料力学实验是材料力学课程中一个重要的实践环节,在实验教学过程中要求学生动手操作,对实验数据进行分析整理,对材料力学中的一些基本理论和结论进行验证,同时可以起到培养学生观察、分析和解决问题的能力,养成独立思考、科学严谨的作风。由此可见,提高实验教学的质量是高校实施质量工程、培养创新人才的重要一环。

1 材料力学实验课的现状与问题

我院土木工程、工程管理、机械设计制造、测控技术和建筑学5个专业开设有材料力学实验课,其中大部分专业的材料力学实验课开设于第四学期即大二下学期,而这个时期是大学生由高中的被动式学习方式向大学的主动式学习方式进行转变的关键期,这个时期的学生最希望能根据自己的兴趣爱好独立自主地学习。但长期以来开设的实验项目全部是验证性实验,欠缺对学生创新能力的培养,不利于培养创新型高级工程应用人才。

目前,由于课程总学时的压缩,各专业开设的实验课占理论课的总学时不到10%,具体为机制、测控和建筑系专业为4个学时,工程管理专业为6个学时,土木工程专业为9个学时。开设了4~6个基础实验项目,其中机测项目3个,为基本力学性能实验(拉伸、压缩和扭转);电测实验项目1~3个,为材料弹性模量测定、梁纯弯曲下的正应力测定和弯扭组合变形下的正应力测定。

现行的实验教学依附于理论教学,首先教师讲解、演示实验内容,然后学生按步骤做实验、测数据,最后提交实验报告。该教学模式下,学生被动地接受,照抄式的进行操作,不能激发学习兴趣。另一方面由于学生的材料力学成绩主要由理论课成绩决定,使得很多学生做实验敷衍了事,违背了我们开设实验课程的目的,也使得教学质量难以保证。为此,必须探索新的实验教学模式,提高学生的动手能力和应用能力,同时对学生进行实验设计、实验方法和实验技能的培养和训练,切实提高实验教学效果。结合实验教学的特点以及笔者近年来在实验教学中的体会,提出材料力学实验教学模式的改革措施,希望能够通过教学实践来提高实验教学质量。

2 材料力学实验课改革的措施与实践

2.1 实验内容的改革

目前,随着电测技术的发展,电测应力分析技术已广泛地应用到各个工程领域中,应用电阻应变测量技术对结构构件进行应力分析,是解决结构强度问题的重要手段。这就需要我们在实验课程中增设粘贴电阻应变片和电阻应变片连接接桥的实验教学环节,让学生掌握电测法的实验技能,锻炼学生的动手能力,为后续的电测实验及进入研究生阶段深造打下良好的基础。

我们将实验分为基本力学实验和综合性力学实验两个层次。

2.1.1 基本力学实验—机测实验

基本型实验是为验证已经学习过的理论知识所设置的实验。学生根据《材料力学实验指导书》明确实验任务,了解实验过程及实验设备的使用;实验前,实验教师对实验所用仪器设备作介绍和演示,强调实验注意事项;学生按照指定的实验方案,参照仪器设备使用规程,独立完成实验操作。最终根据自己测定的数据写出实验报告和体会。在该层次的教学中实验教师发挥的作用比较大。

2.1.2 综合性力学实验—电测实验

综合实验是将电测实验的主要内容一一列出,学生可以选择2~3项自己感兴趣的实验项目进行操作。我院材料力学实验室配有材料力学纯弯梁及弯扭组合实验台8套,在这些实验台上可测定平面状态下的应力分布情况,而按照目前的教学大纲只开设了材料弹性模量测定和纯弯曲梁的正应力测定2个实验。这样,一方面学生的思维限制在这2个实验上,求知欲得不到充分满足;另一方面仪器设备使用率低,得不到充分利用。自选型实验即是针对上述情况提出的改革办法。在这种教学模式下,学生通过熟悉实验原理、掌握仪器操作后,可自由选择感兴趣的实验内容,在教师的指导下,根据构件的受力状态选定布片方案,粘贴应变片,测试、记录数据,比较实验结果,分析误差原因。实验过程中可以充分锻炼学生的动手能力,提高实验操作技能,实行自选型实验,仅凭教学大纲中规定的学时无法满足需要,学生可以利用自习时间完成。在原有的电测实验项目的基础上可选做悬臂梁实验、薄壁圆筒在压、扭作用下复合受力分析实验等。在该层次的实验教学中,学生成为了实验的组织者和实施者,学生根据选择的问题来确定解决方案,制定实验方案、实验方法和具体操作步骤,经实验教师审核后,就可进行实验操作。

2.2 教学手段的改革

对于实验教学手段来说,打破传统的教学模式,将实验教学手段多样化。借助校园网和多媒体教学这一辅助手段,在我们已经建立的材料力学精品课程教学平台中开设实验教学专栏,对于基本力学实验,我们将这些实验的基本原理、实验目的、实验步骤以及实验设备与量具的使用方法等做成多媒体课件放在课程网站中,实验问题由课堂中提出,问题要结合现场操作中出现的情况来提出。对于综合性实验,我们仅将仪器设备、实验目的要求发布到课程网站中,重点是让学生自行设计实验方案,查阅有关资料来完成,要求学生能根据自己设计的实验内容来提出问题并给出解答,实验前教师带领学生进行分组讨论,比较实验方案并通过实验来确定最优方案。

2.3 考核制度的改革

材料力学实验采取实验教学单独考核百分制评分,并在材料力学课程的最终成绩中占20%。其中每次实验成绩按照百分制来打分,分为准备部分、现场操作和实验考核3个环节。学生最终的实验课成绩为所有实验成绩的平均分。

(1)准备部分:成绩20分,其成绩评定对于根据学生提交的实验预习报告或者自己设计的实验方案;

(2)现场操作:成绩40分,根据现场实验情况评定成绩,对抄袭实验数据未取得指导教师签字者实验成绩按零分计;

(3)实验考核:成绩40分,根据学生原始数据处理结果及问题回答情况等评定成绩。

3 结束语

随着现代技术的发展,越来越需要高校培养出的学生不仅具有专业知识而且具有综合实践能力和创新能力,我们在有限的条件下对材料力学实验教学模式进行改革的目的也正是为了更好地适应社会需求,通过改革切实提高实验教学质量,锻炼学生综合实践能力,培养全面发展的高素质应用型人才。在材料力学实验教学改革实践中,只有通过不断改进实验课的内容和教学手段,真正调动起学生的积极性,才能激发出学生的兴趣,真正使学生自己动手操作。真正使高等教育面临的高分低能问题得到切实的改善还有很长的一段路要走,需要我们坚持不懈地努力和改革。

参考文献

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[4]刘萍华.材料力学实验教学的创新与探索[J].科技情报开发与经济,2009,21

力学模式 篇11

【关键字】高职院校；土木工程；力学；教学模式；实践性

一、土木工程教学模式的研究背景

全球经济发展进入一体化的趋势日益加快，工程建设的规模越来越大，导致我国对工程建设人才的需求与工程建设材料的需求日益提高。高等职业化学院对土木工程专业人才的培养越来越重视，现代土木工程教学的发展呈现出了多样化与多功能化的趋势，专业化的土木工程发展对学校培养土木工程人才提出了新的要求与标准，对职业化教育提出了高层次的要求。高职院校实践性的教学是改善专业化教学内容，提升土木工程职业化培养能力的一种综合发展能力，高职院校的土木工程力学教学模式的创新对提升学生的学习能力与土木工程的实际应用能力有着重要作用。

教学模式指的是一种教学方式的集合体，它是集合了教育思想与教学理论为一体的学习模式，教学模式是学习理论的教学实践过程，是开展教学活动的一种方案。基于现代化高职院校的教学模式，土木工程的力学教学模式仍然保持着较为传统的教学思路与观念。土木工程力学教学模式的创新是提升土木工程专业化培养能力与提升人才培养模式的关键环节。教学模式本身是教学手段与教学理论知识的具体化，也是直接面向与指导学生学习与实践的关键内容，具有一定的可操作性特点。在土木工程力学的教学理论与土木工程实践工作探索过程中，必须要掌握好具体的细节与关键部分，教师要均衡分析土木工程力学教学理论与教学思想，转变土木工程力学的教学意识，教师要控制与组织课程教学内容，遵循学生的学习主动性与主体价值性。

二、土木工程力学教学模式存在的基本问题及改革的基本思路

作为理论性比较强的学科，力学的讲授主要还停留在教师讲、学生听的层面上。尽管在力学教学中引入了新的教学手段——多媒体，也仅仅是将板书转换到大屏幕上。这样的教学方式，教师处于主导地位，有利于课堂的控制；然而学生在学习中，没有发挥主观能动性，一直处于被动状态。学生在学习过知识点后不能将力学知识与工程实践很好地联系在一起。这样的教学方式不符合我国高职高专教育重在培养应用型高端技能人才的目标。

随着我国信息化技术在工程项目建设中的应用，土木工程建设与土木工程的职业化教学必须要遵循这个规律，深化信息化的教学转型，提升信息化技术的应用能力。土木工程的力学教学过程中一般都会采用多媒体教学方式与信息化技术教学方式，以此来提升土木工程力学课程的实际应用能力，改善了土木工程多媒体的应用能力，帮助学生尽快的掌握了土木工程力学教学的相关内容与技巧，加强了学习组合与学习思想的传播。计算机辅助教学模式与计算机信息化土木工程建设方式帮助这些学习者提升了自我的土木工程实际应用能力，这就是现阶段的主要教学思想。

三、土木工程力学教学模式的改革方法

（一）以实用为目标、选择合理的教学内容

教学模式的改革是以人才培养目标的设定和教材内容体系的改革为前提的。高职高专的力学教材不应只是本科教材的压缩和浅化。对于高职高专的学生而言，学习力学的目的主要不是为了开展设计工作，而是将力学与工程实践相结合，解决工程实践中一些具体问题。这就需要一本以实用为主的教材。教材中重应用，抓基础，满足高职教学的理念，突出施工企业所需要的技能型人才所具备的职业能力。为了更好的开展力学教学，我院正在编写一本适用于土木工程方向高职高专的力学教学——《土木工程实用力学》。

（二）改革课堂教学方法、提高学生学习兴趣

传统的讲授法已经不再适用于现在的高职高专教学。在教学中，应以学生为中心，借以提高学生学习的积极性，培育学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新意识。

其一，教师要巧妙的设计课堂。初学者很难理解力学知识，如果仅仅是按照逻辑顺序讲解，学生会认为课堂很枯燥，出现厌学的情绪。教师首先从生活中寻找相关的力学知识，让学生在周围的事物中体会到工程力学，从生活中的事物转变成力学图示，让学生意识到力学就在身边，激发学生的兴趣，培育学生对于工程力学的概念。同时，教师也可搜集与力学相关的故事，在课堂上与学生分享，增强课堂的趣味性。

其二，注重培养工程意识，做好案例分析。在教学中，将实际工程的力学案例引入，让学生在学习知识的同时清楚的知道该知识点的工程作用，并且将工程中的算例引入到课堂教学，如便桥简算、脚手架强度校核等等。同时，大量收集古今内外与力学相关的工程事故，与学生共同分析出现事故的原因，让学生在分析中大胆发言，并且讨论避免事故的方法。通过事故中的惨痛教训让学生铭记力学在工程中的重要性，同时让学生认识到工程质量是工程的生命。

其三，运用启发式教学展开课堂讨论。教师要善于向学生引出问题，启发学生发现问题。被动型的人才已经不能滿足我国目前对于高技能型人才的要求。为了培养具有创新能力，在课堂中应当适时的进行课堂讨论。这里要求教师对教学内容要有深刻的认识，像抖包袱一样，将课堂内容精彩呈现，教师起到引导与总结的作用，鼓励学生大胆发言，各抒己见。甚至可以将力学知识与其他学科，比如哲学，进行结合，激发学生的创造性思维，打破思维定式，在学习知识的同时能够开拓思想的领域。

其四，在教学中运用多种教学手段。如今的力学教学已经引入多媒体，在运用多媒体教学时，应将力学中抽象的图示如支座、节点、桁架等的原型展示出来。还可以运用动画，让学生理解构件的变形、破坏等等过程，还可以让学生观看与力学有关的视频，让学生将晦涩的力学知识与多彩的现实世界结合在一起，并且可以让学生看到实际工程中力学的应用，这样更有利于教师引导学生课堂讨论。

（三）完善考核方法

力学教学的考核方法主要是以期末卷面为主。这样的考核方法过于片面。应将考核方式从两方面改革。其一，将期末考试改为阶段性考核，以对学生起到督促的作用；其二，将卷面为主的方式改为以实践创新能力考查的方式，以课题发言、讨论为依据，可组织课堂演讲、论文等等方式对学生进行评分。

（四）逐步建立开放性教学模式

开放性的教学方式指的是利用土木工程理论与实践教学的有效结合进行教学分析，要保证学生可以充分体会到实践性实验室教学与实践性可操作性教学的结合，要实现学生综合素质与技巧学习的可持续发展，学生要树立职业化的土木工程学习理念，要培养学生的工程建设意识，从土木工程的力学角度出发考虑现实问题，利用参观访问工程项目与实际工程交流的方法展开交流与学习，提升开放性学习的动力，保证高职院校学员的实际学习能力定位在一定的稳定状态。

四、结束语

力学模式 篇12

关键词：工程力学,实践应用,学习自主性

工程力学是机械等许多工科专业的主干课程,是学习机械设计和机械控制工程等后继课程及解决工程问题的重要基础.长期以来工程力学的教学改革侧重于课程内容和教学方法的研究,忽视课程的应用性及其与实践密切联系的特性,因而不能调动学生的学习积极性和培养学生的创新能力.为此教师应转变自己的教学角色,突破传统的教学模式,重视学习情境的创设,通过各种行之有效的方法调动学生的学习能动性和自主性,在教学手段和教学方法上做进一步提高.

1 转变教师角色

互联网和现代化多媒体技术的广泛应用,使教师的传统观念和现有的教学方法受到了极大的冲击.教师在人才培养过程中扮演的角色与新型人才培养的要求还有较大的差距.因此教师应该转变自己的角色,把单纯的知识传授者和道德教育者这种角色进行认识上的深化.突破传统的教学模式,取长补短,因材施教.注重激励学生自主学习,注重教学课程的设计和方法的创新,并在日常言行中给学生树立良好榜样.教师自身也要通过不断的学习提高科研水平,为社会做出更大的贡献[1].

2 教学内容改革

针对不同培养目标的需要,可制定多元化、目标明确和适应当前形势需要的工程力学大纲.根据大纲要求对教材内容进行必要的重组,以提高学生的学习效率.如在理论力学部分,许多基本概念与大学物理课程中的力学内容相重复,这会让学生认为理论力学不过是采用不同的数学方法描述与高中物理或大学物理中相同的内容,因此应该对其进行重组,力求简明扼要、重点突出.对与普通力学重复较多的质点力学和质点动力学,应该减掉重复介绍力学概念和力学基本定律的某些部分,并注意补充一些新的研究成果及介绍经典力学在现代科技中的应用,加强理论力学教材的现代化气息.对原有内容的整合精简有利于减少各门课程之间的重叠罗列现象,节约课时,提高效率,从而为开发学生的科学潜能,培养学生的创新能力提供更多的时间.

3 教学与实践相结合

在课堂讲解知识点的时候,要尽量与实践应用相结合,消除学生“所学知识将来用在什么地方”的疑惑.如讲解约束概念时,以教室的灯管为对象,指出灯管为非自由体,对它的位移起限制作用的物体有很多,但周围物体是绳子,因此绳子就是约束,绳子对灯管的作用力就是约束非自由体的作用力,称为约束力.如讲解“静定静不定问题”时以四足凳为例.凳子3条腿就能够保证平衡,第4条腿可以看作是“多余约束”,4条腿的凳子实际上就是静不定结构.如在介绍力系平衡的时候,可以创设趣味力学问题:有1个司机只身开车外出,在一段人烟稀少的路上,车轮陷进泥泞之中,车附近有1棵大树,司机身边还有1根绳子,司机如何摆脱困境(提示运用力的放大器原理).在整个分析求解过程中,如果学生兴致勃勃,教学效果不言而喻.还有一些例子,如在讲桁架结构内力计算时让学生观察施工的外围桁架,在讲述提高弯曲强度时,让学生考虑如何让起吊重量只有5t的吊车吊起10t的重物等问题[2].上述例子只是个别知识点的具体应用,还有很多其他应用不再一一赘述.学生在学习中了解了知识点的应用,摆脱了枯燥乏味的感觉,为以后运用所学知识为社会服务提供了指示作用.

4 引用现代化教学手段

教师可在已有的多媒体教学的基础上,针对不同的章节内容,运用多种先进的教学软件辅助教学,使学生更好地掌握知识.如一些复杂的运算以及动点的运动过程,剪力图和弯矩图的绘制等可以采用MATLAB软件.通过事先编好的程序向学生演示结果,激发学生自己动手编程的兴趣,培养学生正确建立复杂系统力学模型的能力和利用软件对系统运动学与动力学过程以及静力学系统平衡与受力进行分析的能力[3].目前一些高校已经开始用MATLAB软件为工程力学进行模拟计算和实验,可以借鉴这些先进成果进行转化应用.

5 激励学生的学习自主性

先进教育理念强调通过教育来培养学生的竞争、创新和自我意识,尊重学生的自主学习权利.因此应采取各种行之有效的方法提高课堂效率和学生的学习自主性.作者在近几年的教学中总结了如下几方面的措施:

(1)在课堂上采用开放式提问的方法,鼓励学生踊跃回答问题,可以把一些思考性的问题和作业题放在课堂上练习,缩短课后作业的时间.

(2)对每一大块的知识点做总结时尽量让学生参与讲解,避免教师“满堂灌”的情形.

(3)改变作业形式,如减少具体理论题的计算,避免题海战术,安排学生对所学内容作复习总结,上交复习时遗留的难点等作业,这样可以使教师随时了解学生掌握所学内容的情况,并在下一步教学中继续补充讲解该部分知识.

(4)在每个授课班级中设置几个学习小组,可以按课程划分小组,也可以按每一门课程的每一章内容划分小组,让学生自愿参加,当其他同学有问题的时候,可以随时向该问题的兴趣小组成员请教,从而节省了学习时间,避免了因教师没有及时答疑而影响后续知识学习的情形.

6 建立更合理的考核机制

目前我国许多高校仍然采用闭卷考试做为考核学生的基本手段,考查学生记忆能力的较多,考察学生运用知识和动手实践的能力较少,不利于发挥学生的想象力和创造力.因此,有必要对现行考试方法和考试内容加以改革.首先,在考试方法上,应实行阶段测试、日常表现和期末卷面考试综合的方法,这样有利于加强对学生平时学习的考核与督促,引导学生掌握良好的学习方法.其次,在考试内容上,除了以书本知识为主的测试题外,增加个别创新题或附加题.例如,给定受力结构,让学生为各构件选取材料及截面形状和尺寸,并对该结构存在的问题谈自己的看法,这样的考试可使学生思维更活跃,更容易激发学生的创新意识[4].

7 结束语

作者在近几届学生中综合运用了这几种措施,已经取得了明显的效果,学生普遍对工程力学这门课程的重要性有了新的认识,学习成绩有了明显的进步.大部分同学养成了主动学习的习惯,对其他课程的学习也起到了很好的促进作用.教学改革是一个长期和渐进的过程,需要学生和社会对其不断提出意见,也需要广大教师逐渐转变教育思想,更新教学观念,大胆探索,在实践中总结经验,逐步建立起更适合学生学习发展和社会需求的教学模式,更好地培养学生的实践能力、创新能力和综合素质.

参考文献

[1]高慧洁.现代大学教师角色发展研究.[硕士论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.12-13

[2]李颖,冯立富,郭书祥.《材料力学》教学中的一些生活和工程实例.力学与实践,2005,27(2):79-80

[3]唐静静,范钦珊.基础力学课程研究型教学方法的探索.力学与实践,2008,30(4):89-90