理论力学中工程实体简化力学模型的教学实践

来源:用户上传      作者: 陈卫增,徐 洪

　　摘要:针对理论力学课程教学现状,探讨了理论力学课程实践教学的必要性。根据理论力学工程背景阐述了工程实体简化力学模型实践教学内容安排及教学实践活动。实践教学的实施有效地提高了学生理论知识的理解和解决实际问题的能力。
　　关键词:理论力学;教学改革;教学实践方法;综合能力培养
　　中图分类号:G642.0 文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)29-0249-02
　　
　　引言
　　随着我国市场经济快速发展,用人单位对毕业生的要求更加注重实际能力。21世纪的大学生,不仅仅要掌握好数学方法与先进的计算手段,而且应掌握好工程问题的建模能力 [1-2]。随着教学改革的不断深入,一方面强调加强理论基础和应用基础教学,另一方面强调要拓宽学生知识面教学、增加学科之间的交叉。这使得学生所要学习和掌握的知识大量增加,因此不可避免地造成传统课程课时的压缩,如目前我校机械类专业的理论力学课程只有64学时,只相当于过去学时的2/3。而理论力学教学内容存在三多:抽象概念多、抽象简图多、习题类型多。这无疑给缺乏工程实际知识的低年级学生的学习带来不少困难,存在对抽象概念理解不深、对抽象简图认识不清、应用理论解题困难较大等现象。学生普遍感到理论难学、抽象简图难懂、习题难做,对学习理论力学产生畏难情绪。因此,针对学生在理论力学学习中出现的困难,在实践教学中,加强实际真实化、形象化教学成为实践教学改革的重要内容。
　　理论力学是工科院校一门理论性很强的主干技术基础课,也是一门与工程实际紧密联系的课程。理论力学的分析和研究方法有一定的典型性,主要有抽象法、逻辑推理和数学演绎法。抽象法是理论力学最基本的研究方法,它抓住主要矛盾,忽略次要因素,对实际问题进行简化,抽象成简单、直观可视化的力学模型,深入分析和数学解析后再返回解决实际问题的一种思考方法[3]。可视化模型是对实践中同一类现象的高度概括,合理地反映了一般的科学规律,是理论分析计算的基础。运动学和动力学部分有大量的过于简化的力学运动模型,如果学生对这些模型的来源和背景不清楚,就无法把模型和工程实际问题联系起来,就更谈不上应用。因此,工程实体简化力学模型的学生技能训练,是学生理论力学学习的基本技能,是学习好理论力学的突破口。
　　一、工程实体简化力学模型实践教学内容
　　根据理论力学教学和解决实际问题的需要,我们设计了工程实体简化力学模型实践教学内容,主要从以下几个方面进行。
　　(一)工程实际系统约束的简化
　　在各类工程中,物体在空间位移总是受到一定的限制,即周围物体对该物体产生约束。在方案设计中,选出有代表性的实际系统,要求学生按照理论力学的几种约束模型标准将实际系统的约束进行对应简化。
　　(二)工程实际系统形状简化成抽象简图
　　实际系统中的实物形状复杂且多变,在理论力学解决实际问题的技术处理中,在不影响解决实际问题结果的情况下,抓住主要矛盾,忽略次要因素,将实物形状用简图来表示成模型。因此,在方案设计中,提出常见的工程实际系统,并提出要解决的问题,然后,要求学生根据要解决的问题,抓住主要矛盾,忽略次要因素,进行实际系统的简化,而且,达到理论力学简图模型的要求。
　　(三)工程实际系统主动力的简化
　　实际系统中受的主动力形式多样,必须进行力的简化归类,以便下一步分析。在方案设计中,提供出常见的工程实际系统所受的主动力形式,要求学生根据要解决问题的实际结果情况,按照论力学课程要求的力简化归类法,进行力的简化和表达。
　　二、工程实体简化力学模型实践教学内容实施
　　以上三项实践教学内容,我们在机械设计制造及其自动化专业的4个班中进行了试点。我们编写了三项实践教学内容的指导书和科目训练表,主要内容见表1。
　　实施中具体要求:授课教师利用2学时在校工程实训现场针对三项实践教学内容挑选典型设备进行讲解(实验员操作设备配合);然后,由学生自行组合(3～5人一组),确定负责人利用课余时间完成实践教学任务,实践教学任务完成时间约为3周,实验的结果以结题报告的形式呈现。
　　本次共分了24组,每项实践教学交来的24份结题报告全部由计算机打印。学生的结题报告完全按照指导书的要求和科目训练表的格式完成,很多组的结题报告还总结了这次实验课的收获。每项实践教学任务完成后,老师选择完成比较好的组进行了讲评,将各组的结题报告进行了展示。
　　三、 效果分析
　　(一)实践教学促进了理论教学知识的理解
　　大多数学生对实践活动表现出了极大的好奇和热情,调动了学生的主动性和积极性。学生能够积极地将理论知识与实际问题联系起来,理论的抽象性与现实性、直观性挂钩,开阔了视野,又丰富了知识,加快了学生对理论知识理解的进程,因此,理论力学学时压缩到64学时之后,其教学效果,理论教学培养目标并没有降低。
　　(二)培养了学生的工程应用能力
　　实践教学与理论教学相结合,使学生能将理论力学中的几种抽象的典型简化约束模型和运动机构简化模型与当今工程实体系统的实际约束和实际运动过程联系起来,通过理论到实践,实践再到理论的教学过程,拉近了学生学习理论与实际应用的距离,培养了学生的工程应用能力。而学生的工程应用能力是高素质人才培养的重要环节之一。
　　另外,实践教学还培养了学生的动手能力,融洽了师生感情,密切了师生关系,为理论力学课程的教与学营造了良好的氛围。
　　
　　参考文献:
　　[1] 彭献,唐驾时,刘又文,等.理论力学课程的教学创新与创新训练[J].高等理科教育,2007,74(4):116-118.
　　[2] 尚作萍.理论力学创新思维启发教育的探索与实践[J].力学与实践,2007,(3):80-81.
　　[3] 哈工大理论力学教研室.理论力学:第6版[M].北京:高等教育出版社,2002.
　　
　　The teaching practice of project entity simplify mechanics model in the theory mechanics
　　CHEN Wei-zeng,XU Hong
　　(Engineering college,Zhejiang normal university,Jinhua 321004,China)
　　Abstract: Against the theory of teaching and course of statics to dynamics of the theory of the necessity of practice. According to the theory of mechanical engineering background on the construction entity simplify mechanics model the practice of teaching content and teaching activities. For the implementation of the teaching practice, effectively increasing the theory of knowledge of the students understand and solve practical problems.
　　Key words: theory mechanics;teaching reform; teaching practice method; synthesis ability training

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