单位文秘网 2021-07-26 08:09:49 点击: 次
【摘要】理论力学是土木工程、机械设计制造及其自动化等工科专业的基础课,该课程理论知识抽象,理论性强,内容枯燥,是工科专业中学习难度较大的一门课程。教研组在长期的理论力学教学活动中,逐步将抽象的理论知识还原为生产、生活中普遍的案例,通过同学们日常生活能够接触的例子,结合不同专业学生知识体系构成的特点,探索了一种案例式教学方法。在机械设计制造及其自动化等专业的应用取得了良好的教学效果。
【关键词】理论力学;案例式教学;知识运用
随着企业不断改革与发展,现代企业对人才职业能力的要求越来多样化,越来越多的高校更加重视应用型人才的培养。为了加强高等教育应用型人才的培养,我校机械教研室在教学研究与探讨中,针对理论力学课程进行了重点改革。理论力学是高校工科专业的一门基础课,对学生后续的课程材料力学、机械设计、机械原理、结构力学等有重要的指导作用,是学生获得物体运动规律的专业基础课程。但是,该课程以高数为基础,用高等数学的思维来演绎工程构件的受力与运动,具有理论性强,内容枯燥,学习难度大的特点。学生们也普遍反映该课程难以消化和掌握。针对这一现状,机械教研室通过多次教研活动与实践,逐步在机械设计制造及其自动化等专业推行了案例教学方法,获得了良好的教学效果。
一、工程案例在静力学中的应用
教材中的静力学公理都是基于抽象的力学模型,进行数学的推导过程得到的结论。这中间缺少具体的工程案例作为基础,学生在学习过程中普遍感到生涩、难懂。而正确理解基本定理的物理内涵是灵活运用于工程实践的基石。能够灵活运用于工程实践中是学习理论力学的主要目的。基于此,教研组在基本理论推导开始就引入了案例式教学法。
例一:讲解合力矩定理时,课程导入应用了生活中的“推磨盘”案例。一个大磨盘可以由几个人一起推,也可以由一头驴子推,几个人对磨盘作用的力矩与一头驴子对磨盘作用的力矩是等效的,这反映了合力矩定理的实质。这样使得讲解的过程是先用生动的案例印证定理的实质,再通过数学推导得出定理的内容和公式。讲解过程中,对于 “几个人等于一头驴子”既使同学们深刻理解了定理内容,又活跃了课堂气氛,增强了同学们学习这门课程的兴趣。
例二:讲解摩擦这一部分时,滚动摩阻这个概念理解有点难度。针对这个问题,结合多媒体教学设置了一个案例导入。对一个粗苯沉重的水泥管子受推力后,进行常规受力分析,让同学们发现与实际运动状态存在的矛盾,进而引入滚动摩阻的概念。讲解过程中,出现的矛盾是如果不考虑滚动摩阻的存在,那么会出现轻吹一口气就能吹动水泥管子快速滚动的错误现象,能加深概念理解,增加学习的兴趣。
静力学中这样的案例很多,静力学中各种铰链支座的受力分析,可以用桥梁的结构、门和门轴的结构、汽车窗雨刷、内燃机曲柄连杆机构、惯性筛等实际案例来解释受力的特点。
二、工程案例在运动学中的应用
运动学中是应用高数演绎点和刚体运动规律的精辟诠释。运动学中推导过程严谨、思路巧妙,对高数的基础要求较高,是同学们学习的难点。大家容易在复杂的几何分析中失去耐心和信心,从而不能理解定理的内涵。这一部分,也采用了较多的实际案例。
例一:在讲解点的速度合成定理时,采用了汽车在路上的行驶案例,以车内乘客为动点,选择两种参考系,研究三种不同的运动轨迹,进而引出三种运动位移,三种速度,可以加深对这几个概念的理解。汽车如果行驶在雨中,还可以雨点为动点,再次选择两种参考系,三种运动位移和三种速度。这样的案例使学生们生动形象地理解了概念,也降低了学习的难度,提高了学生的学习兴趣,更便于同学们利用该定理解决工程实际问题。
例二:講授刚体的平行移动和定轴绕动时,选择了教室内的荧光灯为例。当沿着灯管轴线方向施加载荷灯运动时,灯做平行移动;当沿着灯管轴线垂线方向施加荷载使灯运动时,灯做定轴转动。两种运动同时体现在同一物体上,很容易理解这两个概念。能解释这两个概念的例子还很多,例如小孩荡秋千,教室的门绕门轴的转动,钟表指针的转动,钟摆的摆动,惯性筛中不同构件的运动,内燃机曲柄滑块中活塞和曲轴的运动等。运动学中这样的案例还很多,不一一列举。
三、工程案例在动力学中的应用
动力学部分是联系静力学和运动的桥梁。这一部分内容定理抽象、公式推导多、枯燥难懂。针对不同专业学生,也可以对相关的理论知识进行案例解读。
例如,讲解动量矩定理时,采用体育中的链球和标枪解释。假设情景,链球和标枪的质量相等,在投掷中运动员会感到链球作用力更大,这是由于链球重心远离手臂,能获得更大的动量矩。同样的例子还有柴油机的飞轮,钟摆等。飞轮质量通常集中于轮体外缘,这样的结构减轻了飞轮质量,获得了较大的转动惯量。钟摆的质量集中在底部,该种结构在运动过程中可获得较大动量矩。这些案例充分说明了动量矩定理知识在生产、生活中的应用。
四、结论
案例式教学方法在理论力学中的应用,加深了学生对力学理论综合知识的理解,拓宽了学生的学习思路。通过对该案例的分析,使机械工程专业学生了解了后续专业课程与理论力学的联系,深化了理论力学知识在工程实践中的应用。
参考文献
[1] 谢华.启发式教学在理论力学中的具体应用[J].中国电力教育,2013(35).
[2] 尹凤娥.关于理论力学教学和学习的几点分析[J].时代教育,2014(02):138.
作者简介:任湘君(1976—),女,研究生,高级工程师,研究方向:力学教学和科研工作。
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