单位文秘网 2021-07-26 08:09:33 点击: 次
摘要:《理论力学》是土木工程及机械类专业的基础必修课,其中有关三维空间的内容为课程的教学难点。课堂授课中无法清晰描述空间位置及运动,学生普遍对空间问题的理解存在一定障碍。据此提出结合SKETCH UP软件进行辅助教学的方法,让空间问题更为直观,提升学生理解。
关键词:理论力学;三维软件教学;SKETCH UP
1.概述
《理论力学》是土木工程及机械类专业开设的基础必修课,本课程以高中物理的平面受力分析、平面运动等内容为基础,进一步扩展至三维空间受力及运动、动力学分析,需要学生对三维空间问题有进行熟练掌握。
由于专业基础课的特点,《理论力学》一般都在本科二年级阶段开设。此时的学生已经完成了《高等数学》的课程学习,具备了微积分与极限的概念,同时结合高中物理的相关知识,对《理论力学》中牛顿定律、动量定理、动能定理等概念性、计算性问题掌握较好。经过多届教学经历与学生反馈,《理论力学》中设计三维空间问题的受力分析与运动问题为学生的理解难点。反观当下的多媒体教学手段,大部分教师使用的是板书、PPT、视频、音频的方式,可谓“三维表现力”不足,尚不能清晰传达空间概念。针对这一情况,本文提出结合3D软件——SKETCH UP进行辅助教学的教学手段,通过课堂三维模型的演示,更好地向学生传达空间概念。
2.结合三维软件的教学方法
2.1软件选择
三维软件是基于电脑技术,以数字图形学的形式创建模拟空间信息的通用软件,该类软件可包含物体空间信息、尺寸信息、材质信息、动力学信息。根据授课要求,选择三维辅助教学软件的依据为:(1)易用;(2)包含空间信息;(3)包含尺寸信息。
综上,选择谷歌公司出品的免费三维软件SKETCH UP。
2.2辅助授课应用
各本科院校的《理论力学》授课方式被称为“粉笔加激光笔”,其中,“粉笔”代指传动的黑板板书教学,对工科类教学,这部分授课方式必不可少;另外的“激光笔”指的是近些年来广泛流行的多媒体教学,包括PPT、视频音频等辅助教学手段,该类手段丰富了课堂形式,在信息展示深度与速度上有独特的优势。然而,先行的多媒体教学手段尚不能很好地展示三维空间内容。
利用SKETCH UP软件辅助教学,授课老师可以在电脑中模拟三维空间的空间信息,刚体的尺寸信息,各约束形式的位置信息,并进行拟空间的全方位展示。以《理论力学》第三章——空间力系为例,图1为课本中对某一空间力的平面图示,图2为基于SKETCH UP建立的空间作用力三维模型透视图,该模型可以根据授课需要进行全方位的旋转、缩放、移动操作,可让学生迅速而准确地建立空间作用力的概念。
图1.空间力投影正视图 图2. SKETCHUP表示的三维空间力
2.3作业中应用
作为辅助教学的三维软件,SKETCH UP以其直观的显示效果为课堂教学带来新的活力。基于其专业性与易操作性,教学老师可以在课堂上布置基于SU的刚体受力分析作业,进一步通过学生的实际演练,提升自身对三维空间的理解。
SKETCHUP因其拥有简介清晰的软件界面,使得建模工作异常简单,通过四个学时左右的学习时间,学生都可以掌握其基本建模流程,适合作为课后自学作业。在作业类型上,可结合空间力系、空间约束、空间运动学的内容,让学生建立三维模型,如建立含球形铰链、止推轴承结合式刚体系统,建立牵连运动为定轴转动的点运动轨迹——通过作业与SU结合的方式,为学生提供一个学以致用的任务环境。
3.结论
作为土木工程、机械类专业的专业基础课的《理论力学》课程,部分章节对空间想象力有很高要求,传统的“板书加多媒体”的授课方式对学生的空间思维建立帮助有限。现提出以谷歌公司出品的三维软件SKETCH UP作为辅助,以第一课堂授课、课后作业等方式促进《理论力学》的方法,可大大提高学生对三维空间的理解,并激发学生的学习兴趣,建立成就感,显著提升教学效果。
参考文献
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基金项目:
广西高等教育本科教学改革工程项目 项目编号:2018JGA169
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