時間：2024-02-21 16:51:51
導語：在工程力學與理論力學的區(qū)別的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領您探索更多的創(chuàng)作可能。
中圖分類號：U172 文獻標識碼：A
由于相關行業(yè)的發(fā)展與國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展同步，使得力學在其中多項技術(shù)的發(fā)展中起著重要的甚至是關鍵的作用。力學專業(yè)的畢業(yè)生既可以從事力學教育與研究工作，又可以從事與力學相關的機械、土木、航空航天、交通、能源、化工等工程專業(yè)的設計與研究工作，還可以從事數(shù)學、物理、化學、天文、地球或生命等基礎學科的教育與研究工作。從這個意義上講，力學專業(yè)培養(yǎng)人才的對口是非常寬的，社會對力學人才的需求也是很多的。
隨著力學學科的發(fā)展，在本世紀將產(chǎn)生一些新的學科結(jié)合點，如生物醫(yī)學工程、環(huán)境與資源、數(shù)字化信息等。經(jīng)典力學與納米科技一起孕育了微納米力學將力學知識應用于生物領域產(chǎn)生了生物力學和仿生力學；這些都是近年來力學學科發(fā)展的亮點。可以預料，隨著社會的發(fā)展，力學學科與環(huán)境和人居工程等專業(yè)的學科交叉也將會進一步加強。
1工程力學研究方向
主要學習力學、數(shù)學基本理論和知識，受到必要的工程技能訓練，具有應用計算機和現(xiàn)代實驗技術(shù)手段解決與力學有關的工程問題的基本能力。畢業(yè)生應獲得以下幾方面的知識與能力：
（1）具有較扎實的自然科學基礎，較好的人文、藝術(shù)和社會科學基礎及正確運用本國語言、文字的表達能力；
（2）較系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎知識，主要包括固體力學、流體力學、電工與電子技術(shù)、市場經(jīng)濟及企業(yè)管理等基礎知識；
（3）具有較強的解決與力學有關的工程技術(shù)問題的理論分析能力與實驗技能；
（4）具有較強的計算機和外語應用能力；
（5）具有較強的自學能力、創(chuàng)新意識和較高的綜合素質(zhì)。
主干學科：力學。主要課程：理論力學、材料力學、彈性力學、流體力學、結(jié)構(gòu)力學、電工與電子技術(shù)、計算機基礎知識及程序設計。
2工程力學發(fā)展趨勢與學科交叉
（1）固體力學方面：
經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)力學的模型和體系可能被突破，它們可能將包括某些對宏觀力學行為起敏感作用的細觀和微觀因素，以及它們的演化，從而使復合材料的強化、韌化和功能化立足于科學的認識之上。固體力學的發(fā)展，必將推動科學和工程技術(shù)的巨大進步。
（2）流體力學方面：
為了盡可能多地開采地下油氣，需要深入研究滲流機理并定量化。它的研究還有助于了解各種新陳代謝的宏觀機制。
化工流程的設計，很大程度上歸結(jié)為流體運動的計算問題。由于流動的復雜性，針對若干典型化工設備進行深入的研究，將為化工設計和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等提供新方法和基礎。而復雜流場計算需要各種計算方法和理論，必須發(fā)展新的計算機軟硬件，這就必須在計算流體力學上投入更大的力量。
（3）一般力學方面：
隨著技術(shù)的發(fā)展，諸如機器人、人造衛(wèi)星和高速列車等等領域的發(fā)展，亟需解決多體系統(tǒng)的運動和控制、大尺度柔性部件和液體的運動穩(wěn)定性、車輛與軌道作一個高度復雜非線性系統(tǒng)等的建模，求解理論和方法等的研究分析。
一般力學近來已經(jīng)進入生物體運動的研究，例如研究人和動物行走、奔跑及跳躍中的力學問題。其研究結(jié)果可提供生物進化論方向的理性認識，也可為提高某些機構(gòu)、機械的性能提供指導。
（4）力學與其他學科的交叉：
所為學科的交叉可分三類：學科內(nèi)部不同分支交叉，例如流體彈性力學；兩種不同學科間的交叉，例如物理力學；兼有前兩者的特點，例如爆炸力學、物理化學滲流、生物力學等。
交叉學科并非兩個學科或分支學科的簡單加合，它基于源學科又有區(qū)別，它的發(fā)展有利于發(fā)展新學科并促進源學科的發(fā)展。
20世紀力學已經(jīng)與工程交叉產(chǎn)生了工程力學，與地學結(jié)合產(chǎn)生了地球流體力學，與生命科學和醫(yī)學結(jié)合產(chǎn)生了生物力學等等。
3工程力學學習技巧與方法
工程力學主要課題是研究材料的力學性能、結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性問題。所涉及材料的強度、結(jié)構(gòu)的剛度及穩(wěn)定性、疲勞斷裂問題。通過力學分析，確定材料是否安全以及安全系數(shù)，為工程設計等做基礎。先學好理論力學，學會在二維、三維情況下對物系正確的受力、力矩分析。然后逐漸掌握最基本的四種形式：軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。掌握好處理四種形式的分析方法，最后學會強度、剛度校核。其中最關鍵的是要能準確并正確的認知其受力狀況。
關鍵詞:工程力學;教學內(nèi)容;教學環(huán)境;教學方法
工程專業(yè)的教學，是進行高端技能型工程師培養(yǎng)的重要途徑。而《工程力學》是一門與工程實際聯(lián)系極為緊密的課程，它主要培養(yǎng)學生如何運用力學知識解決工程實際問題的能力。所以工科類專業(yè)，例如石油工程、油氣儲運、土木工程等專業(yè)，都把《工程力學》視為本專業(yè)重要基礎課程之一。該課程理論性較強，概念公式繁多。在脫離工程實際的情況下，課本中的許多概念對于學生而言，比較艱澀難懂，從而使許多學生對本科產(chǎn)生抵觸情緒。所以積極探索新的教學模式和教學方法，以增強學生的學習興趣和培養(yǎng)他們的工程應用能力，是教師迫在眉睫的研究任務。
1優(yōu)化教學內(nèi)容，調(diào)整教學結(jié)構(gòu)
目前，工程力學主要由靜力學和材料力學兩部分構(gòu)成。靜力學主要是研究剛體在力系作用下的平衡規(guī)律，涉及:物體的受力分析、力系的等效與簡化以及力系的平衡條件。而材料力學主要是研究變形體的強度、剛度和穩(wěn)定性等問題，涉及的變形主要有:拉伸(壓縮)、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲。在大多數(shù)的教材中，材料力學這部分內(nèi)容是以“拉伸(壓縮)剪切扭轉(zhuǎn)彎曲”四種基本變形為主線進行排布的。若按照“以四種基本變形為主線”的思路進行授課，會出現(xiàn)各章節(jié)相對獨立、相同概念重復講解、易出現(xiàn)概念混淆、學時不夠等缺點。通過授課，筆者認為，材料力學這部分內(nèi)容的授課應按照“外力分析變形分析內(nèi)力分析應力分析強度和剛度校核”這一思路。它彌補了“以四種基本變形為主線”授課思路的不足，具有知識體系緊湊、知識點銜接自然、避免相同概念被重復講解以及合理利用學時等優(yōu)點。此外，可以運用“類比”的思想讓學生進行自主學習。例如給學生講授完拉伸(壓縮)變形的強度校核，那么再進行其他變形強度校核的學習時，可以讓學生類比拉伸(壓縮)變形，先自己猜想如何去校核，然后再由老師講解。讓學生對比尋找到四種基本變形的相同點和不同點，可讓學生真正的參與到課堂中來，從而提高學生學習的主動性。靜力學和材料力學既相互區(qū)別，又有聯(lián)系。兩者的研究對象和研究內(nèi)容不同，但研究變形時，變形體要先視為剛體進行外力分析后才能進行強度和剛度校核，可見靜力學又是材料力學的基礎。所以對于《工程力學》這門課的講授，前后章節(jié)要相互貫通，形成一個統(tǒng)一的知識框架體系，便于學生對知識的理解和記憶，不能獨立講解，否則易造成知識點的割裂和混亂。
2改善教學環(huán)境，提高教學效率
“黑板+粉筆”的傳統(tǒng)教學方法雖然比較單調(diào)、枯燥，但有利于促進師生感情的交流和學生思維能力的培養(yǎng)?！岸嗝襟w+PPT課件”的現(xiàn)代教學方法，課堂信息量大，形象生動，但講課速度快，處理不當，會讓學生處于被動狀態(tài)。《工程力學》的概念多且抽象，若僅采用傳統(tǒng)模式授課，滿足不了教學需求;若僅采用現(xiàn)代模式教學，雖然授課內(nèi)容豐富了，但師生缺乏交流，有時授課效果也不理想。所以在實際教學中，應該將兩者有機結(jié)合起來，取長補短。對于一些定理證明、公式推導、以及解題過程等，應采用傳統(tǒng)教學方法，老師邊板書邊解講，學生邊聽課邊思考，師生不斷有交流，有助于學生對所學知識的理解吸收。對于與工程實例聯(lián)系緊密的知識點，教師難以口頭表達清楚，學生也感覺抽象難懂，此時，就需要采用現(xiàn)代教學方法，引入一些典型的工程實例，并結(jié)合3D動畫，形象生動，不僅可提高學生的學習興趣，也有利于縮短學生與工程實際的距離，達到學以致用的目的。不論哪種教學方法，都要時刻注意與學生進行知識的互動，這樣才能達到良好的教學效果。
3施行多種教法，激發(fā)學習興趣
孔子曾說過:“知之者不如好知者，好知者不如樂知者。”也就是說對知識的學習感興趣，就會變被動為主動，不僅可提高學習效率，還能加深對知識的理解，這樣才能活學活用。所以在教學過程中，應采用多種教學法，例如案例法、設問法、討論法等，激發(fā)學生的好奇心，使他們不斷處于“生疑、質(zhì)疑、解疑”的過程。通過這一系列的過程，不僅可激發(fā)他們的學習興趣，提高學習的積極性，還可培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。例如對于“應力”概念的引出，可以先用“案例法”引出教學內(nèi)容，例如給學生展示兩個桿件A桿和B桿，兩桿件的材質(zhì)和長度都相等，A桿為細桿，B桿為粗桿，在A、B桿件兩端施加同樣大小的力。然后再運用“討論法”，分組討論，比較兩桿的伸長量。最后采用“設問法”，引導學生觀察并思考:細桿和粗桿的伸長量。而此時會發(fā)現(xiàn)，A、B桿件的軸力都是F，即兩桿件的內(nèi)力相同，但是它們的變形是不同的。如果這兩個桿件受到破壞的話，那一定是哪個先破壞啊?對了，細桿先發(fā)生破壞。這樣我們就可以確定，桿的破壞和變形與桿件的橫截面積大小有關，所以我們發(fā)現(xiàn)內(nèi)力不能直接反映構(gòu)件抵抗變形和破壞的能力。那我們就要來考慮，既然橫截面積不一樣，那在單位面積所受內(nèi)力是否一樣呢?這樣一來，就引入了應力的概念。
4總結(jié)
總之，《工程力學》是一門偏理論性的課程，許多概念抽象難懂，所以要優(yōu)化教學內(nèi)容，改善教學環(huán)境，提高授課水平，采用靈活多變的授課方式，從而提高學生學習的主觀能動性，培養(yǎng)他們理論聯(lián)系實際，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，為培養(yǎng)適于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的應用技術(shù)型人才打下良好的基礎。
參考文獻:
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關鍵詞：卓越計劃 教學改革 力學課程 實踐教學
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是我國未來較長時期內(nèi)高等工程教育改革的重大舉措，是促進高校培養(yǎng)適應社會和經(jīng)濟發(fā)展需要的專業(yè)人才的一項質(zhì)量工程。其主要目標是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應社會經(jīng)濟發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。
“卓越計劃”圍繞工程能力這一核心問題，對人才培養(yǎng)模式進行全方位改革。在校內(nèi)學習階段，高校要在加強科學文化基礎知識學習的基礎上，以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)課程體系和教學內(nèi)容，著力推動研究性學習方法，加強大學生創(chuàng)新能力的訓練，加強跨專業(yè)、跨學科復合型人才的培養(yǎng)[1]。
工程力學課程整合了理論力學和材料力學兩門課的內(nèi)容。通過該課程的學習，學生可掌握工程力學基礎知識和基本技能，具備運用力學方法解決實際工程實施中所遇到的力學問題。為適應新時期經(jīng)濟發(fā)展以及“卓越計劃”的要求，工程力學的教學內(nèi)容需要進行一些調(diào)整，同時，教學手段、教學要求和實踐教學等方面也需要做相應改進。
1 改革教學內(nèi)容
按照“卓越計劃”的目的和培養(yǎng)要求，工程力學課程在內(nèi)容上應適當增加有工程背景的材料，涉及的例題、思考題應與工程實際相結(jié)合。例如講授靜力學受力分析內(nèi)容時，應多選取工程實踐上常見的建筑結(jié)構(gòu)或機械裝置作為例題，如橋梁、房屋的橫梁和地基、連桿機構(gòu)等。在講授彎曲變形時，可介紹橋式起重機大梁、跳水運動員站立的跳板、陽臺挑梁等生活實例。一方面，可讓學生了解工程力學這門課程的實際應用，另一方面，與實踐相結(jié)合，讓學生感受工程力學這門課程并不抽象難懂，而是看得見摸得著的，同時也可培養(yǎng)學生解決工程實際問題的能力和力學建模能力。
針對卓越工程師培養(yǎng)的教學大綱，我們重新制訂了教學計劃，精選了教學內(nèi)容。對不同學時，教學內(nèi)容也有所區(qū)別。例如，當學時較少時，可以只講授靜力學和材料力學，當學時較多時，可以適當增加動力學的部分內(nèi)容。在保證基礎理論內(nèi)容的同時，參考工程實際的需求將教學內(nèi)容進行整合，形成符合卓越工程師培養(yǎng)的課程體系。首先，將內(nèi)容相近、有一定類比性的知識點編排在一起講授，將知識點通過邏輯關聯(lián)整合成完整的邏輯鏈圖，使學生更直觀地建立起知識網(wǎng)絡，起到事半功倍的效果。其次，由于學時的縮減，理論部分務必要求少而精，將與工程實踐相結(jié)合的、原本屬于理論學時內(nèi)容的部分轉(zhuǎn)為學生實踐教學部分。加強實踐，讓學生自己動手設計、完成力學實驗，也可進行現(xiàn)場教學，帶學生到工程實地考察各種機械裝置、機構(gòu)及一些約束形式，使學生認識力學與工程之間的關系。通過實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)他們對工程實際問題的分析能力和解決能力。
2 優(yōu)化教學手段
多媒體這一現(xiàn)代化教育教學手段已廣泛應用到各學科的教學中。通過圖片和動畫的生動演示，可將教材上死板的插圖或者文字，變成栩栩如生的動態(tài)顯示，以吸引學生注意力，加深理解，提高學習興趣。多媒體教學手段的優(yōu)勢主要體現(xiàn)于在理論學時普遍削減的情況下，節(jié)省了板書過程花費的大量時間。但采用多媒體教學也需要掌握度，因為多媒體課件的信息量大，屏幕翻頁速度快，若過多采用多媒體，易使學生跟不上授課節(jié)奏而徹底放棄聽課，導致走神，從而影響教學效果[2]。
對于一些理論推導或需要循序漸進講解的教學內(nèi)容，黑板板書的常規(guī)教學方法則凸顯優(yōu)勢，因為板書時速度較慢，學生有較充裕的時間跟進、消化理解和掌握，有利于加深理解，而多媒體教學往往因為講得太快教學效果不佳。因此，應根據(jù)課程內(nèi)容選擇合適的教學手段。
此外，有同行也曾討論過，在講解受力分析等需要一步一步分解動作的內(nèi)容時，需與板書相結(jié)合，筆者建議可利用PPT“自定義動畫”的“添加效果”功能，例如使用“擦除”，方向選擇“自左方”的效果，調(diào)整合適的速度，也可達到手寫板書的效果。這種將板書用多媒體方式表現(xiàn)出來的形式，既利用了多媒體速度快的便利性，也避免了板書過程中無謂等待的時間浪費，達到揚長避短、有機結(jié)合的最佳效果。
總之，多媒體教學手段應與板書相輔相成，既不能僅僅用多媒體，也不能摒棄板書這種傳統(tǒng)方式。尋找這兩種教學方法的最佳平衡點，讓二者相得益彰，才能達到良好的教學效果。
3 調(diào)整教學要求
根據(jù)“卓越計劃”培養(yǎng)標準，針對不同專業(yè)制訂適應該標準的培養(yǎng)計劃。對于工程力學這門課程，不同學科專業(yè)學生的力學基礎、學習興趣和動力有很大差異。如對于土建類和機械類專業(yè)來說，工程力學是該專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎課程，在整個專業(yè)培養(yǎng)中占有非常重要的地位，且為了增加學生的工程實踐同時開設有課程實驗、金工實習等實踐環(huán)節(jié)，因此學生的學習積極性和主動性也相對較高，投入的時間和精力也相應地較多；而對于能源工程類、設施類或環(huán)境工程類等與力學關系不太密切的專業(yè)，由于該課程在專業(yè)能力培養(yǎng)中不占主導地位，所以很多學生不愿意花費太多的時間和精力，學生普遍反映該課程難學，考試不及格率也較高，學習效果較差。因此專業(yè)培養(yǎng)標準要有利于促進學生的全面發(fā)展，促進創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。教師也要靈活應變，調(diào)整相應的課程內(nèi)容以及教學要求，采取不同的教學方法，努力為學生創(chuàng)造一個愉快的學習氛圍，最終達到掌握知識的目的。同時，“卓越計劃”培養(yǎng)標準以強化工程實踐能力、工程設計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，為此可根據(jù)專業(yè)需要重構(gòu)課程教學內(nèi)容。重構(gòu)的主要思路應恰當選擇基本概念和定理，適當刪減公式的推理和解析過程，在內(nèi)容上增加有工程背景的材料，體現(xiàn)簡單力學原理在工程實際中的應用，涉及的例題、思考題應與工程實際相結(jié)合[3]。
4 加強實踐教學
工程力學教材中的例題和習題大部分是理想化、抽象化的力學模型，很少引入對工程背景的介紹，使得學生難以將工程力學與工程實際結(jié)合起來。例如在講授約束類型時，大部分學生缺乏工程實踐，對于各種支座的實物形式毫無概念，此時，如果有機會讓學生實地考察各種機械裝置、機構(gòu)及一些約束形式，形象直觀地讓學生了解約束的結(jié)構(gòu)和類型[4]，能夠調(diào)動學生的學習積極性，對學生的力學建模、分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)和提高有很大的促進作用。
“卓越計劃”背景下，由于理論學時的調(diào)整，更多學時劃歸為實踐教學。實踐教學給學生提供一個獨立自主的實驗平臺，在教師的啟發(fā)和指導下，綜合運用所學知識，由學生自主設計實驗方案。這種方式能有效地激發(fā)學生的學習興趣，對培養(yǎng)學生的動手能力、科學研究能力、觀察能力、解決實際問題能力起作重要作用。
此外，對于基礎扎實、學有余力的學生，鼓勵他們積極參加各類力學競賽，例如紙橋大賽、全國周培源大學生力學競賽等。力學競賽的基礎知識覆蓋理論力學與材料力學兩門課程的理論和實驗，著重考核靈活運用基礎知識、分析和解決問題的能力。這些競賽已舉辦多屆，近年來，在競賽內(nèi)容和方法上作了調(diào)整，更加注重學生實踐動手創(chuàng)新能力和團隊合作創(chuàng)新精神的鍛煉。這與“卓越計劃”的培養(yǎng)目標高度一致。
5 結(jié)束語
“卓越計劃”是推進高校教育發(fā)展的重要契機，是對高校教學的一次重要調(diào)整過程。筆者根據(jù)“卓越計劃”的培養(yǎng)需求，討論了力學課程教學改革內(nèi)容、優(yōu)化教學手段、調(diào)整教學要求、開展實踐性教學活動等改革措施。在今后的教學中，我們將進一步探索，提高教學質(zhì)量，為社會培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力、適應社會經(jīng)濟發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。
參考文獻
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關鍵詞：理論力學 教學方法 興趣 教學效果
中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0097-01
作為一門理論性較強的技術(shù)基礎課，理論力學是工科高等院校中許多專業(yè)的主干課程。它不僅是專業(yè)后續(xù)課程的重要理論基礎，又是一門不斷發(fā)展的創(chuàng)新性學科，并且在許多工程技術(shù)領域有著廣泛應用[1]，另外它還是培養(yǎng)工科相關專業(yè)學生的創(chuàng)新實踐能力的重要基礎學科[2]。所以作為該課程的教師就需要深入研究如何講好理論力學課程，提高教學效果，使學生能切實掌握理論力學相關理論基礎，并培養(yǎng)其分析問題、解決問題的能力，激發(fā)學生主動思考和研究的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力，從而達到預期的教學目標。
1 講好緒論課
理論力學的第一節(jié)緒論課在整個教學中占有重要地位，應該給予足夠的重視并做好教學內(nèi)容設計。通過緒論課，可以使學生了解理論力學在學科中的地位和作用，了解理論力學的研究對象、內(nèi)容和方法[3]。通過列舉一些生動的力學例子，讓學生去思考其中的道理，課堂上不要告訴學生其中的力學原理，先讓學生自己去想，使學生產(chǎn)生一種好奇感，感到理論力學內(nèi)容豐富而且有東西要學，初步培養(yǎng)起學生主動學習理論力學的興趣，使之產(chǎn)生強烈的求知欲望，并通過調(diào)節(jié)課堂氣氛建立良好的師生關系，為今后的教學打下良好的基礎。另外緒論課也要著重介紹理論力學課程與以前所學知識的聯(lián)系，課程主要內(nèi)容以及各個知識點的相互關系，課程的重點和難點，使學生對這門課程有一個清晰的框架并建立起學好理論力學的信心。
2 做好教學內(nèi)容的組織
理論力學內(nèi)容多，包括靜力學、運動學、動力學普遍定理、達朗貝爾原理及虛位移原理等[4]，但是一般課時安排為64學時，要在這么有限的課時內(nèi)把所有的知識點講透，講細，對任課老師是一個很大的挑戰(zhàn)。所以在理論力學的教學中，一定要重視教學內(nèi)容的組織和安排，突出并強化重點。靜力學部分重點是平面任意力系，借助平面任意力學的分析講解，使學生掌握靜力學分析基本方法的基礎上，更深入地理解和掌握靜力學基本概念、定理等基本知識;運動學是點的合成運動和剛體的平面運動，重點掌握運動分析的步驟和方法以及兩種運動的區(qū)別和聯(lián)系;動力學部分是三大定理以及達朗貝爾原理，重點是掌握分析具體工程實踐力學模型的動力學分析求解方法。另外，在突出重點內(nèi)容的基礎上還要注意前后知識點的關聯(lián)，以及區(qū)別和大學物理相關知識點的區(qū)別分析，避免學生因知識點似曾相識，學習時不認真，眼高手低，而到最后對基本的力學分析都無從下手，從而學習效果不理想的現(xiàn)象。
3 板書與多媒體相結(jié)合
多媒體教學因其生動、直觀、信息量大等優(yōu)點在各學科的教學中得到了廣泛的應用。但是理論力學中公式、定理較多，邏輯推理性較強，如果把所有的內(nèi)容都用多媒體來呈現(xiàn)，就會出現(xiàn)學生思考空間不夠而很難跟上的現(xiàn)象[5]，或者即使跟上了多媒體播放的速度，但是下課再做題目還是很困難，而需要再返回翻找教材而效率較低的問題。所以理論力學的教學中不能全部依靠多媒體，而應把傳統(tǒng)的板書與多媒體相結(jié)合，合理安排權(quán)重，才能取得好的教學效果。對基本概念和基本公式的講解和推導，課堂的引導與總結(jié)等亮點內(nèi)容應該用板書，這樣可以促進學生對公式的理解以及吸引學生注意力，引導學生自己思考，建立清晰的知識構(gòu)架，從而可以靈活運用到實際問題的分析求解中。
4 例題的選擇與講解
目的明確，有針對性，針對知識點來設計或選擇例題，通過例題的講解可以讓學生掌握對應的知識點。在課程的重點講解部分，盡量采用一些有代表性的、綜合的題目來分析，使學生在掌握分析方法的同時，又能進一步鞏固所涉及到的各個知識點，達到一箭雙雕的效果。
講解例題時盡量采用啟發(fā)式教學，在例題的講解過程中，通過不斷提出問題，留出一定的時間讓學生思考或者討論，然后和學生一起解決問題，這樣既能讓學生緊跟教師的進度和思路，又提高學生學習的信心和主動性，取得好的教學效果。
5 增加課堂的趣味性
理論力學課程理論性強、內(nèi)容抽象、公式繁多，所以學生普遍感覺課程難學，枯燥無味，處于一種被動的學習狀態(tài)[6]。所以，教師平時應注意搜集和積累一些與理論力學有關的故事和實例，在講解基本理論前或講解后通過穿插聯(lián)系這些生動貼切的生活和工程實例，可以增加課堂教學的趣味性，激發(fā)學生學習基本理論的興趣，使學生在獲得知識的同時，能對身邊的力學問題深入思考，變被動學習為主動學習提高教學效果。此外，如果教師有能力和精力，把這些小故事可以做成FLASH動畫給學生展示，配以幽默詼諧的聲音，不僅增加趣味性，而且可以更直觀地展示基本理論，就會取得更佳的效果。
總之，理論力學是理工科專業(yè)學生必須學好的專業(yè)基礎課程，教師也應該通過學習、實踐和總結(jié)教學方法，提高自身素質(zhì)，做這門課程的合格授業(yè)者。筆者根據(jù)自己的教學經(jīng)驗，從五個方面總結(jié)了提高教學質(zhì)量和效果的初步想法，以期更進一步提高教學質(zhì)量和學習效果。當然，理論力學教學質(zhì)量的高低還涉及到其它很多方面的因素，在科技高速發(fā)展的當代，要想緊跟學科發(fā)展前沿，及時更新教學內(nèi)容和方法，還需要我們廣大的科技教育同行進行更多的研究、探討和交流。
參考文獻
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[關鍵字]巖石 地質(zhì)本質(zhì)性 石力學
[中圖分類號]P5 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-2-27-2
0引言
巖石是一種經(jīng)過了漫長的地質(zhì)歷史和多種地球動力作用而形成的一種自然造物，并因此具有了其特殊的本質(zhì)性。本文先對巖石力學與地質(zhì)學的關系、巖石的地質(zhì)本質(zhì)性進行了相關分析，再對巖石力學本構(gòu)性作了闡述，以期為巖石力學的進一步發(fā)展提供有利依據(jù)。
1 巖石力學和地質(zhì)學的相關分析
1.1巖石力學和地質(zhì)學的學科關系分析
巖石力學該門學科發(fā)展的研究目標是力學理論，其研究對象則是巖石。巖石屬于地質(zhì)產(chǎn)物，又稱地質(zhì)體[1]。從廣義上理解巖石力學，巖石力學實質(zhì)是力學和地質(zhì)學結(jié)合而成的交叉學科，若從側(cè)重點的角度看，巖石力學更側(cè)重于力學和巖石地質(zhì)的結(jié)合。巖石力學是一門應用基礎學科，其研究任務主要是巖石的工程建設及地質(zhì)資源的開發(fā)工程。從巖石力學的發(fā)展趨勢看，更具深度與廣度的力學、地質(zhì)學勢必會和和工程學科相結(jié)合。所以，地質(zhì)學一定會變?yōu)閹r石力學和巖石工程學科的一門支柱性基礎學科。
1.2地質(zhì)學的相關分析
地質(zhì)學以地球為研究對象，特別是對地殼的研究，主要研究任務是對其物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)、形成、演化的地質(zhì)動力作用及其過程進行研究，而地質(zhì)學的核心研究思路則是地質(zhì)歷史的時空重建，通過以層序與構(gòu)造分析為基礎，采用一些現(xiàn)代的物理化科學方法、技術(shù)方法，使傳統(tǒng)的地質(zhì)學科進入到了現(xiàn)代科學行列[2]。
1.3工程地質(zhì)學的相關分析
工程地質(zhì)學該門學科的應用性較強，主要研究任務對工程建設的地質(zhì)條件、出現(xiàn)的問題及治理措施進行研究，重點是對工程的地質(zhì)作用進行研究，包括人類工程活動與地質(zhì)環(huán)境之間的相互作用與制約。工程地質(zhì)學的主要學科領域包括工程地質(zhì)力學、工程巖土學、工程環(huán)境地質(zhì)學、地質(zhì)災害學、資源地質(zhì)工程學等[3]。
2 巖石的地質(zhì)本質(zhì)性分析
物體的本質(zhì)性指的是物體本身的物理特性及結(jié)構(gòu)而形成的內(nèi)在本性。許多巖石力學家都認為巖石屬于一種較特殊的材料，而其特殊性主要決定于地質(zhì)本質(zhì)性，同時，巖石還具有演化性。
2.1巖石的物質(zhì)性分析
巖石屬于礦物的結(jié)合體，是由礦物組合而成，而其物質(zhì)性主要由成巖及其演化過程中所形成的礦物組合情況決定。
2.1.1原巖物質(zhì)的相關分析
巖漿巖屬于原始巖類，而其物質(zhì)組成部分主要是由巖漿的成分決定；同時，因為變質(zhì)巖與沉積巖都是次生巖類，所以巖漿巖也是地殼巖石的基本組成物質(zhì)，常見的造巖礦物包括石英、云母、長石等暗色的礦物，這些造巖礦物的力學硬度與強度差異較大，其中以石英的強度最高、長石次之，那些暗色且呈鱗片狀或者針狀的礦物，不僅剛度小，強度也較低。礦物力學特性的差異會對巖石力學性能造成直接的影響。
在巖石中，較典型的巖漿巖則為花崗巖，該巖石一般含有較多的長石與石英，所占的比例約分別為40%～50%，但暗色礦物一般只占15%左右。不同巖類的礦物由于比例不相同及所含的礦物成分也不盡相同，因此使巖石具有多樣性。沉積巖是次生巖類，其礦物組成是對原巖次生變化以及在沉積前發(fā)生于地面和水面的變化的反映。除了較典型的造巖物以外，巖石中還包括大量的巖類、黏土以及次生蝕變礦物等。化學沉積巖則主要是碳酸鹽或者其他的巖類組成。同時，變質(zhì)巖也是次生巖類，而淺變質(zhì)巖的組成基本還和原巖一樣，且原巖經(jīng)過高溫作用會出現(xiàn)熔融與再結(jié)晶的現(xiàn)象，最終形成深變質(zhì)巖，常見的如花崗片麻巖。
在巖石的構(gòu)成中，礦物晶體或者原巖顆粒之間一般是由基質(zhì)充填；在結(jié)晶中，其物質(zhì)組成與顆粒相似，但主要是以隱晶或者非晶質(zhì)的物態(tài)呈現(xiàn)出來。在沉積巖中，其充填物主要是泥質(zhì)、硅質(zhì)與鈣質(zhì)，尤以硅質(zhì)最強，泥質(zhì)最軟弱，其中硅質(zhì)與鈣質(zhì)都是堅硬充填物。
因此，巖石在成巖之后其力學強度便會具有顯著差異，軟弱組分主要是降低巖石的強度，并增大巖石的環(huán)境敏感性，在后期的演化中容易發(fā)生變異。
2.1.2關于次生演化的相關分析
在后期的演化過程中，巖石會出現(xiàn)兩種轉(zhuǎn)化情況：①由堅硬組分向軟弱物質(zhì)轉(zhuǎn)化；②由軟弱組分向堅硬物質(zhì)轉(zhuǎn)化，兩者皆屬于原生礦物向次生礦物轉(zhuǎn)化。從巖石工程力學性能的角度看，重點的考察對象則是巖石軟化。
由上述可知，巖石的物質(zhì)性主要包括礦物的組成與變異。盡管造巖礦物居于主導地位，但從巖石力學與工程研究的角度看，重點是研究軟弱組分，特別是對粘土化的判定，其中以高嶺石化與蒙脫石化的測定最為重要，而在某些時候，當巖石出現(xiàn)粘土化時，不僅會降低力學參數(shù)，還會對其均一性造成影響，甚至會改變力學的本構(gòu)模型。
2.2巖石結(jié)構(gòu)性的相關分析
巖石結(jié)構(gòu)性指的是尺度不同的結(jié)構(gòu)體其形態(tài)、排列及相互間的連接特征，是其對巖石力學特性的影響作出的一種反映[4]。巖石的結(jié)構(gòu)是隨著成巖而形成的，且會在后期的構(gòu)造作用及次生演化中得到強化與確立。巖石的結(jié)構(gòu)一般有原生結(jié)構(gòu)與次生結(jié)構(gòu)之分，而兩種結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點有著較大的區(qū)別，并在后期的演化過程中發(fā)揮著不同的作用。
3關于巖石力學本構(gòu)性分析
可以通過兩個不同類型觀點幫助認識巖石本構(gòu)性：其中一個就是不連續(xù)力學觀點，另外一個是連續(xù)力學觀點。如果從使用目的方面而言，通常采用斷續(xù)性觀點，因為這一觀點能滿足實際地質(zhì)具有的屬性及本質(zhì)。但是在研究普適性的相關方法及理論知識方面做得不夠，需要進行深入了解。本文認為從巖石地質(zhì)本質(zhì)性角度進行分析，其結(jié)構(gòu)比較復雜，因此可以選用多元耦合力學模型幫助表示。在實際中，大部分已有巖石力學本構(gòu)模型也在不斷嘗試在某一類已有模型前提下將另外一類模型要素添加進來，以便獲得滿足實際需求。
不同巖石，即便是小型的手標本巖石，也會存在差異。對于含有較軟弱的膠結(jié)物，或者是脆性較強的巖質(zhì)顆粒的巖石，在處于風化作用或局部蝕變作用下也可含有軟弱性較強的蒙脫石和伊利石等黏土礦物。在應變以及應力不斷發(fā)展中，該類物質(zhì)結(jié)構(gòu)要素在這一階段中體現(xiàn)出應力分布情況不均勻，在出現(xiàn)三個方向的外荷載作用下也會出現(xiàn)拉應力以及偏應力。若外荷載三個方向不等壓情況時，在巖石中出現(xiàn)拉應力、局部偏應力強度也會增大。如果外荷載作用達到一定程度時，可以使巖石中一些成分材料出現(xiàn)屈服，導致某部分裂面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移、張開情況，此時結(jié)束了全部彈性變形情況。
4 分析巖石物質(zhì)結(jié)構(gòu)情況以及巖石具備的工程力學性能情況
對巖石形成及演變過程進行綜合分析，并結(jié)合主要形成物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分，以及其工程特性，能將工程巖體類型分成3種：層狀巖體類型、節(jié)理狀巖體類型以及碎裂巖體類型[5]。
4.1層狀巖體類型
其是主要表現(xiàn)是層狀沉積巖，組成成分是巖質(zhì)顆粒，因為泥質(zhì)膠結(jié)物質(zhì)含有大量黏土物，所以存在膠結(jié)連接。黏土物質(zhì)分布情況是按照層進行分布，而薄層軟巖則共同組成了軟弱層巖體。其在構(gòu)造作用下會出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，并在已有裂縫情況下繼續(xù)演變，然后出現(xiàn)構(gòu)造斷裂現(xiàn)象，一般為場地的第三和第四級別結(jié)構(gòu)面。很少出現(xiàn)貫穿第一和第二級軟弱結(jié)構(gòu)或是斷裂結(jié)構(gòu)面情況。
4.2節(jié)理狀巖體類型
其主要是結(jié)晶巖類型，組成成分是造巖礦物，存在結(jié)晶連接，具有的軟弱片狀礦物質(zhì)相對比較少，黏土物質(zhì)也比較少。已有裂縫也會在一定基礎情況下繼續(xù)發(fā)展，然后承受一定構(gòu)造作用，并出現(xiàn)小斷層、節(jié)理裂隙情況等，一般為場地的第三、四級結(jié)構(gòu)面，穿過場地的第一、第二級斷裂結(jié)構(gòu)、軟弱面情況比較少，出現(xiàn)淺層演化以及次生演化不強。
4.3碎裂巖體類型
給類型巖體是由層狀巖體、原生塊狀巖體遭受嚴重構(gòu)造作用，或者是遇到嚴重淺層、次生演變情況，從而出現(xiàn)嚴重碎裂情況以及變形現(xiàn)象，使巖石松弛而造成裂隙情況。
5結(jié)論
總之，巖石具備的三大屬性分別是：①物理本屬性；②地質(zhì)本質(zhì)性；③力學本構(gòu)性。三種屬性類型共同發(fā)揮作用可以幫助更好的深入了解巖石力學知識，提高工程研究水平。理論上認為巖石力學學科屬于一門多種學科知識相互交叉分布，不僅有合作，還具有分工工作的學科。因此，地質(zhì)學者需要重視巖石具有的地質(zhì)本質(zhì)性方面內(nèi)容，另一方面也不能忽視物理本屬性以及力學本構(gòu)性方面內(nèi)容的研究。如果巖石力學研究者可以了解及掌握更多巖石地質(zhì)特征知識，并進行綜合分析，能幫組更好建立本構(gòu)模型，以及進行力學參數(shù)的選擇工作，以便達到符合工程需要的相關要求。在自然資源開發(fā)工作中以及基礎工程建設施工中都會應用到巖石力學，所以其需要融匯多種不同學科知識才能很好的完成整個工作流程。
參考文獻
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關鍵詞 土力學 學習興趣 本科教學
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
Thinking Of the Learning Interest in Soil Mechanics Teaching
JIANG Qiuxiang， WANG Zilong， LIU Dong
（School Of Water Conservancy and Architectural， Northeast Agricultural University， Harbin， Heilongjiang150030）
Abstract Soil mechanics is an important professional basic course in civil engineering， water conservancy project， and other specialty. It has own unique characteristics in several ways， like the object of study， research method， theory system and the way of thinking. With the characteristics of soil mechanics curriculum， and some problems that at present colleges and universities students are low interest in learning soil mechanics course， have the beneficial thinking and discussion on the strategy to improve students' interest in learning.
Key words soil mechanics； learning interest； teaching of undergraduate course
土力學作為工程力學的一個分支，是一門研究土的力學性質(zhì)以及與之相關的工程技術(shù)問題的學科。土力學是在大量的理論推導、實驗資料和工程實踐經(jīng)驗基礎上逐漸發(fā)展和形成的一門理論性和實踐性都很強的科學。①土力學課程是水利、土木、建筑、交通、港口、地質(zhì)、環(huán)境工程等專業(yè)本科生的重要專業(yè)基礎課程之一，不僅是構(gòu)筑專業(yè)課程結(jié)構(gòu)與知識體系的核心課程，而且是學生學習相關后續(xù)課程和專業(yè)課程的重要基礎，對夯實學生專業(yè)基礎具有重要意義。近年來土力學的教學現(xiàn)狀不容樂觀，因此，如何做好土力學的教學工作，激發(fā)學生學習興趣和熱情、提高教學質(zhì)量，是值得深思和探索的問題。
1 土力學課程特點
土力學的研究對象是土。土是地殼巖石經(jīng)過漫長風化后所產(chǎn)生的碎散礦物集合體，是地質(zhì)歷史的產(chǎn)物。不同地區(qū)、不同地點、不同深度土的工程性質(zhì)千差萬別，導致土的復雜性、空間變異性。土是多孔、多相不連續(xù)的介質(zhì)，不同歷史條件下形成的土，其固、液、氣三相之間不同的比例關系及其相互作用導致了土具有極其復雜的物理力學性質(zhì)。因此，土的碎散性、多相性和變異性是土區(qū)別于其他介質(zhì)的三個重要特性。②
土力學的獨有特點使之對土力學課程的教學過程產(chǎn)生諸多影響，如土力學的先期課程高等數(shù)學、理論力學、材料力學及彈性力學均具有較嚴密的理論體系，而土力學無論在知識點結(jié)構(gòu)上還是在思維方法上都有較大不同，學生常常會不知所措，這也是導致教學過程中學生學習興趣不高的重要原因。
2 學習興趣對學習的影響
所謂興趣是個體在與環(huán)境相互作用中渴求并獲得信息，以促進心理目標形成、演化和發(fā)展的心理過程。③學習興趣是主動學習的源動力，古代大教育家孔子曾說過“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”，可見學習興趣在學習中占有何其重要的地位。
學習興趣對學習影響主要集中在兩個方面。一方面，學習興趣可提高學習任務的完成質(zhì)量，教育心理學研究證實學習主體的個人興趣和情境興趣均能提高對既定任務的理解和學習，研究者發(fā)現(xiàn)學習興趣能解釋學習內(nèi)容文本回憶中十分之一的變異量，并且學習主體對學習任務的興趣越高，所能記憶的信息就越多。另一方面，學習興趣能改進學習的類型和方式，學習興趣對加工信息的方法具有重要影響，可激發(fā)學習主體超越文本的表面結(jié)構(gòu)，而集中在主題思想和基本意義的理解上，對學習內(nèi)容有更精細化和更深層的加工。④
總之，學習興趣既能影響學習質(zhì)量又能影響學習模式，因此，必須探討如何提高學習興趣的策略和方法，在教學過程中創(chuàng)建情景興趣、引導個人興趣，提高課堂教學質(zhì)量和效果。
3 土力學學習興趣提高策略
3.1 提升教師教學能力激發(fā)學習興趣
在教學過程中，教師是教育的主體，是創(chuàng)建學習情境和改進教學內(nèi)容的實施者，教師的教學態(tài)度、講解能力和教學方法嚴重影響課堂教學氛圍和學生注意力，因此，提高教師的教育教學能力是提高學生學習興趣的首要因素。
教師的教學態(tài)度對學生的學習興趣起著誘導性的作用。教學過程中，教師的精神飽滿、儀態(tài)灑脫端莊、表情輕松愉快、目光親切、表達清楚流利、輔導學生熱情耐心，就能創(chuàng)造良好的課堂情緒環(huán)境，感染學生心理狀態(tài)，從而促進學生的積極情緒上升、激發(fā)學習興趣。因此，教師應以高度的責任感和事業(yè)心去教書育人，以飽滿的熱情完成教學過程。
教師的講解生動，條理清晰，風趣幽默，把抽象的、晦澀難懂的理論講解轉(zhuǎn)化為形象的實例或比喻，使課程易懂而有趣，吸引學生注意力，使學生快速領會課堂知識。（下轉(zhuǎn)第195頁）（上接第167頁）比如在講解重力式擋土墻的三種常見形式（俯斜式、直立式、仰斜式）時，可將教師的腳和背比喻成擋土墻的墻趾、墻踵和墻背，用后背的前傾、直立和后傾分別演示擋土墻的三種形式，既形象生動又活躍氣氛。
在土力學教學過程中，教學方法的合理應用是提高學生學習興趣的重要途徑。土力學課堂授課知識密度高、強度大，長時間的理論分析和講解容易引起學生的疲勞感和厭學心理，隨著課堂教學的推移注意力呈快速衰減趨勢，導致對知識理解不深、易遺忘等現(xiàn)象。因此，土力學的教學方法必須既能完成既定的教學任務，又能引起學生的注意力、激發(fā)學習興趣。
3.2 優(yōu)化課程內(nèi)容體系保持學習興趣
土力學課程內(nèi)容雖然多而雜，但也具系統(tǒng)性。針對這種特點，課堂教學中應注重把握理論知識體系，形成清晰的知識脈絡，用知識主線將課程內(nèi)容緊密串聯(lián)起來。不僅要在課程緒論中展示土力學知識脈絡主線，使學生不斷加深對土力學知識體系的認識和理解；而且在每章開頭均可再次展示該主線，使學生明晰各章學習內(nèi)容之間的關系。在大的知識框架下學習知識細節(jié)，能夠使學生掌握課程精髓，提高學生總結(jié)和分析知識的能力，促使學生對土力學課程產(chǎn)生整體把握感，從而保持學習興趣。
土力學的課程內(nèi)容可概括為：一條主線和一個框架。一條主線是指有效應力原理貫穿于整個土力學。有效應力原理是土力學的基石，在幾乎所有的土力學理論中，都包含有效應力原理的應用，例如：太沙基一維滲流固結(jié)理論、孔隙水壓力系數(shù)、水下土體自重應力與附加應力的計算、滲透變形、極限平衡法的邊坡穩(wěn)定分析等。一個框架是指土力學三大理論和三類工程技術(shù)問題構(gòu)成的課程內(nèi)容框架。
3.3 引導學生主觀目標培養(yǎng)學習興趣
前文所述，無論是教師創(chuàng)建良好的課堂情境還是優(yōu)化課程內(nèi)容、明晰脈絡框架，目的都是提高學生在課堂教學中的情景興趣，對于持續(xù)長久、主觀愿望強烈的個人興趣的提升作用不大。因此，若要從根本上培養(yǎng)學生的學習興趣，還需從學生自身入手，通過潛移默化和正確引導，在學生的個人興趣中培養(yǎng)出對土力學課程學習的源動力。
由于學生氣質(zhì)和性格上的差異較大，因此，培養(yǎng)學生學習的個人興趣需要分層次、多目標和區(qū)別對待，以引導、幫助每位學生培養(yǎng)學習興趣。在這一過程中最有效的方法是目標法，該方法通過設定遠期和近期目標，使學生在建立和完成目標的過程中不斷獲得滿足感和源動力，激發(fā)學生自身學習動機，培養(yǎng)學習興趣。學生主觀目標的引導和個人興趣的培養(yǎng)非一日之功，需要時間和過程，因此，特別需要教師的耐心和恒心。
4 結(jié)論
高等學校學生學習興趣培養(yǎng)是關乎學生專業(yè)素質(zhì)、教師教學效果以及學校人才培養(yǎng)質(zhì)量的大事，應引起教師和學校的高度重視。要提高土力學學習興趣，就要把握好土力學課程自身的特點，將繁雜內(nèi)容系統(tǒng)化、條理化，將理論推導思路清晰化，將土力學的理論與實踐緊密結(jié)合。
總之，只要針對土力學課程特點，不斷完善教學方法，精心備課，生動授課，必定能將學生從枯燥的課程學習中解放出來，提升學習興趣，從而提高學生的土力學學習效果。
基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目“水利類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究與實踐”；東北農(nóng)業(yè)大學研究生創(chuàng)新人才教學改革項目“農(nóng)業(yè)水土工程學科研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究”（neau2113-07）
注釋
① 劉東.土力學與地基基礎[M].北京：中國水利水電出版社，2011.
② 賀瑞霞，張國強.土力學課程特點及其教學方法的探討[J].高等建筑教育，2007.16（2）：92-94.
【關鍵詞】多體動力學，機械工程，航天器，機器人
多體力學是一門綜合性質(zhì)的學科，這門學科中包含了計算力學與工程力學等很多學科，是推動機械工程產(chǎn)業(yè)的重要支撐學科之一。一般機械系統(tǒng)能夠通過多體系統(tǒng)獲得較為全面的以及完整抽象的有效描述與高度概括，在對機械系統(tǒng)進行研究與分析時，是一個最優(yōu)模型形式。在當前先進的航空航天也、技術(shù)制造也以及人體與假肢等高科技領域中，多體系統(tǒng)這門高新學科得到了廣泛的推動與發(fā)展。在機械工程領域，多體力學有著十分重要的作用，并且逐漸的也引起了人們的重視。
一、對多體力學進行模型構(gòu)建
機械多體系統(tǒng)是由很多不同的部件進行連接進而構(gòu)建而成的，機械裝置中的每個部件都會在機械設備進行運作時發(fā)生位移、更改速度以及其它方面的作用力參數(shù)。在對多體力學系統(tǒng)實施建模的過程中，一般需要構(gòu)建出系統(tǒng)中的坐標系、構(gòu)建系統(tǒng)中各個部件的模型并且還要對一些相關的約束以及力偶進行定義。在對多體動力學進行研究的過程中，最為主要的兩個方向就是動力學與運動學。同經(jīng)典力學相比較而言，使用多體力學來研究出的系統(tǒng)一般都會較為復雜，同時每個部件在自由度方面都會存在著不同程度的區(qū)別，并且各個部件在相對位移上也會發(fā)生很大的變化。故此，建立與求解運動微分方程的過程都是十分復雜的，并且想要準確的對運動方程進行求解還需要計算機技術(shù)輔助。
（一）多體動力學模型在表述上的分析。機械系統(tǒng)中的基礎構(gòu)件就是多體動力學中的各個部件，這些部件會承受來自于系統(tǒng)內(nèi)外其他部件施加的約束作用，在對多體動力學進行機械設備模型的構(gòu)建時，就會涉及到對各個部件的定義。力元：就是指多體力學環(huán)境中各個部件之間的相互作用。理想的力元可以等效成彈簧（扭轉(zhuǎn)彈簧）或-阻尼器-致動器。鉸：是機械設備中的運動副，會在實際應用的過程中，稱多體力學中每個部件之間產(chǎn)生的約束叫做鉸。外力偶：是多體系統(tǒng)內(nèi)部的各個部件所承受的外力作用。拓撲結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)以及系統(tǒng)內(nèi)部中的所有構(gòu)件間存在相互關系以及鏈接的方式。
（二）模型和模型元素。以上描述的部件、力元以及約束等各種要素構(gòu)成的這種拓撲結(jié)構(gòu)系統(tǒng)都涵蓋在多體動力學系統(tǒng)中動力學模型內(nèi)。針對機械設備而言，在機械設備中的力元、鉸、力偶以及部件等這些要素有著很多的種類。故此，想要方便對機械件各個要素進行更好地管理，可以將其按照不同的屬性歸類處理，一般 可以劃分成約束模型約束、分析力模型元素、力模型約束以及部件模型約束。
（三）參考框架與坐標系。我們稱機械運動中能夠在兩者之間永久保持不變距離的物理為剛體。任一選擇剛體上的一點A構(gòu)建出一個空間三角坐標系將剛體固定住，并且將A點視為該坐標系中的原點，這個坐標系對于剛體而言是連體基，也可以將其稱作是局部坐標系。連體基需要全部固定與機械的部件上，一旦部件發(fā)生運動，連體基就相應的隨之運動，并且連體基也不會由于剛體發(fā)生了運動狀態(tài)的變化就隨之發(fā)生變化。這樣說來，只要是連體基的位置確定了，也就能夠?qū)傮w中任意一點的位置進行確定了。通常用地面坐標系作為連體基的參考對象，地面坐標系可以看成是全局坐標中的一個固定值。剛體與柔體在多體系統(tǒng)中的坐標定義是存在一定差異的，在對剛體坐標進行定義時，可以選擇固定的坐標定義，這樣一來，當剛體在狀態(tài)上發(fā)生變化時，其坐標不會跟著發(fā)生變化。在對柔體進行定義時，需要選擇浮動的坐標進行定義，這樣一來柔性性的變化就會使坐標系發(fā)生線與角的位移，還能將柔體在局部發(fā)生的變化清晰的表現(xiàn)出來。
二、機械領域中對多體力學的實際應用
（一）柔性機械臂實施振動控制。作為一種精度較高的航天技術(shù)設備，輕質(zhì)重載航天機械臂在端點處需要完成高精度大范圍的位置跟蹤任務，故此，需要對該機械臂在振動情況上實施必要的控制。對于那些需要在很大范圍內(nèi)進行運行的柔性臂，想要對其端點的振動進行關鍵性的抑制需要選擇一個恰當?shù)臅r間并在設備的端頭出施加一個制動力。應當注意的是，這個時間點同柔性臂固有頻率與固有阻尼之間存在著密切的關聯(lián)。此外，想要實施有效的控制，還需要對伺服系統(tǒng)在動態(tài)特征上進行周全的考慮。相關研究發(fā)現(xiàn)，最佳的效果就是實施柔性臂端點變形進而實現(xiàn)全閉環(huán)反饋，可以令機械臂的振幅控制在一定數(shù)量級內(nèi)。
（二）工業(yè)機器人中的應用。多體動力學中，工業(yè)機器人是十分經(jīng)典的模型，其構(gòu)成為一個分支、六個自由度，由鉸對各個部件進行銜接。以PUMA760這一常用的機器人為例進行分析，從時間域以及頻率域進行考慮，使用高速攝像儀對設備的一些相關的運動參數(shù)進行測量，并且將獲得的電樞電流值向驅(qū)動轉(zhuǎn)矩進行轉(zhuǎn)化，大臂值為7.1N?m/A。把已經(jīng)擬合好的模態(tài)參數(shù)向物理參數(shù)進行轉(zhuǎn)化，能夠?qū)I(yè)機器人在當前的阻尼系數(shù)還有剛度系數(shù)進行識別。對于機器人在關節(jié)上的特性研究來說，多體力學的應用是十分有意義的。
結(jié)束語：綜上所述，多體動力學能夠為機械航空領域、機器人領域以及兵器領域提供有利的理論工具以及技術(shù)支撐。一般機械系統(tǒng)能夠通過多體系統(tǒng)獲得較為全面的以及完整抽象的有效描述與高度概括，在對機械系統(tǒng)進行研究與分析時，是一個最優(yōu)模型形式。對于多體力學在機械工程方面的研究，我們應該投入更大的精力，進而使機械工程能夠得到更好的發(fā)展，最終為人們提供更加便捷的服務。
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關鍵詞：過程設備機械基礎；教學目標；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）42-0020-02
一、引言
過程工業(yè)屬于流程性工業(yè)，單臺設備是無法發(fā)揮作用的，而必須將多種設備通過管道將其連接起來形成裝備才能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。同時區(qū)別于一般機械設備，過程設備內(nèi)的工作環(huán)境通常具有高溫、高壓和強腐蝕性的特點，設備的安全運行是至關重要的，一臺過程設備一旦出現(xiàn)事故就會影響到整個系統(tǒng)、整個工廠以至整座城市。因此，從事設備維修的技術(shù)人員就應該掌握與過程設備相關的知識，這些知識包括工程力學、機械傳動、壓力容器、過程設備和壓力管道等內(nèi)容。[1]而《過程設備機械基礎》就是有關上述知識的課程，但是課程的重要性與學生學習的被動性往往產(chǎn)生了很大的矛盾，因此，如何把握教學內(nèi)容，改進教學方法，就成了本課程亟待解決的問題。本文從教學內(nèi)容、課程特點、學生生源等方面進行了分析，在教學目標、教學手段及考核方式上對課程進行了一些改革。
二、教學現(xiàn)狀及問題
1.教學內(nèi)容多，涉及面廣?！哆^程設備機械基礎》課程與靜力學、材料力學、金屬學、化工容器與設備和機械傳動知識聯(lián)系緊密，具有涉及內(nèi)容多、范圍廣等特點，如果按部就班的按照課本內(nèi)容講解，很難在有限的教學學時內(nèi)使學生對化工設備有深入的理解與全面的把握。因此，必須對授課內(nèi)容進行精選，深入講解并分析總結(jié)。[2]
2.理論性強。比如工程力學部分，對強度計算和剛度計算公式；壓力容器部分有關內(nèi)壓、外壓薄壁容器的設計計算，都涉及理論推導和繁瑣計算。雖然這些知識有助于很好地去分析解決工程實際問題，但是由于學生底子較差，在學習時遇到的難度也可想而知，極大地影響了學生的學習積極性，也使學生對以后課程的學習產(chǎn)生了很大的畏難情緒。
3.教學目標不明確。雖然課程是《過程設備機械基礎》，強調(diào)的是過程設備，實際內(nèi)容除了機械基礎，加上了過程設備的相關知識。這就造成課程與專業(yè)的契合點不突出，缺乏側(cè)重點，知識點之間也無連貫性，不符合目前高職高專的培養(yǎng)目標，使學生的學習存在很大的盲目性，降低了學生對該課程的重視程度，極大地影響了授課效果。
4.教學內(nèi)容需要及時更新。隨著化工科學技術(shù)的快速發(fā)展，化工設備技術(shù)不斷發(fā)展和改進，教材內(nèi)容的更新落后于生產(chǎn)技術(shù)革新的步伐。如在過程設備零部件及典型設備部分，教材給出的都是基本知識、標準零部件和典型設備，而目前企業(yè)采用的是改進后的設備，這就需要在授課過程中及時調(diào)整授課內(nèi)容，剔除已淘汰或不常用的，加入學科的最新發(fā)展。
5.學生生源參差不齊。學生生源質(zhì)量的參差不齊，也是困擾我們的一個難題?；A好的學生接受能力強，還能較快掌握所學知識，而基礎差的學生常常就會因為聽不懂索性自己就放任自流。教師在整個教學過程中都在試圖平衡這種關系，難度很大。
6.教學過程缺乏直觀性。由于該課程特有的性質(zhì)，工程性的特點很強，學生從來沒有接觸過這些內(nèi)容，比如壓力容器、齒輪、軸承、聯(lián)軸器等，這些內(nèi)容的講授，如果能為其提供配套的實物模型尤為重要。學校雖然有設備，但缺乏針對性。
三、教學改革與實踐
1.加強思想教育，激發(fā)學習興趣。一是加強專業(yè)思想的教育，比如在緒論，以及后續(xù)的課程中不斷滲入有關化工設備維修技術(shù)的前景展望、發(fā)展狀況、本行業(yè)與其他行業(yè)的區(qū)別和優(yōu)勢、行業(yè)特點及就業(yè)范圍、就業(yè)前景等內(nèi)容，使學生從大方向上清楚自己的發(fā)展方向，確立學習的目的性。二是加強與學生日常的溝通，比如，有些學生可能是調(diào)劑來的、有些是父母的意愿、有些根本就不了解專業(yè)，這樣的學生從心底不會喜歡或不會對專業(yè)感興趣，沒有學習的熱情，極大地影響了授課效果。因此，課后積極與這些學生談心、溝通，使之明白即使我們走了一條我們不喜歡的道路，但是在找到適合的、自己喜歡的道路之前，還得腳踏實地地走好現(xiàn)在的路。只有做好現(xiàn)在，才有可能有未來。
2.明晰教學目標。由于該課程針對的是化工設備維修技術(shù)專業(yè)的學生，所需的主要是化工設備的維修角度所需的知識。因此，我們把教學重點放在了培養(yǎng)學生運用這些理論知識解決實際問題的能力，弱化了公式的推導過程，強化如何通過公式解決實際問題。例如，把工程力學中桿件受力分析部分與桿件變形融合在一起，只講需要的；而桿件的幾種變形，簡化了各公式的推導，重點講解公式的應用及如何提高桿件強度的措施等；機械傳動等教學內(nèi)容，只做簡要的、概述性的介紹，具體內(nèi)容由學生閱讀學習，并提出一些問題供學生分析思考。這樣可以將教師的重點講授與學生的閱讀學習相配合，實現(xiàn)教師的“教”與學生的“學”相輔相成，有助于提高學生的學習興趣[2]。
3.多種教學方式同時采用。在教學方式上，一是為了提高授課的效果，另外也是為了提高學生的學習興趣。我們采用了多種的教學方式：多媒體教學，這是目前廣為使用的一種教學手段。它能以很少的學時盡可能多地給學生展示各種圖片、立體模型，增加直觀性，彌補黑板教學的不足。我們在網(wǎng)上下載一些運動機構(gòu)，如帶傳動、齒輪傳動等播放給學生觀看，加深學生對機械傳動運動特點的理解；下載化工設備內(nèi)部工作情況，使學生能更好地理解其工作原理，彌補實訓車間無法直視設備內(nèi)部操作情況。其次，實訓車間教學，也是我們教學改革的一種方式。例如，在講解化工設備結(jié)構(gòu)及零部件時，在實訓車間學生可以零距離接觸這些設備，并且就書本上的標準零部件與實際安裝在設備上的零部件進行比對；還可以動手拆裝設備，加深設備結(jié)構(gòu)認識。期間，對學生分組，先讓學生自己拆裝，記下拆卸和裝配過程，然后組與組之間進行討論、評分，最后教師總結(jié)歸納。只要動手拆裝一遍之后，學生都能很流利地說出該設備的結(jié)構(gòu)及工作原理。我們的學生不太喜歡課堂教學，動手操作卻興趣盎然，這樣課堂氣氛被調(diào)動起來，學生的學習積極性也增加了不少，教學效果也大大提高了。
4.改革考核方式。在考核的方法上，采用過程性考核和期末考核，理論考核和實踐考核相結(jié)合。每完成一個訓練就進行一次考核，考核內(nèi)容和方式視具體章節(jié)內(nèi)容而定。比如壓力容器部分，會有理論考核、也有現(xiàn)場考核，現(xiàn)場考核主要考察學生對壓力容器零部件的名稱、結(jié)構(gòu)、用途的掌握程度。
四、結(jié)語
化工行業(yè)是一個國家綜合國力和國際競爭力的重要體現(xiàn)。雖然我國近年來化工行業(yè)取得了較大發(fā)展，但高級操作維修人員始終都有一定缺口。如何培養(yǎng)具有高素質(zhì)高技能的專業(yè)技術(shù)人員，是職業(yè)技術(shù)教育的長期目標。《過程設備機械基礎》是一門專業(yè)基礎課，涵蓋諸多行業(yè)的基本知識，是進一步培養(yǎng)具有高級技術(shù)人才的必備基礎。所以，加強《過程設備機械基礎》課程的改革探索，對提升教學質(zhì)量和水平非常重要。我們近幾年對“過程設備機械基礎”課程教學的一些改革和體會，取得了一些成績，但還需要不斷地探討和改進，才能與時俱進，才能培養(yǎng)緊跟時展的高素質(zhì)人才。
參考文獻：
關鍵詞：力學教學;層次教學;閉環(huán)反饋機制
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）42-0107-02
一、現(xiàn)狀及問題
力學課程是高校機械工程和土木工程等工科專業(yè)的專業(yè)基礎課，由于課程內(nèi)容理論性較強，知識相對枯燥，且難度較大，學生在學習過程中的主動性較弱，而該課程在專業(yè)中所具有的地位以及對后續(xù)專業(yè)課程的影響卻舉足輕重。因此，工科類院校內(nèi)也一直存在該類課程的教學研討，如何實現(xiàn)力學課程在教學中的創(chuàng)新和突破一直是從事力學教學的高校一線教師最為關注也亟待解決的難題。
近年來，隨著獨立學院的發(fā)展壯大，已有不少任職于此類院校的一線力學教師不斷在探討力學的教學改革模式，如：簡化教學內(nèi)容，加強教學過程中的工程應用舉例來實現(xiàn)應用型人才目標的培養(yǎng)[1];從學生的學習模式和特定人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新來提高力學教學效果[2];針對獨立學院學生和師生存在的問題以及力學課程的特點提出多種教學模式的組合以及組織參加力學競賽等來激發(fā)學生的學習興趣[3];從課堂教學的概念講解與考核方式的改革等方面來實現(xiàn)理論力學的教學目標[4];從實驗教學的角度來分析學生綜合素質(zhì)的提高策略[5]。雖然幾乎大多數(shù)高校在力學的基礎教學中都在努力嘗試不同方式的教學改革，并在不同程度上取得一定的效果[6]，但其改革措施往往還存在著諸如推廣難、實施難、持久難等特征，這些難題除了與各個院校的學生特點、培養(yǎng)目標、教師水平等存在關系之外，還與改革的目標不符合課程的教學要求，超越學生的實際能力，實際操作的可行性沒有經(jīng)過實際教學效果檢驗等有關。另外，獨立院校的一本招生剛剛起步，在培養(yǎng)目標的定位及教師的課堂教學方法等方面都還處于探索階段，而對于長期面對三本生源基本形成相對成熟的教學模式后如何快速改變教學方法或者如何在同時面對一本和三本生源時快速轉(zhuǎn)變教學風格都是亟待解決的問題。
基于上述現(xiàn)狀和問題分析，本文將對以下內(nèi)容做出討論：（1）如何通過教學過程分析，總結(jié)不同群體的學生特點;（2）如何針對學生特色制定基本教學目標和可選教學目標;（3）如何通過調(diào)查問卷與座談形式對教學方法進行反饋;（4）如何將反饋結(jié)果再次付諸實踐;（5）如何評價教學方法改革的有效性。
二、學情分析
同時面對一本和三本的不同層次的學生群體，常見問題如下：（1）教學大綱、教學目標以及教學方法相同，同樣的講解方法得到的學生響應完全不同;（2）學生素養(yǎng)不同，課堂氣氛不同，但僅從課堂響應短時間內(nèi)無法判斷教學效果;（3）僅各自獨立地借鑒一本和三本的力學教學方法分別進行實施的效果不夠明顯。因此，教學過程中如何得到真實的學情分析是解決后續(xù)課堂教學效果的前提和基礎。
教學是教與學的互動過程，但互動的前提仍建立在學生這一教學主體之上，主體的特點既依賴于自身素養(yǎng)，又與教師的有效激發(fā)密切相關。在教學之前盲目地采用某種既定的教學模式往往難有成效，比如課堂提問、章節(jié)測驗、課外實驗都有可能被學生認為是負擔從而影響學生學習力學的積極性和主動性。因此教學過程中不應以教師“事前準備”的教案和教學方法“有條不紊”的實施，而應時刻觀察所采取的教學方法得到的實時反饋，并能根據(jù)反饋快速調(diào)整教學方法以推進教學進程的同時不斷激發(fā)學生的學習興趣。
通過前期教學過程觀察，三本學生課堂氣氛活躍，學生敢想敢說，對于教師提出的問題積極響應，課間愿意主動與教師交流;而一本學生雖聽課態(tài)度認真，但對教師提出的問題往往考慮謹慎而不予快速回答形成了課堂氣氛的相對沉悶，隨著教學過程的推進，通過教師的主動交流、作業(yè)和期中考試發(fā)現(xiàn)：三本學生對力學學習的熱情隨著后續(xù)章節(jié)難度的增加開始降低，而一本學生的課堂狀態(tài)逐步回升，隨著力學課程解決問題的實際能力和難度的增加，學習興趣逐漸激發(fā)。從作業(yè)和期中考試的結(jié)果分析來看一本生源對課堂知識的吸收和消化明顯優(yōu)于三本生源，這與課堂氛圍所表現(xiàn)出來的表象形成反差，意味著短期的課堂響應無法準確判定真實的教學效果。
上述現(xiàn)象的分析得到的啟發(fā)：（1）一本生源對教師互動的響應較慢，需要教師通過持續(xù)的情感交流和鼓勵完成課上氛圍的調(diào)動，以激發(fā)學生學習興趣的持續(xù)性;（2）三本生源的課堂氛圍良好，但對力學內(nèi)容的吸收和消化能力較弱，應在良好的課堂氛圍下精煉和簡化教學內(nèi)容，注重知識的應用;（3）一本生源在對待課下作業(yè)的態(tài)度上明顯優(yōu)于三本生源，但兩個群體對課外作業(yè)（如大作業(yè)、小論文、測驗等）的興趣和積極性差別不大，均只有少部分同學愿意花費額外的時間從事力學相關知識的學習。
三、對策與方法
“學情―師情―學情”的快速閉環(huán)反饋機制是因材施教的具象體現(xiàn)。反饋機制中的師情分析是個“準靜態(tài)”過程，相比學生群體的多樣性和流動性，教師的個人風格具有相對穩(wěn)定性，而穩(wěn)定的個人風格往往難以適應變化的學生群體，因此需要豐富的教學方法加以輔助，而教學方法的實施又與學情形成了循環(huán)往復式的閉環(huán)反饋系統(tǒng)。
在具體的實施策略中，通過教師間的研討交流，確定建立在學情基礎上的有層次的教學目標以適應不同群體的學生需求，根據(jù)學情分析制定不同的激勵和評價機制，如三本生源難以形成對力學知識的深入和拓展，對知識學習的熱情不足，缺乏維持長效學習的持續(xù)性。對此，教師應注重課堂內(nèi)容的深度和作業(yè)難度的降低，注重分析案例的實用性，強調(diào)力學公式的應用，弱化推導過程，提出一些簡單的問題不斷刺激學生參與課堂互動的熱情，重要的知識點要詢是否聽得懂，對于聽不懂的問題應耐心反復講解，不斷聽取他們對課堂的教學意見，及時調(diào)整教學方法。而一本生源基礎好，鑒于大學力學課程與大學物理有部分重復內(nèi)容，他們對于某些基礎知識的理解遠遠優(yōu)于三本生源，因此在授課過程中可以考慮重要力學公式的簡單推導，講授案例的同時分析構(gòu)件的基本工作原理，鼓勵學生參與教師的科研課題，讓學生自己在課堂上總結(jié)知識，分享學習經(jīng)驗。
四、實踐分析
在機械制造2個一本班級和機械電子4個三本班級的層次教學實踐中發(fā)現(xiàn)，授課伊始所看到的課堂氛圍的差別逐漸縮小，三本生源課堂氛圍在簡化課程內(nèi)容、降低課堂難度、以簡單問題刺激課堂互動的推進中一直維持較好的課堂氣氛。一本生源隨著對教師個人風格的熟悉和認可，逐漸把課堂互動當成了慣例，對問題的理解更具有深度，與教師之間的深入討論也變成了慣例，并且愿意走到講臺把學過的章節(jié)像教師一樣講解以此分享個人學習經(jīng)驗，學期末學生對教師的個人課堂教學評價優(yōu)秀，學生的力學期末考試卷面成績列其他專業(yè)和班級之前。
在眾多力學課堂教學法的研究中，課外手段的刺激仍以激發(fā)學生對力學的學習興趣和創(chuàng)造力為目的，但知識的考核卻從側(cè)面反映了各種激勵機制的有效性。即學生對力學的感知和認可不但要能動手也能解題。當然，以考試成績衡量教學效果并非全面，但這一能夠在短時間內(nèi)量化的指標仍反映了學生對該課程的接受程度。
在“學情-師情-學情”的閉環(huán)反饋實踐中發(fā)現(xiàn)教師的個人魅力和長期積累的口碑等主觀因素對課堂效果的影響較大，先入為主的教師形象對能否上好力學課程以及能否順利實施層次教學具有難以量化的直接影響。因此建議從事力學教學的教師應注重人生第一次課堂的重要性，切勿因經(jīng)驗不足、準備不充分或科研壓力而忽視教學給個人帶來的后續(xù)累積影響。
五、結(jié)論
任何教學過程都是動態(tài)的實時反饋過程，反饋的速度越快，教學效果越明顯。而力學課程在工科專業(yè)中的重要地位決定了從事力學教學的教師更應該具備這種快速反饋并及時改變教學方法的能力。而且同一種教學方法因?qū)W生群體和教師個人風格的不同，其實施的效果也會發(fā)生本質(zhì)區(qū)別，因此，教學方法的引入不可按部就班的推進，而應變成動態(tài)循環(huán)的閉環(huán)系統(tǒng)。
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