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“材料力学”课堂教学方法的研究与探索

发布时间: 2022-03-09 08:20:07 浏览:

总结性的结论比较枯燥,学生往往难以理解和记忆。如果在课堂教学中采用图像化的方式就可以形象地表现剪力图和弯矩图的特点,如表1所示。因此,学生对教材中的结论加深了理解,从而强化了记忆。

1.2利用类比法增强教学生动、形象性

在材料力学的理论体系中,材料力学中的公式推导过程较复杂。例如:讨论横截面为圆形的直杆受扭时的应力,需要综合研究变形几何、物理和静力三方面的关系。研究纯弯曲时正应力,也是从综合考虑变形几何、物理和静力三方面的关系。学生理解起来感到困难,往往采用填鸭式教学,一味的灌输,严重阻碍学生独立学习能力的发展。学会运用类比方法分析事物,对于我们的思维和研究将会有重大的突破。将横截面为圆形的直杆受扭时的应力与扭转切应力类比,首先得到横截面上的截面内力(扭矩和弯矩),然后利用物理关系(推出应力的分布规律)和变形几何关系(得到应变的分布规律)与静力平衡方程联立,求解圆轴扭转时截面的切应力或纯弯曲时正应力。

2采用多媒体教学手段,坚持理论与工程实例相融合的方法,提高课堂教学效果

随着计算机技术的迅速发展,以计算机为主的多媒体技术正在各大高校教学中得到广泛应用。多媒体教学对于改革传统的教学模式,培养学生的创新能力,都起到了很大的推动作用。使课堂教学变得生动、形象、新颖,激发学生学习兴趣,调动学习积极性。材料力学课程是一门技术基础课,它有很强的工程背景。建议课堂教学可以利用计算机多媒体课件,从工程实例出发,引出要讲的知识点,然后再将理论应用于生产实践,使整个讲解都围绕实际工程进行。不仅增加了课堂内容,提供了更多的知识信息,也有效增强学生对材料力学的感性认识,最大程度地激发学生的学习兴趣。培养学生解决实际问题的能力。如:在介绍等截面直杆受轴向拉伸和压缩时横截面上的应力计算公式时,可结合工程实际情况,介绍一些有切口、切槽、油孔、螺纹和轴肩等的拉压零件。让学生了解这些零件的应力分布特征,加深由于截面尺寸变化引起应力集中问题的认识,举例说明工程实际中曾多次出现由于应力集中及压杆失稳而造成的重大事故。筆者引入了2000年8月台湾南部高屏大桥由于失稳倒塌的工程实例。由于采沙过度大桥弦杆受压失稳,大桥中间下陷长达100米,造成17辆车坠河,22人受伤的惨剧。在讲扭转这一章时,可以将汽车传动轴引入进来,利用多媒体课件演示汽车传动轴结构,说明空心轴的合理性,让学生了解传动轴是传递扭矩的,它同时解决了各连接部件不同心的问题以及它们之间距离不断变化的问题。要求学生掌握外力偶矩及横截面上内力的计算,并学会扭矩图的绘制。使学生加深化对扭转剪应力分布规律、扭转强度、扭转刚度的理解。

3坚持理论与实验相融合的上课理念,增强学生的动手能力

材料力学中的理论和实验一直是相辅相成、互相融合的,实验是理论的来源,而理论又需要实验去验证。因此,材料力学的学习应该更加突出实验的重要性,重点理论知识应该与相关的实验相结合。但是,长期以来,材料力学实验教学被束缚在一种固定的模式中,教师讲解实验内容,学生根据教师的讲解按步骤做实验、测量数据,记录实验数据,最后提交实验报告。在这种教学模式下,容易忽略学生对工程实践能力的培养。为此,笔者根据多年的实践与体会,将材料力学实验教学内容进行改革,提出材料力学实验教学内容分为4个层面。

3.1基础性实验

根据材料力学中杆件变形的4种基本形式:拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲,基础性实验教学内容应包括金属材料的拉伸实验、压缩实验、低碳钢剪切弹性模量测定实验及扭转破坏实验。此类实验要求学生能独立操作完成整个实验过程,并掌握仪器设备的使用性能,在实验过程中巩固深化理论知识。

3.2综合性、设计性实验

综合性、 设计性实验的主要目的是培养学生的动手能力和创新能力。为此,我们以现场工程实际情况为背景设计了两个综合性、设计性实验。

(1)偏心拉伸实验、弯扭组合变形主应力的测定实验。通过该实验让学生掌握如何利用电测技术解决结构强度问题,学会应变片测量应力的原理和方法,进一步强化学生对理论知识的理解和应用。

(2)钢桁架结构杆件受力及变形研究。学生可以根据实际的桁架桥,缩小比例,作出相应的桁架模型。并对钢桁架挠度、杆件内力等进行测试,把理论数据和试验数据进行对比,分析数据。使学生初步掌握电测技术在工程测试中的应用。

3.3创新性实验

围绕全国大学生创新设计大赛,让学生展开探索与研究。例如:拱形桥梁的设计,通过对稳定性的分析,计算静载加载砝码对桥梁产生的弯矩,采用多层梁组合作为抗拉系统,确定受力构件核心部分为支架梁的类型。整个实验过程由学生亲自动手完成,在实验进行过程中培养学生们的创新能力和团队合作能力。

4采用计算机软件与理论-实验相融合的思想,提高学生力学建模和数学分析能力

材料力学作为一门经典的基础力学课程,是一个实践性较强的学科,解决问题靠的是实验分析和理论研究相结合。但是由于受实验条件及学时压缩等因素的制约,大多数学校所开的实验项目较少。因此,为了适应形势,在原有的课程体系中融合新的计算技术和引进新的计算软件,从而提高教学质量,加强学生的建模和计算能力,拓宽学生的知识面,培养学生的创新思维。如材料力学的教学课堂中引入Matlab软件中的Simulink仿真工具箱,利用工具箱模拟各种力学对象的力学变形形为。也可选用Matlab软件作为辅助教学软件绘图。首先,分别计算出各简单载荷作用下梁的内力,然后应用叠加法得到任意载荷下梁的内力。然后,利用跳跃函数列出一个适用于全梁的剪力方程和弯矩方程。最后,数据的处理及数据的可视化输出。例如:一外伸梁AB,如图1所示,q=2KN/m,M=4 KN·m,P=40KN,利用Matlab软件绘制剪力图和弯矩图,如图2所示。

同样,将ANSYS软件也可以应用到“材料力学”的教学环境中,活跃课堂气氛,拓宽学生知识面,使“材料力学”课程中一些难点变得形象生动。例如:材料拉伸时的力学性能,搅拌摩擦焊拼焊板拉伸试样,弹性模量为206MPa,泊松比为0.3,当试样的左右两边受到均布力(集度为l0kN/m)作用时,便会观察到X向、Y向正应力分布图(如图3和图4所示)。

5结语

目前,为了适应时代的需要,材料力学课堂教学方法的改革,需要打破传统“黑板式”和“填鸭式”的教学方法,要求力学教师在实际工作中就要做到与时俱进,不断的提高创新工作的能力。利用多媒体教学工具结合现代化教学模式,引导学生独立思考,诱发兴趣使学生爱学,启发思维使学生会学。这样才能真正激发学生學习趣,提高教学效果。

基金项目:武汉东湖学院2015 年度教学研究项目,项目编号 2015DH-25。

参考文献

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