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课程简介 教师队伍  

■ 课程简介
课程名称: 材料力学 一级学科:  08 工学
二级学科: 0817 工程力学类 教学层次:  本科
负责教师: 邓宗白 学校名称:  南京航空航天大学
院系名称:   申报状态:  已获奖
申报级别: 国家级 申报文件下载:  无下载文件
获奖名称: 获奖年度:  2006
主页地址: http://gc.nuaa.edu.cn/cllx 是否交换: 
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课程介绍:

4-2理论课和理论(含实践)课教学内容
4-2-1结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况,说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
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作为一所以工为主、理工结合,多学科协调发展,航空、航天和民航特色显著的重点大学,学校极为重视培养学生的实践能力与创新能力。“材料力学”是本科生一门重要的专业基础课。开设本课程的专业为飞行器设计与工程、航空发动机、飞行器制造工程、人机环境工程及材料科学等,这些专业均具有航空特色。每年的学生达1500余人。
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在面向二十一世纪的航空主机专业教改中,“材料力学”课程的定位是对教学内容、课程体系与组织方式进行了改革,以适应航空、航天和民航事业迅猛发展的需要,培养有能力参与未来国际竞争的人才。
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课程的目标是通过材料力学的学习,要求学生对杆件的强度、刚度和稳定性问题具有明确的基本概念、必要的基础理论知识、比较熟练的计算能力、一定的分析能力和实验能力。本课程在高级工程技术人才的培养过程中,具有建立专业技术基础,培养开发创新能力的作用。
4-2-2知识模块顺序及对应的学时
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??? 自上个世纪八十年代起,我们材料力学课程实行课程体制改革,分为理论课和实验课,且材料力学实验单独设课,形成本课程的特色。
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??? 理论课包含六个知识模块,共计64学时。?
(1)?????? 材料的基本变形????????????? ? 28学时
(2)?????? 应力应变分析?????????????????? 8学时
(3)?????? 强度理论与组合变形????????? ?? 6学时
(4)?????? 能量法与静不定????????????? ? 10学时
(5)?????? 动载荷与交变应力???????????? ? 6学时
(6)?????? 压杆稳定????????????????????? 6学时
共计???????????????????????? 64学时
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作为课程建设的特色,多年来我们一直坚持材料力学实验单独设课,但在新的形势下,对实验内容和学时都提出了新的要求。在实验课中不但要求掌握材料力学实验的基本概念和技能,还要求学生掌握力学测试中广泛使用的电测技术、实验数据处理方法及了解光测技术和新的国家试验标准。所以把材料力学实验和误差分析合并为四个知识模块,32学时的“力学测试技术与误差分析”课程。
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(1)材料的机械性能????????????????? 7学时
(2)电测技术基础?????????????????? 18学时
(3)光测技术基础??????????????????? 4学时
(4)实验数据处理及误差分析???????? ? 3学时
共计? ???????????????????????32学时
另外还有4~6学时的课外选修综合性、设计性实验,旨在强化培养优秀生。
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4-2-3课程的重点、难点及解决办法
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一、基本变形部分
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重点、难点:
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教学重点为:(1)内力与外力的基本概念,内力的分析(2)正应力、切应力和线应变、切应变的概念(3)材料力学基本假设及其物理意义,小变形条件的含义(4)轴向拉压杆、受扭轴、受弯梁的内力、横截面上的应力、变形分析(5)材料的机械性能及相关实验分析(6)超静定问题的认识,简单超静定问题的求解(7)剪切与挤压的认识(8)平面弯曲的概念(9)弯曲中心的概念(10)弯曲变形和位移,挠曲线的近似微分方程,边界条件、连续条件,叠加法。
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教学难点为:(1)正应力、切应力和线应变、切应变的概念(2)轴向拉压杆、受扭轴、受弯梁的内力、横截面上的应力、变形分析(3)平面弯曲的概念(4)弯曲中心的概念。
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解决方案:
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根据学生学习过程中,常沿用《理论力学》的习惯思维的特点,分析理力与材力的基本模型的区别,帮助学生建立正确的基本概念,明确在两门课程中的异同点。
明确“能量守恒,力的平衡,位移协调”仍是材料力学中建立关系的主要依据,但要根据材料力学的特点进一步明确能量、力和位移的具体内容。
充分利用多媒体,演示物体受力的变形过程,建立正应力、切应力和线应变、切应变等概念。
结合相关实验现象,分析新概念的物理意义;以概念群为重点,切实掌握概念;精选例题,启发思维,培养基本解题能力。
在讲清楚基本概念的基础上,重点突出基本分析方法的讲解:
(1)??????? 结合介绍工程中的力学问题和力学问题的工程背景,讲授力学建模的基本方法。学习如何“出题”。
(2)??????? 构件内力分析的基本方法(截面法)。
(3)??????? 应力计算公式推导的基本方法(利用平衡原理、物理关系和变形几何关系)。
(4)??????? 构件变形计算的基本方法(利用应变积分求和、叠加求和等)。
(5)??????? 利用多媒体教学手段,结合构件失效原因剖析的实际例子,介绍材料力学研究方法的实用价值。
(6)??????? 结合光弹性实验、有限元分析,展示构件内部应力分布规律,开展形象化教学,介绍材料力学公式的实用范围。
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二、应变分析、强度理论和组合变形
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重点、难点:
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教学重点为:(1)应力状态的概念(2)平面应力状态的分析(3)三向应力状态下的概念(4)广义虎克定律(5)平面应变分析(6)强度理论的概念及常用的四个强度理论(7)组合变形和截面核心的概念,特别是扭转和弯曲的组合变形分析。
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教学难点为:(1)应力状态的概念(2)平面应力状态的分析(3)广义虎克定律及其应用(4)平面应变分析(5)组合变形下危险截面、危险点的确定(6)弯扭组合中两个平面弯曲的组合及弯矩的合成。
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解决方案:
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充分利用多媒体,形象直观地显示点的应力状态、平面应变分析、多个方向的应力作用下的变形等内容,深入浅出地介绍有关概念。
讨论单元体的截取,方向面的选择,分析构件的复杂受载情况与点的应力状态间的关系,注意不要孤立地分析点的应力状态。
总结关于正负号的规定,使得学生准确掌握平面应力和应变分析的方法。
联系工程实际结构,讲授强度理论。
明确组合变形中的“分解”与“叠加”的概念,综合运用前面有关章节中关于构件的内力、基本变形、应力计算、应力分析和确定理论等知识,启发学生开动脑筋,探索外力分解或向截面形心简化的方法,分析构件上的基本变形,综合比较构件不同截面上的内力分量,寻找危险截面;综合运用不同的内力分量所对应的应力分布规律,确定危险点;根据应力分析、强度理论等知识,分析危险点的危险程度。精心设计教学过程,充分调动学生的积极性,适时提出问题,引导学生积极思考,综合运用已掌握知识,参加讨论,实施研究性学习。这样既使得学生切实掌握有关组合变形的知识,又很好地复习和总结了前面的相关内容,还提高了自行解决较复杂问题的能力。
在讲清楚基本概念的基础上,重点突出以下几点的讲解:
(1)??????? 危险截面危险点的确定方法。
(2)??????? 单元体的截取原则和应力的表示方法。
(3)??????? 应力状态的定义。
(4)??????? 组合变形问题研究的叠加原理。
(5)??????? 强度理论分析复杂问题的基本思想。
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三、能量法与超静定问题
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重点、难点:
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教学重点为:(1)不同基本变形下杆件的变形能表达式(2)功的互等定理和位移互等定理(3)卡氏定理(4)虚功原理和莫尔积分(5)单位载荷法及图乘法(6)超静定的概念和力法正则方程(7)结构对称和反对称分析。
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教学难点为:(1)功的互等定理和位移互等定理(2)卡氏定理(3)虚功原理和莫尔积分(4)单位载荷法及图乘法(5)超静定的概念和力法正则方程(6)结构对称和反对称分析。
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解决方案:
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结合材料的机械性能,引导学生分析不同基本变形下杆件的变形能。
着重分析不同能量方法的基本概念、物理含义和数学分析方法,重点掌握其中一至两种。
通过典型例题讲解解题步骤,特别是莫尔积分的图乘法,使得学生掌握能量法求位移的解题步骤。
分析超静定问题的物理含义,掌握力法正则方程的原理及应用,重点引导学生讨论基本静定系的选取和变形协调条件的建立。
掌握结构和载荷的对称性和反对称性分析。
在讲清楚基本概念的基础上,重点突出以下几点的讲解:
(1)??????? 能量法研究力学问题的特点和对后续课程学习的影响。
(2)??????? 超静定结构受力特点与突出与静定结构受力的区别。
(3)??????? 超静定问题分析方法及分析步骤,基本静定系统的选取方法。
(4)??????? 对称性和反对称性在建立基本静定系统时的作用。
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四、动载荷与压杆稳定
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重点、难点:
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教学重点为:(1)动载荷的概念及其作用介绍(2)冲击动荷系数(3)压杆稳定的概念(4)临界应力的概念,柔度的概念,不同约束杆件的分类,临界应力总图(5)稳定计算。
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教学难点为:(1)冲击动荷系数(2)压杆稳定的概念(3)临界应力的概念,柔度的概念,不同约束杆件的分类,临界应力总图。
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解决方案:
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通过航空航天和土木工程中的实例,介绍动载荷的作用过程和构件失稳的危害,帮助学生建立准确的基本概念。
设计问题,动静对比,使得学生明确动载荷的作用的特殊性。
以冲击动荷系数为重点,介绍冲击问题的分析方法。
从压杆稳定的实例出发,阐明稳定失效的特征,讲解稳定的基本概念的物理意义,分析不同约束条件对杆件稳定性的影响。
临界应力总图为中心,讨论不同柔度压杆的临界应力及稳定性问题分析的基本步骤。
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五、材料力学实验
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重点、难点:
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教学重点为:(1)材料的机械性能(2)电测技术基础(3)光测技术基础(4)实验数据处理及误差分析。
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教学难点为:(1)布片方案及组桥技术(2)实验技术及动手能力(3)创新思维的培养。
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解决方案:
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通过基本型实验,深入理解力学基本概念、了解力学实验技术基础、培养学生基本力学实验技能。并加强实验的思考性和启发性,增加学生动手、动脑的机会。
通过综合设计型实验,培养学生综合能力,设计实验的能力以及在实验中学习,在实验中研究的能力,增强学生通过实验发现问题、研究问题的能力。
通过研究创新型实验,开阔学生眼界,培养其应用高新技术发挥创造性的能力。
4-2-4实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)
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一、树立先进的实验教学理念
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实验教学改革是我校国家力学教学基地建设和江苏省力学实验教学示范中心建设的重中之重,我们发扬光大优良传统,保持特色,坚持:
(1)加强实践教学环节,将力学素质教育、力学工程教育和力学创新教育结合起来,加强基础,强化工程意识,培养创新精神,全面提升本科生的综合素质与创新精神。
(2)充分尊重学生在实验教学中的主体地位,调动学生参与实验教学的积极性与主动性。因材施教,大面积成才,强化优秀生培养,激发自主创新人才脱颖而出。
(3)深化力学实验教学内容与体系改革,加强实验的综合性、设计性和研究性。
(4)将课堂教学、实验教学和计算机分析三位一体,训练学生基础知识的综合应用能力,提高学生解决工程实际问题的综合能力,培养研究型、创新型人才。
(5)创造一流的实验环境和实验条件,建设开放创新实验平台,应用现代测试技术和网络技术提高实验教学水平。
(6)教学与科研相结合,努力将科研成果转化为实验教学资源;开发新的实验教学项目与研发实验装置相结合,为全国高校不断提供优质的实验教学共享资源。
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二、建立实践教学新体系
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传承创新,亮点更亮,实验单独设课。在原有实验教学的基础上发展建立了“基本型、综合设计型、研究创新型”三个模块的实验教学体系。达到实行分层次教学。培养优秀拔尖学生。
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1. 基本型实验
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我们对传统的基本实验进行较大的更新和改造,提高基本实验的教学起点,使其不仅具有验证性,还具备思考性和设计性,有扩展学习的空间。基本实验是必做实验,占实验总时数的50%。
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开出的实验项目为:
(1)??????? 材料拉伸性能实验(包括塑性、脆性材料拉伸时的力学性能测定)。
(2)??????? 材料压缩、扭转性能实验(包括材料压缩、扭转时的力学性能测定)。
(3)??????? 纯弯曲应力测定实验。
(4)??????? 等强度梁应力测定实验。
(5)?????? 光测基本实验
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2. 综合设计型实验
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??? 这类实验主要是涉及材料力学课程中多个知识点的综合,或是与其它课程的相关知识点的综合。学生在完成教学要求的基础上,可以自己提出问题,设计方案。这部分实验项目较多,根据学时选做其中部分实验。在实验总学时数中的比例达50%。
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开出的实验项目为:
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(1)??????? 弯扭组合内力应力测定实验。
(2)??????? 应变电测技术实验(包括应变片粘贴、各种测量电桥组桥训练)。
(3)??????? 压杆稳定实验(包括不同约束条件下临界载荷的测定)。
(4)??????? 动态应力及应变测量(测定动载系数、动应力大小)。
(5)??????? 叠梁、复合梁应力测定实验。
(6)??????? 刚架及预应力测定实验。
(7)??????? 复合受力结构的应力应变分析实验。
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3. 研究创新型实验
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??? 这类实验是由科研成果转化而来,或是反映学科发展前沿,或是与工程实际相结合。主要面向优秀学生和在实验方面具有潜能和兴趣的学生,目的是为了开阔眼界,培养创新能力。这部分实验主要是课外选修实验。
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开出的实验项目为:
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(1)??????? 工程结构应力分析实验:起落架结构模型,采用多点协调加载和数据采集系统进行分析。
(2)??????? 槽型薄壁结构弯曲综合实验。
(3)??????? 光纤传感系统的力学量检测。
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三、整合实验教学内容强化优秀生培养
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充实各模块实验内容,调整实验项目,改进和新增一批具有航空特色并结合教学内容的实验。
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在基本型实验中,充实内容,强化思考性,为学生留出充分的思维空间,培养思维的习惯。例如: “纯弯曲应力测定实验” 是一个传统的基本实验,主要测定梁的纯弯曲段的正应力分布规律。但梁还有横力弯曲和切应力,我们引导学生通过自己的“琢磨”,在横力弯曲区域和加载点附近贴上应变片,研究该区域的正应变和切应力分布规律,跳出“框框”大胆尝试,与理论分析对比,学会了通过现象看本质,学到了课堂上没有讲到的知识,提高分析问题解决问题的能力。
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在综合设计型实验中,强化知识点的综合。增加了压杆稳定实验,增设了综合性的压杆约束条件的讨论;增加了等强度梁冲击动应力和动荷系数测试实验;增加了构件应变的电测方法实验及综合设计性实验。使开设的实验项目有静有动、有强度刚度又有稳定性;涵盖了材料力学所有重要知识点。
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在研究创新型实验中,注重学科前沿和工程实际,旨在培养优秀生。开发了以飞机起落架为模型的结构应变场的电测和光测综合分析实验;利用我们在光纤传感领域的研究优势,开发了前沿性的利用光纤传感系统的力学量测试实验。
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特别是槽型薄壁杆件弯曲实验,槽型薄壁杆件(槽钢)是航天器、飞行器及土木工程中极为常用的构件,它的弯曲涉及到弯曲中心、弯曲正应力、弯曲切应力和扭转切应力测定及约束扭转等许多概念。其中有些概念超出教学大纲要求,这些参数的测定让学生通过自学,自主设计和实施,方法八仙过海各显神通。尤其是圣维南端部影响区的确定,教材没论述,甚至文献找不到,学生通过实验运用多种方法,从正应力和切应力多角度测出了影响范围,并进行深入讨论,很有成就感。
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这个实验在2005年我校承办的江苏省首届大学生材料力学实验竞赛中定为决赛题目,得到参赛高校教师的一致好评,许多教师评价说,以前不知道作为基础课程的材料力学实验如何开展综合性、设计性、创新性实验,这个实验三者均具备,为今后的工作打开了思路。并提议为实验的开发设计者增设“竞赛特别贡献奖”。
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这次竞赛我校学生取得3人获一等奖的好成绩。
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四、建设创新实验室开展多种形式的课外实践活动
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在将具有良好基础的工作做扎实的同时。更注重创新能力的培养。我们建设创新实验室,鼓励学生充分利用硬件条件,结合我校专业特色,促进学生将在材料力学实验教学阶段所掌握知识与其他课程融会贯通,结合创新大赛、小论文、小制作等第二课堂活动,充分发挥学生的主观能动性,由学生自己提出问题,教师配合,设计实验方案,搭建测试系统,进行自主性强、研究程度高的学习。重点资助:
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(1)??????? 学生在学习过程中自己提出的感兴趣的问题、受教师在教学过程中的启发而希望作进一步探讨和研究的问题或自己从工程和生活中提取的问题。
(2)??????? 从教师的科研课题中分解出来的小问题。
(3)??????? 重点培育和推荐有一定基础的项目申报校大学生科技创新基金。
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近年来,学生的聪明才智在创新实验室得到了充分的发挥和展示,并结出了丰硕的成果。如有些同学从二大学习基础力学课程起,长期参加材料力学任课老师的某型飞机主起落架的科研项目,完成了很有意义的工作,019903班的金凤新同学撰写的毕业设计论文《小车式主起落架车架系统静强度计算》2003年被评为南京航空航天大学优秀毕业论文。此外,2004年02级的曾小平等四位同学在学习材料力学时,积极参加课外创新活动,获得了我校大学生科技创新基金的资助。2005年又有03级的林磊等三位同学获得了我校大学生科技创新基金(第一批)的资助。
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五、设立大学生力学创新实验基金激励创新人才脱颖而出
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配合开放创新实验平台建设,并从制度上保证其可持续发展,鼓励学生参与创新实验,培养其综合能力和发明创造能力,发现优秀人才。我校江苏省力学实验教学示范中心建设项目特设立大学生力学创新实验基金给予专项资助,每项3000至5000元。
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创新基金的申报和管理实行课题组长负责制,鼓励学生组成科研团队,群策群力,集体攻关,培养相互协作、多方协调的能力和团队精神。
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六、改革考试方法,口试笔试结合,培养优秀人才
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实验教学考试的方法必须与教学方法、实验内容与实验技术的改革相适应,是实验教学改革中的一个重要组成部分。考核不仅是要检验须掌握的基本概念,更重要的是一次学习过程。使学生在考试中不是被动思维,而是积极思考。不仅要考教材上的内容,更要给学生创造性思维的空间。
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在考试方法的改革方面,多年来,我们一直坚持实验课独立设课,单独考核。实行口试与笔试相结合、理论概念与实际操作相结合的综合性考试方法。口试题目一般都具有综合性和不唯一性,需要学生去思考、去研究,以得到简捷、方便、有效的高水平解决方案。它不是一般的习题,而是结合工程背景,提炼简化的问题。这样的考试既考基本概念、基本方法、又考综合能力、表达能力,考学生的综合素质。包括力学素质、工程素质和创新精神。有的同学说:“实验课的口试对我们来说有着与笔试完全不同的意义,口试能检验我们的动手能力,要求能够将基本概念运用到实际工作中,考察了自己的力学建模与分析能力。是对我们综合素质的一次考察,不仅要求有很强的动手能力,更要有良好的表达能力。是对我们学习能力的一次很好的锻炼、提高”。由于口试要求对学习内容深入理解与灵活掌握,促使同学们提高了对理论学习与实验学习的积极性与并提高了学习效果。
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七、显著效果
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我们的经验是实验教学与课堂教学相辅相成、相得益彰,共同提高了教学质量,使学生全面深入的掌握了整个课程的知识点。在全国和江苏省的大学生各类力学竞赛中,我校学生均名列前茅。
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4-3教学条件(含教材使用与建设;促进学生主动学习的扩充性资料使用情况;配套实验教材的教学效果;实践性教学环境;网络教学环境)
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一、教材建设与选用
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在教材建设方面,我们的指导思想是:编写有特色的自编教材和选用高质量的优秀教材相结合。
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1. ?编写有特色的教材
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1
《工程力学》
许陆文等主编
航空工业出版社
1993
2
《材料力学测试原理及实验》
曹以柏、徐温玉
航空工业出版社
1987
3
《材料力学测试原理及实验(第二版)》
本教材为我校实验课的主教材,发行近20000余册,为全国几十所高校选用或参考。
曹以柏、徐温玉
航空工业出版社
1999
4
《Strain Measurements and Stress Analysis》
王鑫伟
Prentice Hall
2001
5
《工程实验力学》
邓宗白等主编
机械工业出版社
2005
6
《工程力学实验》(国家十五规划教材)
邓宗白等参编
高等教育出版社
2006
7
《材料力学》
本教材已申报国家“十一五”规划教材,并已通过专家评审。
邓宗白、周克印、 吴永端主编
高等教育出版社
2006.12
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2. 选用高质量的优秀教材
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工研班和强化班选用清华大学范钦珊教授主编的《材料力学》和《工程力学教程》,该教材为面向21世纪优秀教材,由高等教育出版社出版。
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普通班材料力学课程根据多年教学实践经验,编写讲义《材料力学》,突出变形固体力学的特点和改革体系,分阶段突出同类概念群,从不同视角巩固强化、联系实际,减少不必要的重复,节约课时。扩大工程应用知识面,结合航空航天特色,提高基本技能的训练和培养独立思考的能力。经多年实际使用,认为其工程实用性强,满足专业需要,取得了较好的效果。现已申报国家“十一五”规划教材,并已通过专家评审。并于2006年底由高等教育出版社出版。另外选用刘鸿文主编的《材料力学》,该教材获得国家优秀教材特等奖。由高等教育出版社出版。
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双语教学选择James M.Gere编著、Thomson Learning出版的《Mechanics of Materials》作为的教材。
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二、实践教学条件
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改善实验教学条件,对本科生开设的基本实验,保证实验设备的台套数为20~40台(套),满足1~2人一组,每次实验人数为一个基本班级(35~40人)。对于提高型实验,实验设备的台套数均为10~20台(套),每次实验人数为半个基本班级(20人左右)。
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在实验教学环节,摆脱传统实验的机械性、枯燥性、简单化,增强实验的趣味性、综合性、研究性。实验技术趋向于与现代的测试技术相融合、渗透。我们对传统的实验技术及设备,包括我们以前研制的一些曾受到普遍欢迎的实验教学设备,进行了改造、更新与提高。
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(1)在梁的纯弯曲实验装置及弯扭组合实验装置中增加了数字式测力仪表,改善了用砝码的状况,得到了好评。
(2)自行开发、研制了数字化静态应变仪和静动态应变仪以替代传统的指针式仪表。
(3)采用计算机数据采集与控制技术,改造原有利用光线示波器的动态应力测试。
(4)在光弹性测试中引入图像处理技术,将实验数据的采集计算机化,使实验数据的处理实时化、数字化。
(5)在微位移测量中运用光纤传感器,弥补了电测技术的不足。
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???????????????????????????
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我们的实验技术不仅有传统的机械法、电测法、光测法,还引入先进的激光技术及光纤传感技术,使学生掌握各种现代测试方法与技术,了解各方法的特性、优缺点和适用范围,提高了学生的工程素质及今后的工程应用能力,为学生创新思维的培养奠定了基础。
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自行研制的实验教学设备有:
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· 纯弯曲梁实验装置   · 压杆稳定实验装置
· 弯扭组合实验装置 ?? · 冲击动荷系数实验装置
· 等强度梁实验装置 ?? · 叠梁复合梁实验装置
· 预应力梁实验装置?????? · 光弹图像处理实验装置
· 小型拉伸实验装置?????? · 复合材料拉伸实验装置
· 交变应力实验装置?????? · 多功能综合实验装置
· 静态数字电阻应变仪???? · 动态数字电阻应变仪
其中,部分已获国家专利,部分正在申报。
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三、网络教学环境
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2002年,建立了材料力学教学网站,面向学生提供各种教学信息(课程综述、课程学习、实验教学等),学业论坛栏目给师生交流提供了另外一种方式。力学园地栏目介绍著名力学家和力学史。教改与科研栏目介绍教师的教学科研成果。网站的重要特色为:
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(1)丰富的教学资源。提供课程大纲、教学计划、重点难点、解题指南、电子教案、实验指导、设备介绍、教学参考资料、发布分析讨论题和考研辅导,特别是提供针对材料力学课程知识点进一步研究的相关论文等教学资源,促进学生学习,深受学生欢迎。
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(2)多媒体实时在线答疑系统。具有多人音频、多人视频、共享电子白板、共享文档等交流手段的实时数据协同、数字传输系统。使学生切身感受到如真实课堂的教学效果。该系统开创了网络远程面对面传授的先河,无论是从技术手段还是教学效果上,都走在了科技应用的前列。
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(3)网上实验管理系统。包括学生、教师和系统管理员三个模块。实验安排及时上网公布,实现网上预约,将实验的管理分为课程实验、公选实验和自主实验三类,可以整班预约和自主预约,结合我校实际有效地配合了实验课程教学和开发实验室建设。
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“基础力学教学网站”2004年获江苏省高校多媒体教学课件竞赛二等奖。
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4-4教学方法与教学手段(含多种教学方法灵活使用的形式与目的;教育技术应用与教学改革)
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一、教学方法
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1. 树立先进教学理念,开展 “研究性”教学
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在我校国家工科基础课程力学教学基地建设成果的基础上,对教学方法进行了大胆的改革,采用“问题教学法”和“探究式教学法”,激发了学生的学习热情和主动精神,收到了很好的效果。
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“问题教学法”主要是启发学生思维,提出问题,揭示矛盾,激发学生求知欲,加强学生联想能力和发散思维能力,特别是培养学生发现问题的能力;提出问题让学生去思考、去自学、去研究,为学生留出充分的思维空间,让它们在这种空间内自由驰骋,养成思维的习惯,特别是养成创新思维的习惯,提高分析问题、解决问题的能力。
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“探究式教学法”目的是培养创造性人才,在课程的讲授中,教师不仅传授给学生知识,而且要给学生学习方法和培养学生自学能力,使他们能够在近段的时间内掌握尽可能多的知识。是学生在学校所创造的学习环境和教师指导下积极主动地获取知识、形成能力。
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在上述理念的指导下,课程教学采用了以下运行机制:
(1)??????? 教学内容重在学术深度;
(2)??????? 教学过程重在启发引导、教学互动;
(3)??????? 课外学习重在研究;
(4)??????? 实验教学重在自主设计;
(5)??????? 考试考核重在激发思维、鼓励创新;
(6)??????? 现代教育技术的应用重在与课程整合。
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通过调动学生学习的积极性,取得了显著成绩。许多学生积极撰写有关于“材料力学”课程和实验的小论文或学习体会,并踊跃投稿,近两年来,我们将学生的研究文章汇集成册,分别编辑印刷了两集小问题研究集和两集小论文集受到学生的广泛欢迎。
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部分研究文章如下:
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序号
论文题目
学号
姓名
1
双人过桥的趣味问题
010240226
曹文涛
2
组合杆件的临界应力
010130125
陈华玉
3
圆轴弹塑性扭转的相关讨论
010110403
叶? 静
4
Z字型截面梁的弯曲问题
050110816
王? 峰
5
变截面梁的应力分析
010011514
沈? 荣
6
厚臂圆筒的塑性问题
010140228
马? 强
7
两个圆筒以过赢配合的方法构成的组合筒
020130216
范宝龙
8
压弯杆件的动荷性能分析
020110523
孙杨利
9
关于受力平衡时稳定性问题的探讨
050190209
李大春
10
多个相同的力作用下的卡氏定理
050110712
周明明
11
关于临界载荷问题的进一步讨论
050110623
高血峰
12
关于复合梁的分析和计算
020110107
赵立豪
13
旋转体系中空载荷弹簧的应力分析
050110601
袁晓园
14
横梁以及冲击系数的改进
010140119
汪新明
15
轴向压力和横向载荷联合作用下的静不定梁
020104121
刘? 驰
16
细长压杆临界压力欧拉公式的统一推导
010140201
杨? 越
17
浅析等强度问题
010210603
刘? 艳
18
铸铁破坏方式为剪断的问题
010210505
邱? 雷
19
二对称杆受拉产生微变位移问题的研究
010210519
张逍越
20
圆轴扭转角度与力偶关系曲线问题
050110509
冉治通
21
强迫振动的最大应力计算
050110511
吴? 超
22
纯弯曲梁的应力损伤失效分析和预测
050110426
韩贞荣
23
键槽圆轴扭转传动机构的受力分析
010130214
陆景松
24
不同材料的叠梁问题
010110129
马健伟
25
关于圆轴的塑性扭转问题
050110315
沈石松
26
特殊条件下的受力分析????
010110531
刘聪璞
27
双梁冲击问题分析和实际应用
010140114
罗? 玮
28
焊接处能否简化成铰链的实验研究
050410517
吴一凡
29
关于两种约束条件下横臂梁的受力分析及讨论
010410811
吴? 健
30
升降机的研究
030410419
胡应东
31
圣维南影响区的测定
010210239
010210437
张一慧
奚? 蔚
32
槽铝弯心的测定及应力分析
010210239
020210520
张一慧
黄寿伟
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2. 坚持实验教学改革 将“教学实验”转变为“实验教学”
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继承传统,坚持实验教学与课堂教学并重,研究正确处理实验教学过程中各种因素的相互影响和制约的关系,将传统的“教学实验”理念转变为“实验教学”理念。实验教学的重点从传授知识向培养能力和提高综合素质转移。
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我们的教学理念是
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(1)加强实践教学环节,充分尊重学生在实验教学中的主体地位,调动学生参与实验教学的积极性与主动性,培养团队精神,优化实验教学效果。
(2)因材施教,保证大面积成才,强化优秀生培养,激发自主创新人才脱颖而出。全面提升本科生的综合素质与创新精神。
(3)深化力学实验教学内容与体系改革,加强实验的设计性和研究性。
(4)创造一流的实验环境和实验条件,建设开放实验平台,应用现代测试技术和网络技术提高实验教学水平。
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3. 因材施教 分层次教学 双语教学
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针对扩招后学生基础参差不齐的情况,我们因材施教,实行分层次教学,以利于学生大面积成才。根据学生基础、入学成绩及先修课程的成绩,分为工科研究班、强化班、双语班和普通班等四个层次。工科研究班和强化班,我们选配教学经验丰富,教学水平高,责任心强,具有创新意识的教师为他们讲授材料力学,实行单独开课,单独考试,滚动淘汰。该班教学不仅起点高,而且教学内容在广度和深度上都有较大的拓宽与加深,工程概念也得到明显增强。双语班,我们选派任课教师前往美国德州A&M大学进修,对该校与理论力学课程相当的力学课程从教学体系、教学内容、教学方式到考核考试方式等进行了全方位的调研。为使双语教学取得较好的教学成果,任课教师在教材选取、教学方法和教学手段改革等方面都作了很多细致的工作。期末考试同样试卷双语班的平均成绩高于普通班。
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几年来的实践表明,分级教学是成功的,取得了较好的成绩,达到了普遍成才的目的。工研班和强化班中80-90%的同学被保送和考上了研究生,普通班的同学也达到了教学的基本要求。
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4. 鼓励掌握大型结构计算软件,培养创新人才
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在课堂教学和实验教学中一些有深度和难度的分析讨论题,没有精确的解析解。需要学生根据合理假设进行建模,然后进行计算分析和设计实验。其结果正确与否,鼓励学生利用ANSYS等大型结构有限元分析计算软件分析校核。例如:等截面锥形杆受拉的正应力和切应力分析;槽型构件非对称弯曲时的弯曲正应力、弯曲切应力及产生的约束扭转正应力和切应力的分析等问题,每届都有部分拔尖学生对此做出小论文。增强了他们的学习兴趣和研究能力,深受欢迎。
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二、运用现代教育技术 改善教学手段
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1. 提高实验技术的现代化水平
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随着科学技术的发展,实验技术趋向于与现代的测试技术、信息技术等相关学科相融合、渗透。与之相适应,我们把学生实验从传统的模拟化向数字化过渡,从传统的指针仪表提高为数字仪表或计算机虚拟仪表,从手动控制转为智能化闭环自动控制,从单机型向网络化发展,引入计算机测控技术与图像处理技术,实现实验技术的现代化,
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提高实验技术的现代化水平,与工程实际应用相适应,使用数字化静态应变仪和静动态应变仪以替代传统的指针式仪表;采用计算机数据采集与控制技术,改造原有利用光线示波器的动态应力测试;在光弹性测试中引入图像处理技术,将实验数据的采集计算机化,使实验数据的处理实时化、数字化;在微位移测量中运用光纤传感器,使电测技术所无法办到的成为可能;我们的实验技术不仅有传统的机械法、电测法、光测法,还引入先进的激光技术及光纤传感技术,使学生掌握各种现代测试方法与技术,了解各方法的特性、优缺点和适用范围,提高了学生的工程素质及今后的工程应用能力,为学生创新思维的培养奠定了基础。
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2. 重视多媒体教学手段的研究与运用
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课程全部采用多媒体课件进行教学,以增大课堂知识的信息容量,将抽象、复杂的重点与难点采用直观、生动和形象的多媒体动画进行演示,达到了利于学生理解、减轻紧张程度、提高学习兴趣等目的。
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利用图形和动态图像技术可以形象地演示与力学有关的工程背景知识及相关的力学现象,有利于缺乏工程实际经验的学生认识和理解力学概念和基本理论。利用图文并茂、形象生动的多媒体手段,将以往扭转变形、弯曲变形、薄壁结构的非对称弯曲及应力状态等一些抽象、枯燥的概念通过动画等形式形象地展示在学生面前,既便于学生理解,又有利于启发学生的思维。
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3. 建设网络教学平台
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我们较早开始了网络教学的开发工作,一方面通过网络提供丰富的教学资源,可以使得学生学到知识,增加学生的信息量,另一可以进行师生交流。实现学生与老师和其他同学之间即问即答式的音、视频交流,给师生交流提供了一种方便快捷的手段;老师可以随时在网上平台发布自己的教学课件和紧急通知,不受时间和地点的限制,极大的提高了工作效率。
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通过网站老师给出学习指导、思考题、难题详解、课外讨论题和有关参考文献等;既有助于一般学生巩固复习,又有助于优秀学生扩展思维。学生可以随时随地下载自己所需要的教学资源,并发表自己的评论意见,做到教学相长,更加有利于教学的深入。
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4. 锻炼教师,培养学生,开发高水平实验教学设备
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作为我校改革特色,国家力学教学基地和省实验示范中心建设予以重点资助。我们对传统的实验技术及设备进行了改造、更新提高、升级换代。多年来结合我校实际情况,根据理论教学需要,并围绕改善实验教学条件,自行动手设计和研制的一系列小型系列实验教学装置,在不断提高设备的性能和各项技术指标的实践中,提高了运用所学理论知识解决工程实际问题的能力。
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通过教学、科研和开发的有机结合,所有参与此项工作的教师在实践中均得到了锻炼,对提高基础力学理论课的课堂教学质量起到了积极的促进作用。与此同时,研制的小型化系列实验装置大大改善了我校的材料力学实验条件,为力学实验单独设课起到了积极作用,为学生人人动手做实验创造了条件。
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不仅如此,广大教师还有意识地将实验设备的改造、新型实验装置的研制与本科生的毕业设计、生产实习等实践性教学环节有机结合起来,将课题分解成一个个子课题,让本科生参与方案论证、设计分析计算、生产制作和系统调试等工作,极大地促进了学生自主研究意识和创新能力的提高。
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由于我校研制的这种小型化力学教学系列实验装置性能优越,价格低廉,紧密结合教学要求,受到了各校同行的好评并被采用,扩大了我校实验教学改革在全国的影响,起到了很好的辐射示范作用。
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