时间:2023-02-28 15:26:26
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇大学物理下册公式总结范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
在高中阶段,学生已经学习了电磁感应现象,对相关概念如磁通量以及磁通量变化、楞次定律以及法拉第电磁感应定律等都有所了解。大学物理的学习是在此基础上的加深和拓展。大学物理教材一般直接给出电磁感应定律,然后进入感应电动势的学习。下面是关于动生电动势内容的课堂讲授设计。
一、用类比法讲解电源电动势的概念
由于大学物理课时少,许多内容包括恒定电流(电动势概念)都被忽略了。因此,在介绍感应电动势之前,教师应先讲解电源电动势的概念。电源电动势的概念比较抽象,采用类比法引入,便于学生接受和理解。例如:学生对高山滑雪运动都比较熟悉,可以理解为,人站在山坡高处,在重力作用下沿坡道下滑,到达地面后,若要回到高处起点再次滑行,靠重力是不行的,需要向上的外力来克服重力的作用,如借助升降装置将人带到高处,此过程外力做正功,重力做负功,忽略阻力作用,两个功大小相等。电荷在电场中持续运动情形与质点(人)在重力场中的循环滑雪运动情形极其类似。
二、电源电动势的的定义与表达式
电源非静电力所做的功与所移动的电荷量的比值为电源的电动势。前面章节中已学过力做功的表达式:W=■F非・dl,类比静电场的表达形式来表示非静电力:F非=qE非,E非表示非静电场强度。电源电动势:ε=■=■E非・dl=■E非・dl,单位为伏特V。方向:电源内部从负极指向正极。
对于闭合回路L,由于有静电场安培环路定理即■E非・dl=0,则电源电动势可写成
ε=■E非・dl。方向:ε>0,与dl方向一致;ε
三、动生电动势是由洛伦兹力作功引起的
由电磁感应定律可知,只要回路的磁通量变化,回路中就有感应电动势产生。导线在磁场中的运动所产生的电动势叫做动生电动势。以一段直导线在均匀磁场中运动且运动方向与场强垂直为例,经过分析,产生动生电动势的非静电力是洛伦兹力F=q(v×B),动生电动势是由洛伦兹力做功引起的,由此求出动生电动势ε=■(v×B)・dl,方向与dl方向一致。
四、两个例题展示动生电动势的求解过程
教材中选取的例题是:一截长度为l的直导线在磁场中平动或转动,求解动生电动势。而笔者选择了另外两个例题,一个是一根铜棒在匀强磁场中在与磁场方向垂直的平面上作匀速转动,求铜棒两端的电动势。根据动生电动势的计算公式,得出结果。
另一个是将一根铜棒弯成矩形线圈在均匀磁场中绕轴转动,转轴与磁场垂直,求铜棒两端的电动势。
几乎所有的大学物理教材中,该例题是作为练习法拉第感应定律而出现的,无需分析感应电动势的起因,只需求出磁通量的变化率,就能计算感应电动势。
■
穿过线圈内的磁通量φ=BScosωt,由法拉第感应定律得到ε=-■=BSωsinωt,若线圈构成闭合回路,电阻为R,则回路内的电流强度i=■=■sinωt.
而笔者利用动生电动势公式去求解:ε=■LE非・dl=■(v×B)・dl+■(v×B)・dl+■(v×B)・dl+■(v×B)・dl,铜棒两端电动势可以分解矩形线圈四根直导线以相同的角速度在磁场中转动所产生的动生电动势的代数和。若线圈面积S最终计算结果ε=BSωsinωt,闭合回路i=■sinωt.
线圈在磁场中转动,洛伦兹力作功,推动电荷在导线内移动,产生随时间正弦变化的动生电动势,进而产生了随时间正弦变化的交流电,开启了人类电气化时代的序幕。
两种方法的计算结果一致,说明ε=-■=■LE非・dl.
这种相等关系又说明什么呢?电动势的公式是严格推导出来的,而法拉第感应定律是根据实验总结出来的,两种方法得出的结果相同,证明法拉第感应定律是正确的。
此外告诉我们:动生电动势的求解可以采用两种方法,一是利用“动生电动势的公式”来计算,二是设法构成一种合理的闭合回路以便于应用“法拉第电磁感应定律”求解。
五、关于洛伦兹力是否做功的两个结论统一
“动生电动势是由洛伦兹力作功引起的”是这节课得出的一个结论。而学生早已知道“洛伦兹力对运动电荷永不做功“的结论,这两个结论看似矛盾,实则不然。
有匀强磁场,垂直纸面向内,纸面内有长度金属棒ab,垂直磁场方向放置,b端在上,当棒以速度v水平向右匀速移动,导线中的每个电荷随着以速度v向右匀速移动,电子受到洛伦兹力F=q(v×B),大小F=Blv,方向由ba,推动电子沿导线向上运动,即电子又有一个向上的分运动,其分速度v′。
在磁场中,电子的运动实际是水平方向的匀速运动和竖直向上匀速运动的合运动,用i代表水平向右单位矢量,用j代表竖直向上单位矢量,则电荷的运动速度v总=vi+v′j。由于电荷在磁场中竖直方向的分运动,又使得电荷受到一个大小F′=Blv′方向向左的洛伦兹分力,所以电子在磁场中受到总洛伦兹力是两个分力的合成,F总=F+F′=Bl(vj-v′i),从几何图形上很容易看出洛伦兹合力与电子合运动方向总是垂直的,所以洛伦兹力对运动电荷不做功。
产生动生电动势的只是竖直分力F,它移动电荷,做正功。而同时另一个水平向左的分力阻碍电荷向右运动,做等量负功。若保持金属棒一直向右运动,必须施加外力来克服水平向左的洛伦兹分力,如此才能持续产生动生电动势。总之,外力做功将其他形式能量转变为电能的过程中,洛伦兹力起到了能量转换的媒介作用。
参考文献:
作者简介:胡蓉(1978-),女,湖南长沙人,北京工商大学理学院,讲师。(北京 100141)
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)31-0107-02
人类社会进入21世纪的今天,实施大学生综合素质教育是我国社会、经济发展对高校教育提出的客观要求,然而,由于我国教育一直存在着文理分科现象,导致受教育者知识片面化、思维单一化。为了培养出科学素质和人文素质全面发展的复合型人才,教师一方面在教学过程中要注重文理渗透,努力提高文科学生的观察力、想象力、逻辑思维能力和实践创新能力,同时也应加强理科学生的文学素养;另一方面从教学内容、教学方式、考核形式、教材使用等环节上改革,探索出适合文理科生不同的教学方法。
一、注重大学物理教学的文理渗透和美学教育
19世纪法国雕塑家罗丹曾说过:“生活中不是没有美,而是缺少发现美的眼睛。”物理学是一门自然科学,它研究自然的规律和法则,大自然本身处处存在着天然的艺术设计,因而,物理学和美学是分不开的。
许多文科生认为物理是较为抽象的自然科学,学起来艰涩而枯燥乏味。为了提高文科生对物理的学习兴趣,教师应针对文科生形象思维和语言感知能力强的特点,在讲解物理学中让他们明白物理学中蕴含着对称美、简约美与和谐美。
1.对称美
对称总给人美感,物理学规律的描述处处显示出了对称美。例如,平面镜成像、电荷的正负、作用力和反作用力、电生磁和磁生电、物质与反物质等空间对称性,角动量守恒体现了宇宙的空间转动对称性,能量守恒体现了宇宙的时间平移对称性。
2.简约美
在一个艺术家眼里,简洁就是一种美。物理学源于对自然现象的解释和摸索,曾经是很繁琐的,随着物理学家对自然规律一步步探究,他们逐渐总结出了反映物理本质属性的基本概念、定理和定律。例如,宇宙中的种种作用力可归纳为万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力四种;牛顿三定律解释了低速条件下的物体动力学特征;麦克斯韦方程组可以解释电磁学的许多问题;爱因斯坦相对论内涵很神奇,它的原理却十分简单明了。
3.和谐美
自然界既是千姿百态的,又是统一的,万千事物的存在和变化遵从一定的规律,这些为数不多的规律体现了自然界的统一与和谐之美。牛顿将“落下的苹果”和行星运动引力联系起来;麦克斯韦理论统一了电、磁、光;爱因斯坦广义相对论将引力、时间、空间、物质联系起来;德布罗意关系揭示了物质波动性和粒子性的统一。
物理学不仅是一门科学,也是一种文化,在理科生大学物理课堂上,教师可以将物理与文学结合起来,借助优美的古诗词句加深学生对物理规律的理解和记忆,同时培养他们的文学素养。张若虚的《春江花月夜》中,诗句“春江潮水连海平,海上明月共潮生”描绘了明月与潮水同升的景象;史达祖在《满江红·中秋夜潮》中用诗句“万水归阴,故潮信盈虚因月”提示了潮汐现象与月亮相关。由此,教师可以让学生明白:利用万有引力公式定量计算发现,月球的引潮力是太阳的2倍多,潮汐主要是月球对潮水的引力而形成的。苏轼的诗“峰多巧障目,江远欲浮天”形象讲述了“光沿直线传播”的理论。教学中以诗句引趣,以意激情,使学生自然地进入最佳学习状态,有利于启发学生思维,强化学生记忆,调动课堂气氛。
二、注意文理科生大学物理教学的差异性
文理科生物理基础差距大,理科生熟悉的内容,文科生可能并不了解。文科生具有较强的文字功底和语言表达能力,理科生独立思考和逻辑思维强。为解决不同知识背景学生的需求,教师应从教学内容、考核方式和教学方法等方面探索出适合高等院校实际的、能充分调动师生积极性的教学模式。
1.教学内容的不同
文科学生与理工科学习物理知识有着本质不同。首先,课时差距很大,北京工商大学(以下简称“我校”)理工科每学年总课时为119课时,而文科学生只有34课时,这要求教师要精选文科生物理学习内容;其次,物理基础的不同使得任课教师在教学深度和难度上要把握得当。另外,理工科大学物理教学是为了培养研究和应用型人才,文科学生学物理是为了提高他们的科学素养。因而,理工科教学内容应 “系统化”、“逻辑化”和“研究型”,而文科学生侧重于科学精神和物理规律的定性学习。
我校理工科大学物理教学内容系统化,涉及力学、热学、振动和波动、光学、电磁学和近代物理。教师教学不单纯以“传授知识”活动为主,而且要辅之以“探索知识”活动,这不但发展一般应用知识的能力,还要发展高层次能力,即创造力。在教学中,注重教学主题的引入,启发学生思考问题,理论联系实际,从而培养学生分析问题和解决问题的能力,让学生从单纯的物理知识学习上升到创新能力的培养。我校教师让学生走进实验室,引导学生自主设计和开发新的实验仪器,通过这样的教学方式,提高学生动手能力和科研技能,培养他们的创新能力。最终,教师指导学生获得三项物理演示实验竞赛奖:2011年北京市大学生物理实验竞赛一等奖,2011年北京市大学生物理实验竞赛三等奖,全国高校第10届物理演示教学仪器一等奖。
文科大学物理教学中注重物理学史的介绍,让学生了解物理学规律和定律变革的洗礼,深刻领会物理学家思想的真谛,感悟科学家所具有的探索精神、求真精神、创新精神和献身精神,以及科学家们所表现出的谦虚、诚实、合作、淡泊名利的优秀品质。例如,在讲述卡诺循环物理原理时,介绍了法国青年工程师卡诺如何在前人研究基础上找到了提高蒸汽机效率方法的研究过程,由此激励学生在学习中应像卡诺那样具备不断探索的精神。又如在引入库伦定律时,不仅让学生了解库伦,还要了解卡文迪许、富兰克林等科学家为该定律的建立付出的不懈努力,使库仑定律最终在1784~1785年间通过纽秤实验得以验证。课堂物理学史的引入不仅能使学生对所学内容印象深刻,还激发了他们学习物理的兴趣,培养了他们的人文精神。
2.课堂教学方式不同
针对理工科学生特点,教师着重训练他们的逻辑思维能力、空间想象能力、运算能力和科学研究能力,可以采取下面几种教学方式:第一,运用所学物理知识,教师引导学生对物理问题进行科学分析,形成一定的逻辑思维习惯、抽象思维能力、解题思路和物理模型。第二,教师指导学生熟练运用高等数学知识解决物理问题。微积分是最常用的数学分析手段,也是学生觉得最难的数学工具,物理教师应向学生深入剖析微积分的物理意义,以此提高他们的运算能力。第三,大学物理实验数据经常要使用计算机软件来处理,有些学生计算机水平低,教师应加强他们的信息处理能力。第四,物理规律和理论来源于实验和生产实践,教师通过大学物理实验课培养学生的实验动手能力和创造力。
大学物理学习对文科生要求相对比较低,主要掌握基本物理概念和原理,培养一定的科学思维方式。考虑到文科生物理基础薄弱,教师可利用轻松愉悦的教学方式引入教学主题,向文科学生适当介绍与物理有关的社会问题如能源、环境问题,当代科技前沿知识如航天飞机、纳米材料知识,而最简单形象的就是利用实验仪器的演示来解释物理问题。我校大学物理演示实验室已向文科生开放,“法拉弟笼”是学生最感兴趣的实验之一。当约50~100 KV高压电源向法拉第笼放电时,笼内的同学安然无恙,学生对此惊讶不已,觉得真不可思议。教师用静电屏蔽的物理理论进行解释后,并启发学生思考:在生活中是否存在类似现象?学生想到了高压线圈外的铁架,还有些同学想到如果将易发生雷电地区的房屋装上这些具有屏蔽作用的笼网,可以保护人身安全,这样的演示实验让学生感觉到物理现象就在身边。物理演示实验室展厅还摆放有许多生活中可以见到的实验仪器,如三维电影、鱼洗盆。这些实验仪器越贴近生活,学生越有兴趣,急切地想知道它们的物理本质。教师再引导学生分析其中的物理奥妙,学生必然兴趣盎然,觉得物理大有用处。
3.教材和考核方式不同
我校大学物理课程是在理工科学生一、二年级开设的必修基础课,而文科生大学物理为选修课。大学物理课教学内容丰富,知识具有一定深度和难度,课时比较紧。教师选用好的物理教材,可启发潜在的物理人才,精进其物理能力,提高学习兴趣。参照教育部制定的《理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求》,理工科大学物理课程选择了由程守珠和江之永主编的《普通物理学》(上、下册)作为主要教材,该教材还有配套的习题分析与解答、思考题分析与拓展、学习指导书等资料。文科生选取的是由倪光炯和王炎森主编的《物理与文化》,是以传递物理文化和科学精神为主的教材。此外,笔者还与IT公司软件技术人员合作,用actionscript语言开发了集文字、图像、视频和声音于一体的多媒体物理教学软件,该软件使教师教学更灵活生动,极大提高了学生学习兴趣。
理工科考试成绩主要由两部分组成:期末成绩占60%,平时成绩占40%。文科学生因理论课比实验课时少,成绩主要由以下三个方面来评定:期末考试成绩占50%;教师对学生实验仪器操作、数据测量和数据误差分析进行记录,学生课后上交实验报告,报告内容包括实验目的、仪器、原理、数据处理和分析讨论,该部分占总成绩的30%;每组学生选一个专题进行口头报告,由教师和本班学生共同评定,评定成绩占总成绩的20%。
参考文献:
[1]陆文庆.文科大学物理课的教学探讨[J].物理与工程,2010,
4(20):56-58.
1.对称美
对称总给人美感,物理学规律的描述处处显示出了对称美。例如,平面镜成像、电荷的正负、作用力和反作用力、电生磁和磁生电、物质与反物质等空间对称性,角动量守恒体现了宇宙的空间转动对称性,能量守恒体现了宇宙的时间平移对称性。
2.简约美
在一个艺术家眼里,简洁就是一种美。物理学源于对自然现象的解释和摸索,曾经是很繁琐的,随着物理学家对自然规律一步步探究,他们逐渐总结出了反映物理本质属性的基本概念、定理和定律。例如,宇宙中的种种作用力可归纳为万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力四种;牛顿三定律解释了低速条件下的物体动力学特征;麦克斯韦方程组可以解释电磁学的许多问题;爱因斯坦相对论内涵很神奇,它的原理却十分简单明了。
3.和谐美
自然界既是千姿百态的,又是统一的,万千事物的存在和变化遵从一定的规律,这些为数不多的规律体现了自然界的统一与和谐之美。牛顿将“落下的苹果”和行星运动引力联系起来;麦克斯韦理论统一了电、磁、光;爱因斯坦广义相对论将引力、时间、空间、物质联系起来;德布罗意关系揭示了物质波动性和粒子性的统一。物理学不仅是一门科学,也是一种文化,在理科生大学物理课堂上,教师可以将物理与文学结合起来,借助优美的古诗词句加深学生对物理规律的理解和记忆,同时培养他们的文学素养。张若虚的《春江花月夜》中,诗句“春江潮水连海平,海上明月共潮生”描绘了明月与潮水同升的景象;史达祖在《满江红•中秋夜潮》中用诗句“万水归阴,故潮信盈虚因月”提示了潮汐现象与月亮相关。由此,教师可以让学生明白:利用万有引力公式定量计算发现,月球的引潮力是太阳的2倍多,潮汐主要是月球对潮水的引力而形成的。苏轼的诗“峰多巧障目,江远欲浮天”形象讲述了“光沿直线传播”的理论。教学中以诗句引趣,以意激情,使学生自然地进入最佳学习状态,有利于启发学生思维,强化学生记忆,调动课堂气氛。
二、注意文理科生大学物理教学的差异性
文理科生物理基础差距大,理科生熟悉的内容,文科生可能并不了解。文科生具有较强的文字功底和语言表达能力,理科生独立思考和逻辑思维强。为解决不同知识背景学生的需求,教师应从教学内容、考核方式和教学方法等方面探索出适合高等院校实际的、能充分调动师生积极性的教学模式。
1.教学内容的不同
文科学生与理工科学习物理知识有着本质不同。首先,课时差距很大,北京工商大学(以下简称“我校”)理工科每学年总课时为119课时,而文科学生只有34课时,这要求教师要精选文科生物理学习内容;其次,物理基础的不同使得任课教师在教学深度和难度上要把握得当。另外,理工科大学物理教学是为了培养研究和应用型人才,文科学生学物理是为了提高他们的科学素养。因而,理工科教学内容应“系统化”、“逻辑化”和“研究型”,而文科学生侧重于科学精神和物理规律的定性学习。我校理工科大学物理教学内容系统化,涉及力学、热学、振动和波动、光学、电磁学和近代物理。教师教学不单纯以“传授知识”活动为主,而且要辅之以“探索知识”活动,这不但发展一般应用知识的能力,还要发展高层次能力,即创造力。在教学中,注重教学主题的引入,启发学生思考问题,理论联系实际,从而培养学生分析问题和解决问题的能力,让学生从单纯的物理知识学习上升到创新能力的培养。我校教师让学生走进实验室,引导学生自主设计和开发新的实验仪器,通过这样的教学方式,提高学生动手能力和科研技能,培养他们的创新能力。最终,教师指导学生获得三项物理演示实验竞赛奖:2011年北京市大学生物理实验竞赛一等奖,2011年北京市大学生物理实验竞赛三等奖,全国高校第10届物理演示教学仪器一等奖。文科大学物理教学中注重物理学史的介绍,让学生了解物理学规律和定律变革的洗礼,深刻领会物理学家思想的真谛,感悟科学家所具有的探索精神、求真精神、创新精神和献身精神,以及科学家们所表现出的谦虚、诚实、合作、淡泊名利的优秀品质。例如,在讲述卡诺循环物理原理时,介绍了法国青年工程师卡诺如何在前人研究基础上找到了提高蒸汽机效率方法的研究过程,由此激励学生在学习中应像卡诺那样具备不断探索的精神。又如在引入库伦定律时,不仅让学生了解库伦,还要了解卡文迪许、富兰克林等科学家为该定律的建立付出的不懈努力,使库仑定律最终在1784~1785年间通过纽秤实验得以验证。课堂物理学史的引入不仅能使学生对所学内容印象深刻,还激发了他们学习物理的兴趣,培养了他们的人文精神。
2.课堂教学方式不同
针对理工科学生特点,教师着重训练他们的逻辑思维能力、空间想象能力、运算能力和科学研究能力,可以采取下面几种教学方式:第一,运用所学物理知识,教师引导学生对物理问题进行科学分析,形成一定的逻辑思维习惯、抽象思维能力、解题思路和物理模型。第二,教师指导学生熟练运用高等数学知识解决物理问题。微积分是最常用的数学分析手段,也是学生觉得最难的数学工具,物理教师应向学生深入剖析微积分的物理意义,以此提高他们的运算能力。第三,大学物理实验数据经常要使用计算机软件来处理,有些学生计算机水平低,教师应加强他们的信息处理能力。第四,物理规律和理论来源于实验和生产实践,教师通过大学物理实验课培养学生的实验动手能力和创造力。大学物理学习对文科生要求相对比较低,主要掌握基本物理概念和原理,培养一定的科学思维方式。考虑到文科生物理基础薄弱,教师可利用轻松愉悦的教学方式引入教学主题,向文科学生适当介绍与物理有关的社会问题如能源、环境问题,当代科技前沿知识如航天飞机、纳米材料知识,而最简单形象的就是利用实验仪器的演示来解释物理问题。我校大学物理演示实验室已向文科生开放,“法拉弟笼”是学生最感兴趣的实验之一。当约50~100KV高压电源向法拉第笼放电时,笼内的同学安然无恙,学生对此惊讶不已,觉得真不可思议。教师用静电屏蔽的物理理论进行解释后,并启发学生思考:在生活中是否存在类似现象?学生想到了高压线圈外的铁架,还有些同学想到如果将易发生雷电地区的房屋装上这些具有屏蔽作用的笼网,可以保护人身安全,这样的演示实验让学生感觉到物理现象就在身边。物理演示实验室展厅还摆放有许多生活中可以见到的实验仪器,如三维电影、鱼洗盆。这些实验仪器越贴近生活,学生越有兴趣,急切地想知道它们的物理本质。教师再引导学生分析其中的物理奥妙,学生必然兴趣盎然,觉得物理大有用处。
中图分类号:G4
文献标识码:A
doi:10.19311/ki.1672-3198.2016.08.093
在“十三五”期间,为推进高等工程教育适应我国新型工业化和创新型国家建设需要,培养合格工程师以适应新阶段国家工业化的发展,教育部在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》重大改革项目的贯彻执行中,提出了“卓越工程师培养计划”,是我国高等工程教育领域的一项重大改革。河北建筑工程学院作为建校60多年的老牌建筑类院校也积极参与“卓越工程师培养计划”,而土木工程作为省级品牌特色专业、国家级特色专业建设点,其师资队伍为省级教学团队、结构工程学科为省级重点学科、结构工程实验中心被评为省级实验教学示范中心,土木工程本科专业通过了国家住房与城乡建设部专业教育评估,具有坚实的基础和优势。
1 教学现状
我校土木工程专业的培养目标是面向建筑行业生产、建设、管理、服务第一线,培养具有建筑与土木工程领域坚实的基础理论和宽广的专业知识,掌握解决实际问题的先进技术与方法,具有创新意识,能够进行技术研发、工程设计、工程施工、工程管理,具备国家注册执业资格相关能力的高层次应用型人才。我校土木工程学院主要有建筑工程、桥梁与渡河工程、安全工程及岩土工程等专业,每专业都开设结构力学(上、下册),上册72学时,下册40学时,共计112学时,是非常重要的专业基础课。其前导课程包括高等数学、C++语言、大学物理等基础课,后续课程包括钢筋混凝土基本原理、混凝土结构设计原理、钢结构基本原理、钢结构设计、砌体结构、建构抗震设计等大量的专业课。结构力学课程的学习既要为后续的专业课奠定基础,又要把力学的理论应用于工程实践,处于土木工程专业的核心地位。基于此,作为结构力学教研室的教师深感责任重大,全身心投入结构力学课程的教学改革。
现存问题:
(1)缺乏创新性:结构力学课程理论性强,内容多,以传统的板书式理论教学方法为主,教师在课堂上重视理论的推导,学生“填鸭式”被动的接受,对老师的讲课产生依赖性。教学内容的重点和难点,在讲解基本概念、基本原理和基本方法,所采用的原理和方法与实际工程相差较远内容较抽象,学生理解起来较困难;结构力学的学习使学生觉得枯燥,毫无乐趣而言。这样难以提高学生的实践创新素质培养的要求。
(2)缺乏动手能力,理论不能应用实际:结构力学课程最终是要服务于实际工程的设计、施工和管理等各方面,但力学课程理论性强、概念抽象,目前课程设置方面缺少实践锻炼环节,那么学生很难运用理论联系实际,更不用说通过实际项目加深对原理的认知。这样难以使学生达到专门性应用型人才的标准,更难以成为卓越工程师。
(3)缺乏创新的考核方式,试卷题型老套:常规的考试题目,仍然是针对课程中的重点和难点,通过一定难度和题量的试题来考核学生对知识的理解和掌握情况。而且在全国研究生入学考试中绝大多数高校都将结构力学作为专业课进行考试。这这就使得学生对结构力学的计算能力,以及通过大量做题强化典型例题的求解。这也大大限制了学生的创新能力和发散思维。
2 课程改革思路与实践
2.1 增加结构力学的趣味性
在讲授结构力学课程的经典概念、重点和难点的过程中,增加一些趣味性的内容,调动学生的好奇心和积极性。比如增加“刚片替换法”分析复杂体系的几何组成分析;增加弯矩图的快速绘制方法,来求做静定刚架的内力图;增加单位力偶作用下的影响线的绘制。
2.2 引入工程案例
在相关理论、知识点和基本概念讲解后,通过实际工程案例加强学生对理论应用的理解,让学生学习结构力学的过程中具备工程头脑。比如利用影响线的概念解决建筑结构活荷载的最不利布置;利用位移法讲解框架-剪力墙结构的纵向剪力墙的布置原则。
2.3 制作结构模型,参加力学竞赛
为提高学生对结构力学概念的应用和工程实践能力,在课外教学中引入了结构模型设计与制作。我校从2013年开始连续三年组织学生参加全国大学生结构设计竞赛,每次作品均顺利通过动静荷载加载测试,并曾获得过二、三等奖各一项。在参加比赛和校内组织选拔赛的过程中,参加学生人数多、积极性高,形成了良好的结构力学的学习氛围,在竞赛中锻炼了学生的动手能力。
2.4 合理运用多媒体,使板书与多媒体有机结合
多媒体教学具有图、文、声、影像并茂的特点,尤其是利用动画可以生动演示结构力学课程中的力学现象,且多媒体教学的信息量大,教学效率高。因此应充分利用这一教学手段。对利用多媒体能形象直观表达的知识点,要充分地利用好多媒体课件。比如在进行几何组成分析、影响线应用部分移动载荷作用下内力变化的演示等。对一些必须使用板书才能讲解的更深入透彻的知识点,就要将板书与多媒体有机结合在一起,使学生的思路跟上老师的讲授,掌握理论的推导和公式的理解。比如在讲解矩阵位移法中的单元刚度矩阵和总刚集成时可采用课件与板书相结合的形式,由板书逐步讲解其中的推导过程并随时与学生进行交流,让学生慢慢地跟随教师把握其来龙去脉,放映的课件中只需要清晰地列出重要的中间公式及最后的结果即可,这样一步步采用互动形式可以让老师和学生同时专注于推导过程,能起到事半功倍的效果,对学生掌握理解矩阵位移法的实质和实现过程有良好的效果。
2.5 采用新型课程评价体系
目前,结构力学评价主要依据试卷考试成绩,考题与实际工程的相关度低,通过一定难度和题量的试题来考核学生对知识的理解和掌握情况。急需一套以提升学生素质为出发点、适应新时期社会需求的评价体系。比如可以将团队制作的力学模型的质量作为评价体系的一部分内容;将学生参加校内结构力学选拔赛以及参加全国大学生结构设计大赛的成绩记入评价体系;鼓励学生参加校外结构力学讲座、创造条件使学生参加校外工程实践,将讲座内容以及校外工程实践内容以报告的形式上交,报告的质量也纳入评价体系;降低期末试卷成绩所占的比重。形成讲座总结报告、项目实践报告、力学竞赛成绩、力学模型制作能力与期末考试相结合的立体式的评价体系,提高工程素质教育部分所占的比重。
3 结束语
“卓越工程师培养计划”作为我国高等教育重大改革项目,其课程改革目前仍然处于探索阶段。为实现卓越工程师的人才培养目标,还应该从课程设置、课堂教学等更多方面开展系统深入的教学改革,以适应卓越人才的培养要求。
参考文献
[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究,2010,(4):21-29.