導(dǎo)語：如何才能寫好一篇材料力學(xué)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞 材料力學(xué) 教學(xué)內(nèi)容 改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.02.051

Abstract Material mechanics is an important technical basic course for engineering majors. This paper from the training objectives， teaching contents and teaching methods in three aspects of material mechanics course teaching reform is discussed and thinking， with a view to teaching practice in the future development for the country needs multi-level， multi class professionals.

Keywords materials mechanics； teaching content； reform

材料力W是工科類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，對航空航天類、土建類、機(jī)械類各專業(yè)顯得尤其重要。材料力學(xué)課程的任務(wù)是為解決工程實(shí)際問題（強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性）提供必要的理論基礎(chǔ)。隨著材料制造工藝的飛速發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益普及，傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程在教學(xué)方法和內(nèi)容上需要改革調(diào)整。本文以下結(jié)合筆者所在高校的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，對今后材料力學(xué)課程的改革進(jìn)行了初步的探討和思考，以期能夠在新的歷史時(shí)期下，培養(yǎng)出國家所需要的多層次、多類別的專業(yè)人才。

1 進(jìn)一步明確培養(yǎng)人才的目標(biāo)

目前，中國正處于快速發(fā)展階段，急需大量的各行業(yè)人才，而培養(yǎng)人才的重任便落在各種高校身上。中國有幾百所工科大學(xué)，但每所高校培養(yǎng)人才的方式不一樣，其中絕大多數(shù)高校是以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，少數(shù)高校是以培養(yǎng)研究性人才為主。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要目標(biāo)的高校，學(xué)生畢業(yè)后絕大多數(shù)都流入了生產(chǎn)型企業(yè)，他們主要從事相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)工作，是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的中堅(jiān)力量。而以培養(yǎng)研究型人才為主要目標(biāo)的高校，學(xué)生畢業(yè)后有相當(dāng)一部分會(huì)流入研究所和設(shè)計(jì)研究院，主要從事以技術(shù)創(chuàng)新為主的研究和深度研發(fā)工作，是產(chǎn)品研發(fā)階段的創(chuàng)新型人才。培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型人才的高校，應(yīng)側(cè)重教會(huì)學(xué)生如何“用”的問題。而對于培養(yǎng)研究性人才的高校，更為重要的是告訴學(xué)生“為什么是這樣”的問題。所以，首先應(yīng)該根據(jù)學(xué)校自身的定位，明確學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，從而合理組織教學(xué)內(nèi)容。其次，應(yīng)根據(jù)不同的專業(yè)設(shè)置來明確教學(xué)內(nèi)容。

材料力學(xué)是力學(xué)、航空、航天、機(jī)械、動(dòng)力、土木、水利等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)科，而且是一門理論性很強(qiáng)的學(xué)科，其包含的公式，定理，思維方式，建模思路等對于各行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)，創(chuàng)新發(fā)展，優(yōu)化問題等方面起到很大幫助作用。不同專業(yè)對材料力學(xué)課程所要求的深度、廣度和側(cè)重點(diǎn)有所不同。所以，必須根據(jù)不同的專業(yè)設(shè)置，來安排和組織教學(xué)。在但無論培養(yǎng)什么樣的學(xué)生和什么專業(yè)的學(xué)生，都應(yīng)注重學(xué)生分析問題的能力和解決問題能力的培養(yǎng)，另外也應(yīng)注重學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 教材內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)

傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程主要以宏觀尺度的一維桿件為研究對象，在教學(xué)內(nèi)容上先安排講授桿件的四種基本變形形式及對應(yīng)的強(qiáng)、剛度問題，在此之后講授組合變形并通過引入應(yīng)力狀態(tài)的概念引出組合變形模式下的強(qiáng)度問題，最后安排講授壓桿的穩(wěn)定性問題。以上講授內(nèi)容，自上世紀(jì)八十年代中后期就已經(jīng)成型，到30年后的今天仍然是材料力學(xué)的核心講授內(nèi)容。這樣的教學(xué)方式和考查形式著重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)材料力學(xué)中的定理，理論和研究方法，然后解決一些傳統(tǒng)的問題，然而這并不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，與我國快速發(fā)展的現(xiàn)狀越來越不適應(yīng)。因此，使教材內(nèi)容適應(yīng)國家發(fā)展是很重要的。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，材料制造工藝水平的不斷提高及新材料的不斷涌現(xiàn)，對材料力學(xué)這門“成熟”的課程提出了全新的力學(xué)問題。如何在傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程中適度、適時(shí)地反映這些全新的課題和進(jìn)展是十分必要的。特別是近年來有限元思想的快速發(fā)展，這對材料力學(xué)的學(xué)習(xí)和教學(xué)有了很大影響，在研究工程變形和靜定結(jié)構(gòu)的基本變形中，有限元思想更是突出了它的便利之處。另外，隨著新的交叉學(xué)科的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)材料力學(xué)中的一些結(jié)論和分析方法，也已在其他一些學(xué)科中得到了具體應(yīng)用。但是，這種全新的應(yīng)用并沒有在傳統(tǒng)的材料力學(xué)課程中得到體現(xiàn)。因此，在當(dāng)前學(xué)科交叉日益密集的趨勢下，如何對傳統(tǒng)的材料力學(xué)內(nèi)容進(jìn)行安排和重組，以反映這種學(xué)科間的交叉和滲透也是十分必要的。

傳統(tǒng)的材料力學(xué)內(nèi)容已不能滿足現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展，這并不是說要舍棄那些傳統(tǒng)內(nèi)容，而是要保留核心內(nèi)容，并加入一些新的思維方法，重組教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程體系，以達(dá)到完善教材，適應(yīng)時(shí)展的效果。這不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生解決問題的能力，并有利于高校培養(yǎng)專業(yè)的人才，滿足國家的需求。因此，教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)勢在必行。

3 完善教學(xué)手段

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力來解決實(shí)際工程問題以成為當(dāng)前的一種主流趨勢。計(jì)算機(jī)的普遍使用，也為材料力學(xué)課程教學(xué)方法提供了很大發(fā)展空間，老師應(yīng)該利用學(xué)生對計(jì)算機(jī)的興趣，合理使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，不僅可以提高信息的輸送和表達(dá)，而且還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造性。另外，利用多媒體教學(xué)，還能加深學(xué)生對材料力學(xué)基本概念的理解，相應(yīng)的提高了學(xué)生解決問題的能力，計(jì)算機(jī)教學(xué)方式是傳統(tǒng)教學(xué)手段的有力補(bǔ)充。還有一些大型的商業(yè)有限元軟件，尤其是ANSYS軟件早已被用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算。很多工科院校也已經(jīng)將ANSYS作為本科生或研究生的一門必修課程，通常都安排在材料力學(xué)課程之后學(xué)習(xí)。但是，在講授材料力學(xué)的過程中，也應(yīng)該充分利用ANSYS直觀形象的圖形顯示能力和強(qiáng)大的計(jì)算分析優(yōu)勢，來演示材料力學(xué)課程中的一些重要結(jié)論和驗(yàn)證一些主要假設(shè)的合理性問題。舉例來說，在學(xué)習(xí)梁的彎曲變形時(shí)，采取了平截面假設(shè)，也就是說當(dāng)梁發(fā)生彎曲變形的時(shí)候，變形前原為平面的梁的橫截面變形后任保持為平面，且仍然垂直于變形后的梁的軸線。①這一假設(shè)的實(shí)質(zhì)是忽略了剪應(yīng)力對梁彎曲變形的影響，而且僅對長高比較大的梁（ >5）近似成立。

在教學(xué)過程中，一般僅是定性的告訴學(xué)生這一結(jié)論。利用ANSYS軟件，通過不同的單元選擇，比如可以利用Timoshenko梁單元，二維實(shí)體單元和三維實(shí)體單元，具體形象地展示不同單元的數(shù)值結(jié)果，從而定量的告訴學(xué)生這一假設(shè)合理性及適用性的問題。此外，另外一款數(shù)學(xué)軟件Matlab也因其強(qiáng)大的分析和仿真功能，被廣泛地應(yīng)用于研究及教學(xué)領(lǐng)域。事實(shí)上，Matlab也早已被列為本科生的一門選修課。國內(nèi)一些高校也開展了Matlab和材料力學(xué)課程相結(jié)合的一些有益探索和嘗試，比如利用Matlab計(jì)算超靜定機(jī)構(gòu)的支反力及繪制撓曲線的形狀等。②在材料力學(xué)課程中的把ANSYS，Matlab等仿真類軟件引入到材料力學(xué)課程教學(xué)中來，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以加深學(xué)生對材料力學(xué)基本概念的理解，并有助于提高學(xué)生實(shí)際分析能力和解決問題能力的提高，為其將來更好更快地解決實(shí)際工程問題打下基礎(chǔ)。因此，在今后的材料力學(xué)教學(xué)中，應(yīng)該加大ANSYS，Matlab等軟件的介紹，在更深的層次上和教學(xué)過程相結(jié)合。

在利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的同時(shí)，也應(yīng)該注重加強(qiáng)學(xué)生進(jìn)行材料力學(xué)試驗(yàn)，材料力學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的學(xué)科。學(xué)生在學(xué)習(xí)基本概念和理論后，并不能完全理解，@就需要進(jìn)行材料力學(xué)試驗(yàn)來加深學(xué)生對理論的理解，使理論與實(shí)踐相結(jié)合。從簡單的力學(xué)現(xiàn)象引出復(fù)雜的問題，通過理論的學(xué)習(xí)進(jìn)而解決力學(xué)問題揭示力學(xué)原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過看得見、摸得著的實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對抽象概念的理解，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

最后，要完善教學(xué)課堂，老師在完成規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容后，應(yīng)該不斷鼓勵(lì)學(xué)生樂于提出問題，并在課堂上解決，這不僅能激發(fā)學(xué)生的思考和發(fā)散思維，還能起到現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的作用，更能加深學(xué)生對基本概念的理解，提高學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。對于學(xué)有余力的學(xué)生，應(yīng)該給他們一些力學(xué)問題，讓他們合作解決，最后在課堂教學(xué)之余舉行一個(gè)小競賽，促使學(xué)生獨(dú)立思考和鉆研。這種教學(xué)方式不僅增強(qiáng)了學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)和書籍的能力，還提高他們的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)他們接受新知識(shí)、新思想的能力，在使學(xué)生獨(dú)立思考的同時(shí)，也讓學(xué)生意識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作的重要性，加強(qiáng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力?？傊牧狭W(xué)這門課程雖然是理論性學(xué)科，但是從課程理論學(xué)習(xí)、教學(xué)方式、課堂實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，并在各個(gè)過程中大膽創(chuàng)新，努力實(shí)踐，最終可以提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，使學(xué)校培養(yǎng)出高素質(zhì)，復(fù)合型人才，滿足國家對工程性技術(shù)人才的需求。

4 結(jié)語

材料力學(xué)是工科類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，筆者作為工科類材料力學(xué)課程的一線授課教師，對材料力學(xué)課程今后的教學(xué)改革方向提出了以上幾點(diǎn)思考和建議。為了培養(yǎng)出國家所需要的多層次、多類別的專業(yè)人才，在今后的教學(xué)工作中，只有明確了培養(yǎng)目標(biāo)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法、與時(shí)俱進(jìn)地更新教學(xué)內(nèi)容，才能使學(xué)校培養(yǎng)出的學(xué)生肩負(fù)起時(shí)代所賦予的責(zé)任。

注釋

篇2

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；彈性力學(xué)；研究方法

概述

力學(xué)作為一門研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，其在建筑、機(jī)械、航天、航海等關(guān)系國計(jì)民生、國家安全等重大項(xiàng)目上發(fā)揮著重要作用。材料力學(xué)（Mechanics of materials）和彈性力學(xué)（Theory of elasticity）都是力學(xué)的重要分支學(xué)科，盡管他們都是研究和分析各種結(jié)構(gòu)物在彈性階段的應(yīng)力和位移，但在研究對象和方法上仍然具有很大的差異。材料力學(xué)主要研究物體受理后發(fā)生的變形、由于變形而產(chǎn)生的內(nèi)力以及物體由此而產(chǎn)生的失效和控制失效準(zhǔn)則[1]。其主要的研究對象是桿狀構(gòu)件，即長度遠(yuǎn)大于高度和寬度的構(gòu)件及其在拉壓、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)作用下的應(yīng)力和位移。材料力學(xué)除了從靜力學(xué)、幾何學(xué)、物理學(xué)三方面進(jìn)行分析之外，通過試驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和分析，忽略次要因素，保留主要因素，引用一些關(guān)于構(gòu)件的形變狀態(tài)或應(yīng)力分布的假定，大大簡化了數(shù)學(xué)推演。雖然解答只是近似的，但是可以滿足工程上的精度要求。彈性力學(xué)作為固體力學(xué)的一個(gè)分支，研究可變性固體在外部因素如力、溫度變化、約束變動(dòng)等作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移[2]。其研究對象既可是非桿狀結(jié)構(gòu)，如板和殼以及擋土墻、堤壩、地基等實(shí)體結(jié)構(gòu)，亦可是桿狀構(gòu)件，并且其不引用任何假定，解答較材料力學(xué)更為精確，常常用來校核材料力學(xué)里得出的近似解答。

材料力學(xué)與彈性力學(xué)同樣作為變形體力學(xué)的分支，在解決具體問題使，需要將實(shí)際工程構(gòu)件的研究對象抽象為理想模型。作為理想模型，在建立其已知量和未知量的推導(dǎo)關(guān)系時(shí)，要滿足如下基本假設(shè)：連續(xù)性假設(shè)、均勻性假設(shè)、各向同性假設(shè)、小變形假設(shè)、完全彈性假設(shè)。下面本文將就在一下具體問題的解決中，探討材料力學(xué)和彈性力學(xué)在研究方法上的差異。

1.直梁在橫向荷載作用下的彎曲研究

1）在純彎曲梁中，對于平截面假定的驗(yàn)證

材料力學(xué)在研究梁的彎曲應(yīng)力時(shí)，采用純彎曲段分析。通過觀察對比梁變形前后表面橫向線和縱向線的幾何變形，推測梁內(nèi)部橫截面在變形后仍為平面。在彈性力學(xué)中，證明了其橫截面是否為平面的過程如下：

假定平面應(yīng)力情況，已通過多項(xiàng)式解答取φ=ay3，求得純彎曲矩形梁的應(yīng)力分量，將應(yīng)力分量代入物理方程、幾何方程，并積分變換得位移分量的表達(dá)式：u=MEIxy+f1（y）ν=-μM2EIy2+f2（x）

通過數(shù)學(xué)變換求得位移分量為：

u=MEIxy-ωy+u0

ν=-μM2EIy2-M2EIx2+ωy+ν0

其中ω、u0、ν0為剛移

由上式可得，鉛直線段的轉(zhuǎn)角為：

β=uy=MEIx-ω

在同一個(gè)截面上，x是常量，因而β也是常量?？梢?，同一橫截面上的各鉛直線段轉(zhuǎn)角相等，即橫截面保持平面。

2）對于截面彎曲應(yīng)力的修正與分析

在材料力學(xué)中，根據(jù)平面假設(shè)和單向受力狀態(tài)導(dǎo)出了應(yīng)力公式。但此公式僅限于純彎曲梁，當(dāng)梁受橫向外力作用時(shí)，梁發(fā)生橫力彎曲，此時(shí)變形后已不再是平面，單向受力狀態(tài)也不成立。針對此問題，材料力學(xué)一般做簡化處理。對于跨長與橫截面高度之比大于5的梁，用純彎曲正應(yīng)力公式σ=MIy進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果雖然有誤差，但足以滿足工程上的精度要求，近似用該公式得到的結(jié)果作為橫力彎曲的正應(yīng)力計(jì)算公式。

而在彈性力學(xué)中，采用半逆解法嚴(yán)密的推導(dǎo)了各應(yīng)力分量。以均布荷載下的簡支梁為例，假設(shè)應(yīng)力分量形式σy=f（y），由應(yīng)力函數(shù)與應(yīng)力分量的關(guān)系導(dǎo)出應(yīng)力函數(shù)，并代入相容方程得到各應(yīng)力分量的表達(dá)式。考慮主要邊界與小邊界后，得截面上的應(yīng)力分量為：

σx=MIy+qyh（4y2h2-35）

σy=-q2（1+yh）（1-2yh）2

τxy=FSbI

由上式可見，在彎應(yīng)力σx的表達(dá)式中，第一項(xiàng)是主要項(xiàng)，和材料力學(xué)中的解答相同，第二項(xiàng)是彈性力學(xué)提出的修正項(xiàng)。對于通常的淺梁（跨高比大于5），修正項(xiàng)很小，可以忽略不計(jì)，對于較深的梁，則必須考慮修正項(xiàng)。

應(yīng)力分量σy是梁各層纖維之間的擠壓應(yīng)力，它的最大絕對值是q，發(fā)生在梁頂。在材料力學(xué)中，由于單向應(yīng)力假設(shè)，認(rèn)為縱向線之間互不擠壓，一般不考慮該應(yīng)力分量。

切應(yīng)力τxy的表達(dá)式和材料力學(xué)完全一樣。

從表達(dá)式中可以看到，當(dāng)l>>h時(shí)，σx最大，τxy次之，σy最小，且σx中的qyh（4y2h2-35）是高階小量。因此進(jìn)一步說明了，材料力學(xué)的公式可以近似滿足工程梁的計(jì)算精度，而彈性力學(xué)推導(dǎo)相對復(fù)雜因此材料力學(xué)具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2.切應(yīng)力互等定理

在材料力學(xué)中，以圓桿的扭轉(zhuǎn)為背景，考慮了一個(gè)特殊的簡單應(yīng)力狀態(tài)，并加以推理得到了切應(yīng)力互等定理。在沿桿軸線方向取微段dx，垂直于徑向的平面截出一無限小的單元體，則很容易得出內(nèi)外表面無應(yīng)力，只在左右兩個(gè)面上有切應(yīng)力τ。則該單元體將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)不能平衡，所以推定在上下兩個(gè)縱截面上必定存在著τ'。由于面積很小，近似認(rèn)為切應(yīng)力在各面上均勻分布。

由平衡方程ΣM=0得到

（τdydz）dx=（τ'dxdz）dy

從而得到：τ=τ'

而在彈性力學(xué)中，則從最普遍的情況出發(fā)，不作任何假設(shè)。取微小的平行六面體，根據(jù)平衡條件導(dǎo)出應(yīng)力分量之間的關(guān)系。由對中心點(diǎn)的力矩平衡方程，得到：

（τxy+τxyxdx）dy×1×dx2+τyxdy×1×dx2-（τxy+τxyydy）dx×1×dy2+τyxdx×1×dy2=0

將上式兩邊同除dxdy，合并同類項(xiàng)，并命dx dy趨于零，得到τxy=τyx

從而驗(yàn)證了切應(yīng)力互等定理。

從切應(yīng)力互等定理的導(dǎo)出我們可以發(fā)現(xiàn)，材料力學(xué)在推導(dǎo)過程中運(yùn)用了一些推理和假設(shè)，而彈性力學(xué)的推導(dǎo)過程是比較嚴(yán)密和精確的。

總結(jié)

彈性力學(xué)與材料力學(xué)同樣作為力學(xué)的分支，基本假定和理論體系是相同的。在力學(xué)史上，首先出現(xiàn)了研究變形體力學(xué)的理論，屬于彈性力學(xué)的研究范疇，但由于當(dāng)時(shí)相應(yīng)的數(shù)學(xué)水平得不到相應(yīng)問題的解析解，才在求解過程中引入一些關(guān)于變形和應(yīng)力分布的假設(shè)，形成材料力學(xué)這門學(xué)科。

在研究對象方面，材料力學(xué)的研究對象是桿狀構(gòu)件，而彈性力學(xué)的研究對象則有桿、梁、柱、板等結(jié)構(gòu)。因此彈性力學(xué)有更廣的適用性，而材料力學(xué)具有一定的局限性。

在解決具體問題是，材料力學(xué)常采用截面法，即假想將物體剖開，取截面一邊的部分物體作為截離體，利用靜力平衡條件，列出單一變量的常微分方程，以求得截面上的應(yīng)力，在數(shù)學(xué)上較易求解。彈性力學(xué)解決問題的方法與材料力學(xué)的方法是不相同的。在彈性力學(xué)中，假想物體內(nèi)部為無數(shù)個(gè)單元平行六面體和表面為無數(shù)個(gè)單元四面體所組成。考慮這些單元體的平衡，可寫出一組平衡微分方程，但未知應(yīng)力數(shù)總是超出微分方程數(shù)，因此，彈性力學(xué)問題總是超靜定的，必須考慮變形條件。由于物體在變形之后仍保持連續(xù)，所以單元體之間的變形必須是協(xié)調(diào)的。因此，可得出一組表示形變連續(xù)性的微分方程。另外，在物體表面上還必須考慮物體內(nèi)部應(yīng)力與外荷載之間的平衡，這樣就有足夠的微分方程數(shù)以求解未知的應(yīng)力、應(yīng)變與位移，所以在解決彈性理論問題時(shí)，必須考慮靜力學(xué)、幾何方程、物理方程以及邊界等方面的條件。因此需要研究人員具備較扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。由于數(shù)學(xué)上的困難，彈性理論問題不是總能直接從求解偏微分方程組中得到答案的。

在計(jì)算精度方面，材料力學(xué)在計(jì)算過程中引入一些假設(shè)以簡化計(jì)算，得到的計(jì)算結(jié)果雖然精度偏低，但已經(jīng)能夠滿足工程上的精度需要，并且受力模型簡單，能夠很快的得到應(yīng)力分布，實(shí)用性較強(qiáng)。而彈性力學(xué)通過嚴(yán)密的推導(dǎo)，雖然計(jì)算過程繁瑣但精度高。

綜上，材料力學(xué)和彈性力學(xué)兩門力學(xué)分支學(xué)科關(guān)系密切，適用范圍互補(bǔ)，研究方法及精度各有長處，將他們綜合應(yīng)用，才能在我們的學(xué)習(xí)和科研中取得更好的效果。

[參考文獻(xiàn)]

篇3

[關(guān)鍵詞]材料力學(xué);案例;教學(xué)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2016）11-0165-03

材料力學(xué)是機(jī)械類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，主要研究變形體受力后發(fā)生的變形，及由于變形引起的附加內(nèi)力及應(yīng)力，和由此而產(chǎn)生的失效。其任務(wù)是在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求的前提下，為設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。[1]教學(xué)中要注重理論和方法的實(shí)際應(yīng)用，因此除了完成基本的直接應(yīng)用公式求解的教材例題和習(xí)題外，需要還原教材上例題或習(xí)題的原貌，其中結(jié)合實(shí)際案例展開教學(xué)是有效的途徑，這不僅開闊學(xué)員的視野，更重要的是加深基礎(chǔ)理論的理解，掌握理論指導(dǎo)實(shí)踐的思路，提高學(xué)員運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)綜合設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。本文介紹在教學(xué)中引入案例時(shí)應(yīng)把握的五個(gè)步驟，并選擇武器和生活中的兩個(gè)案例進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。

一、案例的設(shè)計(jì)思路

案例來源于生活、工程、武器裝備等領(lǐng)域[2]，教學(xué)中主要分為課堂分析案例和課下學(xué)員自行分析案例兩類。教員在課堂上展開分析的案例，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，分析要全面透徹，引導(dǎo)學(xué)員理解各個(gè)環(huán)節(jié);請學(xué)員分析的案例，要在開課時(shí)就給出，讓學(xué)員根據(jù)自己的興趣至少選擇一例，帶著問題進(jìn)入課程的學(xué)習(xí)，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行具體分析，到結(jié)課時(shí)給出自己的分析答案，具體成績計(jì)入平時(shí)分。

教學(xué)中學(xué)員對案例很感興趣，但是要真正進(jìn)行建模分析時(shí)，又會(huì)遇到困難而失去積極性，為此教學(xué)中選擇好案例后，設(shè)計(jì)時(shí)要逐步推進(jìn)，每個(gè)案例一般要把握好五個(gè)步驟，具體如下：

第一步：案例背景

通過查閱相關(guān)專業(yè)書籍、關(guān)注新聞報(bào)道，瀏覽網(wǎng)絡(luò)資源等途徑，發(fā)現(xiàn)問題整理案例，主要利用文字、圖片、照片、視頻等形式，來闡明案例的發(fā)生及其危害，使學(xué)員感到問題的真實(shí)性，來激發(fā)學(xué)員的興趣點(diǎn)。

第二步：問題提出

為了克服由于問題太難而打消學(xué)員的積極性，所提問題要由易到難，逐步分層進(jìn)行。因?yàn)樘岢鰡栴}往往比解決問題更重要，也可增加學(xué)員自己提出問題的環(huán)節(jié)，如感到所給問題有難度，自己可以給出相關(guān)的簡單一些的問題;也可給出所提問題分析后，提出其他相關(guān)題目，供大家探討分析，若所提問題很好要給予鼓勵(lì)，計(jì)入平時(shí)分?？傊瑔栴}的設(shè)計(jì)是要學(xué)員從一個(gè)案例的分析中理解多一些、全一些。

第三步：建立模型

分析案例的特點(diǎn)和問題的要點(diǎn)，抓住主要因素，忽略次要因素，畫出力學(xué)簡圖，將問題和所學(xué)理論建立聯(lián)系，應(yīng)用相關(guān)知識(shí)、公式、方法，進(jìn)行理論分析或計(jì)算。

第四步：分析原因

由理論分析結(jié)果定性分析案例問題發(fā)生的可能原因，提出避免事故發(fā)生、設(shè)計(jì)或使用維護(hù)時(shí)應(yīng)該采取的措施。

第五步：擴(kuò)展內(nèi)容

提供相關(guān)的擴(kuò)展閱讀內(nèi)容，或者提出深層次的問題等等，供學(xué)員進(jìn)一步深入思考或探索，目的是培養(yǎng)學(xué)員的問題意識(shí)，逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)新問題，提出新想法的思維習(xí)慣。

二、案例：空調(diào)外機(jī)支架的安全性分析

（一）案例背景

據(jù)了解，我國第一波空調(diào)安裝高峰期大約在20世紀(jì)90年代中后期，2000年開始在城市全面普及?？照{(diào)及外機(jī)的安全使用年限約為10年，支架一般在5-6年后就應(yīng)更換，而現(xiàn)實(shí)情況卻令人擔(dān)憂。幾乎每年都有空調(diào)支架出現(xiàn)問題的報(bào)道。

2002年12月12日，湖南省邵陽市……;2008年6月10日晚，福州平潭……;2014年7月，因空調(diào)支撐架斷裂，一維修工人在上海某小區(qū)維修空調(diào)時(shí)從3樓墜亡！圖1是出現(xiàn)問題的某空調(diào)支架。

（二）問題提出

1.常見空調(diào)支架如圖2，根據(jù)空調(diào)及支架的受力情況，簡化力學(xué)模型，分析支架橫梁和立柱連接螺釘?shù)膽?yīng)力。

2.從圖3上不難看出，在高高懸起的支架上，隨著時(shí)間的推移，用來固定空調(diào)室外機(jī)的支架與墻面不能完全貼合，并且連接墻面的螺釘也發(fā)生彎曲變形。（1）試簡化模型分析圖片中螺釘?shù)膽?yīng)力;（2）提出安裝空調(diào)外機(jī)及支架的合理建議。

（三）建立模型

問題1的模型如圖4（a），設(shè)三個(gè)螺釘?shù)闹睆骄鶠閐。

將載荷向螺釘群截面形心簡化為一個(gè)力F′和一個(gè)力偶M，其中M=Fl。

力F′由三個(gè)螺釘平均分擔(dān)，各螺釘承受的豎向剪力均為Fa1=Fb1=Fc1=。

力偶M使三個(gè)螺釘產(chǎn)生切向剪力，由直角三角形各邊的比例關(guān)系和力矩的靜力學(xué)關(guān)系，可解得各螺釘?shù)那邢蚣袅Ψ謩e為Fa2=Fc2=，F(xiàn)b2=0，方向如圖4（b）。

各螺釘?shù)目偧袅Ψ謩e為：Fa=Fc=，F(xiàn)b=，剪力方向如圖4（b）。顯然最上和最下螺釘?shù)募袅ψ畲?，其切?yīng)力也最大。

問題2的模型如圖5，兩個(gè)螺釘將支架的立柱與墻體連接。

兩個(gè)螺釘內(nèi)為拉應(yīng)力，下側(cè)支架立柱與墻體之間產(chǎn)生壓應(yīng)力，設(shè)受壓長度為x，若下部有螺釘，螺釘也不受力，所以實(shí)際立柱上有孔也不安裝螺釘。假設(shè)單個(gè)螺釘上的受力均勻，螺釘群應(yīng)力分布為直線規(guī)律，如圖5，中性軸處應(yīng)力為0。

設(shè)螺釘?shù)臋M截面面積為A，按應(yīng)力分布假設(shè)可知，中性軸以下沒有螺釘。

上側(cè)螺釘?shù)睦瓚?yīng)力最大，為：

其中M是空調(diào)重量引起的力矩。

支架立柱與墻體的最大壓應(yīng)力在下邊緣，為：

（四）分析原因

問題1的理論分析告訴我們，若是間距相同的三個(gè)螺釘，其中最上和最下螺釘?shù)那袘?yīng)力最大，那么危險(xiǎn)性也就最大。為避免事故發(fā)生，一定要選擇符合要求的螺釘，按要求安裝足夠的螺釘個(gè)數(shù)。

問題2的理論分析告訴我們，支架立柱與墻體間的螺釘中最上邊的螺釘受力最大，因此看到最上邊的螺釘比下邊的螺釘松動(dòng)的要嚴(yán)重。

實(shí)際中由于空調(diào)支架在室外，若是鐵架或不合格產(chǎn)品，時(shí)間長了容易生銹，這也是造成空調(diào)支架斷裂的原因之一。

（五）擴(kuò)展內(nèi)容

1.為什么有的空調(diào)支架上在中間部位可以挖有圓孔，如圖6，圓孔的大小應(yīng)滿足什么條件？

2.推薦電視臺(tái)關(guān)于“舊空調(diào)支架牢不牢”的實(shí)驗(yàn)視頻，或電視臺(tái)制作的關(guān)于“空調(diào)外機(jī)支架安全嗎？”節(jié)目，供學(xué)員觀看，進(jìn)一步了解支架的安全情況。

3.實(shí)際生活中，如何做才能避免“禍從天降”呢？

2012年4月19日，中國家電服務(wù)維修協(xié)會(huì)了《空調(diào)器室外機(jī)安裝用支架規(guī)范》。其中對空調(diào)外機(jī)支架的厚度、防銹度、緊固件規(guī)范以及支架檢測規(guī)范都做出了具體規(guī)定，如支架使用的材料必須是3毫米以上的角鋼或鍍鋅鋼板、空調(diào)支架的承載能力不能低于空調(diào)器機(jī)組自重的4倍，并明確指出，支架使用壽命不得低于空調(diào)本身的使用壽命，即10-12年?！?/p>

三、結(jié)語

案例教學(xué)是將理論用于實(shí)踐的有效教學(xué)模式，案例的選擇是長期性的工作，案例的編寫設(shè)計(jì)是保證教學(xué)效果的關(guān)鍵，必須要注意由淺入深，挖掘問題內(nèi)涵，逐步建模分析得出案例的可能原因。另外案例的完成需要教員的努力，更需要學(xué)員的參與，相信經(jīng)過師生的共同探索、研討、完善，會(huì)建成豐富的材料力學(xué)案例庫，材料力學(xué)的案例教學(xué)會(huì)將材料力學(xué)的教學(xué)改革推向深入。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

篇4

[關(guān)鍵詞] 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革 實(shí)踐能力

材料力學(xué)是工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課,材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)課程教學(xué)的重要組成部份,是檢驗(yàn)理論正確程度和解決實(shí)際問題的依據(jù),是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,對人才要求越來越高?，F(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法已經(jīng)不能滿足我們培養(yǎng)具有“基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、知識(shí)面廣、有較好的創(chuàng)新能力和解決工程實(shí)際問題能力”的應(yīng)用型人才目標(biāo)的要求,必須進(jìn)行改革。

一、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題

目前,材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大,積極性不高,動(dòng)手能力差,以應(yīng)付式的心態(tài)來對待實(shí)驗(yàn)課程,等等。具體原因有以下幾個(gè)方面:(1)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)不足,存在“重理論、輕實(shí)踐”的錯(cuò)誤觀念。他們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)只是對所學(xué)理論知識(shí)的驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)課中能完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)就行了。存在著上實(shí)驗(yàn)課態(tài)度不夠端正,實(shí)驗(yàn)報(bào)告互相抄襲,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不完整等現(xiàn)象。(2)實(shí)驗(yàn)儀器缺乏,實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件有限。造成許多實(shí)驗(yàn)無法開展,只能由教師做實(shí)驗(yàn)、學(xué)生看實(shí)驗(yàn)的被動(dòng)局面。(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容單一,結(jié)構(gòu)失衡,缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。(4)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和方法缺乏科學(xué)性,學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課興趣不高,導(dǎo)致動(dòng)手能力不強(qiáng)。(5)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的與實(shí)踐要求偏離甚遠(yuǎn),學(xué)生所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)與工程實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié),不能很好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)對理論教學(xué)的輔助作用。(6)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的內(nèi)容過于詳細(xì),學(xué)生只需按指導(dǎo)書上的實(shí)驗(yàn)步驟一步步地操作就能完成實(shí)驗(yàn),始終處于被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài),不利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。(7)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系不科學(xué)。

二、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與探索

1.正確認(rèn)識(shí)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)理論的源泉,轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心。美國力學(xué)大師鐵摩辛柯說過:“理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果在材料力學(xué)研究中具有同等重要的地位,材料力學(xué)的歷史是理論和實(shí)驗(yàn)二者最好的融合?！崩碚撜n與實(shí)驗(yàn)課是同等重要的,理論課側(cè)重于相關(guān)理論的講解,具有普遍意義。實(shí)驗(yàn)課側(cè)重于解決工程實(shí)際問題,是理論知識(shí)學(xué)以致用的實(shí)踐性課堂,否則再好的理論也只能束之高閣,也就失去了理論研究的意義。因此,只有明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性,才能培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)去分析解決工程實(shí)際問題的創(chuàng)新能力,這點(diǎn)對工科專業(yè)學(xué)生非常重要。

2.增添實(shí)驗(yàn)設(shè)備,改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件

俗話說“工欲善其事,必先利其器”。要想提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果,實(shí)驗(yàn)室必須按照學(xué)生的人數(shù)比例配備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。近3年來,隨著我校“實(shí)驗(yàn)室發(fā)展與提升計(jì)劃”的實(shí)施,材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)室先后購置了一批材料力學(xué)多功能試驗(yàn)臺(tái)、電子萬能試驗(yàn)機(jī)、靜態(tài)電子應(yīng)變儀和壓力試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備,同時(shí),還對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行改造。基本解決了教學(xué)設(shè)備陳舊、老化、臺(tái)套數(shù)少和教學(xué)場地狹小等問題,使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力得到快速提升。

3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的“固定式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法束縛了學(xué)生思維能力和創(chuàng)造能力。在新的教學(xué)過程中,應(yīng)充分利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢,把試驗(yàn)儀器的圖片及操作方法、注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)的主要目的、實(shí)驗(yàn)操作步驟等放到實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站上,以便學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)。同時(shí),利用多媒體技術(shù),制作實(shí)驗(yàn)CAI 軟件,將材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全部模擬完成,建立材料力學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)空間。這樣既增添學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生很快掌握如何操作試驗(yàn)機(jī),掌握課本上抽象的內(nèi)容,又能培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化手段進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力,為將來踏上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.立足基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)擴(kuò)充新型內(nèi)容

基于“夯實(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),增加探索性、設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容”的想法,我們將材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)分為二部分:(1)低碳鋼和鑄鐵材料的拉伸、扭轉(zhuǎn)和壓縮等三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)作為基本的材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。把測定材料彈性模量和泊松比、圓管扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和純彎梁彎曲正應(yīng)力等實(shí)驗(yàn)作為基本應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn),這兩類實(shí)驗(yàn)為必做實(shí)驗(yàn),是整個(gè)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系的基礎(chǔ)部分。(2)組合梁彎曲正應(yīng)力分析、組合壓桿臨界力測定、圓管彎扭組合實(shí)驗(yàn)等探索性、設(shè)計(jì)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)系列,構(gòu)成整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系的提高部分。其次我們還穿插了一些建筑材料中的鋼材、木材、有機(jī)材料等與專業(yè)密切相關(guān)的材料實(shí)驗(yàn),這對于學(xué)生后續(xù)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)、拓展專業(yè)深度及廣度,具有重要意義。比如,材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的電測法是“建筑結(jié)構(gòu)檢測”這門專業(yè)課的靈魂,一些重要的建筑結(jié)構(gòu)往往采用電測法來分析結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。此外,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,我們根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)利用投影設(shè)備給學(xué)生播放一些工程實(shí)例,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)與工程應(yīng)用的聯(lián)系,增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5.實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全天開放

我們已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站建立實(shí)驗(yàn)預(yù)約系統(tǒng)。同時(shí),我們還把實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備的數(shù)量、功能、參數(shù)和主要運(yùn)用領(lǐng)域等信息放上網(wǎng)站供學(xué)生查詢。通過實(shí)驗(yàn)室開放,學(xué)生可以自由安排時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),學(xué)生也可以自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目解決實(shí)際問題。此外,我們還積極動(dòng)員學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間參加教師的科研項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)室開放給學(xué)生提供了一個(gè)寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間、內(nèi)容和過程都有自主的選擇,老師真正做到“引導(dǎo)”作用。

6.改革材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方式

傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核,只關(guān)注學(xué)生的出勤率及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的填寫,很少考慮學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性等因素。為了使實(shí)驗(yàn)考核更加客觀,提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性,我們堅(jiān)持從以下三個(gè)方面考核學(xué)生:(1)實(shí)驗(yàn)效果。以全班學(xué)生實(shí)驗(yàn)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為參考,確定每位學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效果,此部分占實(shí)驗(yàn)總成績的50%。(2)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。重點(diǎn)考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路及對待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度,此部分占實(shí)驗(yàn)總成績的30%。(3)實(shí)驗(yàn)課堂過程?？疾閷W(xué)生的實(shí)驗(yàn)出勤率及學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,此部分占實(shí)驗(yàn)總成績的20%。

三、結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的基礎(chǔ),這已經(jīng)成為眾多實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者的共識(shí)。只有樹立正確的觀念,把實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)擺在同等重要的位置,實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革才能成功。同時(shí),實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革也是一項(xiàng)不斷更新的工作。只有緊跟社會(huì)發(fā)展的步伐,行業(yè)發(fā)展的趨勢來不斷完善教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容,才能不斷提高教學(xué)質(zhì)量,才能培養(yǎng)出“基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、知識(shí)面廣、有較好的創(chuàng)新能力和解決工程實(shí)際問題能力”的應(yīng)用型人才。

參考文獻(xiàn):

[1]裴玉屏.搞好材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)改革提高大學(xué)生的實(shí)踐能力[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào),2002,(2):78-83.

[2]莫曉東,鐘根全.淺談材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與發(fā)展[J].科學(xué)發(fā)展,2009,(18):217-218.

篇5

關(guān)鍵詞：材料力學(xué)；材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

我是新疆大學(xué)的一名力學(xué)教師，在多年材料力學(xué)的教學(xué)中，我深刻地體驗(yàn)到，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)課程重要的、不可缺少的組成部分，是實(shí)踐性教學(xué)和啟發(fā)性教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，“而材料力學(xué)在工程技術(shù)人才培養(yǎng)中的重要性是不可動(dòng)搖的”【1】。

在2010年年底，一次難得的機(jī)緣，我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生去南京的東南大學(xué)，參加了由中國力學(xué)學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)、教育部高等學(xué)校力學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)、高等學(xué)校國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心工作委員會(huì)及力學(xué)學(xué)科組共同舉辦的“首屆全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽”決賽，觀摩了內(nèi)地一流大學(xué)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)模與教學(xué)范式。那時(shí)我便感到，從諸多方面，我們新疆對材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的重視程度及財(cái)力、人力的投入和內(nèi)地一流大學(xué)存在著明顯的差距。同時(shí)，我也清楚地認(rèn)識(shí)到，作為一名力學(xué)教師，自己付出的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

2011年5月，我申報(bào)了一項(xiàng)“新疆大學(xué)本科生科研實(shí)踐訓(xùn)練項(xiàng)目”，　項(xiàng)目名稱為：《材料力學(xué)組合變形電測實(shí)驗(yàn)研究》，主要?jiǎng)?chuàng)新任務(wù)是在已經(jīng)開設(shè)的材料力學(xué)基本實(shí)驗(yàn)（其中，“機(jī)測項(xiàng)目3個(gè)，為基本力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，即拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)；電測實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1～3個(gè)，為材料彈性模量測定、梁純彎曲下的正應(yīng)力測定”【2】和等強(qiáng)度梁電測實(shí)驗(yàn)等。）的基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)感興趣的三名大三學(xué)生開展兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，即：1.彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形實(shí)驗(yàn)，2.偏心拉伸實(shí)驗(yàn)。然而，在理論上看起來較為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，具體做起來卻花費(fèi)了我們很多的精力。但與此同時(shí)，大家卻對材料力學(xué)留下了深刻的印象，并對其產(chǎn)生了濃厚的興趣。

此后，我和同學(xué)們決定每周利用課余時(shí)間在力學(xué)實(shí)驗(yàn)室聚會(huì)一到兩次，按照我們的計(jì)劃完成所申報(bào)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。首先，我們在一起將基本的拉、壓、彎、扭實(shí)驗(yàn)重新再做一遍，包括了解和熟悉機(jī)器的基本操作和性能。在做的過程中盡量地讓學(xué)生自己動(dòng)手完成，認(rèn)真完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由于我們的設(shè)備是新買的幾臺(tái)液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)和電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，整個(gè)操作全是靠電腦控制，因此，編程和調(diào)試機(jī)器也成為同學(xué)們必備的功課。同學(xué)們感覺到，以前上材料力學(xué)課做過的實(shí)驗(yàn)就如同走馬觀花一樣，主要是老師帶著做，只是當(dāng)作一項(xiàng)任務(wù)完成實(shí)驗(yàn)而已。而現(xiàn)在，則需要自己動(dòng)手了。在實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們感到，每一個(gè)細(xì)節(jié)及其先后都有其必然的道理和含義，這樣，大家既開動(dòng)了腦筋，又增強(qiáng)了動(dòng)手能力。由于對于所做實(shí)驗(yàn)的目的和意義是站在強(qiáng)度理論的角度去理解的，這就使同學(xué)們有意識(shí)地注意實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比，使他們加深了理論知識(shí)的鞏固與深化。

隨著暑假的來臨，我給同學(xué)們布置了假期回去后要復(fù)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)和章節(jié)，包括：組合變形、強(qiáng)度理論、截面的幾何性質(zhì)（尤其是慣性矩和慣性積的轉(zhuǎn)軸公式）和電測理論，這些任務(wù)是為開學(xué)后繼續(xù)做我們的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備的。開學(xué)后，我們小組總結(jié)了所要完成實(shí)驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，繼續(xù)完成接下的內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)室有一臺(tái)舊的彎扭組合試驗(yàn)器，由于材料力學(xué)課程的壓縮等原因，許多年已經(jīng)沒有使用了。這次把它用于實(shí)驗(yàn)中，先通過電測法得出了彈性模量和波松比，同學(xué)們自己小心翼翼地貼應(yīng)變片和應(yīng)變花，測出的結(jié)果和理論值相差最大為8%，“雖然超過了實(shí)際工程的容許誤差5%”，　【3】但8%的誤差中“還包括了實(shí)驗(yàn)裝置本身、人為操作、以及應(yīng)變片粘貼位置等方面的誤差，”【3】基本可以滿足實(shí)際工程精度的要求。貼應(yīng)變片所用的各種材料都是同學(xué)們自己上街買的，這使我也體會(huì)到了集體的力量！

最后要完成的偏心拉伸實(shí)驗(yàn)就有些復(fù)雜了，這也是一般學(xué)校很少做的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的難度正是當(dāng)初‘首屆全國大學(xué)生基礎(chǔ)力學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽’決賽時(shí)的實(shí)驗(yàn)題，我早在暑假時(shí)就已經(jīng)將題目讓同學(xué)們帶回家思考了。試樣是我參加完比賽帶回來的，始終完好無損。為了制訂實(shí)驗(yàn)方案，我們討論了幾個(gè)星期。其中，涉及到了許多知識(shí)點(diǎn)，包括：圣維南原理、形心主慣性矩、用積分法求慣性積、半橋法測多點(diǎn)應(yīng)變、平面彎曲的概念、應(yīng)變花測主應(yīng)變及主應(yīng)力等。同學(xué)們感覺到大賽的艱難和壓力，但也增強(qiáng)了自信心，對于用材料力學(xué)解決實(shí)際問題，有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和體會(huì)。

完成好實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊，然后，將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容以PPT的形式簡練地反映出來則是考驗(yàn)同學(xué)們的耐心和細(xì)心的工作。為了準(zhǔn)備較多的素材，我們在做實(shí)驗(yàn)的過程中拍了一些相應(yīng)的照片，將所比較的理論值與實(shí)驗(yàn)值盡量地用表格的形式表現(xiàn)出來，減少文字、圖表和公式，盡力將所表達(dá)的內(nèi)容清晰地展示出來。

同學(xué)們一致反映，通過近一年的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，大家收獲很大?！耙圆牧侠靿嚎s試驗(yàn)為例，課上只是對典型的塑性材料低碳鋼和脆性材料鑄鐵做測試，一般只提供標(biāo)準(zhǔn)試件，能夠測試出低碳鋼彈性模量E、屈服強(qiáng)度σs、抗拉強(qiáng)度σb、延伸率δ和斷后伸縮率ψ以及鑄鐵的抗拉壓強(qiáng)度即可，測試要求比較簡單，學(xué)生只是被動(dòng)接受，很難有興趣”【4】。以前看似書本上的大段文字，現(xiàn)在已經(jīng)活靈活現(xiàn)地變成了生動(dòng)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并且，大家也提高了解決實(shí)際問題的能力。我們小組也體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)精神：只有充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)別人的不足，才能有和諧和力量。我們小組有漢族男生、女生，還有一名維吾爾族男生，作為指導(dǎo)老師，我是只說不做，只是提出問題，盡量少地回答問題，只有對最后較為正確的方法和結(jié)論給予肯定。同學(xué)們各自分工，完成自己力所能及的工作，有的在現(xiàn)場計(jì)算，有的貼應(yīng)變片，有的測量數(shù)據(jù)，大家配合得很默契。有的同學(xué)說，除了做實(shí)驗(yàn)以外，還學(xué)到了許多做人的道理，對自己將來的發(fā)展和規(guī)劃有了更為明確的目標(biāo)和方向。

我覺得，我們的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)才邁出了第一步，我們和內(nèi)地名牌大學(xué)的差距還很大，無論是在規(guī)模上還是水平上，還有與內(nèi)地一流大學(xué)的交流機(jī)會(huì)等方面都較為落后，不是短短的幾年所能趕上的。但是，只要我們盡自己的力量，在人力、物力上多投入，一定會(huì)縮小之前的差距。材料力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅增強(qiáng)了我的信心，也為同學(xué)們更好地學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程起到了很好的示范作用。

參考文獻(xiàn)

【1】《“電測應(yīng)力實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐》邢世建　牛建豐，改革與探索，2010.No22；

【2】《材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的探討》趙　冰　張　巖，中國現(xiàn)代教育裝備，第27卷第3期2010年3月；

【3】《薄壁圓筒彎扭組合實(shí)驗(yàn)中彎曲切應(yīng)力的測量》李鐘浩

吳凌壹　歐海文，中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2010年8月。

篇6

關(guān)鍵詞： 仿真實(shí)驗(yàn)；材料力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校人才培養(yǎng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力有著不可替代的作用。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校工科專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程《材料力學(xué)》、《工程力學(xué)》、《建筑力學(xué)》的重要組成部分。通過材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生加深對材料力學(xué)基本概念、基本理論的理解和認(rèn)識(shí)，使學(xué)生牢固掌握材料性能指標(biāo)的檢測方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題。材料基本變形、組合變形測量等實(shí)驗(yàn)涉及眾多電測方面的知識(shí)，如應(yīng)變片、應(yīng)變儀、力的傳感器、橋路及其連接、貼片與溫度補(bǔ)償?shù)?，是力學(xué)與電學(xué)知識(shí)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)。近年來，由于專業(yè)熱點(diǎn)變化，這類材料力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)在高校普遍存在壓減學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模萎縮、儀器使用損壞率高、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)有限等問題，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)變片的粘貼實(shí)驗(yàn)周期長，而且因?yàn)樘撡N等操作會(huì)造成材料損耗，測量前的線路焊接、電橋搭配等的不正確操作也會(huì)造成儀器的損毀，所以實(shí)驗(yàn)中的這些步驟都在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中省略了，學(xué)生失去了動(dòng)手動(dòng)腦進(jìn)行科研訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，實(shí)驗(yàn)做完后對電測原理一無所知，教學(xué)效果很不好。

如何在現(xiàn)有條件下發(fā)揮有限資源的最大效率，并顯著提高材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，是廣大實(shí)驗(yàn)教學(xué)老師正在探討的課題。近年來，國內(nèi)各高校不斷嘗試將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，使得教與學(xué)的方式發(fā)生了革命性的變化。

仿真實(shí)驗(yàn)是通過計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)的模擬程序來完成實(shí)驗(yàn)過程，不受實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料的限制，因其具有經(jīng)濟(jì)性、開放性、針對性及安全性等特點(diǎn)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的一種有效實(shí)驗(yàn)手段。

為此，結(jié)合材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，運(yùn)用信息技術(shù)尋求一種合理、高效的仿真實(shí)驗(yàn)途徑具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。研制材料力學(xué)電子測量仿真系統(tǒng)，可以讓學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)通過仿真貼片、接線、加載、測量，對電測原理有個(gè)完整了解，作為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，也可大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2 材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)開發(fā)

1）材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的技術(shù)選型

系統(tǒng)開發(fā)選用C++ Builder， C++ Builder具有快速的可視化開發(fā)集成環(huán)境，內(nèi)置了大量完全封裝了Windows公用特性且具有完全可擴(kuò)展性的可重用控件，利用C++ Builder可以快速完成復(fù)雜的界面交互，讓我們將開發(fā)的重點(diǎn)放在內(nèi)部流程與算法，無需考慮界面實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)交互，從而提高開發(fā)效率。

后臺(tái)數(shù)據(jù)庫選用比較通用的關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Sever，采用兩層的C/S架構(gòu)，數(shù)據(jù)庫中記錄實(shí)驗(yàn)操作人員、實(shí)驗(yàn)場景數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)過程操作記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄等，實(shí)驗(yàn)老師可以通過系統(tǒng)管理程序查看記錄，了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況及仿真系統(tǒng)使用情況。使用通用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL Sever的好處之一是可以支持網(wǎng)絡(luò)并行操作，學(xué)生可以在不同終點(diǎn)同時(shí)做不同實(shí)驗(yàn)；另一個(gè)好處是保存大量的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)而不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)明顯變慢。

2）材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)構(gòu)成

材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)主要分為兩大部分：超媒體的教學(xué)演示系統(tǒng)（表1 ）和仿真模擬實(shí)驗(yàn)。超媒體的教學(xué)演示系統(tǒng)主要利用計(jì)算機(jī)將每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒒驹砗筒僮鞑襟E以文字、動(dòng)畫、聲音、視屏等方式組合展示出來，目的是使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的基本原理、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)難點(diǎn)等。

仿真模擬實(shí)驗(yàn)部分主要是材料力學(xué)的五個(gè)主要電測實(shí)驗(yàn)：分別是 材料彈性常數(shù)測量實(shí)驗(yàn)、材料切變模量的測量實(shí)驗(yàn)、材料純彎正應(yīng)力測量實(shí)驗(yàn)、材料彎扭組合主應(yīng)力測量實(shí)驗(yàn)、材料彎扭組合內(nèi)力素測量實(shí)驗(yàn)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)提供一個(gè)虛擬的三維實(shí)驗(yàn)場景（如圖1為彎扭組合的實(shí)驗(yàn)場景），實(shí)驗(yàn)者可以通過鍵盤與鼠標(biāo)與程序交互，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

3）仿真實(shí)驗(yàn)過程

下面以材料彎扭組合內(nèi)力素測量為例來說明仿真實(shí)驗(yàn)過程：

①試件參數(shù)確定：選擇主界面的材料彎扭組合內(nèi)力素測量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)入圖1的實(shí)驗(yàn)場景，就可以選擇實(shí)驗(yàn)的材質(zhì)、尺寸，確定材質(zhì)就相應(yīng)確定了材料的彈性常數(shù)，選定尺寸就是需要輸入梁的長度、內(nèi)外徑及加力臂的大小。

②貼片：如果2所示，可以在放大的工作區(qū)及溫度補(bǔ)償區(qū)進(jìn)行貼片，可以在應(yīng)變計(jì)面板選擇不同型號(hào)的應(yīng)變計(jì)，

③橋路設(shè)計(jì)：通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)并拖動(dòng)，可以在應(yīng)變計(jì)引腳與應(yīng)變儀A、B、C、D1、D、D2等引腳間連線，不同連線方式形成不同的橋路設(shè)計(jì)。

④加載測量：開啟應(yīng)變儀電源，應(yīng)變儀顯示屏顯示應(yīng)變輸出，如果橋路設(shè)計(jì)不準(zhǔn)確，應(yīng)變儀顯示屏將顯示錯(cuò)誤“E”，這時(shí)需要回到上一步重新進(jìn)行連線操作。如果屏幕顯示隨機(jī)變動(dòng)的值，點(diǎn)擊清零后就可以恢復(fù)為零，并可以開始加載實(shí)驗(yàn)，加載過程點(diǎn)選記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)前外載荷及應(yīng)變輸出系統(tǒng)就會(huì)記錄。

⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)束，選擇打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告，將輸出帶全部實(shí)驗(yàn)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)過程記錄的完整實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告，需要手工完成的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后處理。

4）材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)主要特色

①目前國內(nèi)有些高校在電測仿真系統(tǒng)有些探索，但主要還停留在實(shí)驗(yàn)過程的輔導(dǎo)上，如應(yīng)變片選擇、貼片、橋路設(shè)計(jì)、加載、測量等，每個(gè)過程都是最優(yōu)的單一選擇，就像一個(gè)電子教案。材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)在此方面進(jìn)行重點(diǎn)突破，提供一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)場景，試件的材質(zhì)、尺寸可以在許可范圍內(nèi)自由設(shè)定，應(yīng)變花可以隨意選擇，補(bǔ)償片的選擇，橋路選擇都有充分的自由度，系統(tǒng)內(nèi)依據(jù)選定的參數(shù)及橋路設(shè)計(jì)、加載情況計(jì)算出相應(yīng)的應(yīng)變儀輸出，并在輸出結(jié)果上加上白噪聲和時(shí)漂移，操作人員可以按照真實(shí)測量那樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。

②材料力學(xué)電測實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)涵蓋了材料力學(xué)課程中的所有電測實(shí)驗(yàn)，國內(nèi)涉及材料力學(xué)課程的所有專業(yè)因?qū)嶒?yàn)學(xué)時(shí)的原因最多只會(huì)實(shí)做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，短學(xué)時(shí)的專業(yè)只會(huì)做最簡單的材料彈性常數(shù)測量實(shí)驗(yàn)。由于貼片到可以測量一般需要數(shù)天時(shí)間，實(shí)做實(shí)驗(yàn)都不會(huì)涉及貼片和接線。而仿真系統(tǒng)就可以由淺入深的包含全部5個(gè)電測實(shí)驗(yàn)，并可仿真全部的實(shí)驗(yàn)過程。

4 結(jié)語

材料力學(xué)電測仿真實(shí)驗(yàn)是一種全新的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在這種環(huán)境下學(xué)生可以反復(fù)進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)”，并迅速獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果其方便性是實(shí)物實(shí)驗(yàn)所不可比擬的。仿真實(shí)驗(yàn)作為一種全新的教學(xué)手段，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，尤其是在實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備受到限制的條件下，能有效地緩解當(dāng)前材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困境，也是高等教育的大眾化發(fā)展的一種必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞：D型車架材料；雙C型車架；力學(xué)性能；典型工況

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

車架的各種等效受載工況，包括典型靜態(tài)工況和極限工況。典型等效靜態(tài)工況包括：滿載靜止、最大加速啟動(dòng)、重載高速緊急制動(dòng)、舉升、急轉(zhuǎn)彎、平路勻速行駛；極限工況包括：考慮動(dòng)荷系數(shù)的勻速滿載行駛、路面不平導(dǎo)致輪胎沉陷或者抬起、下坡制動(dòng)、偏載下坡等工況。因此，礦用車在運(yùn)用過程中，其車架的受力情況是很復(fù)雜的，基于此，必須重點(diǎn)探討D型與雙C型車架材料力學(xué)性能。

1.對比D型與雙C型車架有限元模型

1.1 建立有限元模型

為了獲得準(zhǔn)確的車架在各個(gè)工況下的應(yīng)力分布，此次分析建立了礦用自卸車板殼單元有限元模型（shell 181），這種單元類型的有限元模型比梁單元能更加真實(shí)具體地反應(yīng)車架的應(yīng)力分布。殼單元shell 181單元說明：Shell 181適用于薄到中等厚度的殼結(jié)構(gòu)。該單元有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，分別為沿節(jié)點(diǎn)X，Y，Z方向的平動(dòng)及繞節(jié)點(diǎn)X，Y，Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。退化的三角形選項(xiàng)用于網(wǎng)格生成的過渡單元。Shell 181單元具有應(yīng)力剛化及大變形功能。該單元有強(qiáng)大的非線，并有截面數(shù)據(jù)定義、分析、可視化等功能，還能定義復(fù)合材料多層殼。Shell 181殼單元的截面定義了垂直于殼X-Y平面的形狀。通過截面命令可以定義Z方向連續(xù)層，每層的厚度、材料、鋪層角及積分點(diǎn)數(shù)都可以不同。

1.2 對比分析截面的有限元

截取等長度的部分車架縱梁模型，按照相同的網(wǎng)格密度劃分網(wǎng)格，在模型的兩端施加全約束，中間部位施加相同的集中力，有限元計(jì)算結(jié)果如圖1和圖2所示。

1.3 對比分析結(jié)果

1.3.1 對比變形

雙C焊縫結(jié)構(gòu)比雙厚度變形增加12.5%，雙C焊縫結(jié)構(gòu)比D型結(jié)構(gòu)變形增加19.8%；分析其應(yīng)力情況可知，雙C焊縫結(jié)構(gòu)比雙厚度應(yīng)力增加2.9%，雙C焊縫結(jié)構(gòu)比D型結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加26.8%。不論對比變形還是應(yīng)力最大值，雙C焊縫結(jié)構(gòu)>雙C雙厚度>D型結(jié)構(gòu)。

雙C焊縫結(jié)構(gòu)和雙C雙厚度的材料為510L，屈服極限350MPa，抗拉強(qiáng)度510MPa～630MPa；D型結(jié)構(gòu)的材料為Q460CFD，屈服極460MPa，抗拉強(qiáng)度500MPa～680MPa，從材料上來說，雙C結(jié)構(gòu)都沒有D型結(jié)構(gòu)使用起來安全。

1.3.2 對比慣性矩

雙C焊縫結(jié)構(gòu)和雙厚度的對比系數(shù)p=雙C焊縫結(jié)構(gòu)最大變形值/雙C雙厚度最大變形值=0.702e-4/0.614e-4=1.14mm；由公式可知，抗彎剛度與Iyy成反比，雙C雙厚度的慣性矩Iyy=0.440e-3；雙C焊縫結(jié)構(gòu)的慣性矩Iyy=雙C雙厚度/對比系數(shù)=0.385e-3。

D型結(jié)構(gòu)Iyy（0.42e-3）>雙C焊縫結(jié)構(gòu)Iyy（0.385e-3），從截面慣性矩Iyy上來說，實(shí)際應(yīng)用的雙C焊縫結(jié)構(gòu)沒有D型結(jié)構(gòu)使用起來安全。

2.對比D型與雙C型車架材料力學(xué)法計(jì)算結(jié)果

2.1 力學(xué)模型簡化及彎矩圖

將車架作如下簡化為如圖3所示的形式，A為前橋中心，B為后橋平衡軸位置中心，C為車架尾部后銷軸。F1為車架上表面施加的集中載荷主要為發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、舉升油缸和油箱自重，大小為總重的一半11320N，其中F2-F6為橡膠墊上的均布力，各為146226N，F(xiàn)7為后銷軸承擔(dān)的載荷151872N。

2.2 分析結(jié)果

2.2.1 D型梁車架的最大彎矩

D型截面慣性矩為0.42，D型截面的抗彎模量為1.71，由彎曲應(yīng)力計(jì)算公式可得224.5MPa，位于后橋平衡軸中心位置。

2.2.2 雙C型車架的最大彎矩

雙C型截面慣性矩為0.44，考慮到焊縫對截面慣性矩的影響，雙C焊縫結(jié)構(gòu)的慣性矩Iyy=雙C雙厚度/對比系數(shù)=0.385 e-3。雙C型截面的抗彎模量為1.57，由彎曲應(yīng)力計(jì)算公式可得244.6MPa，位于后橋平衡軸中心位置。

2.2.3 結(jié)果

經(jīng)上述分析可得，D型梁車架的抗彎截面系數(shù)比雙C焊縫結(jié)構(gòu)車架要大。建議最終版車架結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能不要低于原結(jié)構(gòu)，即性能要不低于Q460CFD。

3.雙C型車架前板簧后座圓孔力學(xué)性能

將雙C車架兩處結(jié)構(gòu)改變進(jìn)行了有限元分析，并對結(jié)果進(jìn)行對比。改變?nèi)缦拢?.3652模型前板簧后支座開孔處前移135mm，3652-2模型開孔與后支座對中；3652-2模型車架中取消了小三角板處的第六個(gè)減重孔，在原開孔處加10mm厚的槽型橫梁。在舉升工況中，前板簧后座圓孔前移和對中，車架立板處應(yīng)力分布帶變化隨孔位置的改變而遷移，最大值相近，對中后有加強(qiáng)環(huán)比無加強(qiáng)環(huán)最大應(yīng)力明顯降低；車架下表面處對中比前移應(yīng)力最大值略有降低。中橋處加槽型橫梁在該工況影響了大三角板及其附近的應(yīng)力分布，應(yīng)力值增大5%。

結(jié)語

XGQ3650系列非公路自卸車廣泛應(yīng)用于大型露天煤礦、鐵礦、銅礦等礦山、港口、碼頭、鋼廠、水利工程等大型工程、基礎(chǔ)建設(shè)等場地的礦石土方運(yùn)輸及水利工程、坑基開挖作業(yè)等，其車架是關(guān)鍵部件，在裝載、運(yùn)輸、卸載中承受主要的載荷。車架的優(yōu)劣直接影響著整車的使用壽命，同時(shí)反映了整車的技術(shù)水平。因此，在改造過程中，應(yīng)全面對比了解D型與雙C型車架材料力學(xué)性能，確保車架整體改進(jìn)的科學(xué)性。

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【關(guān)鍵詞】材料力學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革；教學(xué)模式

1. 序言

材料力學(xué)是工科院校的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，是工程應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，而材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)又是該課程的重要組成部分。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)是材料力學(xué)理論形式和發(fā)展的基礎(chǔ)，是檢驗(yàn)理論正確程度和解決工程強(qiáng)度問題的依據(jù)，因此本課程在培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素質(zhì)、工程能力及創(chuàng)新能力方面都具有其它課程不可替代的作用。如何在材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)動(dòng)起學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出符合社會(huì)需要的創(chuàng)新人才，是我們必須研究和解決的首要任務(wù)。所以，要求我們扎實(shí)地抓好實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一重要環(huán)節(jié)，針對目前已經(jīng)過時(shí)和不合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行改革。

2. 傳統(tǒng)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)存在的問題

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和模式不合理。

（1）從實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式來看，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多附屬于理論教學(xué)，是理論教學(xué)的輔助和補(bǔ)充，在教學(xué)計(jì)劃中沒有獨(dú)立的教學(xué)地位，限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)相對滯后，從而造成實(shí)驗(yàn)課的分配不均衡。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多而設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)少；由老師提前準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)多，由學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)少；簡單重復(fù)的實(shí)驗(yàn)多，而結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)少。也造成了學(xué)生重理論學(xué)習(xí)輕實(shí)驗(yàn)的思想，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中簡單應(yīng)付、馬虎了事，以至于無法將所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際有機(jī)地結(jié)合起來，不能在本來就少的實(shí)踐中去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，無法進(jìn)一步對自己的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)進(jìn)行培養(yǎng)，導(dǎo)致他們的動(dòng)手能力較差，創(chuàng)新意識(shí)不夠，使得他們在今后的工作中面臨很大的壓力。

（2）從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容來看，多是包辦式的教學(xué)方式，以老師演示為主，學(xué)生只是記錄數(shù)據(jù)，然后填寫固定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。不能充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，容易造成學(xué)生的依賴性。在很大程度上限制了學(xué)生在分析、歸納、解決問題能力方面的培養(yǎng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊數(shù)量少。隨著高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備從數(shù)量上滿足不了教學(xué)的要求，人均設(shè)備占有率低，不能滿足高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的要求。例如，在高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理規(guī)定中，要求每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生人數(shù)不超過4人，而在很多的院校由于萬能試驗(yàn)機(jī)數(shù)量不夠，很多在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，只能采用演示的方式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果很不理想。

3. 正確認(rèn)識(shí)材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課與理論教學(xué)的關(guān)系

材料力學(xué)的理論是建立在對材料的性質(zhì)、構(gòu)件受力和變形作一系列假設(shè)和理想化的基礎(chǔ)上的，是在實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上，經(jīng)過科學(xué)的抽象，實(shí)現(xiàn)將真實(shí)材料理想化、實(shí)際構(gòu)件典型化、公式推導(dǎo)假設(shè)化的學(xué)科。其結(jié)論是否正確以及在工程中的適用范圍等，都需要通過實(shí)驗(yàn)來確定。此外，在實(shí)際的工程問題中，我們經(jīng)常會(huì)遇到用現(xiàn)有理論不能解決的問題，例如，實(shí)際構(gòu)件的幾何尺寸不規(guī)則或者載荷很復(fù)雜時(shí)，構(gòu)件中的應(yīng)力我們往往不能通過單純的理論計(jì)算得到正確的答案，而通過實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析法就可以解決材料力學(xué)理論和其它力學(xué)理論無法求解的一些工程難題。

4. 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的途徑

4.1 改革材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容。

（1）傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)延續(xù)了30多年，而且多為簡單的、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。為了培養(yǎng)學(xué)生的理論與實(shí)踐相結(jié)合的工程分析能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容就必須改革更新。為了既能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，又能使學(xué)生的潛在能力得到充分的發(fā)揮，激發(fā)出學(xué)生更大的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新精神，有效地提高學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力。我們把實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、提高性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層面。

（2）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要以了解材料的力學(xué)性能為重點(diǎn)，著重培養(yǎng)學(xué)生使用儀器設(shè)備、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力。對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了精選，在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了難度，增強(qiáng)了思考性，保留了必要的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，例如，拉伸、壓縮、測E、測μ、扭轉(zhuǎn)等。綜合性實(shí)驗(yàn)以綜合性的理論分析與實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合為重點(diǎn)，著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)分析能力。提高性實(shí)驗(yàn)以實(shí)際或模擬工程實(shí)際為背景，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合的工程分析能力。這些實(shí)驗(yàn)要與工程實(shí)際密切結(jié)合，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行檢測、自行分析，讓學(xué)生在實(shí)踐中自己去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力。

4.2 采用現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)模式。由于材料力學(xué)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，導(dǎo)致學(xué)生不能在有限的時(shí)間里掌握更多的材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)，為了改變這一現(xiàn)狀，我們制作了一些課件，在理論課的時(shí)候給學(xué)生演示，使學(xué)生直觀了解實(shí)驗(yàn)的原理，掌握實(shí)驗(yàn)的基本規(guī)律。此外，在給學(xué)生作材料力學(xué)性能測試的實(shí)驗(yàn)過程中，采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，并自動(dòng)打印出力——變形關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)技術(shù)的現(xiàn)代化，在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的同時(shí)也大大地提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中，加深對實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰途C合素質(zhì)的培養(yǎng)。

4.3 開放實(shí)驗(yàn)室。為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，激發(fā)他們的創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)室可以結(jié)合課程內(nèi)容向?qū)W生開放，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間上變固定式為開放式。學(xué)生可以在開放期間任何時(shí)間來做實(shí)驗(yàn)，對具體實(shí)驗(yàn)的時(shí)間進(jìn)行彈性控制。給學(xué)生充足的時(shí)間去思考，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求自行制定實(shí)驗(yàn)方案，并獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。教師在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，指出實(shí)驗(yàn)過程中存在的一些不足，同學(xué)生進(jìn)行討論。這樣，可以幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，使他們掌握處理問題的技巧，從而更好地激發(fā)和培養(yǎng)他們的探索精神和創(chuàng)新能力。

4.4 改革實(shí)驗(yàn)考核方式。由于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)沒有獨(dú)立設(shè)課，只是作為理論課程的一部分，這就導(dǎo)致部分學(xué)生不重視實(shí)驗(yàn)課，因而造成了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果不佳。為加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)成績按一定的比例計(jì)入理論考試成績中，對于不做實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)成績不合格的同學(xué)，要求其補(bǔ)做或重做實(shí)驗(yàn)，否則取消參加理論考試的資格。材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的關(guān)鍵在于教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變和加大對實(shí)驗(yàn)課程的重視程度。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，只有擺脫傳統(tǒng)的教學(xué)思想和教學(xué)觀念的束縛，才能有可能獲得實(shí)質(zhì)性的突破。建立新的實(shí)驗(yàn)體系，是材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞: “材料力學(xué)性能” 課程教學(xué)改革 教學(xué)方法

“材料力學(xué)性能”課程是材料類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。從課程的歷史來看,材料力學(xué)性能原是金屬材料專業(yè)繼金屬學(xué)、固態(tài)相變之后的專業(yè)課程;在無機(jī)非金屬材料專業(yè)中,無機(jī)材料的力學(xué)性能僅是無機(jī)材料物理性能課程中一章的內(nèi)容;在高分子材料專業(yè)中,聚合物的力學(xué)性能則分散在高分子物理課程的有關(guān)章節(jié)中,內(nèi)容相對較少?？梢?材料力學(xué)性能課程教學(xué)改革勢在必行。針對本門課程的特點(diǎn)及教學(xué)要求,我從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及成績考核方面對我院教學(xué)提出以下教學(xué)改革方案。

1.教學(xué)內(nèi)容的改革

材料力學(xué)性能課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課,需要為材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生提供專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí),同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生具備材料力學(xué)性能方面的實(shí)踐能力。因此在課程教學(xué)內(nèi)容改革時(shí),教師必須以素質(zhì)教育、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式為依據(jù);以能力培養(yǎng)為主線;以教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性為突破口,對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大膽地改革。在課程講解過程中,教師應(yīng)從材料力學(xué)性能概念出發(fā),遵循材料力學(xué)性能的定義,按照材料的承載方式和環(huán)境因素,將課程內(nèi)容分為靜載荷拉伸力學(xué)性能、其他載荷下的力學(xué)性能、斷裂韌性、變動(dòng)載荷下的力學(xué)性能、環(huán)境條件下的力學(xué)性能、高溫條件下的力學(xué)性能、摩擦與磨損性能、納米材料的力學(xué)性等內(nèi)容。與此同時(shí),優(yōu)化教學(xué)的內(nèi)容,不再將陶瓷、高分子、復(fù)合材料的力學(xué)性能單列成章,而是以材料的力學(xué)性能為主線,將三大材料有機(jī)地融合到每一章中,并將各類材料的共性與特性進(jìn)行總結(jié)與歸納。另外,打通與前期材料力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程的聯(lián)系,并注重建立與同期或后期學(xué)習(xí)課程間的聯(lián)系及其在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用,為學(xué)生今后在實(shí)際工作中全面、合理地選用、設(shè)計(jì)、改造和開發(fā)新材料打下良好的基礎(chǔ)。

隨著科技的發(fā)展,材料的種類越來越多,應(yīng)用日益廣泛。新材料力學(xué)性能測試的標(biāo)準(zhǔn)不斷頒布,已有材料的國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)需與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌而不斷修改。新型結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用日新月異,納米技術(shù)的飛速發(fā)展,迫切需要材料力學(xué)性能的教學(xué)與生產(chǎn)力發(fā)展水平一致。在教學(xué)改革中,教師必須依據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用,將這部分內(nèi)容增加進(jìn)去,以期擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面,使之能更好地適應(yīng)社會(huì)需求。

2.教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革

2.1合理選擇教學(xué)內(nèi)容。材料力學(xué)性能研究的內(nèi)容的豐富和手段的多樣化,要求教師在傳統(tǒng)材料性能教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹R(shí)延伸和拓展,結(jié)合原教學(xué)內(nèi)容適時(shí)把前沿和熱點(diǎn)方面的知識(shí)引入課堂教學(xué)。材料的發(fā)展又提供了豐富的素材,如量子點(diǎn)、單晶、人工超晶格、復(fù)合材料和納米材料的開發(fā)和應(yīng)用等[1],教師可結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)際和特點(diǎn)進(jìn)行取舍,向?qū)W生展現(xiàn)材料力學(xué)性能的豐富內(nèi)容。在進(jìn)行知識(shí)延拓時(shí),教師應(yīng)采用“宜簡不宜繁,宜短不宜長,宜定性不宜定量”的具體作法,在操作中,特別注意不能喧賓奪主,這樣操作有利于新舊內(nèi)容之間的聯(lián)系、區(qū)別和發(fā)展,使學(xué)生對所學(xué)的知識(shí)能理解、鞏固和應(yīng)用[2]。

2.2以科研促教學(xué)。材料力學(xué)性能課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,在教學(xué)活動(dòng)中,教師必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),利用開放實(shí)驗(yàn)室,使學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣和愛好參加教師的科研項(xiàng)目,積極爭取學(xué)校設(shè)立的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生科技活動(dòng)。通過具體的研究課題,獨(dú)立設(shè)計(jì)、自查資料、自擬實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行探索性、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。

2.3充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。使用多媒體進(jìn)行教學(xué),教師必須以現(xiàn)代教學(xué)思想、教學(xué)理論作指導(dǎo),構(gòu)建師生間的互動(dòng)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)師生間的雙向交流,而不是單一的人―機(jī)交流;改變角色定位,把以教師為中心,以教材為中心,變?yōu)橐詫W(xué)生為中心,以問題為中心,讓學(xué)生成為主動(dòng)的知識(shí)探索者,而不是接受知識(shí)的“容器”;不只教給學(xué)生知識(shí),更重要的是教給學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的方法和能力,讓學(xué)生從自己的親身體驗(yàn)和感受中、從自己的生活中獲得知識(shí)。此外,還應(yīng)辯證地傳承和發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)教學(xué)理論的精華,合理地運(yùn)用傳統(tǒng)教學(xué)思想中的“教學(xué)相長”、“啟發(fā)誘導(dǎo)”、“因材施教”、“溫故知新”、“學(xué)、知、行合一”等思想[3]。

2.4不斷更新和拓展知識(shí)。到目前為止,材料力學(xué)性能的高水平成果和研究熱點(diǎn),絕大多數(shù)發(fā)表在外文特別是英文期刊上,學(xué)生通過專業(yè)英語的學(xué)習(xí)可以進(jìn)一步了解材料力學(xué)性能的研究成果。教師要引導(dǎo)學(xué)生在材料性能方面擴(kuò)展視野,就需要適當(dāng)運(yùn)用英語教學(xué),逐步提高學(xué)生的專業(yè)英語水平,為其閱讀專業(yè)外文資料奠定良好的基礎(chǔ)。大三、大四的學(xué)生,已具有一定的英語水平,但專業(yè)英語的水平卻不高,我們在材料力學(xué)性能的教學(xué)過程中,適當(dāng)給出一些章節(jié)題目或?qū)I(yè)術(shù)語的英語表達(dá)方式,使學(xué)生學(xué)到的英語知識(shí)在專業(yè)課的學(xué)習(xí)中得到一定程度的應(yīng)用,逐步積累,提高學(xué)生專業(yè)英語的水平,這為學(xué)生查閱本學(xué)科的外文資料奠定了一定的基礎(chǔ)。同時(shí)依據(jù)前面的分組,要求學(xué)生對英文文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯,對國際學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)有一定的了解,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)和能力。

3.考試模式的改革

考試是教學(xué)過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是衡量課程教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)水平的一種重要手段,對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起著重要的導(dǎo)向作用。實(shí)踐證明,為了把考試真正變成調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),成為引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究的途徑之一,教師就必須對現(xiàn)行的考試方法、命題形式、課程成績評定方法進(jìn)行改革[4]。

由于考試內(nèi)容、方式和方法的多樣性,考核成績評定的方法也應(yīng)該多元化。過去的考試方法較為單一,期末考試幾乎決定了學(xué)生一學(xué)期的學(xué)習(xí)成績。其結(jié)果是每到學(xué)期末,學(xué)生的壓力最大,而對平時(shí)的學(xué)習(xí)重視不夠。多數(shù)情況下,學(xué)生關(guān)心的是課程考試的結(jié)果,而不是課程內(nèi)容的總結(jié)與提高。因此,教師應(yīng)變單純的終結(jié)性考核評定為形成性與終結(jié)性考核評定相結(jié)合,變單純的學(xué)業(yè)成績考核評定為學(xué)生全面素質(zhì)的考核評定。由單一的考核成績變?yōu)榫C合素質(zhì)成績,變結(jié)果評價(jià)為過程評價(jià),將平時(shí)考核與期中、期末考試相結(jié)合,將理論考試與實(shí)踐考核相結(jié)合,增加平時(shí)成績占課程總成績的比重,加強(qiáng)對平時(shí)學(xué)習(xí)的考查,用教學(xué)全程考核來評定學(xué)生課程成績。例如將課程的期末總成績按四項(xiàng)要求評定,即考勤及課堂表現(xiàn)(聽課狀態(tài)及回答問題)占10%,階段測驗(yàn)占10%,實(shí)驗(yàn)課出勤、課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告占20%,期末考試占60%。這種評定方法,能使平時(shí)成績在課程總成績中占有相當(dāng)分量,弱化學(xué)生對一次考試的依賴,減緩學(xué)生對期末考試的壓力。同時(shí),也使學(xué)生能夠投入更多精力進(jìn)行創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。

只有教師通過不斷進(jìn)行課程改革的探索,根據(jù)專業(yè)特點(diǎn),結(jié)合課程的性質(zhì)和內(nèi)容,采用靈活多樣的考試考核方式,利用具有科學(xué)性、富于開拓性和創(chuàng)新意識(shí)的考試題型,科學(xué)合理地全面考察學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的掌握情況,評價(jià)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力,啟迪和觸發(fā)學(xué)生的探索欲望和創(chuàng)新潛質(zhì),進(jìn)一步起到推進(jìn)“考試和學(xué)習(xí)互動(dòng)”的作用,推進(jìn)教學(xué)理念、方法和學(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變,才能真正達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合素質(zhì)的目的。

參考文獻(xiàn):

[1]李莉,張明波,張旭,李偉.《物理化學(xué)》課程教學(xué)創(chuàng)新初探[J].遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào),2010,12,(1):217.

[2]冼雙新,范斌,岑素艷.新課程理念下探究教學(xué)中的預(yù)設(shè)和生成[J].考試周刊,2007,41:36-37.

篇10

關(guān)鍵詞 材料力學(xué)；實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐；信息技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-489X(2012)12-0070-03

Discussion on Teaching Reform on Course Concrete Structures//Xie Bing

Abstract Engineering mechanics of materials is the higher of an important class of specialized professional and technical courses, professional teaching reform occupies an important position. The paper analyzes the course of Concrete Structure and gave some constructive advises to improve the teaching methods of it.

Key words mechanics of materials; experiment and practice; information technology

Author’s address Civil Engineering Department, Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang, Henan, China 471023

材料力學(xué)是高等學(xué)校工科類專業(yè)的一門重要專業(yè)技術(shù)課，是構(gòu)成專業(yè)課程的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，起著承上啟下的銜接作用，又緊密結(jié)合工程實(shí)際，實(shí)用性廣，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力意義重大。但該課程概念抽象，理論性強(qiáng)，且教學(xué)課時(shí)數(shù)被不斷壓縮，其課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都與當(dāng)前我國高等教育從以傳授知識(shí)為主的知識(shí)教育向以培養(yǎng)能力為主的素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變很不適應(yīng)，與培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的要求存在明顯差距。

因此，必須在認(rèn)知規(guī)律的指導(dǎo)下，調(diào)整課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容，尋求科學(xué)合理的教學(xué)模式，嘗試多種教學(xué)方法，加強(qiáng)課程信息化，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力，加強(qiáng)創(chuàng)新思維培養(yǎng)，以實(shí)現(xiàn)“培養(yǎng)具有強(qiáng)烈創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才”的目標(biāo)。

1 調(diào)整課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容

材料力學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，知識(shí)點(diǎn)多，學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)很難掌握，大多數(shù)學(xué)生學(xué)起來有一定的困難。必須刪減教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)結(jié)構(gòu)，刪繁就簡，確保主干，理順關(guān)系，突出重點(diǎn)。

1.1 突出共性，提綱挈領(lǐng)

材料力學(xué)課程中“拉、壓、剪、扭、彎”各種基本變形都按內(nèi)力、應(yīng)力、變形以及強(qiáng)度、剛度的同一次序進(jìn)行分析討論，對每種基本變形問題，又都采用“平面假設(shè)――變形幾何關(guān)系――物理關(guān)系――靜力平衡條件――應(yīng)力公式”這一相同的推導(dǎo)過程。顯然，這種多重循環(huán)的知識(shí)體系內(nèi)容重復(fù)多，教學(xué)過程缺乏新意，花費(fèi)學(xué)時(shí)量大，還不利于學(xué)生對知識(shí)的融會(huì)貫通，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。設(shè)想將課程內(nèi)容分為多個(gè)模塊，把各種基本變形的共性問題（如內(nèi)力、應(yīng)力、變形等）集中起來討論并加以分析，實(shí)現(xiàn)各種基本變形以及組合變形下桿件的內(nèi)力分析、應(yīng)力分析與強(qiáng)度計(jì)算方法的貫通。這樣可突出共性，強(qiáng)化概念，有利于學(xué)生掌握事物的內(nèi)在聯(lián)系，提綱挈領(lǐng)，掌握課程的精華。由淺到深，由粗到精，循序上升，能培養(yǎng)歸納綜合能力和知識(shí)滲透能力，也能避免重復(fù)循環(huán)，節(jié)約課時(shí)，取得事半功倍的效果。

1.2 通過異同對比分析實(shí)現(xiàn)認(rèn)識(shí)的由此及彼擴(kuò)展

依照學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的認(rèn)知規(guī)律，在講述新的概念時(shí)，要把新知識(shí)與舊知識(shí)（已學(xué)過的）聯(lián)系起來，在對比中理解其實(shí)質(zhì)異同。如：吃透了力矩概念后就很容易建立一個(gè)力偶的概念；學(xué)完了平面力系進(jìn)入空間力系，就要剖析清楚平面和空間的根本區(qū)別與聯(lián)系；學(xué)完了“理論力學(xué)”再研究“材料力學(xué)”，突出的矛盾是剛體的概念將被否認(rèn)，物體的變形成了事實(shí)。這種聯(lián)系對比既可引起學(xué)生的興趣，也有利于突出新知識(shí)的難點(diǎn)。

1.3 分散難點(diǎn)，各個(gè)擊破，避免陷入復(fù)雜的公式推導(dǎo)

材料力學(xué)公式多，推導(dǎo)過程繁雜，如果詳盡地給學(xué)生推導(dǎo)公式必然耗費(fèi)大量課時(shí)，板書滿黑板，教師自己疲憊不堪，不僅收效甚微，還加重了學(xué)生的懼怕心理。熟練應(yīng)用力學(xué)中的基本方法和公式，是學(xué)好材料力學(xué)這門課程的基本要求。如何才能使學(xué)生達(dá)到上述要求呢？當(dāng)然不是死記硬背某些概念或公式就行，而是要在對理論的基本思想、推導(dǎo)過程及適用范圍進(jìn)行明確的理解和掌握的基礎(chǔ)上運(yùn)用自如。應(yīng)該以讓學(xué)生理解和會(huì)應(yīng)用公式計(jì)算為目標(biāo)，把重點(diǎn)放在講清楚力學(xué)基本概念和結(jié)論以及公式適用范圍、使用注意事項(xiàng)。公式本身講解盡量簡單，少講數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。這樣既可以節(jié)約課時(shí)，又可以使問題簡單化，提高教學(xué)效率。

1.4 盡量不搞“滿堂灌”

在授課過程中每堂課都要安排一定的時(shí)間來進(jìn)行答疑，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己的想法和見解，鼓勵(lì)學(xué)生通過互相討論的方式解決問題。同時(shí)通過在教學(xué)內(nèi)容中增加一些與本學(xué)科聯(lián)系緊密的實(shí)際例題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)教學(xué)效果。

教學(xué)應(yīng)該始終注重理論聯(lián)系工程實(shí)際，以探討和啟發(fā)性思維的開放式教學(xué)為主，通過問題講義的方式，針對具體的工程問題進(jìn)行講解和討論。注重學(xué)生對知識(shí)原理的理解和應(yīng)用，盡量通過工程實(shí)例，并結(jié)合知識(shí)內(nèi)容闡釋和理解在現(xiàn)實(shí)生活中所出現(xiàn)的現(xiàn)象，既加深對材料力學(xué)知識(shí)的理解，又著力培育學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。這種從“教學(xué)資源導(dǎo)向型”教學(xué)方法向“能力訓(xùn)練導(dǎo)向型”教學(xué)方法轉(zhuǎn)變的實(shí)質(zhì)是要發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，還可以進(jìn)一步豐富教師的教學(xué)內(nèi)容。

1.5 引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣于畫圖分析，培養(yǎng)形象思維

要引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣于依據(jù)所研究的問題畫出正確恰當(dāng)?shù)氖疽鈭D，創(chuàng)設(shè)形象的物理情形，經(jīng)過表示圖來指導(dǎo)學(xué)生用籠統(tǒng)的概念和規(guī)律來解答詳細(xì)形象的實(shí)踐問題，養(yǎng)成畫圖剖析的習(xí)慣。圖形能幫助學(xué)生準(zhǔn)確了解題意，畫出正確的受力剖析圖是正確處理力學(xué)問題的關(guān)鍵。不畫受力圖或圖畫得不正確，常常難以得出正確的結(jié)果。即便一時(shí)能得出正確的答案，但養(yǎng)成了這種不良習(xí)慣，一旦遇到較為復(fù)雜的問題時(shí)，就不知道如何下手了。

在教學(xué)中要注重表示圖畫法的鍛煉，教會(huì)學(xué)生如何經(jīng)過審題，畫表示圖，從易到難，逐漸消除思想障礙。同時(shí)要求學(xué)生把練習(xí)本的左側(cè)折出三分之一，特地用作畫圖區(qū)，把圖像作為樹立關(guān)系、列方程的根據(jù)。畫圖習(xí)慣的培育需求一個(gè)過程，對應(yīng)該畫圖而沒有畫圖的答題應(yīng)扣去大局部的分?jǐn)?shù)或可讓學(xué)生重做，從嚴(yán)請求，使之形成習(xí)慣。這也是在培育學(xué)生的形象思維。須知，形象思想并不僅僅屬于藝術(shù)家，它也是科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明的重要思維方式。

1.6 開設(shè)討論課和習(xí)題課

讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決各種問題，從而有效地掌握分析和解決問題的方法；建議學(xué)有余力的學(xué)生，利用工程界廣泛使用的MATLAB科學(xué)計(jì)算語言，對材料力學(xué)中的某些問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和分析，使學(xué)生在掌握MATLAB語言的同時(shí)，能夠運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件來解決實(shí)際的力學(xué)問題。

2 教學(xué)信息化

2.1 使用現(xiàn)代信息技術(shù)將抽象的教學(xué)內(nèi)容形象化，盡可能由感性到理性

傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容都是經(jīng)過選擇、緊縮、改造而具典型化和簡約化，更具高度的籠統(tǒng)性。若是照本宣科，學(xué)生很難理解，因此有必要應(yīng)用圖形圖片、電視錄像、多媒體課件等手段再現(xiàn)研究內(nèi)容的變化過程。合理創(chuàng)作應(yīng)用電子教案、多媒體技術(shù)教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。制作多媒體教學(xué)課件、復(fù)習(xí)指導(dǎo)等教學(xué)輔助材料，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)手段（如課堂講授、上習(xí)題課）和現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)（多媒體教學(xué)等）的緊密結(jié)合。通過課堂展示、提供交流和互動(dòng)平臺(tái)，活躍課堂氣氛，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，取得較好的效果。對于一些較為抽象、難以用語言描述清楚的教學(xué)內(nèi)容，還建議采用圖片、動(dòng)畫視頻、聲音等多媒體技術(shù)，動(dòng)靜結(jié)合，有聲有色，如材料破壞的動(dòng)畫演示，從而增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，

2.2 建立材料力學(xué)課程試題庫及自學(xué)自測系統(tǒng)（學(xué)習(xí)輔導(dǎo)系統(tǒng)）

建立作業(yè)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，可以利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來提高教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效率，督促學(xué)生課前、課后的學(xué)習(xí)，全程跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，這是一種比較有效可行的教學(xué)改革方法。同時(shí)，教學(xué)信息化的技術(shù)是充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)來完成教學(xué)前和教學(xué)后的工作，大大減少教師的勞動(dòng)強(qiáng)度，非常值得學(xué)習(xí)和借鑒。

3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，如自制實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)小型化、多樣化，從而增加學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)和時(shí)間。壓縮理論教學(xué)環(huán)節(jié)，增加力學(xué)相關(guān)軟件和上機(jī)操作實(shí)踐。

值得注意的是，隨著素質(zhì)教育要求的不斷提高，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為課程的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本任務(wù)是：幫助學(xué)生理解和掌握理論體系的基本概念，使學(xué)生掌握材料力學(xué)性能的測試方法，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論與實(shí)驗(yàn)手段解決工程問題的能力。理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)是相輔相成的，不能相互取代，因此除了理論教學(xué)外，在教學(xué)改革方面還必須兼顧實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須為理論教學(xué)服務(wù)。當(dāng)然，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)并不應(yīng)當(dāng)停留在單純理論的驗(yàn)證上，必須將培養(yǎng)學(xué)生能力作為重中之重，開設(shè)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解更為深入，對實(shí)驗(yàn)操作也做到心中有數(shù)。另外，針對當(dāng)前實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為簡單，缺乏思考性和啟發(fā)性的現(xiàn)狀，還應(yīng)適時(shí)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)更加豐富有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)該借助現(xiàn)代力學(xué)手段，為學(xué)生提供更多的動(dòng)手機(jī)會(huì)。當(dāng)前由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，大部分實(shí)驗(yàn)還是演示性實(shí)驗(yàn)，這種情況帶來的直接后果就是教師演示、學(xué)生觀看，學(xué)生處于被動(dòng)地位，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和科學(xué)作風(fēng)，啟發(fā)學(xué)生的開創(chuàng)思維，應(yīng)大力創(chuàng)造條件采用開放實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生留有充足的時(shí)間，給他們親自動(dòng)手的機(jī)會(huì)，以充分發(fā)揮設(shè)備資源的潛力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，切實(shí)把理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能密切結(jié)合起來，使學(xué)生對所學(xué)課程有形象和深入的理解，這樣才有利于人才的培養(yǎng)，有利于教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高。

4 考核

隨著教學(xué)改革工作的深入發(fā)展，各個(gè)學(xué)科的課程評估工作已全面展開，而評估的核心是對考和學(xué)兩個(gè)方面的質(zhì)量評價(jià)和估計(jì)，其重要的手段之一是對學(xué)生進(jìn)行考試。傳統(tǒng)的考試制度是任課教師“一包到底”，即誰任課，誰出題，誰閱卷。這種考試無疑存在很大的弊病，一方面不易檢查教師的教學(xué)水平和教學(xué)效果；另一方面，由于每位教師在長期的教學(xué)中形成的自己傳統(tǒng)的教學(xué)與考試的特點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)，對檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也有很大的不利影響。因此，要提高教學(xué)質(zhì)量，改革這種“一包到底”的考試制度勢在必行。

建立試題庫、運(yùn)用試題庫、實(shí)現(xiàn)教考分離則是有效的改革方法之一。這樣不僅能考出學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，更重要的是對教師的教學(xué)水平、教學(xué)效果也是一個(gè)很好的檢驗(yàn)。這樣必然促使教師對教學(xué)工作的重視，所以在一定程度上對教學(xué)工作起著積極的推動(dòng)作用。課程考核應(yīng)按平時(shí)成績和期末考試加權(quán)計(jì)算，平時(shí)成績按實(shí)驗(yàn)成績、出勤、課堂提問、作業(yè)等綜合評定。

5 結(jié)束語

在材料力學(xué)課程教學(xué)改革與實(shí)踐中，通過課程體系和內(nèi)容的創(chuàng)新、教學(xué)方法和模式的創(chuàng)新、考試與考核方法的改革，對材料力學(xué)課程教學(xué)大綱進(jìn)行重新修訂。在保留原有經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，盡可能提高該課程的起點(diǎn)，引入復(fù)合材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)等近代力學(xué)知識(shí)。研究對象從各向同性材料拓展到各向異性材料（如復(fù)合材料），介紹新的研究方法和設(shè)計(jì)思路（如可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等），廣泛采用多媒體研究手段，使課程教學(xué)改革富時(shí)代氣息，與時(shí)俱進(jìn)地推動(dòng)材料力學(xué)課程教學(xué)改革持續(xù)、健康地向前發(fā)展。

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