模拟技术在《土木工程力学》课堂教学中的开发及应用.docx

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1、模拟技术在土木工程力学课堂教学中的开发及应用 摘要：合理开发并利用模拟技术构建教学平台，是土木工程力学教学的一次变革，是教学技术和手段改革的一次有效尝试。在课堂中利用小试验和多媒体模拟技术可把一些难于视察到的场景和现象进行模拟或虚拟再现，这样可以解决力学理论抽象、枯燥、不易理解的难题，从而帮助学生完成认知的过程，克服学生在学习过程中出现的理论和实践环节脱节的现象，从而大大提高了教学质量和效果。 关键词：模拟技术小试验多媒体综合应用 中图分类号：G732文献标识码：A文章编号：1017-31013006-001-03 1 “模拟”的涵义 “模拟”就是指通过运用仿照、类比、建立模型、技术仿真等技术

2、手段建构出“实际情境”，在教学中引入“模拟”可让学生感受和接触在一种近似于真实的环境和条件下开展学习，从其模拟的对象看可以分为模拟场景教学、模拟过程教学；从模拟效果可以分为仿真模拟和近似模拟。前苏联教化学家苏霍姆林斯基曾经说过，“让学生体验到一种自己在亲身参加驾驭学问的情感，乃是唤起少年特有的对学问的爱好的重要条件。”传统教学过分注意了事实性学问的干脆灌输，结果势必会导致了学生“惰性学问”的产生，而模拟教学则可通过模拟技术把现实发生与发展的情景、环境、过程进行模拟或虚拟再现，真实地再现现实工作中问题的困难性和冲突的多样性，从而帮助学生完成加深感受，深化认知，开发心理机能，达成才智的过程。 2

3、模拟技术构建土木工程力学教学平台的必要性 土木工程力学是连接公共基础课与专业课之间的桥梁和纽带，它涵盖了原有理论力学和材料力学的主要经典内容，传统理论学问所占比例极大，公式推导及计算比较繁杂，内容抽象，工程背景也不够明显，使得学生普遍对那些抽象的力学原理、结构受力变形等感到难于理解和驾驭。在教学中受到一些客观因素的制约又不能做到理论和实践的无缝对接，例照实体建筑的体积及重量的缘由无法干脆搬运到教室直观呈现；校外施工场地，学生的参观将肯定程度上阻碍工人施工、现场平安限制及现场管理，即使在施工现场各结构的受力和微小变形也无法肉眼视察到；学校限于条件，也不行能建立大规模、规范化的学生实习基地；并且在

4、教学过程中随着授课内容的进展，须要不断地变换相应的教学现场等。这些客观存在的困难，都导致学生对学问点理解困难，相识模糊。因此，在力学课堂中利用模拟技术构建教学平台成了当务之急，也是本课程改革的重中之重。 3 利用模拟技术构建土木工程力学教学平台 结合力学教学的特点，利用小试验模拟和多媒体模拟技术构建力学教学平台，可把一些难于视察到的场景和现象在课堂上直观呈现给学生，以及在实际工作中不宜让学生实践的“项目”进行模拟让学生动手操作，这样可以解决力学理论抽象、枯燥、不易理解的难题，克服学生在学习过程中出现的理论和实践环节脱节的现象。 3.1 小试验模拟技术 在力学课堂教学中，引入力学小试验模拟技术可

5、人为地把受力变形效果放大，形象地展示其结构受力与变形过程，可以缩短学生相识过程，并且其所具有的趣味性、可操作性能激发学生参加热忱。 (1)利用力学元件盒开展小试验 中国有句古话：“听了就忘、看了记住、做过才懂”，为了更好地开展力学课堂教学，让学生们在课堂上“动”起来进行探究性学习，因此开发了和土木工程力学教材配套的小试验元件盒，里面配置了相应的各种力学试验材料，以便利老师和学生课堂运用。元件盒分为老师型和学生型，老师型元件模型尺寸较大，便利在课堂上进行演示试验；学生型元件模型尺寸偏小，适合学生在课堂上动手操作。传统力学课堂教学往往以老师演示试验为主，虽然其具有教学思想清楚、能精确地把握课堂的进

6、度方向、避开学生因操作失误而得出错误结论等的优点，但整个过程只是学生在台下观看而没有亲自动手参加，不能很好地发挥学生情感和主体性的作用，所以给每位同学都配备一套学生型元件盒，学生从中自主选材组装进行操作，通过“做”中“学”，可使他们较完整地探究客观世界，达到“弱化”计算，“强化”实践实力的目的，这样符合职专学生认知的特点，降低其认知的难度。在操作过程中老师要向学生强调试验目的不仅仅是为了验证几个公式，而是运用已学的力学学问对各种力学现象做出说明，进行综合分析。 (2)师生自选材料自主设计模型 由于力学元件盒试验材料有限，并且每个老师都有自己的教学特色和教学风格，老师可依据视察生活实际得到的灵感

7、自选材料设计、自主研发力学小试验。例如在给学生讲授“平面汇交力系的合成与分解”时，笔者依据一个经典趣味力学问题“货车的车轮陷进荒无人烟的泥泞之中，车旁边有一棵大树，司机借助身旁的一根绳子如何独自把车子从泥泞中拉出来”，设计了这样一道适合在课堂开展的模拟试验：用一根粗绳绑住学生课桌，让学生想方法借助教室里的其他物品使自己用最小的力气用绳子拉动它。学生感到很新颖，兴趣盎然参加到整个试验过程中，课堂气氛活跃，最终学生发觉只要把绳子的另一端捆绑在一个固定位置，然后在绳子中点位置垂直于绳子方向用力拉动绳子，就会很轻松地移动课桌。学生通过这个试验对“力的合成与分解”概念有了透彻的理解，并且记忆尤为深刻。

8、在教学中老师也要激励学生设计并制作模型表演小试验，对学生设计的方案实行期末加分等方法进行激励。学生在设计小试验的过程也是不断思索学习的过程，同时方案设计的错误和缺陷通过实践不断地修正，可促进学生手脑的有机结合又开发了学生的创新实力。例如在对路桥专业学生进行学问扩展“力的运动效应对直梁弯曲的影响”教学时，学生利用自己的身旁的物品设计了这样一个小试验：将丁字尺两端放置在桌面上，模拟简支梁桥，用手把一端压住，另一只手把装满水的矿泉水瓶从尺子的一端滑向另一端，模拟车轮从桥上经过，观看变形；然后再在尺上横向间断的用透亮胶带粘结几只笔杆，重复上述试验步骤，视察桥梁在哪种状况下会发生振动。通过这个模拟试验学

9、生很轻松地驾驭了本节课的学问点，此外，老师还要进一步引导学生从力的运动效应角度来说明高铁中采纳无缝线路、无砟轨道的必要性，以帮助学生把所学理论学问与实际工程接轨。 3.2 多媒体模拟技术 在教学中发觉，职专学生普遍对于生活化、工程化取向的教学内容爱好较大，对于理论化教学内容比较抵触，他们上课时常常会问：所学内容工作上有用吗，在工程什么地方用？假如仅凭老师用粉笔在黑板上的描绘往往显得比较抽象,又奢侈大量的教学时间，为此在讲解每一章节和每一详细理论时，尽量利用多媒体模拟技术展示工程背景和模拟场景。 (1)场景拍摄真实模拟 由于力学课程内容多数是建立在力学模型志向化处理的基础上，使得学生在学习过程中

10、，所看到的物体与实际的物体存在着肯定的差距，又不能实现现场教学的状况下，可以通过现代化教学工具如多媒体课件、影像制品或自己拍摄的一些工程和生活实例为先导，展示力学理论学问相应的工程背景和详细应用，让学生明确课堂讲授的结构涉及到工程中哪些工程实体、位置以及和工程实际有何联系，让学生置身于工程生产实际中，使其思维打破时间和空间的限制，因而在有限的教学时间内获得更多的信息，同时也避开了在真实条件下学生操作发生的危急和不良后果。例如在讲解“低碳钢在拉伸时的力学性能”时，由于受到学校试验室条件的限制，可以把“低碳钢试件装上万能试验机缓慢加载，自动描绘仪出低碳钢在拉伸过程的弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈

11、缩断裂阶段四个阶段所表现出强度及变形特性”全部拍摄下来，在教室里向学生展示，由于是真实情境的再现，真实感强，学生易于接受。 (2)多媒体动态模拟 多媒体课件形象生动的三维动画使深邃抽象的力学理论学问和大量的计算实例形象化、可视化、动态化，以加深学生对学问的理解，课堂因此也变得生动好玩起来，并且利用多媒体动画可反复操作并可在某一关键时点暂停的功能，可以使学生不仅相识整个受力过程，还有助于老师对某时点进行具体的力学分析以突破重难点。例如讲授“力学计算简图”，教学大纲要求职专学生具有对“土木工程简洁结构、基本构件进行简化，并绘制相应的计算简图的实力”，由于学生缺乏对工程实际问题的相识，尤其缺乏将其抽

12、象为力学模型的实力，因此感觉这部分内容较难驾驭。因此，在课堂上利用多媒体动画技术以单层厂房为例，把整个构造物拆开过程进行三维动画模拟，向学生直观地呈现了整个建模过程，老师跟着画面按空间杆系结构中抽象出平面杆系结构隔离出的简洁结构分别对杆件、结点、支座、荷载的依次进行简化分析讲解，必要时可以暂停画面分步解析。这样显著地提高了教学效果，克服了学习的障碍。 4 模拟技术在教学实践中的应用体会 4.1 合理综合应用 每种模拟技术都有自己的优势和局限性，多媒体模拟技术特殊适合呈现工程背景和动画模拟变形过程，而小试验模拟技术则适合学生通过动手操作、视察试验结果而得出结论、验证力学原理的教学内容。在实践教学

13、中可以依据教学任务合理地加以综合运用，实现“优势互补、相互补充”的目的，力求教学效果的最优化。详细实施如表1。 4.2 应用留意事项 (1)小试验模拟具有定性分析的优势，可以避开一些“理论基础”的制约形成相对独立的教学小模块，削减学习障碍，有利于开发学生动手的实力及探究意识。但职专学生自控实力较差，学生易活跃过头，导致整个操作过程进度不易限制，课堂秩序较乱，这要求老师必需具备较强的课堂掌控实力；其次在试验中还发觉学生的留意力经常完全集中在操作上而不是放在所折射出的力学原理上，以致无法达到获得学问、培育实力的目的，所以老师要引导学生边试验、边思索、边探讨，试验过程要给学生留有较充分的思维空间，充

14、分发挥学生思维的主动性、主动性。 (2)多媒体模拟演示内容的选取应首先考虑用于表达传统教学方法难以表达或不能表达的内容，其作为协助教学的一种手段在课堂中必要的时候才进行，并不肯定要在整堂课全程运用。因为职专学生自身学问接受实力和理解实力的限制，以及其上课的专注性较弱，假如老师在整节课都是在屏幕前操纵鼠标，快速改变画面，学生很简单产生视觉疲惫，也不利于学生的理解，影响学习效果，所以老师肯定要限制好多媒体播放的节奏和演示时间，并在其间要加强老师和学生之间的互动和沟通。 5 结论 依据教化心理学的观点，课堂教学的目的不在于老师完成某种过程，而在于通过某种活动促使学生在行为上发生某些重要的改变，如在学

15、生身上引起的相识上、理解上、技能上、看法上的改变。利用模拟技术构建教学平台，是土木工程力学教学的一次变革，是教学技术和手段改革的一次有效尝试。经过教学实践发觉，模拟技术合理的开发及应用不仅充分地发挥学生的主体作用，培育了学生的实践实力及创建实力，还大大提高了教学质量和效果。 (课题项目：“中职学校信息技术与建筑专业教学的有效整合”(2022年中国建设教化协会立项)阶段性探讨成果) 参考文献： 1卢光斌.土木工程力学基础M.北京:机械工业出版社,2022. 2宋雪静.多媒体与工程力学教学J.科技信息,2022(19). 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页