中国现代教育装备
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 实验室建设  
一种多孔型孔口应力集中教学演示装置的研制与应用
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2022-3-22 10:28:59
  [导读]为提升弹性力学课程中孔口应力集中的可视化教学和参与式教学效果,自主设计和研发了一种多孔型孔口应力集中教学演示装置,阐述了其设计方法和实验过程,并采用有限元模型进行了验证。该教学演示装置可以清晰反映出孔口应力集中具有集中性、局部性的特性,并受到孔型的影响,能够提升学生分析问题和解决问题的能力,具有良好的教学效果,可在弹性力学课程教学过程中推广和应用。

  弹性力学课程是高等院校中土木工程专业的重要基础课程之一,其理论知识具有很强的理论性、逻辑性和抽象性,部分学生对理论知识理解困难、学习兴趣降低、课程教学效果不好。随着新工科建设和工程教育改革的提出,提升学生的创新思维和创新能力,增强学生的分析问题能力和解决问题能力,培养创新型科技人才成为人才培养的重要任务[1-2]。可视化教学和参与式教学是弹性力学课程教学改革发展的方向和突破点,合理的可视化教学和参与式教学模式可以有效提高课程的教学质量[3-5]。力学实验是弹性力学课程知识理解和掌握的重要环节,能够充分调动学生的积极性和主动性,提高学生的参与程度,能够提高学生的动手实践能力和创新能力[6-7]。课程教学演示装置的设计和应用是参与式教学的重要形式,恰当的演示装置可以极大地提高课程的教学效果[8-9]。孔口应力集中是弹性力学课程的重要理论,为了降低相应理论知识的学习难度,提升学习兴趣,课程组研制了多种应力集中教学演示装置,并申请了专利[10]。

  为了确保多孔型孔口应力集中教学演示装置在教学过程中取得良好效果,本文对教学演示装置的设计目的、原则、特点及其教学演示过程进行了系统的阐述,采用有限元方法验证了它的科学性和合理性,并分析了演示装置的实用性和教学性,为该教学演示装置的应用和推广提供了参考依据。

  1 多孔型孔口应力集中教学演示装置的设计

  2 多孔型孔口应力集中教学演示装置的应用与验证

  3 演示装置的参与式教学

  4 结语

  多孔型孔口应力集中教学演示装置设计简单,实验操作方便,能够直观地反映孔口应力集中的相关理论现象,降低学生对该部分理论知识的学习难度,能提高课程的教学质量和效果,有助于增强弹性力学课程的可视化教学和参与式教学的程度,更好地体现“以学生为中心”的教学理念,能够激发学生的创新思维和创新能力,适合在弹性力学课程教学中推广和应用。在后期的课程建设过程中,应注重对适合的教学演示装置的设计和研发。

  参考文献

  [1] 刘学文,王旭,罗素云.新工科视角下拔尖人才培养的探索与实践—以弹性力学有限单元法理论及工程应用课程为例[J].高教学刊,2019(6):140-142.

  [2] 王娟,黄樾,韩菊红.专业认证视角下《弹性力学》课程教学质量提升方法探究[J].教育教学论坛,2019(30):145-146.

  [3] 王宏伟,谢丽丽,周宏伟,等.交互式和可视化的弹塑性力学教学方法探讨与实践[J].力学与实践,2018(6):687-692.

  [4] 吴忠铁,范萍萍,王晓琴,等.在弹性力学课程中可视化教学方法的应用与实践I:圣维南原理[J].教育教学论坛,2019(51):175-176.

  [5] 吴忠铁,王晓琴,杨永恒,等.可视化教学和参与式教学在弹性力学教学改革中的实践[J].高教学刊,2020(2):120-122.

  [6] 杨大方,牛双建.力学实验教学改革中的探讨[J].中国现代教育装备,2012(1):100-101.

  [7] 赵清,徐红玉,王彦生,等.基于工程教育专业认证的材料力学实验教学改革[J].中国现代教育装备,2020(19):36-38,45.

  [8] 刘文晶,樊久铭,王刚.超声波振动下材料力学性能实验装置的设计与研制[J].实验技术与管理,2008(9):66-69.

  [9] 马惠敏,汤红卫,谢东海.组合式桁架结构教学实验装置的设计与开发[J].力学与实践,2005(4):81-82.

  [10] 吴忠铁,王晓琴,李翔,等.一种多孔型孔口应力集中教学演示装置:CN210295568U[P].2020.

吴忠铁 王晓琴 高忠虎 西北民族大学土木工程学院


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