matlab力学实验,Matlab在力学课程课堂教学和虚拟实验中的应用

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Matlab在力学课程课堂教学和虚拟实验中的应用

作者：郭空明胡锐锋徐亚兰

来源：《教育教学论坛》2017年第09期

摘要：针对目前力学课程课堂教学中知识点演示方面存在不足，以及部分课程缺少实验学时和实验设备两类问题，尝试在课程教学中使用Matlab软件进行改善。实践证明，Matlab软件可以使课程教学中的知识点讲授更加形象和灵活，而采用Matlab编写的简单程序可以实现虚拟实验的功能。因此在力学课程教学中采用Matlab软件提高了教学的效率，同时也提升了学生的学习能力。

关键词：Matlab；课堂教学；虚拟实验

中图分类号：G420 文献标志码：A 文章编号：1674-9324(2017)09-0094-02

一、背景

力学课程是工科专业的重要课程，主要包括理论力学、材料力学、流体力学、弹性力学、分析力学、振动力学、计算固体力学(有限元)、结构力学等。一方面作为基础课程，另一方面又具有技术课程的特点，例如，计算固体力学(有限元方法)是当前工程结构计算的主流方法。本文主要针对两类问题进行阐述。

首先，除了分析力学等少量课程外，力学课程课堂教学都需要采用示意图，函数曲线乃至动画来表述抽象的概念。例如，为了讲授科氏加速度等重要概念，在理论力学课程中往往使用动画进行运动学演示。而材料力学在讲授扭转平截面假设等概念时，往往也采用图像或动画。由于图像或曲线的板书绘制较为费时，而且曲线精度难以控制，效果也不理想，因此随着近二十年来幻灯片的推广，目前绝大部分的力学课程都采用计算机多媒体和幻灯片进行授课，确实也收到了很好的效果。但是幻灯片比起板书教学而言不具备灵活性，其内容一旦固定，在授课过程中就难以更改，不便于教师临场发挥。例如，在曲线演示的图片中，教师若临时打算加入一条新的曲线，就根本无法实施。而且，课堂演示所采用的动画也往往都是针对具体情况和物理参数制作的，不具备通用性，更惶论临场修改。

其次，“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”实验环节对于许多力学课程而言都是不可缺少的，它引导学生从理性认识到感性认识，再进一步回到理性认识的这样一个重要过程。同时实验环节还培养了学生的观察能力，归纳总结能力，动手能力、分析能力等。但是首先力学实验往往需要贵重的实验设备以及专门的实验场地，对于许多院校尤其是没有力学本科专业的院校一般是不具备这个条件的。其次，即使具备一定的实验场地和设备，由于设备有限，实验往往分组进行，从而导致大部分学生实验只是走过场，没有起到让每个人都动手实验的效果。最

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