MATLAB软件在_理论力学_课程中的应用.doc

韩刚 童惠芬 黄杰超（闽南理工学院，福建 石狮 362700）摘 韩刚 童惠芬 黄杰超 （闽南理工学院，福建 石狮 362700） 摘 要：探讨了在《理论力学》教学中如何引入 MATLAB 软件，并结合作者教学实践，分别列举了 MATLAB 软 件在静力学和运动学中的运用案例，实践证明合理使用计算机软件，既能促进学生的学习兴趣，又能提高学生对理论力 学的掌握程度，提高学生的工程能力。 关键词：MATLAB；理论力学；运动仿真；SimMechanics 中图分类号：G642.41 文献标识码：A 文章编号：1672-4801(2011)02-138-03 《理论力学》是机械类本科专业的必修课程， 对学生的空间想象能力和抽象思维能力要求较 高，而应用型本科院校学生普遍基础一般，尤其 数学功底较薄弱，在教学计划中应注重对学生实 践能力的培养。针对学生的特点和教学要求，学 院理论力学教学组结合实际，引入 MATLAB 软件 辅助教学，取得了较好的效果。 公式的物理意义的理解，而不是解题过程中的数 学技巧或编程计算。例如在计算任意力系平衡时， 传统的算法比较重视平衡方程的选择，因为合理 选择平衡方程可以减少手工计算量。事实上这些 技巧有些比较灵活，对于工科学生来说需要花费 一定的精力，不可避免地影响了学生对基本概念 理解。而在使用数学软件后，可以更加注重方程 的普遍意义，有助于建立知识体系，有效地提高 学生对基本概念的理解。 1.2 适当引入数学软件，简化学习过程 正是由于《理论力学》对数学技巧的要求过 高，有时甚至会使学生颠倒理论和习题、基本原 理和技巧的关系，忽视对基本理论的学习。所以 适当引入数学软件，可以减轻学生的负担，例如 在动力学分析中，运动微分方程是重点内容，却 没有讲授运动微分方程组的求解问题，大部分问 题是在特殊情况下，利用质点系普遍定理进行求 解。适当使用 MATLAB 软件求解微分方程的数值 解，或使用 SimMechanics 模块进行直观分析，可 以将抽象的微分方程转化为具体的实践，使学生 有一种参与感，直接促进了学生对运动微分方程 的理解。 1.3 激发学生兴趣，深化教学改革 在高等教育不断改革的今天，压缩专业课学 1 注重基本概念的培养，合理引入数学工具 MATLAB 是美国 Mathworks 公司开发的大型 数学软件，因为其强大的数值计算功能和简易的 操作，广泛地应用于工程领域的各个方面，也是 高校学生学习多门课程的工具。而《理论力学》 课程一般安排在本科第三学期，在教学中适当引 入计算机手段，可以激发学生的学习兴趣，又能 帮助学生掌握 MATLAB 这一工具。 在现有的教学实例中，主要是利用 MATLAB 软件解决计算力学以及非线性力学问题[1]，一般 较少用其解决静力学和运动学问题，实际上非线 性力学问题已经超出我校教学要求。亟需探索一 条符合应用型本科院校具体情况的教学方法。 从教学内容上看，《理论力学》主要讲授重点 包括静力学、运动学和动力学三个部分。这三个 部分即相互独立有有着紧密的关系，十分注重基 本概念的理解和力学建模能力的培养。这也是《理 论力学》课程的教学目标。为了实现计算机辅助 教学的目的，教师在具体教学实践中，牢牢把握 住以下三个原则： 1.1 分清主次，以基础知识为纲 机械类专业学习力学的目的是要解决机械运 动的问题，要求掌握和机械运动相关的受力分析 和运动分析。在教学过程中，要注意基本概念、 时，扩展学生的知识面已经成为高校教育的共识。 在力学教育方面，国外知名大学很早就开始引入矢 量、张量作为分析工具，而我国在这方面的应用还 较少。其后果就是学生在学习过程中缺少主动利用 计算机工具的意识。在学院教学的实践中，用少量 的课时(约 1 学时)讲解 MATLAB 软件的使用，鼓 励学生自学掌握，通过小组作业、小论文的形式要 求学生利用软件解决力学问题。最终利用实践操作 *基金资助：福建省教育厅科技项目(JB10183) 作者简介：韩刚（1983-），男，助教，硕士，研究方向：加工过程检测与仿真。 激发学生的学习兴趣，取得了较好的效果。在 传统的 专业基 础课中引 入计算 机辅助 教 学，还是一项较新的探索。本文结合两个案例探讨如 激发学生的学习兴趣，取得了较好的效果。 在 传统的 专业基 础课中引 入计算 机辅助 教 学，还是一项较新的探索。本文结合两个案例探 讨如何在教学中适当使用 MATLAB 软件。 2 MATLAB 软件在静力学中的应用 静力学是《理论力学》的基础，但在实际教学 中，由于静力学和大学物理中的力学部分有一定的 重叠部分，许多学生习惯凭借大学物理甚至中学物 理的知识计算题目，例如在受力分析中，求解出大 量的中间变量，却不能正确列出平衡方程，这说明