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材料力學案例——教學與學習參考 版權信息
- ISBN：9787030297075
- 條形碼：9787030297075 ; 978-7-03-029707-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
材料力學案例——教學與學習參考 內容簡介
本書為主教材《材料力學》的配套輔導書。以案例的形式表現主題。共分研究篇和報、素材篇和習作篇三篇。主要就強度問題、剛度問題、穩定性問題和綜合問題進行研究。本書以大連理工打算學力學的教學科研工程實踐經驗和成果為基礎，精選案例、博采眾長、面向教學、注重實用。為實現基礎力學知識和能力的整合提供一本可讀性和啟發性強的教學參考書。
材料力學案例——教學與學習參考 目錄
目錄
前言
導論 1
案例研究篇
**章 強度問題研究 12
案例1 卷筆刀為什么不好用了 12
案例2 提高吊車梁強度的方案 15
案例3 舷窗玻璃為何難打碎 21
案例4 吱嘎聲中倒塌的橋 26
案例5 材料破壞的極限壓力 30
案例6 九江大橋事故引發的爭論 33
案例7 飛針穿玻璃 39
案例8 團結的力量有多大 41
案例9 “司馬光砸缸”疑問辨析 44
案例10 碰蛋的博弈 48
案例11 趙州橋賞析 50
第二章 剛度問題研究 56
案例12 指甲刀里的力學 56
案例13 禮堂坍塌的根本原因 60
案例14 吊車為何總跑偏 64
案例15 模板變形惹禍端 67
案例16 剛柔相濟的芭蕉扇 69
案例17 蹦極意外誰之過 71
第三章 穩定性問題研究 74
案例18 屋架穩定設計的缺陷 74
案例19 網架坍塌的分析與反思 77
案例20 線塔倒塌的力學思考 81
案例21 廠房晃動的隱患 84
案例22 挑戰豎蛋 89
案例23 腳手架因何垮塌 92
第四章 綜合問題研究 95
案例24 破解容器泄漏難題的對策 95
案例25 解決焊縫開裂問題的對策 97
案例26 矩形截面高寬比 101
案例27 撐桿跳高的力學奧秘 104
案例28 “曹沖稱象”的啟示 108
案例29 三個和尚的吃水問題 114
案例30 吸管穿土豆的訣竅 117
案例素材篇
第五章 強度案例與問題 120
案例31 悄然發生的冰上險情 120
案例32 利劍懸空驚剎魂 121
案例33 冰山何以會脫離南極 122
案例34 9.11事件的力學反思 122
案例35 樂極生悲的元宵節拔河 124
案例36 只有3天壽命的展品質量正常嗎 126
案例37 武士的斷劍 127
案例38 神秘的大佛 128
案例39 纜車事故因何而起 129
案例40 來自“升龍吉兆”的聯想 130
案例41 海冰蓋的溫差斷裂 131
案例42 紅海版“泰坦尼克”沉船懸疑 132
案例43 調直冷拉鋼筋為什么是安全隱患 133
案例44 斷纜事故的對策 135
案例45 “巨無霸”安全過橋 135
案例46 一個小實驗的困惑 137
第六章 剛度案例與問題 139
案例47 火災現場的證據 139
案例48 鋼筋柱因何無故倒塌 140
案例49 法國河上建“紙橋” 141
案例50 釣大魚為什么要放長線 142
案例51 低溫發射的風險 143
案例52 伏爾加河大橋的離奇晃動 145
案例53 柱歪而不倒的福建土樓 146
第七章 穩定性案例與問題 149
案例54 高壓線塔“意外”折倒 149
案例55 塔吊競折腰 150
案例56 遲來的事故 152
案例57 櫥窗玻璃為何無故破碎 153
案例58 塔吊折臂砸毀工房 154
案例59 被迫拆除的公寓樓 156
案例60 抓舉千噸上百米 157
第八章 綜合案例與問題 159
案例61 從千米高空墜落 159
案例62 大力士拉火車 160
案例63 金字塔建造之謎(一) 161
案例64 金字塔建造之謎(二) 162
案例65 大貨車為何頻闖校園 163
案例66 慣性的力量 165
案例67 暖氣頻繁泄露的原因與對策 166
案例68 使用劣質鋼管扣件的慘重代價 167
案例69 走與跑的動荷效應 168
案例70 節能建筑的建材創新 169
參考文獻 173
后記 175
前言
導論 1
案例研究篇
**章 強度問題研究 12
案例1 卷筆刀為什么不好用了 12
案例2 提高吊車梁強度的方案 15
案例3 舷窗玻璃為何難打碎 21
案例4 吱嘎聲中倒塌的橋 26
案例5 材料破壞的極限壓力 30
案例6 九江大橋事故引發的爭論 33
案例7 飛針穿玻璃 39
案例8 團結的力量有多大 41
案例9 “司馬光砸缸”疑問辨析 44
案例10 碰蛋的博弈 48
案例11 趙州橋賞析 50
第二章 剛度問題研究 56
案例12 指甲刀里的力學 56
案例13 禮堂坍塌的根本原因 60
案例14 吊車為何總跑偏 64
案例15 模板變形惹禍端 67
案例16 剛柔相濟的芭蕉扇 69
案例17 蹦極意外誰之過 71
第三章 穩定性問題研究 74
案例18 屋架穩定設計的缺陷 74
案例19 網架坍塌的分析與反思 77
案例20 線塔倒塌的力學思考 81
案例21 廠房晃動的隱患 84
案例22 挑戰豎蛋 89
案例23 腳手架因何垮塌 92
第四章 綜合問題研究 95
案例24 破解容器泄漏難題的對策 95
案例25 解決焊縫開裂問題的對策 97
案例26 矩形截面高寬比 101
案例27 撐桿跳高的力學奧秘 104
案例28 “曹沖稱象”的啟示 108
案例29 三個和尚的吃水問題 114
案例30 吸管穿土豆的訣竅 117
案例素材篇
第五章 強度案例與問題 120
案例31 悄然發生的冰上險情 120
案例32 利劍懸空驚剎魂 121
案例33 冰山何以會脫離南極 122
案例34 9.11事件的力學反思 122
案例35 樂極生悲的元宵節拔河 124
案例36 只有3天壽命的展品質量正常嗎 126
案例37 武士的斷劍 127
案例38 神秘的大佛 128
案例39 纜車事故因何而起 129
案例40 來自“升龍吉兆”的聯想 130
案例41 海冰蓋的溫差斷裂 131
案例42 紅海版“泰坦尼克”沉船懸疑 132
案例43 調直冷拉鋼筋為什么是安全隱患 133
案例44 斷纜事故的對策 135
案例45 “巨無霸”安全過橋 135
案例46 一個小實驗的困惑 137
第六章 剛度案例與問題 139
案例47 火災現場的證據 139
案例48 鋼筋柱因何無故倒塌 140
案例49 法國河上建“紙橋” 141
案例50 釣大魚為什么要放長線 142
案例51 低溫發射的風險 143
案例52 伏爾加河大橋的離奇晃動 145
案例53 柱歪而不倒的福建土樓 146
第七章 穩定性案例與問題 149
案例54 高壓線塔“意外”折倒 149
案例55 塔吊競折腰 150
案例56 遲來的事故 152
案例57 櫥窗玻璃為何無故破碎 153
案例58 塔吊折臂砸毀工房 154
案例59 被迫拆除的公寓樓 156
案例60 抓舉千噸上百米 157
第八章 綜合案例與問題 159
案例61 從千米高空墜落 159
案例62 大力士拉火車 160
案例63 金字塔建造之謎(一) 161
案例64 金字塔建造之謎(二) 162
案例65 大貨車為何頻闖校園 163
案例66 慣性的力量 165
案例67 暖氣頻繁泄露的原因與對策 166
案例68 使用劣質鋼管扣件的慘重代價 167
案例69 走與跑的動荷效應 168
案例70 節能建筑的建材創新 169
參考文獻 173
后記 175
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材料力學案例——教學與學習參考 節選
導論 1. 材料力學課程引入案例教學的必要性 1）符合材料力學課程的特點 既為可變形固體力學奠定理論基礎，又為工程應用提供實用方法，具有顯著的實踐性，這是材料力學課程的一個主要特征。 材料力學的理論體系是在長期生產實踐的基礎上逐漸發展起來的。 伽利略1638年*次提出梁的強度計算公式，是為了解決建造船舶和水閘所需大梁的尺寸問題。1744年，歐拉*次提出了細長壓桿的臨界力公式。然而，這一超前的理論成果當時并沒有引起工程力學界的關注。這是因為成果發表在數學著作中，沒有聯系這項研究的工程背景，也沒有提出“屈曲”的力學新概念（隋允康，以“壓桿穩定”為例探討史料、猜想和方法論對材料力學教學的升華作用，2003）。直到20世紀初，一批大型橋梁因失穩而相繼垮塌，相關研究成果才受到廣泛的重視。研究者發現，只有通過穩定性理論才能合理地解釋垮橋的現象及其本質原因。從那時開始，歐拉公式成為材料力學理論的一個組成部分。 歷史證明，生產和工程的發展是推動理論發展的*強大的動力，而理論上的突破只有與工程應用相結合，才會產生遠遠超過經驗方法的巨大的社會生產力。 材料力學的理論在歷史上對近代工業和工程的發展曾起到決定性的作用。只是隨著生產不斷地向深度和廣度發展，工程力學面臨的問題更加復雜化，涉及的工程材料更加多樣化，由材料力學派生出的許多新的力學學科應運而生，材料力學才逐步變得更具基礎性。 盡管如此，在現場條件下面對需要即時解決的工程難題，或者是在精確分析之前的簡略估算（初方案設計），材料力學方法仍然是工程師們的*選。 簡捷的實用性和廣泛的適用性是材料力學的魅力所在。正因為如此，材料力學與工程實踐有著不解之緣，材料力學問題的背后蘊藏著極其豐富的案例資源。將這些案例轉化為實踐性教學資源引入課堂，不但是必要的，也是順理成章的。 2）案例是源頭活水 “問渠哪得清如許，為有源頭活水來”。要使基礎力學教學充滿活力，保持理論之樹常青，也需要時時注入源頭活水（李鋒，從實踐中挖掘基礎教學的活力，1992）。新鮮案例就是源頭活水。持續地挖掘實踐素材，形成案例引入教學，是促進課程教學內容更新、與時俱進*有效的出路之一。 案例教學法1870年起源于美國，因被哈佛大學廣泛應用，成功培養了大批社會精英人才而名聞天下。案例教學的成功在于擺脫了講授法帶來的種種弊病，精選的案例充滿了疑難和挑戰，為學生的創新實踐提供了極大的發揮想象力的空間。如今案例教學已經被哈佛運用得爐火純青，成為出奇制勝的法寶。根據上海交大高教研究所發布的2003~2010年世界大學學術排名榜，哈佛大學連續8年名列**，其原因不僅在于它擁有一流的師資隊伍和教育氛圍，也在于它擁有以豐富案例為代表的一流的教學資源。 國外高校對案例資源的建設極為重視，學院組織專業人士編寫案例教科書并大量用于教學。哈佛肯尼迪政府學院設有專門的6人案例編寫小組，每年新編案例30~40個，并注重開發國際性案例。同時，學院搜集的案例素材注意兼顧不同方面的觀點，力爭做到客觀公正。 案例教學19世紀80年代引入我國高校，主要應用于法學、醫學、管理等學科。在建設研究型大學，全面推進素質教育的大背景下，案例教學法作為教學改革的有效途徑被逐漸推廣開來。 近年來，力學界的一些著名教授倡導并率先將案例引入力學教育（楊衛，案例式教學：固體力學的前沿應用，2007；曾攀，多層次有限元課程體系的構建，2007）。多所高校也在力學基礎課程中開展了案例教學法的實踐探索，并取得了一些成效（莊表中，理論力學工程應用新實例，2007；閆冰潔，案例教學在材料力學教學中的應用，2007；崔武文等，案例教學在土木工程專業課程教學中的應用，2007；羅建華，在建筑工程類專業中開展案例教學的探索，2007；李鋒等，開發典型案例，豐富教學資源，2007）。但是，不可否認，案例教學在材料力學課程中的應用還很少，其*要原因是缺乏案例教學資源，沒有足夠重視案例的搜集和編寫工作，當然更缺乏案例教學用的輔助教材。 目前國內只有少量的力學案例相關書籍出版（武際可，拉家常，說力學，2008；趙致真，奧運中的科技之光，2008；丁光宏，力學與現代生活，2001），這些書籍多為科普讀物，不能滿足理工科基礎力學課程案例教學的需要。正是在這樣的背景下，本書作為材料力學的教學參考書呈獻給讀者，以應相關教學資源建設之所需。全書共有70個案例，其中研究篇30個，素材篇40個。這些案例的**手資料，其中研究篇的一半和素材篇約三分之一來源于作者十幾年來科研與工程實踐的積累，其余來源于各類參考書和近年的新聞媒體及網上資源，案例的新穎性和實時性是本書案例選擇的一條重要原則。 3）培養創新精神與實踐能力 《中共中央國務院關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》明確指出：培養學生的創新精神和實踐能力是素質教育的重點。這是根據當今世界發展的趨勢和我國社會主義現代化建設的需要，針對現實教育的不足而提出的具有時代意義的戰略決定。為要落實創新精神和實踐能力的培養，需要加強實踐教學環節，需要創設有利于創新思維培養的教學環境，這已經是國內外高等工程教育界人士的共識（屈本寧等，基礎力學創新教育的理論與環境，2007）。 案例教學法是培養學生創新精神和實踐能力的行之有效的教學形式之一。其核心思想，就是以學生發展為本，重點培養學生獨立思考和創新思維的能力，即自我學習和做研究的能力。所謂“教就是為了不教”。大連理工大學3年來材料力學課程案例教學實踐表明，在通過案例創設的有利情境中，學生能夠更有效地實現增長學識、熏陶志趣、鍛煉能力、放飛思想、提高素質的目標。只有學生們自己真正掌握了學習的主動權，才能發現學習的快樂，從不依賴教師、能獨立思考，發展到超越教師，挑戰未來，成長為“心在*高處、根在*深處”的復合型人才。 案例教學的關鍵環節是對案例的精選和開發，使之具有豐富的形式和多彩的內涵，以便為課程教學提供更廣闊的整合學業與創新思維的空間。一般的工程實例只需具有事實材料的針對性和事件情節的典型性，而好的教學案例還應是有益有趣、多姿多彩，能夠引人思索、令人回味、啟人心智；既能體現靈活運用科學原理，又能體現益智和非智力開發及其他多方面的教育功能。為培養學生的創新精神和實踐能力服務，這是本書案例選擇所遵循的另一條重要原則。 創新精神教育不能單靠訓練完成，只能與素質的培養相同步地實現。這就需要理論與實踐的相互作用，需要把素質培養融入到知識和能力學習的各個具體過程，需要有利于創新人才素質培養的一貫的正面教育和熏陶的環境氛圍。創新精神培養的一種典型程序是：教化—示范—養成。其主要內涵是在一定的情景中，通過師生間、學生間的交互作用，撞擊心靈，激發情感，喚醒良知，潛移默化地實現精神世界的改造。 案例教學是實現這一教育功能的一個有效載體。 2. 案例教學法概念及其基本特點 1）案例教學法 案例（case）也稱為事例或實例。案例教學法是一種以案例為基礎的教學法（case-based teaching）。案例本質上是提出一種決策的兩難情境，沒有特定的解決之道。在教學中，教師扮演著設計者和激勵者的角色，鼓勵學生積極參與討論，而不是像傳統的傳授教學法那樣，教師扮演著傳授知識者的角色。 案例教學法（case study）是19世紀70年代美國哈佛大學法學院院長蘭德爾（Christopher Langdell，1826—1906）*創的。他編著的《合同法案例》是世界上**本關于案例教學的教材，這些案例都是來自于商業管理的真實情境或事件。案例教學法有一個基本的假設前提，即學員能夠通過對案例的研究與發現來進行學習，在必要的時候能回憶出并應用這些知識與技能。案例教學法非常適合于開發分析、綜合及評估能力等高級智力技能，這些技能通常是管理者、醫生和其他的專業人員所必需的。 當前，案例教學法作為一種新型的教學方法，已經遍及美國和包括中國在內的世界各國，對我國高校教育思想和教學方法的全面改革有著重要啟示和推動作用。 2）案例教學法的基本特點 案例教學法，通常是將已經發生的真實事件作為案例，讓學習者分析和研究，并提出各種解決問題的方案，從而提高學習者解決實際問題能力的一種教學方法。案例教學法的主要特點如下。 （1）學生是教學過程的主體。在案例教學中，學生是課堂活動的主體。教師作為課堂討論的組織者和引導者，事先向學生公布案例討論的題目，指定閱讀材料，作好時間安排。學生利用課后時間學習研究案例，包括進行小組討論，選出發言代表。在課堂討論中，學生就案例中的主要問題組織不同觀點進行交流、辯論和探討。教師對于討論進程和重點進行指導，并總結提煉必要的理論知識和基本原理。學生通過主動參與討論，從互動中受到啟發、學到知識、鍛煉才干。 （2）創設真實情景，提高學生參與討論的積極性。在具體案例的情境下，要求學生以主角身份參與案例討論，真正設身處地的思考問題。案例教學的情景作用與教學過程的互動性能使學生感到不能做旁觀者，必須全力以赴地參與。通常，學生需要組成學習小組，通過分工合作來緩解學習的壓力。學生的發言、在小組中的角色及其參與程度作為評價學生學習的一個方面，從而能*大限度地調動學生學習的積極性。 （3）通過教學實踐，提高學生多方面的能力。案例教學法提供的機會，能讓學生在案例討論中充分地表現自己的才干，鍛煉自己的膽識，提高思維敏捷性，學會創新思維方法，全面提高獨立思考的能力、分析問題和解決問題的能力、語言表達能力、協調合作能力等多方面的能力。 （4）體現因材施教。對于同一個案例，學生認識問題和解決問題的方法和途徑常常是因人而異的，但每個人都有機會找到有利于自我發揮的適當空間。這種教學方式有利于教師的因勢利導、因材施教，根據各類學生的特點，運用適當的方法來發展他們的優勢，挖掘他們的潛能，使每個學生都各得其所，達到創新教育的發展目標。 （5）重在過程。評價案例討論是否成功，不在于*終是否找到了一個正確的結論，而是更看重分析與討論的過程，這個過程就是創新實踐。每個案例的問題都必須由學生們自己進行分析、給出解釋、辨明疑難、提出方案、確定決策。只有通過充分的準備和全力的參與，才有可能從創新實踐中得到體驗、受到鍛煉、獲得成功。 （6）體現學以致用。由于案例素材來源于工程實際或生活實際，案例教學促進了理論與實際的結合，能夠密切聯系社會所需，體現學以致用，有利于鍛煉學生的實踐能力，培養創新型和實用型人才。 3. 案例研究與創新素質培養 創新素質是伴隨著人類的創造實踐活動而產生的。1936年，美國通用電氣公司為了提高職工的創造能力，*次開設了《創造工程》課，后來有人就此建立了“創造學”。創造教育、創新教育和創新素質教育等概念是在其后逐漸衍化發展而來的。 在我國，明確提出創造教育的是著名教育家陶行知先生，他于1939年在重慶創辦育才學校，明確提出了創造教育的理論，并設立“育才創造獎金”，發表《創造宣言》，提出了“處處是創造之地，天天是創造之時，人人是創造之人”的口號。還進行了大量創造教育的實踐，培養出了一批創造型人才。 創新素質的內涵是什么？目前還沒有公認的定義。一般認為，大學生的創新素質主要包括：創新意識、創新思維、創新能力和創新人格等。這里僅就案例研究與創新素質培養的關系中的一些概念問題作一簡述，希望能對案例教學提供有益的參考。 1）眾里尋他千百度——談創新意識培養 胡錦濤指出“創新是一個民族的靈魂”。創新需要知識，但更需要的是創造性思維和創造力，而實現創新的一個基本前提就是要具有創新意識。 創新意識是指人們根據社會和個體的實際需要，引起創造前所未有的事物或觀念的動機，并在創造活動中表現出的意向、愿望和設想。
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