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基于图元对象的理论力学CAI习题系统

徐达  
【摘要】:理论力学是高等工科院校一门重要的技术基础课,它为一系列后续课程提供了基础知识,对于培养高素质的工程技术人员起到很重要的作用。作业是理论力学课程的一个重要教学环节。由于理论力学教学的特殊性,作业的批改对于学生正确地建立概念,培养科学的分析方法十分重要。由于理论力学习题的解法多样,在目前传统的手工模式下,理论力学习题的批改对教师带来巨大的工作压力。作业环节已经成为理论力学教学改革急待解决的一个问题。随着计算机技术的不断进步,在作业环节上引入计算机辅助教学,开发一种“练习型”的理论力学CAI课件,不仅可以有效减轻教师课后辅导答疑,批改作业、测验的压力,使其将更多的精力投入到教学方法和科研中去,还能促使学生以积极的心态对待练习,真正通过解题巩固并学习分析问题的方法,从而为高质量的教学提供保障。  理论力学课程十分注重培养学生以规范化思想方法去处理现实工程中的力学建模问题,重视“研究对象”、“受力图”、“平衡方程”及“求解”等解题过程的训练和培养,这些要素也就决定了理论力学习题系统对图形及图形操作的依赖性。要使理论力学习题辅助系统适应理论力学教学特点就必须构造一套实用的理论力学习题图形描述和图形操作的新方法。本文提出了一种基于图元对象的理论力学习题表示新方法,尝试利用图元技术和面向对象的思想,将理论力学习题中的图形分解成不可再分割的、可操作的图元对象,对这些图元对象的操作实现对理论力学习题解题过程的分析和操作。  系统采用客户机/服务器体系结构,教师和学生可通过各自的客户端软件实现教学过程;利用SQL Server 2000 管理后台数据库,很好地支持了客户机/服务器模式;使用Visual C#作为软件开发工具,结合ADO.NET 数据库访问机制,与数据库配合。  在网络环境下,系统给用户提供一个非常自由的解题环境。利用图元技术组织习题,允许用户根据自己的判断采用不同的解题方法,对题目的所有图元进行操作。受力图、平衡方程及求解等全部采用对图元控制完成。系统跟踪用户的每一次操作,根据用户列出的平衡方程及解题结果判断其解题正确与否,最后给出相应的提示和得分。借助于鼠标,整个解题过程即可在网络中完成,实现了在网络环境下模拟手工解题的过程。系统不仅能帮助学生更好的掌握理论力学解题方法,还可用于学生的练习和考试,从而减轻教师批改作业和试卷的劳动强度。 


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