導語：如何才能寫好一篇結構動力學，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

摘要：

提出了一種動力學系統(tǒng)的物理參數(shù)辨識方法。應用Padé多項式對動力學系統(tǒng)的動剛度曲線進行擬合，通過最小二乘法確定Padé多項式中的系數(shù)矩陣，利用遺傳算法對Padé擬合式中的參數(shù)進行優(yōu)化，從而得到系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。數(shù)值算例表明該方法具有較高的辨識精度且適用于黏性阻尼系統(tǒng)和非黏性阻尼系統(tǒng)。

關鍵詞：

參數(shù)識別；系統(tǒng)辨識；結構動力學系統(tǒng)；Padé擬合；最小二乘法

在動力學響應分析過程中，系統(tǒng)辨識起著十分重要的作用，結構動力學系統(tǒng)的物理參數(shù)辨識一直是結構動力學領域的研究熱點。準確辨識結構的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，是準確地預計結構動力學響應的前提。Phan［1］等利用系統(tǒng)的輸入輸出信號，通過狀態(tài)空間模型辨識系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣。Chen和Tsuei［2］同時考慮了黏性阻尼和結構阻尼來對系統(tǒng)的物理參數(shù)進行了辨識。Lee和Kim［3］對Chen和Tsuei的方法進行了改進，將原來方法拓展到多輸入多輸出系統(tǒng)，并在實驗驗證中發(fā)現(xiàn)，Tsuei等人的方法若從動剛度的角度出發(fā)，辨識過程將得到很大簡化，且辨識結果受測量誤差和噪聲的影響較小。但是，正如Lee和Kim［3］在文中所說，利用結構動剛度進行動力學參數(shù)辨識的研究還很少。廣泛應用于系統(tǒng)降階及參數(shù)擬合的Padé多項式是一種曲線擬合方法。Chazot［4］等將Padé多項式用于黏彈性結構降階，其計算效率與直接計算方法相比，得到很大提高。王學雷［5］提出了一種基于Padé近似的頻域辨識方法，研究了基于積分最小二乘指標的SISO時滯系統(tǒng)頻域辨識問題。葉華［6］等利用Padé多項式來逼近時滯環(huán)節(jié)，提出了一種時滯電力系統(tǒng)特征值的計算方法。Fournodavlos和Nestoridis［7］從數(shù)學角度也研究了Padé在參數(shù)擬合方面的應用。作者［8］在之前的研究中，曾研究過利用Padé多項式對頻域廣義氣動力擬合，得到時域氣動力表達式，進而研究帶遲滯非線性環(huán)節(jié)二元機翼的氣動彈性響應問題。本文從線性結構動力學系統(tǒng)的動剛度出發(fā)，采用Padé多項式擬合，對動力學系統(tǒng)的物理參數(shù)進行辨識。首先分別從黏性阻尼和非黏性阻尼兩種動力學系統(tǒng)介紹了系統(tǒng)參數(shù)辨識方法，并通過數(shù)值仿真算例對兩種動力學系統(tǒng)的物理參數(shù)進行辨識，驗證了該方法具有較高的辨識精度。

1系統(tǒng)物理參數(shù)辨識方法

1．1黏性阻尼系統(tǒng)由式（11），（13）可見，βi的取值會影響參數(shù)辨識的結果，因此，在對動剛度矩陣進行擬合時，需要對βi的取值進行優(yōu)化，即βi值的確定為一個尋優(yōu)過程。本文利用遺傳算法對優(yōu)化變量βi值的選取進行優(yōu)化，優(yōu)化目標為使得重構后的動剛度矩陣與原始的動剛度矩陣在關心的頻率范圍內(nèi)其誤差的范數(shù)最小，其中，重構的動剛度矩陣通過對重構的頻響函數(shù)求逆獲得。此時剛度矩陣也不再是一個常矩陣，但對黏性阻尼系統(tǒng)和非黏性阻尼系統(tǒng)來說，剛度矩陣都應是常矩陣，所以當辨識得到的阻尼矩陣和剛度矩陣不再是常矩陣時，說明之前假設的阻尼模型不恰當。由此可見，采用式（11）或（13）不僅可以辨識結構的阻尼，還能夠在一定程度上反映出結構的阻尼機理：即如果識別出的頻率修正項比較小甚至接近為零時，說明結構的阻尼為黏性阻尼，否則，結構的阻尼應按照非黏性阻尼模型重新辨識。

1．2非黏性阻尼系統(tǒng)對非黏性阻尼結構，其阻尼項一般用核函數(shù)的卷積分表示［10］，系統(tǒng)的運動方程可寫為令c（t）＝C0g（t），C0為對稱的正定系數(shù)矩陣，g（t）為核函數(shù)的類型。顯然，當g（t）＝δ（t），δ（t）為狄拉克函數(shù)（Diracdeltafunction）時，式（15）退化為黏性阻尼系統(tǒng)。

2數(shù)值仿真算例

2．1算例1如圖1所示的三自由度質(zhì)量－彈簧系統(tǒng)，假設阻尼為黏性阻尼。本例中Padé多項式的取修正項數(shù)l＝2，利用Matlab遺傳算法工具箱對βi的取值進行優(yōu)化，選擇概率、交叉概率等參數(shù)的選取采用默認值（本文所有算例均采用默認值），采用遺傳算法得到的一組優(yōu)化解為［β1β2］＝［－1．4572．296］，相應地按照第1．1節(jié)的黏性阻尼系統(tǒng)辨識過程進行參數(shù)辨識，得到系數(shù)矩陣如下。然而，在實際情況中，往往存在模態(tài)截斷的問題，此時，動剛度曲線為有限長度，即動剛度曲線沒有覆蓋全部模態(tài)，如本例中僅利用覆蓋第一階模態(tài)的0～2Hz頻段內(nèi)的動剛度曲線進行辨識，采用相同的辨識過程進行辨識，則遺傳算法得到的一組優(yōu)化解。

2．2算例2如圖2所示的二自由度質(zhì)量－彈簧系統(tǒng)，假設阻尼為黏彈性阻尼。

2．2．1用黏性阻尼模型進行辨識為了說明本文方法對系統(tǒng)阻尼模型的辨識功能，首先對算例給出的黏彈性阻尼系統(tǒng)采用黏性阻尼模型進行辨識。同樣，取Padé多項式的修正項數(shù)l＝2?？梢?，質(zhì)量矩陣得到準確辨識，但識別得到的系統(tǒng)剛度矩陣不是常數(shù)陣，阻尼矩陣為實數(shù)矩陣，由前文所述可知，選用黏性阻尼模型對該系統(tǒng)進行辨識是不合理的。這里，僅給出在1～100rad／s頻率帶寬范圍內(nèi)，辨識得到的阻尼矩陣（或剛度矩陣）與原始阻尼矩陣（或剛度矩陣）中的一些元素隨頻率的變化曲線對比，如圖3和4所示。由圖3和4可見，雖然剛度矩陣中的元素K11和K22的最大相對誤差分別為1．99％和3．32％，但已表現(xiàn)出隨頻率變化的特性，而且阻尼矩陣的虛部信息明顯缺失，所以用于辨識的阻尼模型選用黏性阻尼模型是不合理的，應按非黏性阻尼模型進行辨識。

2．2．2用非黏性阻尼模型進行辨識當辨識阻尼模型選用非黏性阻尼模型時，采用前述針對非黏性阻尼系統(tǒng)的Padé多項式擬合法，對系統(tǒng)的物理參數(shù)矩陣進行辨識，取修正項數(shù)l＝2。如圖5所示為對βi的取值優(yōu)化前，取不同βi值得到的辨識結果，其中實線表示的是松弛因子μ取100時的原始阻尼矩陣中的元素隨頻率的變化曲線。顯然，需要按前一節(jié)所述對βi的取值進行優(yōu)化。可見，松弛因子和系數(shù)矩陣得到了精確地辨識。在1～100rad／s頻率帶寬范圍內(nèi)，如圖6所示為辨識得到的阻尼矩陣與原始阻尼矩陣的各個元素隨頻率的變化曲線對比（根據(jù)阻尼矩陣對稱性，C21＝C12，C22＝C11）。顯然，阻尼矩陣的辨識精度也相當高。當出現(xiàn)模態(tài)截斷時，如本例中僅利用覆蓋第一階模態(tài)的0～20rad／s頻段內(nèi)的動剛度曲線進行辨識，采用相同的辨識過程進行辨識，則遺傳算法得到的一組優(yōu)化解為［β1β2］［］＝100．006128．503，辨識得到的系數(shù)矩陣如下。

3結論

篇2

關鍵詞：結構動力學；案例教學法；單自由度體系

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）23-0203-02

結構動力學是一門研究結構體系的動力特性及其在動力荷載作用下的動力反應分析原理和方法的一門理論和技術學科。結構動力學著重研究結構對動力載荷的響應，它不僅是結構抗震、抗風、抗爆分析以及結構振動控制、健康監(jiān)測等課題研究的基礎，也是土木工程從業(yè)人員需要掌握的重要專業(yè)知識，結構動力學已成為土木工程專業(yè)的一門重要課程。隨著超限及重要建筑的大規(guī)模建設，工程界對動力問題越來越重視，結構動力學知識逐漸成為評價土木工程技術人員專業(yè)能力的重要指標。筆者承擔了石家莊鐵道大學土木工程專業(yè)研究生結構動力學課程的教學工作。通過這兩年的教學經(jīng)歷，加深了對這本課程的認識，同時在教學內(nèi)容和方法上通過研究生核心課程的建設，開展了一些教學方法改進工作。

一、教學目的和內(nèi)容

通過本課程的學習，使學生熟練掌握使用達朗貝爾原理、虛位移原理、勢能駐值原理、Larange方程、Hamilton原理建立單自由度體系、連續(xù)體系及多自由度體系數(shù)學模型的原理；掌握線性問題的單自由度體系、多自由度體系及連續(xù)體系的動力特性的分析方法；掌握單自由度體系、多自由度體系及連續(xù)體系在特殊激勵下的動力反應的分析方法；了解對多自由度體系分析的數(shù)值方法，為工程結構動力學問題的有限元分析方法準備理論基礎。

二、教學條件建設

1.教材的使用與建設。（1）選用優(yōu)秀教材：我們選用了R.克拉夫、J.彭津主編的《結構動力學》（第二版（修訂版））。該書是美國加利福尼亞大學（伯克利分校）研究生結構動力學課程的基本教材之一，主要介紹結構動力學基本理論和抗震結構計算理論，其主要特點是內(nèi)容新穎。該書著重于基本原理、方法的闡述，雖然作者也列舉了許多例題，當相對來說理論性較強，對相對基礎不是太好的初學者，可能覺得稍微難懂一點，但是如果借助教師之力一旦入門之后，定會覺得從該書獲益良多。（2）對照其他教學參考資料與研究成果，以取長補短（備有6種主要參考書，并提供了相應的電子版文本）。

2.擴充性資料的建設與使用。課程內(nèi)容新穎。緊跟根據(jù)“結構動力學”領域的發(fā)展歷程，不斷充實授課內(nèi)容，引入最新的研究成果，使學生能夠了解最前沿的研究動態(tài)。

3.實踐性教學環(huán)境。以學生為本，強化學生的實踐，提高學生分析問題、解決問題的能力。通過討論課、專題講座等環(huán)節(jié)，加深了學生對基本理論的認識，與工程實踐聯(lián)系起來，能夠解決實際問題。

4.網(wǎng)絡型教學環(huán)境。（1）部分教學資源上網(wǎng)，包括教學大綱、教學筆記、教學日歷、習題、課件、期刊網(wǎng)上下載的學生論文等，使學生可以通過網(wǎng)絡自主學習。（2）進行網(wǎng)上輔導與答疑。（3）建立qq群和微信群，使學生可以充分發(fā)表自己的學術見解。

三、教學方法與教學手段

1.教學方法。教學方法的多樣化和教學手段的現(xiàn)代化：積極采用現(xiàn)代教育方法和手段，在課程教學時理論聯(lián)系實際，教師在講授時，運用多媒體課件、網(wǎng)絡教學資源等現(xiàn)代化手段，將結構動力學基本理論，制作教學圖片、錄像等多媒體課件資料，適時示范，使枯燥乏味的專業(yè)基礎課生動具體，提高了課堂教學效果，建立了現(xiàn)代教育方法和手段的新的教學模式。

2.實施計劃。（1）做好文獻資料收集和調(diào)研工作：了解結構動力學最前沿的研究動態(tài)，對國內(nèi)其他高校土木工程專業(yè)結構動力學授課內(nèi)容，教學方法、教學條件進行調(diào)研，結合本校特色和學科發(fā)展現(xiàn)狀，完善結構動力學的教學計劃。（2）加強實踐學習，完善課堂內(nèi)容。結構動力學是一門土木工程專業(yè)重要的基礎課程，是結構抗震、抗風、抗爆分析以及結構振動控制、健康監(jiān)測等課題研究的基礎，為了加強理論與實踐的集合，在課堂教學中增加專題講座，加強學生的認識。（3）發(fā)揮學生主觀能動性，豐富課下活動。單自由度體系是結構動力學課程的基礎部分，為了加強學生對這部分內(nèi)容的理解，布置課下作業(yè)，由學生組成若干個小組，每個小組選擇一個知識點，制作成動畫形式。

四、專題講座

1.現(xiàn)場動力特性實測。結構動力學是一門專業(yè)基礎理論課程，內(nèi)容煩瑣復雜，需要學生具備扎實的數(shù)學、力學等方面的知識，而且抽象不具體。因此，為了調(diào)動學生學習的積極性，使學生加深對結構動力學課程的認識，我們在講解到單自由度體系阻尼振動時，專門進行了一次橋梁荷載試驗現(xiàn)場動力特性實測的專題講座。以吉林松原二莫互通四跨鋼―混凝土組合連續(xù)梁為工程實例，詳細了該橋進行動力荷載試驗的目的、內(nèi)容和方法。（1）動力試驗試驗目的：橋梁自振特性與橋梁結構的剛度、質(zhì)量及其分布有關，它能從整體上反映橋梁結構狀態(tài)。通過對橋梁結構動力特性的檢測，能從整體上把握橋梁結構的運營狀態(tài)。（2）動力試驗內(nèi)容：橋梁動載試驗主要完成以下兩方面內(nèi)容：①脈動試驗：在中跨跨中設置加速度傳感器，進行振動信號采集，可獲得主梁的振動頻率；這些頻率可用于結構的參數(shù)分析，進一步確定結構的剛度和質(zhì)量分布情況。②無障礙行車試驗：行車狀態(tài)下，在主梁上安放拾振器，記錄結構在不同車速下的振動響應，可以得到車輛對結構的沖擊系數(shù)，并獲得最不利的行車車速。（3）試驗結果。①脈動試驗：采用脈動法通過大利的IBIS-S（形監(jiān)測系統(tǒng)）測量結構的自振特性，圖1測試分析所得的結構頻譜分析圖。測點為中跨跨中，通過頻譜分析圖可以得到結構的基頻，匯總結果見表1。由表1可知，意大利的IBIS-S（形監(jiān)測系統(tǒng)）測量得到的橋梁基頻分別為2.52，理論計算得到的橋梁基頻為2.17Hz，與實測頻率相比偏小，說明結構實際剛度稍大于計算值，滿足要求。②無障礙行車試驗：無障礙行車試驗主要用來檢驗橋梁結構在行車狀態(tài)下的動力響應，測試結構的沖擊系數(shù)和阻尼比等參數(shù)。意大利IBIS-S（形監(jiān)測系統(tǒng)）采用地面雷達干涉測量技術進行遠程測試，儀器架設在邊跨跨中正下方，車速10km/h時的測試結果見下圖2所示。根據(jù)實測得到的動撓度曲線圖，從曲線上讀取在動荷載作用下最大動撓度和其平均值就可以得到橋梁的沖擊系數(shù)，不同車速及不同行駛方向的沖擊系數(shù)表2中。③阻尼比。采用意大利IBIS-S根據(jù)無障礙行車試驗跑車余振波動，采用波形法可以粗略的計算結構的阻尼比，測得余振波形圖見圖3。

按照波形阻尼法由實測波形圖可計算得結構的阻尼比為0.0112。一般混凝土橋梁結構阻尼比（0.01～0.08）范圍內(nèi)，可以認為該橋的阻尼比相對較小，反映出鋼―混凝土組合梁橋的動力特性，振動衰減要慢于一般的混凝土橋梁。

2.抗震入門介紹。在課程講到多自由度體系時，增加了一次抗震入門介紹的專題講座，介紹了地震動多維輸入和多點動輸入問題。

五、教學效果

通過這門課程的學習加強了學生對結構動力學的這門課程的認識，使學生既掌握了扎實的理論基礎，又能和工程實踐聯(lián)系起來，解決工程問題。（1）學生學習興趣濃厚，思維靈活，對問題有自己的見解。（2）善于思考，勇于質(zhì)疑。課堂氣氛活躍，學生們均有所收獲。（3）結合課堂教學，使學生的學習能力、實踐動手能力、分析和解決問題等能力與綜合素質(zhì)得到提高和加強。（4）課堂教學效率達到較好水平。

參考文獻：

篇3

關鍵詞：數(shù)值計算方法；結構動力學

中圖分類號：TU311.3文獻標識碼：A文章編號：

一、數(shù)值計算方法在結構動力學的應用

結構動力學是一門研究結構在動力荷載作用下結構的反應。其中許多問題涉及到用有限自由度來代替無限自由，問題及其復雜，想得到解基本上很難，要么就花費許多時間，進入采取數(shù)值計算方法來求解并結合計算機編程來實現(xiàn)[1]。

下面就動力反應數(shù)值分析方法來簡要說明一下：

（1） 求結構在動力荷載作用下的反應時，要求特征值，由于行列式及其復雜，求特征值就必須用到數(shù)值計算方法中的Jacobi迭代法、Gauss-Seidal迭代法，一步一步迭代來接近精確解，由于手算很麻煩，一般編一個程序通過計算機來完成。

（2） 中心差分法基于有限差分代替位移對時間的求導，（即速度和加速度）。如果采用等時間步長ti=t，則速度和加速度的中心差分近似為：

（1）

（2）

（3）

（3）對于結構的位移與受的力的關系不成線性變化時采用變剛度迭代法,但是變剛度法有一個缺點是要反復修正剛度矩陣；這時就要用迭代方法的熟練條件來判斷剛度陣的病態(tài)問題。如果第k步誤差與前k-1步誤差的總和之比小于一個給定的小量ε時，則認為迭代收斂，達到要求的精度，停止迭代計算。

二、舉例編程

運用MATLAB求解這個問題時，一般要經(jīng)歷建模和編程兩個過程，只有在建模正確的前提下，方能得出正確的結果。下面舉例說明單自由度體系有阻尼振動。

1. 建立計算模型

由動力學可知，單自由度體系有阻尼自由振動的振動方程為：

（4）

可以轉化為：

（5）

其中，，，那么運動方程的解為：

（6）

其中，，，，x0表示初始位置，ν0表示初始速度。

現(xiàn)在，分別設ξ從0.1到1，公共參數(shù)ωn=1，x0=1，ν0=0，計算的終止時間tf=2。試求運動方程的解，并畫出波形。

2. MATLAB編制解算程序

編寫M文件C11L1.m如下：

%首先清空MATLAB的工作空間

clear;

%給定初值

wn=10;

tf=2;

x0=1;

v0=0;

%計算不同的ξ值所對應的振型

for j=1:10;

eta(j)=0.1*j;

wd(j)=wn*sqrt(1-eta(j)^2);

%求振幅A

a=sqrt((wn*x0*eta(j)+v0)^2+(x0*wd(j))^2)/wd(j);

%為了求四象限相位角調(diào)用函數(shù)atan2

phi=atan2(wd(j)*x0,v0+eta(j)*wn*x0);

%設定自變量數(shù)組t

t=0:tf/1000:tf;

%求過渡過程

x(j,:)=a*exp(-eta(j)*wn*t).*sin(wd(j)*t+phi);

end

%在同一個圖形窗口中繪制不同的ξ值所對應的振型

plot(t,x(1,:),t,x(2,:), t,x(3,:),t,x(4,:),...

t,x(5,:),t,x(6,:), t,x(7,:),t,x(8,:),…

t,x(9,:),t,x(10,:))

grid on

%新建一個圖形窗口，繪制三維網(wǎng)格圖

figure

mesh(x)

>>

程序的運行結果如圖1和圖2所示，曲線放映出不同的ξ值對圖有振動模態(tài)的影響。圖2是其三維圖形。

圖1不同的ξ值得固有振型

圖2不同ξ值得固有振型三維網(wǎng)格圖

從三維圖中可以形象地看出ξ對固有振型的影響，如果改變初始條件令x0=0，ν0=1，即給定一個初始速度，其運動曲線實際上就是系統(tǒng)的脈沖過渡函數(shù)，如圖3和圖4所示。由于脈沖函數(shù)的幅值無窮大，而持續(xù)時間和是無窮小，其面積是一個單位，因此，脈沖激勵的最后效果是：可在處形成一個單位的初速度ν0，由它產(chǎn)生的波形就是脈沖過渡函數(shù)。

圖3脈沖函數(shù)不同的ξ值的固有振型

圖4脈沖函數(shù)不同的ξ值的固有振型三維網(wǎng)格圖

三、結語

（1）在試驗數(shù)據(jù)采集與錄入過程中，數(shù)據(jù)格式不一定能以表格形式繪出，部分數(shù)據(jù)也需要取舍，采用Matlab文件輸入輸出方面的函數(shù)及矩陣運算功能，可以使成千上萬的數(shù)據(jù)處理方便迅速地完成[2]。

（2）通過本次試驗研究表明，Matlab強大的功能可以使研究人員的精力集中于試驗分析本身，而不在算法上，從而節(jié)省了大量寶貴時間，提高了研究工作的效率，由于其功能強大，在很多方面還未有效地利用Matlab，因此，有待繼續(xù)探索研究[3]。

參考文獻：

[1]關文閣, 楊黎萌, 魏翠玲. 應用MATLAB計算結構自振頻率和振型的一種方法[J]. 河北工程學院學報, 2005, 12(4): 5-7.

篇4

關鍵詞：分子動力學-連續(xù)介質(zhì)耦合模型 熱傳導 多尺度漸近展開 分子動力學 有限元方法

A Molecular Dynamics-Continuum Coupled Model for Heat Transfer in Composite Materials

Cao Liqun1 Huang Jizu2

（1.Academy of Mathematics and Systems Science； 2.Institute of Software Chinese Academy of Sciences）

Abstract：The heat transfer problem in composite materials has been investigated which contain the nano-scale interface. A molecular dynamics-continuum coupled model is developed to study the heat transport from the macro- to the micro-scales. The model includes four major steps：（1）A reverse non-equilibrium molecular dynamics （RNEMD） is used to calculate some physical parameters such as the thermal conductivities on the interface.（2）The homogenization method is applied to compute the homogenized thermal conductivities of composite materials.（3）the temperature field in the global structure of composite materials is computed with the multiscale asymptotic method for the macroscopic heat transfer equation.（4）A molecular dynamics-continuum coupled model has been developed to reevaluate the temperature field of composite materials， in particular， the local temperature field near the interface. The numerical results in one-， two- and three-dimensional structures of composite materials including the nano-scale interface are given. Good agreement has been achieved between the numerical results of the proposed coupled algorithm and those of the full MD simulation， demonstrating the accuracy of the present method and its potential applications in the thermal engineering of composite materials.

篇5

以結構力學課程無紙考試為出發(fā)點，分析了主觀考試題在線答題與計算機評定的難點問題，提出了引導式主觀考試題型的交互答卷與自動評判的程序方法。在VB軟件平臺下，以圖乘法計算結構位移問題為例，描述了結構力學課程主觀題型在線交互答卷與成績自動評判的程序機理，給出包括靜定結構彎矩圖繪制、圖乘法計算結構位移、超靜定結構力法與位移法求解和結構固有特性問題在線答題與自動評判實例。此研究解決了結構力學課程主觀題型的無紙化考試與自動評判問題，其研究思路將為力學等工程類課程主觀題型的考試與評定提供有效的程序方法。

關鍵詞：結構力學；主觀題型；無紙考試；成績自動評判；程序設計

中圖分類號：G6420；TU311 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2016）06016107

無紙考試方法就是擺脫傳統(tǒng)以紙張作為測試的信息載體，運用現(xiàn)代計算機技術對學生進行知識和技能考核判定的一種手段。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展，多媒體技術和網(wǎng)絡技術的運用，

無紙化測試技術在不斷提升。20世紀80年代初，

計算機代替手寫將試題打印到蠟紙上，初見計算機在教學領域的魅力；20 世紀80 年代中期，高考考卷普遍采用答題卡，無紙化測試邁入了讀卡時代，顯示出計算機的優(yōu)勢；20 世紀90 年代至今，由于數(shù)據(jù)庫、各種軟件以及互聯(lián)網(wǎng)的全面發(fā)展，無紙測試考試也日益完善，可以應用題庫的方式生成試卷，機考、機改并生成成績與分析報告，實現(xiàn)了計算機等級考試、大學英語四六級考試、注冊師考試等[1-3]。

但是需要注意的是，目前所有的“無紙考試”通常是針對客觀題型的考試。通過答題卡和在線考試只能評定客觀題，如單項選擇題、多項選擇題、判斷題、填空題。

由于主觀題類型的考試比較繁瑣，確實很難采用計算機評判，因此很少有這類問題的研究。隨著高等教學的創(chuàng)新發(fā)展，希望通過交互式答題和自動評判，完全實現(xiàn)主觀和客觀題的在線評判，以減少教師工作與實現(xiàn)成績評定的公平性，是一個重要的理論和實際課題。怎樣實現(xiàn)主觀題無紙測試評定一直是亟待解決的技術研究問題。

目前人們主要針對以文字為主的主觀題的探討評定問題，多采用借鑒漢語自動分詞技術，實現(xiàn)以關鍵詞匹配為主、語意貼近度計算為輔的主觀題自動閱卷方案。這種評判方法的實質(zhì)上是針對以語言描述為主的客觀題評定問題[4-6]。

實際上，針對考核最多的是理工類課程主觀題型問題，力學類課程最為突出，力學類課程主觀題答卷過程是以繪圖和公式求解為主的，判定答題的正誤是要判定圖繪制情況、公式的具體內(nèi)容以及表達情況和計算結果等。結構力學課程主觀題型主要包括梁與剛架彎矩圖繪制、圖乘法計算位移、超靜定結構力法求解和位移法求解等幾種典型類型。

本文基于多年力學課程教學和輔助軟件的研發(fā)實踐[7-10]，并依托2016年度遼寧省本科教學改革項目“工科力學系列課程在線考評方法與實現(xiàn)的研究”和遼寧省教育規(guī)劃課題“機械類結構力學課程無紙考試系統(tǒng)研究與實踐”，針對結構力學課程主觀考試問題，找到了可行的在線答題與成績自動評判途徑，并在可視化VB平臺下，研發(fā)了結構力學課程在線交互式答卷與成績自動評定系統(tǒng)，解決了彎矩圖繪制、圖乘法計算位移、超靜定結構的力法求解和位移法求解等幾類主觀題在線答題與自動評判方法。以下以圖乘法計算結構位移為題型，闡述怎樣實現(xiàn)在線答題與在線評判。

一、引導式答題的程序思想

（一）圖乘法計算結構位移主觀題題型的答卷求解

通常結構力學課程主觀題型的求解過程是有步驟的。圖乘法求解結構位移一般有三個步驟：一是繪制載荷下的彎矩圖M；二是施加單位載荷，繪制單位載荷下的彎矩圖M-；三是應用圖乘法計算位移。

按圖乘法求解結構位移步驟，正常在卷紙上答卷，首先針對剛架繪制載荷下彎矩圖，正確結果為如圖1（b），之后針對剛架在C點，施加單位載荷F-=1，繪制單位載荷下的彎矩圖，正確結果為如圖1（c），最后應用圖乘法計算位移ΔyC，其正確結果的具體表達式為：

（二）求解過程分析

若在線交互答題，針對彎矩圖繪制，需要使得答題者繪制桿段AB 的A，B兩點彎矩Aa′=Bb′=32ql2，并用直線連接a′b′；繪制桿段BC的B，C兩點彎矩Bb″=12ql2，Cc″=0，并用拋物線連接，拋物線中心處彎矩下降值為18ql2，而中心處彎矩值為18ql2。此后，使用繪制彎矩的結果、連接方式，按段應用圖乘法計算位移。由此在計算上若完成這些操作，并將回答結果記錄下來，通過與正確結果比對，就可以實現(xiàn)自動評判。

（二）引導式在線交互答題的程序設計實現(xiàn)思路

1. 試題參數(shù)數(shù)據(jù)文件與初始化

為了給答題者提供繪制彎矩圖和計算變形的環(huán)境，每個備答題目均含有一個圖形文件和一個文本數(shù)據(jù)文件。圖形文件提供該題目的JPG圖形。數(shù)據(jù)文件記載對應題目的載荷單位、尺寸單位、桿段數(shù)量、桿段的關鍵點（彎矩突變點）和特殊點（分布載荷）的坐標、正確的彎矩值、方位（上、下、左、右）、關鍵點之間連接方式、約束類型、單位載荷施加方向、各段位移正確結果等。

載荷單位、尺寸單位，以字符串記載，如l、a和m都可以為長度單位，q、F和N都可以作為載荷單位，彎矩由載荷單位和長度單位形成。那么，答題者答題過程主要涉及數(shù)值。

初始化數(shù)據(jù)文件的形式：長度單位，載荷單位；最大彎矩；最大長度，最大寬度；桿段數(shù)。關鍵點輸入：關鍵點數(shù)，關鍵點字母，關鍵點橫坐標x、縱坐標y，彎矩方位，正確彎矩值。特殊點輸入：特殊點橫坐標x、縱坐標y，特殊點類型，特殊點正確彎矩值。約束輸入：約束類型，約束橫、縱坐標。

題目選擇時，程序初始化，讀入相應數(shù)據(jù)文件，記載變量，同時，將繪制載荷下彎矩圖和單位載荷下彎矩圖的圖片框Picture內(nèi)，程序將以Line控件形成可點擊操作的桿段結構、以label 控件顯示關鍵點字符，并按約束類型繪制約束。

2.宏觀引導步驟

主觀題答題過程需要引導，宏觀引導告訴答題者完成幾大做題步驟，與正常答卷大體一致，包括：通過列表框內(nèi)選題；單擊繪制載荷作用下彎矩圖框內(nèi)桿段和關鍵點繪制彎矩值，選取連接方式連接圖形；施加單位載荷，繪制單位載荷下的彎矩圖；彎矩圖繪制后，按圖乘法選取桿段填寫系數(shù)進行結構變形計算； 完成后上交評判。

3.引導式在線答題

第一，載荷作用下彎矩圖在線交互繪制。

程序將剛架視為不同桿段，通過引導答題者在關鍵點繪制彎矩大小。如圖1由AB和BC兩個子段組成，A、B為AB子段的兩個關鍵點，B、C為BC子段的兩個關鍵點。

答題者針對這類主觀題在線答題，按照自己的思路繪制彎矩圖，答題者繪制彎矩圖都應針對每個桿段在其關鍵點上繪制一定大小的彎矩標高線，然后根據(jù)桿段受力類型選擇連接方式連接。

按宏觀引導，答題者點擊桿段和對應的關鍵點，當答題者鼠標擊中某個桿段和相應關鍵點，桿段和關鍵點通過變色，表明桿段和關鍵點被選中，此事件將觸發(fā)程序彈出關鍵點的彎矩繪制方向選擇對話框。如圖2所示，即為選擇BC桿段的關鍵點B。程序繼續(xù)引導答題者按自己意愿選擇箭頭方向，如圖2（a）所示為可以選擇上下方向，選擇向上或向下箭頭方向，程序將提供文本框圖2（b），引導答題者輸入彎矩具體值，答題者自己填入數(shù)據(jù)，確認后，程序將按答題者的要求繪出并顯示關鍵點彎矩值，圖2（c），若選擇0，則繪制彎矩值在當前點，顯示0值。

當某桿段已經(jīng)繪制關鍵點彎矩值超過2個。滿足可連接條件，答題者點擊桿段的一側，程序將提供給答題者連接方式，每個桿段的連接方式有2種拋物線和直線兩類三種形式。當答題者點擊BC桿段上方，出現(xiàn)的圖3（a），若如圖選取，并在中點彎矩值文本框內(nèi)輸入彎矩值，將在BC段繪制圖3（b）拋物線，中點標高落下0.125的數(shù)值。

第二，單位載荷下彎矩圖在線交互繪制。程序引導施加單位載荷，之后，彎矩圖繪制與載荷作用下彎矩圖繪制過程大致相同（見圖4）。

第三，圖乘法計算位移在線交互過程。

針對每段桿段位移計算，程序提供10處可能輸入?yún)?shù)的文本框，初始值賦的是1。考慮到復雜分數(shù)情況，每項系數(shù)可輸入分子和分母數(shù)值，可以采用分數(shù)或小數(shù)計算。包括計算項符號選擇、剛度系數(shù)、面積類型系數(shù)、面積系數(shù)、長度系數(shù)，高度系數(shù)、標高系數(shù)（如圖5所示）。

答題者針對不同桿段，按照自己思路添加計算項。可以按照自己思路繪制的彎矩圖，在給定的輸入計算位移量框架內(nèi)，輸入各段具體的圖乘法的各項系數(shù)數(shù)據(jù)。程序提供幫你計算按鈕獲得計算結果。圖6為本題的正確輸入。

二. 在線評判

（一）答題過程跟蹤程序記載

答題者無論是載荷下彎矩圖的繪制、單位載荷施加與單位載荷下彎矩圖的繪制、圖乘法每段輸入與計算，都將以變量的形式被記載。若答題過程修改，程序將記載答題者最后一次確認的桿段關鍵的彎矩值、彎矩點繪制方向，特殊點彎矩變化數(shù)值，單位載荷施加方向，每段位移計算系數(shù)的輸入和確認后的分項結果。

（二）基于程序的成績自動評判

評判結果時，程序分別檢查每個桿段的關鍵點彎矩輸入方位和輸入值、特殊點輸入方位和彎矩值是否與數(shù)據(jù)文件給定的正確值和正確方位是否一致，按步給分累計成績。

圖乘計算過程，程序檢查施加單位載荷的方向，每段桿件的圖乘結果與輸入文件的正確結果是否一致，按步給分累計成績。正確給出對號標記顯示，錯誤給出答叉號標記顯示， 累計分值，顯示本題答題結果。

三、 圖乘法主觀題在線答題與自動評判實例

實例1，圖7所示剛架，載荷和尺寸如圖，彎矩剛度均為EI，計算C垂直位移ΔCy。圖7和圖8為實例1兩種答卷與成績評定情況。

實例2 ， 圖9所示梁，載荷和尺寸如圖，彎矩剛度為EI，計算B垂直位移ΔCy。下面為命題與評定情況。

四、結構力學課程典型主觀題的答卷與自動評判

依據(jù)引導式主觀題答卷的基本思想，完全實現(xiàn)結構力學課程無紙考試與自動評判，并建立包括選擇判斷題、判斷正誤題和填空題等3種客觀題、靜定彎矩圖繪制、圖乘法計算位移、超靜定結構力法求解、超靜定結構位移法求解和結構固有特性計算等5種主觀題的無紙考試與自動評價程序。實例化后每題的具體分數(shù)，最后程序運用VBA技術所有選題與成績評定結果寫到word文件中。圖10是一組具體試卷的答題與評判情況。

五、結語

本文探討結構力學課程主觀題在線答卷與成績自動評定問題，提出了引導式答卷與自動評判程序方法。以圖乘法計算結構位移問題為例，概述了引導式答卷過程和成績自動評定的程序機制，給出了基于主觀題引導式方法的典型結構力學課程綜合無紙考試的具體實例與評判。其研究思路將為力學課程等工程類主觀題的考試與評定提供有效的程序方法。

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[8]遼寧省教育廳.侯祥林，費燁，鄭夕健.結構力學輔助教學與測試系統(tǒng)，2014年遼寧省教育軟件大賽本科組一等獎[DB/OL]，http：//，2014.09.02

篇6

1 圖式的建構-問題

加速度作為運動學的核心概念，它存在于運動學所有問題當中.基于此可以把此類問題分為兩種變式即物理過程只涉及一個加速度a和涉及多個加速度.如例題1和例題2.

例1 如圖1，一質(zhì)點以一定初速度由A點沿直線AB做勻加速直線運動，行程的第一部分用時間t1位移s1，第二部分用時間t2位移s2.全程加速度不變.求加速度a的大小.

例2 如圖2，一質(zhì)點從靜止開始由A點沿直線AB運動，行程的第一部分加速度為a1的勻加速運動，接著做加速度為a2的勻減速運動.抵達B點時剛好停下，全程位移為s，試求AB段所用的時間t.

2 圖式的建構-方法

這兩類變式主要會用到的思想方法有公式法、平均值法、圖象法.

2.1 公式法

2.2 平均值

平均值法有兩種描述，第一種是勻變速直線運動平均速度等于中點時刻的瞬時速度即=vt/2，第二種是勻變速直線運動平均速度等于初末速度的平均值即=v0+vt2.運用平均值法時應判斷選哪一種，就此兩例題來說，例1適合第一種例2適合第二種.

2.3 圖象法

按照正常由vt=v0+at推出位移公式s=v0t+at2/2必須用積分但高中并沒學過，因此教材中使用了圖象法來推出位移公式.使用圖象能使復雜的物理過程形象化便于解題，但并不是所有的題都適合圖象法，例1和例2在用圖象法時就會形成鮮明的對比，有興趣的讀者可以畫v-t圖象解下例1，這里重點分析例2.

例2的v-t圖象如圖3，題目條件已知全程位移即三角形ABC的面積為s，設全程時間為t，C點速度為v，則由面積公式得vt/2，又斜率即加速度可得v/a1+v/a2=t，兩個方程兩個未知數(shù)可解出時間t.

3 圖式的建構-策略

通過觀察以上兩道例題的六種解題過程，得出策略與方法的關系就相當于戰(zhàn)略與戰(zhàn)術的關系，策略具有普遍適用性.運動學解題策略主要有以下幾種.

3.1 整體性策略

整體性策略要求全局把握，把握解題各環(huán)節(jié)的聯(lián)系，避免使各環(huán)節(jié)陷入孤立.如果忽略這些就很容易局限于細節(jié)中的繁瑣運算和復雜討論.比如例1應整體看待AB過程，如果能找出兩點時刻的瞬時速度那套用vt=v0+at即可求出加速度.例2雖有兩個過程但C點是倆過程的聯(lián)系點設出C點速度是關鍵.這兩道題如果不整體把握就會陷入復雜的細節(jié)討論中，也就是公式法所研究的.

3.2 媒介構造策略

此策略是指在問題解決過程中人為設出媒介元素，它們可作為溝通題目條件與結論的橋梁.例1和例2的公式法正是把AB過程分為AC和CB倆子過程根據(jù)公式設出未知數(shù)列方程求出未知數(shù).例2的平均值法是正逆推的結合AC段是初速度為零的勻加速而CB段逆向看也是初速度為零的勻加速，找出C點這個中途結合點是巧妙解題的關鍵.

篇7

開放教育是由國家開放大學總部（其前身為中央廣播電視大學）、分部（其前身為各省廣播電視大學）、地方學院（其前身為地市級廣播電視大學）、學習中心（其前身為縣級廣播電視大學）和行業(yè)、企業(yè)學院共同組成，是國家開放大學充分發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢和現(xiàn)代信息技術優(yōu)勢，實現(xiàn)辦學網(wǎng)絡立體覆蓋全國城鄉(xiāng)的遠程教育系統(tǒng)?，F(xiàn)代遠程開放教育是現(xiàn)代遠程教育和開放教育的結合與統(tǒng)一，是通過現(xiàn)代技術手段不但將現(xiàn)有的教育資源實現(xiàn)共享和開放，更是將教育觀念、教育過程乃至教育對象進行開放，以學生和學習為中心，采用多種教和學的途徑，學生對課程選擇、媒體使用、學習方式、學習進度、時間和地點等方面有較高的自，在教學上采用多種媒體教材和現(xiàn)代信息技術手段等教育形式，使得學生與教師處于準永久性分離狀態(tài)，是公民終身接受教育的重要途徑，是構筑知識經(jīng)濟時代人們終身學習體系的主要手段?，F(xiàn)代遠程開放教育的突出特點是，將現(xiàn)代教育技術和終身學習、自主學習的理念相統(tǒng)一，教學形式由原來的以教為主變?yōu)橐詫W為主，學習者真正不受空間和時間的限制；受教育對象擴展到全社會；有更豐富的教學資源供學習者選用；教學方面充分發(fā)揮多種媒體的作用，保留面授的精華，實現(xiàn)了教學資源共享、校際之間學分互認，將學歷教育與非學歷教育一體化、職前教育和職后教育相統(tǒng)一；將傳統(tǒng)學習方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡化學習的優(yōu)勢相融合，既發(fā)揮教師對教學過程的主導作用，又突出學習者的自主化和個性化，構建了基于線上線下相結合、學習與實踐相結合、目標與方式相結合、主導與創(chuàng)新相結合等多個應用層次的混合學習模式。

二、開放教育學生管理概述

開放教育學生管理主要包括對學生的招生信息管理、學籍信息管理、教學信息管理、考試信息管理、成績信息管理、學費信息管理、畢業(yè)審核管理。由于開放教育采取三級管理模式，因而其學生管理也涉及到省校、分校、教學點三級管理人員，開放教育的學生一般由各個教學點直接管理，各個教學點只管理本教學點的學生，所以各個教學點之間的學生數(shù)據(jù)是獨立的，不會重復和交叉，但省校、分校、教學點之間的學生數(shù)據(jù)按管轄范圍具有從屬性，即省級電大可以管理其管轄范圍內(nèi)的所有分校的學生數(shù)據(jù)，分?？梢怨芾砥涔茌牱秶鷥?nèi)的所有教學點的學生數(shù)據(jù)，教學點只負責管理本教學點的學生數(shù)據(jù)，各級管理人員分工協(xié)作，互相配合，互相監(jiān)督，共同完成對開放教育學生的管理。

三、開放教育學生的特點

1.學習針對性強開放教育學生的學習動機和學習目的通常有以下幾種。一是為職務晉升或工資福利提升需要的專業(yè)對口的學歷；二是為適應新工作崗位或新職業(yè)的需要而提升專業(yè)技能；三是為了個人職業(yè)能力的長遠發(fā)展而提升相應的專業(yè)技能和學歷；四是為了個人的興趣愛好或充實自己而學習；五是為獲得某種專業(yè)技能的證書而學習。不論是上述哪個動機和目標，其學習的針對性都很強，都能夠保持較強的學習動力。

2.對專業(yè)知識有一定的基礎或者有一定的工作經(jīng)驗，并借助新知識不斷理解、掌握和反思其自身的實踐經(jīng)驗。開放教育學生的學習不是全職學習，而是邊工作邊學習，或者說是兼職學習，這種學習模式使得學生對工作和生活都有一定的經(jīng)驗，甚至對專業(yè)知識有一定的基礎，這些專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗共同指導著學生職業(yè)技能的提升，因而開放教育學生通常具有“經(jīng)驗—知識型”的認知結構，開放教育學生在學習過程中常常借助新知識不斷理解、掌握和反思其自身的工作實踐經(jīng)驗和專業(yè)知識所包含的原理，從而大大提高了學習效率和學習效果，也為構建完善地更高層次的職業(yè)能力和專業(yè)知識奠定了基礎。

3.工學矛盾突出。開放教育的學生主要是兼職學生，年齡相對較大，且學生的工作、生活和學習存在著時間分配上的矛盾，可以說，如何將有限的時間合理安排給工作、生活和學習中，是幾乎所有開放教育學生面臨的共同問題，安排不當必將顧此失彼，因此正確處理工作、生活和學習中的矛盾，特別是工作與學習的矛盾，是開放教育和學生需要共同研究的重要課題，工學矛盾一方面是由于學生的工作、生活和學習時間受精力不足等固有因素的限制，另一方面是由于國家開放大學對學生的服務和支持力度不足，沒有從體制上和制度上重視對學生時間的節(jié)約，沒有給學生提供更大的方便。

4.大部分學生專業(yè)基礎差，對學習缺乏足夠的信心。開放教育的大部分學生，在開放教育學習前學業(yè)已中斷多年，加之很多學生是跨專業(yè)學習，甚至有的學生高中時學習成績就不好，有的學生在入學前就對個別科目沒有自信，很多學生年齡較大感覺記憶力已大不如前，對新鮮事物學習和適應能力下降，加上有些學生對學習中的困難缺少正確的應對方法，這些都會影響學生學習時的自信。

5.學生群體構成復雜，職業(yè)技術含量低。開放教育學生的年齡跨度非常大，通常在18～60歲之間，專業(yè)基礎差別較大，職業(yè)涉及到社會的各行各業(yè)，且大部分學生的職業(yè)技術含量低，除少部分學生的職業(yè)有一定的技術含量外，大部分學生從事出納、服務業(yè)或簡單的機械操作，其職業(yè)中的技術含量普遍較低，開放教育學生群體的這種特點要求開放教育需要認真研究城鄉(xiāng)教育公平中的差異性公平和促進學生個體獨特發(fā)展的差異教育。

四、開放教育對學生流動非結構化管理中存在的問題

1.基層教學點對學生的服務和監(jiān)管均不到位，對學生流動的非結構化管理認識不足。開放教育的各級辦學體系中，上下級之間特別是分校和教學點之間是一種松散的合作關系，上級對下級既無人事管理權又無財務管理權，且上下級之間是利益共同體，對學生的直接管理是交給教學點完成的，教學點對學生的服務和監(jiān)管不到位，其上級電大由于缺乏有效的人事處罰權和財務制裁權，其最為嚴厲的處罰方法就是停止該教學點的招生，可是停止招生除了影響教學點的利益，也會影響分校、省校及國家開放大學總部的利益，因而分校由于自身利益的考慮一般不會采用這種處罰方法；另一方面，由于教學點自身的辦學積極性不高導致開放教育近年來招生出現(xiàn)嚴重下滑，國家開放大學總部沒有采取相應的措施以調(diào)動教學點的辦學積極性，使得基層教學點對學生的服務和監(jiān)管不但沒有得到改善，而且變得越來越差，甚至陷入惡性循環(huán)之中。開放教育的學生大多是兼職學生，也是非寄宿于校園的學生，因而學生平時在校園、工作單位和家庭之間的流動難以避免，由于城市覆蓋范圍越來越大，學生流動的時間成本和經(jīng)濟成本越來越高，加之開放教育學生的工學矛盾愈加突出，因而對學生流動的非結構化管理已經(jīng)成為一個必須重視的問題，而基層教學點對此問題不但準備不足，而且在認識上也沒有達到應有的高度，導致學生面臨更多的困難。

2.開放教育沒有認真研究學生流動的非結構化對學習氛圍和校園學習環(huán)境的影響，也沒有通過潛移默化的行動和有效的措施培育學生維護學校社會形象的意識。學生流動的非結構化導致很多學生在校園學習環(huán)境中的學習時間很少，很多學生將校園視為領教材交作業(yè)和考試的辦事處，校園的學習氛圍及校園學習環(huán)境的功能被大大弱化，甚至可以說開放教育學生的學習氛圍及學生對開放教育社會形象的維護長期處于較低水平，開放教育學生的學習方式主要是靠網(wǎng)上學習，學生在學校的學習時間非常少，因而在校園內(nèi)的學習氛圍一直比較差，學校沒有高度重視學生流動的時間成本和經(jīng)濟成本帶來的深度影響，特別是沒有認真研究學生流動的非結構化對校園學習環(huán)境的影響，加上有些學生工學矛盾突出，其相應地也沒有認真地進行學習，因而考試時主要靠作弊通過考試，由于考試主要由基層教學點組織實施，可是電大分校對基層教學點沒有有效的監(jiān)管措施，加上利益共同體的影響，使得開放教育的考試長期流于形式，學生這種迫切希望通過考試的急功近利的作法，嚴重地影響了開放教育的社會形象，對此，開放教育各級辦學機構并沒有通過潛移默化的行動影響和改變學生的相關意識，也沒有采取有效的措施培育學生維護學校社會形象的意識。

3.開放教育學生非結構化流動的時間具有不確定性，管理周期越來越長和管理復雜度越來越高。目前，開放教育的學籍有效期是8年，學生可以在該期限內(nèi)自主選擇學習時間和自主選擇教學計劃中的課程，學生只需達到畢業(yè)所需的學分就可以畢業(yè)，這種設計模式對學生的學習提供了很大的靈活性，但學生可以自主決定學習時間意味著學習時間和學習周期難以確定，特別是學生非結構化流動的時間更是難以確定，近年來在籍時間延長的學生越來越多，其管理周期越來越長，管理復雜度越來越高。

4.管理人員對學生非結構化流動的管理缺乏專業(yè)化信息化的手段，導致學生流動的時間成本和經(jīng)濟成本難以降至期望的水準。對學生非結構化流動的管理需要進行科學研究，并使用統(tǒng)籌管理及專業(yè)化的教育管理技術等方法將學生流動的時間成本和經(jīng)濟成本不斷降低，此外，在管理過程中沒有充分利用信息化的手段，更沒有將學生流動的時間成本和經(jīng)濟成本放在重要位置，因而影響了學生管理工作的管理效率和管理質(zhì)量，更嚴重地影響了學生的學習和工作效率。

5.開放教育對學生非結構化流動的管理缺乏系統(tǒng)性的制度保障，沒有形成穩(wěn)定有效的管理秩序。開放教育的受教育群體構成非常復雜，不同的學習者具有不同的知識結構、認知能力、學習方式、學習需求、受教育程度等個性化學習特征，導致求學者學習過程中呈現(xiàn)出多樣性和多層次性，為此開放教育開展各種類型的教育形式，因而開放教育出現(xiàn)了多元化的發(fā)展趨勢，多元化的發(fā)展導致學生非結構化流動呈現(xiàn)出更加復雜的特點，其管理需求和管理措施都應有不同的改革，但開放教育并沒有及時對此進行改革，也沒有形成系統(tǒng)性的制度保障，更沒有形成相對應的穩(wěn)定有效的管理秩序。

五、開放教育對學生流動非結構化管理的發(fā)展及完善建議

1.強化基層教學點對學生流動非結構化服務和監(jiān)管的頂層設計，提高對學生流動非結構化管理的認識。為了從根本上解決和加強開放教育對學生流動非結構化的管理，首先必須在制度設計時就從國家開放大學總部、各省級電大、分校、教學點甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)的學習中心，設計好互相配合、互相制約、分工負責、各司其職、各負其責；其次，必須將學生流動的時間成本、經(jīng)濟成本以及工學矛盾放在非常重要的位置進行合理規(guī)劃和設計，為學生提供更合理、更高效、更優(yōu)質(zhì)的服務；第三，要建立上級電大對下級電大的學生工作進行考核和監(jiān)管機制，并同步建立獎懲機制；第四，在頂層設計時必須在分校之間、教學點之間、教學點內(nèi)部引入對學生流動非結構化管理的競爭機制和激勵機制，以破除上下級之間是利益共同體對學生流動管理的深度影響；第五，提高對學生流動時間成本和經(jīng)濟成本的認識，強化對工學矛盾應對措施的研究，高度重視學生流動非結構化管理的重要性，減少學生的困難，提高服務質(zhì)量。

2.認真研究學生流動的非結構化對學習氛圍和校園學習環(huán)境的影響，采取多種措施培育和強化學生對學校社會形象的維護意識。認真研究學生流動的非結構化導致的學生校園環(huán)境學習時間減少的問題，及其對校園學習氛圍和校園文化的負面影響，應該采取多種措施強化學生的學習氛圍，同時，學校應該高度重視并采取有效策略減少學生流動的成本，加強對學生的服務，以配合學生克服困難，增強其對學習的信心，此外，在加強服務的過程中，開放教育必須認真研究考核方式及考試流于形式的問題，加強考試改革并制定出切實符合實際的考試方案，破解各級利益共同體對考試的影響，并通過實際行動影響和改變學生對考試的認識，培育和強化學生對學校社會形象的維護意識。

3.通過多種專業(yè)化信息化的方法和策略，綜合治理學生非結構化流動導致的管理周期加長、管理復雜度提升及學生流動的成本問題。采用專用軟件和現(xiàn)代信息技術手段管理學籍延長學生的課程、教材、作業(yè)、教學、試卷、考試、成績等相關問題，同時針對這類學生制定出更加專業(yè)更加科學更加切實可行的管理方案，這樣不但可以降低學生流動的時間成本和經(jīng)濟成本，幫助他們克服困難，以便他們對學習分配更多的精力，而且可以提高教學點的管理效率，并降低管理復雜度，推動學生管理工作的改革和發(fā)展。

篇8

關鍵詞：移動學習;土木工程;鋼結構設計原理;精品教材

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）42-0051-02

一、引言

近年來，隨著無線移動技術的成熟和移動設備的普及，移動學習（Mobile-learning）在教育領域的應用日趨擴大，成為構建學習型社會的重要推動力[1，2]。移動學習是數(shù)字化學習的延伸，它是知識經(jīng)濟社會人們教育需求和職業(yè)發(fā)展需求的反映，是移動通信技術在教育中的具體應用。同時，移動學習也有力地推動了優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，促進了教育公平。

《結構設計原理》課程作為土木工程專業(yè)的核心專業(yè)基礎課，對幫助學生構建基本的結構概念非常重要。近10年來，教學團隊針對該課程進行了一系列的實踐探索，先后承擔并完成多項課程建設與改革項目，該課程已榮獲“江蘇省精品課程”，團隊編著的《結構設計原理》教材獲江蘇省精品教材和重點修訂教材等立項。

本文基于教學團隊在課堂教學及教材修訂過程中的實踐，對《鋼結構設計原理》精品教材的建設進行探討，旨在為移動學習環(huán)境下的教材建設提供參考。

二、現(xiàn)狀分析

為了推動高等教育“質(zhì)量工程”戰(zhàn)略的順利實施，我國先后啟動了“國家精品課程建設”項目和“國家精品開放課程”項目[3]。經(jīng)過多年的建設，精品課程取得了明顯的建設成效，但也存在著“重申報輕建設”、“重共享輕應用”、“網(wǎng)絡資源教學有效性缺失”等問題[4]。同時調(diào)查顯示[5]，精品課程的使用頻率偏低，如圖1所示，有23.9%的學生沒用過精品課程資源，每天使用1次或多次的學生僅占5.8%。由此可見，精品課程資源的利用效率還有很大的挖掘空間。

通過分析不難發(fā)現(xiàn)，導致精品課程資源利用效率不高的主要原因之一是實體知識載體與虛擬知識載體間的對接不充分。教材作為主要的實體知識載體，在課程學習和教學過程中發(fā)揮著重要的作用。然而以往的做法往往將紙質(zhì)教材的建設與電子資源的建設獨立進行，特別是教材的編寫難以跳出傳統(tǒng)的思維方式，這樣的教材雖然符合課程中知識的邏輯性，能夠較清晰地反映出學科的知識體系，但卻不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性和方便自主學習。另一方面，很多精品課程都開發(fā)了大量的電子資源，但對資源的梳理程度不夠，如何從紛繁復雜的信息中篩選得到對自己有用的信息成為困擾學習者的一大問題。因此，移動學習對精品教材的建設提出的新的要求，通過教材作為載體對大量的虛擬資源進行梳理是非常必要的。

三、精品教材建設探討

基于上述之現(xiàn)狀及存在問題，筆者認為《鋼結構設計原理》的教材建設應加強兩個對接，即“對接規(guī)范條文，對接工程實際”，將更有利于發(fā)揮移動學習的優(yōu)勢，進而促進移動學習在結構設計類課程中的應用。

1.教材與規(guī)范條文的對接。標準規(guī)范是廣大工程建設者必須遵守的準則和規(guī)定，其數(shù)量龐大、體系復雜。對工程類專業(yè)而言，專業(yè)課程的教學內(nèi)容必須與本行業(yè)的現(xiàn)行設計標準或規(guī)范密切相關。《鋼結構設計原理》的內(nèi)容包括鋼結構梁柱基本構件，以及焊縫、螺栓等連接的承載機理和設計理論，主要依據(jù)國家標準《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017）編寫。然而，教材的編寫與規(guī)范有顯著的差異：規(guī)范應言簡意賅，強調(diào)對應用的指導和約束;教材則需思路清晰，厘清設計公式的來龍去脈。由于教材篇幅有限，將規(guī)范條文直接加入教材是不現(xiàn)實的，而且會降低教材的可讀性和邏輯性。

為此，可以借助移動設備實現(xiàn)教材知識點與規(guī)范的對接。以鋼梁的整體穩(wěn)定原理和設計為例（圖2），首先將教材知識點進行梳理，將鋼梁的整體穩(wěn)定問題分為“整體失穩(wěn)概念”、“臨界彎矩”、“穩(wěn)定系數(shù)”、“設計公式”和“構造措施”等五個部分;然后將《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017）的對應條文進行整理，并制作成電子文檔;最后將該電子文檔轉存為移動設備可識別的素材（如二維碼），并將移動設備識別碼嵌入紙質(zhì)教材，學習者通過掃描識別碼即可進行知識點的對接。

2.教材與工程實際的對接?！朵摻Y構設計原理》課程與工程實際聯(lián)系較為緊密，因此在教學過程中的案例講解、工程照片展示必不可少。另外，為了將抽象的概念理解清楚，動態(tài)展示也非常必要。然而傳統(tǒng)紙質(zhì)教材通常只能展示數(shù)量有限的二維圖，這就要求學習者有一定的空間想象能力。如果能通過移動設備將部分概念圖以工程照片、動畫演示或視頻材料展示，將很好地改善學習效果。

同樣以鋼梁的整體穩(wěn)定為例，其教材知識點與工程實際的對接如圖2所示。概念和構造方面以圖片或動態(tài)演示為主，設計公式則以工程實際案例進行對接，既有利于概念的理解，又將與基本原理與實際應用加以聯(lián)系。

四、結論

在移動學習的背景下，傳統(tǒng)紙質(zhì)教材的作用不僅不應被忽視，反而應發(fā)揮更大的作用。本文以《鋼結構設計原理》為例，探討了基于移動學習的精品教材建設思路，提出教材“對接規(guī)范條文，對接工程實際”的構想，為促進移動學習在結構設計類課程中的應用提供參考。

參考文獻：

[1]朱學偉，楊偉，顧健輝.國內(nèi)外高校移動學習案例分析研究[J].中國教育信息化，2014，（21）：9-11.

[2]孫洪艷.高校校園環(huán)境下移動學習模式探究[J].中國教育技術裝備，2014，（20）：56-57.

[3]陳彭，黃偉進，袁曉斌.國家精品開放課程的移動學習模式研究[J].山東廣播電視大學學報，2014，（3）：4-8.

[4]王佑鎂.高校精品課程網(wǎng)絡資源教學有效性的缺失與對策[J].中國電化教育，2010，（8）：80-81.

[5]王娟，劉名卓，祝智庭.高校精品課程應用調(diào)查及其對精品資源共享課建設的啟示[J].中國電化教育，2013，（12）：40-46.

Discussion of “Fundamentals of Steel Structure Design” Edition Based on Mobile Learning

CHANG Hong-fei1，2，XIA Jun-wu1，2，TIAN Guo-hua2，JIA Fu-ping1，LI Xian1，ZHANG Ying-ying1

（1.School of Mechanics and Civil Engineering，China University of Mining & Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China;2.JiangSu Collaborative Innovation Center for Building Energy Saving and Construction Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

篇9

【關鍵詞】建構主義學習理論思想政治教育建構

【中圖分類號】G41 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）2-0035-01

一、全面理解"建構"

建構，或者說知識的建構，表達了一種學習者的主動加工知識的過程。這種主動加工表現(xiàn)在學生對于新知識的理解過程中一種根據(jù)原有的知識儲備，主動吸納并加工新知識的過程。對于知識建構的借鑒有助于我們更為全面的開展思想政治教育活動。

(一) 知識建構的過程是學習者在其原有的知識背景下進行的建構

建構主義十分強調(diào)學習者的原有知識經(jīng)驗，形象地說，建構主義學習觀認為學生并不是空著腦袋走進教室的。學習者對于新知識的理解往往受到其原有知識儲備的影響，正因為如此，學生對于新知識的理解往往會帶著一定的主觀性和差異性。

在思想政治教育學的體系當中，也十分強調(diào)受教育者的個體差異性。思想政治教育學在突出受教育者的主體地位時同時強調(diào)，受教育者作為思想政治教育活動的對象，客觀上具有廣泛性與復雜性的特點。認為受教育者群體之間存在著文化素質(zhì)和思想道德水平方面的差異性，這些特點也內(nèi)在決定了受教育者的個體差異性。從上面的論述我們可以看出，在對于學習者或者受教育者對于新知識的理解是否具有差異性的問題上，建構主義學習理論和思想政治教育學一般原理之間存在著共通性。正因為如此，我們在實際的思想政治教學中應該注意運用建構主義所揭示的心理現(xiàn)象。在思想政治教育者在實際的教學活動前，要對教育對象進行調(diào)查分析，以便我們有針對性的采取不同的教育方式。

(二) 學習者對知識的建構是一個主動的過程，表現(xiàn)為同化和順應的統(tǒng)一

建構主義認為，學習者不是被動的信息吸收者，相反，他們要主動地構建信息的意義，這種構建不可能由其他人代替。這種構建的過程具體表現(xiàn)為同化和順應的統(tǒng)一。

在思想政治教育的范疇體系中有內(nèi)化的提法，內(nèi)化也是思想政治教育的基本范疇之一。思想政治教育學中內(nèi)化的提法和建構主義學習理論中同化和順應的提法二者有著密切的辯證統(tǒng)一的關系。其聯(lián)系是，內(nèi)化與同化和順應在結果上都強調(diào)對學習者原有知識和經(jīng)驗進行調(diào)整和改變。但是二者更突出的關系在于其區(qū)別性，具體表現(xiàn)為思想政治教育活動在促進同化的過程中，更強調(diào)教育者對受教育者的疏通、引導、言教、身教、鼓勵、教育、管理等，更多的是突出教育者的主導性。而建構主義學習理論更突出強調(diào)學習者自己的主動建構，強調(diào)教師要以學生為中心，把更多的學習活動交給學生自己，教師可以退居"二線"，起到"服務者"的作用即可。

二、 怎樣理解"過程"

建構主義的學習理論并不過分強調(diào)學習的結果，而是十分強調(diào)學習的過程。這個過程既包括學習者自身同化和順應的過程，也包括社會、學校、教育者、朋輩等帶給一個學習者的情景和可能存在的協(xié)作和交流等過程。對建構主義學習理論中對于"過程"的理論進行理解，是思想政治教育學借鑒建構主義學習理論的一個有利"支點"。

(一) "等待"是建構主義學習理論的應有之義

"等待"是一門教育的藝術。在許多年的應試教育指揮棒的影響下，造成許多思想政治教育者過分追求結果，而忽視了對學習過程的重視。直接體現(xiàn)就是教育者太過急功近利的追求分數(shù)，追求整齊劃一的標準。而建構在于學習者新舊知識之間的反復地、雙向地相互作用。這種反復性和雙向性正是表達了學習者的學習是需要一個過程的，教育者要給予學習者以充分的時間去完成這樣的構建。

(二) 學習過程中不同教育主體的"協(xié)作"、"交流"應該得到重視

建構主義者強調(diào)社會互動在學習中的重要意義，包括生生互動、師生互動和師生與課堂以外的同伴、專家、實踐工作者以及更廣泛的社區(qū)的互動。所以建構主義十分強調(diào)協(xié)作學習的重要性。

思想政治教育學從來都不是一門脫離現(xiàn)實的科學，相反，思想政治教育學是一門來源于現(xiàn)實實踐并最終需要回到實踐當中去的科學。所以，在思想政治教育的過程中強調(diào)不同主體間的協(xié)作學習顯得尤為重要。同時，在學習思想政治教育的過程中，社會的大環(huán)境以及學校的小環(huán)境，甚至是班級這樣的微環(huán)境，都會對學習者的學習產(chǎn)生影響。思想政治教育學當中學習的過程也應該是一個互相交流的過程。

三、 建構主義學習觀在思想政治教育應用中的注意事項

(一) 思想政治教育者的主導性不該動搖或改變

建構主義十分強調(diào)學習者的主動學習，并相應的弱化了教師的作用。雖然我們在思想政治教育的過程中也要強調(diào)學生的主體性和學習的主動性，但是這并不是說思想政治教育者的主導性就被弱化和取消了，相反，對學生自主學習要求的提高反倒對思想政治教育者的主導性提出了更高的要求。

思想政治教育者的主導性不容改變或動搖是由思想政治教育的根本原則和思想政治教育者的特征決定的。思想政治教育的方向原則是指全部思想政治教育活動要始終與社會發(fā)展要求相一致，堅持正確的政治方向不動搖。這一原則反映了思想政治教育的本質(zhì)要求和基本規(guī)律，是思想政治教育的根本原則。另外，鮮明的階級性和主導性也是思想政治教育者的主要特征。這些原則和特征都決定了思想政治教育活動中的教育者不可能也不應該置主導者的身份而不顧。

(二) 要堅持真理的客觀性，警惕建構主義中存在的主觀唯心主義和相對主義的傾向

建構主義雖然一般不否定客觀世界的存在，但一些研究者卻懷疑認識的可能性，否認客觀存在對主觀意識的決定作用。他們認為，知識并不反映世界的本來面目，不要去追求"真理"，只能評價知識的一致性，看知識能否幫助人們達到行為的目的，所以建構主義的學習理論容易陷入到實用主義和工具主義的漩渦之中。

篇10

（1）世界模型:WORLDII和WORLDIII模型(Dennis，Meadows，1974年)，研究了世界范圍內(nèi)人口、自然資源、工業(yè)、農(nóng)業(yè)和污染諸因素的相互制約關系及產(chǎn)生的各種可能后果。

（2）國家模型:中國SD模型(SDNMC)建立于08年代末，能用于研究數(shù)十年乃至百年內(nèi)中國發(fā)展總趨勢，揭示未來社會發(fā)展的矛盾、問題和阻礙因素，并提出預見性的發(fā)展戰(zhàn)略和建議。

（3）區(qū)域或城市經(jīng)濟發(fā)展模型:西方城市SD模型(Jay.W.Forrester，1968年)揭示了西方國家城市發(fā)展、衰退、復蘇的內(nèi)在機制;王其藩建立的中心城市技術開發(fā)與經(jīng)濟增長的SD模型，研究了上海市城市碩士論文利技、教育、經(jīng)濟三者的協(xié)調(diào);張炳發(fā)建立的佳木斯市宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)仿真模型，研究了城市宏觀經(jīng)濟系統(tǒng)的結構和功能;吳健中等人建立的新疆社會經(jīng)濟發(fā)展的SD模型，探討了新疆社會經(jīng)濟發(fā)展的制約因素。

此外,系統(tǒng)動力學還用于企業(yè)管理、城市規(guī)劃、環(huán)境與農(nóng)業(yè)的發(fā)展和建筑工程管理等方面，其應用范圍越來越廣泛。

3.1.4系統(tǒng)動力學基本特點

系統(tǒng)動力學解決問題的獨特性就是建立規(guī)范的數(shù)學模型。從系統(tǒng)內(nèi)部的微觀結構入手建模，同時借助計算機仿真技術來分析研究系統(tǒng)結構功能與動態(tài)行為的內(nèi)在關系，從而找出解決問題的對策?；谝蚬P系和結構決定行為，這就是系統(tǒng)動力學建模的獨到之處。

(l)所建模型與管理者的思維模型相溝通。任何模型一般總是要組織信息、澄清觀點、統(tǒng)一認識，對令人困惑和有爭議的系統(tǒng)行為給出令人滿意的解釋。系統(tǒng)動力學的建模技術易于將管理者的思維進行量化。

(2)研究問題注重從因果機制出發(fā)。因果關系是存在于各種現(xiàn)象的普遍關系。從因果關系出發(fā)，分析各因素之間構成的因果反饋環(huán)，才能從紛亂的現(xiàn)象中找出發(fā)生這些現(xiàn)象的內(nèi)在原因和形成機制。

(3)從觀察系統(tǒng)結構入手。系統(tǒng)動力學認為系統(tǒng)結構是系統(tǒng)發(fā)展的內(nèi)在動力。只有了解了系統(tǒng)的結構和變化機制，才有可能預測系統(tǒng)未來的行為。因而系統(tǒng)動力學模型也被稱為“結構依存型”模型。

(4)內(nèi)生化處理。系統(tǒng)動力學模型從內(nèi)部尋求解釋系統(tǒng)行為的規(guī)律，重點在于模型的內(nèi)部結構。

(5)非線性行為。系統(tǒng)動力學模型能夠處理復雜的非線性系統(tǒng)，因而適于系統(tǒng)動力學在供應鏈管理中的應用研究研究社會經(jīng)濟系統(tǒng)這樣的復雜系統(tǒng)。

(6)延遲特性。系統(tǒng)動力學模型引入了延遲機制，使模型與所描述的實際系統(tǒng)更為接近。

(7)能夠進行政策仿真。系統(tǒng)動力學模型是實際系統(tǒng)的實驗室，利用模型仿真剖析系統(tǒng)，獲取更豐富、更深刻的信息，進而覓尋解決問題的途徑。系統(tǒng)動力學解決問題的過程實質(zhì)上也是尋優(yōu)過程，其最終目的是尋找系統(tǒng)較優(yōu)結構，以求得較優(yōu)的系統(tǒng)功能。

3.1.5在需求工程中應用系統(tǒng)動力學的可行性

人類的社會系統(tǒng)中存在兩類復雜性問題:“細節(jié)性復雜(Detail Complexity)”，和“動態(tài)性復雜(Dynamic Complexity)”。細節(jié)性復雜是指問題的變量很多，要解決此類問題須考慮的因素千頭萬緒，并且要處理的工作項目十分繁瑣，傳統(tǒng)的作業(yè)研究和策略規(guī)劃即在處理這類問題。所謂的動態(tài)性復雜則是指引發(fā)此類問題的因素或變數(shù)可能不多，但是變數(shù)之間環(huán)環(huán)相扣，彼此交錯，互為因果，且大都有時間上的延遲(delay)。一般而言，這類問題具有以下的特征:

(1)原因和影響不明確，且影響的結果往往并非顯而易見的，因為因與果往往不在時空上直接的關聯(lián)。

(2)同一行動其短期和長期的影響常具有極大的差異。

(3)一個行動在不同的部門中，會產(chǎn)生一連串不同的結果。

(4)可見的干涉行為，產(chǎn)生不可見的結果。

許多管理方面復雜深奧的預測與分析工具，以及洋洋灑灑的策略規(guī)劃，常常無法產(chǎn)生真正突破性的貢獻，其原因也是這些方法只能用來處理“細節(jié)性復雜”，而無法用來處理“動態(tài)性復雜”。處理“動態(tài)性復雜”的問題，不能一味的企圖以“復雜對付復雜”，必須了解整個問題背后相互間的關聯(lián)性后，才有可能尋求對策。“結構影響行為”，系統(tǒng)思考就是用來幫助我們看清復雜狀況背后運作的結構(structure)并尋找出杠桿解(leverage point)所在的位置。大多數(shù)管理上的問題都是屬于動態(tài)性復雜問題，而非細節(jié)性復雜問題。