本發(fā)明涉及理論力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，具體地，涉及一種游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、理論力學(xué)(theoretical?mechanics)是研究物體機(jī)械運(yùn)動的基本規(guī)律的學(xué)科，是高等工科院校很多專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。理論力學(xué)中的科氏慣性力主要是由坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動與物體在動坐標(biāo)系中的相對運(yùn)動引起的，理論力學(xué)課程內(nèi)容涵蓋寬泛，知識點(diǎn)眾多，理論性較強(qiáng)，部分內(nèi)容和知識點(diǎn)抽象，對許多工科學(xué)生來講，部分概念并不直觀，容易感覺枯燥乏味，學(xué)習(xí)積極性不高，真正切身體會和掌握相關(guān)理論頗有困難。然而，理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)長期以來一直以所屬課程的輔助教學(xué)形式出現(xiàn)，普遍存在學(xué)時(shí)較少問題，基本以4-6學(xué)時(shí)為主，課程在具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上的選擇也不多，而且都是演示性實(shí)驗(yàn)。游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)在這個(gè)基礎(chǔ)上衍生而出，在游戲?qū)故浇虒W(xué)實(shí)驗(yàn)中可以在這個(gè)基礎(chǔ)上增加更多目標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不但可以更好的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)力學(xué)課程的興趣，直觀地從簡單現(xiàn)象引出復(fù)雜問題從而揭示力學(xué)原理，還可以培養(yǎng)學(xué)生動手能力以及科學(xué)思維和素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生競爭意識：近來，計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)也開始進(jìn)入理論力學(xué)實(shí)驗(yàn)的探索，也是對驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)在演示和表現(xiàn)方式上的改革探索，缺少創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。通過游戲?qū)沟男问?，讓學(xué)生更積極主動地參與實(shí)驗(yàn)過程，而不是被動地按照步驟操作，通過演示性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生固然可以驗(yàn)證課堂上所學(xué)的概念和知識，幫助消化基本理論概念，但是僅依靠常規(guī)驗(yàn)證性和演示性實(shí)驗(yàn)，沒有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏興趣，沒有較為顯著的參與感，不能滿足學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中理論力學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中存在的沒有創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺乏興趣的技術(shù)問題，通過游戲和對抗的方式極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和參與的興趣，滿足理論力學(xué)模擬和教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，包括桌臺支撐，設(shè)置在所述桌臺支撐上方的旋轉(zhuǎn)桌臺，固定設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)桌臺側(cè)邊的靶標(biāo)，固定在所述旋轉(zhuǎn)桌臺上的橫梁，水平方向設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)桌臺上且豎直方向固定在所述橫梁頂部的攝像裝置，與所述攝像裝置互聯(lián)的顯示記錄裝置以及固定支撐在所述旋轉(zhuǎn)桌臺上的激發(fā)裝置。

4、進(jìn)一步的，所述桌臺支撐的形狀為是圓形或方形或橢圓形或異形；所述桌臺支撐的材質(zhì)是金屬制品或木質(zhì)材料或鋼筋混凝土材料或復(fù)合材料。

5、進(jìn)一步的，所述靶標(biāo)的形狀和所述桌臺支撐的形狀相同；所述靶標(biāo)的材質(zhì)和所述桌臺支撐的材質(zhì)相同。

6、進(jìn)一步的，所述橫梁隨所述旋轉(zhuǎn)桌臺同步轉(zhuǎn)動，所述橫梁的形狀為圓弧形或方形或橢圓形或異形。

7、進(jìn)一步的，所述激發(fā)裝置內(nèi)設(shè)有控制單元，所述激發(fā)裝置采用線控或遙控或程控方式水平擊發(fā)小球。

8、本發(fā)明還提供了一種游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：

9、s1.力學(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)定對抗場景，海戰(zhàn)或陸戰(zhàn)；

10、s2.將學(xué)習(xí)者進(jìn)行合理教學(xué)實(shí)驗(yàn)分組，分組場景為一組進(jìn)行目標(biāo)打擊或兩組進(jìn)行對抗打擊；

11、s3.教學(xué)者和學(xué)習(xí)者進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)總結(jié)，提升理論力學(xué)模擬和教學(xué)實(shí)驗(yàn)水平。

12、進(jìn)一步的，所述s2包括以下步驟：

13、s21.分組場景一：將學(xué)習(xí)者進(jìn)行合理教學(xué)實(shí)驗(yàn)分組，教學(xué)實(shí)驗(yàn)分組采用一組進(jìn)行目標(biāo)打擊；

14、s22.分組場景二：將學(xué)習(xí)者進(jìn)行合理教學(xué)實(shí)驗(yàn)分組，教學(xué)實(shí)驗(yàn)分組采用兩組進(jìn)行對抗打擊。

15、進(jìn)一步的，所述s21包括以下步驟：

16、s211.學(xué)習(xí)者選擇炮臺，即激發(fā)裝置，布置炮臺位置；

17、s212.教學(xué)者按需求設(shè)置靶標(biāo)位置，設(shè)置旋轉(zhuǎn)桌臺角速度ω，并告知學(xué)習(xí)者；

18、s213.學(xué)習(xí)者測量必需數(shù)據(jù)，包括靶標(biāo)位置參數(shù)l和旋轉(zhuǎn)桌臺半徑r，結(jié)合旋轉(zhuǎn)桌臺角速度ω，計(jì)算得到小球擊中靶標(biāo)的初始速度vr，采用編程或列表計(jì)算；

19、s214.學(xué)習(xí)者根據(jù)旋轉(zhuǎn)桌臺角速度ω穩(wěn)定場景，選擇控制激發(fā)裝置，擊發(fā)使得小球獲得計(jì)算初始速度vr；

20、s215.實(shí)驗(yàn)教學(xué)者判定是否集中靶標(biāo)，成績是否有效。

21、進(jìn)一步的，所述s22包括以下步驟：

22、s221.教學(xué)實(shí)驗(yàn)分組為紅方和藍(lán)方，分別選擇己方炮臺，即激發(fā)裝置，布置炮臺位置；

23、s222.靶標(biāo)分紅方和藍(lán)方設(shè)置，學(xué)習(xí)者討論根據(jù)戰(zhàn)術(shù)布置己方靶標(biāo)位置；

24、s223.教學(xué)者設(shè)置旋轉(zhuǎn)桌臺角速度ω，角速度是恒定值或是ω(t)變化值，并告知所有教學(xué)實(shí)驗(yàn)分組的學(xué)習(xí)者；

25、s224.紅方和藍(lán)方的學(xué)習(xí)者測量必需數(shù)據(jù)，包括對方所有靶標(biāo)位置參數(shù)l和旋轉(zhuǎn)桌臺半徑r，結(jié)合旋轉(zhuǎn)桌臺的角速度ω或ω(t)，計(jì)算得到小球擊中對方靶標(biāo)的各種初始速度vr；

26、s225.紅方和藍(lán)方的學(xué)習(xí)者，分組討論，并制定打擊戰(zhàn)術(shù)，優(yōu)化出打擊對方靶標(biāo)的順序和時(shí)機(jī)，可編程計(jì)算或列表計(jì)算；

27、s226.紅方和藍(lán)方學(xué)習(xí)者根據(jù)旋轉(zhuǎn)桌臺的角速度ω或ω(t)，選擇控制激發(fā)裝置，依照各自戰(zhàn)術(shù)依次擊發(fā)使得小球獲得計(jì)算初始速度vr，擊中對方靶標(biāo)得分，最先擊中對方所有靶標(biāo)，判勝；

28、s227.實(shí)驗(yàn)教學(xué)者判定是否集中靶標(biāo)，成績是否有效。

29、進(jìn)一步的，所述s3包括以下步驟：

30、s31.學(xué)習(xí)者組內(nèi)討論和分析，對方和己方靶標(biāo)布置和激發(fā)時(shí)序戰(zhàn)術(shù)的優(yōu)勢與問題，形成結(jié)論；

31、s32.游戲?qū)垢鶕?jù)需要設(shè)置多輪，雙方根據(jù)對方的上一輪戰(zhàn)術(shù)吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，臨時(shí)指定對策戰(zhàn)術(shù)，采取回合制判勝負(fù)；

32、s33.教學(xué)者和學(xué)習(xí)者一起復(fù)盤，結(jié)合錄像和計(jì)算結(jié)果，討論理論力學(xué)知識點(diǎn)，提升理論力學(xué)模擬和教學(xué)實(shí)驗(yàn)水平。

33、采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

34、本發(fā)明還提供了一種游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置及方法，相對傳統(tǒng)理論力學(xué)課程實(shí)驗(yàn)主要的優(yōu)勢包括以下方面：

35、1.理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)幾乎沒有現(xiàn)成可直接購買的儀器設(shè)備，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在國內(nèi)基本上屬于起步階段，僅有少數(shù)幾所高校進(jìn)了探索，該游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置可以填補(bǔ)理論力學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置的一些空白。

36、2.該游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力實(shí)驗(yàn)裝置，通過小球的運(yùn)動可以清晰地演示出科氏慣性力影響因素，把一個(gè)抽象概念通過設(shè)計(jì)直觀展示給學(xué)習(xí)者，把“看不見”的力，清晰演示出來形象化，極大地幫助學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。

37、3.該游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力實(shí)驗(yàn)裝置，不但可以演示驗(yàn)證科氏慣性力對運(yùn)動的直觀影響，而且可以顯著地提高學(xué)習(xí)者的參與感，極大激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，達(dá)成學(xué)生的培養(yǎng)的創(chuàng)新精神、綜合素質(zhì)和價(jià)值情感的高階目標(biāo)，這些正是現(xiàn)階段傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的高階教學(xué)目標(biāo)。

38、4.該游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力實(shí)驗(yàn)方法，可以讓學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)時(shí)，形成小組，進(jìn)行同伴學(xué)習(xí)，有利于增進(jìn)學(xué)習(xí)者之間的團(tuán)結(jié)精神。

39、5.該游戲?qū)故嚼碚摿W(xué)科氏慣性力實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)置分組對抗和多回合制，還可培養(yǎng)學(xué)習(xí)者戰(zhàn)術(shù)意識和臨場應(yīng)變能力。