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范钦珊教育教学工作室 Qin-Shan FAN s Education & Teaching Studio
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范钦珊 ——清华大学，南京航空航天大学 北京交通大学，南京工业大学 范钦珊教育与教学工作室 研究型大学需要研究型教学 2017年3月17日
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研究型大学需要研究型教学 课程研究型教学的理念 课程研究型教学的几个方面
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研究型大学需要研究型教学 课程研究型教学的理念
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研究型大学需要研究型教学 课程研究型教学的理念 坚持 “素质教育、工程教育、创新教育”紧密结合，加强基础，强化工程概念，激发创新精神。
坚持 “理论教学、实验教学、计算机分析”相结合，提高学生分析和解决问题的综合能力。 坚持相关课程的整合，形成系列化的完整教学体系，提高课程的教学效率。 坚持“课内、课外”结合：课内教学启发、引导，课外学习提倡研究，为优秀学生尽早进入科研课题创造良好的条件和环境。
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研究型大学需要研究型教学 课程研究型教学的几个方面
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教学内容重在学术深度 教学过程重在启发引导与互动 课外学习重在研究 实验教学重在自主设计 考试考核重在刺激思维鼓励创新
研究型大学需要研究型教学 教学内容重在学术深度 教学过程重在启发引导与互动 课外学习重在研究 实验教学重在自主设计 考试考核重在刺激思维鼓励创新 技术应用重在与课程整合
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研究型大学需要研究型教学 教学内容重在学术深度
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研究型大学需要研究型教学 深度是指基本教学内容深层次的内涵。追求教学内容的深度，不仅可以帮助学生加深对于基本教学内容的理解，而且可以激发学生的钻研精神和创新精神。 我们从力学的基本理论与工程实践等方面挖掘基本教学内容的深度。
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☆从力学的基本理论方面 挖掘基本教学内容的深度
研究型大学需要研究型教学 ☆从力学的基本理论方面 挖掘基本教学内容的深度 ☆从工程实例挖掘基本教学内容的深度 ☆从灾难性工程事故分析挖掘基本教学内容的深度 ☆从学科发展历史挖掘基本教学内容的深度
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研究型大学需要研究型教学 从力学的基本理论方面 挖掘基本教学内容的深度
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研究型大学需要研究型教学 比如，叠加原理的应用前提——线性可以叠加，非线性不可以叠加。 为什么线性可以叠加，非线性不可以叠加。
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研究型大学需要研究型教学 线弹性，位移可以叠加 Δ=Δ1+ Δ2 Δ O Δ O Δ O FP1+FP2 Δ FP2 Δ2 Δ1 FP1
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研究型大学需要研究型教学 线弹性,位移可以叠加,但应变能不能叠加 Δ1 FP1 FP1+FP2 Δ FP2 Δ2 O Vε1 Vε Vε1
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研究型大学需要研究型教学 非线性弹性，位移也不可以叠加 Δ O Δ O Δ O FP1+FP2 Δ Δ1 FP1 FP2 Δ2 Δ2 FP
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研究型大学需要研究型教学 FP A B A B M FP A B M
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叠加法最本质的内涵——力的独立作用原理。
研究型大学需要研究型教学 F A B l C M A B l C 叠加法最本质的内涵——力的独立作用原理。 F M A B l C
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研究型大学需要研究型教学 课堂讨论 ? = ?
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研究型大学需要研究型教学 课堂讨论 ? = ?
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研究型大学需要研究型教学 课堂讨论 ? = ?
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研究型大学需要研究型教学 课堂讨论 均布载荷q——广义力 广义位移——？
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随堂测试 能不能应用互等定理确定挠度曲线与梁的原轴线之间的面积？
提示：“互等 ”必须有两个相应的系统，另一个系统是什么？与所要求的面积相对应的量又是什么？
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课外作业 研究型大学需要研究型教学 实心圆柱体承受轴向拉伸，请分析有几种方法可以确定其体积改变量？
如果将体积改变量作为广义位移，相应的广义力应该是什么？
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研究型大学需要研究型教学 一个有意义的结果
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研究型大学需要研究型教学 线弹性,位移可以叠加,但应变能不能叠加 Δ1 FP1 FP1+FP2 Δ FP2 Δ2 O Vε1 Vε Vε1
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研究型大学需要研究型教学 线弹性,位移可以叠加,但应变能不能叠加 Δ1 FP1 FP1+FP2 Δ FP2 Δ2 O Vε Vε2 Vε1
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研究型大学需要研究型教学 一个有意义的结果 FP Δ O Δ1 FP1 Δ2 FP Δ O Δ2 FP2 Δ1
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研究型大学需要研究型教学 功的互等定理：一个力系的力在另一个力系引起的相应的位移上所作之功等于另一个力系的力在这一个力系引起的相应的位移上所作之功。
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研究型大学需要研究型教学 单摆，摆长 其动力学微分方程为 非线性，如何解？ 小摆动 线性 多小是小摆动？误差如何？
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研究型大学需要研究型教学 线性结果的误差
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研究型大学需要研究型教学 采用高阶近似 高阶近似
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研究型大学需要研究型教学 二次近似结果 误差 二次近似的误差
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研究型大学需要研究型教学 从工程实例 挖掘基本教学内容的深度
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研究型大学需要研究型教学 金 茂 大 厦 楼 高 420.5m 共 88 层
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研究型大学需要研究型教学 金茂大厦中庭
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 从灾难性工程事故 挖掘基本教学内容的深度
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研究型大学需要研究型教学 脚手架的坍塌事故
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横杆之间的距离太大 2.2m>规定值1.7m;
研究型大学需要研究型教学 1983年10月4日，北京的一幢正在施工的高层建筑的高54.2m、长17.25m、总重565.4kN大型脚手架屈曲坍塌，5人死亡、7人受伤 。 地面未夯实，局部杆受力大； 横杆之间的距离太大 2.2m>规定值1.7m; 与墙体连接点太少； 安全因数太低： <规定值3.0。
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40人死亡； 14人受伤； 直接经济损失631万元。 研究型大学需要研究型教学
1999年1月4日，我国某市的一座大桥发生垮塌，造成： 40人死亡； 14人受伤； 直接经济损失631万元。
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研究型大学需要研究型教学 垮塌前的大桥
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研究型大学需要研究型教学 垮塌后的大桥
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研究型大学需要研究型教学 法庭以外的问题－力学素质的重要性 －从简单力学问题到高等力学问题。
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简单力学问题－ 队伍过桥时不能齐步走 高等力学问题－ 冲击载荷的概念： 人跑步时脚上的力量有多大？ 损伤累积与结构寿命 与跑步的次数有关
研究型大学需要研究型教学 简单力学问题－ 队伍过桥时不能齐步走 高等力学问题－ 冲击载荷的概念： 人跑步时脚上的力量有多大？ 损伤累积与结构寿命 与跑步的次数有关
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研究型大学 需要研究型教学 脚上的力量 假设人体重量为750N 3000N 3500N 4500N 6000N 12500N
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研究型大学需要研究型教学 高等力学问题－ 损伤累积与结构寿命 与跑步的次数有关
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学 需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 楼板 柱帽 柱子
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研究型大学需要研究型教学 载荷 剪切力 楼板承受剪切的面积 楼板承受剪切的面积愈大，其单位面积上所受的力愈小，因而不容易发生破坏
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研究型大学需要研究型教学 剪切力 错误的设计使楼板承受剪切的面积大幅度减少，因而使单位面积上所受的剪切力大大增加，超过了所能承受的极限，致使楼板破坏，从而导致结构坍塌。 楼板承受剪切的面积 错误的设计使楼板承受剪切的面积大幅度减少，因而使单位面积上所受的剪切力大大增加，超过了所能承受的极限，致使楼板破坏，从而导致结构坍塌。
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坍塌的前兆印证了关于坍塌原因的正确分析。
研究型大学需要研究型教学 坍塌的前兆印证了关于坍塌原因的正确分析。
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 这些工程实例引入课堂教学，不仅引起同学很大兴趣，而且产生很大的震撼,这种作用是一般教学内容所起不到的。
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研究型大学需要研究型教学 从学科发展历史 挖掘基本教学内容的深度
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 有意义的是，现在还有一些初学者在重复着伽利略的错误。
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研究型大学需要研究型教学 课堂上用2－3分钟介绍这一段历史，不仅加深了学生对于弯曲理论的理解，而且还会使学生认识到，科学的发展与时代密切相关，认识到科学家是可以犯错误的。
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研究型大学需要研究型教学 教学过程重在启发引导与互动
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研究型大学 需要研究型教学 启发、引导，让学生掌握分析问题的思路，学习分析问题的方法。 提出问题——问题是什么；
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 提出问题——问题是什么； 分析问题——问题的性质是什么；解 决问题的方法是什么； 解决问题——定性分析与定量分析、 结论与讨论
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研究型大学需要研究型教学 一定要给学生留出适当的思维空间： 要区分哪些内容必须是教师讲的？哪些是应该是留给学生自己去研究的？
要区分不同层次的学生，留出不同层次的问题，使得不同层次的学生都能有所收获。
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研究型大学需要研究型教学
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学生对于老师提出的问题有响应，老师与学生之间有对话和交流
研究型大学需要研究型教学 学生对于老师提出的问题有响应，老师与学生之间有对话和交流 转变教学思想，尊重学生在学习活动中的主体地位； 精心设计教学过程的不同阶段中启发学生思维的问题； 交流和讨论的过程中要善于引导.
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研究型大学需要研究型教学 老师们在教学活动中 要引导思维； 不要代替思维； 更不要窒息思维。
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研究型大学需要研究型教学 同学们在学习过程中 要积极思维； 不要被动思维； 更不要拒绝思维。
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研究型大学需要研究型教学 引导学生思维应该是教师的一种重要职责。有的学生不爱想问题也不爱提问题。对于这样的学生，老师绝不能迁就，有时甚至需要“强迫”他们思考问题，回答问题。
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研究型大学需要研究型教学 课外学习重在研究
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改变题海战术，在基本题训练基础上，研究“学习研究问题”；
研究型大学需要研究型教学 改变题海战术，在基本题训练基础上，研究“学习研究问题”；
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研究型大学需要研究型教学 升降机的自我命题研究 设想可能的工作状态。 分析各种工作状态下可能遇到的与摩擦有关的问题。
设定已知参数和所要求的量。 求解。 结论与讨论。
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A 研究型大学需要研究型教学 论证A－A截面上必然存在剪应力； 论证A－A截面上的剪应力是非均匀分布的；
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研究型大学需要研究型教学 第二个学习研究问题 1、研究轴力与轴向分布载荷集度之间的关系。
2、研究两侧轴向分布载荷向杆件轴线简化结果的等效性与不等效性。 3、分析研究横截面保持平面的有效范围。 4、应用ANSYS软件计算杆件各点的应力和位移，并与上述分析和研究结果加以比较。
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研究型大学需要研究型教学 第三个学习研究问题 t0 (N / m) l t0 (N / m) l
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研究型大学需要研究型教学 教师的引导与指导对于学生的课外学习研究至关重要。 所以，老师要接触学生，了解学生，在接触和了解的基础上有效地指导学生。
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A 研究型大学需要研究型教学 论证A－A截面上必然存在剪应力； 论证A－A截面上的剪应力是非均匀分布的；
一位学生的论文
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研究型大学需要研究型教学 1、研究轴力与轴向分布载荷集度之间的关系。 2、研究两侧轴向分布载荷向杆件轴线简化结果的等效性与不等效性。
3、分析研究横截面保持平面的有效范围。 4、应用ANSYS软件计算杆件各点的应力和位移，并与上述分析和研究结果加以比较。
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A 研究型大学需要研究型教学 论证A－A截面上必然存在剪应力； 论证A－A截面上的剪应力是非均匀分布的；
学生的感想
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学 需要研究型教学 实验教学重在自主设计
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研究型大学需要研究型教学 实验教学改革是人才培养过程中的一个重要方面，而且是一个很重要的方面。
因此，实验教学同样需要坚持素质教育、工程教育与创新教育的结合。 实验教学改革需要与课程建设和课程改革进行整合，形成良性互动。
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研究型大学需要研究型教学 实验教学的传统模式是：规定性的 规定学生必须做什么； 规定学生只能做什么； 规定学生不能做什么.
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研究型大学需要研究型教学 研究性实验教学的模式是：设计性的 一是规定性实验：不告诉学生必须做什么，而是要求学生自己去思考：你能做什么？
二是鼓励学生自己设计实验。
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研究型大学需要研究型教学 在不同的横截面上的不同位置布置不同的测点，启发学生去研究：通过这些测点的测量，你能够测量到什么？不能测量到什么？
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 设计一个实验方法以及相应的实验装置，验证焊接处可以或者不可以简化为铰链。
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研究型大学需要研究型教学 FP
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研究型大学需要研究型教学 考试考核重在刺激思维鼓励创新
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研究型大学需要研究型教学 改革考试方法——实行资格考试与水平考试。
鼓励学生参与课程教学，参与讨论——实行“随堂测试”，好的计点数，累计10点得1分，计入总成绩。 学习研究论文经过老师的评审或者通过答辩，其成绩计入总成绩，特别突出的可以免试。
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研究型大学需要研究型教学 FP R A B C D R A B C D FP 随堂测试 应用对称性或反对称性确定C截面上的弯矩：MC＝？
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研究型大学需要研究型教学 随堂测试 q 1、画出剪力图和弯矩图； 2、画出梁变形后的挠度曲线。
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研究型大学需要研究型教学 随堂测试 M0 M0 l/2 l 1、画出剪力图和弯矩图； 2、画出刚架变形后的大致形状。
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研究型大学需要研究型教学 随堂测试 M0
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研究型大学需要研究型教学 水平考试 刚性圆环 刚性圆环 FP/2 FP 60o 60o 利用对称性
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研究型大学需要研究型教学 水平考试 刚性圆环 FP/2 60o 刚性圆环 FP/2 60o 利用反对称性或小变形概念
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研究型大学需要研究型教学 水平考试 O
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? 水平考试 研究型大学需要研究型教学 (x，xy ) O (y，xy )
根据应力状态的各个面上的应力，所画出的应力圆如图所示。请分析所给应力圆所对应的应力状态（用六面体微元表示）
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研究型大学需要研究型教学 技术应用重在与课程整合
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研究型大学需要研究型教学 整合的第一层含义是：技术的应用引起教学内容深度和广度的变化。
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 整合的第二层含义是：技术的应用引导学生从书本和教室走向广阔的外部世界
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研究型大学需要研究型教学 FP A B
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研究型大学需要研究型教学 独根草，多年生草本植物，具粗壮的根状茎，生长在山谷和悬崖石缝处，为中国特有属。 大自然中的悬臂梁
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研究型大学需要研究型教学 Grand Canyon
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研究型大学需要研究型教学 架在空中的悬臂梁
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研究型大学需要研究型教学 架在空中的悬臂梁
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学 需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 整合的第三层含义是：技术的应用需要体现教学过程引导学生思维，激发学生的创新精神。
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研究型大学需要研究型教学 链条总长度为l，线质量密度为 ，下垂部分长度为b，链条从静止开始，在自重作用下运动。不考虑链条与台面之间的磨擦。
求：链条完全离开台面时的速度
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研究型大学需要研究型教学 l－b 应用动能定理求解落链运动问题时， 落链的动能不难计算，难点在于落链各 部分的运动各不相同，落链的重力功为
变力功，不易计算。 b 采用简化模型，可以将落链的重力功简化为常力功计算。
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研究型大学需要研究型教学 链条完全脱离台面 b l－b C d C´
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研究型大学需要研究型教学 C´ d C b l－b 链条的动能变化 链条重力所作之功 应用动能定理 求得链条完全离开台面时的速度
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学
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研究型大学需要研究型教学 整合的第四层含义是：实行教学资源的一体化设计，形成包括文字教材、网络课程以及教学资源库在内的课程教学质量整体解决方案。为教学第一线的老师和同学提供高水平、全方位的教学服务，将课程教学质量提高到一个新水平。
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研究型大学需要研究型教学 工程力学教学资源库由原始资源库 与成品资源库两大部分组成 Initial Resource Pool
Teaching Resource Pool of Engineering Mechanics Product Resource Pool
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研究型大学需要研究型教学 Initial Resource Pool Text Pool for EM
Graphics Pool for EM Initial Resource Pool Animation Pool for EM A / V Pool for EM
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研究型大学需要研究型教学 Product Resource Pool Web-Based Courseware of
Engineering Mechanics PPT for Teaching in Class eBook of Engineering Mechanics Product Resource Pool Guide for Learning Engineering Mechanics Guide to Solve Problems For Engineering Mechanics Solutions Manual To Accompany Engineering Mechanics
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教学内容重在学术深度 教学过程重在启发引导与互动 课外学习重在研究 实验教学重在自主设计 考试考核重在刺激思维鼓励创新
研究型大学需要研究型教学 教学内容重在学术深度 教学过程重在启发引导与互动 课外学习重在研究 实验教学重在自主设计 考试考核重在刺激思维鼓励创新 技术应用重在与课程整合
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