一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置及方法

本发明涉及理论力学教学实验，具体地，涉及一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置及方法。

背景技术：

1、理论力学(theoretical mechanics)是研究物体机械运动的基本规律的学科，是高等工科院校很多专业的技术基础课。理论力学中的科氏惯性力主要是由坐标系的转动与物体在动坐标系中的相对运动引起的，理论力学课程内容涵盖宽泛，知识点众多，理论性较强，部分内容和知识点抽象，对许多工科学生来讲，部分概念并不直观，容易感觉枯燥乏味，学习积极性不高，真正切身体会和掌握相关理论颇有困难。然而，理论力学实验教学长期以来一直以所属课程的辅助教学形式出现，普遍存在学时较少问题，基本以4-6学时为主，课程在具体实验项目上的选择也不多，而且都是演示性实验。游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验在这个基础上衍生而出，在游戏对抗式教学实验中可以在这个基础上增加更多目标，通过实验环节不但可以更好的激发学生学习力学课程的兴趣，直观地从简单现象引出复杂问题从而揭示力学原理，还可以培养学生动手能力以及科学思维和素养，激发学生竞争意识：近来，计算机虚拟仿真技术也开始进入理论力学实验的探索，也是对验证性和演示性实验在演示和表现方式上的改革探索，缺少创新性的实验设计项目。通过游戏对抗的形式，让学生更积极主动地参与实验过程，而不是被动地按照步骤操作，通过演示性实验，学生固然可以验证课堂上所学的概念和知识，帮助消化基本理论概念，但是仅依靠常规验证性和演示性实验，没有创新实验，学生缺乏兴趣，没有较为显著的参与感，不能满足学生的创新精神和综合素质的培养。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置及方法，解决现有技术中理论力学教学实验中存在的没有创新实验，学生缺乏兴趣的技术问题，通过游戏和对抗的方式极大地激发学生学习和参与的兴趣，满足理论力学模拟和教学实验需求，提高学生创新能力和综合素质。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，包括桌台支撑，设置在所述桌台支撑上方的旋转桌台，固定设置在所述旋转桌台侧边的靶标，固定在所述旋转桌台上的横梁，水平方向设置在所述旋转桌台上且竖直方向固定在所述横梁顶部的摄像装置，与所述摄像装置互联的显示记录装置以及固定支撑在所述旋转桌台上的激发装置。

4、进一步的，所述桌台支撑的形状为是圆形或方形或椭圆形或异形；所述桌台支撑的材质是金属制品或木质材料或钢筋混凝土材料或复合材料。

5、进一步的，所述靶标的形状和所述桌台支撑的形状相同；所述靶标的材质和所述桌台支撑的材质相同。

6、进一步的，所述横梁随所述旋转桌台同步转动，所述横梁的形状为圆弧形或方形或椭圆形或异形。

7、进一步的，所述激发装置内设有控制单元，所述激发装置采用线控或遥控或程控方式水平击发小球。

8、本发明还提供了一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验方法，包括以下步骤：

9、s1.力学科氏惯性力教学实验设定对抗场景，海战或陆战；

10、s2.将学习者进行合理教学实验分组，分组场景为一组进行目标打击或两组进行对抗打击；

11、s3.教学者和学习者进行教学实验总结，提升理论力学模拟和教学实验水平。

12、进一步的，所述s2包括以下步骤：

13、s21.分组场景一：将学习者进行合理教学实验分组，教学实验分组采用一组进行目标打击；

14、s22.分组场景二：将学习者进行合理教学实验分组，教学实验分组采用两组进行对抗打击。

15、进一步的，所述s21包括以下步骤：

16、s211.学习者选择炮台，即激发装置，布置炮台位置；

17、s212.教学者按需求设置靶标位置，设置旋转桌台角速度ω，并告知学习者；

18、s213.学习者测量必需数据，包括靶标位置参数l和旋转桌台半径r，结合旋转桌台角速度ω，计算得到小球击中靶标的初始速度vr，采用编程或列表计算；

19、s214.学习者根据旋转桌台角速度ω稳定场景，选择控制激发装置，击发使得小球获得计算初始速度vr；

20、s215.实验教学者判定是否集中靶标，成绩是否有效。

21、进一步的，所述s22包括以下步骤：

22、s221.教学实验分组为红方和蓝方，分别选择己方炮台，即激发装置，布置炮台位置；

23、s222.靶标分红方和蓝方设置，学习者讨论根据战术布置己方靶标位置；

24、s223.教学者设置旋转桌台角速度ω，角速度是恒定值或是ω(t)变化值，并告知所有教学实验分组的学习者；

25、s224.红方和蓝方的学习者测量必需数据，包括对方所有靶标位置参数l和旋转桌台半径r，结合旋转桌台的角速度ω或ω(t)，计算得到小球击中对方靶标的各种初始速度vr；

26、s225.红方和蓝方的学习者，分组讨论，并制定打击战术，优化出打击对方靶标的顺序和时机，可编程计算或列表计算；

27、s226.红方和蓝方学习者根据旋转桌台的角速度ω或ω(t)，选择控制激发装置，依照各自战术依次击发使得小球获得计算初始速度vr，击中对方靶标得分，最先击中对方所有靶标，判胜；

28、s227.实验教学者判定是否集中靶标，成绩是否有效。

29、进一步的，所述s3包括以下步骤：

30、s31.学习者组内讨论和分析，对方和己方靶标布置和激发时序战术的优势与问题，形成结论；

31、s32.游戏对抗根据需要设置多轮，双方根据对方的上一轮战术吸取经验教训，临时指定对策战术，采取回合制判胜负；

32、s33.教学者和学习者一起复盘，结合录像和计算结果，讨论理论力学知识点，提升理论力学模拟和教学实验水平。

33、采用上述技术方案，本发明具有以下优点：

34、本发明还提供了一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置及方法，相对传统理论力学课程实验主要的优势包括以下方面：

35、1.理论力学创新实验几乎没有现成可直接购买的仪器设备，创新实验在国内基本上属于起步阶段，仅有少数几所高校进了探索，该游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置可以填补理论力学创新实验装置的一些空白。

36、2.该游戏对抗式理论力学科氏惯性力实验装置，通过小球的运动可以清晰地演示出科氏惯性力影响因素，把一个抽象概念通过设计直观展示给学习者，把“看不见”的力，清晰演示出来形象化，极大地帮助学习者的学习。

37、3.该游戏对抗式理论力学科氏惯性力实验装置，不但可以演示验证科氏惯性力对运动的直观影响，而且可以显著地提高学习者的参与感，极大激发学习兴趣，达成学生的培养的创新精神、综合素质和价值情感的高阶目标，这些正是现阶段传统的教学实验难以达到的高阶教学目标。

38、4.该游戏对抗式理论力学科氏惯性力实验方法，可以让学习者在学习时，形成小组，进行同伴学习，有利于增进学习者之间的团结精神。

39、5.该游戏对抗式理论力学科氏惯性力实验方法，设置分组对抗和多回合制，还可培养学习者战术意识和临场应变能力。

技术特征：

1.一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，包括桌台支撑，设置在所述桌台支撑上方的旋转桌台，固定设置在所述旋转桌台侧边的靶标，固定在所述旋转桌台上的横梁，水平方向设置在所述旋转桌台上且竖直方向固定在所述横梁顶部的摄像装置，与所述摄像装置互联的显示记录装置以及固定支撑在所述旋转桌台上的激发装置。

2.根据权利要求1所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述桌台支撑的形状为是圆形或方形或椭圆形或异形；所述桌台支撑的材质是金属制品或木质材料或钢筋混凝土材料或复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述靶标的形状和所述桌台支撑的形状相同；所述靶标的材质和所述桌台支撑的材质相同。

4.根据权利要求1所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述横梁随所述旋转桌台同步转动，所述横梁的形状为圆弧形或方形或椭圆形或异形。

5.根据权利要求1所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述激发装置内设有控制单元，所述激发装置采用线控或遥控或程控方式水平击发小球。

6.一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述s2包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述s21包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述s22包括以下步骤：

10.根据权利要求6所述的一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置，其特征在于，所述s3包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置。该游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置包括桌台支撑，设置在所述桌台支撑上方的旋转桌台，固定设置在所述旋转桌台侧边的靶标，固定在所述旋转桌台上的横梁，摄像装置，与所述摄像装置互联的显示记录装置以及固定支撑在所述旋转桌台上的激发装置。本发明还公开了种游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验方法。该游戏对抗式理论力学科氏惯性力教学实验装置及方法通过游戏和对抗的方式极大地激发学生学习和参与的兴趣，满足理论力学模拟和教学实验需求，提高学生创新能力和综合素质。

技术研发人员：张凡榛,夏军,申志强,张博伦,杨利军,李海阳,王海涛
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5