固体力学基本知识精选(九篇)

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第1篇：固体力学基本知识范文

关键词：爆炸力学；课程体系；课程建设

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）12-0206-02

《爆炸力学》是我院弹药工程专业研究生最新开设的一本必修课，弹药工程专业涵盖弹药装备的可靠性、安全性、储存性、测试性、保障性等研究领域，主要以弹药装备为对象，研究弹药的系统设计、靶场试验、作战效能评估、维修销毁、安全防护、战场运用等内容。因此，弹药工程领域都直接与弹药爆炸相关，都很大程度上需要学习《爆炸力学》的相关知识，必须开设《爆炸力学》课程。

一、爆炸力学课程特点

爆炸力学是力学的一个分支，是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科。爆炸力学中的研究，常需要考虑力学因素和化学物理因素的耦合、流体特性和固体特性的耦合、载荷和介质的耦合等，这就为爆炸力学课程带来以下特点[1，2]。

1.多学科的渗透和结合是爆炸力学主要内容的特点。这为爆炸力学的学习带来一定的困难，需要学员拥有广泛的多学科的知识储备，并能将这些知识在学习中融会交融，用于分析爆炸中的力学及力学效应问题。

2.课程理论性强。比如炸药的起爆爆轰过程、爆轰产物的飞散、冲击波的形成和传播、固体应力波形成传播等知识具有很强的理论性，内容也比较抽象，部分内容甚至晦涩难懂，单纯地进行理论分析和理论计算不能将授课内容形象地传授给学员。

3.体系性强，内容环环相扣。必须系统地安排课程内容，才能保证获得较好的学习效果。如图1，要评估榴弹威力，就要分别对破片、爆轰产物、冲击波等三个元素进行系统的研究，才能全面分析评估榴弹威力，对三个元素的研究又涉及爆轰产物的形成、飞散、抛射作用，以及冲击波的形成、传播和作用等方面，只有对这些弹药爆炸知识进行系统地学习，才能够解决榴弹威力评估这个工程问题。

二、课程教学面对的困难

1.学员理论基础不足。从该专业的招生要求上看，生源应具备一定的力学、物理、安全科学、爆炸理论、控制技术、计算机技术等相关领域的知识，部分学员学习了火炸药学和弹药学的知识，相对来讲，具备了一定的爆炸知识学习的基础。但是，对于很好地学习爆炸力学基础知识还有一定的差距。

2.需要注意培养学员理论知识与工程应用结合利用的能力。我院为工科院校，对弹药工程专业学员的培养，是基于希望学员能够利用所学的知识解决弹药工程问题。在《爆炸力学》课程学习中，如何引导学员以力学的观点和思维分析弹药工程应用中出现的问题，准确查找问题出现的原因，并以此指导具体的工程应用和指挥管理，培养学员学以致用的意识和能力是必须注意和解决的问题。

3.教学资源缺乏。作为新建课程，需要建设大量的教学资源，虽然有多所其他院校已经开设《爆炸力学》课程，但由于院校培养目标的不同，整个课程体系构成基础不同，教学环境和条件不同，学员基础知识体系也不相同，不能简单地将其他院校爆炸力学课程体系移植过来，必须构建符合我院培养目标的课程体系。

三、课程建设思路

针对《爆炸力学》课程特点，在课程建设过程中按照专业培养目标，注重理论与工程应用相结合，在授课效果追求上注意培养学员独立学习爆炸力学知识的能力，培养学员进行系统学习理论知识的素质；在授课内容体系上，注意基础知识的补充学习；在授课手段和方法上，以引导学员主动分析学习为主。具体做法有以下几种。

1.积极开展教学研究。爆炸力学是力学的一个重要分支，已经形成了自己的理论基础和理论系统，通过加强教学研究，开展与同类课程的深入比较，在掌握我院学员基础知识体系，明确自身优势和差距的基础上，确定课程建设的目标、原则和总体思路，并建立完善的、符合教学目标的教学大纲，构建教学内容体系。

2.利用引进与自编相结合的方式建设立体化教材体系。首先继承经典教材的基本思路和主要特色，积极引进先进、适用的优秀教材，通过对比研究，确定贴近教学内容的主教材，以学习指导、电子教案、数值模拟方法为主要内容的辅助教材，建立初步的立体化教材体系。根据授课实践，结合研究获得的教学理念、方法和手段，编写新教材，建立特色的立体化教材体系。

3.充分结合教员队伍建设，开发教学资源。组织老教员和掌握计算机应用技术的青年教员，进行教学资源开发建设。年轻教员通过与优秀教员共同制作教学网站、多媒体课件和编写教材，熟悉教学规范和教学规律，夯实教学基础。另一方面，在参加教学资源建设过程中，了解国内外专业教学现状，吸收最新的教学研究成果，从而促进自主教学研究与改革能力的提高。

四、课程范畴

根据爆炸力学内涵，爆炸力学的本质特征是以力学的观点方法研究爆炸现象，研究内容包括爆炸的发生和发展规律、爆炸的力学效应、对爆炸力学效应的防护等三个方面。由于爆炸可以是炸药爆炸，亦可以是其他爆炸；爆炸的发生和发展规律研究可以前伸到炸药的原子或分子等微观层面，也可以停留在诸如起爆条件和爆轰产物状态等宏观层面；爆炸力学的力学效应可以止于直接效应（如空气冲击波），也可以后延至间接效应（如弹丸破片的击穿作用）。但考虑到弹药工程专业研究需要，且开设有诸如《弹丸终点效应》等相关课程，界定本课程的授课范畴为：（1）研究对象为炸药爆炸，且以凝聚炸药为主；（2）爆炸的发生和发展规律停留于爆轰过程宏观层面，不研究化学反应过程，只研究稳定爆轰条件和爆轰产物状态；（3）爆炸的力学效应止于直接效应即爆轰产物对直接接触介质（弹体、空气等）的机械效应，不研究热效应和其他可能的效应，也不研究介质的后续效应；（4）不研究爆炸的力学效应防护问题，因其属于爆炸的力学效应或弹丸终点效应的反面问题。

五、课程内容体系建设

主要包括爆炸基本理论以及爆炸后爆炸波在空气、水、岩石等不同介质中传播和衰减规律以及爆炸作用下固体介质的运动破裂情况。主要介绍爆炸的基本概念、固体中的应力波、爆炸及其在介质中的效应、空中爆炸理论及应用水中爆炸及应用和岩土中的爆炸理论及应用。内容安排如下。

1.基础知识。简要回顾张量和场论基础知识，介绍爆炸现象和类别、炸药基本特性与化学变化形式，约定爆炸力学内涵与研究范畴，介绍爆炸力学研究方法和发展简史，为本课程的学习建立基本框架和共同语境。

2.气体动力学基础知识。简要介绍气体的物理性质、气体的状态参量与状态方程、热力学基础、波与声波，着重阐释气体的平面一维流动和平面正冲击波，为学习爆轰过程和爆轰产物飞散等内容奠定基础。

3.凝聚炸药爆轰过程。简要介绍炸药起爆过程与稳定爆轰条件、均质炸药起爆的热爆炸理论、非均质炸药起爆的热点理论、燃烧向爆轰的转变，着重阐释凝聚炸药爆轰参数计算，以揭示炸药爆炸的发生和发展规律，为研究爆炸的力学效应奠定必要基础。

4.爆轰产物的一维飞散与推进作用。主要介绍爆轰产物的一维飞散、接触爆炸对刚性壁面的作用、接触爆炸对刚性物体的一维抛射，简要介绍弹丸破片初速计算，为研究爆炸的力学效应提供典型示范。

5.爆炸对固体的应力波作用。主要介绍爆炸对固体作用的基本现象、动载固体应力波基本知识、层裂机理与参数计算，为研究爆炸或其他冲击载荷对固体物质的力学效应建立理论基础。

6.空气中爆炸冲击波作用。主要介绍空气中爆炸的基本现象、量纲理论与爆炸相似律、空气冲击波参数计算，为研究爆炸对高压缩性流体物质的力学效应建立理论基础。

7.密室介质中的爆炸作用。简要介绍水中爆炸作用、土石介质中爆炸作用，为研究爆炸对密室介质的力学效应提供理论指导。

8.爆炸力学数值模拟计算。以实际案例为线索，概述数值模拟计算方法，介绍有限元分析软件、算法选择、网格构造与设置、材料模型及其选用，阐释数值模拟计算的实验验证与修正等内容，为运用数值模拟方法研究解决爆炸力学问题提供理论指导和实践示范[3]。

六、结论

在本课程的建设中，通过充分分析我院教学条件、教员素质和学员基础知识结构等因素，牢牢抓住爆炸力学发展动态，结合学科专业特点，建立课程内容，完善教学手段，丰富教学资源，加强师资队伍建设，充实实验条件，建立具有网络教学手段、虚拟试验环境和实施交互式教学特色的课程体系，必定使学员能够有目的性地学习、自主学习、探究学习，使学员在获取知识的同时，提高认知能力和研究能力，培养学员的创新意识。并能够通过课程的实践教学建设，在使学员掌握课程理论知识和思维方法的基础上，加强学员的实验技能及理论联系实际能力的培养。

参考文献：

[1]恽寿榕，赵衡阳.爆炸力学[M].北京：国防工业出版社，2005.

第2篇：固体力学基本知识范文

2 实习目的：

让我们从实践中对这门自己即将从事的专业获得一个感性认识，为今后专业课的学习打下坚实的基础,为今后书本与实践的结合打下基础。实习中，将所学知识和实习内容互相验证，并对一些实际问题加以分析和讨论，使学生对建筑工程专业的基本知识有一个良好的感性认识，了解专业概况，为后续专业理论知识的学习奠定一个良好的基础，同时，使学生对本行业的工作性质有一个初步的了解，培养学生对本专业的热爱，强化学生的事业心和责任感，巩固专业思想。通过实习让我们对建筑物的规模,作用及特点有了初步的了解。

3 实习过程

(一)

实习时间：XX年06月22日

实习地点：**大学建筑技术示范基地

在实践基地有各种建筑模型，散水，排水管，屋面桁架，植被屋面，保温墙的三种做法等等。

种植屋面：在屋面防水层上付土覆土或铺设锯末、蛭石等松散材料，并种植植物，起到隔热作用的屋面。钢筋直螺纹接头优点：接头抗拉强度高，质量可靠，不烧伤钢筋不减少有效截面面积，工序简单，成本较低，施工安全，不污染环境。受气候影响。能做到连续工作。施工工艺：购入成螺纹连接套筒并验收合格，钢筋断料，断头切平。钢筋螺纹滚压成型钢筋现场螺纹直接。空心砌块砖：煤渣、煤矸石、尾矿渣、化工渣或天然砂、海涂泥等(以上原料的一种或数种)作为主要原料，不经高温煅烧而制造的一种新型墙体材料称之为免烧砖。由于该种材料强度高、耐久性好、尺寸标准、外形完整、色泽均一，具有古朴自然的外观，可做清水墙也可以做任何外装饰。因此，是一种取代粘土砖的极有发展前景的更新换代产品。

(二)

实习时间：XX年06月23日

实习地点：****再建商业区

建筑总面积为6300平方米。工程期三年零六个月，施工以基本完成，正在进行装修阶段。建筑采用框架结构，受力方式为梁板承重结构。花岗岩钢架固定式贴墙，外观美观，坚固耐用。外墙是玻璃幕墙具有良好的隔声﹑隔热及保温的功能。

点支式玻璃幕墙施工工艺流程：

(1)测量放线

(2)钢结构制作安装

(3)焊接处理

(4)接件安装

(5)玻璃清洗及安装

(6)调整打胶清洗

(7)检查验收

由于再建建筑间加了刚结构天桥，建筑局部将承受更多荷载，必须做加固处理。采用了粘贴钢板和碳纤维方法加固。确保了天桥放置处梁及柱的安全。

(三)

实习时间：XX年06月24日

实习地点：****路生活区旧城改造工程

建筑物采用框架结构，承受结构由混凝土现浇而成，围护构建是混凝土砌块，地下二层，地上十八层。建筑面积11432平方米。墙体上预留洞一部分是支模板浇灌水泥时用来固定模板的，还有其它的洞眼是留做线路通道。楼梯口处楼板混凝土只留配筋，目的是以便工程验收只用。由于砌块浇注问题，出现了墙体局部不垂直，砂轮机将突出部分打磨掉，保证墙体的平整。

(四)

实习时间：XX年06月25日

实习地点：**大桥

**最大的城市桥梁工程，也时省内技术较为先进规模较大的城市桥梁，时也是配合**公园中再建景观桥。全长220米，单跨100米，总宽55米。由市城建局项目部及施工方组织承建。

大桥采用拱型结构。主跨为刚管拱，主跨由四根预应力钢绞固定，主跨两侧的拱为半拱，混凝土浇铸而成。两个半跨下面的柱子连接处加了抗震橡胶垫。从而减少地震力对桥身造成的破坏。桥面由左右两个主跨用悬索支撑。圆弧钢管用混凝土填充，该结构能抵抗更大的压力和拉力，提高了整体的稳定性和强度。在大桥的主跨之间用大量的‘k’型钢架固定。预防桥面左右晃动，增强了大桥的整体性。

(五)

实习时间：XX年06月26日

实习地点：**市**生态工业园区在建汽车装配车间

厂房为南北两跨结构，房顶钢架由主次梁构成，主梁横向，次梁纵向，次梁搭在主梁上。主次梁成矩形，结构简单，受力合理。增强建筑的整体稳定性。

整个厂房由三排牛腿柱两排屋架组装而成，搭建单层双跨厂房。坚固耐用，经济合理。牛腿柱的安装方法是浇铸杯型基础，再将预制的牛腿柱吊装到基础之中，

调整柱的位置，然后放置柳丁，用水泥砂浆灌缝填充固定。现场工人师傅正在预制钢筋混凝土桁架屋顶。屋顶为三角形，每一个模型可做四个屋顶。不仅省时省力，而且减少了预制屋顶制作时的误差。

(六)

实习时间：XX年06月29日

实习地点：六教101教室

观看了关于力学的应用的资料片，主要讲了在航空航天及水利工程领域上的应用。固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。流体力学主要研究在各种力的作用下，流体的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的重要分支。计算力学是根据力学中的理论，利用现代电子计算机和各种数值方法，解决力学中的实际问题的一门新兴学科。它横贯力学的各个分支，不断扩大各个领域中力学的研究和应用范围，同时也在逐渐发展自己的理论和方法。

(七)

实习时间：XX年07月02日

实习地点：七教103教室

姚处长和马主任给我做的讲座。讲了结构设计及求职技巧的相关知识。他们都是国家一级注册结构工程师，首先马主任为我们介绍了力学在实际工作中方方面面的问题，他主要提到了基础两个字，强调一定要把基础打好。讲了砖混结构，框架结构，剪力墙结构的承重及一些细部的知识，在设计计算中注意的问题，讲了一些构件截面的设计等等在实际设计中的问题。

接下来姚处长又给我们讲述了关于力学就业方面的相关问题。他主要负责中煤**设计院人力资源的工作，也负责在我们学校招生，有着丰富的经验。他对力学专业的就业问题非常乐观。给我们讲了招聘单位在招人时通常注重哪些方面的问题，首先我们应该把基础知识学好，招聘单位招人时主要看成绩单上的数学，及理论力学，材料力学，结构力学的成绩;讲了面试的技巧，受益匪浅，最后是同学们问问题的时间，这是的同学们积极问两位专家的问题，学生自由提问的时候，大家最关心的问题就是：“工程力学的就业前景和待遇怎么样?”。老师当时就指出，工程力学不仅仅是纯力学，还和工程问题相结合，不断的强化自己，武装自己。将来的激烈的竞争之中占有一席之地。

4 实习收获

1碳纤维的加固应用——参观**商业区

加固原理：钢筋混凝土柱在承受轴向压力时，构件是由于受到极限值非常小的横向扩张引起的，如能在构件四周创造横向约束，以阻止受压构件的这种横向扩张，从而提高构件抗压承载力和变形能力。碳纤维加固适用范围：碳纤维加固法可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。

碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料，而备受青睐和关注。

2框架—剪力墙结构——参观**旧城改造工程

框架-剪力墙结构也称框剪结构,这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙,构成灵活自由的使用空间,满足不同建筑功能的要求,同样又有足够的剪力墙,有相当大的刚度,框架结构的受力特点,是由框架和剪力墙结构两种不同的抗侧力结构组成的新的受力形式,所以它的框架不同于纯框架结构中的框架,剪力墙在框剪结构中也不同于剪力墙结构中的剪力墙.因为,在下部楼层,剪力墙的位移较小,它拉着框架按弯曲型曲线变形,剪力墙承受大部分水平力,上部楼层则相反,剪力墙位移越来越大,有外侧的趋势,而框架则有内收的趋势,框架拉剪力墙按剪切型曲线变形,框架除了负担外荷载产生的水平力外,还额外负担了把剪力拉回来的附加水平力,剪力墙不但不承受荷载产生的水平力,还因为给框架一个附加水平力而承受负剪力,所以,上部楼层即使外荷载产生的楼层剪力很小,框架中也出现相当大的剪力.

3厂房结构特点和钢结构特点——参观**工业园区汽车装配厂房

汽车装配车间的厂房由对称的两部分组成.梯形屋架。有吊顶.并采用排架结构,排架结构中柱与屋架铰接与基础刚接,这种结构能承受较大的荷载,在冶金和机械厂房中应用广泛.排架结构的厂房跨度大,高度较高.这种结构受力合理,建筑设计灵活,施工方便.包括横向排架:屋架组成;纵向联系构成:基础梁,联系梁,圈梁,吊顶梁等组成.而且对侧面采光和天窗采光的情况及其屋面受力符合要求。

钢结构的特点,其特点如下: 1材料强度高,在相同荷载和约束作用下,采用钢结构时,结构的自重通常较小.当跨度和荷载相同时,刚架的重量只有钢筋混泥土的1/4-1/3.所以钢结构特别适用于跨度大.高度高.荷载大的结构也最适用于可移动,有拆装要求的结构. 2.钢材料的塑性和韧性好,由于钢材料的塑性好,所以钢结构在一般情况下不会因偶然超载或局部超载而断裂.钢材料的韧性好使钢结构对荷载的适应性较强,钢材料的这些性能对钢结构的安全可靠提供了充分的保证. 3.钢材料整体性好. 4.建筑用钢材焊接性良好. 5.钢结构制造简单,施工方便,具有良好的装配性. 6.钢材的不渗漏适用于秘密闭的结构 7.钢材料易于腐蚀.应采取防护措施. 8.钢结构的耐热性好,但防火性差.温度变化时,厂房结构将产生温度变形,所以当厂房面积尺寸很大时,为避免产生过大的温度应力,应在厂房的横向和纵向设置温度缝

第3篇：固体力学基本知识范文

关键词：热质交换原理与设备；教学；课程；实践

《热质交换原理与设备》是建筑环境与设备工程专业的一门主干专业基础课。本课程的系统学习，使学生掌握热质传递的基本概念，掌握空气热质处理的各种方法及途径以及本专业常见热质交换热备的热工计算方法，并具有对相应设备进行性能评价和优化设计的初步能力，为进一步学习相关专业课程打下坚实的基础。

一、《热质交换原理与设备》课程内容

《热质交换原理与设备》课程主要由两大部分组成，即：热质交换原理和热质交换设备。其中，热质交换原理部分主要包括传质的基本概念及主要的传质过程、固液相变热质交换的基本原理及其在冰蓄冷技术中的应用、空气热质处理方法、途径和机理；热质交换设备部分主要介绍建筑环境与设备工程专业常见的热质交换设备的形式与结构及相应的热工计算。从总体来讲，本课程具有概念多、理论性强、抽象性强的特点，又与工程实践紧密结合。因此，在教学过程中，教师要始终把握本课程的体系结构，讲清和夯实基本概念，注重学生理论思维能力的培养，还要将理论知识的讲授与工程实际紧密结合，不断拓宽学生的专业知识视野。只有这样，学生才能更好的理解和掌握本课程的知识要点，并在工程实际中加以正确的应用。

二、《热质交换原理与设备》课程教学实践

1.教学内容和生活实际相结合，激发学生的学习兴趣。爱因斯坦说：“兴趣是最好的老师，老师则是点燃学生学习兴趣的火炬。”因此，在《热质交换原理与设备》的教学过程中，教师应将教学内容与生产生活实际紧密的联系起来，努力的激发学生兴趣。如在讲授热质传递的概念和方法时，可举生活中炒黄豆的例子。教师首先设问：如何将黄豆炒的可口？炉火应采用大火、中火还是小火？同学们会给出各种各样的答案，在对同学们给出的答案进行点评以后，教师可以给出自己答案，并将答案上升到炒黄豆的过程中，讲授黄豆里面水分的质量传递和热传递规律。教师甚至可以鼓励学生根据所学的专业知识，建立相应的物理和数学模型，在教师的指导下，进行数值求解；并鼓励大家回到家中，亲身实践一下。通过这个例子，学生对热质传递过程及其本质有了更深层次的理解，对热传递和质传递的速率的相对大小有了定性的了解。这还会使学生感受到热质传递现象就在自己身边，进而增强他们对学习本课程的兴趣。因此，在《热质交换原理与设备》的教学过程中，能否调动学生的学习兴趣，关系到授课过程能否成功有效。在本课程的教学过程中有意识的激发学生对所学内容的兴趣，就能使课堂教学效果得以强化。

2.教学内容与工程实际相结合，培养学生的工程应用观点。我校建筑环境与设备工程专业的学生毕业后大部分将到建筑设计院（所）、空调公司、供热公司、物业管理公司从事设计、技术产品的开发、设备运行及管理工作。《热质交换原理与设备》作为建筑环境与设备工程专业的一门重要专业基础课，在教学过程中培养学生工程应用的观点是十分必要的。教师在教学过程中，应注重将《热质交换原理与设备》的教学内容与供暖、通风、空调工程实际紧密结合。如在讲解各章节知识的时候，应明确其工程实际背景，并根据教学内容附以必要的讨论，增强学生所学理论知识与工程实际相结合能力。例题应尽量选取有明确工程背景的问题。解决问题的过程使学生熟悉如何获取所需的数据，特别是教材图表中参数的查取，并在计算过程中，使学生明确工程误差的概念。

3.采用传统授课形式与多媒体教学相结合的教学方式。充分利用多媒体课件信息量大，图片清晰生动的特点，将抽象难懂的内容图示化、形象化，提高学生学习的兴趣和注意力，增强了理论的可接受性。对于教学重点和难点内容，如理论公式的推导等，我们采用板书的方式进行讲解，在讲解过程中，注重学生对教学内容的理解程度，并与学生互动，促使学生在整个推导过程中不断思考，从而理解并掌握所学内容。在本课程的教学过程中，我们采用板书与多媒体教学相结合的教学方式，取得了很好的教学效果。

4.采用启发式教学的教学方法。在本课程的授课过程中，我们主要采用启发式教学方法，在教学过程中，充分体现以学生为主体，教师为主导，充分调动学生学习的积极性。如在讲授质量传递过程的章节时，学生已经学习过《流体力学》和《传热学》课程，对动量传递过程及热量传递过程有了一定的了解。因此在讲解质量传递过程之前，应布置学生复习动量传递过程与热量传递过程的基本知识。在讲解完质量传递的内容后，教师应抛出问题：在自然界及生产生活领域，普遍存在的动量、热量和质量传递现象，其内在联系时什么？在学生讨论和充分发表意见之后，教师对同学们的看法进行总结，并指出动量传递、热量传递和质量传递这三种传递过程是可以类比的以及这三种传递过程在物理和数学描述及求解上的相似性。教师在此，还可举例说明它们之间的类比性，如对于空气的自然对流换热系数直接测量比较困难，我们可以通过测量固体萘升华的传质系数间接测量空气自然对流的换热系数。至此，同学们对这三种传递过程的类比统一性有了进一步的了解。

5.培养学生的实践能力。实验课的目的是将理论教学环节与实践环节相结合，锻炼学生的动手能力，以及将所学知识应用于实践的能力。在实验过程中，学生应分组独立设计实验过程、完成实验操作，并且拥有对所取得的实验数据进行理论分析，撰写实验报告的能力。我校已开设空气热（冷）回收实验，未来还将开设与本课程有关的其他实验，使本课程的实验条件更加完善。

在《热质交换原理与设备》课程的教学过程中，将教学内容与生产生活实际相结合，激发了学生的学习兴趣；将教学内容与工程实际相结合，培养了学生的工程应用观点；实验课的开设，将培养学生将理论应用于实践的能力。

参考文献：

[1]连之伟，张寅平，陈宝明.热质交换原理与设备[M].北京：中国建筑工业出版社，2001

[2]于文艳.热质交换原理与设备课程教学研究[J].高等建筑教育，2008，17（6）：80-81.

第4篇：固体力学基本知识范文

关键词：大学数学教育；数学建模；研究性教学

数学建模是利用数学思想去分析实际问题，建立相关模型并求解以解决实际问题的综合运用，在我国，由教育部和中国工业与应用数学学会(CSIAM)联合组织了全国大学生数学建模竞赛，在过去的15年里取得了社会各界的广泛认同和辉煌的成绩。作为以工科(特别是电子信息科学)为主导的大学，电子科技大学的各级领导也十分重视数学建模的作用，以期使得学校的各个学科能交相呼应，取得共同的发展。在数学建模所取得的优秀成绩和作为国家工科数学基地的基础上，我们希望能将数学建模的思想更广泛地融入大学数学教育当中，使得学生在学习到数学知识的同时，也会运用学习到的知识去分析及解决实际问题。

一、在大学数学教学中贯穿数学建模思想的必要性

1．科学研究的需要

实际上，数学本身就是产生于对实际问题的分析及抽象化，文艺复兴之后，特别是微积分理论建立之后，对现实世界中的很多问题都可以通过适当的分析并建立模型，比如用MAXWELL方程组描述电磁学基本规律，Navier-Stokes方程为流体力学基本方程等，在适当的条件下(原问题为适定问题)利用计算机模拟便可以给出实际问题的解答。经过多年的发展，目前这种方法被成功应用于各个行业，是科学研究的一门基本工具。比如：

(1)天气和气候预报。气候变暖是目前全球面临的一个重要挑战，如果有更精确的数据为依据，较好地预测全球气候是如何变化的，就可以减少长期气候变化的不确定性和各种自然灾害对人们造成的损失和影响。要达到如此的精确就意味着要能用天气预报对全球进行正确的预测，这在目前还是不可行的，因为这需要存储海量的数据，需要超长的计算时间。因此，建立更有效的数学模型和提高计算性能便成为这一领域的核心问题。

(2)机械设计和交通控制。从有科学计算的早些日子开始，计算模式就已经用行器元件的性能分析和设计，比如飞机起降分析和机翼推力设计等。当计算变得更为有力和计算机功能变得更强大时，计算模拟已被用作整个设计过程中的必须工具。例如，波音777是第一种100％数字设计的喷气式飞机，三维立体建模贯穿整个设计过程，飞机在电脑上预装配，节约了全面装配所需的巨额花费。在其他的机械系统设计过程中，比如机车，机器或机器人设计，计算机辅助设计(计算机模拟来观测系统设计中的动态反应)已成为标准的处理方法。因为这可以大大减少构造和测试原型的需要。模拟技术不仅仅用来提高性能，也用来提高安全性和人类居住环境。由于操作者和硬件方面的限制，实时模拟目前面临的实际挑战是模型，算法和软件的限制。这种情况在我国的城市交通路网管理上也已凸现。随着模拟能力的提高(比如用在内燃机设计中的燃烧数字模拟技术)，数学建模和求解将在整个设计和分析过程中扮演越来越重要的角色。

(3)电子设计自动化。电子设计自动化和计算模拟早已有着共生的关系。现代电子系统(大多数显然是微处理器)是极端复杂的。开发这样的系统只有也惟有在建模和计算工具的帮助下才有可能，用这种方法来模拟和验证系统设计过程中的每个部分。建模和计算在各种层次的电子设计中起着重要作用，从模拟制造半导体设备的各个过程，到模拟和验证微处理器系统的计算机电路或设计超大规模集成电路。

(4)生物科学。模拟技术现在对生物和医学科学正快速的变得不可或缺。模拟在医学设各的发展中有重要作用，包括诊断(电磁，超声波等)和人造器官设计(心脏，肾等)等。生物医学光学主要依赖计算建模来检测和治疗。数学建模在把数学和生物学融合进基因科学(基因组测序，基因表达的定型，基因分类等)中起着基本作用。在这个领域需要大规模的模拟，建立复杂的数学模型，并用来发展新的理论／概念模型和理解分子水平的相互作用。

(5)材料科学。材料研究是发明新材料，制造和加工已有的材料使其更加完美，让它们有我们想要的性能和环境反应。比如，对薄膜，有很多新的重要的应用，包括基于硅的微电子学，化合物半导体，光电设备，高温超导体和光电系统，这种薄膜的制造对很多因素都是极为敏感的，生产过程可通过各种处理完成，比如化学蒸发和沉积(Chemical Vapor Deposition)。模拟是在理解这个过程时的基本工具，这要求用到先进的数学模型和计算技术。近年来，大规模复杂计算建模已经被用于设计高压，高吞吐量的化学蒸发和沉积(CVD)反应器。为生产新型材料提供设各。

数学建模及计算在科学探索中也很重要，比如在天体物理学，量子力学，相对论，化学和分子生物学，以及实验起来太困难和花费太大的等各种科学研究领域，计算建模都逐渐成为重要的研究方法。总之，绝大多数科学性学科都从数学建模中获益。事实上，新的发现和模拟技术本身的不断发展，已经形成了在科学研究中，以模拟，实验和理论作为科学研究的基本模式。

2．人才市场的需要

在过去的十年间，信息和计算技术已成为带动全球经济增长的主要因素之一。美国自然科学和技术理事会不只一次的提到过，工业和自然科学实验室关心的是，他们早已不能满足大量增长的信息与计算技术培训的需求。另外，联邦部门，比如能源部的先进战略加速计算部门(ASCI)和信息技术指导部都依赖于既有科学知识又具有计算知识的职员。这么多人对计算教育的需求是过去十年计算机处理能力的持续增长和计算机价格的不断下降的共同结果。现在的学生能在计算机上玩电脑游戏，而十年前都认为这种性能的计算机只可能出现在政府部门的实验室里。

计算机现在已经渗透到我们日常工作和生活的方方面面，并且影响着人才市场需求。这就需要把一些人放在要求的知识超出自身所受教育的岗位上。相应的，具有多种知识和专业技能可以提高一个人的市场竞争能力和获得更多的工作机会。雇主愿意选择这些受过多种课程教育的雇员，这意味着他们可以雇少量的人员，而这些人员可以长时间的胜任相应的工作。但是，要具有多种学位的话，不但花费昂贵，并且由于选修多门课程，还要耗费大量时间用于学习。相对地，由于这些要求或工作的一大共同点是(用数学思想)分析问题并建立模型(用计算机)求解，因此将数学建模的思想融入课堂教学可以为这些学生节约时间和金钱，可以培养他们用数学方法解决实际问题的素养和兴趣，学生们积极参与其中，比他们仅仅是接受知识会学得更好，可以把原本不太投入的学生转化成积极活跃主动的学习者，可以更好的胜任今后的各种工作岗位。

3．研究性教学的需要

虽然“数学建模”课程的教学已开展多年并于2006

年由四川省推荐申报国家级精品课程。数学建模也受到学生的广泛认可和参与，但要看到的是这种教学本身依然是个案教学并且时间不长；传统的数学知识讲授主要集中在传授理论上，学生的普遍认识仅仅局限于同学位相关，对于数学的应用，哪怕是在他们的专业方向的应用也一点不知，更遑论分析及解决实际问题。而在大学数学教学中贯穿数学建模思想是让学生不但掌握数学基本知识，并且通过数学模型的应用来理解和领会科学。让许多科学和数学概念更容易被学生接受和理解，而这些概念用原来的教学方法学生可能很难理解甚至无法理解。另外，这种教学方法本身便带有研究性教学思想，更加符合国家的教育方针。数学建模教学自始至终提供学生感兴趣的现实材料，如果可以在平时的教学中针对不同专业的学生讲一些同其专业相关问题的数学解决方案并设置一些实际问题让学生思考(类似麻省理工学院“偏微分方程数值解”课程的Mini Project)，这样不但可以提高学生的学习兴趣，也为其将来的学习和工作奠定良好的基础。

二、实施方法

在平时的数学教学中如何做到所提供的材料学生感觉有兴趣又能不脱离教学呢?

1．挖掘教材内涵，激发求知欲望

渗透数学建模思想教学的最大特点是联系实际，作为数学选材并不难，数学应用意识始终贯穿在我们的教材中，只要我们深入钻研教材，挖掘教材所蕴涵应用数学的材料，从中加以应用、推广，结合不同的专业选编合适的实际问题、创设实际问题情境，多安排学生身边的或具有专业性的问题，让学生能体会到数学在解决问题时的实际应用价值，体会到所学知识的用途和好处，激发起学生的求知欲，同时在问题解决过程中学生能很好掌握知识，培养学生灵活运用和解决问题、分析问题的能力。如：学完概率与微积分后与学生探讨下面问题：报童卖报纸的诀窍。报童每天清晨从报社购进报纸零售，晚上将没有卖掉的报纸退回，设报纸每份的购进价为b，零售价为a，退回价为c，这就是说，报童售出一份报纸赚a-b，退回一份赔b-c，报童每天如果购进的报纸太少不够卖的，会少赚钱；如果购进太多卖不完，将要赔钱，请你为报童筹划一下，他应如何确定每天购进报纸的数量，以获得最大的收入。这个问题在我们现实生活中有很多类似的问题，具有普遍性，值得深入探讨，类似这样的日常问题还有很多，都能激发同学们的兴趣和动手操作、查找资料，培养学生的动手能力，解决分析问题能力。这正是数学建模教学所能达到的要求，也正是高等学校数学教学应做到的，用数学知识进行思考、分析，真正体验到学习数学的价值，从而强化学习动机，激发学习热情。

2．结合专业题材，强化应用意识

在电子科技大学，毕业生广泛从事的是工程和科学的相关职业，对这些毕业生来说，三种重要的技能是解决科学问题，综合信息和数学技能。这些技能对于从事软件相关职业的毕业生也是非常重要的。对其数学教学必须以应用研究型为目的，体现“联系实际、深化概念、内涵与应用并重”的思想，学数学主要是为了培养良好的分析及解决问题的思维方式并用来解决工作中出现的具体问题，这种要求决定了理解并使用数学的重要性。一些专业教材中(如《电磁场与波》)的问题都是现实中存在又必须解决的问题，正是数学建模教学的最佳材料。实际上现在有很多的诸如《数学物理》、《数学金融》、《生物数学》等《数学+x》教材，这些教材也是针对不同专业的学生选择实际问题的较好材料。因此在大学数学教学中结合专业知识，据不同的专业选取不同的典型问题进行教学，舍去部分数学教材中纯数学的例题，激起学生的兴趣、求知欲，强化数学思维及数学应用意识，提高学生的专业能力。如：函数的分析作图法对机械学院的学生可引用“图解法和解析法高计盘形凸轮轮廓”的例子；微电子与固体电子学院的学生则可引用“材料拉伸过程的δ―ε：图”专业知识习题；在讲授微分方程时，对微电子与固体电子学院的学生可以穿插LRC回路方程的建模和求解，使得他们在学习“电路分析”等课程时可以更加得心应手。在讲授函数的最值时，经济学专业可选取最小投入、最大收益、利润等典型例题，有条件的话可以让学生课外调查物品进价、售价与销售量的关系，寻找模拟函数，找出物品的最佳售价等。对数学系学生而言，在讲授“数学分析”中可以穿插一些力学问题建模或经济学问题，如Nash均衡等。通过接触大量与专业有联系的实例，能够使学生建立正确的数学观念，提高整体教学效果，拓宽学生的思路，提高学生分析并解决实际问题的能力，强化专业知识，提升人才培养的力度，为社会各界输送高质量的人才，体现在大学数学教学中贯穿数学建模思想的价值，实现国家“科教兴国”的战略。

3．课程体系的建设

前面阐述的二点都可以归结为在课堂教学中融入数学建模的思想，需要注意的是这些实施办法对任课教师的要求更高，这不仅需要掌握本专业的内容，还要尽可能了解其他学科专业课程内容，搜集现实问题与热门话题等等。比如，同样是“微积分”，但学生所学专业却差别很大，有通信、物理、化学、生物、地球科学，商业和金融等，而在这些领域数学建模运用又非常广泛，要讲好应用案例，就要求讲课教师要不断的吸取“微积分”在所讲授专业的应用。这本身是一个双赢的过程：一方面可以帮助教师的科学研究(比如笔者便利用课余时间同计算电磁学方向联合研究)，对老师而言，这是一个需要耗费大量时间和精力的工作，这就需要老师自己有端正的态度及不断学习新知识的理念。另一方面，这种教育也为学生铺开了一个新的有价值的世界，学习到现代专业人员需要的工具和技术知识，获得有价值的职业和科学研究技巧。当然，如果有好的教材，所有的工作都必将事半功倍。从国内的情况看，数学系的学生普遍仅仅限于学习纯粹的数学理论，在理工科学校，这种情况要好些。以电子科技大学为例，在数学系开设了“电磁场与波”这门课程，毫不夸张地讲，工程(自然)科学专业的专业课程基本上都是数学建模的一些案例。如广泛利用微分方程建模的“电路分析”，对电磁场分析建模并建立MAXWELL方程组的“电磁场与波”等。这也在一个侧面说明了在电子科技大学，工科学生的数学建模成绩总是好于数学系学生的原因――数学建模的思想贯穿工科专业教学的整个过程。