固體力學基本知識精選(九篇)

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第1篇：固體力學基本知識范文

關鍵詞：爆炸力學；課程體系；課程建設

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）12-0206-02

《爆炸力學》是我院彈藥工程專業研究生最新開設的一本必修課，彈藥工程專業涵蓋彈藥裝備的可靠性、安全性、儲存性、測試性、保障性等研究領域，主要以彈藥裝備為對象，研究彈藥的系統設計、靶場試驗、作戰效能評估、維修銷毀、安全防護、戰場運用等內容。因此，彈藥工程領域都直接與彈藥爆炸相關，都很大程度上需要學習《爆炸力學》的相關知識，必須開設《爆炸力學》課程。

一、爆炸力學課程特點

爆炸力學是力學的一個分支，是流體力學、固體力學和物理學、化學之間的一門交叉學科。爆炸力學中的研究，常需要考慮力學因素和化學物理因素的耦合、流體特性和固體特性的耦合、載荷和介質的耦合等，這就為爆炸力學課程帶來以下特點[1，2]。

1.多學科的滲透和結合是爆炸力學主要內容的特點。這為爆炸力學的學習帶來一定的困難，需要學員擁有廣泛的多學科的知識儲備，并能將這些知識在學習中融會交融，用于分析爆炸中的力學及力學效應問題。

2.課程理論性強。比如炸藥的起爆爆轟過程、爆轟產物的飛散、沖擊波的形成和傳播、固體應力波形成傳播等知識具有很強的理論性，內容也比較抽象，部分內容甚至晦澀難懂，單純地進行理論分析和理論計算不能將授課內容形象地傳授給學員。

3.體系性強，內容環環相扣。必須系統地安排課程內容，才能保證獲得較好的學習效果。如圖1，要評估榴彈威力，就要分別對破片、爆轟產物、沖擊波等三個元素進行系統的研究，才能全面分析評估榴彈威力，對三個元素的研究又涉及爆轟產物的形成、飛散、拋射作用，以及沖擊波的形成、傳播和作用等方面，只有對這些彈藥爆炸知識進行系統地學習，才能夠解決榴彈威力評估這個工程問題。

二、課程教學面對的困難

1.學員理論基礎不足。從該專業的招生要求上看，生源應具備一定的力學、物理、安全科學、爆炸理論、控制技術、計算機技術等相關領域的知識，部分學員學習了火炸藥學和彈藥學的知識，相對來講，具備了一定的爆炸知識學習的基礎。但是，對于很好地學習爆炸力學基礎知識還有一定的差距。

2.需要注意培養學員理論知識與工程應用結合利用的能力。我院為工科院校，對彈藥工程專業學員的培養，是基于希望學員能夠利用所學的知識解決彈藥工程問題。在《爆炸力學》課程學習中，如何引導學員以力學的觀點和思維分析彈藥工程應用中出現的問題，準確查找問題出現的原因，并以此指導具體的工程應用和指揮管理，培養學員學以致用的意識和能力是必須注意和解決的問題。

3.教學資源缺乏。作為新建課程，需要建設大量的教學資源，雖然有多所其他院校已經開設《爆炸力學》課程，但由于院校培養目標的不同，整個課程體系構成基礎不同，教學環境和條件不同，學員基礎知識體系也不相同，不能簡單地將其他院校爆炸力學課程體系移植過來，必須構建符合我院培養目標的課程體系。

三、課程建設思路

針對《爆炸力學》課程特點，在課程建設過程中按照專業培養目標，注重理論與工程應用相結合，在授課效果追求上注意培養學員獨立學習爆炸力學知識的能力，培養學員進行系統學習理論知識的素質；在授課內容體系上，注意基礎知識的補充學習；在授課手段和方法上，以引導學員主動分析學習為主。具體做法有以下幾種。

1.積極開展教學研究。爆炸力學是力學的一個重要分支，已經形成了自己的理論基礎和理論系統，通過加強教學研究，開展與同類課程的深入比較，在掌握我院學員基礎知識體系，明確自身優勢和差距的基礎上，確定課程建設的目標、原則和總體思路，并建立完善的、符合教學目標的教學大綱，構建教學內容體系。

2.利用引進與自編相結合的方式建設立體化教材體系。首先繼承經典教材的基本思路和主要特色，積極引進先進、適用的優秀教材，通過對比研究，確定貼近教學內容的主教材，以學習指導、電子教案、數值模擬方法為主要內容的輔助教材，建立初步的立體化教材體系。根據授課實踐，結合研究獲得的教學理念、方法和手段，編寫新教材，建立特色的立體化教材體系。

3.充分結合教員隊伍建設，開發教學資源。組織老教員和掌握計算機應用技術的青年教員，進行教學資源開發建設。年輕教員通過與優秀教員共同制作教學網站、多媒體課件和編寫教材，熟悉教學規范和教學規律，夯實教學基礎。另一方面，在參加教學資源建設過程中，了解國內外專業教學現狀，吸收最新的教學研究成果，從而促進自主教學研究與改革能力的提高。

四、課程范疇

根據爆炸力學內涵，爆炸力學的本質特征是以力學的觀點方法研究爆炸現象，研究內容包括爆炸的發生和發展規律、爆炸的力學效應、對爆炸力學效應的防護等三個方面。由于爆炸可以是炸藥爆炸，亦可以是其他爆炸；爆炸的發生和發展規律研究可以前伸到炸藥的原子或分子等微觀層面，也可以停留在諸如起爆條件和爆轟產物狀態等宏觀層面；爆炸力學的力學效應可以止于直接效應（如空氣沖擊波），也可以后延至間接效應（如彈丸破片的擊穿作用）。但考慮到彈藥工程專業研究需要，且開設有諸如《彈丸終點效應》等相關課程，界定本課程的授課范疇為：（1）研究對象為炸藥爆炸，且以凝聚炸藥為主；（2）爆炸的發生和發展規律停留于爆轟過程宏觀層面，不研究化學反應過程，只研究穩定爆轟條件和爆轟產物狀態；（3）爆炸的力學效應止于直接效應即爆轟產物對直接接觸介質（彈體、空氣等）的機械效應，不研究熱效應和其他可能的效應，也不研究介質的后續效應；（4）不研究爆炸的力學效應防護問題，因其屬于爆炸的力學效應或彈丸終點效應的反面問題。

五、課程內容體系建設

主要包括爆炸基本理論以及爆炸后爆炸波在空氣、水、巖石等不同介質中傳播和衰減規律以及爆炸作用下固體介質的運動破裂情況。主要介紹爆炸的基本概念、固體中的應力波、爆炸及其在介質中的效應、空中爆炸理論及應用水中爆炸及應用和巖土中的爆炸理論及應用。內容安排如下。

1.基礎知識。簡要回顧張量和場論基礎知識，介紹爆炸現象和類別、炸藥基本特性與化學變化形式，約定爆炸力學內涵與研究范疇，介紹爆炸力學研究方法和發展簡史，為本課程的學習建立基本框架和共同語境。

2.氣體動力學基礎知識。簡要介紹氣體的物理性質、氣體的狀態參量與狀態方程、熱力學基礎、波與聲波，著重闡釋氣體的平面一維流動和平面正沖擊波，為學習爆轟過程和爆轟產物飛散等內容奠定基礎。

3.凝聚炸藥爆轟過程。簡要介紹炸藥起爆過程與穩定爆轟條件、均質炸藥起爆的熱爆炸理論、非均質炸藥起爆的熱點理論、燃燒向爆轟的轉變，著重闡釋凝聚炸藥爆轟參數計算，以揭示炸藥爆炸的發生和發展規律，為研究爆炸的力學效應奠定必要基礎。

4.爆轟產物的一維飛散與推進作用。主要介紹爆轟產物的一維飛散、接觸爆炸對剛性壁面的作用、接觸爆炸對剛性物體的一維拋射，簡要介紹彈丸破片初速計算，為研究爆炸的力學效應提供典型示范。

5.爆炸對固體的應力波作用。主要介紹爆炸對固體作用的基本現象、動載固體應力波基本知識、層裂機理與參數計算，為研究爆炸或其他沖擊載荷對固體物質的力學效應建立理論基礎。

6.空氣中爆炸沖擊波作用。主要介紹空氣中爆炸的基本現象、量綱理論與爆炸相似律、空氣沖擊波參數計算，為研究爆炸對高壓縮性流體物質的力學效應建立理論基礎。

7.密室介質中的爆炸作用。簡要介紹水中爆炸作用、土石介質中爆炸作用，為研究爆炸對密室介質的力學效應提供理論指導。

8.爆炸力學數值模擬計算。以實際案例為線索，概述數值模擬計算方法，介紹有限元分析軟件、算法選擇、網格構造與設置、材料模型及其選用，闡釋數值模擬計算的實驗驗證與修正等內容，為運用數值模擬方法研究解決爆炸力學問題提供理論指導和實踐示范[3]。

六、結論

在本課程的建設中，通過充分分析我院教學條件、教員素質和學員基礎知識結構等因素，牢牢抓住爆炸力學發展動態，結合學科專業特點，建立課程內容，完善教學手段，豐富教學資源，加強師資隊伍建設，充實實驗條件，建立具有網絡教學手段、虛擬試驗環境和實施交互式教學特色的課程體系，必定使學員能夠有目的性地學習、自主學習、探究學習，使學員在獲取知識的同時，提高認知能力和研究能力，培養學員的創新意識。并能夠通過課程的實踐教學建設，在使學員掌握課程理論知識和思維方法的基礎上，加強學員的實驗技能及理論聯系實際能力的培養。

參考文獻：

[1]惲壽榕，趙衡陽.爆炸力學[M].北京：國防工業出版社，2005.

第2篇：固體力學基本知識范文

2 實習目的：

讓我們從實踐中對這門自己即將從事的專業獲得一個感性認識，為今后專業課的學習打下堅實的基礎,為今后書本與實踐的結合打下基礎。實習中，將所學知識和實習內容互相驗證，并對一些實際問題加以分析和討論，使學生對建筑工程專業的基本知識有一個良好的感性認識，了解專業概況，為后續專業理論知識的學習奠定一個良好的基礎，同時，使學生對本行業的工作性質有一個初步的了解，培養學生對本專業的熱愛，強化學生的事業心和責任感，鞏固專業思想。通過實習讓我們對建筑物的規模,作用及特點有了初步的了解。

3 實習過程

(一)

實習時間：XX年06月22日

實習地點：**大學建筑技術示范基地

在實踐基地有各種建筑模型，散水，排水管，屋面桁架，植被屋面，保溫墻的三種做法等等。

種植屋面：在屋面防水層上付土覆土或鋪設鋸末、蛭石等松散材料，并種植植物，起到隔熱作用的屋面。鋼筋直螺紋接頭優點：接頭抗拉強度高，質量可靠，不燒傷鋼筋不減少有效截面面積，工序簡單，成本較低，施工安全，不污染環境。受氣候影響。能做到連續工作。施工工藝：購入成螺紋連接套筒并驗收合格，鋼筋斷料，斷頭切平。鋼筋螺紋滾壓成型鋼筋現場螺紋直接。空心砌塊磚：煤渣、煤矸石、尾礦渣、化工渣或天然砂、海涂泥等(以上原料的一種或數種)作為主要原料，不經高溫煅燒而制造的一種新型墻體材料稱之為免燒磚。由于該種材料強度高、耐久性好、尺寸標準、外形完整、色澤均一，具有古樸自然的外觀，可做清水墻也可以做任何外裝飾。因此，是一種取代粘土磚的極有發展前景的更新換代產品。

(二)

實習時間：XX年06月23日

實習地點：****再建商業區

建筑總面積為6300平方米。工程期三年零六個月，施工以基本完成，正在進行裝修階段。建筑采用框架結構，受力方式為梁板承重結構。花崗巖鋼架固定式貼墻，外觀美觀，堅固耐用。外墻是玻璃幕墻具有良好的隔聲﹑隔熱及保溫的功能。

點支式玻璃幕墻施工工藝流程：

(1)測量放線

(2)鋼結構制作安裝

(3)焊接處理

(4)接件安裝

(5)玻璃清洗及安裝

(6)調整打膠清洗

(7)檢查驗收

由于再建建筑間加了剛結構天橋，建筑局部將承受更多荷載，必須做加固處理。采用了粘貼鋼板和碳纖維方法加固。確保了天橋放置處梁及柱的安全。

(三)

實習時間：XX年06月24日

實習地點：****路生活區舊城改造工程

建筑物采用框架結構，承受結構由混凝土現澆而成，圍護構建是混凝土砌塊，地下二層，地上十八層。建筑面積11432平方米。墻體上預留洞一部分是支模板澆灌水泥時用來固定模板的，還有其它的洞眼是留做線路通道。樓梯口處樓板混凝土只留配筋，目的是以便工程驗收只用。由于砌塊澆注問題，出現了墻體局部不垂直，砂輪機將突出部分打磨掉，保證墻體的平整。

(四)

實習時間：XX年06月25日

實習地點：**大橋

**最大的城市橋梁工程，也時省內技術較為先進規模較大的城市橋梁，時也是配合**公園中再建景觀橋。全長220米，單跨100米，總寬55米。由市城建局項目部及施工方組織承建。

大橋采用拱型結構。主跨為剛管拱，主跨由四根預應力鋼絞固定，主跨兩側的拱為半拱，混凝土澆鑄而成。兩個半跨下面的柱子連接處加了抗震橡膠墊。從而減少地震力對橋身造成的破壞。橋面由左右兩個主跨用懸索支撐。圓弧鋼管用混凝土填充，該結構能抵抗更大的壓力和拉力，提高了整體的穩定性和強度。在大橋的主跨之間用大量的‘k’型鋼架固定。預防橋面左右晃動，增強了大橋的整體性。

(五)

實習時間：XX年06月26日

實習地點：**市**生態工業園區在建汽車裝配車間

廠房為南北兩跨結構，房頂鋼架由主次梁構成，主梁橫向，次梁縱向，次梁搭在主梁上。主次梁成矩形，結構簡單，受力合理。增強建筑的整體穩定性。

整個廠房由三排牛腿柱兩排屋架組裝而成，搭建單層雙跨廠房。堅固耐用，經濟合理。牛腿柱的安裝方法是澆鑄杯型基礎，再將預制的牛腿柱吊裝到基礎之中，

調整柱的位置，然后放置柳丁，用水泥砂漿灌縫填充固定。現場工人師傅正在預制鋼筋混凝土桁架屋頂。屋頂為三角形，每一個模型可做四個屋頂。不僅省時省力，而且減少了預制屋頂制作時的誤差。

(六)

實習時間：XX年06月29日

實習地點：六教101教室

觀看了關于力學的應用的資料片，主要講了在航空航天及水利工程領域上的應用。固體力學是力學中形成較早、理論性較強、應用較廣的一個分支，它主要研究可變形固體在外界因素(如載荷、溫度、濕度等)作用下，其內部各個質點所產生的位移、運動、應力、應變以及破壞等的規律。流體力學主要研究在各種力的作用下，流體的狀態，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態之間的相互作用的重要分支。計算力學是根據力學中的理論，利用現代電子計算機和各種數值方法，解決力學中的實際問題的一門新興學科。它橫貫力學的各個分支，不斷擴大各個領域中力學的研究和應用范圍，同時也在逐漸發展自己的理論和方法。

(七)

實習時間：XX年07月02日

實習地點：七教103教室

姚處長和馬主任給我做的講座。講了結構設計及求職技巧的相關知識。他們都是國家一級注冊結構工程師，首先馬主任為我們介紹了力學在實際工作中方方面面的問題，他主要提到了基礎兩個字，強調一定要把基礎打好。講了磚混結構，框架結構，剪力墻結構的承重及一些細部的知識，在設計計算中注意的問題，講了一些構件截面的設計等等在實際設計中的問題。

接下來姚處長又給我們講述了關于力學就業方面的相關問題。他主要負責中煤**設計院人力資源的工作，也負責在我們學校招生，有著豐富的經驗。他對力學專業的就業問題非常樂觀。給我們講了招聘單位在招人時通常注重哪些方面的問題，首先我們應該把基礎知識學好，招聘單位招人時主要看成績單上的數學，及理論力學，材料力學，結構力學的成績;講了面試的技巧，受益匪淺，最后是同學們問問題的時間，這是的同學們積極問兩位專家的問題，學生自由提問的時候，大家最關心的問題就是：“工程力學的就業前景和待遇怎么樣?”。老師當時就指出，工程力學不僅僅是純力學，還和工程問題相結合，不斷的強化自己，武裝自己。將來的激烈的競爭之中占有一席之地。

4 實習收獲

1碳纖維的加固應用——參觀**商業區

加固原理：鋼筋混凝土柱在承受軸向壓力時，構件是由于受到極限值非常小的橫向擴張引起的，如能在構件四周創造橫向約束，以阻止受壓構件的這種橫向擴張，從而提高構件抗壓承載力和變形能力。碳纖維加固適用范圍：碳纖維加固法可用于混凝土結構抗彎、抗剪加固，同時廣泛用于各類工業與民用建筑物、構造物的防震、防裂、防腐的補強。

碳纖維與傳統的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補強相比，具有節省空間，施工簡便，不需要現場固定設施，施工質量易保證，基本不增加結構尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點。另外，采用該工法，可大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此，碳素纖維作為劃時代的補強材料，而備受青睞和關注。

2框架—剪力墻結構——參觀**舊城改造工程

框架-剪力墻結構也稱框剪結構,這種結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻,構成靈活自由的使用空間,滿足不同建筑功能的要求,同樣又有足夠的剪力墻,有相當大的剛度,框架結構的受力特點,是由框架和剪力墻結構兩種不同的抗側力結構組成的新的受力形式,所以它的框架不同于純框架結構中的框架,剪力墻在框剪結構中也不同于剪力墻結構中的剪力墻.因為,在下部樓層,剪力墻的位移較小,它拉著框架按彎曲型曲線變形,剪力墻承受大部分水平力,上部樓層則相反,剪力墻位移越來越大,有外側的趨勢,而框架則有內收的趨勢,框架拉剪力墻按剪切型曲線變形,框架除了負擔外荷載產生的水平力外,還額外負擔了把剪力拉回來的附加水平力,剪力墻不但不承受荷載產生的水平力,還因為給框架一個附加水平力而承受負剪力,所以,上部樓層即使外荷載產生的樓層剪力很小,框架中也出現相當大的剪力.

3廠房結構特點和鋼結構特點——參觀**工業園區汽車裝配廠房

汽車裝配車間的廠房由對稱的兩部分組成.梯形屋架。有吊頂.并采用排架結構,排架結構中柱與屋架鉸接與基礎剛接,這種結構能承受較大的荷載,在冶金和機械廠房中應用廣泛.排架結構的廠房跨度大,高度較高.這種結構受力合理,建筑設計靈活,施工方便.包括橫向排架:屋架組成;縱向聯系構成:基礎梁,聯系梁,圈梁,吊頂梁等組成.而且對側面采光和天窗采光的情況及其屋面受力符合要求。

鋼結構的特點,其特點如下: 1材料強度高,在相同荷載和約束作用下,采用鋼結構時,結構的自重通常較小.當跨度和荷載相同時,剛架的重量只有鋼筋混泥土的1/4-1/3.所以鋼結構特別適用于跨度大.高度高.荷載大的結構也最適用于可移動,有拆裝要求的結構. 2.鋼材料的塑性和韌性好,由于鋼材料的塑性好,所以鋼結構在一般情況下不會因偶然超載或局部超載而斷裂.鋼材料的韌性好使鋼結構對荷載的適應性較強,鋼材料的這些性能對鋼結構的安全可靠提供了充分的保證. 3.鋼材料整體性好. 4.建筑用鋼材焊接性良好. 5.鋼結構制造簡單,施工方便,具有良好的裝配性. 6.鋼材的不滲漏適用于秘密閉的結構 7.鋼材料易于腐蝕.應采取防護措施. 8.鋼結構的耐熱性好,但防火性差.溫度變化時,廠房結構將產生溫度變形,所以當廠房面積尺寸很大時,為避免產生過大的溫度應力,應在廠房的橫向和縱向設置溫度縫

第3篇：固體力學基本知識范文

關鍵詞：熱質交換原理與設備；教學；課程；實踐

《熱質交換原理與設備》是建筑環境與設備工程專業的一門主干專業基礎課。本課程的系統學習，使學生掌握熱質傳遞的基本概念，掌握空氣熱質處理的各種方法及途徑以及本專業常見熱質交換熱備的熱工計算方法，并具有對相應設備進行性能評價和優化設計的初步能力，為進一步學習相關專業課程打下堅實的基礎。

一、《熱質交換原理與設備》課程內容

《熱質交換原理與設備》課程主要由兩大部分組成，即：熱質交換原理和熱質交換設備。其中，熱質交換原理部分主要包括傳質的基本概念及主要的傳質過程、固液相變熱質交換的基本原理及其在冰蓄冷技術中的應用、空氣熱質處理方法、途徑和機理；熱質交換設備部分主要介紹建筑環境與設備工程專業常見的熱質交換設備的形式與結構及相應的熱工計算。從總體來講，本課程具有概念多、理論性強、抽象性強的特點，又與工程實踐緊密結合。因此，在教學過程中，教師要始終把握本課程的體系結構，講清和夯實基本概念，注重學生理論思維能力的培養，還要將理論知識的講授與工程實際緊密結合，不斷拓寬學生的專業知識視野。只有這樣，學生才能更好的理解和掌握本課程的知識要點，并在工程實際中加以正確的應用。

二、《熱質交換原理與設備》課程教學實踐

1.教學內容和生活實際相結合，激發學生的學習興趣。愛因斯坦說：“興趣是最好的老師，老師則是點燃學生學習興趣的火炬。”因此，在《熱質交換原理與設備》的教學過程中，教師應將教學內容與生產生活實際緊密的聯系起來，努力的激發學生興趣。如在講授熱質傳遞的概念和方法時，可舉生活中炒黃豆的例子。教師首先設問：如何將黃豆炒的可口？爐火應采用大火、中火還是小火？同學們會給出各種各樣的答案，在對同學們給出的答案進行點評以后，教師可以給出自己答案，并將答案上升到炒黃豆的過程中，講授黃豆里面水分的質量傳遞和熱傳遞規律。教師甚至可以鼓勵學生根據所學的專業知識，建立相應的物理和數學模型，在教師的指導下，進行數值求解；并鼓勵大家回到家中，親身實踐一下。通過這個例子，學生對熱質傳遞過程及其本質有了更深層次的理解，對熱傳遞和質傳遞的速率的相對大小有了定性的了解。這還會使學生感受到熱質傳遞現象就在自己身邊，進而增強他們對學習本課程的興趣。因此，在《熱質交換原理與設備》的教學過程中，能否調動學生的學習興趣，關系到授課過程能否成功有效。在本課程的教學過程中有意識的激發學生對所學內容的興趣，就能使課堂教學效果得以強化。

2.教學內容與工程實際相結合，培養學生的工程應用觀點。我校建筑環境與設備工程專業的學生畢業后大部分將到建筑設計院（所）、空調公司、供熱公司、物業管理公司從事設計、技術產品的開發、設備運行及管理工作。《熱質交換原理與設備》作為建筑環境與設備工程專業的一門重要專業基礎課，在教學過程中培養學生工程應用的觀點是十分必要的。教師在教學過程中，應注重將《熱質交換原理與設備》的教學內容與供暖、通風、空調工程實際緊密結合。如在講解各章節知識的時候，應明確其工程實際背景，并根據教學內容附以必要的討論，增強學生所學理論知識與工程實際相結合能力。例題應盡量選取有明確工程背景的問題。解決問題的過程使學生熟悉如何獲取所需的數據，特別是教材圖表中參數的查取，并在計算過程中，使學生明確工程誤差的概念。

3.采用傳統授課形式與多媒體教學相結合的教學方式。充分利用多媒體課件信息量大，圖片清晰生動的特點，將抽象難懂的內容圖示化、形象化，提高學生學習的興趣和注意力，增強了理論的可接受性。對于教學重點和難點內容，如理論公式的推導等，我們采用板書的方式進行講解，在講解過程中，注重學生對教學內容的理解程度，并與學生互動，促使學生在整個推導過程中不斷思考，從而理解并掌握所學內容。在本課程的教學過程中，我們采用板書與多媒體教學相結合的教學方式，取得了很好的教學效果。

4.采用啟發式教學的教學方法。在本課程的授課過程中，我們主要采用啟發式教學方法，在教學過程中，充分體現以學生為主體，教師為主導，充分調動學生學習的積極性。如在講授質量傳遞過程的章節時，學生已經學習過《流體力學》和《傳熱學》課程，對動量傳遞過程及熱量傳遞過程有了一定的了解。因此在講解質量傳遞過程之前，應布置學生復習動量傳遞過程與熱量傳遞過程的基本知識。在講解完質量傳遞的內容后，教師應拋出問題：在自然界及生產生活領域，普遍存在的動量、熱量和質量傳遞現象，其內在聯系時什么？在學生討論和充分發表意見之后，教師對同學們的看法進行總結，并指出動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞這三種傳遞過程是可以類比的以及這三種傳遞過程在物理和數學描述及求解上的相似性。教師在此，還可舉例說明它們之間的類比性，如對于空氣的自然對流換熱系數直接測量比較困難，我們可以通過測量固體萘升華的傳質系數間接測量空氣自然對流的換熱系數。至此，同學們對這三種傳遞過程的類比統一性有了進一步的了解。

5.培養學生的實踐能力。實驗課的目的是將理論教學環節與實踐環節相結合，鍛煉學生的動手能力，以及將所學知識應用于實踐的能力。在實驗過程中，學生應分組獨立設計實驗過程、完成實驗操作，并且擁有對所取得的實驗數據進行理論分析，撰寫實驗報告的能力。我校已開設空氣熱（冷）回收實驗，未來還將開設與本課程有關的其他實驗，使本課程的實驗條件更加完善。

在《熱質交換原理與設備》課程的教學過程中，將教學內容與生產生活實際相結合，激發了學生的學習興趣；將教學內容與工程實際相結合，培養了學生的工程應用觀點；實驗課的開設，將培養學生將理論應用于實踐的能力。

參考文獻：

[1]連之偉，張寅平，陳寶明.熱質交換原理與設備[M].北京：中國建筑工業出版社，2001

[2]于文艷.熱質交換原理與設備課程教學研究[J].高等建筑教育，2008，17（6）：80-81.

第4篇：固體力學基本知識范文

關鍵詞：大學數學教育；數學建模；研究性教學

數學建模是利用數學思想去分析實際問題，建立相關模型并求解以解決實際問題的綜合運用，在我國，由教育部和中國工業與應用數學學會(CSIAM)聯合組織了全國大學生數學建模競賽，在過去的15年里取得了社會各界的廣泛認同和輝煌的成績。作為以工科(特別是電子信息科學)為主導的大學，電子科技大學的各級領導也十分重視數學建模的作用，以期使得學校的各個學科能交相呼應，取得共同的發展。在數學建模所取得的優秀成績和作為國家工科數學基地的基礎上，我們希望能將數學建模的思想更廣泛地融入大學數學教育當中，使得學生在學習到數學知識的同時，也會運用學習到的知識去分析及解決實際問題。

一、在大學數學教學中貫穿數學建模思想的必要性

1．科學研究的需要

實際上，數學本身就是產生于對實際問題的分析及抽象化，文藝復興之后，特別是微積分理論建立之后，對現實世界中的很多問題都可以通過適當的分析并建立模型，比如用MAXWELL方程組描述電磁學基本規律，Navier-Stokes方程為流體力學基本方程等，在適當的條件下(原問題為適定問題)利用計算機模擬便可以給出實際問題的解答。經過多年的發展，目前這種方法被成功應用于各個行業，是科學研究的一門基本工具。比如：

(1)天氣和氣候預報。氣候變暖是目前全球面臨的一個重要挑戰，如果有更精確的數據為依據，較好地預測全球氣候是如何變化的，就可以減少長期氣候變化的不確定性和各種自然災害對人們造成的損失和影響。要達到如此的精確就意味著要能用天氣預報對全球進行正確的預測，這在目前還是不可行的，因為這需要存儲海量的數據，需要超長的計算時間。因此，建立更有效的數學模型和提高計算性能便成為這一領域的核心問題。

(2)機械設計和交通控制。從有科學計算的早些日子開始，計算模式就已經用行器元件的性能分析和設計，比如飛機起降分析和機翼推力設計等。當計算變得更為有力和計算機功能變得更強大時，計算模擬已被用作整個設計過程中的必須工具。例如，波音777是第一種100％數字設計的噴氣式飛機，三維立體建模貫穿整個設計過程，飛機在電腦上預裝配，節約了全面裝配所需的巨額花費。在其他的機械系統設計過程中，比如機車，機器或機器人設計，計算機輔助設計(計算機模擬來觀測系統設計中的動態反應)已成為標準的處理方法。因為這可以大大減少構造和測試原型的需要。模擬技術不僅僅用來提高性能，也用來提高安全性和人類居住環境。由于操作者和硬件方面的限制，實時模擬目前面臨的實際挑戰是模型，算法和軟件的限制。這種情況在我國的城市交通路網管理上也已凸現。隨著模擬能力的提高(比如用在內燃機設計中的燃燒數字模擬技術)，數學建模和求解將在整個設計和分析過程中扮演越來越重要的角色。

(3)電子設計自動化。電子設計自動化和計算模擬早已有著共生的關系。現代電子系統(大多數顯然是微處理器)是極端復雜的。開發這樣的系統只有也惟有在建模和計算工具的幫助下才有可能，用這種方法來模擬和驗證系統設計過程中的每個部分。建模和計算在各種層次的電子設計中起著重要作用，從模擬制造半導體設備的各個過程，到模擬和驗證微處理器系統的計算機電路或設計超大規模集成電路。

(4)生物科學。模擬技術現在對生物和醫學科學正快速的變得不可或缺。模擬在醫學設各的發展中有重要作用，包括診斷(電磁，超聲波等)和人造器官設計(心臟，腎等)等。生物醫學光學主要依賴計算建模來檢測和治療。數學建模在把數學和生物學融合進基因科學(基因組測序，基因表達的定型，基因分類等)中起著基本作用。在這個領域需要大規模的模擬，建立復雜的數學模型，并用來發展新的理論／概念模型和理解分子水平的相互作用。

(5)材料科學。材料研究是發明新材料，制造和加工已有的材料使其更加完美，讓它們有我們想要的性能和環境反應。比如，對薄膜，有很多新的重要的應用，包括基于硅的微電子學，化合物半導體，光電設備，高溫超導體和光電系統，這種薄膜的制造對很多因素都是極為敏感的，生產過程可通過各種處理完成，比如化學蒸發和沉積(Chemical Vapor Deposition)。模擬是在理解這個過程時的基本工具，這要求用到先進的數學模型和計算技術。近年來，大規模復雜計算建模已經被用于設計高壓，高吞吐量的化學蒸發和沉積(CVD)反應器。為生產新型材料提供設各。

數學建模及計算在科學探索中也很重要，比如在天體物理學，量子力學，相對論，化學和分子生物學，以及實驗起來太困難和花費太大的等各種科學研究領域，計算建模都逐漸成為重要的研究方法。總之，絕大多數科學性學科都從數學建模中獲益。事實上，新的發現和模擬技術本身的不斷發展，已經形成了在科學研究中，以模擬，實驗和理論作為科學研究的基本模式。

2．人才市場的需要

在過去的十年間，信息和計算技術已成為帶動全球經濟增長的主要因素之一。美國自然科學和技術理事會不只一次的提到過，工業和自然科學實驗室關心的是，他們早已不能滿足大量增長的信息與計算技術培訓的需求。另外，聯邦部門，比如能源部的先進戰略加速計算部門(ASCI)和信息技術指導部都依賴于既有科學知識又具有計算知識的職員。這么多人對計算教育的需求是過去十年計算機處理能力的持續增長和計算機價格的不斷下降的共同結果。現在的學生能在計算機上玩電腦游戲，而十年前都認為這種性能的計算機只可能出現在政府部門的實驗室里。

計算機現在已經滲透到我們日常工作和生活的方方面面，并且影響著人才市場需求。這就需要把一些人放在要求的知識超出自身所受教育的崗位上。相應的，具有多種知識和專業技能可以提高一個人的市場競爭能力和獲得更多的工作機會。雇主愿意選擇這些受過多種課程教育的雇員，這意味著他們可以雇少量的人員，而這些人員可以長時間的勝任相應的工作。但是，要具有多種學位的話，不但花費昂貴，并且由于選修多門課程，還要耗費大量時間用于學習。相對地，由于這些要求或工作的一大共同點是(用數學思想)分析問題并建立模型(用計算機)求解，因此將數學建模的思想融入課堂教學可以為這些學生節約時間和金錢，可以培養他們用數學方法解決實際問題的素養和興趣，學生們積極參與其中，比他們僅僅是接受知識會學得更好，可以把原本不太投入的學生轉化成積極活躍主動的學習者，可以更好的勝任今后的各種工作崗位。

3．研究性教學的需要

雖然“數學建模”課程的教學已開展多年并于2006

年由四川省推薦申報國家級精品課程。數學建模也受到學生的廣泛認可和參與，但要看到的是這種教學本身依然是個案教學并且時間不長；傳統的數學知識講授主要集中在傳授理論上，學生的普遍認識僅僅局限于同學位相關，對于數學的應用，哪怕是在他們的專業方向的應用也一點不知，更遑論分析及解決實際問題。而在大學數學教學中貫穿數學建模思想是讓學生不但掌握數學基本知識，并且通過數學模型的應用來理解和領會科學。讓許多科學和數學概念更容易被學生接受和理解，而這些概念用原來的教學方法學生可能很難理解甚至無法理解。另外，這種教學方法本身便帶有研究性教學思想，更加符合國家的教育方針。數學建模教學自始至終提供學生感興趣的現實材料，如果可以在平時的教學中針對不同專業的學生講一些同其專業相關問題的數學解決方案并設置一些實際問題讓學生思考(類似麻省理工學院“偏微分方程數值解”課程的Mini Project)，這樣不但可以提高學生的學習興趣，也為其將來的學習和工作奠定良好的基礎。

二、實施方法

在平時的數學教學中如何做到所提供的材料學生感覺有興趣又能不脫離教學呢?

1．挖掘教材內涵，激發求知欲望

滲透數學建模思想教學的最大特點是聯系實際，作為數學選材并不難，數學應用意識始終貫穿在我們的教材中，只要我們深入鉆研教材，挖掘教材所蘊涵應用數學的材料，從中加以應用、推廣，結合不同的專業選編合適的實際問題、創設實際問題情境，多安排學生身邊的或具有專業性的問題，讓學生能體會到數學在解決問題時的實際應用價值，體會到所學知識的用途和好處，激發起學生的求知欲，同時在問題解決過程中學生能很好掌握知識，培養學生靈活運用和解決問題、分析問題的能力。如：學完概率與微積分后與學生探討下面問題：報童賣報紙的訣竅。報童每天清晨從報社購進報紙零售，晚上將沒有賣掉的報紙退回，設報紙每份的購進價為b，零售價為a，退回價為c，這就是說，報童售出一份報紙賺a-b，退回一份賠b-c，報童每天如果購進的報紙太少不夠賣的，會少賺錢；如果購進太多賣不完，將要賠錢，請你為報童籌劃一下，他應如何確定每天購進報紙的數量，以獲得最大的收入。這個問題在我們現實生活中有很多類似的問題，具有普遍性，值得深入探討，類似這樣的日常問題還有很多，都能激發同學們的興趣和動手操作、查找資料，培養學生的動手能力，解決分析問題能力。這正是數學建模教學所能達到的要求，也正是高等學校數學教學應做到的，用數學知識進行思考、分析，真正體驗到學習數學的價值，從而強化學習動機，激發學習熱情。

2．結合專業題材，強化應用意識

在電子科技大學，畢業生廣泛從事的是工程和科學的相關職業，對這些畢業生來說，三種重要的技能是解決科學問題，綜合信息和數學技能。這些技能對于從事軟件相關職業的畢業生也是非常重要的。對其數學教學必須以應用研究型為目的，體現“聯系實際、深化概念、內涵與應用并重”的思想，學數學主要是為了培養良好的分析及解決問題的思維方式并用來解決工作中出現的具體問題，這種要求決定了理解并使用數學的重要性。一些專業教材中(如《電磁場與波》)的問題都是現實中存在又必須解決的問題，正是數學建模教學的最佳材料。實際上現在有很多的諸如《數學物理》、《數學金融》、《生物數學》等《數學+x》教材，這些教材也是針對不同專業的學生選擇實際問題的較好材料。因此在大學數學教學中結合專業知識，據不同的專業選取不同的典型問題進行教學，舍去部分數學教材中純數學的例題，激起學生的興趣、求知欲，強化數學思維及數學應用意識，提高學生的專業能力。如：函數的分析作圖法對機械學院的學生可引用“圖解法和解析法高計盤形凸輪輪廓”的例子；微電子與固體電子學院的學生則可引用“材料拉伸過程的δ―ε：圖”專業知識習題；在講授微分方程時，對微電子與固體電子學院的學生可以穿插LRC回路方程的建模和求解，使得他們在學習“電路分析”等課程時可以更加得心應手。在講授函數的最值時，經濟學專業可選取最小投入、最大收益、利潤等典型例題，有條件的話可以讓學生課外調查物品進價、售價與銷售量的關系，尋找模擬函數，找出物品的最佳售價等。對數學系學生而言，在講授“數學分析”中可以穿插一些力學問題建模或經濟學問題，如Nash均衡等。通過接觸大量與專業有聯系的實例，能夠使學生建立正確的數學觀念，提高整體教學效果，拓寬學生的思路，提高學生分析并解決實際問題的能力，強化專業知識，提升人才培養的力度，為社會各界輸送高質量的人才，體現在大學數學教學中貫穿數學建模思想的價值，實現國家“科教興國”的戰略。

3．課程體系的建設

前面闡述的二點都可以歸結為在課堂教學中融入數學建模的思想，需要注意的是這些實施辦法對任課教師的要求更高，這不僅需要掌握本專業的內容，還要盡可能了解其他學科專業課程內容，搜集現實問題與熱門話題等等。比如，同樣是“微積分”，但學生所學專業卻差別很大，有通信、物理、化學、生物、地球科學，商業和金融等，而在這些領域數學建模運用又非常廣泛，要講好應用案例，就要求講課教師要不斷的吸取“微積分”在所講授專業的應用。這本身是一個雙贏的過程：一方面可以幫助教師的科學研究(比如筆者便利用課余時間同計算電磁學方向聯合研究)，對老師而言，這是一個需要耗費大量時間和精力的工作，這就需要老師自己有端正的態度及不斷學習新知識的理念。另一方面，這種教育也為學生鋪開了一個新的有價值的世界，學習到現代專業人員需要的工具和技術知識，獲得有價值的職業和科學研究技巧。當然，如果有好的教材，所有的工作都必將事半功倍。從國內的情況看，數學系的學生普遍僅僅限于學習純粹的數學理論，在理工科學校，這種情況要好些。以電子科技大學為例，在數學系開設了“電磁場與波”這門課程，毫不夸張地講，工程(自然)科學專業的專業課程基本上都是數學建模的一些案例。如廣泛利用微分方程建模的“電路分析”，對電磁場分析建模并建立MAXWELL方程組的“電磁場與波”等。這也在一個側面說明了在電子科技大學，工科學生的數學建模成績總是好于數學系學生的原因――數學建模的思想貫穿工科專業教學的整個過程。