固體力學基本知識范文

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篇1

力學可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分，靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題；運動學只考慮物體怎樣運動，不討論它與所受力的關系；動力學討論物體運動和所受力的關系。

力學也可按所研究對象區分為固體力學、流體力學和一般力學三個分支，流體包括液體和氣體；固體力學和流體力學可統稱為連續介質力學，它們通常都采用連續介質的模型。固體力學和流體力學從力學分出后，余下的部分組成一般力學。

一般力學通常是指以質點、質點系、剛體、剛體系為研究對象的力學，有時還把抽象的動力學系統也作為研究對象。一般力學除了研究離散系統的基本力學規律外，還研究某些與現代工程技術有關的新興學科的理論。

一般力學、固體力學和流體力學這三個主要分支在發展過程中，又因對象或模型的不同出現了一些分支學科和研究領域。屬于一般力學的有理論力學(狹義的)、分析力學、外彈道學、振動理論、剛體動力學、陀螺力學、運動穩定性等；屬于固體力學的有材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學等；流體力學是由早期的水力學和水動力學這兩個風格迥異的分支匯合而成，現在則有空氣動力學、氣體動力學、多相流體力學、滲流力學、非牛頓流體力學等分支。各分支學科間的交*結果又產生粘彈性理論、流變學、氣動彈性力學等。

力學也可按研究時所采用的主要手段區分為三個方面：理論分析、實驗研究和數值計算。實驗力學包括實驗應力分析、水動力學實驗和空氣動力實驗等。著重用數值計算手段的計算力學，是廣泛使用電子計算機后才出現的，其中有計算結構力學、計算流體力學等。對一個具體的力學課題或研究項目，往往需要理論、實驗和計算這三方面的相互配合。

力學在工程技術方面的應用結果形成工程力學或應用力學的各種分支，諸如土力學、巖石力學、爆炸力學復合材料力學、工業空氣動力學、環境空氣動力學等。

力學和其他基礎科學的結合也產生一些交又性的分支，最早的是和天文學結合產生的天體力學。在20世紀特別是60年代以來，出現更多的這類交*分支，其中有物理力學、化學流體動力學、等離子體動力學、電流體動力學、磁流體力學、熱彈性力學、理性力學、生物力學、生物流變學、地質力學、地球動力學、地球構造動力學、地球流體力學等。

運動學發展簡史

運動學是理論力學的一個分支學科，它是運用幾何學的方法來研究物體的運動，通常不考慮力和質量等因素的影響。至于物體的運動和力的關系，則是動力學的研究課題。

用幾何方法描述物體的運動必須確定一個參照系，因此，單純從運動學的觀點看，對任何運動的描述都是相對的。這里，運動的相對性是指經典力學范疇內的，即在不同的參照系中時間和空間的量度相同，和參照系的運動無關。不過當物體的速度接近光速時，時間和空間的量度就同參照系有關了。這里的“運動”指機械運動，即物置的改變；所謂“從幾何的角度”是指不涉及物體本身的物理性質(如質量等)和加在物體上的力。

運動學主要研究點和剛體的運動規律。點是指沒有大小和質量、在空間占據一定位置的幾何點。剛體是沒有質量、不變形、但有一定形狀、占據空間一定位置的形體。運動學包括點的運動學和剛體運動學兩部分。掌握了這兩類運動，才可能進一步研究變形體(彈性體、流體等)的運動。

在變形體研究中，須把物體中微團的剛性位移和應變分開。點的運動學研究點的運動方程、軌跡、位移、速度、加速度等運動特征，這些都隨所選的參考系不同而異；而剛體運動學還要研究剛體本身的轉動過程、角速度、角加速度等更復雜些的運動特征。剛體運動按運動的特性又可分為：剛體的平動、剛體定軸轉動、剛體平面運動、剛體定點轉動和剛體一般運動。

運動學為動力學、機械原理(機械學)提供理論基礎，也包含有自然科學和工程技術很多學科所必需的基本知識。

運動學的發展歷史

運動學在發展的初期，從屬于動力學，隨著動力學而發展。古代，人們通過對地面物體和天體運動的觀察，逐漸形成了物體在空間中位置的變化和時間的概念。中國戰國時期在《墨經》中已有關于運動和時間先后的描述。亞里士多德在《物理學》中討論了落體運動和圓運動，已有了速度的概念。

伽利略發現了等加速直線運動中，距離與時間二次方成正比的規律，建立了加速度的概念。在對彈射體運動的研究中，他得出拋物線軌跡，并建立了運動(或速度)合成的平行四邊形法則，伽利略為點的運動學奠定了基礎。在此基礎上，惠更斯在對擺的運動和牛頓在對天體運動的研究中，各自獨立地提出了離心力的概念，從而發現了向心加速度與速度的二次方成正比、同半徑成反比的規律。

18世紀后期，由于天文學、造船業和機械業的發展和需要，歐拉用幾何方法系統地研究了剛體的定軸轉動和剛體的定點運動問題，提出了后人用他的姓氏命名的歐拉角的概念，建立了歐拉運動學方程和剛體有限轉動位移定理，并由此得到剛體瞬時轉動軸和瞬時角速度矢量的概念，深刻地揭示了這種復雜運動形式的基本運動特征。所以歐拉可稱為剛體運動學的奠基人。

此后，拉格朗日和漢密爾頓分別引入了廣義坐標、廣義速度和廣義動量，為在多維位形空間和相空間中用幾何方法描述多自由度質點系統的運動開辟了新的途徑，促進了分析動力學的發展。

19世紀末以來，為了適應不同生產需要、完成不同動作的各種機器相繼出現并廣泛使用，于是，機構學應運而生。機構學的任務是分析機構的運動規律，根據需要實現的運動設計新的機構和進行機構的綜合。現代儀器和自動化技術的發展又促進機構學的進一步發展，提出了各種平面和空間機構運動分析和綜合的問題，作為機構學的理論基礎，運動學已逐漸脫離動力學而成為經典力學中一個獨立的分支。

固體力學發展簡史

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。

固體力學研究的內容既有彈性問題，又有塑性問題；既有線性問題，又有非線性問題。在固體力學的早期研究中，一般多假設物體是均勻連續介質，但近年來發展起來的復合材料力學和斷裂力學擴大了研究范圍，它們分別研究非均勻連續體和含有裂紋的非連續體.

自然界中存在著大至天體，小至粒子的固態物體和各種固體力學問題。人所共知的山崩地裂、滄海桑田都與固體力學有關。現代工程中，無論是飛行器、船舶、坦克，還是房屋、橋梁、水壩、原子反應堆以及日用家具，其結構設計和計算都應用了固體力學的原理和計算方法。

由于工程范圍的不斷擴大和科學技術的迅速發展，固體力學也在發展，一方面要繼承傳統的有用的經典理論，另一方面為適應各們現代工程的特點而建立新的理論和方法。

固體力學的研究對象按照物體形狀可分為桿件、板殼、空間體、薄壁桿件四類。薄壁桿件是指長寬厚尺寸都不是同量級的固體物件。在飛行器、船舶和建筑等工程結構中都廣泛采用了薄壁桿件。

固體力學的發展歷史

萌芽時期 遠在公元前二千多年前，中國和世界其他文明古國就開始建造有力學思想的建筑物、簡單的車船和狩獵工具等。中國在隋開皇中期(公元591～599年)建造的趙州石拱橋，已蘊含了近代桿、板、殼體設計的一些基本思想。

隨著實踐經驗的積累和工藝精度的提高，人類在房屋建筑、橋梁和船舶建造方面都不斷取得輝煌的成就，但早期的關于強度計算或經驗估算等方面的許多資料并沒有流傳下來。盡管如此，這些成就還是為較早發展起來的固體力學理論，特別是為后來劃歸材料力學和結構力學那些理論奠定了基礎。

發展時期 實踐經驗的積累和17世紀物理學的成就，為固體力學理論的發展準備了條件。在18世紀，制造大型機器、建造大型橋梁和大型廠房這些社會需要，成為固體力學發展的推動力。

這期間，固體力學理論的發展也經歷了四個階段：基本概念形成的階段；解決特殊問題的階段；建立一般理論、原理、方法、數學方程的階段；探討復雜問題的階段。在這一時期，固體力學基本上是沿著研究彈性規律和研究塑性規律，這樣兩條平行的道路發展的，而彈性規律的研究開始較早。

彈性固體的力學理論是在實踐的基礎上于17世紀發展起來的。英國的胡克于1678年提出：物體的變形與所受外載荷成正比，后稱為胡克定律；瑞士的雅各布第一·伯努利在17世紀末提出關于彈性桿的撓度曲線的概念；而丹尼爾第一·伯努利于18世紀中期，首先導出棱柱桿側向振動的微分方程；瑞士的歐拉于1744年建立了受壓柱體失穩臨界值的公式，又于1757年建立了柱體受壓的微分方程，從而成為第一個研究穩定性問題的學者；法國的庫侖在1773年提出了材料強度理論，他還在1784年研究了扭轉問題并提出剪切的概念。這些研究成果為深入研究彈性固體的力學理論奠定了基礎。

法國的納維于1820年研究了薄板彎曲問題，并于次年發表了彈性力學的基本方程；法國的柯西于1822年給出應力和應變的嚴格定義，并于次年導出矩形六面體微元的平衡微分方程。柯西提出的應力和應變概念，對后來數學彈性理論，乃至整個固體力學的發展產生了深遠的影響。

法國的泊阿松于1829年得出了受橫向載荷平板的撓度方程；1855年，法國的圣維南用半逆解法解出了柱體扭轉和彎曲問題，并提出了有名的圣維南原理；隨后，德國的諾伊曼建立了三維彈性理論，并建立了研究圓軸縱向振動的較完善的方法；德國的基爾霍夫提出粱的平截面假設和板殼的直法線假設，他還建立了板殼的準確邊界條件并導出了平板彎曲方程；英國的麥克斯韋在19世紀50年代，發展了光測彈性的應力分析技術后，又于1864年對只有兩個力的簡單情況提出了功的互等定理，隨后，意大利的貝蒂于1872年對該定理加以普遍證明；意大利的卡斯蒂利亞諾于1873年提出了卡氏第一和卡氏第二定理；德國的恩蓋塞于1884年提出了余能的概念。

德國的普朗特于1903年提出了解扭轉問題的薄膜比擬法；鐵木辛柯在20世紀初，用能量原理解決了許多桿板、殼的穩定性問題；匈牙利的卡門首先建立了彈性平板非線性的基本微分方程，為以后研究非線性問題開辟了道路。

蘇聯的穆斯赫利什維利于1933年發表了彈性力學復變函數方法；美國的唐奈于同一年研究了圓柱形殼在扭力作用下的穩定性問題，并在后來建立了唐奈方程；弗呂格于1932年和1934年發表了圓柱形薄殼的穩定性和彎曲的研究成果；蘇聯的符拉索夫在1940年前后建立了薄壁桿、折板系、扁殼等二維結構的一般理論。

在飛行器、艦艇、原子反應堆和大型建筑等結構的高精度要求下，有很多學者參加了力學研究工作，并解決了大量復雜問題。此外，彈性固體的力學理論還不斷滲透到其他領域，如用于紡織纖維、人體骨骼、心臟、血管等方面的研究。

1773年庫侖提出土的屈服條件，這是人類定量研究塑性問題的開端。1864年特雷斯卡在對金屬材料研究的基礎上，提出了最大剪應力屈服條件，它和后來德國的光澤斯于1913年提出的最大形變比能屈服條件，是塑性理論中兩個最重要的屈服條件。19世紀60年代末、70年代初，圣維南提出塑性理論的基本假設，并建立了它的基本方程，他還解決了一些簡單的塑性變形問題。

現代固體力學時期 指的是第二次世界大戰以后的時期，這個時期固體力學的發展有兩個特征：一是有限元法和電子計算機在固體力學中得到廣泛應用；二是出現了兩個新的分支——斷裂力學和復合材料力學。

特納等人于1956年提出有限元法的概念后，有限元法發展很快，在固體力學中大量應用，解決了很多復雜的問題。

篇2

力學是一門基礎科學，它所闡明的規律帶有普遍的性質。力學又是一門技術科學，它是許多工程技術的理論基礎。土木工程是力學應用最早的工程領域之一[1]。對于土木工程專業的學生來說，力學課程是一類極為重要的專業基礎課，它不但影響學生對今后其他專業課程的理解，還將影響學生以后解決工程實際問題的能力。所以，對力學課程在土木工程專業的重要性進行研究，可以幫助培養出適宜于社會發展的合格的工程技術人員。

2土木工程專業主要設置的力學課程

根據土木工程專業培養計劃，四年本科期間，8學期內，共設置7門力學類課程。所以說，除了理論力學、材料力學和結構力學這“三大力學”之外，結合土木工程必須與流體接觸的特點，也設置了流體力學這樣的學科基礎課。另外，考慮到大三之后，土木工程專業學生有“建筑工程方向”、“地下工程方向”、“古建筑修復與保護工程方向（特色方向）”三個不同的發展方向，也設置了土力學、彈性力學與有限元基礎和巖石力學基礎這樣三門專業方向課程。

3各門力學課程的教學內容及特點

3.1理論力學

理論力學是研究物體機械運動一般規律的科學，是各門力學的基礎。它忽略一般物體的微小變形，建立在力作用下物體形狀、大小均不改變的剛體模型。主要講授內容分三個部分：淤靜力學部分。主要研究受力物體平衡時作用力所應滿足的條件；同時也研究物體受力的分析方法，以及力系簡化的方法等。于運動學部分。只從幾何的角度來研究物體的運動，而不研究引起物體運動的物理原因。盂動力學部分。研究受力物體的運動與作用力之間的關系。

3.2材料力學

材料力學以單個桿件作為主要研究對象，并且將其看作均勻、連續、各向同性的可變性固體。它研究桿件的拉、壓、彎、剪、扭變形特征，并對桿件進行強度、剛度及穩定性分析計算。

3.3流體力學

流體力學是研究流體的平衡和流動的機械運動規律及其在工程實際中應用的一門學科。流體力學研究的對象是流體，包括液體和氣體。

3.4結構力學

結構力學以桿件結構（包括梁、拱、桁架、剛架和組合結構等）為主要研究對象；研究在外力和其他外界因素作用下結構的內力和變形，結構的強度、剛度、穩定性和動力反應，以及結構的組成規律。

3.5土力學

土力學研究土的本構關系以及土與結構物相互作用的規律。土的本構關系，即土的應力、應變、強度和時間這四個變量之間的內在關系。

3.6彈性力學與有限元基礎

彈性力學研究彈性體由于受到外力作用或溫度變化以及支座沉陷等原因而發生的應力、變形和位移。它一方面對桿狀物件作進一步的、較精確的分析；另一方面，對板和殼，以及擋土墻、堤壩、地基等實體結構，加以研究。

3.7巖石力學基礎

巖石力學基礎主要研究巖石和巖體力學性能的一門學科，是探究巖石和巖體在其周圍環境（力場、溫度場、地下水等）發生變化后，作出響應的一門力學分支。其所研究的巖體，具有不連續性、各向異性和不均勻性的特征。

4力學課程在土木工程專業的重要性

力學是土木工程專業的技術基礎課，若缺乏對力學課程基本概念、物理意義和求解方法的深入理解，想真正掌握好相關專業課程，做好有關工程設計、施工、監理乃至進一步的科研工作，是不可想象的。

4.1對本科后續專業課程學習的影響

混凝土結構基本原理、鋼結構基本原理、基礎工程、土木工程施工技術、房屋砌體與混凝土結構設計、鋼結構設計、結構抗震設計、地基處理、深基坑工程、城市軌道交通工程、隧道工程、古建筑設計與保護技術等專業課程，都與力學課程有關，如不打好力學基礎，將無法真正掌握及應用好專業知識。例如在學習“混凝土結構基本原理”課程中受彎構件斜截面承載力計算這部分內容時，需首先了解斜裂縫出現的原因，這時就需利用材料力學主應力跡線的分析方法，在構件上取出微元體，來做截面主應力分析等。再如“鋼結構基本原理”課程，由于鋼材內部組織比較接近于勻質和各向同性體，而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的，所以鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合；在課程的學習過程中，經常會用到材料力學中的各種計算公式和計算理論等。除了這些專業課程，對于土木工程專業畢業設計這個實踐教學環節來說，力學知識也是非常重要的。就拿經常會出現的“混凝土框架結構設計”這種畢業設計題目來說，它分為結構布置、計算簡圖框架內力計算、框架內力組合、框架梁柱截面設計、現澆樓面板設計、基礎設計、樓梯結構設計計算和軟件計算這樣幾個部分。所以說，若不能利用力學基礎知識先進行結構計算簡圖的簡化和結構內力的計算，后面實際結構設計部分，均無法完成。

4.2對研究生階段學習的影響

畢業后，若繼續就讀本專業研究生，除了在研究生入學考試中可能會考核到材料力學、結構力學這樣的力學課程；在讀研期間，也將涉及更多更深入的力學課程，如應用彈塑性力學、塑性力學、連續介質力學、有限單元法、高等結構動力學等。如在本科階段沒有打下良好的基礎，將很難掌握這些課程。

4.3對就業后解決工程實踐問題的影響

力學知識在工程設計工作中的作用是不言而喻的。同樣，力學知識對于施工或監理等工作，也是不可或缺的。如預制樁在堆放時墊木位置和吊裝時吊點位置的確定，施工腳手架的安裝計算，施工模板拆除順序的確定，施工縫留設位置的確定，施工中鋼筋放置位置的確定等，都需要通過力學知識來確定。從事建筑施工或監理的工程技術人員，只有掌握了建筑力學的基本知識，才能懂得建筑物中各種構件的作用、受力情況、傳力途徑以及它們在各種力的作用下在什么條件下會產生什么樣的破壞。這樣，在施工中就能正確理解設計意圖，制定出合理的安全措施和質量保證措施，從而保證建筑施工過程中的絕對安全，確保工程質量，避免事故發生。

5對本科階段力學課程野教冶與野學冶兩方面的建議

力學課程內容繁多，概論抽象，在“教”與“學”兩方面都存在很多問題，容易使教師教起來用時多，任務緊；學生學起來難度大，負擔重，且容易出現書能看懂而求解問題無從下手的情況。

5.1教學方法建議

依據土木工程專業培養目標，考慮力學課程與相關專業課程的銜接性，整合力學課程教學內容。注重工程實踐教育，加強學科工程背景教學。培養學生創新意識，開展競賽活動，強化學生動手能力。引導學生參與教師科研活動，培養學生的科研意識。教學中運用案例教學，趣味教學，啟發式、探究式、研討式等教學方法。理論教學之余，也可簡要介紹結構力學求解器、ANSYS、ABAQUS、PKPM等計算軟件，加強學生在力學計算方面的綜合能力。

5.2學習方法建議

“教”與“學”相輔相成，無法分離。所以除了教師需運用不同的教學方法來提高學生的學習興趣之外，學生也需掌握合理的學習方法，以加強對教師教授知識的理解與滲透。第一，課前做好預習，課后加強復習。有效的預習，可以使學生在上課之前，了解自己即將要學的知識，這樣在課堂學習時，就可以對自己所學的東西做到心中有數；及時的復習，可以使學生及時消化課堂所學，以便深入了解所學知識，深入掌握。第二，善于積累，善于提問。本科教學不比高中教學，它講授新知識的時間往往多余復習舊知識的時間，所以，在學習的過程中，不能存在“猴子掰玉米”的現象，學了新的忘了舊的，而是要不停積累，不停學習；對于不懂的知識點，要善于提出疑問，問同學，問教師，問網絡，及時解答疑問，及時解決問題。第三，要加強練習。學習力學知識的過程中，不做一定數量的習題，將很難對基本概念和計算方法有深入的理解，也很難培養出好的計算能力，所以，要學以致用，加強練習。第四，善于創新，積極參與不同的實踐活動。教師教授的知識是有限的，在學習教師教授的方法之后，舉一反三，要自己善于發現問題，創新思維；積極參與各項社會實踐活動，如省大學生力學競賽、省大學生結構設計大賽等，將學到的力學知識應用到實際的大賽活動中，并且從實踐的過程中又學習新的力學知識，循環往復，提高自身的學習積極性；積極參與教師的科研項目，提高自身的研究思路和水平，也是加強自身力學思維的較好方法。

6結語

篇3

關鍵字：專業課教學；高分子物理；教學方法

【中圖分類號]】G420

目前，大學生的課程就其結構層次可分兩大類，一類是基礎課，包括為培養德、智、體全面發展的高級專門人才開設的各專業的共同課，即公共基礎課，和為了向學生講授與他們所學專業密切相關的一些基礎理論、基本知識和基本技能而開設的基礎課；另一類是專業課，這是為了向學生講授他們所學的本專業的理論、知識和技能的科學體系而開設的課程，體現了國家對專門人才在業務上面的特殊要求，是大學課程的中心部分。這兩類不同層次的課程在大學生的學習生活中都有一定地位，一方面基礎課是學好專業課的基礎，另一方面又要在此基礎上學好專業課，并學會運用專業理論知識去分析解決實際問題。因此專業課的學習在大學生學習過程中也是至關重要的。

高分子物理是高分子專業基礎課，在高分子材料科學中占有十分重要的地位。高分子物理學是研究高分子的結構與性能之間關系，并為高聚物成型加工理論基礎的一門科學。它是在材料力學、固體力學、流體力學、物理化學等學科基礎上發展起來的一門新興學科，因此對于化學專業學生學習具有一定難度。為了很好解決學生在學習中所遇到的問題，提高教學品質，我們在多年的教學中做了以下工作：

一.教材選取：

教材也稱課本，是教學內容的主要依據，是根據教學大綱編定的要求系統地反映學科內容的教學用書，是教學大綱的具體化，是實現一定教育目的的重要工具。它即為教師的教學提供了基本材料，也是學生學習科學文化知識的主要材料，是他們閱讀課外參考資料、研究學術問題的基礎。因此教材的選取直接影響著知識講授的深淺及教學品質的高低。

高分子物理這門課程國內尚無材，目前廣泛使用的教學用書分別是由何曼君、金日光、柯揚船主編的三種版本的"高分子物理"。為了提高學生對高分子物理知識掌握水準，增加應試能力，我們也采用了此教材，對于教學中遇到的問題，我們采用以下措施，一是將書中涉及的較難的數學問題，用較容易的數學知識重新推導，使學生容易聽懂；例如在推導高分子鏈的均方末端距時，采用的統計模型是三維無規行走。通過幾年的教學實踐，我們成功地采用了此教材。

二.課堂講授

教學是教師的教和學生的學相結合的共同活動。學生在教師有目的、有計畫的指導下，積極主動地掌握系統的科學文化基礎知識。課堂講授是當前我國高等學校班級教學的基本形式。它是在教師的主導下向學生傳遞知識資訊并控制學生掌握知識資訊的一種教學形式。在這種形式中，教師始終處于主導地位，因而使課程講授具有可控性強、系統性強、效率高和簡便易行等特點。

（一）知識的邏輯性

高分子物理學是研究高分子的結構與性能之間關系的科學，因此我們在教學中始終以突出這一宗旨來進行講授，我們首先講授高分子鏈的結構，然后講授高分子的溶液、電學等性能。在講授每一種性能時，我們都從高分子結構入手進行講授，定性地討論高分子的性能特點，用以揭示其內在的必然聯系。這種啟發式的教學方法效果很好。這種教學方法，增加了高分子物理學的邏輯性，提高學生對高分子物理學知識的掌握程度，培養學生運用專業知識獨立分析問題和解決問題的能力。

（二）本學科前沿科研知識的介紹

科研成果是無數科學工作者科研工作的結晶，是人類寶貴的知識財富，它標志科學發展的方向。結合本門課程的內容，介紹一些科研知識與成果，有利于學生對科研的基本知識和基本方法的掌握；有利于培養學生的科學思維方法的；有利于激起學生對從事科學研究的興趣和熱忱。

三.作業題篩選

教學這一特殊系統要達到預期效果，就要求教師的教學活動與學生接受資訊過程具有較高的同步性，這要求教師在整個教學過程中能及時、準確地獲得來自學生的回饋資訊。其主要形式是作業。為了更好地完成教學任務，加深學生對所學知識的理解和掌握，自開設這門課程以來，我們教師一直在做收集、整理并解答一些有特色的高分子物理習題的工作，裝訂成冊。

四.教學與實踐相結合

大學教學，不僅要在校內采用多種教學方法聯系實踐，使學生掌握的理論知識在一定程度上轉化為技能，更要注重組織學生參觀學習，幫助學生實現由學習向工作的過渡。

我們學校為地方性大學，大多數學生畢業后要充實到生產第一線，如何使學生畢業后，盡量縮短適應期，勝任所承擔的工作，也應是我們教學的一項重要任務。

首先，我們在課堂教學中，比較注重應用知識的講授，使學生學會如何運用所學知識去分析和解決實踐問題，并且我們正積極準備，擬開設塑膠、橡膠成型加工實驗課。

再者，參觀教學是根據教學目的，有計畫地組織學生對實際事物直接地觀察研究，使理論聯系實際的一種教學組織形式。這種教學形式使學生得到具體的知識，容易激發學生的學習興趣，深化所學的理論知識。

本專業根據教學內容的需要，已堅持多年用一周時間組織學生去哈爾濱塑膠五廠、哈爾濱塑膠九廠、哈爾濱玻璃鋼研究所、哈爾濱化學材料廠和哈爾濱特種塑膠廠參觀學習，請工廠技術人員現場講解塑膠薄膜、塑膠桶、塑膠電線、塑膠啤酒箱子等產品的生產加工過程，通過下廠參觀學習，加深了學生對所學知識的理解與掌握，開闊了學生視野，效果很好。

總之，采用以上諸做法，通過多年教學實踐，效果是顯著的。學生普遍反映，此門課程平時抓得緊、要求高，考試時不用劃重點、串線，學生知道復習重點，成績優劣與用功程度有關；再有，在完成課堂教學前提下，適時地組織學生下廠參觀學習，有利于學生深化科學文化知識的學習；增加學生的感性認識；增強學生適應社會的能力。同時也有利于應用型、復合型和創新型人才的培養。

參考文獻

[1]劉曉亞，郁文娟，陳明清。高分子材料與工程專業人才培養探索[J]，無錫教育學院學報，2003，（12）

篇4

關鍵詞：大學生；環境工程教育；實踐能力；培養模式改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）34-0029-02

高等學校擔負著為國家培養高素質人才的重任，在創業創新的大潮中，人才是創業創新、推動經濟社會發展最活躍的因素。教育要面向時代，歷史性地承擔起知識和技術創新的偉大使命，為創新創業提供強有力的智力支撐和人才保證[1]，如何讓學生擁有創新應用能力成為了人才培養的核心工作。

全國目前有14000多個工程教育專業，占高等學校專業總布點數的 ；工程專業類在校生超過400萬人，占全國本科總數的。這些數據清楚地告訴我們，工程教育的質量和水平高低直接關系到本科生的培養質量。教育界對工程教育非常關注，從工程師的培養目標、知識體系和培養模式等多方位進行積極的探討改進。

環境工程專業是一門將環境保護落實到工程措施上的綜合學科，是環境保護產業的理論和技術基礎。它的主要任務是培養學生的動手能力和解決實際工程問題的能力[2，3]，將來能為企事業單位解決生產生活過程中產生的污染問題[4]，對實踐能力要求較高，因此，本科教育應高度重視學生實踐能力的培養，加強創新能力和實踐應用能力，培養企事業單位急需的技術人才。目前很多院校在環境工程教育中上存在諸多不足，實踐教育弱化趨勢尤其明顯，與企業聯系不緊密，重“學”輕“術”，造成工程性缺失和創新性不足。為此，以環境工程學科為例探討實踐能力的培養意義重大。

一、環境工程專業本科生工程能力培養的社會背景

在科本生培養過程中，當前高等學校以工程能力提升為目標的培養模式改革面臨多方面的壓力。

1.工程教育認證。我國從2005年開始開展工程教育認證，使得一直強調的“提高教學質量”第一次有了明確合理的參照標準，幾乎所有相關院校都對參與工程教育認證表現出空前的熱情。申請工程教育認證的各高校要深化課堂教學改革，提高課堂教學質量。環境工程專業作為試點專業，在2007年下半年啟動了認證工作。工程教育認證作為保證教育質量的外部評估，由專門職業學會會同專業領域的教育工作者共同進行，以質量保證和質量改進為出發點，強調工程教育的基本質量要求，以提高工程人才培養對工業產業的適應性。

2.卓越工程師教育培養計劃。教育部為貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，培養造就一批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，2010年啟動了“卓越工程師教育培養計劃”，對全面提高工程教育人才培養質量具有十分重要的示范和引導作用。

3.大眾創業、萬眾創新的社會背景。2015年國務院關于大力推進大眾創業萬眾創新若干政策措施的意見，將推進創業創新作為發展的動力之源、富民之道、強國之策[5]。這相應對高校培養高素質應用型人才提出了更高要求，沒有創新的教育，就不可能有創新的人才。

4.環境污染的巨大壓力。我國目前處在經濟快速發展階段，面臨的環境問題復雜多樣，壓力巨大[6]，環境污染和生態破壞已經成為制約國民經濟發展和影響社會穩定的重要因素，人們已經意識到破壞生態環境的代價極大，對環境保護日益重視起來，國家已將保護生態環境納入經濟和社會發展的重大戰略之中[7]。隨著國家環境保護力度的加大，環保產業近年來得以快速發展，產業領域不斷拓展，技術和產品結構逐步優化升級，未來發展潛力巨大[8]，亟需具有良好職業能力的環境工程技術人才。

鑒于上述社會背景，基于社會需求和環境工程專業特點，以提升工程能力為目標，以教學改革創新為動力，創新教育模式勢在必行。

二、環境工程專業培養要求

環境工程專業作為一門交叉學科，與許多學科具有千絲萬縷的聯系?，F代環境工程所具有的科學性、社會性、實踐性、創新性、復雜性、本土性等特征日益突出，覆蓋面也不斷擴展。

在創新創業背景下，環境工程畢業生應當具有更為深厚的理論基礎知識、扎實的工程專業技能，還要具備創新應變能力、組織管理能力、終身學習能力。具體來看，畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力。

1.掌握環境基礎學科基本理論、基本知識。

2.掌握環境監測、環境影響評價、環境污染治理的原理、方法和技術。

3.具有環境工程與管理的基本理論、基本知識和設計能力。

4.熟悉國家環境自然資源保護、環境可持續發展、知識產權等有關政策和法律法規。

5.了解國內外環境科學、環境工程理論及技術前沿、生物工程技術的應用前景、環境科學的發展動態以及環境保護產業的發展動態。

6.具有一定科學研究和實際工作能力，具有一定的批判性思維能力。

7.掌握資料查詢、文獻檢索及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有一定的試驗設計，創造實驗條件的能力；歸納、整理、分析試驗結果，撰寫論文；參與學術交流的能力。

三、以工程能力提升為目標的環境工程課程體系改革

為適應社會發展需求、全面提高環境工程專業本科生的培養質量，我校以優化課程體系為核心，在課程建設方面按照“加強基礎、深化實踐”的原則來改進課程體系。課程體系構建如下。

1.學科基礎課的構成。除跨學科數學、物理、計算機基礎課外，重點以化學類課程（包括無機及分析化學、有機化學、物理化學、化學工程）為基礎課，凸顯我校環境工程專業在化學污染物監測治理方向基礎雄厚的特色，各課程都設置了相應的實驗課；此外，設置了生物生態類（包括環境微生物、環境生態學、生物化學）及工程類基礎課程（電工學、工程測量、土木工程施工、流體力學），目的是使學生具有扎實的工程應用基礎。

2.專業理論課的構成。主干課程為環境化學、環境監測、環境工程學，為使學生具有扎實的專業基礎，在水、氣、土壤、固廢、噪聲分別設置相應的污染控制技術專門課程。理論教學成為系統傳授環境工程專業知識的重要途徑。

3.專業實踐教學體系的構建。實踐教學是高校人才培養體系中的關鍵環節，是提升學生社會適應能力和就業競爭力的重要手段[9]。實踐教學環節是我校本科生培養計劃制定過程中重點改革內容，新制定的培養計劃中的實踐課程主要包括以下幾類：（1）化學化工類基礎課程實驗；（2）課程設計，包括水污染控制課程設計、大氣污染控制課程設計、固體廢物處理處置課程設計；（3）專業基礎課實驗，包括環境化學實驗、環境監測實驗、環境工程學實驗、環境工程微生物實驗，該類實驗以驗證性實驗為主，適當增加了設計性實驗；（4）集中實踐課程，利用三周進行環境工程綜合實驗，主要為綜合性、設計性實驗，實驗講義與學生方案設計相結合，進行工業廢水處理、生活廢水處理、水質綜合監測評價和數據的質量控制；（5）認識實習、生產實習和畢業實習，分別在二、三、四年級開設；（6）畢業論文（設計），利用第八學期，在教師指導下，學生獨立進行研究性實驗或工程項目方案設計。

上述各實踐環節層層遞進，形成了課程設計、驗證性實驗、綜合實驗、現場實習、畢業論文（設計）實踐能力五級培養模式，可明顯提升學生的實踐動手能力和工程設計能力。通過從模擬驗證，到綜合性、研究性實踐，最后完成獨立課題，逐步培養學生的動手能力和實踐能力。我校培養的學生動手能力強，在實驗室工作的適崗時間短，企業對學生的滿意度也有所提高。

從創新能力形成的原理來看，實踐是人的創新能力形成的唯一途徑，又是人的創新能力發展的動力，還是檢驗人的創新活動成果的唯一標準。實踐教學尤其是綜合性、研究性實踐環節，對提高學生實際動手能力和知識應用能力有著特殊的作用。

為進一步提高學生的工程應用能力，近年來，我們正在積極探索依托環保行業企業、面向社會的培養新途徑，加強與企業的合作，鼓勵學生參加社會實踐和應用型課題的科研訓練，收到了良好的效果。

四、結束語

提高大學生工程能力是高等院校人才培養的一項重要工作和一個系統工程，創新人才培養的核心在于培養方式，通過上述一系列課程建設手段，逐步構建符合社會發展和環境工程學科專業要求的課程體系，使學生掌握必備的知識和實踐技能，才能使培養高素質人才的目標得以落實。

參考文獻：

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[2]黃麗坤，王鑫，夏至，黎晨晨，徐忠，吳春.以提高實踐能力為目標的環境工程專業教學改革與探索[J].教育教學論壇，2015，（51）：97-98.

[3]孫紅文，戴樹桂，徐建，馬小東，汪磊，張彥峰.以重點學科為依托培養本科創新人才――南開大學環境化學創新人才的培養實踐[J].中國大學教學，2009，（7）：11-13.

[4]胡慶昊，韓照祥，馬衛興，陳文賓.淺談環境工程專業教學中實踐能力的培養[J].甘肅科技，2010，26（11）：176-177.

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[7]王金南，秦昌波，田超，程翠云，蘇潔瓊，蔣洪強.生態環境保護行政管理體制改革方案研究[J].中國環境管理，2015，（5）：9-14.

篇5

1．1課程體系內容全面，但與其他課程內容存在重疊現象根據教學大綱，大氣污染控制工程課程內容主要討論大氣污染氣象學、大氣擴散模式、顆粒污染物和SO2、NOX及揮發性有機氣體等氣態污染物控制技術基本理論、工藝與設備等．現行環境工程課程安排上存在部分知識體系重復現象，如該課程中氣態污染物凈化技術部分內容與《環境工程原理》中的凈化理論基礎知識包括除塵技術基礎理論、吸收法、吸附法的氣液傳質基本原理部分重復，其次與《環境工程設備》中的除塵裝置等內容也有交叉．此外，《環境影響評價學》中污染物擴散模型與本課程中的擴散模型原理一樣．因此，在教學中如何協調與其他課程的關系尤為重要．

1．2教材的內容滯后于學科發展隨著城市機動車的快速增長，我國城市大氣污染已由煤煙型污染向煤煙—機動車復合型污染轉變，增加了控制與治理的難度．《國家“十二五”環境保護規劃》將氮氧化物列入污染物減排的重要指標之一，新修訂的《環境空氣質量標準》增加了細顆粒物（PM2．5）和臭氧（O3）8小時濃度限值監測指標．實踐中，大氣污染控制的熱點在不斷轉換，應用技術更新更快，但相應教材卻未能及時反映一些新的環保技術，不利于學生對新知識的學習和適應社會發展的需要．

1．3課程以理論教學為主，實踐教學環節薄弱實踐教學環節薄弱是我國高校大氣污染控制工程教學的主要問題之一．由于受到實驗場所限制，部分實驗設備得不到及時更新，課程設計較多停留在理論上的計算，實際應用性有待加強．此外，我校環境工程在水污染控制、環境化學污染控制研究技術方面具有較強的科研實力和優勢，大氣污染治理科研項目數量遠少于廢水、土壤和固體廢物污染治理項目，科研實力相對薄弱，這也在一定程度上制約了大氣污染控制工程的科研教學實踐．為培養學生利用所學理論分析和解決實際工程中大氣污染防治問題的能力，迫切需要加強和改革大氣污染控制工程課程教學實踐環節．

2教學改革探索與方法創新

2．1整合教學內容，用活教材針對大氣污染控制工程與化學、物理、流體力學等基礎課程聯系密切的特點，注重教學內容安排上與這些基礎課程相關內容進行協調、整合．比如對傳質系數、傳質單元等一些重要數學公式內容的講授，依據“弱化推導，強調應用”原則，與基礎理論課程融會貫通，在課堂講解的基礎上，注重學生通過課后習題練習學會應用．為避免部分內容在原理上與《環境工程原理》、《環境影響評價學》等其他專業課程重復的現象，在充分理解這些課程的教學大綱基礎上，注重協調相關教學內容和重點．如環境影響評價學中涉及到的大氣污染擴散模式內容，略講解其原理和公式，著重其應用要點和范圍，詳略得當，充分發揮好課時短的教學效果．好的教材參考書能對教學效果起到事半功倍的作用．據對大氣污染控制工程的國內教材與國外教材（Noel•de•Nevers編著的《AirPollutionControlEngineering（SecondEdition）》）比較，國外教材在內容闡述、新穎性與生動性方面，尤其是在思考性、具體例證的真實性和學術性方面表現優異．在教學過程中，我們引進了上述英語原版教材《AirPollutionControlEngineering》的中譯本（2005年）作為主要教學參考書，制作教學課件，讓教材互通有無、揚長避短．

2．2優化課程內容結構體系，理清教學脈絡根據《大氣污染控制工程》教材特點，將教學內容結構體系分為原理性內容（基本知識）、應用性內容（技術原理）、工程性內容（工程工藝）和學科前沿四大部分，并將其優化成一個完整的體系進行教學（圖1）．時間順序上，按照“大氣的基本概況———全球與我國大氣污染的主要污染特征與發展形勢———主要大氣污染問題的控制技術”循序漸進方式開展教學；技術內容上，按照“大氣污染物來源———凈化控制技術———最新前沿技術與設備、原理及應用”主線講授；結構層次上，按照“凈化原理———凈化設備選型與設計———凈化工藝流程與優化”進行描述；學習目標上，強調有色行業廢氣污染物的控制與資源化利用，完善環境污染末端治理技術的同時積極發展清潔生產工藝，實現大氣污染物排放最大減量化．該教學結構體系既銜接了基礎知識，又將清潔生產與發展循環經濟的新理念引入教學中，引導學生掌握一些大氣污染控制新原理、新知識及相關新工藝，使學生能夠按照可持續發展原則解決生產中所遇到的大氣污染問題，學以致用．通過梳理課程內容結構體系，讓學生理解和把握教學脈絡，學習知識思路更清晰．

2．3豐富課堂教學方法和手段，提高教學實效采用多種教學手段和教學方法，激發學生學習興趣．對于較難講明白的污染凈化設備工作原理和設備組成部分，利用網絡資源、PPT軟件以及生產實習、企業調研的素材制作課程多媒體課件，并借助錄像和計算機仿真動畫演示，提高教學實效．積極開展交互式教學改革，嘗試采用指導———自學式教學法，要求學生課前預習，收集素材，讓他們自己在課堂上講解，通過展開討論及課堂提問檢查督促．在對各種控制技術進行講解時，以理論為基礎，鼓勵學生提出污染物控制的可能方法，教師加以評論，并指出這些方法的優缺點，提高學生的創新意識．此外，還讓學生參與多媒體課件的制作，培養學生對《大氣污染控制工程》知識點的歸納和加工能力．這樣極大地激發了學生的學習主動性，完善了教與學的互動體系，達到相應的教學效果．案例教學模式是一種深受學生歡迎的教學方法．在教學過程中對相關的應用實例，如大氣污染綜合防治模型、除塵技術應用實例、脫硫技術應用實例、氮氧化物的控制實例、工業氣體凈化實例等加以陳述，圖文結合，使學生的抽象思維與形象思維相結合，更容易理解．通過案例分析，也加強了各章節間的內在聯系和交叉滲透，取得了良好的教學效果．

2．4創新實踐教學培養環節，學以致用實踐教學主要包括實驗教學、生產實習和畢業論文設計等內容．針對教學實驗以驗證型和基本操作型實驗為主的現狀，我們將基本操作型實驗和驗證型實驗與綜合型實驗整合、優化，組成一個大的綜合型“三性實驗”（綜合性、設計性、研究探索性），具體包括給定試驗目的和內容，學生自己查閱文獻、制訂相應的試驗方案，提出解決方法，最終通過實驗來驗證自己的設計和預期效果．如將原來開設的單純利用市售TiO2納米材料光催化凈化揮發性有機污染物（VOCs）試驗，結合教師的科研成果，改為自制納米TiO2材料光催化凈化VOCs的創新型實驗，要求學生在查找文獻的基礎上，自行設計實驗、制備材料，再對TiO2材料進行表征及其凈化VOCs等全過程開展工作．該綜合型實驗使學生既認識到納米技術在大氣保護領域的實際應用潛力，又深入了解納米材料組成結構特點及催化性質，以及大氣污染物催化凈化原理及其主要影響參數．同時引入光催化劑的表征分析，讓學生接觸常用納米材料表征技術和手段．通過“三性試驗”實踐，極大豐富了實踐教學內容的深度和廣度，對培養學生研究能力、創新能力的好處不言而喻．大氣污染控制工程是一門工程技術課程，加強學生的工程訓練十分重要．在教學過程中，注重通過工程范例圖像資料教學，培養學生工程應用能力．邀請校外工程技術專家參與教學，應用實踐案例對大氣污染控制工藝設計、運營等關鍵問題進行針對性講解．另外，請有實踐經驗的工程師進行指導，帶領學生參觀相關企業脫硫、脫硝和除塵的相關工藝流程和設備，了解設備內部結構．我校環境工程專業的定點實習單位株洲有色冶煉集團既有較全面的電除塵、袋式除塵及旋風除塵系統，也具備二氧化硫制酸等工藝，大氣污染治理技術及設備全面，引導學生充分利用實習機會，深入了解大氣污染控制工藝的工作原理和流程，深化理解與掌握理論知識．畢業設計時，以有色冶煉煙氣治理為主線，讓學生設計煙氣除塵脫硫系統．從理論到實踐，最后到工藝設計，構建一個理論教學和實踐教學相輔相成的互動體系，為學生提供學習理論知識、鍛煉實踐能力和創新能力的機會，從而培養出具有較高理論水平和較強實踐能力的應用型工程技術創新人才．

2．5加強學科熱點與控制技術前沿介紹，拓展視野關注學科發展的前沿技術知識和信息，介紹當前學術和技術發展動向尤為重要．大氣污染控制技術已由末端控制為主發展為以清潔生產為中心的全過程控制，是一門發展迅速的學科．在課程教學內容安排上，收集學科發展的前沿技術知識和信息，及時吸納最新研究成果和報告，更新教學內容，拓展學生知識視野；在實際教學過程中，不斷收集國內外較新的、先進的大氣污染控制技術和設備信息等，及時補充最新出臺的燃煤、有色行業相關的行業大氣污染物排放標準如《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223－2003）、《鉛鋅工業污染物排放標準》（GB25466－2010）及大氣環境質量標準的內容．增加履行京都議定書的拓展清潔發展機制的大氣污染熱點問題，及時跟蹤火電廠燃煤、冶煉煙氣脫硫，同時去除砷、鉛、汞等金屬廢氣治理先進技術以及煤炭洗選和轉化技術，強化其他污染物控制方面的內容，如垃圾焚燒、再生金屬冶煉產生的二惡英特性及其去除方法．針對我國“十二五”期間將對氮氧化物進行總量控制，加強建立細顆粒物（PM2．5）監測體系以及污染控制技術研究現狀，及時整理相關學科前沿內容融入到教學中，通過更新補充教學內容，讓學生了解大氣污染物控制的發展趨勢及前沿技術知識，在未來的學習研究和工作中更容易找準方向．通過上述的大氣污染控制工程教學改革的探索與實踐，該課程的教學質量和學生的綜合素質都有了較大提高，教學效果明顯改善，學生知識系統性明顯增強．學生在試驗中能夠根據自己掌握的課堂知識參與實驗設計與思考，在生產實習和畢業設計中能進行相關處理技術的開發、新工藝設計和改進，科研創新能力等綜合素質都得到明顯提升．

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