物理力学论文:物理力学特性及利用简析 1堤基覆盖层工程地质条件 萝卜市段岸坡稳定，堤基由含砂漂卵石层组成，漂卵石磨园度较好，岩质坚硬，粒间充填较紧密，处于稍密～中密状，无不良的软土夹层，承载力较高，堤基漂卵石层能满足承载及变形要求。堤基开挖边坡高7.5～13.5m，由含砂漂卵石层组成，建议开挖坡1∶1.0～1∶1.25。萝卜市段存在的主要工程地质问题有:(1)堤基含砂漂卵石层透水性强，基坑开挖时应有相应的排水措施;(2)含砂漂卵石层结构松散，抗冲能力差，且该段位于回水区，施工应采取适当工程处理措施以避免堤基冲刷、淘蚀，影响堤身稳定;(3)原港务大楼楼脚外侧存在架空层(桩号K2+688～K2+717m、(堤)0+19～(堤)0+30范围内，宽近11m，东西长近39m的含砂漂卵石层中架空层)(见图1)，该处早期原为一条小河沟并架一座人行石桥，后期经人工改造回填，局部形成架空结构(CH48钻孔中架空段达3.7m，深度为16.61～20.58m)，该段沉降量较大，应采取有效的工程处理措施。 2堤基覆盖层的利用与处理建议 萝卜市段岸坡稳定，堤基由含砂漂卵石层组成，颗粒粗大，承载力较高，能满足承载及变形要求。在设计施工中应注意的问题有:(1)地形上该处为一回水区，堤基含砂漂卵石层结构松散，抗冲能力差，对堤脚部位应进行适当保护，以免堤基冲刷、淘蚀，影响堤身稳定。(2)港务大楼外侧楼脚前存在架空层，原为一条小河沟，距堤轴线15～30m范围(见图1)，后期经人工改造回填，局部形成架空结构，因此施工中针对其进行钻孔高压灌浆处理。经回填灌浆检查孔注浆法检查，满足设计要求。该段堤脚(桩号K2+679.04～K2+930.58m)采用现浇C15混凝土挡墙(高程:136.20～142.10m，宽1.0～3.0m)，挡墙顶高程由140.4m自然过度到142.10m。由于堤基漂卵石层透水性强，针对漂卵石基础抗渗稳定性差，预防漂卵石层被冲刷、淘蚀以保护细颗粒不被水流带走，设计施工时在基脚混凝土挡墙外侧长20.50m左右漂卵石层范围内采取铺盖防渗处理。确保大堤抗滑稳定。 3结束语 重庆涪陵防护工程运行至今，经历了2004年该处长江段165m(黄海高程)的较高水位，近年来进行了回访，大堤竣工后进行不定期检查:城区的地表水、地下水，尤其是大的厂矿排放的污水严禁进入堤体，严格按照城区规划或向防护堤排洪渠集中排泄;对埋设在堤基、堤体部位的各种监测仪器进行长期观测，认真分析各种监测资料，尤其是萝卜市段软基建堤:桩号K2+688～K2+717m、(堤)0+19～(堤)0+30范围内，漂卵石层架空结构回填灌浆处理后的沉降量满足设计要求，确保了大堤安全。通过对该工程堤基覆盖层物理力学特性的分析，根据其特点提出了覆盖层利用与处理的合理建议。今后遇类似堤防工程需建在河漫滩深厚覆盖层之上，应研究覆盖层物理力学特性及工程性质，并根据不同的覆盖层特点采取不同的处理方法，对于工程建设具有十分重要的作用。 作者：李廷友 单位：中国水电顾问集团成都勘测设计研究院 物理力学论文:物理力学教育效率提升路径 物理力学教学作为基础课程，其教学中把握教材，分析现状，提高教学效益，是当前课堂教学改革的关键。它只是阐述了物理学中最基本、最基础的知识，并不是十分严谨的物理。其主要内容是经典物理学的基础知识，而以力学、电学为重点。我就以力学部分的教学方法为例谈谈看法。 一、物理力学教学面临的问题 （一）部分教师的课堂提问仍以封闭型为主，激编辑。不起学生的探究欲望。 在新一轮的课程改革中，几乎所有教师都参加过不同类型的培训。大部分教师通过培训了解了新课程实施的目标与理念，转变了教学观念。但是部分教师已有的课堂提问技能跟不上学科发展的速度，课堂提问仍以封闭型为主。所谓封闭型问题，是指教师提问时要求学生朝某个特定的方向去思考，只有一个或者几个固定的标准答案的问题。而开放型问题是指没有明确的、固定的标准答案的问题或者说有多个正确答案的问题。他们虽有实施新课程改革的愿望，但实施效果不佳。 （二）对培养学生学习探究能力的重视不够。 在注重升学率的今天，物理教学只注重了教材知识的传授，而忽视对学生的探究能力的培养，这是学生感到物理难学的一个重要因素。另外，力学教学中还需要用数学工具解决物理问题。函数图像、矢量的运算、几何知识、极值等多种数学工具的综合运算对学生来说，是非常生疏和困难的。这更增加了学习的难度，导致学生的学习效率很难提高。 （三）物理力学教学中普遍存在指导学生学习方法不当的问题。 当前学生的学习更多地习惯于由教师传授知识，主动学习开展很少。加上目前我国的教育更多关注的是为高等学校输送人才，物理的实际教学目标与要求过高，多数学校用两年时间上完三年中学物理内容，平时加时加量，使一部分基础薄弱及思维反应稍慢的学生跟不上教学进度，导致问题越积越多，最后完全丧失学习物理的信心，无奈地选择文科。这是导致物理力学教学问题的人为因素。 二、提高物理力学教学效率的具体措施 （一）改革单一的师资培训模式，内化教育理念。 新课程发展的核心是新课程理念的落实，改变教学行为首先要转变教学理念。上述问题存在的主要原因是教师没有内化教学理念，没有掌握新的教学方法。目前我国大多数地方采用的是单一的师资培训模式，即集中讲座式培训，专家讲，教师听，培训内容主要以课程纲要和标准的解读为主。但是，这种培训本身就是传统教育模式的反映，且仅靠一两次这样的培训整理就让教师们掌握和内化教育理念、掌握新的教学方法是不现实的。 （二）把握教学的起点，注意阶段性和层次性。 在教学衔接过程中，根据学生的知识基础和平均学习能力确定教学起点，认真抓好物理概念和物理规律的教学，注意概念形成的阶段性和层次性，防止出现忽略学生的接受和理解能力等问题。在教学时，设法创设思维情境，激活学生的思维，引导学生运用比较分析、抽象、概括、类比、等效、控制变量等方法，在学习中抓住主要因素和本质的联系，忽略次要因素和非本质的联系，抽象概括出事物的本质属性和规律，建立科学的物理概念和物理规律。总之，在不同的阶段应通过不同的物理规律来深化力的概念，通过解决具体的物理问题加深对力的概念的理解。 （三）强化学生学习的相关环节，做到有的放矢。 1.做好新课内容的预习。通过预习，初步了解新知识的大致内容，回顾所需要的旧知识并及时复习淡忘了的部分，找出本节内容的要点，初步学习导出新知识的思路和方法，找出那些仍不明白的问题。有了这样的准备工作，学生上课听课就具有针对性、主动参与性，由知识的表面深入知识的内涵，进入较高层次的学习阶段。为了增强预习的效果，在高一开始阶段，教师应引导学生学会预习。 2.认真听课。听课是学习物理的一个重要环节，为了能使学生更好地听好课，教师应根据课堂教学内容，尽量设置一些有利于学生积极主动参与的活动，包括动手、思考、讨论等，尽量发挥学生的主体作用，同时强调学生听课的几个环节，真正做到教师能有效地教，学生能有效地学。 3.课后复习。复习是学习知识的继续和深化。复习，一是要及时，当天的内容应当天复习，这是高效、省时的学习方法之一；二是要抓住课本，抓住基础知识的要点，进行一番认真深入的思考，融会贯通；三是注意总结、归纳，使知识系统化；四是记住、记牢所学的知识。 课后复习的总结，一章或一个单元后的总结相当重要。知识在于积累，积累不是简单的堆砌，而是要使知识系统化。要使学生在复习的过程中，注意及时总结所学的知识，归纳整理出本章的结构，找出章节之间的联系，建立起一个新的认识结构和知识系统。这样既巩固和加深了所学的知识，又学到了方法，更提高了能力。 （四）培养学生学习的兴趣。 1.增强教师个人魅力。教师作为教学活动中的主体，起到“传道、授业、解惑”的作用。大学生处于心理成熟期，生活中受到来自多方面的诱惑，有些学生反感某位老师时也会反感上这位老师的课。这就要求教师能吸引学生，将他们的注意力引导到课堂上，为他们指引学习的方向。教学需要教师与学生共同努力才能达到理想的效果。具体做法如让学生口头或书面向教师提出意见，指出教师的不足之处，以及提出他们能接受的或他们觉得更好的教学方法或讲授内容。 2.各章引言介绍。“良好的开端是成功的一半”。除了认真准备好第一堂课，激发学生的兴趣外，在讲授每一章前都准备一个精彩的引言，介绍高科技领域的新成果，让学生感到学有所用。 3.多媒体的合理使用。多媒体是指文字、图像、音频、影像等形式相互结合的媒体，通常是指在计算机程序控制下，将文字、图形、动画、视频、音频等结合的信息传播媒体。在流体力学课程的教学过程中，采用多媒体有利于学生对流动现象的感性认整理识，加深对概念的理解，提高学习兴趣。 （五）认真上好学生分组实验课，培养学生的创造性思维和实验操作技能。 分组实验多以测量性、验证性和实用性实验为主。要提高学生分组实验的教学效果，就必须明确课堂教学的目的不在于教师完成某种过程，而在于通过某种活动促使学生在行为上发生某些重要的变化，如引起学生在认识上、理解上、技能上、态度上的变化。如果学生通过主动参与教学，在教师的积极指导下获得物理知识，则会印象更加深刻，并增强他们的学习动机。 总之，只要我们切实掌握物理力学的特点，从学生实际出发，就一定能实现中学物理力学教学效益的提升。 物理力学论文:物理力学的教育 一、力学教材的基本知识结构 牛顿运动定律是经典力学的基础,也是经典物理的基础之一.动能定理和动量定理及其守恒定律为经典力学的栋梁.现行教材的体系是先讲静力学,后讲运动学,最后讲动力学.把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排,第三定律放在静力学中讲授.这种安排符合由易到难、循序渐进的原则.即学习静力学时,有牛顿第三定律作准备知识,学习牛顿第二定律时,有力的合成与分解作先行.通过静力学的教学,要求学生正确理解力的概念。 二、物理思维方式 思维是人脑对客观事物进行加工的过程,是人脑的功能,通过表象、概念判断和推理以及其它过程来反映客观现象的能动过程.物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式。 第一章“力”要重点讲清三种力产生的条件及力的大小和方向,为物体受力分析做好准备.力的三要素,在初中已经讲过,对质点来说不会发生关于力的作用点的问题,而对刚体来说,力的作用效果除了跟力的大小和方向有关外,还跟力的作用点的位置有关.教材中虽然没有明确提出刚体概念,但所说的物体都是指刚体.力的作用点可以沿力的作用线移到刚体内任一点而不改变力的作用效果.因此,与其说力的作用点是一个要素,还不如说力的作用线是一个要素.物体的平衡,用了“平衡”和“固定转动轴的物体”等理想模型方法;“力的分解和合成”用了分析、综合、整理等效的方法。 第二章“物体的运动”用了理想模型(过程模型)的方法.高中教材以初中教材为基础,先提出质点这个理想化模型,在研究物体在一直线上的运动以后,立即研究物体在一个平面内运动的有关概念、规律和描述方法.运动学是力学的重要组成部分,是学习其它各章的必备知识.对平面运动的速度的合成与分解运用了分析、综合、等效的方法。 第三章“牛顿运动定律”用了经验归纳方法论.虽然第一定律不能用实验直接证明,但由第一定律推导出的一切结论都与实验结果相符合,这就间接地证明了牛顿第一定律的正确性.当今的实验已能近似地验证这个定律,例如用气垫导轨实验,运动物体——滑块在水平方向可以近似地认为不受力,因而它近似地做水平匀速直线运动.随着科学技术的日益发展,牛顿第一定律有可能得到更加严密的证明.牛顿第二定律是通过实验归纳得出的.在功和能,机械能守恒定律,动量、动量守恒这几章中,主要是用了推理的方法.如教材中机械能守恒定律是借助于运动学和动力学的知识推导出来的.但应当明确一点,这是一条实验规律,是实践经验的总结,是客观规律的反映.这此规律能够相互推导,这说明它们之间存在着内在联系.动量定理出自于牛顿第二定律,又异于牛顿第二定律。 三、数学是表达物理学规律最精确的语言 在教学过程中,只有将教材的教学方法、结构搞清楚,才能达到运用数学方法解决物理问题的目的.在“力”这一章中,重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题.对物理矢量必须透彻理解,掌握其数学运算法则——矢量的平行四边形法则.引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比,体会矢量的质的差别,从而自觉地运用矢量运算法则.在“物体的运动”这一章中,先提出质点这个理想化模型,并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等.从数学角度分析这些量之间的函数关系(包括文字叙述、数学公式、函数图象等),再进行运动的合成与分解的矢量运算。 在“牛顿运动定律”这一章中,牛顿运动定律起着承上启下的作用,即能进一步加深对静力学、运动学知识的理解,又能为顺利学习机械能和动量铺平道路.牛顿第二定律的数学表达式,只有以地球和相对地球静止或做匀速直线运动的物体为参照系才是适用的.教材由分析物体只受一个力产生加速度与力的关系,过渡到分析物体受几个力产生加速度,以及加速度与力的关系,从而概括出能适合各种情况的牛顿第二定律的数学表达式ΣF=ma.在公式中,力与加速度都是矢量,故此式是一个矢量式整理.牛顿第二定律概括了力的独立性原理(或力的叠加原理),即几个力同时作用在一个物体上所产生的加速度,应等于每个力单独作用时所产生的加速度的叠加——矢量和.在解题中,运用了正交分解法等基础知识。 机械能和动量这两章是在运动学和动力学的基础上,讨论力的空间和时间积累效应,从而引出功和能、冲量和动量等概念.功和能将矢量运算变成了代数运算.教材从力对物体做功引出动能和动量定理,研究了重力、弹力做功的特点,引出势能的概念,得出在只有重力、弹力做功时,机械能守恒.最后,从一般的功能原理阐明功的本质是能量变化的量度作为本章的总结.能的转换和守恒揭示了物理学各部分的内在联系.在讨论动量定理时,应强调牛顿第二定律的关系式是一个瞬时关系,而动量定理则说明状态过程,应用它研究某一过程而不是研究某一瞬时,只有在t0时,才是相等的.实验是讲述动量守恒定律的基础,教材这样处理是考虑到动量守恒定律的产生不是从牛顿运动定律推导得出的,而是一个独立的物理规律。 物理力学论文:油杉木材物理力学性质探讨 摘要：对油杉Keteleeriafortunei木材的物理与力学性质进行测定与比较，结果表明，油杉木材的气干密度为0.576g•cm-3，全干密度为0.544g•cm-3，属中密度木材。油杉木材的气干径向、弦向和体积干缩系数分别为4.408%、3.272%和7.892%，气干差异干缩为1.347，油杉木材具有不易开裂和变形的特征。油杉木材的抗弯强度、顺纹抗压强度分别为92.701、57.217Mpa，端面、弦面和径面硬度分别为4635.9、3420.8和3606.8N，其抗弯强度、顺纹抗压强度和硬度均属中等。50年生油杉木材的物理力学性质优于22年生马尾松Pinusmassoniana、湿地松Pinuselliottii和28年生杉木Cunninghamialanceolata、秃杉Taiwaniacryptomerioides。 关键词：油杉；木材；物理性质；力学性质；差异比较 油杉Keteleeriafortunei为松科大乔木，喜光树种，根系粗壮、发达，对土壤的适应性较广，适宜干旱环境。其树干端直，木材黄褐色，材质重，纹理直，耐水湿，抗腐性强，是珍贵的用材树种[1—2]。目前关于油杉的研究主要集中在生物学和生态学特性以及育苗和造林等方面[3]，未见对油杉木材材性研究的报道。本文对取自福建省永春县的油杉试材进行物理力学性质测定，并与马尾松Pinusmassoniana、湿地松P.elliottii、杉木Cunninghamialanceolata、秃杉Taiwaniacryptomerioides木材进行比较，为油杉木材的加工利用提供技术参数。 1材料与方法 1.1试验地概况 试验地在福建省永春县桃城镇大坪村湖内，海拔490～590m，地理坐标为东经118°17′44″，北纬25°21′05″。土壤类型为山地红壤，土层深厚，立地质量等级为II级，林下植被主要为亚热带常绿阔叶树种和蕨类植物。属南亚热带季风气候区，气候温暖湿润，雨量充沛，年均降水量1676.3mm，极端最高温39.2℃，极端最低温–3.2℃，年均气温20.4℃，≥10℃年均积温6984℃，年无霜期310d。群落面积约2hm2，2000年划为自然保护小区[1—3]。 1.2试材采集 在试验山场的上坡、中坡和下坡三处各设1个10m×10m样地，在各样地选择标准木1株，共选取标准木3株。标准木树龄50年，平均树高22.66m，平均胸径23.81cm。标准木伐倒后，在0m、1.3m、1.5m及以上按2m区分段，分别取5cm厚圆盘；在1.3m以上部位截取2m试材各一段，将每个圆盘和每段试材分别编号。 1.3方法 按照GB/T1929-2009《木材物理力学试材锯解及试样截取方法》对油杉试材初步加工，加工的试材进行自然气干后，再按照《木材物理力学性质试验方法》(GB/T1932、1933、1934.2、1935、1936.1、1941-2009)进行各项物理力学性能测定。采用全数字电子万能材料试验机和摆锤式冲击试验机对各项力学强度指标进行测定。测定的有效样本数为30个。将50年生油杉木材的物理力学性质与22年生马尾松和湿地松[4]、28年生杉木和秃杉[5]木材的物理力学性质进行比较。 2结果与分析 2.1油杉木材物理性质 2.1.1木材密度 木材密度是直接反映木材性质的重要指标，影响着木材的抗压强度和抗弯强度等木材力学指标，木材密度与力学强度呈正相关关系[6]。从表2可以看出，油杉木材的气干密度为0.576g•cm-3，全干密度为0.544g•cm-3。根据《木材的主要物理力学性质分级表》[7]，油杉木材属于中密度木材(气干密度0.551～0.750g•cm-3)。 2.1.2干缩性 干缩性能是木材性质的重要指标，直接影响木材和木制品的尺寸、性状和结构的稳定性以及使用性能的美观等[8]。油杉木材全干径向、弦向和体积干缩率分别为7.363%、5.397%和12.855%，木材气干径向、弦向和体积干缩率分别为4.408%、3.272%和7.892%(表2)。油杉木材干缩率较小，表明油杉作为用材时，具有尺寸稳定性好、变形小的优点。差异干缩(弦向干缩与径向干缩之比)是判断木材是否容易开裂及变形的重要依据。差异干缩数值偏大，说明木材干燥时容易发生翘曲和开裂；木材各方向的干缩较均匀，说明木材尺寸稳定性较好[9]。根据木材差异干缩的大小，可以大致判断木材对特殊用材的适应性[10]。油杉木材从湿材到全干状态，差异干缩为1.364，从湿材到气干状态，差异干缩为1.347，均小于2，说明油杉木材不易开裂和变形。 2.1.3湿胀性 木材湿胀性反映木材吸水后的尺寸变化。沿各方向的尺寸变化不均匀会导致木材开裂和变形，从而影响木材制品的利用[11]。油杉木材的径向、弦向、体积气干湿胀率分别为3.195%、2.250%和5.708%，径向、弦向、体积饱水湿胀率分别为7.963%、5.715%和14.794%，差异湿胀分别为2.492、2.540和2.592(表2)。油杉木材湿涨率和差异湿胀较小，表明油杉木材尺寸稳定性较好。 2.2油杉木材力学性质 2.2.1抗弯强度 木材的抗弯强度体现了木材承受静力弯曲荷载的最大能力[12]。油杉木材的抗弯强度为92.701Mpa，根据《木材物理力学性质分级表》，油杉木材的抗弯强度属于中等(88.1～118.0Mpa)。 2.2.2木材顺纹抗压强度 木材的顺纹抗压强度体现了木材沿纹理方向承受压力荷载的最大能力[10]。油杉木材的顺纹抗压强度为57.217Mpa，根据《木材物理力学性质分级表》，油杉木材的顺纹抗压强度属于中等(44.1～59.0Mpa)。 2.2.3硬度 木材硬度是指木材抵抗其他刚体压入的能力[10]。木材的硬度跟木材的密度密切相关，密度越大则硬度越高，反之则低[13]。油杉木材的端面硬度、弦面硬度和径面硬度分别为4635.9、3420.8、3606.8N，根据《木材物理力学性质分级表》，油杉木材的硬度属于中等(端面硬度4010～6500N)(表3)。 2.3油杉与其他树种木材物理力学性质比较 将油杉木材物理力学性质与福建省主要造林树种马尾松[4]、湿地松[4]、杉木[5]和秃杉[5]等进行比较(表4)。油杉木材的气干密度和全干密度最大，分别是马尾松、湿地松、杉木、秃杉的1.11、1.09、1.51、1.61倍和1.25、1.22、1.66、1.86倍。油杉木材的抗弯强度仅次于湿地松，分别是马尾松、杉木、秃杉的1.03、0.96、1.48、1.47倍。油杉木材的木材顺纹抗压强度最大，分别是马尾松、湿地松、杉木、秃杉的1.68、1.56、1.65、1.75倍。油杉木材的端面硬度、弦面硬度和径面硬度均为最大。油杉木材径向气干干缩率、弦向气干干缩率和体积气干干缩率最大，分别是马尾松、湿地松、杉木、秃杉的1.53、1.51、3.22、3.36倍、1.70、1.66、1.14、1.20倍和1.61、1.59、1.83、1.91倍，但油杉木材的差异干缩最小，油杉各个方向的干缩比较均匀。采用加权法综合评价木材物理力学性质(其中气干密度、全干密度、抗弯强度、木材顺纹抗压强度、端面硬度、弦面硬度和径面硬度的比重分别为1/7)，50年生油杉木材物理力学性质优于福建省主要造林树种22年生马尾松和湿地松、28年生杉木和秃杉。 3结论 油杉木材的气干密度为0.576g•cm-3，全干密度为0.544g•cm-3，属中密度木材。木材气干径向、弦向和体积干缩系数分别为4.408%、3.272%和7.892%，气干差异干缩为1.347，木材具有不易开裂和变形的特征。油杉木材的抗弯强度、顺纹抗压强度、端面硬度、弦面硬度和径面硬度分别为92.701Mpa、57.217Mpa、4635.9N、3420.8N和3606.8N，油杉木材的抗弯强度、顺纹抗压强度和端面硬度均属于中等。综合比较，50年生油杉木材的物理力学性质优于22年生马尾松湿地松和28年生杉木、秃杉。根据对油杉生长规律的研究[1]，在快速生长期时，油杉树高年均生长0.55m，胸径年均生长0.61cm。目前，马尾松的松材线虫病害严重，而同为松科的油杉具有木材好、生长较快，抗病害性强和抗瘠薄等优点。因此，从木材利用和林木生长速度方面以丰富造林树种的角度考虑，油杉推广种植意义重大，具有较高经济价值和生态价值。 物理力学论文:初中物理力学有效教学的策略 力学是初中物理教学的重点内容，但学生在学习压强、密度、浮力等力学知识时存在着理解物理概念、规律的能力、知识的应用能力不强的现状，究其原因，“应试理念”尚未革除，教师大搞死记硬背、题海战术，合作探究变为无效的玩耍，自主学习沦为“放羊式”，启发式教学成为无聊的提问，影响了物理教学成效，也影响了学生的全面发展。在力学教学中，教师要树立生本理念，丰富教学形式，提高力学教学成效。 一、关注过程，将知识传授与发展能力结合起来 学生是学习的主人，是积极的思考者、倾听者、质疑者，教师不能为知识而教，而要关注学生的发展。知识的传授与能力的发展彼此联系、相互促进，两者不可偏废。如在《浮力》教学中，教师既要让学生了解阿基米德原理，也要让学生亲历探究测量浮力大小的过程。让学生将曲别针、乒乓球、石块、木块放入盛水的烧杯，观察实验现象，发现石块、曲别针沉入烧杯的底部，而木块、乒乓球漂浮在水面上，会提出问题：“石块、曲别针等下沉的物体也受浮力吗？”学生以小组为单位进行讨论交流，提出自己的假设，有同学认为在水中下沉的物体不受浮力的作用，理由是物体没有浮起来。也有同学认为它们受到浮力的作用，理由是物体下沉的速度比较慢。教者让学生用弹簧测力计分别测量石块、浸没在水中的石块，观察弹簧测力计的示数有无变化。学生在探究中习得知识、培养能力，也提高了学习物理的兴趣。 二、以情优教，实施积极情感策略 “亲其师，信其道”。教师要以渊博的知识、良好的人格魅力影响学生，以高度的热情投入到课堂学习中，要关心学生、爱护学生，与学生沟通、交流，培养学生的学习兴趣，让他们愿意学习物理、了解物理。“判天地之美，析万物之理。”教师要挖掘教材之美，让学生感受到大到天体运动，小到分子运动，都是物理学研究的范畴。教师要拓展学生视野，为学生描绘物理研究的广阔天地，激发学生的探究欲望，培养学生的学习兴趣。教师要以物理学史影响学生，让学生体会到知识的进化过程，以科学家的故事激励他们不断前行，形成正确的世界观、人生观。教师以灵活的导入，吸引学生的学习兴趣。一堂课的成功与否，导课显得至关重要。一是以生动的故事导入，激发学生的学习兴趣，从科学家的不懈探索中受到感染。如在学习浮力内容时，教师可以向学生讲述亥尼洛国王做了一顶王冠，怀疑工匠以银替金，让阿基米德在不损坏王冠的前提下查出是不是纯金制成的，阿基米苦思冥想而不得其解。一次，他跨入放满水的浴桶，这时有一部分水溢出，他看到这个现象，智慧的火花迸发了，狂奔街头，大呼“找到了”。他获得真理的快乐是常人难以想象的。二是以问题导入。教师也可以设置疑难问题，能抓住学生的注意力，让学生觉得好奇有趣的同时，将学生置于愤悱的境地。如在学习压强内容时，教者提出问题：在雪地上行走，人为什么容易陷入积雪中，而穿上宽宽的滑雪板就不会陷入雪中还能滑行？用手指轻轻夹住钢笔的两端，为什么两个手指会有不同的感受？学生联系自己的生活经验，通过思考、讨论、交流，考虑到可能与受力面积有关，从而进入压强的学习。三以多媒体导入。多媒体集视频、动画、图画文字于一体，能给学生带来直观的感受。如在学习《物体的浮与沉》内容时，教者向学生播放辽宁号航母在海面上自由航行，潜水艇可以自由在水中下潜、上浮的视频，让学生身临其境，感受到生活中随处可见浮沉现象。教师以有趣的导入，激发学生的学习兴趣，引发他们的探究物理知识的欲望。 三、因材施教，根据教学内容与学生特点开展 教学一是灵活开展实验教学。物理是一门以实验为主的学科，教师要借助于物理实验培养学生的科学探究、合作学习能力，提升学生的科学素养。教师要重视演示实验，向学生完整展示物理规律，引导学生主动探究，解决疑难问题。如在学习《阿基米德原理》内容时，教者让学生动手实验验证，比较浸入液体中的物体所受浮力的大小与物体排开的液体的重力关系，从而验证了阿基米德原理。有一些实验，无法在教室里完成，如测定大气压强值时，需要做托里拆利实验，而汞是有毒的，教师可以借助于多媒体完成实验，测得大气压强的值，弥补了无法实验的遗憾。二是以类比生活。在学习液体、气体压强时，学生常会提出问题：“液体容器内的压强是否随深度的加深而增大？同一深度液体向各方向的压强是否相等？”教者将液体所受的压强与班级相类比，大家在班级是平等的，如同同一深度所受的压强相同；大家都受到纪律的约束，随着年级的增大，对学生提出的要求也增多，如同液体的压强随深度的加深而增大。通过类比，学生能学得轻松，不再感受到物理知识抽象难懂。 总之，在初中物理力学教学中，教师要关注学生的发展，关注学生的学习过程，培养学生的学习兴趣，创设教学情境，拉近知识与生活之间的距离，以问题开启学生思维，引发学生思考，促进学生的主动发展。 作者：窦长国 单位：安徽省明光市津里中学 物理力学论文:初中物理力学试题的设计分析 苏教版新课改革不断深入，许多地区的初中物理教学逐渐趋于开放性，意在建立学生的思维模式并且引导其不断地总结提高自己．开放性试题需要通过不同的角度，达到锻炼学生，引导学生进行思考的目的，因此开放性试题的设计要具备一定的技巧和方法．通过对试题的条件、结论及解题策略等方面的训练，有针对性的设计题目，使学生进行充分的思考． 1物理力学开放性试题的设计技巧 1．1推陈出新，用新颖的方法设计问题在设计试题时，摆脱传统的试题的提问方法，运用新颖的提问，或者不同形式的描述题目的方法，通过图文设计，将试题变得有新意．这种试题可以增加学生对于题目、问题的印象，提高其记忆力． 1．2用小制作设计问题在设计物理力学题目时，可以使用动手制作的方法，用身边常见的物品将题目具体化，通过制作以及实验的方法，加深对题目的印象和对试题的理解，有助于快速掌握题目中涉及到的知识点．通过小制作，设计出相关的问题，是设计物理力学开放性试题的有效方法． 1．3用生活中的事例设计开放性问题物理力学知识本身就充斥于我们周围的生活中，通过开放性试题的设计，将力学问题应用到生活中．让同学能够多观察周围事物所存在的力学现象，思考其涉及到的力学知识．不仅能够使学生通过观察，增加他们对于生活的热爱，还充分学习和应用了初中的力学知识． 1．4利用其它学科的知识设计开放性试题物理力学的学习涉及到的不仅仅是物理方面的知识，还可能会涉及到其他学科的知识．在设计物理力学开放性试题时，可以通过不同学科与物理力学之间的联系，设计出新颖独到的试题． 2物理力学开放性试题设计案例 例1“5．7”大连空难飞机的黑匣子已经找到，潜水员在出事地点从10m深的海底将它匀速托出水面．它是体积约为50×20×10cm3，质量为20kg、表面桔红色的长方体．黑匣子防护要求很高，能经受1000℃的高温而不被烧坏，平放时能经受2．5×104N的挤压而不变形，在海水(设ρ海水=1．0×103kg/m3)中浸泡36h而不渗水，请根据上述条件，自己设计提出一个问题，并解答你所提出的问题．(g=10N/kg)分析此问题为结果开放性试题，给出了许多物理条件，并且要求学生通过给出的条件自己设计相关问题．这个题目的答案具备多样性．首先分析题目，涉及到了重力、水中压力两方面的问题．可根据这两个方面进行问题的设计．提出问题:“黑匣子”在水中受到了多大的作用力?解答:黑匣子本身的重力G=Mg=20×10N=200N，黑匣子受到海水的浮力F=ρgh=1×103×10×10N=1×105N，黑匣子受到力的总和为F总=F－G=9．98×104N．因此，黑匣子受到了浮力的作用，力的总和为9．98×104N．例2实验室提供的器材有:量程为5N的弹簧测力计两只，木质刻度尺一把，烧杯两只(每只50g)，溢水杯一只，铁架台一架，水和细线若干，待测小矿石一块(ρ矿＞ρ水)．要求测出该矿石的重力．小刚同学设计的实验数据和实验方案如表1和图1所示．(1)计算阻力大小．(2)并且根据所给器材设计出另外一个测量矿石重力的方法． 分析： 此题涉及到了杠杆的平衡、力的合成、浮力等物理知识．主要考察了重力的测量和计算．第一题通过动力臂和阻力臂与其所受力的大小成反比的定律计算出矿石的重力后，根据矿石的重力设计出其他方案，计算矿石的重力．第一个问题考察范围窄，第二个问题具有典型的开放性试题的特征．解答(1)6N(解题过程略)(2)弹簧测力计的量程为5N，经第一题的计算，矿石的重力为6N，超出了其测量范围，不能使用一只弹簧测力计直接测量．方案一:用平行并列的两只弹簧测力计将矿石吊起测量，则矿石的重力为两个弹簧测力计上读数相加之和．方案二:先将一个空烧杯放入盛水的溢水杯中，再将矿石放入空烧杯中，拿另外一只烧杯接住溢出的水．拿出矿石，将烧杯中的水倒入另一个烧杯中，用测力计通过细线分别测出两只烧杯和水的重力，示数为F1、F2，烧杯重力表示为G0，则矿石重力为G=F1+F2－3G0． 总结: 此类结果开放性的试题有许多，以上述两个例题为例，一个是让学生自己设计问题，并且根据自己设计的问题作出解答．另一种是提出问题，让学生自己设计方案，通过不同的实验方案达到巩固知识，发散思维的目的．3结论在初中物理力学的学习中，开放性试题对于学生的学习能够起到很大的帮助作用，巩固所学知识，将力学问题综合考虑，有时可以通过其他学科内容的运用，达到掌握力学知识的目的．本文中所提到的两个例题，仅仅是开放性试题中的结论开放性问题，希望能够对初中物理力学开放性试题的设计提供借鉴． 作者：杜海麟 单位:南通市田家炳中学 物理力学论文:结构动力学系统的物理参数 摘要： 提出了一种动力学系统的物理参数辨识方法。应用Padé多项式对动力学系统的动刚度曲线进行拟合，通过最小二乘法确定Padé多项式中的系数矩阵，利用遗传算法对Padé拟合式中的参数进行优化，从而得到系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。数值算例表明该方法具有较高的辨识精度且适用于黏性阻尼系统和非黏性阻尼系统。 关键词： 参数识别；系统辨识；结构动力学系统；Padé拟合；最小二乘法 在动力学响应分析过程中，系统辨识起着十分重要的作用，结构动力学系统的物理参数辨识一直是结构动力学领域的研究热点。准确辨识结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，是准确地预计结构动力学响应的前提。Phan［1］等利用系统的输入输出信号，通过状态空间模型辨识系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。Chen和Tsuei［2］同时考虑了黏性阻尼和结构阻尼来对系统的物理参数进行了辨识。Lee和Kim［3］对Chen和Tsuei的方法进行了改进，将原来方法拓展到多输入多输出系统，并在实验验证中发现，Tsuei等人的方法若从动刚度的角度出发，辨识过程将得到很大简化，且辨识结果受测量误差和噪声的影响较小。但是，正如Lee和Kim［3］在文中所说，利用结构动刚度进行动力学参数辨识的研究还很少。广泛应用于系统降阶及参数拟合的Padé多项式是一种曲线拟合方法。Chazot［4］等将Padé多项式用于黏弹性结构降阶，其计算效率与直接计算方法相比，得到很大提高。王学雷［5］提出了一种基于Padé近似的频域辨识方法，研究了基于积分最小二乘指标的SISO时滞系统频域辨识问题。叶华［6］等利用Padé多项式来逼近时滞环节，提出了一种时滞电力系统特征值的计算方法。Fournodavlos和Nestoridis［7］从数学角度也研究了Padé在参数拟合方面的应用。作者［8］在之前的研究中，曾研究过利用Padé多项式对频域广义气动力拟合，得到时域气动力表达式，进而研究带迟滞非线性环节二元机翼的气动弹性响应问题。本文从线性结构动力学系统的动刚度出发，采用Padé多项式拟合，对动力学系统的物理参数进行辨识。首先分别从黏性阻尼和非黏性阻尼两种动力学系统介绍了系统参数辨识方法，并通过数值仿真算例对两种动力学系统的物理参数进行辨识，验证了该方法具有较高的辨识精度。 1系统物理参数辨识方法 1．1黏性阻尼系统由式（11），（13）可见，βi的取值会影响参数辨识的结果，因此，在对动刚度矩阵进行拟合时，需要对βi的取值进行优化，即βi值的确定为一个寻优过程。本文利用遗传算法对优化变量βi值的选取进行优化，优化目标为使得重构后的动刚度矩阵与原始的动刚度矩阵在关心的频率范围内其误差的范数最小，其中，重构的动刚度矩阵通过对重构的频响函数求逆获得。此时刚度矩阵也不再是一个常矩阵，但对黏性阻尼系统和非黏性阻尼系统来说，刚度矩阵都应是常矩阵，所以当辨识得到的阻尼矩阵和刚度矩阵不再是常矩阵时，说明之前假设的阻尼模型不恰当。由此可见，采用式（11）或（13）不仅可以辨识结构的阻尼，还能够在一定程度上反映出结构的阻尼机理：即如果识别出的频率修正项比较小甚至接近为零时，说明结构的阻尼为黏性阻尼，否则，结构的阻尼应按照非黏性阻尼模型重新辨识。 1．2非黏性阻尼系统对非黏性阻尼结构，其阻尼项一般用核函数的卷积分表示［10］，系统的运动方程可写为令c（t）＝C0g（t），C0为对称的正定系数矩阵，g（t）为核函数的类型。显然，当g（t）＝δ（t），δ（t）为狄拉克函数（Diracdeltafunction）时，式（15）退化为黏性阻尼系统。 2数值仿真算例 2．1算例1如图1所示的三自由度质量－弹簧系统，假设阻尼为黏性阻尼。本例中Padé多项式的取修正项数l＝2，利用Matlab遗传算法工具箱对βi的取值进行优化，选择概率、交叉概率等参数的选取采用默认值（本文所有算例均采用默认值），采用遗传算法得到的一组优化解为［β1β2］＝［－1．4572．296］，相应地按照第1．1节的黏性阻尼系统辨识过程进行参数辨识，得到系数矩阵如下。然而，在实际情况中，往往存在模态截断的问题，此时，动刚度曲线为有限长度，即动刚度曲线没有覆盖全部模态，如本例中仅利用覆盖第一阶模态的0～2Hz频段内的动刚度曲线进行辨识，采用相同的辨识过程进行辨识，则遗传算法得到的一组优化解。 2．2算例2如图2所示的二自由度质量－弹簧系统，假设阻尼为黏弹性阻尼。 2．2．1用黏性阻尼模型进行辨识为了说明本文方法对系统阻尼模型的辨识功能，首先对算例给出的黏弹性阻尼系统采用黏性阻尼模型进行辨识。同样，取Padé多项式的修正项数l＝2。可见，质量矩阵得到准确辨识，但识别得到的系统刚度矩阵不是常数阵，阻尼矩阵为实数矩阵，由前文所述可知，选用黏性阻尼模型对该系统进行辨识是不合理的。这里，仅给出在1～100rad／s频率带宽范围内，辨识得到的阻尼矩阵（或刚度矩阵）与原始阻尼矩阵（或刚度矩阵）中的一些元素随频率的变化曲线对比，如图3和4所示。由图3和4可见，虽然刚度矩阵中的元素K11和K22的最大相对误差分别为1．99％和3．32％，但已表现出随频率变化的特性，而且阻尼矩阵的虚部信息明显缺失，所以用于辨识的阻尼模型选用黏性阻尼模型是不合理的，应按非黏性阻尼模型进行辨识。 2．2．2用非黏性阻尼模型进行辨识当辨识阻尼模型选用非黏性阻尼模型时，采用前述针对非黏性阻尼系统的Padé多项式拟合法，对系统的物理参数矩阵进行辨识，取修正项数l＝2。如图5所示为对βi的取值优化前，取不同βi值得到的辨识结果，其中实线表示的是松弛因子μ取100时的原始阻尼矩阵中的元素随频率的变化曲线。显然，需要按前一节所述对βi的取值进行优化。可见，松弛因子和系数矩阵得到了精确地辨识。在1～100rad／s频率带宽范围内，如图6所示为辨识得到的阻尼矩阵与原始阻尼矩阵的各个元素随频率的变化曲线对比（根据阻尼矩阵对称性，C21＝C12，C22＝C11）。显然，阻尼矩阵的辨识精度也相当高。当出现模态截断时，如本例中仅利用覆盖第一阶模态的0～20rad／s频段内的动刚度曲线进行辨识，采用相同的辨识过程进行辨识，则遗传算法得到的一组优化解为［β1β2］［］＝100．006128．503，辨识得到的系数矩阵如下。 3结论 （1）本文利用Padé多项式对系统的动刚度进行拟合，提出了动力学系统参数辨识的一种新方法，该方法同时适用于黏性阻尼系统和非黏性阻尼系统。并且，本文方法的辨识结果能够反映一定的阻尼机理，当频率修正项较小或接近为零时，用于辨识的阻尼模型应按黏性阻尼模型进行辨识；当频率修正项较大时，用于辨识的阻尼模型应按非黏性阻尼模型进行辨识。（2）本文以Padé多项式修正项中的参数为变量，求得辨识得到的动刚度矩阵与原始的动刚度矩阵之间的误差矩阵，以误差矩阵的范数为目标函数，通过遗传算法对修正项中的参数进行优化，从而提高Padé多项式曲线拟合的精度，辨识得到的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵具有较高的准确度。 作者：杨智春 丁允停 王乐 单位：西北工业大学结构动力学与控制研究所 物理力学论文:软粘土物理力学特点分析 1前言 目前，开发和利用沿海滩涂资源进行的围垦工程成为解决我国沿海地区用地紧张、推动区域发展的重要战略之一。近年来，沿海地区围垦工程呈现逐步向深水、低涂、超软地基发展的特点［1］。沿海地区多有深厚的淤泥、淤泥质软土层，这类软土一般具有高含水量、高压缩性、低渗透性、低抗剪强度、显著的结构性与流变性等特点，这些基本特性对工程会产生潜在的不利影响，其中以土体的结构性最甚。沈珠江院士早已指出粘性土结构性问题研究的重要性［2］。吕海波与汪稔等［3－4］对琼州海峡南北港防波堤区软土的结构性进行了初步的机理分析。研究结构性土的物理、力学性质指标及其相关性对于土体特性的判定、工程特性的分析及其为工程提供可靠的设计参数具有重要的实用价值。通过指标间的相关性分析，利用常规的土性参数预测变形与强度参数也有一定的工程价值［6］。然而目前对结构性粘土物理力学性质指标的变化规律及其相关性的研究并不多见［7］。因此，有必要对结构性存在条件下软粘土的物理、力学性质指标及其相关性展开统计分析。 2工程概况 浙江漩门三期围垦工程是至今该省最大的围垦工程，总围垦面积45．3km2。实体工程位于玉环县楚门半岛与玉环岛之间的漩门港湾，海堤总长5314m。本试验重点研究最长的中段珠港海堤范围内的深厚淤泥质软土的物理力学特性，珠港海堤地基主要由Ⅰ层淤泥夹粉土、Ⅱ层淤泥、Ⅲ层淤泥质粉质粘土、Ⅳ层粘土夹粉细砂等组成。本研究钻探取样位置选择在海堤建造影响范围外（编号BZK），取土最大深度为59．8m，所取土样主要为Ⅱ、Ⅲ层，兼有部分Ⅰ层。 3土层的物理力学特性指标 根据研究内容，我们设计了相关的室内试验方案，进行基本物理性质试验，同时还进行了一维固结试验与无侧限抗压强度试验。以上试验的操作方法均按照《土工试验规程》［8］严格进行。土层的物理力学性质指标统计分析见表1，其随土层深度的变化见图1。从表中可以看出，漩门湾海相软粘土的天然含水率高，孔隙比大。液性指数范围1．15～1．94，土体全部处于流塑状态。各物理力学特性指标的变异系数较小，表明该地区各土层的性质空间分布的差异较小，在设计中可将每一土层的设计参数取作常量。从图中可以看出，只有灵敏度与土层的深度呈近似线性关系，其他各指标与土层深度并非线性关系，而在Ⅱ层中出现突变，表明该层土与上下土层物理力学性质存在较大的差异，原状土与重塑土的无侧限抗压强度试验的结果表明，该层土的结构性强、灵敏度大，表明该土层物理力学指标的变化与结构性相关。该地区软土的灵敏度在2～4之间，与已有文献调查台州地区的软土灵敏度的数据吻合［9］，按照该指标评价此次试验软土为中等结构性土。 4结构性粘土的物理力学性质指标相关性分析 土体的工程特性与其物理力学特性指标密切相关，因此，对漩门海相软粘土各项物理力学指标进行相关性分析，对于该地区土性的认识与工程实践经验的积累具有重要的参考意义。本文采用最小二乘法对各项指标间的相关性进行回归分析，为了便于工程应用，这里仅采用一元线性关系对其进行分析。其物理力学指标相关性见图2和图3，获得对应的回归方程式见表2。从图表中可以看出，土体的密度ρ、塑限wP与含水率w之间线性相关性较差；而孔隙比e与含水量具有良好的线性相关性，同时液限wL与w、e具有较好的相关性，这些表明土体的微观结构与粘粒含量对土体含水量与液限均产生较大的影响。塑性指数IP与含水量的相关性较好，而与孔隙比e的相关性稍差，表明天然含水量对IP影响更大。压缩系数a1－2与w相关性较好，而与e相关性稍差，由于该层土体结构性较强，使得该层的压缩系数与孔隙比的相关性较差。压缩系数随着e的增加而增大，在Ⅱ层增大的速率上升，表明该层土的压缩系数较大，强度较低，在建造堤坝的过程中易破坏，故不宜作为持力层。另外，由于含水量与a1－2的相关性较好，故可根据基本物性试验，通过经验公式推得a1－2，具有一定的工程意义。从图中可以看出，土体灵敏度与孔隙比的相关性较差，表明灵敏度与土体的孔隙比没有明显的线性关系，也可能由于样本较少造成分析存在误差，需要进一步的研究才能做出合理的判断。 5结论 通过现场原位取样与室内土工试验对漩门湾海相软粘土进行了物理力学特性指标的统计分析，得到以下基本结论：（1）该地区各土层的物理力学特性指标的变异性较小，空间分布差异性不明显，可忽略空间变异性的影响，取常量作为设计参数。（2）土层的物理力学指标与土层深度呈非线性关系，各指标沿深度的变化与土体结构性的强弱密切相关。（3）软粘土的ρ、wP与含水率w之间线性相关性较差；而e、wL、IP、a1－2与w具有良好的线性相关性。液限wL、IP、a1－2与e具有较好的相关性，而St与e的相关性较差。根据含水率w的变化，结合经验公式能够获得土体的变形参数a1－2，可为该地区工程评价提供一定的经验依据。 物理力学论文:高中物理力学实验论述 一、引言 在高中阶段的学习中，物理是难度较大的一门学科，相对而言其学习过程也较为枯燥，而在物理的力学学习中，物理力学实验又是学习的重难点，考试当中会直接考查物理力学实验相关内容，同时物理理论的学习往往也是以力学实验为基础。但是从总体上来看，大部分学生在物理力学实验学习方面面临着较大的困难，无法有效掌握物理力学实验的内涵，这不仅为物理理论的学习带来了一定的难度，同时也影响了考试成绩的进一步提高。因此，对高中物理力学实验的学习方法进行探索成为每个高中生必须要面对的问题。在下文当中，结合自己的实际学习经验，一起来探讨一下关于高中物理力学实验的具体学习方法。 二、注意生活的方方面面 我们的物理教师在课堂教学过程当中反复强调学习物理应该有一双善于观察生活的眼睛，因为物理就是通过前人不断的观察生活，找到规律，理解分析之后才慢慢形成的一门学科。而物理力学实验就是前人对生活中的物理力学现象进行观察与分析之后，对相关理论进行验证的一种手段，实践性强是物理力学实验的基本特征，同时高中物理力学实验的相关内容在实际生活当中也具有非常丰富的具体表现，因此，从生活入手进行高中物理力学实验的学习可以做到事半功倍的效果。具体来说主要体现在以下两个方面：第一，要有观察生活的基本意识，对生活中遇到的相关问题，积极地从物理力学的角度对其进行分析。第二，挖掘力学实验素材，对生活中所遇到的现象进行分析之后，通过力学实验对其进行深入的分析。 三、深入思考老师提出的问题 在学习高中物理力学实验的过程当中，对于老师所提出的问题我们必须要进行深入细致的思考。与我们学生刚开始接触物理不同，老师多年从事物理的教学研究，在多年的教学生涯当中，对物理力学实验的内容、原理、考点等都有非常深入的了解，其在课堂当中所提出的问题往往都整合了大量的力学实验信息，其内涵极为丰富，如果我们不能对这些问题进行深入思考，则必然将只能停留在力学实验学习的表面当中，无法进行深入学习，阻碍力学实验学习能力的进一步提升。而且，我们在思考老师所提问题的过程当中，不能抱着应付差事的态度，不仅需要进行深入的思考，同时还需要结合具体问题通过实验进行论证。 四、参与物理力学实验学习兴趣小组 物理力学实验相对较为枯燥，学习的难度也相对较大，为了更好地学习物理理论知识，掌握力学实验的相关内容，可以通过参与或组建兴趣小组的方式来进行探讨和学习。我们班就自发地组建了物理力学实验学习兴趣小组，大家自愿参加，积极参与，合理的安排搭档，互相帮助，共同去完成物理力学实验，讨论自己在实验中遇到的问题。兴趣小组不仅营造了一个浓厚的学习氛围，使大家的物理力学实验学习兴趣得到提高，而且通过互相分析与讨论实验中遇到的问题，可将自己的知识进行查漏补缺，进一步整合。 五、加强物理力学实验动手实践 在现阶段，高中物理高考时并不会考查学生的动手实践，而仅仅是通过实验题目的方式进行考查，因此，许多学生在学习的过程当中也倾向于采用做题的方式来提高自己的动手能力，而不愿意通过亲自动手实验去探索物理力学实验的相关内容，这就必然导致大家对于物理力学实验的理解依然停留在理论层面上，真正的物理力学实验动手能力并没有得到充分的提高，仅仅是做题能力得到了一定的提高。我们必须要转变这种学习理念，积极主动地进行物理力学实验实践才能加强自己对物理力学实验的理解，提高物理力学实验能力。 六、加强对物理力学实验的分析与总结 许多学生认为物理力学实验就是对物理的力学原理进行验证的过程，在实际的学习过程当中，往往只是照本宣科重复课本当中的力学实验，最后完成相应的数据处理，并不会对实验过程进行充分的分析与总结。其实在做物理力学实验的过程当中，包含的信息相对较多，如果我们不能充分地挖掘潜在的信息，进行自我思考，就无法实现力学实验能力的有效提升。因此，我们在完成实验学习之后，还需要对实验过程当中所遇到的相关问题进行深入的探索与讨论，归纳总结其中的问题，并探索具体的解决方案。 七、总结 可见，高中物理力学实验学习虽然困难而且枯燥，但是只要掌握好良好的学习方法，善于思考，勤于思考，认真地参与物理力学实验就可以帮助自己提高学习效率，牢固掌握相关知识内容。 作者:朱文谦 单位:湖北省武汉市常青第一中学 物理力学论文:高中物理力学学习技巧总结 摘要:目前素质教育得到快速发展，掌握一定的学习技巧对我们学生来说极其重要。它不仅能够让学生在答题以及解题的过程中事半功倍，还能让我们的逻辑思维得到全面性的加强。力学学习技巧在高中物理学中是非常重要的，对高中物理学的学习技巧进行总结分析，并提出了相应的优化措施，希望能对相关同学有所裨益，下面做具体的探讨和分析。 关键词:高中物理;力学学习技巧;总结 高中物理学习的知识内容较为丰富，知识点相对比较抽象，尤其是在进行力学的学习过程中，不仅需要对公式进行深层次的理解，还要对受力情况进行正确的分析。但力是一个看不到、摸不着的抽象物理量，想要进行深入的研究以及学习，需要对其学习技巧进行全面性的总结。 一、深刻理解和熟练掌握力学的框架及内容 1．力学框架体系的构建 在高中物理的学习构成中，力学是非常重要的一个部分。在对力学的研究中，除了要了解力学本身的特性之外，还需要对力学的概念进行一个非常深刻的了解。高中物理力学会涉及到多方面的知识，这些不同的层面都会与力学构成一定的联系，同时，在对力学概念进行学习的过程中，还需要对其不同的规律进行一定的区分。在高中物理力学知识学习的过程中，除了要注意做好基本概念的理解和掌握之外，还需要不断进行归纳总结，要根据自身学习的情况，对知识进行仔细整理并进行详细分类，尤其是书本上的一些特定的定律，一定要进行一个非常深入的理解，必要的时候，还可以进行相应的推导，并对其中各知识点之间的联系进行总结。这样就可以在学习的基础上，构建一个适合自己学习力学的知识框架，理解更为深刻。 2．力学重点内容的总结 基础概念是物理力学学习的基础。现在，我们很多的高中老师都会采用整章齐下、重点攻克的方法来给我们学生进行讲解，老师对知识点的总结与归纳是非常的清晰、有条理，对力学知识的理解也是非常深刻的，在老师的引导下，大多数学生能够对物理力学的知识有着更深一层地理解，能够在很大程度上提高学习的效率，但是在进行力学的学习过程中，我们还需要对其重点内容进行总结。在对内容进行总结的过程中，我们尤其要注意牛顿第二定律的全面使用，其公式为:F=M×a。牛顿第二定律成功的将力与重力加速度结合在一起，让物体的整体受力得到了更为直观的表达，我们在学习的过程中，应当在牛顿第二定律的基础上对其进行延生以及拓展，因为在力学的学习过程中，我们通常会考虑到很多力学的因素，如重力、支持力、摩擦力、压力以及电磁力，这些都是我们在物理学习中应当注意的重点。在高中物理的学习中，我们学习力学的主要内容，大致可以分为两个板块:其一，物体在运动过程中速率变化与力产生的关系，其是加速度与力的整体结合;其二，磁场的磁效应产生的力的变化。在学习这两个重要的板块内容时，我们都会用到牛顿第二定律进行力学的阐述，所以，在进行力学的总结以及学习的过程中，我们要深层次的理解牛顿第二定律，并对其进行灵活的运用，从而让自己在学习力学的过程中更容易掌握力学的变化规律。 二、构建知识模型，融会贯通、灵活运用 在高中物理学习的过程中，除了要做好基础概念的学习和掌握，还需要对相关概念中的理想化研究模型建立一定的认知，并了解其研究过程。理想化模型是一种非常重要的科学抽象化的方法，也就是说，在进行研究的过程中，要注重主要因素而忽略次要因素，从而达到简化研究问题的目的。例如，匀变速直线运动、平衡运动、匀速圆周运动等理想化运动模型，质点、点电荷等理想化模型，还有能量守恒定律，这些都可以说是一个比较理想化的定律或概念。在进行物理问题思考的过程中，也在建立物理模型，因此在遇到相关的作业题型时，一定严格按照相关的模型建立思路，来寻求问题的解决方法，这是学习高中物理力学的最高要求。在进行物理学习的过程中，一般都会遇到以下几个方面的问题:(1)引进理想模型的原因;(2)理想模型与实际模型的差别;(3)如何建立一个正确的理想模型;(4)理想模型研究的意义。我们学生在学习的过程中，要对这几个问题进行一个深刻的思考，在探索物理规律的过程中，对物理模型的作用能够有一个比较明确的认知，并在实际的解题中，能够明确地进行运用。 三、掌握重要研究方法和基本的解题技巧 在进行受力分析的过程中，还要运用一定的方法，对其进行归纳和总结。例如，在进行受力分析的过程中，可以运用整体法对其进行整理，这可以在很大程度上提高解题的效率，但在进行实际应用的过程中，需要不断进行联系，不断归纳总结，才能够又快又准的解决问题。例如:在力的动态平衡问题中，通常都是采用图解法来进行解题，但是在一些探究性的试验中，通常都是采用控制变量法来解决相关的问题，控制变量的研究方法比较普遍，但是非常必要，在一些实证性的试验中，也有着非常关键的作用。 四、注重图像法在力学问题中的作用 一般在物理力学的分析过程中，图像法的使用是非常普遍的。图像法的应用通常都建立在坐标系的基础上，是一种用于描述物理规律的重要方法，并且，图像法在物理学中的应用也非常广泛，其不仅仅在力学中有着非常充分地应用，在电磁学、热学中也是比较常用的。例如，磁核振动图像、波动图像、电磁场图像、温差图像等，都可以运用图像法将运动的状态非常直观地描述出来。在物理学中，图像法具有非常直观的优点，但是在应用图像的时候，还需要注意以下几个方面的问题:(1)在看图像的时候，一定要看清楚横纵坐标的物理量及其相应的单位;(2)在理解图像物理意义的时候，需要非常清楚地了解到图像所代表的函数关系与相关物理公式之间的联系;(3)要对图像的斜率、截距、面积等相关的物理量所代表的物理量有一定的了解。但是最关键，最根本的问题就是要熟悉图像的特性，了解基础的物理图像，在一定条件下，可以通过类比的方法，来对相应的问题进行解决。 五、注重逻辑推理能力的培养 在高中物理力学学习的过程中，除了要对基本的概念以及方法进行掌握之外，还需要建立一个比较严密的逻辑推理思路。例如，在机车启动这一专题中，就会遇到汽车加速度减小的加速运动问题，在对这一问题分析的过程中，需要了解机车运动的一个状态。当机车启动的时候，先是匀加速运动，但是当机车的功率达到额定功率的时候，就会做加速度减小的加速运动，最终达到最大的速度。这类问题的分析一直是一个难点，但是它的计算比较容易，主要是进行全面的推理，并对各个物理量之间的关系进行一定的梳理。 六、结语 综上所述，在高中物理的学习过程中，我们首先需要结合实际情况，找到基础的解题方法，并采用多种方式优化。在学习技巧的总结过程中，我们需要对力学知识的各种学习方法进行应用，在高中物理力学的学习中，一定要扎实学习的基础，并不断进行归纳总结，找到适合自己的逻辑分析方法。同时，我们学生还要注重自己逻辑思维的培养，要学会养成找到问题、把握重点、快速解题、题后反思的学习习惯。我相信，只要同学们保持良好的学习习惯，做出持之以恒的努力，定能使高中物理学的学习难度得到全面的降低，自身的综合物理素养也会得到很大提升。 作者:蒋勇睿 单位:聊城市第三中学 物理力学论文:高中物理力学学习策略探讨 摘要：在学习高中物理课程过程中，掌握正确的学习方法和学习技巧对学习物理知识、解决物理问题具有非常重要的作用，不仅能够保证学习效率和质量，节省解题时间，而且还能够减少解题的计算量，确保解题的正确率。下面围绕力学相关知识分享一下学习高中物理知识的感想和心得。 关键词：高中阶段；物理学科；学习 无论课程怎样改革、变化，物理一直都是高考理科重点考察的科目。对于作为理科生的我们来说，对物理学科知识的掌握情况直接影响高考整体成绩。所以，在学习高中物理知识的过程中，沿着正确的学习思路，采用恰当的学习方法是非常必要的，能够获得较为理想的成绩。 一、加强对解题思路的梳理 在对力学知识进行学习的过程中发现，在力学方面问题的过程中大多时候都需要借助能量守恒定律、运动定律等来帮助解题，并且由于物理、化学、生物等学科与数学具有密切的关系，所以在解题过程中也需要用到许多数学知识，例如，几何图形、三角函数、图象等[1]。所以，在学习物理力学知识前，应当注意积累基础知识，从而熟练掌握函数知识和物理相关定律，以此来形成明确的解题思路。 二、加强对良好学习习惯的培养 良好的学习习惯对提高学习质量和效率具有非常重要的作用，而良好习惯的形成也离不开自主学习意识的支持。在学习物理力学知识的过程中，我们需要有意识的、有针对性的学习一些较为常规且容易出错的知识点，例如，养成正确使用物理符号的习惯，在日常做题时保证解题步骤书写的规范性、严步性。唯有如此，才能在解题时清晰、明了的以文字、符号的形式将解题思路表达出来。针对物理试卷中难度较大的压轴题，我们在解题时可以先根据题目给出的已知条件进行推理，将可能用到的定理、公式等知识简要的书写下来，然后进行推导和计算，在草纸上进行演算的过程中激发解题灵感，从而成功解题。同时，还应当养成良好的审题习惯，在审题时，仔细观察是保证解题准确率的重要前提，只有认真审题，仔细观察，才能明确的掌握题目给出的已知条件，从而充分利用已知条件进行解题。 三、加强对基础知识的掌握，明确学习规律 如上述所说，基础知识的掌握对解决物理力学问题具有非常重要的作用，所以在学习物理力学知识的过程中，对于物理力学中涉及的定理、定律等知识，我们应当熟练掌握，从而在实际解决物理力学问题的过程中可以针对题目给出的已知条件有依据的进行推理，以此来理清解题思路，成功攻克力学难题。在掌握基础知识的过程中，可以将概念图学习法巧妙的应用到其中，首先应当构建概念图谱，对构建概念图所需知识点进行选取，保证所构建的概念图能够有效加强物理新旧知识点的联系，完成对新旧知识脉络的梳理。然后，对物理知识体系中较为重要的内容进行归类、整理，明确概念图的各部分内容[2]。最后，按照特定的规律对相关知识点进行排序，明确概念图的横纵结构，完成概念图的制作。通过将概念图应用到高中物理学习中，我们能够在制作概念图的过程中对知识点形成系统认识，为后期学习提供相应的辅助，有助于学生物理学习效果的强化。例如，在学习“牛顿第一定律和牛顿第三定律”相关知识的过程中，可以将其中涉及的知识纳入到概念图谱中（图1），通过整理、制作概念图明确牛顿第一定律与牛顿第三定律之间的联系。 四、加强对学习方法的积累 对高中物理力学方面知识体系进行分析可知，力学的研究对象主要包括安培力、电场力、引力、摩擦力、重力、弹力、洛仑磁力等。在对力的存在进行判断时，需要注意下面几个方面：其一，状态能够影响弹力的情况；其二，以相对运动为机理；其三，通过提示可以判断重力；其四，通常都是先弹力后摩擦力；其五，若是相互垂直的力较大，则平行方向的力不存在。在对力的方向进行判断时，借助同一直线能够判断力的方向，标量是运算结果。针对力隔离和整体相关题型，首先可以通过外力来判断横踢，经过隔离后能够求出内力。在保持同一状态时，需要先看整体，而在处于不同状态时，则运用隔离。若是在不同状态，想利用整体，则需要先假设力的存在或不存在，然后根据已知条件进行推理计算。在坐标方面，一般运用正交分解，轴上矢量较多。在对力的运动趋势进行判断时，在速度与加速度的影响下，同方向的力相叠加，而反向的力则相互抵消。同时，在力的影响下，加速度发生变化，应当明确径向和切向，若是径向的方向发生改变，则切向的大小也发生改变，运动的方向就会偏径向。 五、结语 综上所述，物理课程是高中学习过程中较为重要的一部分，其内容的逻辑性和实践性比较强，若是在高中物理学习过程中未掌握正确的学习思路和学习方法，就会觉得物理学习难度大，逐渐丧失学习兴趣，最后变成学困生。为了有针对性的改善物理学习难的现状，我们应当善于在日常学习过程中积累学习经验，掌握正确的学习思路和学习方法，为更快、更准的掌握物理力学知识奠定坚实的基础。 作者:韩庚樾 单位:正定中学 物理力学论文:高中物理力学知识学习技巧探讨 高中物理中的力学是很重要的一个知识点，如想在高考中获得高分，掌握一些解题技巧是非常有必要的。掌握高中力学要从基础知识开始，只有打下坚实的基础，才能不断地提高学习成绩，提高学习效率。高中物理力学的解题技巧有哪些呢？ 1．高中物理力学解题步骤分析 力学解题通常可分为以下步骤：一要明确研究对象，面对一道力学题，在解题之前必须要了解研究的对象是什么，之后对这个对象的运动进行分析，对受力进行分析，按照物理特点进行分段，以确定解题的思路。二在研究对象和解题思路确定了以后，就要找出与其对应的力学规律，把对应的方程式列出来。三从所有问题中找到重点，对潜在的条件进行深挖，同时，针对问题的特点全方位、多角度、深层次地建立辅助性方程式。 2．打好基础，做好受力分析 无论是哪一门学科，基础知识都非常重要，牢固的基础是今后学习的必备条件，也是提高分数的有效途径。力学的基础知识是受力分析，一定要掌握熟练。力学中有一些概念和定理，不仅要背下来，最重要的是理解其中的含义，不要进入误区或理解上的错误。比如，速度和加速度这两个概念，虽然只有一字之差，但意思却是不同的。有些同学很容易混淆这两个概念，认为速度是零，加速度也是零；加速度越大，速度也会越大。当基础概念理解错误时，就会大大影响解题的成功率，不能有效提高成绩。所以，在高中物理力学中受力分析是解题的基础，能够正确画出受力分析图，就等于解题取得了第一步的成功。 3．培养逻辑思维，能够举一反三 逻辑思维可以助推物理力学中的解题，在解题过程中，当遇到很复杂的受力，就能够进行有效的分析，使整体的界限清晰明朗，有利于把复杂的力学解题变得简单化。比如：有两个物体相互纠缠在一起，在这种情况下，想要划分彼此之间的作用力是比较困难的，如果单独划分其中一方的作用力，显然，在一定程度上，对解题是有负面影响的，就会使解题变得更难了，如果把这两种物体看作为一个整体的话，对于区分彼此的受力情况就不那么难了，换而言之，也就降低了解题的难度。此外，还要掌握一个技巧，那就是能够“举一反三”。在解题过程中，常常会碰到一些类似的题目，其实这些题目之间存在着一定的关联性，对于同一种类型的题，要学会总结，找出其中的解题规律，久而久之就培养出了一种良好的学习能力即“举一反三”。 4．注重审题，挖掘其中信息 审题对于解题是至关重要的，审题要特别注意，尽最大限度从题目中挖出深藏的信息，体味题目中的内涵，这样才可以提升解题效率。力学题目大多会与生活发生或多或少的联系，在审题过程中，要一边审题一边认真思考，在题目中挖掘其中的含义，找到重要的信息，这些信息对解题大有帮助。具体地说，在审题过程中要注意以下两点：第一，对物体的运动形式进行分析，确定其是变速运动，是匀速直线运动，还是静止，注意运动的相对性。第二，要弄清物体的受力情况，然后进行分析，物体具体受到的外力有哪些，它们的方向怎样，假如是几个物体受力，就要对各个物体之间相互的作用力进行分析，把单个物体受力的情况及整体受力的情况分清楚。第三，当物体的受力情况很复杂时，要先考虑整体受力情况，然后列出所对应的受力方程，再分析每一单个物体的受力情况，这样才能保证物体的受力分析正确。总之，高中物理力学是高中阶段学习的一个重点和难点，在力学解题过程中，需要多种解题技巧，这样才能提高解题效率和准确率，提高成绩。 作者:周灿 单位:河南省南阳市一中高三（15）班 物理力学论文:高中物理力学三大解题技巧探讨 摘要：高中物理力学是物理学习中的重点和难点，我们在学习中发现，力学知识是构成整个物理结构体系的关键所在，所有的物理题目解答几乎都离不开力学知识，因此我们在学习中应当重视力学解题技巧的分析，针对不同的题目采用相应的解题方法，应用合适的解题技巧，从而在解题中少走弯路，提高解题速度和准确性。 关键词：高中物理；力学知识；解题技巧 高中物理的逻辑性和理论性较强，很多人在物理学习中会产生物理难学的观念，从而影响了其学习成绩，甚至有很多人直接学习落伍。在物理学习中，力学知识点的作用十分重要，几乎贯穿到整个物理体系中，几乎所有的题目解答都用到了力学知识，因此对同学们而言，要熟练掌握解题技巧，首先打好理论知识，把理论知识应用到力学题目解答中，下面根据物理学习的经验，详细谈谈物理力学解题的三大技巧。 1强化审题、寻找有效信息 高中物理中审题的至关重要，题目所提供的解题信息很多都隐藏题目中，因此我们要重视从题目中挖掘有效的信息，尤其是在物理力学题中，稍不留神就会造成题目理解错误，从而无法组织起正确的解题思路。同时在力学题目审题过程中，要做好审题记录，对出现的信息进行重点标注，对可能用到的公式或定律进行列举，发现其题目中暗示的信息，防止对题目信息挖掘不足，造成思维困难。再者在题目审题时，要努力将题目类型和实际生活中遇到的现象进行结合，例如在自由落体运动章节中，我们可以利用自己的经验来联想自由落体现象，从而增强了对题目的理解能力。物理受力分析是题目中常见的题型，给出一个物体或者多个物体，我们要通过受力分析来确定物体的状态，所给出的物体中有的是部分受力，有的则是全部受力，这时候就要根据实际情形进行力学分析，从而找出相应的解题思路。在力学受力分析中，其目的是明确物体的受力情况，作用在物体上的力有哪些，如果是多个物体组成的整体，就要分析整体和部分之间的受力关系。再者要分析力学作用下的运动形式，判定其运动是直线运动、静止运动及变速直线运动等，有助于解题思路设计，根据受力分析列出相应的受力方程。 2夯实基础知识、正确分析受力 在物理力学解题应用中，应当具备扎实的基础知识，只有这样才能理清题目中暗藏的知识点，并清楚其题目要求，从而做出正确的受力分析。对我们高中生而言，一定要弄清楚力学的基本概念和定理，并活学活用，有些同学对于基础知识点的概念不清楚，其适用范围也不明确，没有夯实基础知识，在受力分析时就会出现各种错误，因此我们首先要做好物理力学的学习，强化基础知识的应用。首先要对滑块进行受力分析，作用在滑块上的力分别有拉力、重力、支持力、摩擦力，其中支持力垂直于其运动方向，因此支持力并没有对物体做功，对物体做功的力只有重力、拉力及摩擦力，利用这受力分析就可以列出动能方程和能量守恒定理方程［2］。在本题目的解答中，受力分析至关重要，我们在解题时可以列出动能定理方程和能量守恒方程，把各种技巧相互配合，从而到达融会贯通的解题能力。力学解题是一个经验性的工作，我们要反复进行受力分析训练，在解题分析中，出现错误是不可避免的，我们要强化对错题的回顾，建立相应的错题记录本，利用这些错题来纠正解题思维上的错误，防止在同一类型题目上反复犯错，从而夯实基础知识，提高力学题目解题能力。 3注重举一反三、提升逻辑思维能力 力学解题中培养逻辑思维至关重要，高中物理力学题型的特点是题目组成较为复杂，一个题目中包含了很多力学知识，这就要求我们把物体的受力过程进行分解简化，以严谨的逻辑性思维来深入分析力学受力，例如对两个相互作用的物体，其受力不是孤立存在的，单独对其中一种力进行划分，就会割裂整体性的受力分析，容易造成解题错误。因此我们在力学解题上要注重对题目类型划分，对类似的题目要注重其关联性，通过反复的训练来提高思维逻辑性，从而得到科学的思维方式，提高力学解题准确性。 4结语 综上所述，高中物理的逻辑性和科学性较强，尤其是力学知识点的相互联系性较强，我们要在复杂的受力图中理清其受力关系，并得出相应的方程进行求解，这就需要我们掌握力学解题的技巧，在题目中寻找有效信息，同时夯实基础知识，正确分析其受力，通过反复训练来提升逻辑思维能力，从而提高高中物理力学题目的解题效率和准确性。 作者:胡嘉奇 单位:湖南省长沙市长郡中学

断裂力学论文:承压热冲击下压力容器断裂力学探索 摘要：按照有限元分析研究及热工水利系统程度，对承压热冲击下压力容器断裂力学进行分析研究，并且探索在不同瞬态下所具有的危险性能，了解压力容器脆性的改变。研究结果表明，压力容器表面裂纹及内壁裂纹深度较深的情况下，压力容器在实际应用过程中更容易出现裂纹问题。在相同条件之下，压力容器具有轴向裂纹时，出现裂纹的可能性要远远高于环向裂纹，严重情况下轴向裂纹甚至会贯穿整个压力容器内壁。 关键词：反应堆压力容器；承压热冲击；断裂力 学美国核管会所颁布的承压热冲击法规要求，主要内容分为两个方面，分别是10CFR50.61与R.GI.154技术，其中包含了保守因素，这样也就表示压水堆机组经济效益下的运行时间及延长寿命受到了一定限制。美国核管会在1999年之后，就以保守技术作为基础，对于承压热冲击进行了分析，在流程及模型等处理方法上进行了一定的调整。研究之后发现，承压热冲击主要承受的风险来自于回路管道及一回路阀卡上。在材料层面上，轴向裂纹是造成压力容器出现贯穿裂纹的主要原因，并且建议使用无延性转变温度作为鉴别主要方法。美国核管会在2010年颁布了新的承压热冲击法规。 1新承压热冲击法规的要求和压力容器贯穿概率分析方法 1.1新承压热冲击法规的要求 美国核管会在对承压热冲击评估的时候，应用的是美国现阶段还在应用的压水堆，因此美国核管会所推出的承压热冲击法规仅仅能够在2012年之后所生产的压水堆内应用。反应堆压力容器在设计制造过程中，是按照美国核管会在1998年或者是更早之前所制定的压力容器规划。这种设计并且制造的压水堆在评价过程中，也可以应用新承压热冲击法规。压水堆要是在2010年之后开始施工建设，并且是按照美国核管会所颁布的《ASME锅炉与压力容器规范》作为建设标准，对于压水堆进行设计制造，在对于这种压水堆评价过程中，只可以应用新承压热冲击法规进行评价。要是对压力容器评价所得到的时间超过鉴别原则，但是还是希望压力容器能够在电厂生产中应用，首先就应该将带区内所具有的中子注量进行降低，要是压力容器评价所得到的使用时间并没有超过鉴别原则，就需要在对压力容器安全分析过程中，进行全面详细分析，进而保证压力容器能够应用到规定的时间之内。在承压热冲击状态之下，压力容器出现贯穿概率大约为1×10-6。 1.2压力容器贯穿概率分析方法 压力容器贯穿概率计算流程与美国核管会所推荐的R.GI.154基本相同：首先，对压力容器贯穿热工序列进行划分，然后在使用拉丁超立方抽样方法将每一组内的频率进行统计出来，每一个小组内所包含的热工序列可能有几十个，也有可能高达上百个，在众多序列中只需要选择一个典型序列；其次，计算出通道在每一个时间段下的压力与温度等系数；再次，应用概率断裂力学进行分析研究，通过先进科学技术形成虚拟状态下的PVR，PVR之间使用不同参数标准进行随机组合，主要包含的内容为中子注量、裂纹尺寸等参数；最后，将之前所计算出来的热工参数导入到断裂力学内，这样就能够计算出某一组压力容器在瞬时状态下的贯穿概率。在对压力容器贯穿概率统计过程中，应用矩阵乘法将每一个小组瞬态贯穿概率相乘，选择每一个小组内压力容器贯穿概率的最大值，每一个小组贯穿概率最大值相加之后所得到的数值，也就是压水堆机组承压热冲击风险数值。小组对压水堆机组承压热冲击风险数值影响程度较低，并不需要进行详细的分析研究，但是承压热冲击数值还是会受到一组数值的影响，只需要对该组数值进行详细分析即可，从多种小组内选择出具有代表性的数据重新进行评价，最后保证承压热冲击数值不会在受到小组的改变。 2模型与载荷 2.1热工水力系统程度与有限元的模拟分析功能 热工水力系统程序在实际应用过程中，能够将压水堆核电厂内热工水力在某一个时间上面的瞬时状态模拟出来，所以热工水力系统程序能够应用到对于承压热冲击瞬时状态下热工响应研究上面，进而对于下降通道内部的压力及温度等等参数进行收集，了解到这个参数伴随着时间变化的规律。有限元模型在实际应用过程中主要是使用有限元分析软件，能够对于断裂力学进行详细的分析，同时还能够将断裂力学在线性及非线性状态下进行分析研究。有限元模拟在对断裂力学进行分析中，主要是通过弹性材料在裂纹上面所具有的奇异场应力强度因子判断依据，主要是通过三种开裂模式进行计算，分别是张开型、滑移型与撕裂性。 2.2压力容器模型 伴随着电厂运行时间与实际寿命较为接近，核反应堆芯带区材料所具有的断裂韧性会伴随着快中子的辐照逐渐下降，因此在过冷瞬时状态之下，核反应堆芯带区是受到影响最为严重的地区。所以，需要创建压力容器带区筒体的有限元模型。在回路压水堆压力容器内具有代表性的就是不锈钢，压力容器内部直径应该为4000mm，厚度大约在4mm。压力容器模型所具有的缺陷主要有六种，分别是半椭圆轴向表面裂纹、半椭圆环向表面裂纹、堆焊层下半椭圆轴向埋藏裂纹、堆焊层下半椭圆环向埋藏裂纹、椭圆面轴向深埋裂纹与椭圆面环向深埋裂纹，在这六种裂纹中，前四种裂纹深度大约为20mm，长度大约为80mm，后两种裂纹主要都位于压力容器基体低碳钢层内，裂纹的长度大约为40mm，裂纹的深度大约为20mm。在裂纹前缘的结构单元内，应用到的单元为SOLIDI186单元，裂纹前缘第一个单元与奇异单元之间通过节点连接，并且连接在奇异单元1/4的处，剩余的裂纹单元全部应用SOLID95单元。图1压力容器内节点图 2.3载荷 应用美国核管会最新颁布的承压热冲击法规，对某核电厂内的一回路建模，该核电厂在压力容器堆芯带区所使用的下降通道如图1所示，节点上面所应用的规划方法为二维划分法。核电厂在出现事故之前反应堆是在满功率状态之下运行，进入都系统内的信号全部都能够正常打开，压力容器的水纹为29.4℃，用大破口事故的方法，对冷管段及复压进行破口事故处理，然后再使用稳压器处理该事故。 3不同裂纹形式计算结果比较 在对承压热冲击风险重新进行评估时，美国核管会将热预应力效应归纳到了研究模型之中，表示压力容器在以下五种情况容易产生裂纹：开放性应力强度因子、材料静态断裂韧性最小值、断裂前端问题、K值与时间。将下降通道内的温度及压力有关参数全部都应用到有限元模型内，并且输入压力容器在边界上面的条件。有限元断裂力学模型在实际分析过程中，主要计算的是压力容器所具有的应力强度因子。对于压力容器内部应力及线弹性材料等原理进行叠加之后，在一个真实的应力情况下创建辅助性应力场，根据这两个应力场之间的重叠就能够计算机压力容器强度因子。有限元模型要是在尺寸及材料等方面的条件相同，压力容器表面裂纹应力强度因子所形成的裂纹深度越大，压力容器也就越容易出现裂纹。在承压热冲击损失状态之下，压力容器内部要是被注水进行冷却，所具有的裂纹深度也将更深，裂纹前缘在温度上面的梯度也就较大，所受到的热应力数值也就较高。要是模型尺寸及裂纹形式相同，埋藏较深的裂纹所具有的应力强度因子要远远小于埋藏较浅的裂纹所具有的应力强度因子，同时也小于在静态下断裂系数的最小值。主要是由于埋藏较深的裂纹所能够感受到的热应力数值较小，作用在裂纹上面的应力无法促使裂纹出现。 4结语 本文在对于承压热冲击下压力容器断裂力学分析研究中发现，裂纹离表面越近，就非常容易出现开裂的情况，但是埋藏较深的裂纹，在应力的作用之下，出现开裂可能性较低。模型尺寸及载荷数值相同的情况之下，环向裂纹要比轴向裂纹更加难以开裂。与此同时，压力容器出现大破口事故的危险要远远小于小破口事故的危险。 作者：陈思宇 张文华 单位：新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 断裂力学论文:断裂力学理论的压力容器分析 1断裂力学理论及判据 1.1线弹性断裂力学理论及判据线弹性断裂力学是用弹性力学中的线弹性理论对裂纹体进行力学分析，并采用由此求得的应力强度因子、能量释放率等特征参量作为判断裂纹扩展规律的准则。这种理论可以用来解决大型构件和脆性材料的平面应变断裂问题，如果裂纹尖端附近的塑性变形区比较小时，也可以采用断裂力学进行分析。当材料的中心出现穿透裂纹，在远场拉应力作用下裂纹张开，若板状样品很薄时可以将其考虑为平面应力问题，若板状样品很厚时则考虑为平面应变问题。图1表示的是一张“无限大”平板，壁厚可以忽略不计，考虑为平面的应力问题。在材料中心处有一长为2a的裂纹，受与裂纹面相垂直的拉应力σ作用，按线弹性断裂力学进行分析，可以得到裂纹尖端的应力分量。上式表明，裂纹前沿应力场都和KI有关，裂纹前端任意一点的应力分量完全由KI决定。也就是说KI控制了应力场的“强度”，所以通常称KI为“应力强度因子”。应力强度因子控制着裂纹尖端应力场强度，两者之间为正相关，因此应力强度因子可以用来描述裂纹尖端附近应力场强度。Irwin通过一系列实验的结果，统计得到了KI的临界值，在平面应变条件下，这种临界值被记为KIC，它代表材料阻滞裂纹扩展的一种特性，被称作“断裂韧性”。大量实验表明，当KI＞KIC时，裂纹开始发生初始的扩展，此为线弹性断裂力学的判据。 1.2弹塑性断裂力学理论基础不同于线弹性断裂力学理论，弹塑性断裂力学适用于裂纹尖端的塑性区尺寸已接近甚至超过裂纹尺寸的情况[3]，根据研究对象不同，主要分为J积分理论和COD理论。 1.2.1COD理论COD（CrackOpeningDisplacement）就是裂纹尖端的张开位移量，通常用δ表示，其基本思路是把材料受到载荷时的裂纹尖端的张开位移δI作为一个参量，建立这个参量和外加应力与裂纹长度的关系，计算出弹塑性加载荷时裂纹尖端的张开位移δI。然后把材料起裂时的δIC值作为材料的弹塑性断裂韧度指标，最后利用δI与δIC的关系判定结构是否起裂。裂纹顶端张开位移值（COD）是表征裂纹顶端塑性应变的一种度量[4]，COD理论主要是从裂纹周围的应力、应变出发，参考裂纹顶端张开位移，进行大范围屈服问题处理的理论，在中、低强度钢的焊接结构和压力容器的的断裂的安全分析中得到了广泛的应用。狭义上讲，COD基本理论有两种，一种建立在D-B模型的基础上，用于描述部分屈服条件下的COD。D-B模型主要用于中低强度钢制造而成的压力容器或者管道，但是在具体应用当中还需要进行鼓胀效应、等效贯穿裂纹换算以及材料硬化的修正。另一种理论是由Wells提出，主要是用经验公式进行描述完全屈服条件下的COD。 1.2.2J积分理论COD理论是一种经验方法，并不是一个直接且严密的参量，对裂纹尖端张开位移的分析计算的都是很困难的，所以美国一位教授Rice从系统的能量守恒的角度提出了一个既能用于描述裂纹尖端应力应变场的强度，又方便进行理论计算的参量J积分。J积分概念明确、理论严密，对线弹性与弹塑性条件下的断裂分析都适用，所以在压力容器缺陷安全评定中得到广泛的运用。J积分理论裂纹失稳扩展判据是通过含缺陷压力容器由于外载荷作用产生的断裂推动力和压力容器材料的抗断裂阻力比较得到的。式中，c表示裂纹下表面某点到裂纹上表面某点的简单积分，W表示弹性应变能密度；T为积分回路的张力分量；u为回路的位移分量。在弹塑性断裂分析中，我们可以使用J积分作为参量，建立起相应的断裂判据：。此判据适用于弹性、弹塑性和全塑性的情况。 2压力容器失效评定图 对于压力容器的缺陷验证，我国多采用COD方法，即断裂产生的应力和应变值的组合达到临界值。由于含缺陷构件的失效必须满足含缺陷构件的塑性失稳载荷大于外加载荷，断裂韧度大于应力强度因子两种判据，从而导出了基于塑性失稳与线弹性断裂两种判据的不同机理的曲线图。失效评定图技术（FAD）最早是英国CEGB的Harrison提出来的，并编制出了R6评定规范第1版，这种曲线图就是以COD理论为基础的失效评定图，由英国中央电力局提出，被称为旧版本R6评定图技术，如图3-1所示。J积分是力学、工程研究界内公认的科学的判定弹塑性断裂参量，在实践中得到了广泛的应用。它可用于评定裂纹体起裂、分析裂纹体撕裂过程、撕裂失稳的评定。虽然R6评定图是由英国专家提出，但是J积分的失效评定曲线是美国学者提出来的，从而引起R6第3次修订版的出现[5]，即目前使用的通用失效评定图，如图3-2所示。 3结语 近年来，我国的工业水平得到了很大的提升，各种先进的技术和方法不断的在工业生产制造中得到应用。但是在工业生产中，加工的材料不可避免地会出现各种裂纹、缺陷，断裂力学理论在常规的设计中的普遍使用具有很好的意义。通过不同理论方式的计算，得到的相应的评价指标，再通过相应的判据或者失效评定图进行比较，就能够在设计初期得到一个有参考价值的数据，避免了后期因为缺陷的产生而使得产品提前失效，造成不必要的人力财力的浪费。 作者：彭博 单位：成都市工业职业技术学校 断裂力学论文:断裂力学在桥梁工程中的应用 【摘要】 叙述了断裂力学形成过程和发展，简要介绍了计算断裂力学理论，并通过与桥梁工程实践相结合，介绍断裂力学在桥梁工程中的应用。 【关键词】 断裂力学；桥梁工程；应用；裂纹 断裂力学是近几十年发展起来的新的力学分支，它主要是利用连续体力学的原理，从这个角度出发，研究含缺陷或裂纹的物体在外界条件（荷载、温度、介质腐蚀、中子辐射等）作用下宏观裂纹的发展、失稳、开裂、传播和止裂规律，断裂力学应用力学成就研究含缺陷材料和结构的破坏问题，由于它与材料或结构的安全问题直接相关，它虽然起步晚，但实验与理论均发展迅速，并在工程上得以广泛应用。 1 断裂力学的形成和发展 断裂力学是一门现在仍在不断发展和完善的科学，因此，它是具有前沿性和挑战性的研究成果。20世纪20年代起到50年代末期，在工业发达国家逐渐形成断裂力学这样一门新兴的强度科学。大量断裂事故分析表明，断裂起源于构件有缺陷。传统的设计思想存在一个严重问题，就是把材料作为无缺陷的均匀连续体。在传统的强度理论中，均假定材料是连续固体，为保证构件安全的工作，要控制构件应力不超过该材料的对应的限定值，即σ≤[σ]。其中为构件的应力；[σ]为构件的限定应力，该限定值是根据材料试验后考虑一点的安全度确定下来的。而实际上构件总存在不同形式的缺陷，因此实际材料的强度要大大低于理论模型的强度。断裂力学就是研究有裂缝的构件在各种环境条件下（荷载、温度变化、化学腐蚀）裂缝的平衡、扩展和失稳的规律，并且研究构件强度条件的一门学科。显然它要研究裂纹尖端区的应力状态、应变状态和位移状态，研究裂缝本身抵抗裂缝扩展的能力，还要研究测定这种抵抗能力的方法和标准。通过对构件的分析，运气断裂力学的观点、判据能把构件内部裂纹的大小和构件工作应力，以及材料抵抗断裂的能力定量联系起来，从而可对含裂纹构件的安全性和寿命给出定量或半定量的估计，这就为工程构件的安全设计、制定合理的验收标准和原材原则提供了新的理论基础。 2 浅谈断裂力学理论 简单说来，断裂力学就是研究裂纹的力学。它研究裂纹扩展的规律，研究材料的强度与韧性的关系，研究带有裂纹的物体在外力作用下应力应变的规律及其判据，其主要分为线弹性断裂力学和弹塑性断裂力学。 线弹性断裂力学的研究对象是带有裂纹的线弹性体，其断裂类型主要有三种，各种复杂的断裂形式都可以分解为这三种。这三种断裂类型分别为Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹和Ⅲ型裂纹（如图1所示）。其中Ⅰ型断纹属于张开型断裂，Ⅱ型裂纹属于滑移型裂纹，Ⅲ型裂纹属于撕裂型断裂，前两种都属于平面问题，第三种属于反平面问题，其中以第一种裂纹形式为最常见、最基本也最危险，通常对其研究得也最多。 目前，对于裂纹的研究，主要是以Trwin的应力强度因子理论。应力强度因子K1是度量裂纹端部应力场强弱程度的一个参量。裂纹尖端是一个奇点，它随着荷载σ增加而增加，当荷载增大到某一临界值时，构件就发生破坏，此时，应力强度因子K1也达到了某一临界值Kcro，这样，对于带裂纹的构件来说，其强度准则就应该是K1 对于那些裂纹端部已有很大塑性区的大范围屈服断裂问题和全面屈服断裂问题，线弹性断裂理论已不再适用，而必须采用弹塑性断裂理论来进行分析。当前，用于弹塑性断裂的方法主要有COD和J积分法。当裂纹受到垂直于裂纹线方向的拉伸时，原先贴和在一起的上、下两个裂纹面就将分离，从而使裂纹张开，裂纹面在裂纹顶端的张开位移量就是所谓的COD，可以用来间接地度量裂纹端部的应力、应变场强度。J积分法是采用一种与积分路径无关的积分来分析缺陷周围的应力和应变场，它可以作为裂纹端部应力、应变场强度的度量。当此J积分值达到某一临界值时，裂纹就开始扩展。此临界值就是材料的断裂韧性。 3 断裂力学在桥梁工程中的应用浅述 断裂力学的应用从60年代起就显示了它巨大的作用，从而推动了断裂力学本身理论和实验技术的发展。近年来，断裂力学的应用得到很大的重视，它的应用范围极其广泛。 在桥梁工程中，混凝土作为一种常见的非均匀的结构材料，其中含有微裂纹，甚至有宏观的缺陷如裂纹、夹碴、孔穴等。混凝土的强度、变形和破坏性能都与裂纹的扩展有关。基于断裂力学理论，混凝土的破坏是由于对象体系中潜在的各种缺陷引起的，其破坏过程实际上就是微裂缝萌生、扩展、贯通，直到产生宏观裂缝，导致混凝土失稳破坏的过程。因此，运用断裂力学理论可以建立带有裂纹的有限元模型，进而对其进行桥梁结构的极限承载力。 目前分析蛄航峁辜限承载力的方法很多，但基本上都是利用有限元方法对结构进行分析，对于钢筋，在混凝土发生断裂破坏时，钢筋还处于线弹性阶段。对于混凝土材料来说，由于混凝土本身性能的复杂性，基本上是通过试验数据回归拟合而得。断裂力学为我们提供了一个很好的衡量混凝土抗裂性的指标――断裂韧性。它揭示了材料的裂纹和强度的内在规律，反映了材料的一项新的力学性能。一项新指标的确立，必然会带来一批具有更优越性能的新型材料。我们可以根据此指标指导材料的配方、工艺、生产，设计具有要求性能的新材料、新品种。国外对纤维混凝土等新品种混凝土的研究，就是用断裂韧性为指标的。 断裂力学理论研究和裂纹测试技术的发展，引入混凝土领域中，必将对混凝土的破坏理论的研究、发展起促进作用，应用断裂力学的理论结合有限元模型可以判断桥梁极限承载力，避免桥梁事故的发生。 4 结束语 断裂力学理论是在现实生活中重多的灾难断裂事故中形成，并在不断发展和完善起来的。断裂力学涉及面很广，有金属物理学、冶金学、材料科学、计算数学等多学科内容，现在乃至将来一段时间内仍将处于发展研究阶段。断裂力学在桥梁工程中的应用一方面促进和丰富了桥梁理论的发展，另一方面，断裂力学在桥梁工程中的应用，反过来也会对断裂力学的内容，给予极大的提升和发展。 断裂力学论文:断裂力学在压力容器分析中的应用 摘 要：伴随社会经济的快速发展及科学技术的不断进步，我国机械设备行业也得到了极大的发展。压力容器是一种需要承载压力的密闭设备，在我国工业经济发展的过程中发挥着重要的作用。随着工业发展规模的不断扩大，压力容器也逐渐向大型化方面发展，但在其快速发展的今天，仍存有大量质量问题，如裂纹现象。为更好地提升压力容器的质量，本文基于断裂力学理论，对压力容器的各项内容进行了探讨。 关键词：断裂力学；压力容器；应用分析 1 断裂力学理论分析 一般情r下，可由超声探测方式检测裂纹，但仪器无法检测到裂纹扩展早期的情况，长此以往，小裂缝呈现出稳步增长的现象，最后达到许用临界值，产生脆性断裂。工作应力在许用应力以下是计算传统结构强度安全的依据，但具体操作中，往往会出现应力破坏问题，这是情况下与传统强度计算依据存有差异，即存有结构内部缺陷问题。为防止出现此类问题，在分析压力容器缺陷时可依据断裂力学理论进行研究。以研究对象进行划分，线弹性断裂力学、弹塑性断裂学为构成断裂力学理论的主要内容。线弹性断裂力学主要是对大型构件、脆性材料平面应变断裂问题进行处理。其通过弹性力学内的线弹性理论分析裂纹体力学性能，且通过分析获取确定断裂纹扩展规律的相关因素，如应力强度因子等。在裂纹尖端周围具有较小塑性变形区的情况下，通常也会选取断裂力学进行探讨。而弹塑性断裂力学理论与前者存有极大的不同，其主要用于裂缝尖端塑性区尺寸与裂纹尺寸相近或在其之上，因研究对象存有差异性，可具体划分为2类：J积分理论、COD理论。在验证压力容器缺陷时，选用最多的断裂力学理论为COD理论，也就是断裂出现的应力、应变值组合与临界值相符。因构件存有缺陷，只有在其外加载荷低于塑性失稳载荷、或应力强度因子在断裂认读以下时，才能断定其为失效状，进而可将基于塑性失稳和线弹性断裂的2种依据的曲线图导出。在断裂力学理论内，COD理论只能被看做是一个经验方式，如作为一个参量，其不具备直接性、严密性，特别是在计算、分析裂纹尖端张开位移时难度较大，因此，由系统能量守恒方面出发，美国Rice教授提出了参量J积分。其不仅能够对裂纹尖端应力变场强度进行全面描述，还能够便于理论分析、计算。J积分具备清晰的理念、严密的理论，并适用于线弹性、弹塑性等环境下的断裂分析，尤其是在弹塑性断裂参量判定中J积分得到了人们的认可，且被广泛应用于实践中。其可对裂纹体起裂现象进行评定，并能够对裂纹体撕裂过程进行分析，是评定撕裂失稳的科学依据。 2 断裂力学在压力容器分析中的应用 在压力容器运行使用过程中，往往会产生大量质量问题，为此，必须按照现行规程开展在役压力容器安全技术检验，将安全隐患彻底扼杀。针对超标等缺陷问题，如采取传统方式予以消除，呈现出效果不佳、成本高等问题。为此，在安全评定时更多人倾向于采取断裂力学理论，其不仅能够确保设备运行安全，还节省时间，增加经济效益。为更好地了解断裂力学在压力容器分析中的应用，可以某压力容器缺陷为例进行探讨。 2.1 设备技术参数 某压力容器属于II类容器，设定1.5Mpa为其设计压力，CH3CI为介质，16MnR为材质，1Mpa为工作压力，要求在60℃以下控制其设计温度。 2.2 计算缺陷 通过X射线进行该压力容器缺陷探测，得出其环焊缝底片存有超标缺陷，共两处分别为102、106。随后选取超声波再次进行检测，结果如图1所示。由此得出，埋藏裂纹为其缺陷。 其中，埋藏裂纹到2自由表面的最小距离可通过P1（8mm）、P2（10mm）表示；板厚方向平面缺陷的尺寸最大值则由H（2mm）表示； 板宽方向平面缺陷长度最大值可由实际L1（20mm）、L2（15mm）表示。因H小于L1、L2；且0.4H小于P1、P2，可将该缺陷转化为椭圆形埋藏裂纹，由此计算其等效裂纹尺寸，分别为0.99mm、0.97mm。 2.3 缺陷的断裂分析 （1）计算应力及应变。通过以上论述，计算应力时可在水压试验最危险的情况下进行。因，可依据弹性情况进行计算分析，则对应于的应变公式为： 其中，弹性模量可由E表示，其选取2x105Mpa。 这种情况下，可得出应变。 （2）确定材料性能数据。按照相关规范规定，应以实测数据为主，但本压力容器试样难以获取，无法进行实测。此时可参考16MnR系国内类似压力容器用钢数据，可获取实测数据。安全技术分析过程中，选取0.06mm作为最低值，为确保压力容器运行安全，应选取0.06mm的50%进行分析，即选取0.03mm作为裂纹张开位移COD临界值。此时，可通过下式表示材料平面应变断裂韧度。 其中泊松比由v表示，且v=0.24，最终获取。 （3）脆断评定。第一，根据相关规范要求，进行应力强度因子计算，公式为=311N/mm3/2 由此可见，Kl/Klc=0.177，0.6 0.177，此时属于安全状态。 第二，根据相关规范要求，进行允许裂纹尺寸计算，公式为 因等效裂纹尺寸最大为0.99mm 3 结束语 综上所述，压力容器在日常运作的过程中需要承载一定的压力，容易出现裂纹等问题。因此要定期对压力容器进行质量检测，及时发现压力容器存在的质量问题，减少安全隐患，保证人民群众的生命财产安全。但是由于压力容器的特殊性能，在检测过程中应严格遵循断裂力学相关理论，要求在不损害压力容器使用性能的情况下，对压力容器的质量进行检测。且根据压力容器的具体情况选取合适的方法进行检测。 断裂力学论文:基于断裂力学的GFRP加固梁有限元分析 [摘 要]传统钢筋混凝土结构抗裂性能差，使用阶段常常带裂缝工作。基于断裂力学理论解释了GFRP加固梁的阻裂机理，同时，运用ABAQUS有限元软件计算并对比了不同加固形式的GFRP梁的加固效果。结果表明：各种形式加固梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有不同幅度的提高；各种加固形式中以U型加固效果最好。 [关键词]断裂力学；钢筋混凝土梁；GFRP；有限元分析 目前，钢筋混凝土结构在建筑结构中应用广泛，但由于混凝土的抗裂性能较差，结构常常带裂缝工作，而在混凝土表面粘贴GFRP是一种有效的阻裂加固方法。本文首先利用断裂力学理论解释GFRP加固中的阻裂机理，然后通过大型通用有限元软件ABAQUS对不同加固形式GFRP梁的加固效果进行对比分析。 1 基于断裂力学的GFRP加固梁阻裂机理[1] 断裂力学以裂纹的应力强度因子作为裂纹是否扩展的依据。当裂纹的应力强度因子小于混凝土的断裂韧性时，裂纹将处于稳定状态；等于混凝土的断裂韧性时，裂纹将扩展。 阻裂机理一：变边裂纹为内部裂纹 钢筋混凝土梁抗裂性能差，在很小的荷载作用下裂纹就会在混凝土的受拉侧产生，且是以边裂纹的形式出现。当我们在混凝土梁受拉侧粘贴断裂韧性较大的GFRP后，将边裂纹变为内部偏心裂纹，使裂纹的应力强度因子介于和之间[2]，降低了裂纹的应力强度因子。 阻裂机理二：起裂点集中拉拢力阻裂 GFRP通过在裂纹出现但未扩展时于起裂点处施加一集中拉拢力，产生一较大的负应力强度因子抵消一部分裂纹的应力强度因子，从而使裂纹尖端的应力强度因子减小，推迟了裂纹的扩展，提高了结构的承载能力。 2 GFRP加固梁有限元分析 2.1 结构简介及有限元模型的建立 结构采用4000mm×180mm×450mm的简支矩形梁，净跨径3600mm，截面高宽比为2.5；材料采用C40混凝土；加载方式采用三分点的两点加载，荷载间距1200mm。钢筋构造：受拉主筋为6Φ10，设计配筋率为0.58%，箍筋为Φ8@50mm，架立钢筋为2Φ10，斜筋为Φ8@100mm。 本文利用ABAQUS有限元软件对上述钢筋混凝土结构进行建模分析。混凝土、钢筋与GFRP分别采用C3D8R、T3D2与S4R单元，材料属性分别为混凝土塑性损伤、理想弹塑性与线弹性。在相互作用模块中，采用Embeded Region和Tie[3]来分别定义钢筋与混凝土和GFRP与混凝土、GFRP之间的相互作用。 为了对比不同加固形式的GFRP梁的加固效果，建立三种计算模型见表1。 钢筋混凝土梁配图及有限元模型见图1。 2.2 结果与分析 对有限元计算结果进行归纳，得到三种形式的GFRP加固梁荷载与跨中挠度的关系曲线见图2。 2.2.1 荷载-跨中挠度曲线形状 从图2中可以看出，GFRP加固梁与普通钢筋混凝土适筋梁一样，荷载-跨中挠度曲线均具有明显的三个阶段，分别为：混凝土开裂前阶段、混凝土带裂纹工作阶段、钢筋屈服后阶段。在钢筋屈服以后，普通钢筋混凝土梁已不能继续承载，而对于GFRP加固梁，由于GFRP的阻裂增强作用，仍能继续承载，荷载-跨中挠度曲线在这一阶段表现为有一定的倾角。 2.2.2 开裂荷载、屈服荷载与极限荷载对比 根据图2荷载-跨中挠度关系曲线并结合有限元计算结果，将三种形式梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载列于表2。 从表2可以看出，由于GFRP的阻裂增强作用，加固梁相较于普通梁在开裂荷载、屈服荷载和极限荷载方面均有一定幅度的提高，且越到后期，GFRP的作用越大，荷载提高的幅度也越大。对于水平粘贴加固梁，三种荷载分别提高了6.90%、26.95%和30.61%；对于U型粘贴加固梁，三种荷载分别提高了12.07%、39.72%和75.51%。 2.2.3 加固形式选取 从上面的叙述中可以得出，U型加固要好于水平加固。因此，在今后的实验研究和工程实践中推荐优先选用U型加固方式。 3 结论 本文基于断裂力学理论解释了GFRP加固梁的阻裂机理，同时运用ABAQUS有限元软件对比分析了不同加固形式梁的加固效果，得到以下结论： ①加固梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载要高于普通梁，且U型加固高于水平加固； ②在以后的实验研究和工程实践中推荐优先选用U型加固形式。 断裂力学论文:边坡稳定的断裂力学分析 摘要：如今边坡工程越来越多，然而现今对边坡进行分析的方法还不够完善。常规的分析方法假设坡体整体滑落，假设了一个滑动面，但是坡体的受力在微观的角度是复杂的，其中由于土体受外界因素产生的张拉收缩作用会在坡顶产生裂缝，裂缝的发展将会破坏土体的整体性，因此其受力不能简单的用平衡法进行分析，而一般的屈服判断条件又不适用于土坡等边坡，但断裂力学的相关知识适合于解决此类问题，本文正是基于断裂力学进行边坡稳定性分析 关键词：断裂力学；边坡稳定；失稳分析 引言 边坡的稳定性是工程中要考虑的重要问题，然而常规的屈服破坏准则并不适用于坚固土和超固结土这样的脆性材料，此外岩土工程的受力复杂，更加重了边坡稳定性分析的复杂程度。对于边坡稳定性分析通常采用的是极限平衡法，比如：圆弧滑动面稳定性分析、条分法稳定性分析、Bishop条分法稳定性分析、非圆弧滑动面的杨布法等[1]。其基本思路是假定一个滑动面，将边坡分为两个整体，然后进行宏观的受力分析。这类方法的参数容易获得，计算简便，是经典的分析方法，但其中有明显的不足之处：由于土的收缩和张力作用，土的坡顶一般会产生裂缝，边坡的破坏往往是从细小的裂缝开始的，因此对边坡进行整体分析会不精确。本文介绍的是基于断裂力学的边坡稳定性分析。 1基于断裂力学的边坡稳定性研究现状 滑坡是在一定地形、地质条件下，由于岩体或土体内部裂隙的损伤、扩展、断裂以及扩展断裂过程中的相互作用，导致边坡产生滑移、崩塌或失稳破坏的现象。因此研究裂隙扩展断裂及扩展断裂相互作用对岩体或土体强度特性的影响，对于边坡工程的加固、设计和施工具有十分重要的意义。关于裂隙对岩石强度的影响，目前国内外已在这方面有所成果，如赵平劳[2][3]针对层状岩体的抗压和抗剪强度作了大量的实验研究，得出了比较有意义的结果，范景伟[4]对含定向闭合断续节理岩体的强度特征也作了较详细的探讨，并从理论上推导出了含节理岩体的强度公式。王桂尧[5]利用实验观测到的结果、对节理裂隙岩体而言，其软弱结构面的方向和长度对岩体的强度会产生重要的影响。所以对于带裂缝的岩质边坡的稳定性分析已形成了一定的理论基础，有关这方面的文献也较多。 2一般边坡失稳分析 常规的边坡稳定性分析是假设一个滑动面，考虑滑体的自重以及抵抗滑动的摩擦力，通过他们的受力平衡来进行分析，下面以粘性土的土坡进行稳定性分析。 粘性土的颗粒之间存在着粘结力，产生滑坡时，土体整块向下滑动，土体受到自身重力以及摩擦力[6]，这里采用土坡圆弧滑动整体分析法。对于简单均质的粘性土坡的稳定性， 在不考虑裂缝的影响时， 采用圆弧滑动面的整体稳定来分析. 设土坡可能沿着圆弧面AC滑动， 滑动面半径为R， 使土体产生滑动的力为滑动土体。 重量为W， 抗滑力是沿圆弧面上分布的土体的抗剪强度。将抗剪力与重力对圆心O 取力矩， 得到抗滑力矩Mr 和滑动力矩Ms分别为： Mr =τfLR ， Ms =Wx .` 其中τf为土体抗剪强度； L 为滑动的圆弧长度； R为滑动的圆弧半径； W 为滑动的土体的重量； x 为W 对滑动面圆心O 的力臂， 如图1 所示. 图1 整体圆弧滑动受力分析 取抗滑力矩与滑动力矩的比值作为土坡的稳定性分析的安全系数K， 即 K= Mr / Ms =τfLR / Wx 3边坡失稳的断裂力学分析 本文用断裂力学理论进行边坡稳定性分析，而断裂力学能否用于土体中裂缝的产生和拓展，是本文研究的首要前提。根据相关文献资料可知，断裂力学在土体中尤其是坚硬或脆性土体中的应用已经得到广泛认可[1]。 3.1基于断裂力学的边坡稳定性分析的理论依据 土坡在使用期间， 会遇到土体干缩硬化固结、坡体不均匀沉降、水分蒸发、冻结融化以及气候变化等多种情况， 土粒之间的结构联系在薄弱环节破损， 土体原本存在的微小缺陷相互融合， 逐渐形成可见的宏观裂缝， 在外界因素地持续作用下， 这些宏观裂缝进一步发育生长， 直至坡体发生失稳破坏. 边坡由于结构和荷载的复杂，裂缝受到张拉和剪切共同作用，属于Ⅲ型复合型裂缝。 在边坡中，裂缝稳定性与坡体的稳定性密切相关，应力强度因子是缝端应力强弱的表征，裂纹的生长拓展由端部应力控制，因此应力强度因子K的大小反应了裂缝的稳定性。当缝端应力强度因子K等于材料的临界值时，裂缝会扩展并失稳，进而导致边坡的损坏。此时的裂缝长度为裂缝拓展的临界缝长lc。当裂缝长度小于lc时，坡体是稳定的；当裂缝长度大于lc时，坡体就破坏了。 3.2基于断裂力学的边坡稳定性分析过程 采用断裂力学对边坡进行分析的过程是这样的，首先确定边坡的最易开裂位置，由于边坡坡顶存在张拉区，因而很容易产生张拉型裂缝，而张拉型裂缝又往往是产生滑坡的诱因。首先对研究的边坡进行应力分析，根据应力分布规律，确定滑动面起裂的大致位置，然后在此位置周围开始搜索，找到其确切的最易开裂位置。具体做法为：先在大致开裂位置周围设置长度相等的铅直裂缝，然后进行断裂力学分析，得到其相当应力强度因子，相当应力强度因子最大的地方即为边坡最易开裂的位置。 然后确定边坡的临界缝长，在最易开裂位置设置从小到大的铅直裂缝，得到它们的应力强度因子，代入断裂判据。随着缝长的增加，裂缝会经历一个从不开裂到开裂的过程，最先达到开裂条件的缝长即为边坡的临界缝长。 最后寻找边坡的最危险滑动面，由于己经得到了边坡的开裂位置和临界缝长，在坡顶开裂位置设置一条铅直裂缝，此裂缝的长度应等于或略大于临界缝长，第四章基于断裂力学的粘土边坡稳定性分析再在这条裂缝的基础上进行搜索。 4 结论 （1）常规的采用极限平衡法分析的边坡稳定性问题存在一定的不足，其产生的安全系数不可靠，在采用极限平衡法进行边坡稳定性分析时应适当的调高安全系数以防止事故的发生； （2）临界缝长用来作为裂缝失稳的判据相比较于应力强度因子K更方便，其作用等同于应力强度因子K，可通过缝端应力强度因子K达到临界应力强度因子时对应的缝长间接得到。 断裂力学论文:半刚性基层沥青路面温度应力断裂力学分析 【摘 要】进行路面裂缝开裂扩展评估工作时，需要应用J积分与路面裂缝尖端应力强度因子两个关键指标。本文采用ABAQUS软件，创建有限元模型，结合断裂力学与奇异单元理论，从温度应力与荷载两个方面分析广西几条半刚性基层沥青路面裂缝的情况。 【关键词】半刚性基层；沥青路面；温度应力；断裂力学 横向裂缝是高速路半刚性基层沥青路面早期主要破坏形式。它的形成往往是由于沥青路面半刚性基层反射性开裂、温度疲劳裂缝、低温收缩裂缝等多方面原因综合影响之下的结果。单单依靠试验，是没办法有效评估上述多方面因素与高速路沥青路面温度应力之间存在的联系大小的。所以通过数学模型，结合断裂力学与奇异单元理论评估因素与高速路沥青路面温度应力之间存在的联系，有着十分重要的现实意义。 1 断裂力学理论概述 1.1 判断应力强度因子的基本准则 所谓的断裂力学指的是研究在（湿度、温度、荷载等）环境之下构件上裂缝的失稳、扩展、平衡规律的一种学科门类。在荷载影响之下，根据裂缝不同的扩展方式，可以分成撕开型裂缝、剪切型裂缝、张开型裂缝三种基本类型。一般在高速公路施工项目中会涉及到剪切型裂缝与张开型裂缝两种。 根据线弹性断裂理论，张开型裂缝裂纹尖端区域的位移场可表示为： 式中，G为含裂纹弹性体的剪切模量；r、θ是以裂纹尖端为坐标原点的极坐标；K1为常数。从式（1）、式（2）可以看出，随着r的减小（tg就是越接近裂缝尖端的地方），所有的应力分量都增大，并且当r趋向无穷大时，这些应力分量均趋向无限大，亦即裂缝尖端处的应力场具有奇异性。只用应力大小来判断结构强度的方法不再适用，由于裂缝尖端附近的应力场与K1成正比，K1可以用来反映裂缝尖端附近的应力场强度，称为应力强度因子，其量纲为[FL-3/2]。 1.2 J积分 J积分是为了避开直接计算裂纹尖端附近的弹塑性应力应变场，提出的一个围绕裂纹尖端的围线积分，与积分路径无关，为一常数，即J积分的守恒性。J积分被公认为在其主导区能正确反映HRR奇异性，其守恒性使得可以在分析中避开裂纹尖端这个难以直接严密分析的区域。 如下图所示，围绕裂纹尖端作一回路，并沿此回路积分得： 式中，ω是在弹塑性条件下，在单调加载过程中裂纹体的应变能密度；τ为自裂纹下表面的任意一点起，沿逆时针方向绕过裂纹尖端而止于裂纹上表面任意一点的任意一条曲线；Τi是作用在回路上弧线ds对应的面元素ds、dz上的表面力矢量；ui是该处的位移矢量；n是线元素ds的外法线单位矢量。 2 等参有限元分析 奇异性是裂缝尖端应力应变的重要特点，通过SNGULAR命令在裂缝尖端设置奇异单元，如下图，能将裂缝尖端奇异性特点十分好地模拟出来。 3 高速公路层状路面结构的数值计算模型 为分析在温度变化影响之下，路面不同结构层裂缝的扩展规律，首先假设有一个贯穿基层底部的裂缝。与此同时，为了讨论裂缝的扩展规律，研究沥青面层受到裂缝反射的状况，假设沥青面层底部也有一个完全贯穿的裂缝。 在本文计算过程中均作下面几项假设： ①高速路层与层之间是连续的，地基、沥青混凝土、基层材料都是均匀的、各向同性的线弹性材料；②路面所有裂缝面都是自由面，横向裂缝之间的距离是均匀的，且贯穿整个沥青路面的宽度；③路表层有温度荷载，热传导定律所有条件路面体内温度都满足，与此同时，我们假定路面最下层与水平向无限远处位移与应力为零；④当应用温度应力进行研究时，设定沥青路面表层温度从六十摄氏度降低到二十摄氏度，计算路面温度场时，路面温度场不是出于瞬态传播的状态，而是以稳态传导的形式进行传播。 在计算路面受到温度变化影响而出现的变化时，参考的是2005年北京科学出版社出版的吴赣昌《半刚性路面的温度应力分析》这本书。 4 温度应力断裂力学计算 为了让计算数据对比性更强，在进行多个结构层的温度应力强度因子计算的时候，设置全部计算模型的精度与单元分布都是一样的，仅仅变更沥青路面裂缝自由边的长度大小，本文K1（应力强度因子）计算量纲为[N・m-3/2]。 4.1 厚度不同的基层裂缝所造成的影响 因为受到温度应力的影响，在沥青路面会出现张拉型水平裂缝，所以剪切型应力强度因子KⅡ等于0。从下面两张图我们可以知道，当增加基层裂缝开裂的厚度时，基层裂缝尖端的应力强度因子也随着增加，进而裂缝裂开程度及裂开速度均明显增快。 4.2 当路面基层开裂完全时，厚度不同的路面面层裂缝所造成的影响 从下面两张图我们可以得知，如果沥青路面基层出现开裂的时候，随着路面面层底部裂缝的长度慢慢加大时，裂缝的扩展速度也逐渐加快，直到面层底部完全破坏。比对基层开裂应力强度因子K1变化图我们可以知道，基层应力强度因子明显比面层应力强度因子K1值，表明面层比基层更容易受到温度应力的影响。而我们国家建设的半刚性基层沥青路面往往在当初进行面层铺设之时裂缝就已经出现，在温度应力影响之下，路面裂缝出现的速度及扩展的速度都大大提高了。怎样有效降低沥青面层铺筑施工阶段之前裂缝出现的概率有着十分重要的现实意义。 4.3 基层模量应力强度对裂缝所造成的影响 如果裂缝出现在基层时，当基层模量的加大时，应力强度因子也会随之加大。而一般来说我们国家高速公路沥青路面的基层有着较高的强度，也就是说沥青路面水泥剂量都可以达到百分之五至百分之六，因此在高速公路沥青路面施工的阶段，我们可以结合实际情况，适当降低路面水泥稳定碎石半刚性基层的水泥剂量。 4.4 基层开裂在面层模量作用下所出现的变化 从下面两图中可以知道，当沥青路面基层出现裂缝的时候，基层温度开裂进展不会因为面层模量的增大而变化。 4.5 当路面面层出现裂缝时，面层模量对裂缝进展的影响 从下面两图可以知道，当路面面层模量出现变化时，应力强度因子也随之变化，因为沥青路面的温度收缩一般出现在周边环境温度下降的时期，而道路周边环境温度下降原本就会加大路面面层的劲度，进而加快路面裂缝的进展。 4.6 当沥青路面出现裂缝时，基层模量对裂缝进展的影响 当沥青路面出现裂缝的时候，即便基层模量慢慢加大，面层裂缝尖端的应力强度因子也出现相对应的加大趋势，然而通过对照相关数据发现，面层裂缝尖端应力强度加大幅度十分小，甚至可以忽略这个加大幅度。从另个角度来说也证明了基层强度太大对防止温度型裂缝并没有明显的好处。 4.7 面层开裂时厚度变化对开裂的影响 随着面层厚度的增加，温度变化对沥青层底裂缝尖端的应力强度因子有下降趋势，但是，对比其数值可以发现，影响非常小。具体如下面两图所示。 5 结束语 综上，对半刚性基层沥青路面温度应力开裂进行断裂力学分析，结果能真实反映层状路面结构基层裂缝扩展现象和规律，可以为沥青路面早期开裂破坏机理分析提供依据。 断裂力学论文:浅析岩石的断裂力学 摘要：论述了国内外断裂力学及损伤力学的学科发展历程，总结了岩体断裂力学损伤力学的研究内容、研究特点以及岩石力学专家们一些年来所取得的主要成果，并简单介绍了断裂力学损伤力学在岩土工程中的实际应用。最后，通过对岩石破坏的断裂-损伤理论的阐述，指出了综合考虑损伤与断裂的破坏理论是能更好地反映岩石实际破坏过程的一种新的理论, 可在以后的理论研究和实际工程中得以更为广泛的应用。 关键词：岩石 断裂力学 损伤力学 岩石的破坏过程总是伴随着损伤(分布缺陷)和裂纹(集中缺陷)的交互扩展,这种耦合效应使得裂纹尖端附近区域材料必然具有更严重的分布缺陷。岩石的破坏, 如脆性断裂和塑性失稳, 虽然有突然发生的表面现象, 但是, 从材料损伤的发生、发展和演化直到出现宏观的裂纹型缺陷, 伴随着裂纹的稳定扩展或失稳扩展, 是作为过程而展开的。事实上, 物体中往往同时存在着奇异缺陷和分布缺陷。在裂纹(奇异缺陷)附近区域中的材料必然具有更严重的分布缺陷, 它的力学性质必然不同于距离裂纹尖端远处的材料。因此, 为了更切合实际, 就必须把损伤力学和断裂力学结合起来, 用于研究物体更真实的破坏过程。 一、岩石I型断裂韧度测试方法研究现状 岩石的断裂韧度是用来表征岩石材料抵抗因裂纹扩展引起断裂的能力，是材料的固有属性，应该与测试试件的形状、尺寸和加载方式无关。对岩石进行断裂韧度室内测试是将断裂力学引入岩石力学的基础。然而，由于研究的不足和问题的复杂性，目前只有国际岩石力学学会在1988 年和1995 年给出了两个测定岩石静态断裂韧度的推荐方法，更重要的是，试件构形和尺寸大小对岩石断裂韧度测试值的影响，即尺寸效应（或尺度律），也越来越受到了岩土工程研究者的关注。 1.岩石I型断裂韧度测试方法 由于岩石材料的特殊性和断裂韧度（KIC）测试比一般的强度测试更加复杂和困难，至今国际上还没有岩石断裂韧度测试的统一标准，自从20世纪60，70年代以来，许多学者在借鉴金属断裂韧度测试方法的基础上，针对岩石材料的特殊性，在岩石断裂韧度测试方法研究方面进行了很多有益的探索。通常用于测定岩石断裂韧度的方法有以下几大类：短圆棒试件、扭转试验、梁的弯曲试验和圆盘试验。其中，梁的三点弯曲试验常被采用。具体来讲，曾被用来测试岩石I型断裂韧度的方法及试样类型有：中心直裂纹试样(CSCBD)、单边切槽裂纹试样(SECBD)、不预制裂纹的巴西圆盘测试(BDT)、修正岩石I型断裂韧度测试方法以及圆盘测试 (MRT)、压痕试验(IT)、径向裂纹环状试验(RCRT)、修正环状试验(MRT)、单边切槽半圆盘三点弯试样(HDB)、环形盘紧凑拉伸试样、轴向切槽圆棒压缩开裂试验(ACRBC)、单边切槽圆棒弯曲试验 (SENRBB)、环向切槽圆棒弯曲试验(CNRBB)、环向切槽圆棒离心加载试验(NRBEL)、环向切槽圆棒拉伸试验(CNRBT)、预制裂纹空心筒内压测试或爆破测试、单边直裂纹三点弯曲梁测试(SC3PB)、单边直裂纹4点弯曲梁测试(SC4PB)、双扭测试(DT)、双悬臂梁撕裂试验(DCB)、紧凑拉伸试验(CT)、边切槽圆盘劈裂试验(END)、厚壁圆筒试验(TWC)、点荷载试验等。迄今为止，岩石I 型断裂韧度测试较为常用的试样类型主要有：单边直裂纹三点弯曲梁试样(SC3PB)、“V”形切槽三点弯曲圆梁试样(CB)、“V”形切槽短棒试样(SR)、“V”形切槽巴西圆盘试样(CCNBD)。此外，紧凑拉伸试验(CT)、单边切槽圆棒弯曲试验(SENRBB)及双扭测试(DT)、厚壁圆筒试验(TWC)等方法也被广泛采用。 二、岩石断裂力学的研究特点 岩石断裂力学是岩石力学的新的分支学科，是研究岩石断裂韧性和断裂力学在岩体中应用的科学。它也包括两个内容：分析裂缝端部的应力场和位移场； 确定岩石断裂韧度。由于断裂力学逐渐被许多岩石力学工作者所接受，近年来这方面的研究成果显著增加。当前岩石断裂力学的主要问题也是合理地确定岩石断裂韧度。 近几年来，在金属断裂研究与应用方面，开展了许多工作。对于裂纹岩石断裂的研究和应用，国外也已引起高度重视，但国内尚处于初始阶段。许多采矿工程中的实际问题，如矿山地压，井巷破坏，采场顶板的下沉与管理，岩层移动，露天矿边坡的稳定性，岩石断裂机理等等，都将提到岩石断裂力学研究的日程上来。可以预料，断裂力学将在矿山工程实际应用方面表现出强大的生命力。 三、岩石断裂力学的工程应用 1.岩石断裂力学在地震研究中的应用 由于浅源地震过程，本质上是地壳岩石大规模的断裂过程，所以引用断裂力学来研究地震，便成为人们所注意的向题。在这方面，国内已经做过不少工作。例如把断裂力学中的应变能释放率公式和位移公式与震级一能量公式用来求得震源参数与地壳岩石应力状态之间的关系，以服务于地震预报的目的；又如采用流变一断裂模型，来解释余震序列的时间滞后特性；再如用断裂力学理论分析圆盘裂纹稳态扩展条件，进而讨论断层参数、应力场参数和岩石物理力学特性参数与膨胀现象间的关系，以解释有的地区震前没有膨胀现象而有的地区震前却有强烈的膨胀现象；目前金属断裂力学多注意拉应力的作用，但用到多裂隙介质的岩石中来时，则多是断裂面处在压应力下的断裂力学问题，会具有自己的特点。 2.断裂力学对改进重力坝剖面的设计和稳定分析方法极有前途 现行重力坝设计规范规定，在正常荷载作用下，上游面不应出现拉应力。空腹坝坝踵应力状态更为复杂，又无明确规定。因此国内一些空腹坝不得不把距坝基以上3 米高处上游面拉应力为零作为设计基准。实际坝踵是应力奇点，用连续介质力学分析其应力是困难的。视坝踵为V 型切口，用断裂力学方法分析其开裂条件是可行的，对于较完整岩基上的重力坝，坝与基岩胶结面显然是大坝的薄弱环节。试验已证实，在胶结面上存在一定的凝聚力。同时，由于施工缺陷、应力集中等原因，胶结面上可能存在裂缝。因此坝踵开裂后至大坝失稳前，裂缝沿胶结面有一个发展过程。用断裂力学方法分析坝的稳定性，研究裂缝的止裂条件和剩余韧带区的强度条件，可能比目前采用的剪摩或纯摩公式更为接近实际。 3. 岩石断裂力学中存在的主要问题 目前，岩石断裂力学的研究与应用存在问题不少，难度较大，尚待作出巨大的努力。今后应该着重探讨下列问题：a在受压下，岩体内裂纹闭合，边界条件发生变化，因此，必须发展脆断模拟与弹塑性断裂模拟，进行闭合裂纹尖端应力场与位移场的解析研究以及分支裂纹端应力强度因子的计算研究；b岩石材料的本构关系；c岩石在各向受压条件下的断裂机理；d岩石在单轴或多轴压缩下的复合型断裂判据；e 建立岩石静、动态断裂韧性测定的标准方法，探讨各类岩石断裂韧性与传统力学性能的关系；f现场岩体内裂纹的监测手段与防断措施，；g非均质、各向异性与加载速率等因素对岩石断裂的影响。 四、小结 岩石的断裂韧度是一个用来表示材料抵抗裂纹和扩展能力的参数，其断裂韧度的准确测定是岩石断裂力学中一项非常重要的基础性工作。断裂力学是50 年代开始发展起来的固体力学的新分支. 主要按断裂力学发展的成熟度, 重点是线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学、断裂动力学这三种经典断裂力学的基本理论与断裂准则，断裂力学是一门工程学科，目的是给出完整的工程结构构件由于裂纹扩展而破损的定量描述。 断裂力学论文:情系断裂力学教研相长结硕果 断裂力学起源于20世纪中期，发展于20世纪后期，并且仍在不断发展和完善。因此，它是具有前沿性和挑战性的研究领域。 在这项极具挑战性的研究领域里，柳春图见证并亲身参与了我国断裂力学从发展起步到不断成长的整个历程。作为一位重要的参与者，柳春图在断裂力学及其工程应用、海洋工程力学、夹层结构等方面都有着深入的研究和探索，他多次主持重大的科研项目，获得无数赞誉。 缘结断裂力学勤耕耘 我国断裂力学起步于20世纪70年代初，从这个时候开始，柳春图就有幸成为这一学科的首批科研学者。当时，对于这门新的学科，年轻的柳春图甫一接触，就有了继续探索和研究的兴趣，他开始着手去研究并做一些工作，并不断学习相关理论，随时关注国际上断裂力学学科的发展和走向。 1972年，河南平顶山大型国有发电厂安装了一台中国自行生产的30万千瓦的汽轮机转子，经检测发现有裂纹，按国家标准不允许运转。在那特殊的年代，转子能否运转上升到了政治高度。柳春图凭着“初生牛犊不怕虎”气概揽下了这个活，团结课题组全体成员努力工作，获得了可以监控运行的结论。 柳春图还负责承担了航空工业部某部门委托的某型飞机国内首次在主要受力结构部件采用夹层结构的研究任务。地面结构试验表明，夹层结构应用于飞机的主要受力结构部件是优越的、可行的。 再接再厉勇攀登 在这个领域不断积淀成长的柳春图，眼界和思维越来越开阔。他定性定量论证了经典理论应用于板壳断裂分析的重大理论缺陷，获得考虑剪切变形理论板、球壳、圆柱壳Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型裂纹尖端局部解，这就给出了解决各种结构断裂问题的理论基础。这些研究在国际上都是首次得到，并获得实验证明。 在分析和计算方法的研究，柳春图提出了一个具体断裂力学特点的计算方法――局部整体法。他指出，这与已有计算结果比较该方法体现出显著的优越性，如表面裂纹问题；局部整体法的结果与光弹试验结果符合良好；与国际上公认的Newman有限元结果精确度相当，而计算自由度数仅为其1/10；在国际上首次给出有限尺寸板壳Ⅱ、Ⅲ复合型的分析结果。由于上述成绩，柳春图受到第七届国际断裂会议的大会邀请并作了报告。 柳春图还主持了十几项较大海洋工程研究项目，其中突出的是中国海洋石油总公司“八五”攻关，“涠11-4导管架平台结构强度全尺度原位监测”研究项目。这是国内首次进行的大规模原位综合监测，是一个技术难度较大、组织协调复杂的系统工程。这个项目被鉴定为总体研究水平达到了国际先进水平。在监测的范围和规模上优于国际上同类工作，获得1998年中国科学院科技进步二等奖，1999年国家科技进步三等奖。 由于多年奋斗在科研第一线，柳春图获得了许多经过实践检验的科研结论。经过地面结构的试验，柳春图得到了夹层结构应用于飞机的主要受力结构部件是优越的、可行的结论。并发表专著《夹层板壳的变形、振动和稳定性》，这是国际上发表在此领域的第一部专著，获1978年全国科学大会重大成果奖。由于柳春图在断裂力学领域的声望和取得的成绩，他干1974年组织和主持了全国首届断裂力学会议，以后多次主持断裂会议、组织断裂讲座等，为促进了我国断裂力学及工程应用的发展作出了重大贡献。 断裂力学论文:混凝土断裂力学的发展简介 [摘 要]混凝土断裂力学研究含裂缝体的混凝土材料和混凝土结构的破坏过程以及裂缝传播规律，建立断裂准则，探讨如何控制和防止混凝土结构断裂破坏的措施。本文通过分析混凝土断裂的几个模型，简述混凝土断裂力学的发展过程。 [关键词]断裂力学 模型 1 前言 混凝土断裂力学是固体力学的一个分支，主要是研究带裂缝固体的强度及裂缝扩展规律的科学。最早的概念来源于上个世纪二十年代初英国物理学家Griffith对脆性材料，如玻璃的断裂研究。他指出材料内部的微观缺陷或不连续现象如裂缝的存在将影响材料的强度，并使用Inglis的椭圆孔无限平面介质的弹性解提出了脆性断裂力学的基本理论框架。 2 混凝土断裂力学的发展 2.1 混凝土断裂力学的理论基础 1961年Kaplan首先发表了线弹性断裂力学应用于混凝土的试验成果，该研究引起了学术界的注意和重视。此后三十多年，很多学者进行了大量的混凝土断裂试验研究。随着研究工作的不断深入，发现原先适用于金属的一些基本假定、理论和试验方法并不能适用于混凝土，并采用了能反映混凝土本身特点的新假定、新理论及新的试验方法。 早期混凝土断裂力学方面的研究成果大都以线弹性断裂力学为基础。由于不能将线弹性断裂力学直接应用于混凝土材料，人们把研究的重点转向了非线性断裂力学。 2.2 混凝土断裂力学模型的建立 2.2.1 Hillerborg的虚拟裂缝模型 Hillerborg的虚拟裂缝模型认为裂缝的扩展以缝前形成的微裂区为先导，将微裂区视为一条虚拟裂缝，随外荷载的增加，此区域内材料的刚度降低，使缝前端部分传递应力的能力降低，但由于骨料和基体的桥联作用在虚拟裂缝面上作用有使裂缝闭合趋势的粘聚力，使缝前仍有传递应力的能力。此外，粘聚力与虚拟裂缝宽度存在一定的反比关系，即粘聚力随虚拟裂缝宽度的增加而降低。当虚拟裂缝的宽度达到某一极限值时，粘聚力变为零，此时宏观裂缝出现（见图1）。虚拟裂缝上传递应力和虚拟裂缝宽度（张开位移）之间的关系为材料的软化本构关系，它反映材料上一点的应力状态，不论采用何种测试方法，其值均应相同。 虚拟裂缝模型将裂缝分为两部分： （l）不传递应力的物理裂缝。此区域内位移和应力不连续。 （2）虚拟裂缝。即在裂缝端有一断裂过程区，它具有以下特性：①在缝尖的峰值应力等于混凝土的抗拉强度关；②从虚拟裂缝尖端的应力关递减分布到物理裂缝尖端处，沿断裂过程区位移不连续但应力连续。 2.2.2 Bazent裂缝带模型 1985年RLEM根据虚拟裂缝模型推荐了用三点弯曲切口梁法测定混凝土断裂能的规范方法。在此之后，RLEM委员会组织进行了大量系统的试验，结果发现断裂能存在着显著的尺寸效应。 Bazent的裂缝带模型将裂缝的断裂过程看作一密集平行的微裂缝组成的裂缝带，这条带具有一定的宽度，对混凝土材料，裂缝带的宽度磷取为最大骨料粒径的3倍。由于裂缝带有一定的宽度，因此缝端也有一定的宽度，即缝端并非尖状的，而是钝状的。将裂缝带看作是正交各向异性介质，可以很方便地确定裂缝带及结构的应力和变形。在进行有限元分析时，为消除网格敏感性，应调整软化本构关系，以保证网格宽度为h和WC的裂缝带吸收的能量相等，即扩展单位长的裂缝吸收的能量唯一。 2.2.3 双参数断裂模型 Jenq和Shall的双参数断裂模型是修正的线弹性断裂模型，以线弹性断裂力学为基础，并引入一些符合混凝土非线性特性的假设。Jenq和shah提出了两个断裂控制参数即临界失稳韧度和临界裂缝尖端张开口位移CTODC。，并使用它们建立了断裂准则。文献提出了临界等效裂缝长度的概念，即初始裂缝长度a0与裂缝的亚临界扩展aC之和。若直接由线弹性断裂力学公式计算KIC，又不考虑裂缝的亚临界扩展长度aC，从而使断裂韧度具有明显的尺寸效应。而根据临界等效裂缝长度和试验测得的极限荷载，利用线弹性断裂力学方法得到的断裂韧度无尺寸效应，这才是混凝土实际的断裂韧度。该模型以线弹性断裂力学中的应力强度因子的解析表达为目的，没有考虑分布在断裂过程区内的粘聚力作用。 2.2.4 其他模型 除以上模型外，另外两个经典的模型就是Karilialoo和Nallathambi的等效裂缝模型以及Swartz和Refai的等效裂缝模型。对Karilialoo和Nallathambi的等效裂缝模型来讲，它研究的对象是三点弯曲梁，基本的思想与双参数断裂模型相似。 我国学者徐世娘教授于1992年基于线弹性断裂力学并考虑断裂过程区内粘聚力的作用，以应力强度因子为参量提出了描述混凝土断裂的双K断裂模型。在这个模型中，除了使用失稳断裂韧度这一参数来控制裂缝的临界失稳外，还引入了一个新的概念即起裂断裂韧度来作为裂缝起裂的控制参数，并创立了双K断裂判据。 3混凝土断裂力学的未来发展 随着混凝土技术的发展，混凝土的性能也在不断改进和提高，逐渐向着高强、高韧性的方向推进。Navailurkar和Hsu，试验结果表明：混凝土软化曲线形状对混凝土抗折强度、断裂过程区的大小、峰值后的荷载变形曲线影响非常显著。 Raghu Prasad等试验结果发现在混凝土中掺入了粉煤灰、矿渣等矿物质材料后，因而会存在一些未水化的粉煤灰或矿渣大颗粒，而这些大颗粒的存在使混凝土中产生了一些裂隙，导致混凝土断裂过程区尺寸增加。通常情况下，高强混凝土的脆性增加，而在高性能混凝土中掺入粉煤灰、矿渣等矿物质材料会使混凝土的脆性减小。 断裂力学论文:基于断裂力学的钢筋混凝土保护层锈胀开裂探讨 摘要：本文基于钢筋均匀锈蚀时混凝土的开裂实验现象建立了混凝土保护层开裂的计算模型，考虑了混凝土和钢筋的实际变形情况以及混凝土界面中的原始裂纹与缺陷，裂纹在钢筋锈蚀膨胀作用下的起裂、扩展情况，利用断裂力学和弹性力学得到了混凝土保护层开裂时钢筋膨胀力和均匀锈蚀率的理论预测模型。分析了影响钢筋锈胀开裂的诸多因素，认为混凝土保护层厚度的增加、混凝土材料界面相的加强、混凝土断裂韧度的提高和钢筋直径的变小都有利于钢筋混凝土耐久性的提升。 关键词：混凝土保护层；钢筋锈蚀率；断裂力学；弹性力学；锈胀开裂 1 研究背景 钢筋混凝土结构的耐久性失效最主要的表现形式为钢筋锈蚀引起的结构破坏。在美国，因各种锈蚀造成的损失为700多亿美元，其中混凝土中钢筋锈蚀造成的损失约占40%。钢筋锈蚀后其锈蚀产物的体积是原有体积的2-4倍，对钢筋周围的混凝土产生挤压，随着钢筋锈蚀程度的加剧，混凝土保护层受拉开裂。保护层一旦开裂将会加速钢筋的锈蚀，进一步加剧裂缝的扩展导致结构破坏，严重影响混凝土结构的耐久性，因此研究钢筋锈蚀引起的混凝土保护层开裂具有重要的工程实际意义。 现有的模型多以混凝土抗拉强度作为保护层开裂判断条件，很少考虑混凝土保护层中存在的初始裂纹和初始缺陷。实际上，受干缩、温度等因素的影响，在承受荷载之前混凝土内部，特别是骨料和水泥砂浆界面上就存在着初始裂纹。对于混凝土的开裂，断裂力学是一种有效工具。国内曾尝试利用无限介质中的孔边双裂纹模型来预测钢筋锈蚀的膨胀力,但其裂纹构型和混凝土基体无限介质假设与实际保护层尺寸和锈胀开裂试验现象之间还存有差别。本文以均匀锈胀开裂试验现象为依据根据保护层有限体中的应力分布和最终裂缝状态利用断裂力学和弹性理论建立混凝土保护层锈胀开裂时刻的锈胀力和临界锈蚀率预测模型。 2 模型的建立 2.1 混凝土锈胀开裂的断裂模型 研究海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀的物理模型时指出:当钢筋间距较大时,混凝土保护层沿顺钢筋方向胀裂；当保护层厚度较大时，混凝土保护层沿着平行于钢筋层面方向开裂。根据均匀锈胀开裂的试验现象，假设内部混凝土界面上有钢筋锈胀力作用,保护层中有裂纹出现,初始裂纹与径向的夹角为,具体特征如图1所示。现利用断裂力学来建立混凝土保护层的锈胀开裂分析模型。 图1所示裂纹的起裂准则为 式中：KⅠC为混凝土的Ⅰ型断裂韧度；KⅠC为混凝土的Ⅱ型断裂韧度。 裂纹的Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子为 式中：为作用在裂纹面上的等效正应力，是和函数；为关于倾斜角度和裂纹长度、钢筋中心到锈胀后混凝土与锈胀物之间界面距离、钢筋中心到混凝土保护层外缘距离的函数，；为等效剪切应力，是和函数；为与、、和有关的函数。 由式（1）及式（2）可得：给定值，当时，取得最小值，即此时的方位角为最易开裂的裂纹方位角，即在此方位角下裂纹扩展需要的膨胀力最小。因此对于混凝土开裂时钢筋锈胀力的讨论宜采用如图2所示的裂纹构型。 对于普通混凝土，骨料和水泥砂浆之间的界面为混凝土中的薄弱环节，现有研究认为可假设混凝土开裂先沿界面发展，当界面裂纹发展到一定长度后受水泥砂浆的束缚而停止扩展，随着荷载增加，满足一定的开裂扩展准则后，裂纹失稳扩展、串接而形成宏观裂缝。对于图2所示结构界面裂纹开始发生扩展的条件为 式中：由权函数法可得裂纹的应力强度因子，为混凝土界面相的断裂韧度。 此时所得的膨胀力认为是混凝土开始发生开裂的初始临界力， 当界面裂纹发展到一定长度后，受水泥砂浆的束缚裂纹停止扩展，此时可得到其应力强度因子。 随着荷载的增加,当满足如下的开裂准则时混凝土中的裂纹发生失稳扩展: 式中：为混凝土的断裂韧度。 3 影响因素分析 3.1 混凝土保护层厚度的影响 图5为钢筋临界锈蚀率与混凝土保护层厚度之间的关系图。由图可以看出，随着保护层厚度的增加，混凝土保护层胀裂时刻所需的钢筋锈蚀率增大，这与现有的试验结果一致。说明适当增加混凝土保护层厚度有利于钢筋混凝土结构的耐久性。 3.2界面裂纹长度的影响 由图6可以看出，随着界面裂纹长度的增加，混凝土保护层胀裂时刻所需的钢筋锈蚀率减小，说明良好的混凝土界面有利于钢筋混凝土结构耐久性的提升。 3.3界面裂纹长度的影响 由图7可以看出，随着锈蚀产物膨胀率的增加，混凝土保护层胀裂时刻所需的钢筋锈蚀率减小。 3.4 钢筋直径的影响 由图8可以看出，随着钢筋直径的增加，混凝土保护层胀裂时刻所需的钢筋锈蚀率减小，说明在一定的保护层厚度条件下选择小直径的钢筋有利于钢筋混凝土结构的耐久性。 3.5 混凝土断裂韧度的影响 由图9可以看出，随着混凝土材料断裂韧度的增加，混凝土保护层胀裂时刻所需的钢筋锈蚀率增加，说明选择高性能高强混凝土材料有利于钢筋混凝土结构耐久性的提升。 4 结论 混凝土材料的开裂总和裂纹的扩展有关，以均匀锈胀开裂现象为依据，利用断裂力学和弹性理论得到了混凝土保护层开裂时钢筋的膨胀力和均匀锈蚀率预测模型，其不仅考虑了混凝土和钢筋的实际变形情况，还考虑了混凝土界面中的原始裂纹和缺陷，及其在锈蚀膨胀作用下的起裂、扩展情况更为符合工程实际。对影响因素的计算分析表明，混凝土强度的提高、界面相的合理加强及混凝土保护层厚度的增大都有利于钢筋混凝土结构耐久性的提升。在一定的保护层厚度条件下，钢筋直径的变小对提升钢筋混凝土结构的耐久性有利。

初中力学论文:初中科学力学部分有效教学方法 摘 要：在初中科学学科中力学属于一项非常基础的知识，同时其也属于进行科学教学的重点内容。在我国全面推行新课改之后，新课程标准对初中科学力学部分的教学具有了更高的要求。因此目前初中科学力学部分教学首先要解决的一个问题就是如何提升力学部分的教学有效性。基于此，笔者与自身的教学实践相结合，简单地分析了初中物理力学教学中的若干教学对策，供大家参考。 关键词：初中科学；力学部分；有效教学方法 物理教师在新课程改革的背景下，必须要灵活的运用各种教学方法，激发学生对初中物理学科的学习兴趣，从而有效地调动学生学习物理的主动性和积极性。与此同时，物理教师在具体的课堂教学中要对学生的主体地位予以充分地尊重，真正地做到以学生为本，使每一个学生都变成知识的主动探究者，并且在教师的教学中充分地参与进来，从而全面地提升物理课程教学的有效性。 1 对课题进行灵活导入，实施诱导启发策略 课题引入是讲授新课的第一个阶段，通过灵活的导入方式除了能够将学生的学习兴趣激发出来，还可以更好地铺垫新课程知识。 首先，问题引入法：教师在正式讲授新课之前可以以本节课的相关知识为根据将相应的问题提出来，在课堂中让学生展开思考，从而有效地吸引学生的注意力。比如在对初中科学中《压强》这一章节的内容进行学习的时候，教师就可以提出下面的问题：为什么在雪地中行走的时候我们很容易就会陷入雪中，而在雪地上的很宽的滑板则能够自由的滑行？教师还可以让学生尝试将圆珠笔的两端分别采用大拇指和中指夹住，然后让给学生回答两个手指具有怎样的不同的感受？通过上述的两个问题能够让学生对生活中关于压强的现象具有初步的了解，这样就能够更好地开展下一步的教学[1]。 其次，故事启发法：比如在对初中科学中《水的浮力》这一章节的课程进行教学的时候，教师就可以将在洗澡的时候阿基米德思考出的检测王冠是不是纯金的方法的故事讲给学生们听，通过这个故事能够很好地激发学生的学习兴趣。在学生对关于浮力的内容产生兴趣之后，教师就可以进一步地对浮力的知识进行讲解，并且在知识中呈现这个故事中体现的原理。在完成这节课的学习之后，学生就会了解阿基米德是如何想到这一方法的，从而获得良好的教学效果。 最后，多媒体诱导法：比如在对初中科学中《力的存在》这一章节的内容进行教学的时候，教师就可以通过多媒体的方式采用视频或者图片的形式展示生活中与力学有关的相关内容，使学生能够充分的认识到在我们的生活中到处都有物理现象，从而引发学生对力学知识的思考，这样能够有效地调动学生学习力学知识的主动性和积极性，并且能够更加有效地导入课堂中要学习的各种知识。 2 以学生的特点和教学内容为依据进行合理的教学实验设计 在具体的物理教学中，除了要对教材的内容进行充分考虑之外，同时还要对学生的特点予以关注，有效地结合学生的特点和物理教学的方法进行合理的教学实验设计，从而取得良好的力学教学效果。 首先，通过力学演示实验的方式调动学生的学习热情：演示实验在初中力学教学中具有十分重要的作用，由于力学属于一种抽象的存在，因此只有利用实验的方式才能够将力学的实际作用呈现在学生的面前。通过好的演示实验能够让学生对力学知识产生更加直观、形象和生动的认识，同时还能够让学生在具体的实践过程中学习到关于力学的知识，因此能够有效地提升学生的动手实践能力，比如在对水的浮力这一课程进行学习的时候，教师就可以事先准备好这样一个实验，在水中丢入一块橡皮泥，让学生思考如何才可以使橡皮泥在水上浮起来。这时候有一些学生可能会在木板上放着橡皮泥，然后再放置到水面上，还有一些学生会将橡皮泥制作成小船的样子。通过这种实验方式能够让学生充分地掌握和运用浮力的相关知识，同时还能够对学生的创新思维进行有效培养[2]。 其次，对各种现代教学媒体进行合理利用：在表现各种客观事物的时候多媒体技术的表现力非常丰富，其能够将物理力学的抽象的特点转化成具体的画面，实现化微观为宏观，化模糊为清晰，能够很好地帮助教师和学生对物理力学的现象进行分析和揭示，而且还可以通过媒体的方式将无法完成的演示实验的整个过程展示出来[3]。比如教师在对压强进行讲授的时候需要采用托里拆利实验的方式进行讲解，但是该实验方式中需要应用有毒的水银，因此在课堂中演示这个实验显得非常不合适，这时候教师就能够通过多媒体的方式将整个实验过程展示给学生，使学生能够了解和掌握大气压强的相关知识。 3 对生活中的材料进行充分运用 生活中的很多现象都能够将力学的知识体现出来，同时物理中的力学知识还将其他领域中的很多的知识融入了进来，因此在具体的课堂教学中如果教师只是向学生讲授理论知识，往往很难让学生真正地理解这些知识。基于此，在具体的力学教学中教师可以充分地融入生活中的很多素材，从而使学生对力学知识产生更加直观的理解，比如教师在对重力运动进行讲解的时候就可以通过投掷粉笔的方式来做演示，从而让学生更好地理解知识。又比如在开展磁学教学的时候，由于磁力本身属于一种抽象的摸不到、看不见的物质，因此初中生在电磁场知识进行学习的时候往往感到非常困难，这时候教师在教学中可以运用生活中的素材，使学生对磁学知识产生直观形象的认识。教师在教学中可以采用指南针这样一个道具，使学生通过指南针这一生活中常见的物品对地球这个大磁场进行更加深入地研究。随后教师再与磁铁等小磁场相结合进行直观、形象、生动的教学，从而全面地提升课堂教学的有效性。 4 结语 在初中科学中力学属于非常重要的一个部分，在我国新课改不断深入的今天，教师必须要充分地重视如何更加有效地开展力学教学。在具体的力学教学过程中，教师要不断地创新教学方式，并且真正的做到以学生为主体，充分地调动学生在学习过程中的主动性和积极性，全面有效地优化力学教学效果。与此同时，教师还要认真的贯彻落实新课改的教学思想，针对学生的实践能力和综合素质进行全面培养。 初中力学论文:关于初中英语听力学习的障碍与技巧的研究思考 【摘 要】 在针对初中阶段学生进行英语听力教学过程中，会发现学生存在着一定程度的英语听力障碍，这将会限制学生英语能力的全面提升。本文通过对听力教学的系统研究和全面分析，针对其中学生英语听力障碍进行了系统探讨，并针对克服障碍的方式进行了系统论述，并阐述了系统提升学生英语听力水平的方法和技巧。 【关键词】 初中教育 听力教学 学习障碍 听力能力在一定程度上影响着初中阶段学生英语综合能力的形成，在英语教学中作为重点教学项目存在着。对于初中阶段的学生来讲，英语学习还属于初级阶段，因此强化英语能力的关键环节之一，就是强化学生听力能力，这能够很大程度上强化学生对英语的系统理解。听力水准在一定程度上作为衡量学生英语综合水平的重要标杆，同时针对英语听力进行专项训练和学习，将会促进英语能力的综合性提升。 1.学习听力过程中的具体障碍 在全新课程标准在初中教学推进的过程中，英语听力教学已经得到了阶段性建设【1】。尽管产生了较为明显的进步，但是学生依旧在听力学习过程中存在着突破不了的障碍。 1.1辨音障碍 在现实的教学中发现，绝大多数学生都不能对英语进行准确地辨音，在很多发音细节上学生的认知始终处于模棱两可的状态，在单词发音过程中，也不能通过规范的方式进行具体发音。在这种情况下，即使学生拥有丰富的词汇积累，也很难在听力过程中对相关单词进行准确识别，因此严重影响到学生听力理解。 1.2背景知识障碍 不同语言诞生于不同的文化背景下，因此在文化特点以及语言习惯上有着很大差别。在不同文化背景下，人们进行具体交往过程中，会通过不同的口语形式进行交流和沟通，语言习惯甚至完全不同。初中阶段的学生，对于英语文化背景欠缺了解，不能对英美等英语国家进行详细了解，很多风土人情方面的内容对学生来讲十分陌生，这就会限制学生对相关听力内容的系统理解。 1.3母语障碍 语言学习受到语言环境很大影响，初中阶段学生整体处于汉语环境中[2]。在母语环境的影响下，学生思维会受到一定限制，在理解过程中常常会按照汉语的语言逻辑进行理解。所以很多情况下学生在听到英语的第一反应，是进行汉语翻译，并不会用英语逻辑进行理解。 2.克服障碍的具体方法 2.1强化辨音训练 在强化英语听力教学过程中，针对辨音环节进行专项强化，使学生可以对二十六个字母的发音进行准确掌握，并将因素进行详细教学，使学生对四十八项因素做到了如指掌。在此基础上，学生就会在针对性听力训练过程中有迹可循，对相关内容进行预览，然后通过听力进行理解，这样可以在一定程度上降低听力难度，逐渐形成辨音能力。 2.2拓展学生背景知识了解 由于中西方在地域上存在较大差异，因此文化以及相应的生活习惯都会存在很大程度的不同，如果学生不能对具体的风土人情进行详尽了解，在听力过程中，学生会出现理解上的偏差，在信息判断过程中出现失误，最终影响到听力效果。在这种情况下，需要拓展学生课外知识理解，使学生丰富对风土人情等方面内容的认识，可以做到对文化背景的差异了如指掌，这样会极大促进学生英语听力能力。 2.3改变语言思维逻辑 在针对听力进行专项训练过程中，需要针对听力习惯进行一定程度上的改变，并且持之以恒的坚持下去，在量不断积累叠加的过程中，最终会发生质的飞跃。用学习母语的方式，来强化英语听力练习，这样会逐渐摆脱母语思维逻辑的限制，逐渐与英语形成一致，不再通过英译汉的方式进行英语理解。整个过程需要进行长时间坚持，才能达到熟能生巧的境界。 3.强化英语听力能力的技巧 3.1营造语言环境 语言学习受到外在语言环境很大影响，所以在英语教学过程中，需要营造良好的语言环境，使学生可以在生活中感受英语的存在，持续受到英语语境的刺激，学生会形成良好的英语语感。如果学生可以在英语环境中很好的学习英语，将可以训练出良好的听力能力，这样即使学生出现在异国他乡，同样可以与人形成沟通交流，不会存在沟通障碍。在这种情况下，学生会产生空前的成就感和满足感。在进行课堂听力教学过程中，教师可以对教材进行充分利用，通过相配套的磁带，对学生进行针对性的听力教学。这样学生可以学习到标准的发音技巧，并且可以对语调进行规范的认知，在参照教材的基础上，逐渐培养出过硬的听力专项能力。 3.2强化听力技巧训练 在听力过程中，需要强化学生心理素质，使学生可以在听力进行过程中对心理进行技巧性调节，这样才可以保证良好的心态，不至于影响发挥。同时还需要在测试过程中对相关内容进行了解，明确选项的内容，在此基础上就可以在听力过程中，抓住重点内容，并做出正确选择。在听力进行过程中，需要明确重点内容，并作出相应标记，做到有的放矢，无需面面俱到，这样才能选择出最终的正确答案。在针对具体人名以及数字等内容时，需要做好详细记录，强化学生瞬间记忆的能力，使学生可以针对听力内容进行记忆。这样学生才可以逐渐建立起过硬听力能力，并形成综合英语能力。 初中力学论文:初中物理力学教学策略探讨 摘 要：力学作为物理基础性分支学科之一，一直以来都是初中物理教学中的重难点。随着新课改的逐步深入，初中物理教学对于有效发掘学生的综合能力提出了更高的要求。如何运用教学策略提高初中物理力学部分教学的效率，是广大初中物理教师不断研究的问题之一。 关键词：初中物理；力学；方法；教学 力学是初中物理的重要组成部分，是学习深层次物理知识的基础。教学中，作为教师的我们，应积极的从课程的导入入手，激发学生的学习兴趣，注重学生基础知识的传授，不断的通过问题引导，通过生活实际引导学生学习，全方位的去提高教学效率。本文笔者结合教学经验，对初中物理力学教学的策略进行了探析。 一、从新课的导入入手，激发学生的学习兴趣 兴趣是学生学习最好的老师，是学生积极参与学习的动力，是成功的源泉，什么事只有对它感兴趣了才有可能把它做成功。对于初中物理力学教学来说，既是学生新接触的知识，也使学生进一步学好物理知识的关键，因此，在物理力学教学过程中，应格外重视学生学习兴趣的培养，以此去带动学生学习的积极性和主动性，为学生学好力学知识提供动力保障。激发学生学习物理力学知识的方式方法有许多许多，但俗话说：“良好的开始是成功的一半。”这句话在告诉我们要开好头的同时，也告诉我们，在上课一开始时就激发学生的学习兴趣是最有效的。为此，教学中，教师应极其的注重课程导入，积极的运用如故事引入法、质疑引入发、实验引入法、讨论引入法等等方式去激发学生的学习兴趣，使其一开始时就饱含热情的投入教学，变“苦学”为“乐学”，变“要我学”为“我要学”，提高教学效率。例如，采用 故事引入法。对于力学的故事，其中经典的莫过于牛顿发现万有引力的故事。教师可以从“为什么我们身边的物体都是往下落而不是往上落”引发学生的思考，然后再引出牛顿在苹果树下发现万有引力的故事，从而激发学生对于“力”的好奇，同时，也要通过故事鼓励培养学生要像牛顿一样善于观察、善于思考。这样，通过故事的引导，使得学生全身心的都入到了学习中，在激发了学生学习兴趣的同时，学生学习的主动性也得到极大的调动，教学效率得到极大限度的提高。 二、注重学生基础知识的传授，为学生打好基础 在初中物理力学教学中，基本的理论、公式、概念，是学生进行物理力学知识系统学习的重要前提，他将陪伴学生一生，严重的影响着学生的后继学习。在初中物理力学教学过程中，帮助学生打下一个结实的基础，是教学的目标所在，现如今的很多初中生，由于没有系统的学习过相关物理知识，所以很多学生在学习物理的时候，都是夹杂着学生通过日常生活中与之相关的事物或者事件对物理知识总结的概念，这些概念都是没有经过科学验证而得来，或者仅凭直觉，没有经过科学的分析而得来。一学到新知识，学生就会混淆，无法做到高效的把握。为此，教学中，作为教师的我们，应充分的让学生与现实沟通，注重传授学生相关的概念和定义，使之能有效的和现实世界沟通，促使学生正确掌握物理知识的基本概念、基本定义等，提高学生学习的效率。例如，在学习浮力时，我们就要理解什么是浮力，浮力是怎样形成的，在实际生活中浮力体现在哪些方面，在解决哪些问题时要运用到浮力等等。这样，只有理解了原理，基础牢固了，才能有效的进一步加深学习，促使教学效率的不断提高。 三、注重课堂设计，引发学生思考 “学起于思，思源于疑，小疑则小进，大疑则大进。”问题是引发学生主动思考的前提因素，是积极诱导学生吸收知识，探究新知的关键所在，教学中，教师在激发学生学习兴趣，为学生打好基础的同时，教师还应积极的通过新颖的课堂提问设计，积极地给学生设置问题，让学生带着疑问去探究学习，促使学生不断提高。为此，教学中，教师应充分的结合课堂教学情况，积极地结合学生的实际学习情况，观察学生的各方面特点，积极的去设计课堂，为学生创设高效的课堂教学，让学生发现问题、提出问题、思考问题、解决问题，进一步促使学生对知识的理解更加深入和透彻。例如在学习“浮力”这一课程中，老师可以设计这一个实验，把一块橡皮泥丢入水中，让学生自己动手实验怎样才能让橡皮不下沉。这时，同学们都会积极的思考和动手，有些同学会把橡皮泥放在木板上，有的学生会把橡皮泥捏成片状或者豌豆状让它不下沉。这样，学生在动手的时候其实就是把浮力的相关知识进行了运用，教师在加以点拨，学生就能有效、全面的掌握。 四、充分结合现实生活，学以致用 力学是一门很有用的学科，与日常生活联系非常紧密，它即来源于我们的现实生活，也在我们的生活中得到实际的运用，学好力学能帮助我们解决许多实际问题。初中物理新课标中指出，初中物理教学应当与学生现实生活相贴近，应当符合初中生当前的认知特点以及个性特征，在传授学生物理理论知识的同时，还应引导学生将有限的初中物理知识应用到无限发展的日常生活中去，这是学以致用的体现，也是教学的最终目的。因此，在初中物理力学部分的教学中，教师应积极的将教学和生活实际联系起来，把学与用联系起来，培养学生的学习动手能力以及社会实践能力，使学生能够运用书本上的“死知识”来解决日常生活中更可能出现的各种问题，让学生感受到物理知识的实用性以及可应用性，从而培养学生的自信心，真正做到学以致用，真正达到学习为生活服务的目的，不断的去提高教学效率。 总结：初中物理力学教学的策略有很多种，但是作为老师，不应死板的教，而应从实际教学为出发点，不断探究创新，设计出和自己学生特点相适宜的教学策略，实现学生综合能力的提高。 初中力学论文:团体动力学在初中英语小班化教学中应用的实证研究 【摘要】在小班化教学背景下，本文提出了基于“学习者中心”和以心理团体动力学理论为指导的初中英语结构化教学模式，并进行了与传统教学模式相比较的实证研究。 【关键词】小班化 学习者中心 心理团体动力学 学习兴趣 随着社会的发展、人口出生数量的减少和教育改革的深入，小班化教学已经逐渐成为我国教育发展的一个潮流和趋势。根据本地的教学实际和学生学情开展小班化教学研究，探索生态高效的初中英语教学模式，具有非常重要的现实意义。 一、结构化教学设计的理论模式 从微观层面上来看，根据团体动力的发展规律，结合小班化教学和英语教学的特点，参考钟志农“心理辅导活动课的微观发展进程四阶段”理论，将一堂40-45分钟的英语课堂划分为如下四个阶段： 二、结构化教学设计的实践研究 1.研究目的。本文欲通过在实验班和对照班开展不同的教学设计模式的教学实践，对传统教学模式和以心理团体动力学为指导的结构化教学模式进行比较，研究不同的教学设计模式对初中学生的英语学习成绩、学习兴趣和学习主动性是否存在影响，并尝试分析这种差异的原因。 2.研究样本。本次研究的样本为笔者所任教的东营区第二中学八年级9班和10班。9班为对照班，共36人，其中女生18人，男生18人；10班为实验班，共34人，其中女生18人，男生16人。两个班的性别比例、年龄结构、任课教师配备、升级英语成绩和学习氛围等几乎没有差别，这样就最大限度地减少了其他因素对研究结果的影响。 3.研究过程。本研究在学生八年级开学后进行。在实验开始前运用自制的“初中生英语学习兴趣水平评价量表”对选定的实验班和对照班进行问卷调查，从英语学习消极兴趣、英语学习积极兴趣、主动学习参与程度、自主与探究学习、对英语的关注和对英语的认识六个方面对学生的英语学习兴趣水平进行解释。 在确定实验班和对照班的学习内容、学习进度、学习策略一致的情况下，在授课时教师采用不同的教学设计模式。实验班采用以团体动力学为指导的四段式教学设计，对照班采用传统的讲授、讨论、背诵、训练的教学设计方式。经过一学年的实验之后，收集两个班学生两个学期期末考试成绩作为英语成绩的比较对象，并对两个班的学生再次运用自制的“初中生英语学习兴趣水平评价量表”进行问卷调查，并从上述六个方面对实验班和对照班的英语学习兴趣水平进行比较。 4.数据分析方法。所收集的数据采用SPSS19.0的T检验进行差异性统计分析。 5.实验结果的比较和分析 （1）期末考试成绩的数据分析结果 从上表可以看出，实验班和对照班在英语成绩上没有显著性差异，两次考试成绩的显著值均（Sig.）均大于0.05。 （2）《初中生英语学习兴趣水平评价量表》的数据统计结果 此量表共有42个小题，分为英语学习消极兴趣、英语学习积极兴趣、主动学习参与程度、自主与探究学习、对英语的关注和对英语的认识六个维度。实验班和对照班在各维度上的差异检验分析结果如下： 从t检验的差异统计分析结果看，实验班和对照班在英语学习的积极兴趣、消极兴趣、主动英语学习参与程度和英语自主与探究学习上都存在显著性差异，显著值（Sig.）分别为0.006、0.004、0.032和0.004，都小于0.05，从各自的均值可以看到，实验班在这四个维度上都高于对照班。 三、结束语 团体动力学就是探索团体发展规律，团体的内在动力，团体与个体及其他团体的关系的学科。运用这一理论指导小班化英语教学，能够帮助教师在教学设计中更好地运用学习小组去进行情景创设，激发学生的成就动机和自我效能感，提升学生主动地参与到学习中的兴趣和信心，从而真正体现英语学科的工具性和交际性。 初中力学论文:初中物理力学有效教学策略研究 摘 要：在不断深化教育改革和现代科技推动的今天，新课程发展的核心理念是“高效学习”，课堂教学有无效率开始成为评价课堂教学成功与否的关键因素。在中小学义务教育中，有效性的物理力学教学不仅可以提高学生的学习兴趣和积极性，而且还能为学生学习高中物理起到铺垫作用，因此，初中物理力学教学的有效性显得尤为重要。如何让初中物理力学教学变得更加有效，使我国初中物理力学教学朝着更高质量、更有效的方向发展，成了每一个物理力学教学工作者探究的热点话题。简单介绍了目前影响初中物理力学有效性的因素，并给出了具体的对策，希望能起到抛砖引玉的作用。 关键词：初中物理力学教学；有效性；影响因素；具体对策 初中物理课程对学生的要求有两个：（1）让学生对生活中的各种现象用物理知识进行解释和分析，从而找出解决问题的方法和措施；（2）让学生学会独立性思考，对物理知识进行灵活运用，从而不断对其进行创新，来为科技发展服务。在新课程改革的实施下，对初中物理力学教学的要求有了很大提高，不仅要求学生学会运用物理知识来解决生活中的一些实际问题，而且还要求培养学生对物理的探究精神，来防止物理力学学习中出现“机械化”这一问题。但是就目前的实际情况而言，出现了诸多影响物理力学教学的因素，比如，教材使用不合理、教学方法不当以及教师自身素质问题，这些都在一定程度上影响了初中物理力学教学的有效性，以下是具体的解决对策。 一、改变传统教学思想，认真备课 现在全国范围内都进行课改，这对我们老师的要求大大提高，教书育人，不再是简单的教书，现在，课本仅仅被当做一个工具，也可以说是一把钥匙，一把打开知识大门的钥匙，而教师就是那个引路人，教师要在物理力学教学过程中，牢牢地把握课程标准，并且结合自己学生的实际情况，因材施教，使课堂教学变得高效，使自己的教学更具有针对性。同时教师要让学生真正认识到学习是为生活服务的观念，理论联系实际，提高知识的实用性。 二、注重教学各个方面 为了使初中物理力学教学更加有效，还要注重其具体教学方面，主要包括以下方面：（1）制订教学目标时，要考虑是否适合学生、是否全面、是否可以灵活多变；（2）制订教学内容时，要考虑是否具有启蒙作用，是否联系生活，是否均衡；（3）教学实施时，要有计划性和灵活性，从学生的角度出发，逐步调整物理力学教学，同时还应多组织以实验操作为形式的教学活动；（4）教学评价时，要更全面，同时还应多吸取学生的意见。 三、教师方面 鉴于教师自身的素养对初中物理力学教学的有效性有直接影响，因此，必须提升初中物理力学教师的专业素养，具体表现在以下方面：（1）教师听讲有关物理力学教学的讲座，吸取先进的经验，使自己的物理力学教学更加有效；（2）进行有关物理力学教学的实验，发现其中存在的问题，并积极寻找解决方案；（3）教师应多对自己的物理力学教学进行总结反思。 综上所述，初中物理力学教学的有效性直接决定了其教学质量。因此，在初中物理力学教学中，教师要改变传统教学思想，认真备课，注重教学的各个方面同时还要不断提高教师自身的专业素养，从而推动我国初中物理力学教学朝着更高质量、更有效的方向发展。 初中力学论文:浅析初中英语听力学习的现状及策略 听、说、读、写是外语的四项基本技能。“听说领先，读写跟上”，听力是首要的，它是语言能力的重要组成部分，也是语言交流的基础，只有在听懂对方所说的前提下，才能进行有效的交流。听力测试在学期、学年考试及中考中分值所占比例不少于20%，是一项主要的考试内容。因此，英语听力教学是英语教学中一个很重要的方面。 一、初中学生英语听力困难的成因 语言基础知识的障碍。表现为语音障碍，如有些学生一开始就没掌握正确的发音，长此以往，不能辨认一些易混淆的音素，特别是发音比较相近的词。 语速障碍。现行英语教材所配套的课文领读卡带（或碟片）的领读速度较慢，老师上课时的语速也偏慢，久而久之，学生习惯了这种语速，遇到正常语速的听力材料就不能适应。此外，英美语音存有差异，某些相同的词，英美语除在词形上有差异外，其读音上也有所不同，有些学生因不熟悉这种差异而产生听力障碍。 母语干扰的障碍。许多学生在听英语录音时，常受母语的干扰，习惯用汉语逐词逐句心译，不能直接用英语思维，反应速度及记忆效果就会受到影响。另外，由于汉语句子结构和语序与英语存在着很大的差异，所以，依赖汉语来理解英语，不仅速度慢，不能做到听音会意，且听的时候精力集中于心译，无暇顾及联系上下文，对一些较长的与汉语表达方式不同的句子，不仅心译速度较慢，也容易出现理解错误。 文化背景知识的障碍。英语听力教材中的文章大多涉及欧美国家的社会制度、风土人情、民俗习惯等文化背景知识，因此，背景知识在听力理解过程中起着重要作用。如果学生不能对西方文化以及西方文化背景知识有所了解，很有可能出现选择偏差。 二、解决初中学生听力困难的对策 培养良好的心理素质。有些学生总希望自己的听力水平在短时期内得以提高，否则，就产生忧虑、厌烦的情绪。因此，教师要引导学生科学地认识提高听力的正确途径，树立自信心。 培养良好的听力习惯。平时教师应坚持用英语组织课堂教学并给学生创造听英语、讲英语的机会，利用实物、简笔画、挂图、投影仪、表演等直观手段，创造条件，练习听力。在进行听力测试时一定要让学生调整好心态，专心致志地听。 人人过好语音关。语音听力是学好英语的关键，我们训练听力的方法是，听写结合，及时纠正。把改写的课文片断作为听写的材料，尽量不在听力材料中出现生词。朗读时采用正常的语速，对词的重读、轻读、连读等完全按口语的读法，并要求学生第一遍只听不写，了解大意;第二遍边听边写，并复述所听到的内容;第三遍检查和纠正，养成良好的习惯。 听说结合，互相促进。要想识别和理解这种声音，一方面要多听这种声音，使自己的耳朵习惯于这种声音。另一方面就要通过自己的嘴亲自发出这种声音，亲自创造和体验这种声音的每一个细节，练就对这种声音的熟悉程度和熟悉能力，这样才能反过来学会识别这种声音。因此，要想彻底听懂语言，非亲口能说出这种语言不可。要想提高听力，就不能丢下发音，要听力、发音一起练。 注重语言知识的传授，打好听的基础。语言知识是听力的基础和关键，对语言知识的掌握要依靠大量的语言基本功训练。教师一要认真教好音标，严格把好音标关。二要注意朗读技巧的训练和培养。三要正确引导学生记忆单词。 拓宽知识面，了解英美文化。听力材料涉及的文化知识很多，应该让学生多掌握一些英美国家的文化，了解东西方文化的差异，以增进对所听材料的了解，进而更准确地理解所听内容。 总之，只要抓住初中英语听力教学的特点，以学生为主体，根据学生的基础情况，教会学生自觉运用科学的学习方法和复习方法，就会有效提高学生的听力水平，进而提高英语总体成绩。 初中力学论文:初中物理力学教学方法探究 摘 要：力学作为一项基础的学科，在中考中占有相当大的比重，是初中物理学习的重中之重。在力学教学中，无论是遇到力学变化量的问题，还是综合性的力学计算题目，都遵循着固定的解题步骤和解题思想。准确地对物体进行受力分析，归纳与总结各类力学出现的问题与解题思路，才能更好地掌握理论知识，突破初中物理的重点、难点。 关键词：初中物理；力学；教学方法 一、基于教材基础，构建完善的理论轮廓 在力学知识的教学中，要充分掌握并把控各章节的重点、难点，通过概念简化、联系对比、举例分析、归纳总结、类比等思想使学生对教材知识深刻理解，熟练于心，构建完整的力学知识网。例如，在讲述“功”的概念时，必须注意它的两个构成要素是力和距离，而这里的距离是指“在力的方向”上通过的距离。又如，在对经典力学牛顿运动定律的讲解中，可以归纳牛顿三大定律的特点和性质：第一、二定律重在研究单个物体及其运动状态，第三定律重在研究两个物体间的相互作用力，一、二定律间存在推导关系，而第三定律则进一步完善了力的概念。它们之间都是相互联系又统一的。 二、强化自主意识，培养学生的自学能力 兴趣是最好的老师。在力学教学中，教师要着重培养学生对物理学习的兴趣与信心，让学生亲自领略物理世界的无限风景，打开力学知识的大门，只有这样，学生才能自主、积极地学习，养成良好的学习习惯。对于重点章节知识的学习，要“授之以渔”，教给他们正确和科学的思维方式，这不仅对于当前力学知识的学习是一种帮助，更能让学生在将来的物理学习中受益无穷。 三、就地选材，将力学教学融入生活情景 力学对于我们并不陌生，大到世界宇宙，小到分子微尘，力学存在于我们生活世界的各个角落，力学知识的取材无处不在。物理教师可以从就地取材，从日常生活随手可见的物品着手，对身边的事物和情景举例分析，让学生在真实的物理环境中领略力学的魅力所在，构建起学习物理知识的兴趣和信心。 无论是有限的实验演示，还是简陋的设备仪器，重要的不是传授机械的力学知识，而是传播一种物理的思维方式。从最简单的受力分析开始，到解题思路中的每一个步骤，教师都可以指导学生动手体验，让其亲自参与到课堂题目的讲解中，在生活这个大课堂中随意发挥，寓学于乐。 初中力学论文:初中力学定势障碍分析 【摘 要】许多初中学生在物理的学习过程中，由于受到日常经验、课本知识点固化等影响，容易在分析题目的过程中，产生思维定势。这些思维定势有时候可以帮助学生快速解决熟悉的问题，可是当遇到一些较为新颖的题目时，思维定势会误导学生思维产生偏差，不能全面的分析问题，容易忽视一些思路的拓展，造成定式障碍，在做题过程中产生失误。 【关键词】思维定势；定势障碍；初中力学 一、由日常生活经验造成的定势障碍 这类思维定势障碍主要是由于学生对某些生活现象凭自己的主观判断和积累形成的错误认识，当题目中要求解释这类的现象时，他们往往会绕过科学的客观规律而按照自己的经验误区去分析问题，得出错误的答案。 [例1]初一年级的学生和初二年级的学生进行拔河比赛，初二年级的最后获胜了，下列哪种判断是正确的： A.初一年级的学生对初二年级的学生的作用力大于初二年级的学生对初一年级的作用力；B. 初二年级的学生对初一年级的作用力大于初一年级的学生对初二年级的学生的作用力；C.两个年级的学生之间的相互作用一样大；D.无法判断 [失误解析]很多学生都以日常生活经验的误区来判断此题的选项，认为初二年级的学生的力气大于初一年级的学生而果断选择B，没有用所学的物理知识认真分析，导致错误。 [正确思路]根据“力的作用是相互的”，初二年级的学生给初一年级的学生多大的力，同时初一年级的学生就给初二年级的学生多大的力，这是作用力和反作用力的相互关系，因此两个力的大小相等，答案选C。 二、实验现象造成的定势障碍 这类惯性思维方式，是由于课堂演示或者学生在实验过程中以及老师在介绍实验过程时学生的思维集中在看到的实验现象上，对实验没有深入的观察和分析，缺乏本质理论上的理解，当条件产生变化时，不能及时作出相应的思维改变，仍然用已有的实验现象进行分析，得出错误答案。 [例2]如图1所示，测定大气压时，测得汞柱高为75cm，当管子绕着O点倾斜放置时，（设定此时外界为标准大气压且管子足够长）管内汞柱高将（温度保持不变） A.等于75cm B.小于75cm C.介于75cm和76cm之间 D.大于76cm [失误解析]由于在课堂上学生们一直看到的实验现象是，无论管子如何旋转，大气压强恒定，管内的汞柱高度也不会变化，所以选择A。然而这个结论只适合于管子是密闭的，然而此题并没有强度管子的密闭性。此时学生们依然采用在课堂上获得的规律判断此题，没用根据实际情况进行具体的分析，从而造成了定势障碍。 [正确思路]当外界为标准大气压时，测得的汞柱高度只有75cm，这表明实验过程中，管子并没有密闭，因此管顶封闭空气中有一定的压强（PA=10mmHg）.当管子绕O点倾斜时，管中水银柱长度增大，空气柱长度被压缩，因此PA增大，从而使P水银减小，因此汞柱高度降低，答案选B. 三、由公式模式化造成的定势障碍 这类的思维定势是由于学生在解题过程中不重视公式的适用范围，没有真正掌握公式中各个物理量所真正代表的意义，同时忽视一些细节条件的分析，而只把思维定势在套用公式模式上，因此而做出错误答案。 [例3]如图2所示，表面光滑的直角三角形物体，其中AB为4m，BC为3cm，AC为5cm，放在光滑的水平面上，现在把10N重的轮子从A点推到C点，那么需要多大的推力F？ [失误分析]学生由于受到斜面计算题的影响，将此题与斜面计算题归为一类，迅速套入公式flAC=GhBC，F= 6N.主要原因是学生在解题时没用认真审题，用思维定势的习惯直接套入公式，导致错误。 [正确思路]虽然轮子是从C点推到A点，但由于推力是水平，因此推力在水平方向的位移并不是AC而是AB，从而代入公式得到：F・lAB=G・hBC，F==7.5N。 四、其他定势障碍 除了上述列举的定势障碍，在学生做题过程中还出现其他一些常见的定势障碍，例如由模糊概念形成的定势障碍，由于学生对一些概念、定律并没有真正的理解，吃透，当出现了其他新的知识干扰的情况下，将思维方向集中在原有的概念回忆上，致使思路发生偏移产生错误[2]。数学概念片面理解形成的定势障碍，这类思维定势障碍主要是学生受数学概念的影响，单纯的将思维方向集中在数学的角度上，没有结合物理知识中物理意义和概念，导致了错误，很多同学在学习密度公式时，认为当质量m一定的时候，密度？籽只受体积v 的大小的影响，反而忽略了密度是物质的固有属性，并不是由体积决定的。 五、结论 思维最大的敌人是习惯性的思维方式。世界观，价值观和生活背景以及知识背景都会影响人们对事物的不同认知，从而导致不同的思维方式，除此之外，生活和学习的经验在形成学生的定势思维时也起到了重要的作用。诚如开篇所说，有的定势思维是有益于学生解答物理题目的，通过惯性的思维可以使学生们建立一种思维方式，更容易总结做题的经验，在遇到相同的问题时能够迅速做出应有的反应。然而一些定势思维也会造成学生以偏概全的解题思路，将思维只集中在某个点，而忽略了题目中的实际情况，这会使学生的学习产生一些误区，导致一些知识点的模糊记忆。 初中力学论文:初中物理教学中力学部分的教学研究 摘 要：随着社会的不断进步和发展，教育体制也不断发生着改变，教学方法也越发丰富。初中物理教学一样跟随着课改的要求不断变化，传统的教育观念、方法都有了很大的进步。本文以初中物理教学中的力学为出发点探究新的教育模式。首先对初中物理力学的现状进行分析，阐明其中存在的问题和需要改进的地方，紧接着针对这些问题提出具体的措施。以期促进我国教育体系的完善和进步。 关键词：初中 物理 力学 教学 一、初中的物理力学教学现状分析 由于教育部门提出了新课改要求，过去老式传统的教育理念得到改进，给初中物理教学带来了新的发展动力，在一定程度上也取得了较大的成效。新的教育思想在物理教学的过程中更加注重对于学生自身思维的培养，而不是过去的理论教育灌输；让学生更多的思考，积极主动的学习，一改过去的学习态度。物理教师也更加注意教学的重点是学而非课堂上不停地教，最终使得学生的思维非常的活跃，课堂气氛也得到显著的变化。除了在学习效果上产生作用，在学习生活中，学生和教师之间的沟通交流也因为教学方式的转变而变得频繁，让教师更好的了解学生，同时也让学生理解教师的工作，最终收到事半功倍的效果。但尽管如此，初中物理力学教学过程中仍然存在着这样那样的问题亟待解决。 首先在教学上，虽然教师不断为学生的思维发展提供空间。但是，毕竟实行该措施的时间不够长久，学生的抽象性思维发展水平仍然处于较低水平。究其本质而言，大多数学生的心智、思维正处于发育的初级阶段。而且，部分初中物理教师仍然受到教育模式的影响。在初中的力学的课堂之中很多的物理现象以及问题都能够用人们在生活中的经验来解决，而不是用物理的理论知识予以解释，致使学生对于力学的理论知识掌握的不够全面和准确。此外，力学知识是需要很多实验来进行论证。只有经过试验才能够让学生更加直观、深刻了解和学习到力学知识。但是在实际教育教学过程中，很多教师的物理课堂中省略了部分实验内容，仅仅按照书本上的知识进行教学。最为重要的是初中物理力学的课程设置过于基础，同高中进行衔接的时候有较大难度，使学生不能够很好地适应。 二、改进初中物理力学教学的措施 （一）重视学生，明确教育的重心 在新课改的背景下，初中物理教师应该转变传统教育理念，树立学生才是中心的新型教育思想。初中物理这一课程的学习本身就教其他课程困难，因此学生对其积极性也不够高，加之初中物理当中力学部分更是枯燥难懂，教师在教授的过程中肯定会感到吃力。但是应当明白的是，力学在整个初中物理阶段占据着很重要的地位，甚至在高中的课程当中也非常重要。教师应当要以学生作为中心，理解和尊重学生的态度、思想，从自身出发寻求更好的教学途径来激发学生对于力学的兴趣。例如，在日常教学活动当中可以向学生播放与力学相关的视频或者是设置关于力学的小游戏，号召学生积极参与。也可以多增加一些课堂实验的机会，让学生亲手进行实验，这些举措都可以激发学生的兴趣。 （二）提升课堂教学水平，巧妙设置互动环节 力学在初中物理教学课堂上是比较重要的章节，因此教师应当在上课之前做好课堂的设计工作和备案工作。在备案的过程当中应当注意结合学生现阶段的学习特点进行，一定要本着激发学生的目标来进行设计。其次，教师要注意设置与学生的沟通环节，只有加强师生间的沟通才能够了解学生在力学课程教学过程中的学习效果如何，是否有听不懂的地方或者对于教师的授课方式是否满意。最后，巧妙地设置问题引发学生的主动思考。问题如果过于复杂的话，教师可以将其分散为几个小问题进行阐述，要求学生依次回答或者举手回答。例如在讲到浮力单元的时候，教师可以提出问题，诸如“铁球投入水中后为什么会往下沉，而船则可以在大海上航行”“为什么人在浅水的过程中耳膜会感觉到疼痛？”“亲亲用手拍旁边同学，他是否会感觉到疼痛，你又如何”等。 （三）与现实生活相结合，降低理论性 力学的诞生与日常生活中发现而不断积累予以研究具有重要联系。所以，如果想要更好向学生传授力学的知识，初中物理教师必须要与实际生活相互结合。仅仅依靠单一的理论教学，对于学生来讲将会非常的枯燥难懂的。理论的知识对于正处于初中阶段年龄层的学生来说是，引起兴趣的地方少之又少。相反如果在讲课过程中教师能够很好的结合实际生活的话那将会是另一个效果。 另一方面，教师可以培养学生现实生活中对于物理力学的一个思维意识，号召学生要善于在生活中寻找力学的身影，并且将其存放在脑海当中。如果在脑海中出现的生活景象越来越多，学生的整个思维想法才会更加的丰富且活跃。当然随之而来的便是创造能力的提升，学习能力的提升，解决物理力学问题能力的提升。 （四）重视实验教学方式 物理同化学一样，都是非常重视实验的课程，现有的很多理论都是经过反复的试验才能够得出的。如果教师单纯进行讲课，不能够给学生解决该项理论为什么而来，来的途径又如何的话，学生记住的也只是结果，对于过程完全不了解。当然，在解题的时候便会出现问题，随之物理力学的成绩也就一般。因此，实验课程是非常重要的。 实验是动手动脑的一个过程，学生在实验的过程当中能够很好的进行思考，不仅能够将所学到的知识牢固的掌握，还能够将进行思考的模式逐步成型，最后形成自身的思维模式，教师在日后力学的课堂教学过程当中也会更加的容易。例如“摩擦力”相关教学过程中，教师就可以准备丝滑的木板、粗糙的木板、正常木板，让三个不同木板呈45°角，从上面抛物向下，学生便能观察到“摩擦力”会受到材料的影响。 结语 教育对于一个国家来说具有非常重要的作用，要想实现可持续发展，在世界之林中占据一席之位就必须发展教育。教育思想的传统守旧问题没有得到根本性的改变，对学生思维的培养也不够深入和彻底。初中物理力学教育一定要重视实验课程，重视对学生思维的培养、创新意识的培养，提升学生的学习兴趣。我国在不久的未来，中学的教育事业一定会迎来一个崭新的篇章。 初中力学论文:浅谈初中物理力学的教法 中学物理知识内容是物理学的初级层次.严格地讲，它的科学性、系统性都受到了一定的限制.它只是阐述了物理学中最基本、最基础的知识，并不是十分严谨的物理理论.其主要内容是经典物理学的基础知识，而以力学、电学为重点.本文就力学部分的教学法谈点看法. 一、从全局观点分析力学部分教材 从全局观点分析力学部分教材，揭示物理学的基本规律，有目的地提高学生的思维品质，增强学生的物理思维能力，对此应从以下三个方面认真分析教材. 1.力学教材的基本知识结构。牛顿运动定律是经典力学的基础，也是经典物理的基础之一.动能定理和动量定理及其守恒定律为经典力学的栋梁.现行教材的体系是先讲静力学，后讲运动学，最后讲动力学.把牛顿三定律按三、一、二的顺序安排，第三定律放在静力学中讲授.这种安排符合由易到难、循序渐进的原则.即学习静力学时，有牛顿第三定律作准备知识，学习牛顿第二定律时，有力的合成与分解作先行.通过静力学的教学，要求学生正确理解力的概念. 物体受力分析是力学中的关键，几乎所有的力学问题都要涉及物体的受力分析，所以静力学教学是最重要的基础. 2.物理思维方式。思维是人脑对客观事物进行加工的过程，是人脑的功能，通过表象、概念判断和推理以及其它过程来反映客观现象的能动过程.物理思维就是运用思维的一般规律于物理学习、研究中所体现的具体的一种思维方式. 在教材分析中掌握物理思维结构，就是要掌握怎样运用思维的基本形式（概念、推理、论证等）和思维的基本方法（比较、分类、鉴别、分析、综合、归纳、证明、反驳等）以便能更好地、有目的地培养学生的思维能力. 3.数学是表达物理学规律最精确的语言。在教学过程中，只有将教材的教学方法、结构搞清楚，才能达到运用数学方法解决物理问题的目的.在“力”这一章中，重点解决什么是矢量和矢量的运算方法问题.对物理矢量必须透彻理解，掌握其数学运算法则――矢量的平行四边形法则. 引导学生对“代数和”与“矢量和”进行对比，体会矢量的质的差别，从而自觉地运用矢量运算法则.在“物体的运动”这一章中，先提出质点这个理想化模型，并研究质点动力学中的几个基本概念、位移、速度、加速度等.从数学角度分析这些量之间的函数关系（包括文字叙述、数学公式、函数图象等），再进行运动的合成与分解的矢量运算. 在“牛顿运动定律”这一章中，牛顿运动定律起着承上启下的作用，即能进一步加深对静力学、运动学知识的理解，又能为顺利学习机械能和动量铺平道路.牛顿第二定律的数学表达式，只有以地球和相对地球静止或做匀速直线运动的物体为参照系才是适用的. 机械能和动量这两章是在运动学和动力学的基础上，讨论力的空间和时间积累效应，从而引出功和能、冲量和动量等概念.功和能将矢量运算变成了代数运算.教材从力对物体做功引出动能和动量定理，研究了重力、弹力做功的特点，引出势能的概念，得出在只有重力、弹力做功时，机械能守恒. 最后，从一般的功能原理阐明功的本质是能量变化的量度作为本章的总结.能的转换和守恒揭示了物理学各部分的内在联系.在讨论动量定理时，应强调牛顿第二定律的关系式是一个瞬时关系，而动量定理则说明状态过程，应用它研究某一过程而不是研究某一瞬时，只有在t0时，才是相等的. 二、物理教学即要发展学生的智力又要培养学生的能力 物理教学即要发展学生的智力，又要培养学生的能力，而后者较前者更为重要.从物理学本身来看，它研究的各种现象和规律是互相联系的.例如功和能的概念及能的转换和守恒定律，又渗透在各个分科中.教学职能即要从人类知识的总汇中挑选最精华的，运用最科学的方法传授给学生，又要使他们具有独立获取知识和驾驭知识的能力.要重视知识的传授，离开知识的掌握，能力的发展就成为无源之水，无本之木. 1.系统化结构化的教学。在中学物理教学中，贯穿力学的两条主线――动能定理和动量定理、机械能转换和守恒定律及动量守恒定律.这两个定理、两个定律来源于牛顿运动定律，与牛顿三定律一起构成质点动力学的基本规律，是力学部分的重点知识.围绕这两条主线，要深入分析牛顿运动定律，为这两个定理打好基础. 动量定理、动能定理是在牛顿定律基础上派生出来的定理或推论，它们提供的表达式与牛顿运动定律等价，可代替牛顿二定律的矢量表达式中的某分量式，而不是什么新的表达式.但是动量守恒定律是自然界最普遍的规律之一，能量守恒和转换定律也是反映自然现象的最重要的规律之一.它们的作用远远超出了机械运动的范围. 2.培养学生的独立实验能力和自学能力。要培养思想活跃，有创新精神和创造能力的人材，必须加强学生的实验能力和自学能力.物理实验是将自然界中各种物理现象在一定条件下，按照一定的物理规律创造一定的条件使它重现. 做物理实验，必须满足于一定的条件才能获得预想的结果，如设计实验步骤、选择测量仪器、正确观察现象、完整的读取数据、严格的计算，是做好实验不可缺少的过程.让学生按照上述过程有目的的科学训练，自觉地掌握科学实验的规律，激发学生的学习积极性就能增强学生灵活运用物理知识解决实际问题的能力. 培养学生的自学能力是教师的一项重要工作任务.调动学生的学习积极性，就得改变由教师“一讲到底”的状况，避免由于教师教学方法的单调，而使学生产生厌烦情绪. 总之，以“学科体系的系统性”贯穿始终，使知识学习与智能训练融合于一体，形成一个系统的完整框架.所以系统化、结构化的教学，使学生头脑中形成力学体系的清晰图象，有益于培养学生的探索精神，从被动的学习转为主动的学习，才能用自己的智慧和力量去攻克学习难关，取得良好的学习效果。 （河北省鹿泉市铜冶镇第一中学） 初中力学论文:初中物理教学中解力学题思路的探究 摘 要：物理是初中较为重要的一门学科，因其知识点抽象、理解难度大等特点，很多学生感觉学习物理知识比较困难，尤其在解答力学问题时很多学生不知从何下手，一定程度上影响初中物理教学质量的提高。因此，对初中物理教学中解力学的思路进行探讨，以期为提高初中生解答力学问题能力及整体物理教学质量，提供有价值的参考。 关键词：初中物理；力学；解题思路；探究 力学是初中物理的重要组成部分，是学习深层次物理知识的基础。因此，物理教师应灵活运用各种教学方法，将解答力学问题的思路和技巧传授给学生，以提高学生解答物理力学问题的综合技能，为其今后物理知识的学习奠定坚实的基础。 一、重视力学学习兴趣的培养 兴趣是最好的老师，是学习物理知识的内在动力，因此，物理教师应重视学生学习力学知识兴趣的培养，使学生熟练掌握力学基础知识，为更好地解答力学题奠定坚实的基础。在具体的教学实践中，物理教师该怎么实施教学呢？ 首先，改变传统教学观念。调查发现，不少初中物理教师仍采取满堂灌教学方法，使本来有趣的物理课堂变得枯燥无味，而且由于占用了大量的课堂时间，学生根本没有足够的时间思考，致使学生感觉力学知识的学习难度非常之大，逐渐失去对力学知识的学习兴趣。针对这一现状，物理教师应转变观念，在力学知识的讲解上不应追求多，而应追求精。同时，鼓励学生敢于质疑，敢于将自己迷惑的地方说出来，让学生彻底搞清楚、弄明白每道力学题的来龙去脉，从而使学生获得解答力学问题的成就感。其次，善于利用多媒体技术。力学知识比较抽象，学生理解难度比较大。为此，物理教师应借助多媒体技术，对力学问题进行演示，帮助学生理解，尤其可利用多媒体技术制作出视频动画，将抽象的力学分析直观化、形象化，降低力学问题解答难度，激发学生学习力学知识的兴趣。最后，物理教师应善于与学生沟通交流，了解其在解答力学问题中遇到的问题，并给予其鼓励和引导，逐渐实现解答力学问题能力的提高。 二、鼓励学生理论联系实际 力学知识无处不在，且与人们的生活有着密切的关系。为此，物理教师应充分利用生活中初中生比较常见的生活场景，讲解有关解答力学问题的思路，一方面消除学生对物理力学知识的陌生感，另一方面通过设置常见场景，加深学生的理解和记忆，彻底掌握力学问题的内涵，以提高学生解答力学问题的能力。 三、利用实验加深理解 初中物理力学题型多种多样，怎样帮助学生理解各种类型的力学问题，使学生以不变应万变，灵活解答各种力学问题，是初中物理老师值得深思的问题。考虑到物理是一门与实验密切相关的学科，物理教师在讲解力学问题时应注重结合实验内容。 例如，为使学生对压强有个充分的理解和认识，物理教师可在课堂上讲解下列例题：将完全相同的小球放置在盛放有不同液体的甲、乙、丙容器中，小球的状态如上图所示，问哪个容器的液体对容器的底部压强大？部分学生不知道该怎样分析，不知道怎样回答。针对这一情况，物理教师可在课堂上做相关实验。做实验过程中，物理教师要求学生认真观察，善于思考，毕竟不可能在解答任何一道力学题时都能通过实验解决，之所以用实验讲解力学问题，可为学生提供解答力学问题的思路。通过实验学生可得知，小球下沉得越严重，对应容器中液体的密度越小。另外，因放入小球后容器中液体高度一致，因此根据压强公式P=ρgh不难得出丙容器中的液体对容器底的压强最大。 初中物理力学内容不仅是教学的重点，也是难点，因此，物理教师应结合物理学科特点，不断总结教学经验，一方面通过采取各种教学方法激发学生学习力学知识的兴趣，使其掌握扎实的力学知识。另一方面善于创设生活化情景以及利用物理实验讲解力学问题，为学生解答力学问题提供参考的思路，从而灵活应对学习过程中可能遇到的力学问题。 初中力学论文:重视初中体育分层教学法助力学生成才 摘 要：为了适应现代的教学体制改革，初中体育教学必须做出相应的革新，注重在教学过程中把握好因材施教和因需指导。基于此，教师对初中体育分层教学法的有效应用进行了研究。 关键词：初中体育；分层教学法；有效应用 在初中体育分层教学工作中，教师要善于发现课堂教学中各个环节的不同之处，充分认识每个环节所具备的独特之处，不能忽视每个环节的差异。为了让每个学生积极投入到课堂氛围中，教师必须依照每位学生的差异，制定合适教学方法和教学目标，运用不同的教学方式传授不同的教学内容，以助力学生成才。 一、依据学生体质差异，做出合理的分层 每位学生所具备的身体素质和体育技能水平都存在一定的差异，所以实行分层教学法很有必要。而分层教学是向全体初中生开放，以达到让每位学生都能在原有的体育技能水平上有大的突破的目的。针对他们各自体质差异，需要制定不同的教学方式、教学目标以及教学内容。如在当前的体育教学特征和学生的个体差异，可以将学生分为甲、乙、丙三个不同的层次。其中甲层的学生所具备的身体素质都较高，而这一层的学生本身就对体育有着很大的兴趣爱好，所以制定的教学目标应该比一般的学生高一些，注重学生在专业技能方面的提高；乙层的学生所具备的身体素质就不及甲层的学生了，所以应制定相对甲层学生低点的教学目标，最好能与大纲标准同步，着力充实学生的体育基础知识；处于丙层的学生在身体素质相对来说比较薄弱，最主要的问题是学生对体育本身就没有太大的兴趣，所以说在制定丙层学生的有关教学内容和教学目标时，应着重培养学生对体育的爱好。在体育教学中实行分层教学法，可以帮助学生充分认识自己所处的层次，然后根据自己的实际情况制订适合于自己的学习计划和应达到的学习目的，这样就能激起每一位学生对体育教学的热爱和激情，自信心倍增，增强师生之间的合作，有效提升教学效果。 二、依据学生技能差异，进行分层施教 在体育教学采用的分层教学法的关键环节就是要分层次施教，每一位教师在选用合适的教学内容和教学方式时，要切实考虑到学生自身的实际状况。分层次施教具体到实际中大概就是这样：因为甲层的学生具有较稳固的体育技能，所以对于甲层的学生，笔者在教学中注重提高学生的创新意识和探究能力；由于乙层的学生的体育技能水平不如甲层，但乙层的学生对有关体育的基础知识的掌握很到位，因此在实际教学中，笔者善于采用相互讨论的方式和相互提示的方式，完成教学内容；而根据丙层学生的具体情况，笔者在教学过程中着重通过简单易懂的教学方法丰富学生的有关体育基础知识，把教学内容分为多部分来进行学习，达到让学生能够充分吸收和消化所学的知识，最重要的是让学生在学习过程中增强对自己的信心。 三、通过分层施教体现现代初中体育教学的趣味 随着社会的发展，传统的体育教学模式已经不能满足现代初中生的需求，而现代初中体育教学中的分层教学法在此问题上就胜于传统的教学方法，它的特点是可以将学生的特点与兴趣爱好巧妙地结合到一起，而且还是一种学生占主导地位的分层式教学。这种教学方法可以给学生很多选择的空间，同时他们也可以把自己选择的体育教学方式与自己的想法融合起来，通过理论与实践的紧密结合，在师生之间开展一种互动的模式，打造出不同的学习平台。分层教学的重点在于分层式的制订各种学习策略，创建不同层次的学习场景、不同层次的教学理念，然后根据每位学生的具体情况，实施合适的教学方法，时刻把握好“分层”的内涵，以便提高各个层次学生的学习效率和实现现代初中体育教学模式的趣味性。 四、通过分层施教提高体育教学的教学效率 初中体育分层教学不仅有很大的趣味性，而且在有效实施后，使得教学效率和质量倍增，这与分层式教学方式所具备的诸如注重个体差异、实施因材施教和因需指导等特点有着不可分割的关系。第一，分层式的教学模式注重将学生分为不同层次的培养对象，然后依据每个层次不同特点，确定合理的教学策略和教学目标，并留给学生充分吸收消化知识的时间和空间。第二，初中体育教学中的分层教学实质性上就是一种差异性的教学模式，重视因材施教的教学理念，可以较大程度地赢得学生们的喜爱，大大提高学生们的体育专业技能。因此，培养学生对体育教学的兴趣就显得非常重要了。第三，初中体育教学中的分层教学很多的优势存在，但它的优势发挥还必须依靠各位教师来完成。所以，教师必须时刻注重提高自身的综合素质和更新自己的教学理念，这将会成为初中体育教学的分层教学的最有利的补充。 综上所述，初中体育分层教学的有效应用必须以每位学生的个体差异为根本出发点，确定适合各种层次学生的相关教学模式，以最大程度地提升学生的身体素质和体育专业技能水平，最终达到制定的教学目标，从而培养学生成才。 （辽宁省凌源市三道河子初中） 初中力学论文:农村地区初中生听力学习困难与对策研究 摘要：英语学习中，听是获取信息和发展其他语言技能的基础，但同时，听力也是听说读写四项基本技能中最难掌握的。农村地区教学条件与师资力量相对薄弱，这使得农村初中生在听力学习上存在的问题更加突出。本文通过调查剖析了初中生听力学习的困难因素，并针对性地提出一些优化策略。 关键词：农村初中；听力困难；学习策略 一、引言 英语教学的核心目标是培养学生的跨文化交际能力，学生英语听力能力则是跨文化交际技能发展和提高的基础。希腊哲学家伊比克底特斯比较形象地说道：“我们有两只耳朵和一张嘴，因此，我们所听是我们所说的两倍。”（Helgesen，2008）保罗・兰金（Paul Rankin，1928；Rivers and Temperley 1978；Oxford 1993；Celec-Murcia 1995，cited in Hedge 2000：228）等学者通过研究发现，人在清醒时有70%的时间从事各种形式的交际活动。在交际中，听占交际时间的比例高达41.9%到45%。由此可见，听的能力在语言活动中的重要性。随着相关研究的不断深入，人们对听力学习的本质认识也在变化，即从一种被动技能（passive skill）到主动技能（active skill）（Helgesen，2008）。在英语教学中，学生英语听力理解能力的获得是一个语言和思维相互作用的复杂心理过程，是学生积极主动、创造性构建会话意义的综合过程。它涉及语言、文化、认知、心理、语用、神经、百科等各方面。在农村地区初中英语教学实践中，我们发现，英语课堂教学普遍非常强调读和写的技能的训练，对英语听和说能力培养意识薄弱且方法匮乏。基于此，虽有学生可以在考试评价中得高分，但听和说的交际能力却极其低下。可以说，听力教学是当前农村初中英语教学的最薄弱环节，是制约学生语言综合能力发展的关键。进而，听力学习困难的调查研究也成为一个热点。 二、研究设计 基于优化学生有效学习的目的，本研究侧重于对学生听力学习困难中的可控因素进行分析。由此，我们设计、制定了调查问卷，拟定了访谈提纲，对听力学习困难因素进行调查研究。 （一）研究对象 本论文的研究对象为浙江省一农村初中初二某班53名学生。其中，问卷调查对象为全体53名学生，访谈对象为其中随机抽选的8名学生。 （二）研究问题 1.农村地区初中生听力学习困难主要体现在哪些方面？ 2.如何有针对性地提高学生的听力理解水平？ （三）研究工具 本研究主要采用问卷和访谈的形式。问卷共包括两大部分：第一部分以听力学习主要影响因素为基础，将听力学习困难划分为语言与非语言维度，以“是否”式问题形式调查学生在这两个维度存在的主要问题。第二部分对每个维度进行具体调查分析，调查内容涵盖每个维度的具体内容，并对每一个项目进行四级记分制：4=完全符合；3=基本符合；2=不太符合；1=很不符合。共发放问卷53份，收回有效问卷53份，问卷回收效率达100%。访谈则是对8名对象进行团体访谈，重点分析他们各自在听力学习中遇到的困难及原因。 三、初中生听力学习困难因素剖析 通过对学生访谈结果的分析和问卷中每个维度及具体项目进行的百分比统计，结果显示农村地区初中生英语听力学习中的突出问题集中体现在语言知识、文化背景、听力策略和心理因素四个方面，具体如表1所示。 1.语言知识薄弱。听力理解是综合运用各种语言知识的过程，扎实的语言基本功是提高语言水平的基础。调查结果显示初中生语言基础知识缺陷主要体现在语音、词汇、语法三方面。首先是语音障碍，包括：不熟悉国际音标，感觉语速过快，不了解连读、重读、弱读等变音规则，不知道语调的不同用法。其次是词汇障碍，包括：词汇量偏低，辨识力差，习惯用语储备不足。再次是语法障碍，主要包括：听不懂长句和复杂句，不会利用所学语法知识进行句型分析。 2.文化背景匮乏。语言是文化的载体，语言承载着文化。语言学习不仅仅是学习语言本身，更重要的是对语言国家文化的吸收与融会贯通。胡文仲（1999）指出，语言学习的主要目的不仅仅是为了了解某一语言现象而更重要的是获得运用所学语言进行跨文化交际的能力。调查显示大部分学生还未给予文化背景知识足够的重视。听力材料中涉及很多英美国家历史、风俗、生活等话题，学生对英语国家社会文化背景、风土人情、宗教信仰、历史知识、生活方式及习惯等缺乏了解，直接导致他们理解困难。 3.听力策略缺失。听力学习策略在听力学习中发挥着重要作用，可帮助听者控制整个听音过程。然而，调查发现仅三名学生表示熟悉常见听力学习策略并能主动应用。问卷及访谈结果显示学生听前不能制定计划，听中不能灵活运用预测、推理、总结、联想、判断、做笔记等策略，听后也不及时进行总结、反思。听力策略的缺失无形中增加了学生听力学习的困难。 4.心理情感障碍。学习是一个主动的过程，主动配合往往能达到事半功倍的效果。学习者的心理因素（如态度、动机、目的等）直接影响学习效率。调查结果显示学生听力学习中的心理障碍主要体现在：学习目的不明确、缺乏信心、没有兴趣、注意力不集中、易焦虑等方面。心理学研究表明这些情感因素对学习者的学习过程产生不良影响，从而阻碍听力理解。 四、提高听力理解水平的对策 调查发现学生听力学习困难存在于语言及非语言两个维度，为了更有效地帮助学生提高英语听力能力，本节针对学生听力中存在的上述主要问题提出如下对策。 1.夯实语言基础知识。首先，教师指导学生掌握标准英语发音，克服基本语音障碍；提供不同口音、语调及语速的听力材料，让学生习惯不同的语言韵律，增强语感。其次，教授词汇学习策略，引导学生正确记忆，增加词汇积累。再次，引导学生对所学语法知识进行归类总结，形成自己的语法知识库，巩固语法基础。 2.积累文化背景知识。首先，教师应在课堂教学中进行必要的文化讲解及导入，将文化背景知识渗入所讲知识点，寓教于乐。其次，鼓励学生课后多阅读，通过大量输入扩大知识面，积累相关背景知识。再次，帮助学生了解英语国家民俗风情、历史文化、日常习惯等，掌握相关图式知识。 3.教授听力学习策略。首先，教师应辅导学生制定个性化听力学习计划。其次，在进行听力练习时：听前明确目标，激活图式；听中提供不同类型听力材料和问题，引导学生充分利用推测、总结、讨论、联想等多种策略，对这些策略进行总结归纳并通过相关练习加以巩固；听后鼓励学生进行总结、复述，进行自我评价和反思。 4.克服心理情感障碍。首先，教师帮助学生理解听力学习目的和必要性，使学生意识到听力学习的重要性，从而主动学习；其次，通过创设积极的语言环境，采用灵活多变的教学方式，选择学生感兴趣的听力材料等激发学生听力学习兴趣；再次，帮助学生端正学习态度，克服焦虑心理，提高学习信心。 五、结语 听是获取信息的重要途径，发展语言技能的基础，也是一个语言和思维相互作用的极其复杂的心理过程，更是听者积极主动、创造性地构建会话意义的综合过程。它涉及语言、文化、语用、认知、心理等多方面。诸多因素共同决定听力水平的提高不能速成，而是循序渐进的过程。这要求学生不仅要具备扎实的语言基本功，还要注重非语言知识的积累和提高。 初中力学论文:初中物理力学教学方法的探索与反思 摘 要：中学物理知识内容是物理学的初级层次.严格地讲，它的科学性、系统性都受到了一定的限制.它只是阐述了物理学中最基本、最基础的知识，并不是十分严谨的物理理论.其主要内容是经典物理学的基础知识，而以力学、电学为重点.本文就力学部分的教学法谈点看法. 关键词：初中物理 力学教学法 近几年来，结合自己的教学经验，我对力学教学有了新的认识，下面我来谈谈初中物理力学教学的几点认识： 一、初中物理力学教学要以生为本初中物理力学是物理学科中至关重要的一部分，也是大部分学生认为较难的部分。 近几年中考中，物理力学分值也占据较多，同时它是学生学习高中物理力学的铺垫和基础，也是学习一些专业技术知识的必备知识。然而现在初中学校学生在学习这部知识内容上，存在的主要问题是：大部分学生在进入物理力学知识的学习过程中，都或多或少的出现了学习畏难情绪、茫然、学习兴趣下降；学生没有学到应掌握的物理力学知识或学生没有有效地学好相关的物理力学知识学，教师教得辛苦而成为无效教学。同样，如果学生学得很辛苦，但没有得到应有的发展，也是无效或低效课堂教学。新课程改革提出的初中物理新的教学理念是以提高学生的科学素养为主旨，通过多种教学方法的实施，使学生在知识与技能、科学思想方法及情感、态度和价值观各方面都得到发展，这实质上就是以学生为本的重要要求。分析初中物理力学新教材编写体例，其中“坚持以学生发展为本，培养全面发展的四有新人；强调培养学生对自然、对科学的兴趣和热爱；加强实践活动和探究活动，发展学生的实践能力和创新意识；联系生活、联系社会，突出科学、技术、社会变化的观点，与原教材相比，都十分重视学生已有的经验和兴趣特点，提供丰富的与学生生活背景有关的素材”，因此，生动活泼，简明轻快，图文并茂，形式多样的力学教学应当是以生为本的教学设计出发点与根本的要求。 二、初中物理力学教学以生为本的理性思考当今世界，是一个科学和人文由分野走向整合的时代，科学精神和人文精神恰如人类文化的双翼，科学精神是人类探索自然的条件和动力，人文精神则是人类一切活动的出发点和最终目标。物理学是一门以观察和实验为基础的科学，实验是初中物理教学的法宝，也是学生学习的方法和手段，它对培养学生的学习兴趣有着巨大的帮助。因此，初中物理力学教学，一是要切实重视演示实验， 从“百闻不如一见，百看不如一做”上提高课堂教学质量；二是要认真上好学生分组实验课，培养学生的创造思维和实验操作技能 ；三是要充分发挥教材中“小实验”的作用，训练学生动手制作的能力；四是要不定期地开放实验室，给学生创造更多的动手机会。教师要从从全局观点分析力学部分教材，揭示物理学的基本规律，有目的地提高学生的思维品质，增强学生的物理思维能力。 三、初中物理力学教学以生为本的实践探索 1、教师要组织学生认真阅读教材。现在初中学生学习的科目繁多，各科作业也很重，学生每天平均自习的时间只有2至3小时，学生感到做作业都来不及了，没有时间安排时间阅读教材。这就要求教师一方面必须改革教学方法，改变那种填鸭式的“满堂灌”的教学方式；另一方面，作业题应少而精，精选典型习题指导学生深入探讨，独立思考，在分析习题过程中探索其规律，使自己在解题的实践中逐步地掌握其思路和方法；三方面根据物理教材的特点，加强阅读指导，要要求学生整章节的阅读，重要的句子、结论要求学生用笔划出来，对一些叙述较复杂的段落还要给予分析解释。教师可通过谁是受力物体，浮力的大小和方向以及在什么情况下才有浮力等提出问题，帮助学生进一步理解“原理”的实质，而不致于去死背条文。 2、教师要引导学生养成预习的习惯，逐步培养自学能力。在初二开始上物理课时，要向学生提出“以课本为主，课前要预习，要学会读书”的要求，为了帮助学生学会读书，还要特别向学生提出预习时应注意了解的内容：①看完一节（或一段）课文后要了解这节（段）课文讲了什么物理现象某个实验是怎样进行的，说明什么问题？②这一节（段）讲了几个物理概念和规律？这些概念和规律的主要内容是什么？在日常生活、生产实际中有哪些实例？③在阅读课本过程中还要经常提些“为什么？”用什么方法解决？④看完了课文后，有什么不懂，不理解的问题，并把不懂的，有疑问的问题记在笔记本上，带着问题学，以便上课时认真听讲，或向老师提问。如上《摩擦力》这一节课前列出以下提纲：①什么叫做摩擦力？什么叫做滑动摩擦力？是否两个物体只要接触，就一定有摩擦力？②在实验中为什么要强调木块在木板上要做匀速运动？为什么由弹簧秤读出拉力，就知道了木块和木板之间的摩擦力？③滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关？通过预习提纲引导学生边阅读边思考，帮助他们有的放矢的进行阅读，了解课文的中心要点，并逐步学会提出问题，并设法解决，从而不断的提高阅读能力。 3.课堂教学中教师需要将静态变为动态生成，真正实现学生的主动学习。教师在课堂教学中，要努力把备课意图，即静态设置，通过教学手段动态生成为现实的每一堂课，保障学生学习的主体地位，完成教师的“教”为学生的“学”服务。在教学手段的使用上，努力采用多种教学手段和形式，充分调动学生的学习主动性和积极性，把蕴藏于学生中的巨大学习潜能开发出来，这是提高物理“力学”教学效率和教学质量的关键所在。 4.教师教学可采用“双激励反馈式程序教学”。“双激励反馈式程序教学”是教师在教学中，一要经常用“双激励因子”，即稳定有力的学习动机和浓厚的学习兴趣，激励学生，使之始终积极主动、兴致勃勃地接受和加工教学信息，并通过积极的思维使之内化；二要及时从高效运转的反馈网络中获取学生学习反应中的反馈信息，依次调整教学信息输出的强度和方式，使教学作为一种信息传输系统，始终稳定于高效的运转态，从而大幅度地提高教学效率。 5.教师要让学生在物理力学活动中学习。物理课堂教学必须改变基本上由学生听、教师讲的格局和程式，代之以由教师精心设计，由学生积极主动参与的多种教学活动。这里说的“活动”，就是由教师精心设计，有预定目的，有点拨功能，又适合学生特点的教学模式，它按照预定方案要求学生不断地听、看、想、讲、做、练，以达到规定的教学目标和最佳效果。 总之，以知识学习与智能训练融合于一体，形成一个系统的完整框架，使学生头脑中形成力学体系的清晰图象，有益于培养学生的探索精神，从被动的学习转为主动的学习，才能用自己的智慧和力量去攻克学习难关，取得良好的学习效果。

材料力学论文:材料力学公式分类记忆方法 【摘 要】根据课程特点，结合教学实践，摸索出了一套行之有效的材料力学计算公式分类记忆方法，取得了良好的教学效果，学生的计算准确性和学习积极性均得到提高。 【关键词】材料力学；计算公式；分类记忆；教学效果 材料力学是针对我校机械类、材料类专业学生开设的一门理论性较强的技术基础课。由于课程内容复杂，计算公式繁多，多数学生在记忆上存在一定的难度，计算准确性和学习积极性受到影响，进而导致教学效果很不理想。因此，材料力学计算公式的记忆问题成为一个急需解决的主要问题。根据课程特点，结合教学实践，借鉴他校和他人教学改革思路[1-4]，摸索出了一套行之有效的材料力学计算公式分类记忆方法，取得了良好的教学效果。 经过观察不难发现，这几组公式的结构完全相同，都是分数的形式。如果记忆的是轴向拉伸和压缩的计算公式，那么后面的剪切、扭转和弯曲的计算公式可以记忆为：分子中的截面内力变换一下形式，分母中的截面参数和变形刚度也相应变换一下形式。 类似地，还有主应力、主应变和主惯性矩公式也可以用这样的替换方法来记忆。 通过分类记忆，就算再难的公式也会记住的。养成分类记忆的习惯，不仅有助于提高记忆力和观察力，还有助于提高想象力和创造力。 2 教学效果 在分类记忆方法的影响下，学生就能主动地记忆看似复杂、繁乱的材料力学计算公式了，课堂练习和课后作业的计算准确性就会相应地得到提高。在教师的正确引导下，学生学好材料力学的信心就会逐渐增强，学习积极性不断提高，从而体会到学习材料力学不再是一件很痛苦的事情，而是一件很快乐的事情。 2.1 提高了学生的计算准确性 以往学生对学习材料力学缺乏兴趣，原因之一就是计算公式没有记住。在教学过程中，经常有学生反映材料力学公式多，不好记，结果导致课堂练习和课后作业的计算准确性低。经调查发现，这种情况具有普遍性。这个问题如果解决不好，势必会影响教与学的效果。引入分类记忆方法后，公式记住了，学生的计算准确性自然就提高了。 2.2 提高了学生的学习积极性 以往学生对学好材料力学缺乏信心，原因之一就是辛勤付出没有回报。经常出现这种情况：虽然学生学习很努力，但是成绩不理想。分析原因，公式没记住，解题错误多，努力没收获，结果导致学生的自信心受到打击，学习积极性上不来。引入分类记忆方法后，公式记住了，成绩上去了，付出有回报，学生的学习积极性自然就提高了。 3 结束语 材料力学计算公式的分类记忆探索取得了一定的成效，现已获得校方和学生的认可。通过对材料力学计算公式的分析整理，进行分类记忆探索，进一步强化对知识的学习和掌握要求，不仅仅是能领会教材中的知识，而且能把获得的知识在头脑中记忆下来。只有这样，才能在作业、考试及以后的工作中灵活运用，也才算真正掌握了知识。因此，这种记忆方法值得进一步推广，以获得更好的教学效果。 材料力学论文:对新时期材料力学教学的几点思考 【关键词】 材料力学；青年教师；思考 材料力学是工学学科中力学类、机械类、土木类、航空航天类等专业一门重要的专业基础课。在上述专业课程体系当中，按照授课时间排序，材料力学是第一门系统性讲解变形体（杆件）在外部载荷（以集中力、布力、集中力偶与温度为主）作用下形变与内部应力相关计算的课程，内容上完成了从质点、刚体到变形体的过渡，上承高等数学、理论力学，下启弹性力学、结构力学、岩土力学、机械设计等专业课程，是连接基础课与专业课的不可或缺的一环。目前，以建设世界一流大学和一流学科为目标，笔者所在的上海理工大学正实施“卓越工程师教育培养计划”，同时大力推进多个专业的工程教育专业认证。在这样的背景下，如何将材料力学这门由于内容相对经典且逻辑性强，而在部分学生眼中显得抽象枯燥的课程讲好，使得学生通过课程学习能够掌握材料力学中的思想方法及重要结论，并具备将其应用于解决实际工程问题的能力，是值得从事材料力学教学工作的青年教师思考的一个重大问题。下面，笔者结合工作实践谈几点自己的看法。 一、讲好绪论课 材料力学的绪论部分一般包括对本课程研究对象、研究内容、研究方法、基本概念、实际应用，以及历史沿袭、最新进展、未来趋势等的介绍。由于绪论并不涉及具体的公式推导与问题求解，容易被相当数量的习惯于应试导向性学习的学生贴上“内容空洞，学而无用”的标签，甚至一些授课教师也持有类似观点，以几句话将绪论匆匆带过，进入相对“言之有物”的后续内容。实际上，绪论的重要性并不亚于其他章节，一堂好的绪论课不但应当能够使学生对课程内容产生清晰的整体印象，还应起到拓宽其视野，激发其学习兴趣的目的。绪论课的作用就好比“藏宝图”加“指南针”，使学生在后续的学习过程中可以主动地按图索骥而不至迷失方向，最终获得“宝藏”――即解决问题的思想方法与需要掌握的知识点。 材料力学教材绪论部分所包含的知识点之间联系相对松散，不存在能够串起全部知识点的较长逻辑链，因而在讲课方面留给教师自由发挥的余地较大；但也正是由于无定式可循，讲好绪论课的难度甚至还要高出讲好具体理论课程的难度。为了使绪论课发挥其应有的作用，组织课程内容时不妨考虑以下几点： 1. 以现实生活中常见实例作为开头，以设问的形式引出材料力学的研究内容，即强度、刚度与稳定性的概念。如，由建筑地基不均匀沉降导致的墙体裂缝多与地面呈45°的现象，以及2012年8月24日发生的哈尔滨阳明滩大桥垮塌事故，引出强度的概念与重要性；由客机起飞时通过舷窗所观察到的机翼弯曲现象，以及1998年6月17日发生的因Ka-50直升机上下两副反向旋转的旋翼桨叶碰撞而导致的坠机事故为例，引出刚度的概念及重要性。 2. 以材料力学的发展史为主线，重点介绍做出过突出贡献的著名科学家及其工作，如伽利略、胡克、欧拉、拉格朗日、纳维等人，使学生在深入学习具体理论之前即对课程内容的背景及历史沿革有所了解，对课程产生更加立体的第一印象。与此同时，还应适当增加与中国古代材料力学成就相关的部分内容，如东汉末年经学家郑玄对于胡克定律的等价描述0，建于公元600年前后、世界现存第二古老的单孔敞肩圆弧石拱桥――赵州桥，以及建成于公元1056年、世界现存最高大的古代木构建筑――山西应县佛宫寺释迦塔等等。 3. 在讲解材料力学基本假设时，不但需强调其在理论推导方面的意义，同时还应从正反两个方面举例说明其适用范围，使学生对真实世界的复杂性与理论的局限性产生一定的感性认识，为将来进一步学习更高层次的课程做一铺垫。如，对于连续性假设，可指出只有物体所占据的空间内均充满物质不存在空隙，且物体变形后不发生重叠或开裂现象时，物体的变形及内力才能表示为物体内部每一个物质点的坐标的连续函数，便于利用数学分析的方法进行研究。尽管此假设在原子尺度上、甚至对于某些多孔材料在微米尺度上不再成立，但只要作为研究内容的材料的力学行为所发生的尺度远大于上述范围，则仍然可以应用此假设。如果物体的确包含宏观裂纹或类似缺陷，那么采用断裂力学的分析方法则更为适合。对于均匀性假设，可指出此假设意味着物体内部各物质点处均有相同的力学性能，所以材料属性可以是独立于物质点坐标的常数。尽管此假设对于金属材料在晶粒尺度上、对于某些包含颗粒或纤维组分的复合材料甚至在10 μm的尺度上不再成立，但在宏观尺度上仍可应用均匀性假设。对于各向同性假设，可指出其适用于大多数金属与高分子聚合物工程材料，但同时也存在大量不满足此假设的常见材料，典型如竹子、木材、连续纤维增强型复合材料单层板等。另外，还可举例说明宏观尺度上各向同性的材料在细观或介观尺度上并非各项同性。最后，应特别强调各向同性只是针对材料的弹性行为而言，并不包括强度，避免学生混淆概念。 二、优化课堂内容 现阶段我国高校中材料力学的教学进程大多沿著“直杆轴向拉压圆截面轴扭转直梁对称弯曲应力状态与强度理论组合变形”的主线展开，再附加压杆稳定与能量法有关内容；对于杆件的三种基本变形（拉压、扭转、弯曲），又多沿着“变形假设几何关系本构关系平衡条件应力公式变形公式”的顺序进行演绎推导。国内外多种教材的内容也基本按照上述思路编排或略加调整0-0。这种整体进程安排符合由浅入深、从易到难、循序渐进的一般教育原则，同时通过讲解杆件的三种基本变形问题，可加深学生对于材料力学中普遍采用的分析方法的理解与记忆。但是另一方面，这种传统安排的不足之处表现为教学内容重复性较大，且各部分之间的逻辑联系不够紧密，不利于学生在较短时间内掌握材料力学的核心内容0， 0，影响学习效率与积极性的提高。面对传统的教学进程安排、有限的课时（根据学生专业不同通常为64或48）与不断增长的对实际传授知识量的需求三者之间的矛盾，优化课堂内容显得十分必要。 1. 由于生活在信息时代、习惯于在若干目标间快速转移注意力的学生难以被包含较长逻辑链的数学推导过程长时间吸引，所以需要将传统的“连续式”教学过程变为“脉动式”教学过程，将每堂课所应覆盖的内容归纳划分为若干个知识点，每个知识点都包括设问形式的开头、具体内容讲解、为下一个知识点铺垫的结尾所构成。考虑到学生一般可持续集中注意力的最长时间约为10 分钟左右，每个知识点所需讲授时间在10～15 分钟左右为宜，这样一节时长45分钟的课程中即可安排3～4个知识点。 2. 对于杆件的基本变形，除按照现有教学顺序进行讲授之外，还可在每一种基本变形相关内容讲授完毕之后，沿“外力内力应力应变能量”的主线0重新演绎所学内容，使学生从不同角度观察分析问题，拓宽思路。在所有基本变形讲授完毕之后，应充分比较直杆在轴向拉压、扭转、弯曲时的分析方法与重要结论，并归纳提炼出共同特征，使学生从更高层次上整体理解与掌握课程内容。另外在不改变基本教学顺序的情况下，还可适量增加教材以外的内容，目的在于加强学生对于解决材料力学问题的一般方法的理解，不求艰深。例如，可利用推导直梁横力弯曲时平衡微分方程的微元法，推导直杆轴向拉压与圆截面轴扭转时的控制方程0，而后两者在现行教材中一般较少出现。 3.形形色色的有限元分析软件已经在工业界得到了大规模应用，而材料力学的知识又是掌握有限元软件使用方法的必要前提。为了培养学生的工程实践能力，同时加深对于材料力学所学内容的理解，可以在课程中增加有限元软件的简单介绍与实际操作模块，使学生具备利用ANSYS或者Abaqus解决简单材料力学问题的能力。 三、合理运用现代化教学手段 目前，以微软公司的PowerPoint（简称PPT）为代表的电子演示文稿已经成为各高校必不可少的多媒体教学手段。传统的以板书为主的教学模式中，授课教师需花费大量时间在黑板上写字绘图，期间背对学生，无法观察学生的反应，与学生的互动时间也会相应减少。而且板书的表现力有限，难以用生动的形式解释某些较难理解的概念。同时，以板书为主的教学模式要求授课教师对于在课堂上所要呈现的全部内容都烂熟于心，否则一旦记忆不牢，就有可能在面对空白的黑板时无从下手，致使教学效果大打折扣，而这也正是许多初上讲台的青年教师所要面对的问题。板书的弱项却是PPT的长项，若以PPT为主要教学手段，由于不用花费时间在黑板上写字绘图，授课教师可一直面对学生，便于师生互动，提高教学效率。另外，因为大部分讲授内容均已预先记录在PPT上，教师不用为偶尔忘记内容担心，实际上减轻了教师的负担。不过另一方面，PPT在展示数学推导过程方面也有自身的局限性，由于所有内容均为事先制作，缺乏根据需求临场改变的自由度，不便于教师根据学生的反馈而从多个角度解释部分推导过程。此外，较快的显示速度也不利于学生对于推导逻辑的理解消化，而高度集中的注意力也容易造成学生的疲劳。在这方面，板书的点显而易见，理论推导过程明晰，节奏适中，便于学生理解。因此，青年教师应合理结合传统板书与以PPT为代表的现代教学手段，利用自身熟悉多媒体素材与手段的优势，用大量可视化的内容解释材料力学中理论性较强、相对晦涩的概念；而在进行理论推导时，则依靠板书，详细讲解思路与每一步的依据，并结合学生的反馈，重复重点步骤，这样才能取得更好的教学效果。 智能手机是另一个可以利用的教学手段。尽管目前智能手机的滥用已经成为一个普遍存在的影响课堂教学效果的因素，但不可否认的是智能手机与互联网的结合的确大大加快了信息传播的速度，也大大方便了人与人之间的交流。正如大禹治水，堵不如疏，与其禁止学生在课堂上使用手机，不如引导其适度“正面”地使用手机或其他移动通信终端，使手机为提高课堂教学效果服务。 材料力学作为工学学科多个专业的一门重要的专业基础课，随着“卓越工程师教育培养计划”的实施与工程教育专业认证的推进，对这门经典力学课程的教学效果提出了更高的要求。作为从事材料力学教学工作的青年教师，在不改变现行教学体系的前提下，可充分发挥主观能动性与熟悉新兴教学方法与传播手段的优势，从讲好绪论课、优化课堂内容、合理运用现代化教学手段三个方面着手，精心打磨材料力学，使其在新形势下焕发生机，为培养适应时展要求的创新型工程技术人才作出自身的贡献。 材料力学论文:材料力学虚拟实验系统设计与实现 摘要：本论文Y合我校实验教学的实际情况，同时借助于材料力学理论知识，自主设计并开发了材料力学虚拟实验系统。材料力学模拟实验系统是一个基于web平台开发，采用B/S模式三层架构，通过J2EE、SQL等技术开发而来的一款网站系统，通过网页接入服务器方式，在客户端网页进行虚拟的材料力学模拟实验，从而替代或补充在现实世界进行的真实材料力学实验教学活动。该论文将详细分析材料力学虚拟系统的各种需求和特性，以及所需的各类技术支持，剖析材料力学模拟实验系统内部的逻辑实现。 关键词：虚拟实验系统 web 材料力学 1 引言 随着计算机的发展，计算机已经在日常各类教学活动中扮演着无可替代的角色，计算机的高效和智能解决了教学生活中许多重大或者难以解决的问题。计算机网络也继承了这些特性，同时，计算机网络比起计算机软件又拥有着许多特有的优点，比如计算机网络可以做到实时更新与维护，而且比计算机软件占用更少的资源，开发难度也大大降低。 虚拟实验是以计算机技术为基础的虚拟技术。早起仅在模拟电路中被提出。比如著名的电路模拟软件Labview便是虚拟实验系统的典型案例。在结构和力学领域，国内外采用有限元软件、结构设计软件、以及部分建造软件进行实验，但是，这一类软件主要是以分析和设计为主，但是在功能上，操作的流程和实验的现象展示往往很难满足实验教学的需要。 力学实验教学一直是力学教学中一个必不可少的组成部分，但是随着力学科学的发展，以及力学学科内部划分的纷繁复杂，力学实验器材种类特别繁多复杂，而且作为教学器材，数目巨大，且频繁使用增加了器材的损耗，这无疑大量增加了教学费用的开支。 本课题利用计算机网络所具有的特性，通过计算机web的开发，利用计算机网络技术，制作了一款解决现实世界材料力学实验教学所面临的各类问题的虚拟实验系统，通过网页接入的方式，非常方便快捷高效的将现实世界材料力学实验教学移植于网络平台。将所有教学活动网络化，将使材料力学实验教学变得非常低廉、高效和可持续。 2 系统结构概述 材料力学虚拟实验系统开发分为以下几个阶段完成。第一个阶段由材料力学教研室完成典型的实验项目和内容，为进一步开发提供理论保障；第二阶段由学习材料力学的学生提实验操作的实际要求，操作的简易程度；第三阶段由开发人员根据教师和学生提出的实验要求进行开发和推广。材料力学虚拟实验教学系统的总体设计目标为：（1）对已有的教学实验内容和项目进行有效分析、整理和完善。特别对影像照片、力学图纸、力学使用说明和操作流程等技术资料进行归档，为后期开发提供素材；（2）利用计算机虚拟技术，在线模拟实验的全过程，再现不同测试方法和实验现象，将该技术应用于本科实验教学的各个环节；（3）利用大型虚拟设备，并借助于虚拟现实技术再现实验外的典型应用和操作流程，用于本科生入学，其他专业学生和实验人员开展相关活动。 本系统主体是web网站，采用了B/S模式下的三层架构的实现模式和 JavaEE及相关技术进行界面开发，采用SQL数据库管理技术对信息进行高效安全管理。系统主要由三大功能模块组成：学生界面模块：主题是在线模拟实验模块，同时包含在线交流答疑、公告广播接收等辅助功能。教师界面模块：主要提供模拟实验的更新、公告广播的、学生档案管理等功能。数据库模块：主要是对各类信息数据的管理。 3 系统的需求分析 在力学虚拟实验系统中，系统需求分析主要分为三块，一块是学生端实现，一块是教师端实现，另一块为数据库实现。 3.1 学生端 学生端主要为虚拟实验的实现。系统的虚拟实验模块，虽然包含多个物理实验模型，但其基本技术原理相同，受文章篇幅的限制，本文将以拉伸实验为例介绍虚拟实验模块的原理。 3.2 学生端登陆 学生若要使用本系统，必须拥有已注册于服务器的账号，如若没有则需通过注册向服务器录入学生个人信息。注册将会对注册信息进行必要的合法性检查，其利用本地的JavaScript，通过后才会将个人信息录入服务器数据库中。登陆完成后即可进入学生端界面。 3.3 虚拟实验 虚拟实验界面中包含“实验大纲”、“实验指导”、“仪器试件”、“虚拟实验”、“实验报告”、“留言答疑”以及“我的信息”等板块。“实验大纲”、“实验指导”界面为收录的本次实验的原理教学和实验流程，“仪器试件”则通过图片形式展示本次实验所用到的各类仪器。学生用户可以通过浏览这些分类板块了解本次实验的原理、流程、目的以及实验要求等信息，达到实验前的教学目的。当学生充分理解实验后，就可以正式开始“虚拟实验”环节，这也是本系统核心功能模块。 “虚拟实验”环节开始后，系统会通过前提JS，一些复杂的实验则通过后台servlet和 javaBean，依据具体实验随机生成一定合理范围内的实验数据，并通过request或session对象传递给jsp页面。当完成以上实验步骤后，学生用户即可将虚拟实验所得数据代入具体公式计算得出实验结果，至此整个“虚拟实验”环节结束。 3.4 报告提交 当学生完成整体虚拟实验后，即可将整个实验流程和所得数据结果整理成报告，并通过网络上传提交与服务器数据库中，以备教师调阅或者学生自己查阅。同时系统也提供在线答疑功能，学生可将实验步骤中难以理解的环节通过邮件形式发予任课教师进行咨询，回复也以邮件形式发回学生邮箱中。 3.5 教师端 教师使用此系统也需要进行账号注册以及信息的验证，验证过程同学生模块，注册完成后将信息收录数据库中。教师模块的权限要高于学生模块，教师模块拥有整个系统的控制权限，教师可以通过教师端界面管理整个系统的数据库。 3.5.1 报告管理 当学生将实验报告提交于服务器数据库之后，教师即可通过“报告管理”模块查询到所需要调阅的报告。查询功能采用模糊搜索方式，可以根据 “名称”、“起始时间”、“结束时间”等条件对数据库中的报告进行检索。教师拥有对报告数据库表的更新管理权限，可以随时删减数据库中的报告文件，并且教师可以上传报告模版文件，供学生下载使用。 3.5.2 成绩管理 通过“成绩管理”模块，教师可以在线打开学生提交于报告数据库中的文件。在打开后的报告界面会出现“评分”选项，教师可以通过审阅学生提交的报告对学生虚拟实验的完成情况进行等级评定工作。当评定完成之后，评定的结果信息会被储存于服务器数据库中，对不及格的报告，教师可在“报告管理”模块将其删除。学生可在收到评定结果为“不合格”的消息后再次进行模拟实验并重新提交报告，直至评定结果为“合格”为止。教师也可在评定结果后再次进行修改，更改评定的结果。 同时，教师也可在此模块中进行检索，搜索出所有“合格”或“不合格”的学生信息及报告，并通过相应模块做后续的管理操作。 4 结语 本文通过详细的介绍，描述了材料力学虚拟系统的组成结构及工作流程，阐述了材料力学虚拟系统的优越性，以及对现实物理实验所面临的问题的解决策略，材料力学模拟系统极大减少了现实物理实验的人力财力支出，是对现实物理实验的强大补充和替代。 材料力学论文:材料力学在力学学科及工程实际中的应用 摘 要 材料力学是力学及机械、土木等相关专业的基础学科，其主要任务是研究杆状材料的强度、刚度和稳定性。本文重点探讨材料力学在其他力学学科，包括弹性力学、板壳力学及振动力学等学科中的应用。此外，还介绍了材料力学在工程实际中的应用。这不仅能深刻阐明学习材料力学课程的意义，还通过实例及工程背景来加深学生的印象，提高教学效率。 关键词 材料力学 弹性力学 板壳力学 振动力学 工程应用 0 引言 材料力学①是研究杆状材料的强度、刚度及稳定性的学科，也是力学、机械工程、土木工程等专业的必修课程。该学科的应用范围非常广，不仅能解决一些强度校核、稳定性验证问题，还与其他力学学科，例如弹性力学、②板壳力学③和振动力学④等的交叉非常普遍。此外，材料力学在工程实际和生活中的应用也非常多。本文就通过材料力学在力学学科及工程实际中的应用这两部分来进行说明。 1 材料力学在力学学科中的应用 1.1 材料力学在弹性力学中的应用 弹性力学是研究弹性体在外力作用、温度变化及支座沉陷等外部因素作用下产生的应力、应变、位移的一门学科。其研究对象、基本假设及研究方法与材料力学不同，且它的基本研究思路是基于平衡方程、物理方程和几何方程。其中，弹性力学中物理方程的推导与材料力学息息相关，如图1所示，根据广义胡克定律，容易得到 式（1）中，%l1，%l2和%l3分别是材料力学中的第一、第二及第三主应力，E和%e分别为弹性模量和泊松比。材料力学在弹性力学中的应用还有很多，例如平面应力问题和平面应变问题的区分、应力集中现象在弹性力学中的推广、圣维南原理、利用切应力来求解弹性力学问题等等，此处不再一一赘述。 1.2 材料力学在板壳力学中的应用 板壳力学是研究工程中的板壳结构在外力作用下的应力分布、变形规律和稳定性的学科。其主要研究内容为薄板弯曲理论以及经典解法、薄板稳定问题、薄壳一般理论。板壳问题的求解过程中，通常会用到材料力学挠曲线方程的微分关系，例如，1820 年，Navier 首先成功求解了均布荷载作用下的简支矩形板的挠度问题，如图2中，四边简支矩形板的边界条件为 其中，挠曲线的曲率等于0，即是利用了材料力学中简支端的弯矩M=0的概念。此外，该方法求解简支矩形板的挠度，还利用了材料力学中的力法及位移法建立方程，且最终得到板的最大挠度发生在矩形的中心位置，即=a，=b处，这也与材料力学中简支梁中心位置处挠度最大的概念相符。 1.3 材料力学在振动力学中的应用 振动力学是研究机械振动的运动学和动力学的一门学科。固有频率的计算，是振动研究重点关注的问题之一。而利用柔度法求解系统固有频率时，材料力学的应用可以让问题大为简化。如图3所示为一带有质量块的悬臂梁，为得到系统的固有频率，可以将梁等效为弹簧，列振动方程进行求解，然而该方法比较复杂。此处，可以根据材料力学中集中力作用下悬臂梁自由端的挠度公式得到梁的柔度，从而可以进一步得到系统的刚度和固有频率，让计算和推导过程简单化，基本计算过程如下： 类似地，还可以将材料力学中弯曲变形的概念应用于振动测试当中。如D4（a）、（b）表示用力锤法测试固支梁固有频率和阻尼比的振动测试实验及其原理图。其中，实验构件由四根两端固支梁和两块矩形钢板组成，用力锤敲击矩形板的侧面，测试出的系统固有频率即为四根固支梁的振动频率。将系统看成四根并联的弹簧，由材料力学知识，单根两端固支梁的刚度为： 其中，E为弹性模量，I为惯性矩，L为固支梁的长度，系统总刚度即为 = 48EI/L3，再根据 = ，即可求解出系统的理论固有频率，并将其与振动测试设备得到的固有频率相比较，便能验证该实验的精确性。 2 材料力学在工程实际中的应用 除了在弹性力学、振动力学等力学学科和专业课程以外，材料力学在工程实际和现实生活中的应用也非常广泛。例如，如图5利用有限元软件分析结构的强度，其中，材料的属性：包括弹性模量、泊松比等都需要参考材料力学的内容，且分析结果的正确性及其精度，也都可以通过材料力学的理论分析予以证明。在数控机床强度分析、大型自然通风冷却塔的优化设计中，通常会涉及材料力学的基本概念。 此外，如图6（a）所示，法国著名景点埃菲尔铁塔的形状，也可以利用材料力学中弯曲内力的概念予以解释。由于铁塔水平风向通常仅受到水平方向风力的作用，因此从单个方向上可以将其等效为悬臂梁受水平风载作用，其在均布载荷作用下的弯矩图如图6（b）所示。越靠近地面，弯矩越大，要保证结构的强度，对建筑物的尺寸要求就越高。再考虑塔身自重以及不同高度和不同季节情况下风速的差别等原因，才最终确定了埃菲尔铁塔的形状。巧妙利用了材料力学中弯矩的概念对建筑结构进行优化设计，这也是它与其他塔型建筑物的最显著区别。 最后，在日常生活中接触到的包装袋会有锯齿形状或者小孔裂缝，方便与人们撕开，这就用到了材料力学中小孔或者缝隙处会发生应力集中的现象。此外，在汽车、船舶等交通运输工具中，通常会有材料拼接，拼接处由于材料不同，刚度出现急剧变化，此时也会发生应力集中现象，因此，一味增加此处材料厚度往往会适得其反。这些也都是材料力学在工程实际或现实生活中的应用。 3 结束语 随着工业4.0概念的普及，高校教育越来越偏重于信息化、智能化，对学生的要求是理论联系实际、知识用于实践。本文通过介绍材料力学在力学学科及工程实际中的应用，既可以激发学生对材料力学的兴趣、提高课程的教学效率，又能让学生真正了解材料力学的工程背景和实用价值。 材料力学论文:材料力学教改思考 摘 要 材料力学是工科类专业的一门重要技术基础课。本文从培养目标、教学内容、教学手段三方面出发对材料力学课程的教学改革进行了初步的探讨和思考，以期能够在今后的教学实践中培养出适合国家需要的多层次、多类别专业人才。 关键词 材料力学 教学内容 改革 材料力W是工科类专业的一门重要技术基础课，对航空航天类、土建类、机械类各专业显得尤其重要。材料力学课程的任务是为解决工程实际问题（强度、刚度、稳定性）提供必要的理论基础。随着材料制造工艺的飞速发展及计算机技术的日益普及，传统的材料力学课程在教学方法和内容上需要改革调整。本文以下结合笔者所在高校的教学实践活动，对今后材料力学课程的改革进行了初步的探讨和思考，以期能够在新的历史时期下，培养出国家所需要的多层次、多类别的专业人才。 1 进一步明确培养人才的目标 目前，中国正处于快速发展阶段，急需大量的各行业人才，而培养人才的重任便落在各种高校身上。中国有几百所工科大学，但每所高校培养人才的方式不一样，其中绝大多数高校是以培养应用型人才为主，少数高校是以培养研究性人才为主。以培养应用型人才为主要目标的高校，学生毕业后绝大多数都流入了生产型企业，他们主要从事相关产品的研发和设计工作，是产品生产过程中的中坚力量。而以培养研究型人才为主要目标的高校，学生毕业后有相当一部分会流入研究所和设计研究院，主要从事以技术创新为主的研究和深度研发工作，是产品研发阶段的创新型人才。培养技术应用型人才的高校，应侧重教会学生如何“用”的问题。而对于培养研究性人才的高校，更为重要的是告诉学生“为什么是这样”的问题。所以，首先应该根据学校自身的定位，明确学生的培养目标，从而合理组织教学内容。其次，应根据不同的专业设置来明确教学内容。 材料力学是力学、航空、航天、机械、动力、土木、水利等专业的一门重要专业基础科，而且是一门理论性很强的学科，其包含的公式，定理，思维方式，建模思路等对于各行业的产品研发，创新发展，优化问题等方面起到很大帮助作用。不同专业对材料力学课程所要求的深度、广度和侧重点有所不同。所以，必须根据不同的专业设置，来安排和组织教学。在但无论培养什么样的学生和什么专业的学生，都应注重学生分析问题的能力和解决问题能力的培养，另外也应注重学生的创新能力的培养。 2 教材内容与时俱进 传统的材料力学课程主要以宏观尺度的一维杆件为研究对象，在教学内容上先安排讲授杆件的四种基本变形形式及对应的强、刚度问题，在此之后讲授组合变形并通过引入应力状态的概念引出组合变形模式下的强度问题，最后安排讲授压杆的稳定性问题。以上讲授内容，自上世纪八十年代中后期就已经成型，到30年后的今天仍然是材料力学的核心讲授内容。这样的教学方式和考查形式着重培养学生学习材料力学中的定理，理论和研究方法，然后解决一些传统的问题，然而这并不利于培养学生的创新能力，与我国快速发展的现状越来越不适应。因此，使教材内容适应国家发展是很重要的。 随着科学技术的不断发展，材料制造工艺水平的不断提高及新材料的不断涌现，对材料力学这门“成熟”的课程提出了全新的力学问题。如何在传统的材料力学课程中适度、适时地反映这些全新的课题和进展是十分必要的。特别是近年来有限元思想的快速发展，这对材料力学的学习和教学有了很大影响，在研究工程变形和静定结构的基本变形中，有限元思想更是突出了它的便利之处。另外，随着新的交叉学科的不断涌现，传统材料力学中的一些结论和分析方法，也已在其他一些学科中得到了具体应用。但是，这种全新的应用并没有在传统的材料力学课程中得到体现。因此，在当前学科交叉日益密集的趋势下，如何对传统的材料力学内容进行安排和重组，以反映这种学科间的交叉和渗透也是十分必要的。 传统的材料力学内容已不能满足现代工程技术的发展，这并不是说要舍弃那些传统内容，而是要保留核心内容，并加入一些新的思维方法，重组教学内容，优化课程体系，以达到完善教材，适应时展的效果。这不仅可以激发学生的学习积极性，还可以提高学生的创新能力，提高学生解决问题的能力，并有利于高校培养专业的人才，满足国家的需求。因此，教学内容与时俱进势在必行。 3 完善教学手段 目前，随着计算机技术的飞速发展，利用计算机的计算能力来解决实际工程问题以成为当前的一种主流趋势。计算机的普遍使用，也为材料力学课程教学方法提供了很大发展空间，老师应该利用学生对计算机的兴趣，合理使用计算机辅助教学，不仅可以提高信息的输送和表达，而且还能激发学生的学习热情和创造性。另外，利用多媒体教学，还能加深学生对材料力学基本概念的理解，相应的提高了学生解决问题的能力，计算机教学方式是传统教学手段的有力补充。还有一些大型的商业有限元软件，尤其是ANSYS软件早已被用来进行结构的强度计算。很多工科院校也已经将ANSYS作为本科生或研究生的一门必修课程，通常都安排在材料力学课程之后学习。但是，在讲授材料力学的过程中，也应该充分利用ANSYS直观形象的图形显示能力和强大的计算分析优势，来演示材料力学课程中的一些重要结论和验证一些主要假设的合理性问题。举例来说，在学习梁的弯曲变形时，采取了平截面假设，也就是说当梁发生弯曲变形的时候，变形前原为平面的梁的横截面变形后任保持为平面，且仍然垂直于变形后的梁的轴线。①这一假设的实质是忽略了剪应力对梁弯曲变形的影响，而且仅对长高比较大的梁（ 5）近似成立。 在教学过程中，一般仅是定性的告诉学生这一结论。利用ANSYS软件，通过不同的单元选择，比如可以利用Timoshenko梁单元，二维实体单元和三维实体单元，具体形象地展示不同单元的数值结果，从而定量的告诉学生这一假设合理性及适用性的问题。此外，另外一款数学软件Matlab也因其强大的分析和仿真功能，被广泛地应用于研究及教学领域。事实上，Matlab也早已被列为本科生的一门选修课。国内一些高校也开展了Matlab和材料力学课程相结合的一些有益探索和尝试，比如利用Matlab计算超静定机构的支反力及绘制挠曲线的形状等。②在材料力学课程中的把ANSYS，Matlab等仿真类软件引入到材料力学课程教学中来，不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以加深学生对材料力学基本概念的理解，并有助于提高学生实际分析能力和解决问题能力的提高，为其将来更好更快地解决实际工程问题打下基础。因此，在今后的材料力学教学中，应该加大ANSYS，Matlab等软件的介绍，在更深的层次上和教学过程相结合。 在利用计算机辅助教学的同时，也应该注重加强学生进行材料力学试验，材料力学是一门理论性较强的学科。学生在学习基本概念和理论后，并不能完全理解，@就需要进行材料力学试验来加深学生对理论的理解，使理论与实践相结合。从简单的力学现象引出复杂的问题，通过理论的学习进而解决力学问题揭示力学原理，激发学生的学习热情，通过看得见、摸得着的实验可以加深学生对抽象概念的理解，提高学生的自主学习能力和创新能力。 最后，要完善教学课堂，老师在完成规定的教学内容后，应该不断鼓励学生乐于提出问题，并在课堂上解决，这不仅能激发学生的思考和发散思维，还能起到现学现用的作用，更能加深学生对基本概念的理解，提高学生解决问题的能力和创新能力。对于学有余力的学生，应该给他们一些力学问题，让他们合作解决，最后在课堂教学之余举行一个小竞赛，促使学生独立思考和钻研。这种教学方式不仅增强了学生自己查阅文献和书籍的能力，还提高他们的学习积极性，培养他们接受新知识、新思想的能力，在使学生独立思考的同时，也让学生意识到团队合作的重要性，加强了学生发现问题、解决问题的能力。总之，材料力学这门课程虽然是理论性学科，但是从课程理论学习、教学方式、课堂实验的创新等各个环节入手，并在各个过程中大胆创新，努力实践，最终可以提高教学质量，促进学生学习，提高学生创新能力，使学校培养出高素质，复合型人才，满足国家对工程性技术人才的需求。 4 结语 材料力学是工科类专业一门重要的技术基础课程，笔者作为工科类材料力学课程的一线授课教师，对材料力学课程今后的教学改革方向提出了以上几点思考和建议。为了培养出国家所需要的多层次、多类别的专业人才，在今后的教学工作中，只有明确了培养目标，不断改进教学方法、与时俱进地更新教学内容，才能使学校培养出的学生肩负起时代所赋予的责任。 材料力学论文:以学生为主体的启发式材料力学实验课程改革 [摘 要]材料力学是工科高等院校十分重要的专业基础课，涉及机械工程、土木工程、石油工程等许多专业。针对工科高等院校材料力学实验课程，提出以学生为主体的启发式课程组织方法以及相应的保障措施，打破传统的材料力学实验教学模式，能使学生真正形成从“被动”向“主动”，再由“主动”到“创新”的转变。 [关键词]材料力学；学生主体；启发式；方法与措施 材料力学是工科高等院校十分重要的专业基础课，涉及机械工程、土木工程、石油工程等许多专业。该课程的本质是探寻不同类型材料对于各种外力的承受能力以及内部变化，从而进一步分析各种材料的强度、刚度和稳定性。因此，在课堂理论教学的基础上，它非常强调与之对应的各种材料力学性能实验。良好的实验教学过程，不仅能够提高学生对基本理论知识的掌握，而且能够激发学生的学习兴趣，培养其分析和创新能力。 一、材料力学实验课程现状分析 当前的材料力学实验教学效果不尽如人意，总体而言存在以下几个方面的问题。1.教学模式单一。目前，材料力学实验教学均采用传统的教学模式，即教师讲解实验原理及实验过程，之后学生分组进行实验，最后填写统一的实验报告，获取实验成绩。2.学生参与度和积极性不高。由于缺乏对材料力学实验教学的认识，学生普遍存在不重视实验的问题。由于材料力学实验均为分组实验，每组成员2～8人不等，因此部分学生在实验过程中完全依赖同组其他同学，有些对于实验原理都不甚了解。3.缺乏质疑能力和创新意识。当前，高校学生的学习具有很强的惰性，一味地接受书本和教师传授的知识。在实验过程中，学生不会对实验的原理或者方法展开自己独立的思考或者提出疑问，更不会在现有实验的基础上进行更深层次的研究和创新。 二、材料力学实验课程的改革方法 针对以上问题，本文就材料力学实验课程提出以下改革思路。 （一）从被动“填鸭”式向学生主体式转变 当前，课程教学改革大力倡导以学生为中心，培养学生的学习能力、质疑能力以及创新能力。同样，对于材料实验课程，也需要从传统的以教师为主的教学模式，向以学生为主体的教学模式转变。具体实施办法为：充分发挥学生在材料力学实验课程中的主体作用，由学生自行分析材料力学实验原理、参照大纲制定实验方案、分配实验任务、操作仪器设备、获取试验结果、撰写实验报告等。在这一系列过程中，教师的身份要由从前的“讲师”转变为“导师”，即在学生遇到问题时以参与者的身份负责答疑解惑。同时，为督促和提高每一位学生对实验的参与度和积极性，在实验完成后，教师针对每一小组各随机选取一名成员作为汇报人，对实验原理、方法和结果等以前完全由教师讲授的内容进行讲解，该名成员汇报的得分，将成为本小组最终的实验成绩。这样不仅能够有效地促进小组成员之间的沟通和学习，而且能够很好地避免部分学生的惰性和依赖性。 （二）从表格式的实验报告向小论文的转变 传统的材料力学实验报告形式单一，学生在完成实验后，只需将实验结果逐一填入设计好的表格中即可。这样的实验报告不仅会在很大程度上限制学生的分析思考能力，而且非常容易出现相互抄袭的现象。为此，若能将格式固定的表格式实验报告转变为小论文的形式，将会从根本上解决这一问题。在材料力学实验小论文中，学生需要简述该实验的实验原理、制定实验方案的依据、人员组织、具体实施情况、实验结果以及本次实验所存在问题等。教师对小论文的评分也应从单纯地重视实验结果，变成对以上各方面内容的综合评判。对于实验结果不理想的学生，若能在小论文中正确地分析其原因，并且找出切实可行的解决方法，同样能够获得较好的实验成绩。 （三）基础实验与开放实验相结合 在当前高等院校大力倡导提高学生创新意识的大环境下，材料力学实验教学应进一步向基础实验与开放实验相结合的方向发展，为学生提供一个良好的实践平台，从而提高学生的思考、创新以及实际工程应用能力。开放实验的题目，可通过三种渠道获取。1.学生自拟。通常由3～5名学生形成实验小组，根据材料力学课堂理论教学和基础实验内容，结合自己的学习兴趣，拟定相应的开放实验题目。实验教师为学生提供所需的实验条件和相关理论指导，使其实验内容能够顺利实施。2.教师提供。以学生未来的职业和专业为导向，教师为学生提供2～3个开放实验题目供学生进行选择。例如，材料力学中的直梁弯曲正应力实验，其原理是直梁弯曲时，其表面粘贴的应变片产生电阻变化，由应变仪将信号放大并显示其应变情况。虽然学生在实验仪器准备充分的情况下，大都能够顺利地完成实验，但是很少有学生能够亲自动手粘贴应变片或者搭接电桥线路。因此，教师可以在此实验的基础上，提供相应的开放实验题目，给学生提供深入学习和实践的机会。3.研究生科研项目带动。工科高校研究生在完成科研项目时，通常需要进行相关的实验。例如，研究生利用力学实验室材料试验机进行PDC复合片压缩实验。在其实验过程中，可带领1～2名本科生开展相关实验工作。这样，不仅能够提高本科生的学习兴趣，培养其应用及创新的能力，而且能够为他们今后的学习或者研究工作奠定基础。 三、材料力学实验课程改革的保障措施 为了保证以上材料力学实验课程改革的顺利实施，需要做好相应的保障工作，具体而言包括以下方面。 （一）实验教师能力的提升 新的材料力学实验课程组织方法，突破了传统的教学模式，必然会为实验教师带来更多的挑战。实验教师自身的能力和素质，很大程度上决定了材料力学课程改革的效果。传统的材料力学实验教师只需根实验大纲和指导书按部就班地指导学生进行相应实验。然而改革后，实验教师更多的是扮演“导师”的角色，参与学生的实验，为其提供指导和帮助。这样，势必要求实验教师具有更深更广的专业基础知识，以及辅导各类型实验的综合能力。为此，对于现有材料力学实验教师而言，应当不断充实自己。对于学校来说，应当吸引更多有能力的优秀人才从事材料力学实验教学工作，并且提供有利的条件，加强其与其他开设相关课程的高校之间的交流和学习，让实验教师“走出去”，把好的思路和想法“引进来”。 （二）实验设备条件的保障 加强现有设备的维护和保养，并在此基础上，增加新的仪器、设备的投入。目前一些学校的材料力学实验设备，如静态应变仪、扭转试验机的年代都相对比较久远，已无法完全满足新的材料力学实验课程的需要。因此，对于有条件的学校，可购置一批先进的实验设备，以保证课程改革的需求。同时，在新的材料力学课程组织模式下，应把基础实验与开放实验相结合，各类型实验设备和实验室之间需要进一步加强协调与配合，制定相应的管理制度，这样才能保证材料力学实验课程改革的顺利开展。 （三）给予学生创新实践学分激励 在材料力学实验课程改革中，学生的主体地位，学生的积极性、主动性和创造性直接影响着新的实验课程的实施程度。只有充分调动学生的学习热情和积极性，才能从真正意义上打破传统教学模式，提高材料力学的实验教学水平。然而，当前大学生学习具有很强的惰性，只要与学分无关的事情就不愿意去做。作为学校，恰好可以利用学生的这一特点，采用创新实践学分激励的办法，对于材料力学基础实验后，成功完成相应开放实验的学生，给予额外的学分奖励，由此推动材料力学实验课程改革的顺利进行。 四、结语 打破常规实验教学模式，充分发挥学生的主体作用，提高学生的学习兴趣、培养学生的创新能力，是以学生为主导的启发式材料力学实验课程改革的关键。同时，需要从实验教师、实验O备等方面为改革的实施提供保障。本文所提出的材料力学实验课程改革方法，也能为其他相关实验课程的改革提供参考和思路。 材料力学论文:材料力学与结构力学课程的相互渗透与融合 【摘 要】本文通过材料力学和结构力学两门课程的对比，已完成教学上两门课程的融会贯通。 【关键词】材料力学；结构力学；融会贯通 0 前言 材料力学是许多工科专业的一门重要基础课，是一门为设计工程实际构件提供必要理论基础、理论与实验相结合的课程，主要研究杆件在拉、压、扭、弯等基本变形以及组合变形形式下构件的强度、刚度以及稳定性的计算，而且还为结构力学、混凝土结构等课程奠定良好的基础。 结构力学则是力学以及土木工程等专业的更为重要的专业基础课程，是一门为设计实际工程结构提供理论依据和计算数据的课程。材料力学和结构力学这两门课程在土木工程专业中占有非常重要的地位，同时又是该专业硕士研究生的考试课程之一，课程中许多地方有着几乎相似的知识体系内容，但又因研究的结构体系的复杂程度不同而有差异，若能将两门课程深入研究，在讲解结构力学课程的同时将两门课程知识内容相互渗透与融合，完成课程间的衔接过渡、交叉与融合，完成在学习新的知识内容的同时又能进一步理解原有基础知识的内容，实现两门课程的融会贯通，从而可以取得良好地教学效果。 1 材料力学与结构力学课程的不同与相似之处 材料力学主要研究简单构件的强度、刚度以及稳定性的计算原理和方法而结构力学则是研究复杂构件体系相同方面的计算，所以结构力学要研究结构的几何组成分析。 材料力学是基础课程，它为更多的不同工科专业奠定基础，如机械设计与制造、材料成型、机械电子工程、土木工程、化工机械、轨道交通等众多专业都以此课程为基础，因此该课程内容涉及范围广泛，变形杆件的变形复杂，相应的不同变形下的内力以及位移计算复杂，甚至包括各种组合变形形式下的内力和位移计算，虽然构件体系简单，但变形复杂多样。因此不同变形形式下的内力、应力以及位移计算各有不同。 结构力学是工科专业的专业基础课程，只有少数专业开设结构力学课程，如：土木工程、桥梁隧道、水工工程等专业，由于它更注重于大型复杂结构体系在弯曲、剪切、拉压这三种变形形式下的强度、刚度以及稳定性的计算，相对于材料力学，涉及到的变形简单，基本不涉及组合变形的计算，相应的计算弯曲、剪切、拉压变形形势下的内力以及位移的方法则更加具体灵活，相应的方法也更加简单多样，所以应用结构力学的方法来解决材料力学的某些弯曲及拉压问题则显得非常简单，特别是材料力学中由于弯曲或拉压引起的位移计算尤为简单。 2 材料力学课程与结构力学课程的相互融通 材料力学课程是结构力学课程的基础，尽管材料力学所提供的各种计算方法与结构力学的方法相比显得较为麻烦，但如果没有这些最基础的方法的奠定，后面的方法在学习的过程中理解起来会有一定的难度。如在材料力学中所提供的计算位移的方法虽然很多：（1）变形位移比较法；（2）实功方程法；（3）挠曲线微分方程法；（4）叠加法；（5）能量法的卡氏第二定理，虽然方法很多，但这些方法更具基础性，分析和计算都较为繁琐，有些还有一定的局限性。而在结构力学课程中由变形体系虚功原理的虚功方程导出的计算位移的单位荷载法，则无论是任何因素引起的位移也无论变形体系的变形在什么变形范围都可以解决。特别是应用单位荷载法莫尔积分的图乘法可以较为轻松的解决线弹性范围内荷载作用下的位移计算问题。不仅如此，各种广义荷载因素如：温度变化、基础沉陷、材料收缩、制造误差等众多因素引起的位移计算都变得非常简单。如果能够掌握结构力学中杆系结构的内力计算，那么解决单个杆件的内力那也将易如反掌。所以学习好结构力W对更好的理解和掌握材料力学的教学内容起到很好的促进作用。只要老师在讲解结构力学的同时，与材料力学的知识内容相互结合并比较，就可以完成两门课程知识内容上的融会贯通，这样不仅可以提高学生的学习兴趣，还可以充分理解以往所学材料力学课程的知识内容，使得两门课程的知识内容衔接自然流畅，完成材料力学和结构力学两门课程的完美结合，知识内容的融会贯通。 材料力学论文:对比法在材料力学教学中的重要性及应用举例 【摘 要】材料力学作为土木工程及机电工程系学生重要的专业基础课程之一，其在基础力学教学中有着非常重要的位置，这部分内容学习的特点是需要记忆的知识点比较多比较散，学生记忆掌握起来比较困难，很多学生往往是课程开始兴趣十足，学到一半却兴趣尽失。那么如何在讲课中避免这种现象发生呢？本文从对比法在材力研究的问题、方法、公式及有关规律等几个方面的应用举例出发，阐述了对比法在材料力学教学中的重要性。 【关键词】材料力学；教学方法；对比法；应用举例 材料力学作为土木工程及机电工程系学生重要的专业基础课程之一，其在基础力学教学中有着非常重要的位置，这部分内容学习的特点是需要记忆的知识点比较多比较散，学生记忆掌握起来比较困难，因此，这部分内容对学生而言学习起来感觉比较头疼，往往是课程开始兴趣十足，学到一半却兴趣尽失。那么如何在讲课中避免这种现象发生呢？讲课中多采用对比法不失为一种行之有效的方法。 1 从材料力学中研究的问题上对比 材料力学主要研究地是件在各种基本变形及组合变形情况下的强度、刚度及稳定性计算问题，而研究强度、刚度及稳定性问题都从外力入手，然后研究其构件内部受力及内力图，进而进一步研究应力、变形及相应的强度刚度和稳定性条件，进行必要的强度、刚度和稳定性计算。从这些研究内容上看，每种变形研究地问题都是相同的，但是因为多数教材体系分章是以变形形式为主线进行的分章，从而使研究的问题相同这一特点变得不再明显，也即人为造成学生第一知觉是材料力学的内容比较多，知识点比较散。如果教师在讲完绪论后，讲授具体问题之前，能把研究的问题做个比较说明，那么学生就会对所要学习的能容有个比较清晰的认识，就会在教学过程中始终让学生感觉到材料力学的内容是形散神不散，从而达到学起来事半功倍的比较好的教学效果。 2 从研究方法上对比 首先，从大的方面看，强度计算和刚度计算方法是类似的，即强度计算和刚度计算都是从外力、内力计算、应力和变形计算入手，然后用工作应力和杆件变形量与各自许用值作比较建立一个不等式的强度和刚度条件，进而解决三种类似的问题，即强度和刚度校核问题，设计截面问题和确定许可载荷问题，所不同的只是强度条件与刚度条件中描述应力与描述变形的量所用的记号不同，计算公式不同，所以讲课时如能对这两部分的内容做个简单的比较说明则同样也可达到事半功倍的效果。 其次，从具体内力计算方法、正负规定、内力图作法和应力公式推导方法上看，各种变形下的内力计算基本方法都相同都是截面法，但截面法不是最好的方法，因此，在其基础上又总结出规律法，如求指定截面上的轴力、剪力和弯矩的规律法，规律法的具体规律虽各不相同，但规律的基本骨架基本相同，而各种内力的正负规定内力图的规定方法也都相同，即正负都是从微段变形情况出发规定各种内力正负，内力图都是平行杆轴的坐标表示界面位置，垂直杆轴的坐标表示内力，正的内力在位置坐标上负的在下（土木工程的弯矩正负规定除外）。除此以外，各种变形的应力公式推导方法也是相同的，即都是从观察试验入手，然后提出假设，再综合其变形几何关系、物力关系和静力学关系推导出具体公式，而且这种方法不仅仅是推导应力的专属，在求解超静定问题时同样是结合这三个方面进行的推导计算，所以由此可见，在材力教学中采用对方法的重要性。 3 公式和规律方面的对比 材力中除了研究问题和研究方法有相同之外，各种基本变形的应力公式、各种基本变形的变形公式及变形能公式及强度条件和刚度条件也都有着相似性，除此以外求各种内力的规律也是相似的，如果在讲课中能加以比较，使学生在比较中去记忆势必使记忆变的容易，这不仅可以避免记混淆，而且还可以起到温故知新、加深理解的目的从而也能达到事半功倍的教学效果。 综上所述，在材料力学教学中应用对比法不仅可以使研究问题和相关知识点变的清晰，让学生感觉到其形散神不散，也能让大量的公式和规律记忆起来不易混淆，使学习变的更容易，从而避免学生因内容繁杂、枯燥、难记而丧失浓厚的学习兴趣，激发学生自主学习热情，进而收到事半功倍的教学效果。 材料力学论文:探讨材料力学在水利水电工程中的应用 摘 要：伴随着近些年大型水利工程建设各种失败案例的发生，人们越来越清楚的认识到材料力学和水利水电工程中的重要作用，无论是水平水电工程强度的合格与否，或者是怎样选择更合适的材料，材料力学都提供了有效解决措施。本文从材料力学的应用原理入手，详细探讨了材料力学在水电工程中的实际应用情况，通过本文的研究，更好的表明了材料力学在水利水电工程中发挥的重要作用。 关键词：材料力学；水利水电工程；应用 在科学技术日渐发展的时代背景下，人们越来越重视管理的进步和科学技术的创新，在水利水电工程中也是如此。材料力学主要探索的是材料在外力条件下发生应变、应力、强度的变化以及对材料造成的破坏极限等，其被广泛的应用于生活的方方面面。无论是机械中的结构，还是生活中的食品包装，所有的物件都必须要满足其应有的强度、刚度以及稳定性，才能够真正的做到安全，可见材料力学的重要作用。那么，现将材料力学应用于水利水电工程中，能够有效的将水工建筑安全性和稳定性问题解决。 1 材料力学的应用原理 从力学材料变形的原理看，其结构为：R-S≥0，其中，S代表的是结构作用的效应量，R代表的是抗力。在具体应用中，除了要对一系列在和工况以及不利载荷组合条件下的变形进行计算之外，还需要构建变形和强度以及稳定性之间的函数式子。通过材料力学法，能够把不同载荷情形下的各个截面的压应力以及截面中心点的变形等等计算出来[1]。值得注意的是，由于在水利水电工程中，抗力R是有特别规定的，所以，在计算效应量S之后，便能够知道设计的合理与否。 2 材料力学在水利水电工程中的应用 2.1 材料力学在混凝土变形中得应用 首先，混凝土在绝对湿度以及恒温条件下，受到水化作用的影响而造成体积的变形，这种变形我们称之为自身体积的变形。它实际上是和水泥的用量、水泥的类型以及掺用混合料等有着直接联系的。膨胀性的自身体积变形，在混凝土结构降温时，对拉应力会产生补偿作用。从宏观层面看，自身提及的变形应该是比较均匀的，因而，它对由于室内外存在夭疃造成的温度应力是没有补偿作用的。 其次，混凝土的干湿变形。混凝土如果没有了水分的保证，便会产生收缩作用，而一旦吸入水分，则又会产生膨胀，而我们知道，在干湿度作用下造成的体积的变化便是我们所说的干湿变形，混凝土的内部温度状态会对环境的温度和导湿性等造成巨大的影响[2]。 再者，混凝土的温度变形，如果没有任何的约束，直接在温度变化作用下产生变形，则为自由温度变形，则怀中变形的公式是：。其中α所表示的是热膨胀的系数，它会对温度应力的数值产生直接的影响，所以，它是一个关键性的参数，不容忽视。 最后，混凝土的弹性变形，如果处于单向受力条件之下，它的应力以及应变之间会遵循这样的规律：，其中，E代表的是弹性模量。按照这样的规律，可以知道，如果应力不变，应变也随之不发生改变，但在现实情况中，却并不是这样。相关的研究也证明了应力不变的情况下，混凝土的应变会随着时间的增加而不断增加，这种现象我们称之为混凝土的徐变。 2.2 材料力学在混凝土实际应力计算中的应用 假设θ规定从x轴到外法线n上的逆时针转向的方位角θ是正向。那么，通过公示，我们可以得到： 从而，可以得出最大主应力以及最小主应力，其公式为： 那么，最大剪应力的公式为： 2.3 材料力学在建筑材料选择中的应用 2.3.1 预应力混凝土 预应力混凝土的结构主要指在结构承受到负荷之前，事先对它加压，使其在外荷作用的这一过程中，受到拉区混凝土内，从而形成压应力，以压应力将外载荷出现的拉应力抵消，当然，这一过程，必须要保证结构在使用的过程中，没有裂缝产生。 2.3.2 水利水电工程的构造设计 水利水电工程工件的构造设计中，材料力学主要是把固体作为研究对象，研究的内容则是构建受到拉力、剪力以及弯曲力等作用时，材料力学的性能。当然，对于不同的材料，其在这些外力作用下的材料力学性能也是各不相同的，所以，按照不同的力学性能，进行构件材料的选择就显得十分重要了。 首先，拉力，在受到拉力作用之下，构件的材料选择需要对构件内不由于拉压存在而造成的反向应力进行充分的考虑。钢材以其良好的抗拉压能力而成为了比较好的建筑材料。实际上，很多单一的材料或多或少都会体现出抗拉压的特点，如果将一系列具有不同性能的材料，通过复合作用混合在一起，从而使其变成力学性能好、物理化学性能优的复合材料。 其次，剪力以及弯曲变形力。当构建在弯曲变形力之下，会产生拉压应力，在扭曲变形和剪切作用之下，构件的横截面会产生剪应力，但是，两者之间是存在着巨大不同的。在剪力作用之下，构件的断面是不会有相对错动产生的，同时构件的表现局部会有应压力，因而在工作状态下，建筑的构建会发生扭转变形，这样一来，无论是构件的强度，还是刚度，都会被大大削弱，所以，在设计阶段，就应该尽量减少扭曲变形的出现，如果有可能，应该完全避免扭曲变形的产生。 综上所述，水利水电工程项目是一项重要的工程，它和我国的民生息息相关，是一项利国利民的特殊工程，所以，必须要对其引起足够的重视。而在科技日益进步的时代背景下，对材料力学的研究也将日渐深入，在今后的探索实践中，必然会涉及出安全性、可靠性更好，性能更好的水利工程，带动我国经济的更进一步发展。 材料力学论文:结构案例法在材料力学教学环节中的应用 摘要：建筑专业材料力学是重要的专业基础课程，是解决工程实际问题的前提，可是传统的教学模式及方法不能够很好地调动学生的积极性和创造性。针对这一突出问题，本文借助已有力学实验设备，利用各类不同构件让学生自由组合成不同结构案例来测定其在荷载组合作用下各杆件的力学性能，这样不仅能够让学生掌握材料力学的特性及实验方法，而且还能更好地培养学生的技能和创新意识与能力，以适应新时期大学生培养的要求和目的。 关键词：建筑力学；教学模式；结构案例；力学特性 一、前言 目前，大多数高校在进行材料力学课程教学环节中所采取的主要方式还是“教师在讲台讲授、学生在下面听课”的模式，有条件的高校还会以实验教学环节作为必要的补充，二者是相辅相成互为补充的。但这种教学方式和方法缺乏科学性，难以调动学生求知的积极性和创造性。特别是有时在实验过程中，有的实验项目学生往往不能人人亲自动手，甚至有的人只能演示实验后记下实验报告中所要求记录的数据。这样一来容易使得学生产生依赖性，对在实验过程中出现的其他实验现象和数据不记录分析，更不会总结和提问。这样就严重束缚了学生的自主性，阻碍了学生大胆探索和勇于创新的能力。 二、建筑力学结构案例法 所谓案例（case）也被称作实例，是来源于生产实践的。案例教学法是将生产实践中的实际工程实例为基础，将之应用在课堂教学中的一种教学方法。案例本质上就是提出一种决策的两难情境，没有特定的解决之道。在教学中，教师扮演着设计者和激励者的角色，鼓励学生积极参与讨论，而不是像传统教学模式传授教学法那样，教师扮演着传授知识者的角色，这样才能使教学变得更加生动和有趣[1，2]。而所谓材料力学结构案例法，其实质就是通过学生自己动手、自由组装来确定合理的结构模型形式，并且要求该结构模型必须要涵盖所要实现的实验教学内容和环节，从而使学生能够应用所学过的力学课程知识，达到自己设计结构形式、实验内容，已改以往被动接受学习的模式为主动求学的模式，这是传统力学教学模式改革的一种尝试。 培养创造型人才，大学生的创新能力是当下高等教育的首要任务，而创新型人才的健康成长则需要实实在在的创新实践。特别是对于建筑专业的学生而言，学生的创新灵感和智慧不会从书本和教师那里直接学到，教师通过对有工程意义和背景的实际案例来积累和探索实践过程，从点滴收获中逐渐领悟和感悟出来[3]。通过甄选适合本专业学生特点和教育要求的案例，展现创新实践的魅力，就能让学生们在探索实践中体验到研究的快乐，激发出无限创新的欲望[4]。因此，将材料结构案例教学法应用于建筑专业的材料力学教学环境中，可以改变传统的教学模式，激发学生的求知欲，提高材料力学课程的教学质量，从而最大限度地发挥学生的创造潜能，培养学生的创新能力和想象空间。通过自主学习、独立思考、创新思维、营造崇尚真知、追求真理的氛围，使学生能够综合应用所学的力学理论和知识，提高分析问题和解决问题的能力。加强理论与实践相结合，对提高学生的材料力学整体教学效果具有深远意义。材料力学结构案例教学法则是培养学生创新精神和实践能力的一个有效途径。 三、建筑结构案例分析 建筑专业材料力学课程是重要的专业基础课程是解决工程实际问题的前提，还涉及到与实践教学环节相互配合、相互补充。因其主干课程地位，实验教学的任务就不只是巩固理论知识，了解掌握力学检测技术和手段的问题，还应在力学理论的深化、运用、工程问题的认识等方面有所要求。而加强实践教学，提高创新能力，是高校人才培养模式改革的重点和难点。材料力学实验教学是涉及面较大的理工科专业的重要基础实践教学环节，加强和改进这一环节对巩固力学概念、加深理论认识、了解力学检测方法与检测技术、增强力学分析意识、提高力学分析能力具有重要意义。 1.传统材料力学实验教学。按照现行材料力学及其实验教学大纲中的要求，其主要包括金属材料的拉伸实验、弹性模量实验及电测试验等。传统的授课方式是在教师讲述完实验原理及方法后，让学生以小组为单位按照所讲述的实验步骤重复模仿进行实验，所得的实验结果基本相近，实验所写报告形式统一。这样讲授的好处在于学生只要按照固定的实验步骤进行操作就不会出现问题，结果不会有太大偏差；而不好之处在于学生无需认真动脑去思考，只要按照教师的要求去做就可以，对结果不会去追究其“怎么得到的”、“为什么会得到”。学生完全是一种“填鸭式”的被动受学模式，从而磨灭了学生的求知欲、探索精神和主观能动性，何谈学生的创新精神和创造性，因此有必要对这种教学方法进行改革。 2.材料力学案例分析。减少验证性、演示性实验，增加综合性、设计性实验是实验教学改革的重要方向。同样是上述的实验项目，如果能够选取一系列合理的建筑结构模型案例形式，使其涵盖所要求的实验内容。这样，学生通过自己设计、思考来组合不同的结构模型，而后通过不同的加载方式、不同的加载点和不同级别的载荷可以得到无穷的实验结果，这样极大地调动了学生的热情和积极性、造性和求知欲，改变其被动学习为主动学习。这种模式的好处还在于即使是同一种结构、同一种加载方法，其所得的结果也是不一样的，从而可以避免和杜绝学生的抄袭现象，使理论和实践得到统一。具体表现在：（1）能够组合搭接出多种结构构型，具有真正的设计功能；（2）各种构型具有实际的工程意义；（3）组合构件尽可能简单，组合搭接与拆解方便；（4）加载与测量方便，投入成本低。 本研究以秦皇岛协力科技有限公司研制的新型XL3418T系列材料力学多功能实验台为基础来进行研究。上课时将之稍加变动，即可进行教学大纲规定内容的多项实验，在保留了原有的基础实验上增加了由多根杆件搭接的桁架结构，横向压杆和组合梁组合的框架结构，桁架可任意组合拆卸。学生可以利用学过的理论力学和材料力学知识，根据自己的认识实践自行设计喜欢的结构类型，并根据不同阶段的实验教学目的设置加载方式，以实现拉伸、弹性模量、应变片的粘贴、弯曲正应力的测定等一系列实验。这样可以充分调动学生的积极性和创造性，实现变被动学习为主动学习，“从学未知”到“求未知”的转变。 学生根据事先设计好的桁架模型在实验台上进行组合，同时配上静态电阻应变仪、数据采集系统等实验设备便可实现对加载的整个过程实时采集和处理。这种实验装置和教学模式不适用于进行破坏性实验项目的研究及教学工作。 四、结论 培养创新能力既是培养适应社会需求的高质量人才的必然要求，也是一种全新的教育思想和理念，应该从那种单纯书院式的课堂教学方式中走出来，更多地和实践与工程相结合，让学生在“干”中“学”、在“学”中“干”。理论课教师没有必要讲得很系统、很完备，可以留下一些空间让学生自己去体验，适当地拿出部分学时给实验课无损理论课教学。 案例教学为学生提供了一个近乎真实的场景，缩短了教学与实践之间的距离。其成功之处在于教学内容针对性强、接近实践，缩小了学校培养目标与社会职业素质需求的距离，抓住了职业素质中最本质的因素。案例教学着眼于学生创造能力和分析问题、解决问题能力的发展。以教师为主导、以学生为主体的案例教学在不断循环中完成知识的更新或创新。加强案例教学的研究，对于创新人才的培养将具有重要的作用。 材料力学论文:ANSYS软件在材料力学教学中的应用研究 摘 要：ANSYS软件是材料力学中常用的基础性软件，同时也是世界上应用最为广泛的应用程序。在教学中应用ANSYS软件，可以凭借其自身强大的分析功能，将图形形象的显示出来，让学生对相关知识原理及现象有直观的了解，加深学生对知识的理解程度。本文就ANSYS软件在材料力学中的应用作简要阐述。 关键词：ANSYS软件；材料力学；应用研究 作为一款有源分析软件，ANSYS将多学科知识融于一体，包含了结构，电磁，流体，声学以及热等领域。在应用方面则涉及到了造船、生物、轻工、水利、能源等科学研究领域。通过软件应用方面可以看出，在相关领域知识学习具有一定的难度，如果单纯依靠教师用传统方式进行教授，在教学效果方面一定是差强人意。ANSYS软件应用其中，则可以起到一定的辅助作用，教学工作可以达到事半功倍的效果，学生学习质量也有了一定的保证。 1 材料力学教学现状及内容 （一）教学现状 材料力学科目自身的特点在于具有一定的抽象性，导致理论知识理解方面存在一定难度。教学工作安排不合理，教学时间没有从学生的理解能力以及应用能力方面考虑，学生没有充足的学习时间，教师在教学过程中为了在有效时间内完成相应的教学任务，在教学的方法上存在一定的不合理性，没有有效的调动学生参与学习的兴趣与热情。 （二）教学内容 材料力学中有几部分关键的知识难度较大，学生在理解的时候存在一定的问题。比如应力集中。所谓应力集中是指构件在受力的情况下，形状及外形发生了突变从而导致的局部范围内的应力显著增大。教材通常只给出了应力集中的影响因素，但对于在相关因素的影响下具体的系数却没有给出确定值，学生对于这一点知识未能深入理解。 2 ANSYS软件及有限元 ANSYS软件是由美国一名博士在1971年推出的，最早的版本仅仅提供了热分析及线性结构分析，其不足之处是只能在大型计算机运行，并且只是批处理程序。在上世纪70年代初期及后期有一定的发展，随着技术不断的进步，ANSYS软件的功能也越来越强大，为用户对某些问题进行深入的研究提供了帮助。有限元的发展有三个阶段，探索时期，独立发展时期，专家应用与其它软件相互补充，共同发展时期，并且呈现出了相应的趋势特征。 3 ANSYS软件特点 （一）处理能力强大 处理能力强大主要体现在四个方面，其一是建模，其二是网格划分，其三是参数设置，其四是与CAD无缝集成。网格划分主要有两种方式，自由与映射网格划分，对于不同的几何体而言，则有拖拉网格，层网格，局部细化。无缝集成方面，能够与多款件进行数据交换。 （二）加载求解 在ANSYS软件中，位移，温度，力等任何载荷可在任意几何体或有限元实体上，可以是数值，也可以是相关的函数。 （三）后期处理 对于利用ANSYS软件获得的数据，可以采用不同的方式进行输出，比如，图表，动画，此外还可以进行载荷叠加分析。 （四）开放性 开放性主要体现在与其它软件的有效对接，用户在开放的环境下可以根据自己的需要对软件进行相应扩充，对于边界条件，材料结构等可以由用户自定义。在不同类型的需求方面还可以进行二次开发。 ANSYS软件将自身技术与相关软件有效的结合在一起，自带的语言可以进行二次开发。比如用户可以在CAD中建模，然后通过接口将数据导入到ANSYS软件中进行相关计算。也可以用程序自带语言建模，计算，此时采用的是命令流的方式。 4 分析步骤 ANSYS软件分析步骤主要有三个方面。首先是模型创建，包含读入或创建模型，定义属性，以及网格划分。其次是施加载荷及选项，条件设定并求解。最后一步是结果的分析及验证。 5 ANSYS软件在材料力学教学工作中的优势 （一）教学效果提升 材料力学首先是一门专业基础课，其次是将多专业知识集中于一体，主要研究内容是构件在力的作用下产生的变形，损坏，以及失效等存在的规律。教学内容涉及到公式多，逻辑性强，计算过程难度大，计算量大，如涉及到微积分等知识，学生对于知识的掌握及理解存在问题，对于教师而言，如何进行有效的教学是不得不思考的问题。 ANSYS软件针对问题进行建模，将数据转化为图象，从对人体大脑的刺激来看，视觉上的刺激更为有效，大脑对于信息的理解量更大，层次也更深。将抽象的知识变为具体，有效降低了学习难度。并且ANSYS软件教学是动画过程，学生对于知识以及相关原理的变化有清楚的认识，表现形式更加生动有趣，能够在一定程度上调动学生学习的热情和积极性，实现教学质量的提升。 （二）应用能力培养 材料力学理论知识的学习是为了更好的在实际工作中应用，单纯的理论教学不足以培养学生的实践应用能力。学生对于学习存在畏难情绪。ANSYS软件应用通过建模对实际情景进行模拟，学生在一种高度真实的环境下学习，无论是理解能力方面还是在实践能力的培养方面都有很大好处。 （三）增强探究性学习能力 ANSYS软件在生活中的应用非常广泛，学生有必要了解熟悉并掌握。学生动手的过程是为今后积累一定的经验，培养并提升其解决问题的能力，同时也为走向社会奠定基础。 6 实例探究 在对ANSYS软件有了基本的了解之后，可以结合具体的例子加深认识。比如ANSYS软件研究不同载荷下的悬臂梁。现假设有一悬臂梁，长、高、厚度分别是500，60，20。弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。分别在载荷1500N及集中力偶230N・m发生横力与纯弯曲。 由左图可看出正应力在自由端附近为零，随截面位置左移，应力相应增大，最大值出现在固定端。在固定端处最上与最下分别存在最大拉应力，最大压应力，二者相等。 图3为载荷下的米塞斯应力图，左为集中载荷，右为集中力偶。结果与实际情况完全相符合。 7 结束语 本文对ANSYS软件相关方面进行了说明，立足于教学实际，从软件在教学工作中的优势以及目前材料力学教学现状作阐述。教师在教学工作中将软件教学作为教学工作的一个重点来抓，让学生通过自身动手实践，对书中知识及原理有自身的领悟，同时培养学生的专项技能。无论是从教师教学还是学生学习的角度来看，ANSYS软件应用都具有无可比拟的优势，是针对教学存在问题的有效解决途径。教师要重视，学生也要重视，学校更应该重视，从多方面为教学工作提供相应的保障。 材料力学论文:基于ANSYS软件在材料力学实验课程中的应用 摘 要：材料力学课程概念较多，知识比较抽象，学习起来难于理解，而ANSYS软件模拟分析能力很强，能够使相关知识变得更直观、形象，因此，可以实现两者的有效融合。文中运用ANSYS重点分析了拉伸实验中拉伸应力、应变及弯曲实验中梁的弯曲应力应变情况，展示了ANSYS与材料力学相关实验相结合的可操作性。 关键词：ANSYS 材料力学 拉伸 弯曲 1 材料力W课程实验特点 材料力学[1]对于机械专业而言是一门必修课，目前，“材料力学”课程中一些重要的内容，如拉压、扭转和弯曲变形，除课堂上多媒体教学外，通常依靠现有的实验条件进行验证性实验教学，而有时存在实验条件不具备的情况，这样就无法对相关知识进行实验验证，此时如果在实验教学中采用直观的图形显示，也可以将抽象的概念形象化，同时增强学生对结构的感性认识，培养较强的结构分析能力，因此，可以尝试引入ANSYS软件进行简单的建模计算，并将计算结果形象地展示给学生。 2 ANSYS软件应用特点 ANSYS软件[2]中分析计算模块包括结构分析，可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析，能形象、直观地显示结构的变形、位移及应力分布情况，同时还能以动画的形式展示结构从最初加载到最终变形的整个过程。 3 ANSYS在材料力学实验中应用实例 （1）拉伸实验。材料力学中的低碳钢拉伸试验[3]通常在实际中通过拉力机拉伸，宏观上可以观察到试样缩颈现象，在此，可采用ANSYS模拟，选用拉伸试样弹性模量为0.175e6，泊松比为0.3，密度为7.85 kg/m2。图1为材料拉伸变形的整体过程，其中a图为变形初始，b图为变形后期。 通过加载求解后，得出试样拉伸变形应力变化和应变变化如图2和图3所示。 （2）弯曲实验。材料力学中的弯曲实验[4]通常采用简支梁、悬臂梁等结构进行实验分析，该文采用简支梁进行分析，给梁沿长度方向施加均匀载荷10 kN，梁的横截面积1.5 mm2，转动惯量IZZ=0.28125，IYY=0.125。力的加载如图4所示。 通过ANSYS模拟，绘制出的剪力图、弯矩图分别如图5、图6所示，这样得出的结论和实际计算结果相一致。 4 结语 通过ANSYS对拉伸实验和弯曲实验的模拟，将其与材料力学课程教学有机结合起来，既发挥了计算机的数值计算功能，又与直观的图形显示功能相结合，使得学生更易于理解和掌握所授课程的抽象力学概念，培养了学生的兴趣，提升了学生的形象思维能力，拓宽了学生的视野，提高了教学质量和效率，同时也培养了学生的计算机应用能力，有助于学生运用软件进行实际工程实例分析，在一定程度上可以使学生理论联系实际，为以后的工作打下坚实的基础。 材料力学论文:6005铝合金材料力学性能研究 摘 要：采用万能材料试验机，对典型车用的6005铝合金材料进行准静态拉伸试验。输出载荷-变形量关系，获得应力-应变曲线，进而分析材料的弹性模量、极限强度、极限应变、屈服强度和延展率等力学性能。 关键词：6005铝材；准静态拉伸；应力-应变曲线；力学性能 1 概述 车辆用6005铝合金属于Al-Mg-Si系中等强度铝合金。由于其优良的挤压成形性、耐腐蚀性和良好的焊接性，在国外被广泛用于高速列车、地铁列车、双层列车和客货汽车车体所需的薄壁、中空的大型铝合金壁板型材以及其它工业用结构型材。在我国，铝合金大型材已研制成功并投入生产，随着我国交通运输业的发展，6005铝合金在高速、轻型铝合金列车和地铁列车以及轻型客货汽车上的应用必将越来越多[1-3]。 6005具有较高的工艺性能。万普华等人对6005铝合金试样进行了水淬和水淬并深冷处理，来观察金相组织、抗拉强度等对6005铝合金力学性能的影响[4]。张健等人利用热塑性试验研究了6005A铝合金的热裂纹敏感性[5]，张大新等人将6005铝合金铸态试样和挤压制品试样在不同温度固溶加热后淬火处理，制备金相组织，用混合酸溶液侵蚀后在金相显微镜下观察金相组织[6]。 文章主要就6005铝合金材料的力学性能性能通过万能材料试验机开展了系统的实验研究。测定试件在准静态拉伸时，材料的应力应变曲线；提取加载曲线中的屈服点、强度极限；同时，测量实验前后试件实验段（即试件的标距段）的长度变化，算断裂伸长率和断面收缩率。 2 准静态拉伸试验 2.1 试件及仪器 运用Instron 5969标准电子万能拉伸试验机对6005铝材进行了准静态拉伸试验。试件参照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第一部分：室温试验方法》[7]制作。板状试件的尺寸示意图如图1所示。本试验采用比例试件，形状为板状，其厚度为4mm，平行长度为55mm，总长度128 mm。 2.2 试验结果 将试验试件在室温（10～35℃）环境下，试验试件及试验用夹头安装在试验机上，试件轴线应与力的作用线重合，将引伸计连接在试件上。试验机匀速进行拉伸，加载速率为10mm/min，测试试件在拉伸过程中的载荷-变形量的关系。针对横向切取和纵向切取材料，分别进行五次试验。试验过程如图2所示。 将试验结果绘制曲线，得到如图3所示的位移-载荷曲线。 名义应力可定义为？滓=F/A0，即载荷F除以原始截面积A0，而对应的名义应变可由？着=？驻L/L0计算得到，即伸长量？驻L除以原始标距L0。将结果绘制曲线，得到如图4所示的名义应力-名义应变曲线。 名义应力应变曲线并未真实地反映出材料随应变变化的关系，因而实际过程中的应力应变要进行相应的修正，需将实验所没测的名义应力与应变曲线转化为真应力真应变曲线。试验中采用引伸计，可直接测得拉伸过程中的应力和应变数据，绘制得到如图5所示的真实应力-真实应变曲线。 各次试验的结果如表1所示。 3 结束语 由准静态拉伸的位移-载荷曲线、名义应力-应变曲线、真实应力-应变曲线，得到以下几点结论：（1）相同应变情况下，真实应力略大于名义应力。分析可知，此现象符合实际。因为拉伸试验过程中，横截面发生收缩，小于初始横截面积，导致真实应力大于名义应力。（2）6005铝合金样件所能承受的最大拉伸力在2500-2750N范围内。（3）6005-T5的抗拉强度可达到260MPa，屈服强度约为230MPa，五次重复试验测得试件的延展率均为12.08%。 材料力学论文:创新材料力学实验的几点想法 摘要： 提出了目前材料力学实验教学中存在的几个问题，结合实际情况提出了几点创新，提出要更新传统材料力学实验教学模式，重视基础实验的延伸，按专业类单独设课，实行开放性实验和网上选课等创新方法。 关键词： 材料力学实验 创新 0引言 在《材料力学》科学发展史中，实验促进了材料力学理论的发展，同时由于材料力学的理论是建立在将真实材料理想化、实际构件典型化、公式推导假设化基础上的，他的结论是否正确以及能否在工程中应用，都只有通过实验验证才能确定。 1材料力学实验教学现状 1.1 材料力学实验教学水平落后实验教学一直处于理论教学的从属地位，试验方法单一，只注重拉伸、压缩、电测等几个基础实验教学。教学设备、内容方法陈旧，测试技术和手段落后，学生所学材料力学知识与工程实际不能同步，学习兴趣不大。材料力学实验大部分为基础实验。以材料拉伸压缩试验为例，课上只是对典型的塑性材料低碳钢和脆性材料铸铁做测试，一般只提供标准试件，能够测试出低碳钢弹性模量E、屈服强度?滓s、抗拉强度?滓b、延伸率?啄和断后伸缩率?鬃以及铸铁的抗拉压强度即可，测试要求比较简单，学生只是被动接受，很难有兴趣。 1.2 现有的材料力学实验教学指导书不能与新进的实验设备同步材料力学实验设备――特别是电测设备更新是比较快的，这样就要求实验教材必须与设备的更新同步。 1.3 学生对实验课的认识存在误区由于材料力学实验是非独立实验，实验成绩所占该门课程的总成绩比例较小，对期末成绩影响不大，形成了重理论、轻实验的思想。 材料力学实验大部分为分组验证试验，许多同学认为只要会做实验就可以了，甚至有些学生认为实验课上不上无所谓，实验报告的处理也是拿别人的数据照抄应付。 1.4 各学校的实验教学水平参差不齐一些学校由于投入等原因，可能连基本实验还难以保证。一些学校则开发了设计性、综合性、开放性的实验，以及相应的实验装置等。有些学校还开发了新的实验设备，并获得了具有自主知识产权的实验设备专利。这些都是近年来我国高等学校教育教学改革所取得的成果。 2实验教学的几点创新 2.1 授课中穿插力学史，激发学生兴趣比如在讲述电测实验时，可介绍电阻应变计测试技术起源于19世纪。1856年，W・汤姆逊（W・Thomson）对金属丝进行了拉伸试验，发现金属丝的应变与电阻的变化有一定的函数关系；惠斯登电桥可用来精确地测量这些电阻的变化。1938年，E・西门斯（E・Simmons）和A・鲁奇（A・Ruge）制出了第一批实用的纸基丝绕式电阻应变计。 2.2 重视基础实验的延伸以材料力学性能测试为例，可以使测试材料多样化，除碳钢、铸铁两种材料以外再提供塑料、铝合金、木材、玻璃等多种材料，有条件话，还可以使用各种新型材料。要求学生分别测试不同材料的性能指标，通过比较，自己得出结论。同种材料不同截面（圆截面、矩形截面等）、不同尺寸，让学生结合理论课知识自己测算标距，求出所有参数。通过这种脱离只提供标准试件的模式，使简单、枯燥的材料性能试验多样化，活泼化，可以让更多的学生动起手来，从而提高学生的实验兴趣。 弹性模量E和泊松比?滋分别在材料的拉伸试验和电测实验中测得。这两个参数的测试方法很简单，学生一般在老师讲授完后很容易就能测定出来，由于操作简单，学生做完实验后很容易忘记他们是如何测得的，也很少有学生去研究实验原理。在学完了电测实验后，可鼓励学生自己动手粘贴应变计，研究如何接桥，利用电阻应变仪把弹性模量E和泊松比?滋在拉伸试验机上测试出来。 2.3 更新传统材料力学实验教学模式，探索新的高效直观的教育方法实行传统教学与多媒体教学相结合的教育模式。该校工程力学实验中心从2007年开始在几位老师的精心努力下，开发了一套直观、形象的材料力学实验多媒体教学课件，在实验课板书教学中通过穿插多媒体课件，大大激发了学生对材料力学实验的兴趣。为了改变以往材料力学实验设备陈旧和测试手段落后的现状，从2002年开始在原有液压万能试验机的基础上，陆续引进了新型的电子万能试验机若干台；陆续淘汰了旧的、低效的电阻应变仪和配套组合装置，开始使用操作简单、自动化程度高、数据处理方便的电测仪器。 2.4 实行开放性实验和网上选课系统给学生充足的时间和空间，突破材料力学实验教学的传统方式，实现全面开放实验室，建立相对独立的实验教学体系，打破班级授课制，开发网上选课系统，让学生自己在网上选课，按分散式教学模式组织实验教学。全面开放实验室，调动学生的主观能动性，使每个学生都有动手操作机器的机会，提高仪器设备的使用率。同时实验室开放能最大限度地利用实验室资源，实验室开放后，学生自己选择实验项目，实验的频率和实验循环的节奏由学生自己调节，这使得实验室的容量大幅度提高，实验用房得到充分的利用。 2.5 加强实验室建设要更新观念、提高效率，抛弃固有、陈旧的管理模式，选拔一批爱岗敬业，有高度责任心和事业心的优秀青年来充实实验室队伍。重视实验教师的培训，多与国内外知名高校交流，提高实验教师的业务素质。 3总结 材料力学实验实验课是一门技术基础课，在工科院校中占有相当重要的位置。但是，受多种因素的影响，力学实验教学设备陈旧，内容枯燥乏味，学生难有兴趣。传统的材料力学实验内容远远达不到培养学生实验技能的目的，也跟不上科技发展的步伐。因此，对实验内容必须进行大胆的改革和创新。 材料力学论文:材料力学课程教学方法的实践 【摘要】本科阶段《材料力学》课程主要培养学生对简单杆件结构进行强度、刚度和稳定性进行分析的能力，是土木工程和道路桥梁与渡河工程等专业的一门重要专业基础课。针对实际课程教学中存在的问题，提出了一些改进措施。如适当引入前沿知识，激发学生求知欲和学习兴趣；恰当使用传统板书和多媒体授课方式；有效利用虚拟仿真技术；引入科技竞赛活动，培养学生的实践和创新能力等。实践证明上述措施有助于学生掌握相关知识。 【关键词】教学方法 教学手段 实践能力 创新能力 一、概述 《材料力学》是许多工科专业的专业基础课，我校的土木工程、道路桥梁与渡河工程、机械设计与制造、材料成型等专业均开设这门课程。它主要培养学生具备对简单杆件在外载荷下的强度、刚度和稳定性问题进行分析和设计的能力。对于土木工程专业而言，它还是一门承上启下的课程：《高等数学》和《理论力学》是它的先修课，而它又是《结构力学》、《钢结构设计》、《混凝土结构设计》、《弹性力学》和《组合结构设计原理》等课程的先修课。因此掌握好该门课程的基本概念和知识十分重要。但是该课程内容多、概念多并且相对抽象，同时还缺少足够的实践动手机会，因此一些学生反映该课程理论抽象、内容乏味，甚至少部分学生产生畏学现象[1]。所以，需要进行多方面的教学改革，以期达到预定的学习效果。近年来，在实际教学中进行了一些教学方法的改革和实践，取得了一定效果。 二、激发学习兴趣 好奇心和兴趣对于学生学习效果有决定性的作用，培养学生的实际工程应用能力和创新能力需要培养学生对科学的兴趣[2]。因此在实际教学过程中需要不断激发学生的好奇心和兴趣。主要采取的措施是适当引入前沿知识和身边的力学知识和案例。如在绪论课中介绍近年来我国和其他国家的典型的建筑物和道路桥梁等。同时从其他专业相关的国际权威期刊上检索相关文献，通过多媒体介绍其他相关专业中材料力学知识的一些应用，如展示Journal of Biomechanics杂志上检索到的膝关节置换术中需要解决的生物材料力学性能测试的问题；展示Journal of Biomechanics和Journal of Mechanical Science and Technology中检索到的关于鞋子设计中的材料选择和鞋底外形设计的问题；展示International Journal of Mechanical Engineering检索到的齿轮齿形设计和优化的材料强度问题；展示Ocean Engineering中关于海洋石油钻井平台的强度和刚度设计问题；展示Engineering Failure Analysis中关于大型矿用自卸车车轴断裂的分析。同时，结合时事介绍材料力学所研究的一些问题，如天宫二号发射时，介绍卫星发射塔及周边建筑物在面临强动载和高温时所面临的强度和刚度问题，介绍空间站在太空中所面临的恶劣环境及遭受空间碎片超高速撞击时的强度问题。这些内容的适当增加一方面可极大激发同学的好奇心和学习兴趣；另一方面也能拓展同学的眼界，这些知识也将告诉学生将来读研究生时也可选择其他相关专业。 三、合理使用传统板书和多媒体授课 过去的课堂教学手段主要是板书，这种授课方式对《材料力学》这种概念多和理论公式推导多的课程比较有效。其优点是学生和教师共同思考同一个问题，学生能紧紧跟随教师的思路和节奏[3]，教师边板书、边讲解、边推导、边启发和边提问，而学生则眼、耳、口和脑并用，这样可形成多维印象和刺激，就有利于学生掌握相关知识。但传统的板书也面临一些挑战：（1）展示复杂的变形形式时耗时较多，如实心圆柱在扭转载荷作用下的变形以及任意位置切应变的计算和推导需要画出较复杂的图形。（2）该课程的工程实践性较强，板书时无法有效传递实际工程的相关信息。而这两个缺点恰恰可以通过多媒体教学进行弥补。这种教学方式的展现能力强，信息传递量大，可以创造生动和逼真的教学氛围，激发学习兴趣。因此，涉及复杂图形特别是变形图的绘制以及变形过程的展示时可以借助多媒体技术进行授课，同时需要结合工程背景时也可通过多媒体展示。 四、有效利用虚拟仿真技术 《材料力学》是一门与工程实践密切联系的学科，因此安排有试验课程。但为使学生达到预期的学习效果，试验课通常安排在理论课讲授相关内容之后进行。但这样带来的一个问题是理论课堂上部分学生对相关知识理解不到位。比如讲授低碳钢在单向拉伸载荷下的力学性能时需要讲解径缩并计算应变值，应变值通过引伸计测得的伸长量除以原始标距段长度得到。但这种单向拉伸试验应变值的计算是建立在均匀变形的基础上的，而径缩后材料的变形在标距段内已不再均匀，因此径缩后按原公式计算得到的值理论上已不能再叫作应变。仅凭讲课和图片展示有时不足以让学生理解透彻，这时可以利用有限元计算提前完成单向拉伸试验的仿真，并展示其变形过程及变形过程中应变的分布，这样就能直观地讲解径缩，并清晰地展示径缩前后应变的分布情况。 另外，部分变形形式较复杂和抽象，部分学生无法深刻理解和掌握。如扭转载荷作用下实心圆柱的切应变分布，部分同学不能理解切应变随半径的线性变化。这时可以建立实习圆柱扭转的三维有限元模型，施加扭角，然后在后处理时显示标距段内3/4横截面的应变分布，这样便可以清楚展示应变的分布情况，易于学生深刻理解和掌握该知识点。 五、引入科技竞赛活动 《材料力学》是一门理论课程，但它来源于工程又服务于工程，在培养学生逐步建立工程概念和逐渐形成解决实际工程问题能力方面有着十分重要的作用。但对于一般和新建本科院校而言，通常缺少充足的实践锻炼机会和试验设备。近年来，科技竞赛活动渐多，如省级结构建模大赛、中南地区结构建模大赛等。在这些竞赛活动中需要设计和制作出屋盖、塔式建筑、桥梁、输电塔、广告牌支撑结构等。通过这些竞赛，学生需要确定具体的分析对象，通过检索文献资料和力学分析确定初步结构形式，完成制作，进行加载和多轮优化等，这对于巩固理论知识，培养实践能力和创新意识具有重要意义。为让更多同学参与这种活动，在学校层面设计了“挑战杯”竞赛活动，并将这种竞赛活动纳入《材料力学》课堂教学，在成绩评定中计入该项成绩。 六、结语 《材料力学》是一门重要的专业基础课，又能直接服务工程实际，但内容相对多且枯燥。因此在教学过程中，要注重激发学生的学习兴趣；合理使用传统板书和多媒体技术进行授课；在相关知识的讲授时可以采用虚拟仿真技术增加直观性，以便于学生理解和掌握；同时，还要重视科技竞赛活动对于巩固理论知识、培养学生实践能力和创新意识方面的作用。

岩石力学论文:岩石力学课程实践性教学改革探讨年 摘要：为适应我国土木工程专业人才培养和教学改革的需要，针对土木工程专业基础课――岩石力学课程的教学特点，拟拓展实验与实践教学环节，增加岩石力学特性实验与数值试验及现场教学两个部分，构建集理论教学、物理实验与数值试验、现场教学于一体的岩石力学综合教学模式，以期推动岩石力学课程实践性教学迈上一个新台阶。 关键词：岩石力学；实验教学；物理实验；数值试验 随着我国西部大开发战略的实施和西南地区高坝建设的兴起，传统的岩石力学课程理论教学及授课内容已经无法满足工程界对岩石力学知识的热切需求，亟待开展《岩石力学》课程的教学改革。笔者基于近几年讲授土木工程专业本科生岩石力学课程的教学经验与体会，并结合国内其他高校岩石力学教学研究所取得的一些成果[1-5]，提出我校大学生《岩石力学》课程实践性教学改革的总体构想，即集成物理实验与数值试验、现场教学于一体的岩石力学课程实践教学，以期推动岩石力学课程实践性教学迈上一个新台阶。 一、岩石力学课程实践性教学改革的必要性 岩石力学是运用力学方法与地质学原理来研究岩石与岩体的力学行为的一门新兴科学，也包括研究岩体在各种力场作用下的变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学[1]。它涉及到岩石的物理性质、拉压剪等强度特性、与时间有关的流变特性、岩石的单轴和三轴变形特性、岩石的动力学特性、岩石的各向异性本构关系、岩体结构面的力学性质、由结构面与岩石块体包围的岩体的力学特性、岩体不连续面的渗流性质、地应力环境、岩体力学中的各类数值方法、岩石力学涉及的各类工程问题，包括地下空间与地下工程开发、地基（含坝基）、岩质高边坡（含挡墙及加固体系）等的整体稳定性与变形破坏问题等[1-3]。显然，岩石力学的研究对象不同于一般的材料，它是非均质各向异性、含有多组结构面组合的非连续介质，其力学行为复杂多变，导致依托在这一地质体上的各类岩石工程（如岩质边坡工程、岩石地基与坝基工程、地下隧道与采矿工程）更加复杂。正是由于岩石或岩体的复杂性及特殊性，岩石力学服务的各类工程目前还是以工程经验、现场试验与监测为主，理论指导为辅，这给岩石力学课程的实践性教学改革创造了条件、提供了难得的机遇。在理论教学基础上强化实验与实践教学，通过参与室内实验和野外实践，采用工程实用化或经工程检验后的理论方法开展大规模计算分析和工程实例研究，构建集理论、实验与实践于一体的综合教学改革，使学生既储备较好的理论基础，又具有较强的实验与工程实践能力，从而培养出具备解决复杂岩石力学问题的高端技术人才。从这个意义上说，开展岩石力学课程的实践性教学改革是十分必要的。 二、岩石力学课程实践性教学改革的主要内容 增加室内实验教学与计算机数值仿真实验环节，并结合现场工程实例教学，探索适合现代岩石力学发展的新型实践性教学方法。 1.增加实验教学模块环节。目前我校大学生岩石力学课程教学主要是理论教学为主（32学时），强化书本理论知识的学习，尚未安排实验与实践教学环节。通过本课程的多年课堂理论教学，结合本课程经验性、应用性较强的突出特点，拟改革现有教学方式，增设岩石力学实验教学环节（模块I），包括4个室内实验模块，即岩石吸水性实验、饱和单轴抗压实验、点载荷抗拉实验3个验证性实验项目和1个岩石剪切实验演示项目。这4个室内实验项目（模块I）为岩石力学特性参数实验，拟规划6学时教学内容，其中验证性实验占4个学时，综合实验和演示项目占2个学时，由学生先熟悉实验方法、实验步骤，再由教师指导，完成实验；同时实验室对学生也实行开放，鼓励学有余力的学生课后自己设计并开展相关实验。 2.增加数值试验教学环节。实践教学把培养学生实验技能放在首位，虚拟与现实相结合，动手与动脑相结合。考虑学生人数的增加，实验场地、仪器设备、岩块样品不足等矛盾，将实验教学与计算机数值仿真相结合，开展模块Ⅱ教学，即增加数值模拟演示实验2学时。应用大型数值分析软件ABAQUS进行岩石力学数值模拟实验教学。由于岩石破裂过程现象的复杂性和岩石介质的复杂性，在模块Ⅰ的岩石力学教学实验过程中，学生很难通过大量重复性实验看到岩石破坏的各种类型的复杂现象。利用引进并二次开发的ABAQUS程序，增加模块Ⅱ的实验教学环节，对岩石力学实验进行辅助教学，使学生参与教学活动的主动性、创造性大为增强。随着现代计算机技术的发展，利用计算机对岩石的变形与破裂过程进行数值试验，不仅具有通用性强、方便灵活、具有可重复性等特点，而且可以通过数值试验得到许多在常规实验室试验中难以观测的重要信息，作为岩石力学实验教学的重要补充，达到岩石力学实验辅助教学的目的。但模块Ⅱ数值试验的应用并不能完全取代模块Ⅰ的实验室实验。这是因为数值试验时仍然需要提供岩石的细观力学参数等信息，而且只有在证明数值试验方法正确的基础上才能使用它进行岩石力学的数值试验。此外，岩石力学数值试验也可完成复杂岩石块体的变形破坏过程的数值仿真。 3.预设工程问题教学模式。考虑到岩石力学数值试验方法在解决岩石力学问题时具有通用性强、可重复性等特点，感兴趣的学生可以在任课教师的指导下，在课程开设初期（如5周内）就拟定一个自己感兴趣、与岩石力学与工程紧密相关的数值计算课题，带着问题进行课程学习。课程的每个环节都使学生对问题的认识更深入一步，当专业知识和数值计算知识储备到达一定程度后，即可开展数值试验方面的研究。在此过程中遇到的突出问题，可以由任课教师利用课间时间给学生答疑解惑，或一些共性问题可在课堂适当讲解，从而辅助学生完成预设的各类工程问题，达到事半功倍的教学效果。 4.结合工程案例的现场实践性教学。实践性教学的核心应是开展现场教学，将课堂教学与实际工程紧密结合，从而升华理论知识、室内实验和数值仿真成果。针对本课程的实用化特点及课堂教学进展状况，选择有代表性的岩石工程作为典型教学案例进行现场教学，适时邀请现场的项目负责人就工程案例进行详细讲解，包括可能遇到的各类岩质边坡工程、岩石地基工程、地下空间与地铁工程等，从而增强课程学习的针对性、提高学生分析和解决实际工程问题的能力。 三、结束语 通过上述建设，将丰富我校大学生岩石力学课程的实践性教学内容，使其充分兼顾理论、实验与数值仿真、现场实践三个方面。在此基础上，凝练岩石力学课程实践性教学改革的创新手段与特色教学方法，推动本科岩石力学课程实践性教学改革的深入发展。 岩石力学论文:海洋工程《岩石力学》的研讨式教学 摘要：《岩石力学》这门课程具有理论性和应用性两个方面均较强的特点。这不但需要教师和学生针对现有理论进行系统的学习，更为重要的是培养学生解决实际问题的能力。应用研讨式教学方法可以达到这一目的。本文从海洋工程《岩石力学》课程的实际需要出发，对研讨式教学法的应用进行了探讨。 关键词：《岩石力学》；研讨式教学；教师；提高能力 研讨式教学发起源于早期的德国，现在已经成为西方高校的一种普遍的教学方法。后来郭汉明教授进行教改实践[1，2]，创造了全新的研讨式教学模式，开启了国内研讨式教学的先河。研讨式教学以学生为主体，教师提出问题，鼓励学生查阅资料，研究讨论后解决问题[3-5]。海洋工程《岩石力学》是一门新兴的课程，这门课程与以往的《岩石力学》不同之处在于，它将岩石力学与海洋环境结合起来，重点关注实际钻井和采油等过程中的岩石力学问题。这就需要培养学生解决实际问题的能力。应用研讨式教学模式，可以充分发挥学生的主体作用，调动学生的主体性、积极性和创造性。本文将从海洋工程《岩石力学》这门课程的背景和实际需求出发，探讨研讨式教学法的优越性和必要性。 一、海洋工程《岩石力学》的特点 海洋油气开发与陆上油气开发存在明显不同，体现在海洋钻井、采油的各个环节，其中《岩石力学》也表现出明显的特点。首先是海底环境非常复杂，不但土质松软，力学性质十分弱，而且地貌多变，给海洋钻采设备及工艺提出了巨大挑战。近期国外内出现的海洋油气开发中的多个灾难性事故与海底复杂的岩土环境密切相关。其次，海洋油气藏多为松软砂岩，这种岩石的孔隙度和渗透率高，储量大，单口油井产量高，但在钻井开发过程中往往伴随井壁失稳、油层不稳定、油层出砂、油层压实及随之而来的海底沉降变形等问题。目前为船舶与海洋工程专业开设《岩石力学》课程经过两年的教学实践，表明这门课程的开设十分必要，学生对于《岩石力学》的学习积极性也较高，基本达到了课程开设的教学目标。但是随着学科的不断发展，在《岩石力学》的教学中需要重点突出海洋石油开发过程中的岩石力学问题，而目前这一点做的不是很充分。另外，《岩石力学》这门课程具有理论性和应用性两个方面均较强的特点，这不但需要教师和学生针对现有理论进行系统地学习，更为重要的是培养学生解决实际问题的能力。 二、研讨式教学模式的优势 传统的教育理念是以教师为主体，学生为客体，主客关系非常明确。学生被动的吸取知识，这就容易造成：学生很难在学习中产生主动学习的兴趣，知识的获取仅限于课堂，失去了学习的动力，压抑个性，限制了学生的全面发展。同时，也不利于师生之间的交流。研讨式教学模式提倡以人为本的理念[6]。从学生的发展角度出发，教师从单一的知识传授者转变成学生学习的引导者。与传统的课堂模式相比，研讨式教学具有明显的互动性，提高学生的参与性，更加强了师生之间的平等交流的关系，活跃了课堂气氛，有利于提高学生的综合素质。这些特点体现在以下几个方面：（1）以学生为主体的讨论式教学可以调动学生的兴趣，激发他们学习和探讨问题的动力。在这一点上，教师的引导作用至关重要。它需要我们从学生的角度出发，构建一套完整的引导学生进入研讨境界的课程教学程序。（2）培养了学生的自学能力。研讨式教学改变了长久以来教师讲课为主的教学模式，代之以个人自学为主，小组讨论评比，然后由教师总结讨论结果。这种教学方式符合学生的心理特征，肯定了他们的学习成果。（3）改善了学生与教师之间的关系，实现了学生和教师在课堂上的良性互动。 三、基于研讨式教学方法的教学实施 海洋工程《岩石力学》是一门根据海洋油气开发过程中的岩石力学问题衍生出来的相关课程，我们不能依照一般的岩石力学来授课。根据海洋工程《岩石力学》的课程性质，我们从以下几个方面来设计研讨式授课内容。 1.海洋环境及岩石力学的相关文献阅读指导方案。文献阅读与分析是从事科学研究的重要环节和基本功，让学生在本科阶段适当结合学习内容开展文献阅读的训练不但对本课程的学习十分有益，而且为以后进一步的发展打下了坚实的基础。这是研讨式教学的第一步。这个环节可以让学生开阔视野，了解相关课题的最新研究动态。 2.结合海洋油气开发的工程实际和岩石力学理论，研究研讨课题。相对于课题的解决而言，课题的提出不但难度大而且颇具挑战性。好的课题可以发现工程实际的本质，解决实际问题，而且可行性较好；而不好的课题无法抓住问题的本质，且解决不了实际问题。要做到选题合理，必须抓住研究中的关键点，这可以是学术前沿，也可以是学术研究中的热点问题。教师在这一环节起到至关重要的作用。因为这不仅需要教师具有专业的知识水平，还需要了解学生的实际情况，制定的课题要有代表性，还要注意难易程度，务必使学生有所得。 3.基于MatLab平台的计算机辅助研究提出的课题。现实问题的复杂性和规模往往不是传统的纸和笔的模式容易解决的，大多需要借助计算机程序辅助解决。大学生对Matlab的学习和掌握较为容易。加入这一内容是为了使学生能够掌握实际解决问题的技能。通过认真筛选，我们最终选择了四个课题，用于研讨式教学，即水力压裂模型、海底沉降模型、地层出砂模型、井壁稳定模型。在给出讨论题目之后，我们将学生分组，根据学生的人数和课时的安排，将学生分为4个小组，分别选择一个课题。教师对研究课题给出要求，小组自己安排分工，教师可以在旁指导。首先是学生查阅文献，因为相关资料非常繁杂，所以教师可以针对研究课题，介绍一些文献资料，使学生少走弯路，在此基础上，也鼓励学生自己查找资料补充，消化、归纳和总结文献资料。这是研讨课中最重要、也最花费时间的一个环节。它要求学生投入很大的精力和时间，对所有资料进行阅读理解，如课题的研究背景、研究思路和方法，最近的研究成果以及实际的应用情况。对于每个课题，我们要求学生选择一个实际案例，进行编程，且选择一种软件进行数值模拟，一方面是验证自己的理论知识，另一方面是学习一门软件技能。如图1所示，是1组同学用Matlab设计的一个计算而为水力压裂模型的界面，图2是3组同学采用Abaqus计算的直井井壁围岩的应力分布情况。经过这些练习，同学们对知识的理解更加深刻，教师也了解了学生知识的掌握情况。 报告的总结和归纳，是对所有工作的总结，包括组内成员之间的交流和统一意见，最后编写成研讨课上的演讲稿和课件。这个过程对于培养学生的文字表达和口头表达的能力十分重要。教师在这个环节可以引导学生，如演讲稿的版面要美观大方，内容必须简洁明了。我们鼓励学生在小组中先进行组内答辩，然后其他成员打分，提意见，推选出一位代表，进行课上的答辩。最后，学生代表根据自己选择的课题在全班进行答辩，其他学生讨论交流，提出自己的看法和问题，然后大家针对这些问题进行讨论解答。教师在这个环节中可以进行引导和启发学生，注意调节课堂气氛，还要对演讲同学以及小组进行点评和打分，在所有小组演讲完毕，要进行最后的总结和归纳。 实践表明，研讨式教学对学生掌握知识、提高能力、培养研究素养具有重要的作用。这种教学方法为师生提供了一个自由、开放、积极地交流环境，激发了学生的学习热情，研讨的过程更是一个跨专业的交流和沟通，学生相互之间取长补短，开阔了大家的视野，使学生全方位的考虑问题，完善课程的认识层面。它也促进了师生之间的平等交流，客观上强化了一种学术交流模式，从而实现了学术水平的共同进步。 岩石力学论文:岩石力学双语课程建设的必要性探究 摘要：岩石力学不仅是一门重视理论的学科，也是一门实践性很强的工程学科，是岩土工程等专业的重要基础课程。针对目前中国高校岩石力学的内容落后以及教学方式枯燥等问题，本文着重探究了建设岩石力学双语课程的必要性及可行性，以促进双语教学在高校的落实，发挥双语教学在高校素质教育中的作用，为高校培养岩石力学高层人才提供有效思路。 关键词：岩石力学；双语教学；必要性 目前，我国绝大多数高校都采用普通话作为教学语言。而香港和新加坡的大学主要使用英语教学。台湾也正在加强英语教学的力度。还有很多非英语国家的高校正在使用英语教学或开始设置英语课程了[1]。世界各地都广泛地使用英语授课或者从事各种学术活动，如今英语已经成为了一种科技语言。因此，采用英语传递信息已成为全球文化与科学的主要形式。双语教学，即在课堂上增加使用第二中语言来进行学科的教授，它已经是实施双语教育的重要手段之一[2]。为了推动双语教学的发展，教育部自2001年明确提出要在高校积极推动使用英语等外语进行教学，其中“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”，近年来我国内陆许多高校增开了一系列双语课，也就是在教学过程中既有英语授课部分，又有汉语授课部分。不少人认为，双语教学可以促进高等教育的国际化[3]。岩石力学是运用力学原理和方法来研究岩体的力学以及力学相关现象的一门新兴科学，也就是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学[4]。为了达到良好的教学效果，在调查分析国内外高校尤其是石油类高校教学过程中存在的问题，我们对岩石力学建设双语课程的必要性进行了探索。 一、目前岩石力学课程存在的问题 1.教材陈旧，内容落后。随着我国在基础设施建设方面的投资和发展，岩石力学的理论研究取得了长足进展，建造出了三峡工程、青藏铁路、南水北调等许多高难度、划时代的标志性工程，使得我国在岩石力学的理论研究、室内外试验、现场监测和经验积累方面获得了举世瞩目的成果[5]。然而，作为培养岩石力学高级人才的大学，普遍存在着所采教材陈旧，内容严重落后于目前岩石力学的实际发展水平的现象，在一定程度上出现理论与现实脱节的现象。 2.教学手段单调，教学模式枯燥。岩石力学的理论比较枯燥，容易导致学生的学习兴趣不高、主动性不强。仅仅以传统的传授书本知识为主的板书和PPT课堂教学模式已不能满足应用型本科人才培养的需求[6～9]。另外，该课设置的课时量相对于要讲授的内容来说偏少，按照传统的教学方式进行，容易出现让学生对知识只能宽泛了解而掌握不牢的现象，同时也容易让老师被迫放弃部分教学内容的现象。岩石力学包含的力学知识点较多，存在很多公式的推导过程，仅仅靠板书和PPT的形式，不能让学生高效地接受知识。 二、采用双语进行岩石力学的教学的必要性 21世纪是知识、信息和经济一体化的时代。随着我国对外开放的深入，特别是成功加入WTO以后，各个行业积极引入国外的先进技术和实验设备，对外交流与合作日益密切，与岩石力学相关的行业也不例外，我国高校教育正面临着更加严酷的国际竞争环境，在一定程度上需求具有一定的专业外语知识的人才。 1.采用多种教学手段，增强教学效果。虽然也有单独开设了土木工程专业英语等专业外语课，但是仍存在一些内容交叉重复的问题，给教学带来了困难[4]。所以在岩石力学课程教学改革方案中，不应局限于教授专业外语知识，也可以在汉语授课过程中普及相应的专业外语词汇。所以，可以在师资条件具备的情况下，岩石力学采取专业教学与外语教学相结合的双语教学办法，教材可以采用外文教材或者添加外文辅助教材以跟进国内外进展，从而保证内容的先进性。教学过程中，可以在每一章增加相应的专业词汇的英文注解及相关解释。另外，还应提供外文资料供学生参考。这样多途径的教学方式，让学生在学习专业课程的同时，又学习了专业外语。既避免了专业课程专业词汇零散的缺点，也增加了学生们学习专业外语的兴趣。 2.增强英语的阅读和表达能力。（1）实施双语教学可以为学生打好坚实的专业词汇基础，补充公共外语教学的不足，促进国际学习交流的效果。随着国际化交流的日益频繁，除了查阅国际期刊，学生们有越来越多的机会出席各类国际会议，直接聆听外国专家的演讲报告，并且参与到国际学术交流中去；而更有相当一部分的同学将可能去国外留学或者工作。因此课堂上采取双语教学可以使学生们提前熟悉掌握该专业的名词术语，达到与国际同行顺利进行学术交流的目的；而一般的公共外语考试并无法涉及这些专业内容，经验表明只接受公共外语教育不能满足专业交流的需要，这就更加体现出双语教学的必要性。 （2）实施双语教学可以通过中英文对照，采取优势互补，以加深对内容的理解和辨析。专业词汇或者定义、表述等由于英语语言习惯与汉语的不同，有时在翻译成汉语的过程中会出现生硬、不准确，甚至有歧义的地方，而直接在英语的环境下学习反而更加有利于内容的理解和知识点的掌握。另一方面，有些专业词汇是由学生并不熟悉的词根组合而成的，这时通过与汉语书本内容进行比较可以在学习专业知识的同时加深对于英语的构词方式的理解，对类似的生词触类旁通，从而达到举一反三的效果。（3）实施双语教学学生不但可以掌握岩石力学的专业词汇，也可以对其他一些基本的科技用语有所了解。比如基本的数学物理符号的读法、缩写的含义，石油生产过程中的常见设备的英文说法等，同样这些也是公共外语所没有包含的内容。 三、采用双语进行岩石力学的教学的可行性 1.高校教师的英文水平可以胜任双语教学的要求。目前高校中有许多在国外学习访问并且用英文发表文章和进行讲座经历的老师，他们的外语能力可以充分保证双语教学的实施效果。 2.岩石力学的教学资源有许多国内外经典的原版教材。这些教材既包括侧重原理、概念讲授的基础教材，也有充分反映最新研究成果的专著。在授课过程中可以选择其中的一部分作为指定的教材及参考书，以满足不同的教学需要。 总之，以强调理论联系实际、重点培养学生的英语能力为该课程的主要建设目标，进一步提高教师教学水平，加强教材等教学资源的建设，不断优化教学内容及教学方法，最终让学生掌握本门课程教学内容，实现英语水平的提高。实现让学生掌握绝大部分专业词汇，胜任该专业领域的国际交流，学习跟踪近期国内外反应重要学术和生产动态的文献，了解学科前沿发展情况及最新成果的最终目标。 岩石力学论文:岩石力学教学改革的探索与实践 摘要：岩石力学是一门理论性和实践性均较强的课程，如何开展教学活动，以确保教学质量，是值得深思的问题。从教材内容、课堂教学方法、课程教学手段、实践教学、行业现状等方面对岩石力学课程的教学进行了全面的探讨。通过教学改革实践结果表明：在全面掌握该课程的基础上，学生课上更加积极主动，兴趣更加浓厚，取得了良好的效果，为岩石力学教学改革提供了借鉴。 关键词：岩石力学；教学方法；教学实践；教学目标 《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》[1]指出，我国高等教育的发展，将定位于以全面提高高等教育质量为重点，更加注重提高人才质量、提升教学研究水平和增强社会服务能力、特别强调了高等教育要“优化结构办出特色”，发挥政策指导和资源配置的作用，引导高校合理定位，克服同质化倾向，[2]形成各自办学理念和风格，在不同层次、不同领域办出特色，争创一流。 岩石力学是研究岩石力学形态的理论和应用的科学，是探讨岩石对周围物理环境中力场反应的学科，是一门应用型基础学科，其理论基础广泛，涉及工程地质学、固体力学、弹塑性力学、计算数学、构造地质学、地球物理学、建筑结构学等多门学科。通过对岩石力学形态的理论和实验研究，解决岩土工程领域的破坏和稳定问题，主要围绕工程地质研究方法、数学和力学分析法以及综合评价法展开，衍生出各种应用手段和试验方法，较好地解决了岩土工程中所遇到的问题。基于本课程的特点和重要性，有必要采取行之有效的措施提高“岩石力学”课程的教学水平，进一步增强内蒙古科技大学（以下简称“我校”）岩土与地下工程方向本科生的核心竞争力，以便能够培出更多基础扎实、知识面广养、素质高、能力强、有创新意识和较强工程实践能力的高级技术人才。 一、“岩石力学”课程教学现状 土木工程是内蒙古科技大学历史较为悠久的专业之一，专业下设建筑工程、道路与桥梁、钢结构、岩土与地下工程四个方向。岩石力学是2006年新增设的一门岩土与地下工程方向必修课，其开设时间短，基础较为薄弱，由于一些主观及客观的原因，课程教学存在着很多问题。 随着经济和社会的发展，岩石力学新理论、新工艺也如雨后春笋般出现，这对于广大教学工作者提出了更高的要求。然而教材内容较为陈旧，现代新理论、新工艺多没有涉及，如课程中关于地应力测量方法[3]章节中压磁应力解除法、HTPT法等则没有描述。部分章节存在着与工程实际脱节的现象，学生重视程度不够，如岩石力学数值分析方法章节。同时岩石力学由于其理论基础广泛，教师课上需要做大量的公式推导及理论的串联工作，但有些教师抛繁就简，关键部分不做详细阐述，忽视了学生能力参差不齐的特点；某些涉及工程应用部分的讲述虽然采用了现代多媒体手段，但是手段单一，多为图文课件，缺少动画素材及现场视频。另外，不同规范之间同样问题的描述不一致使学生感到极为困惑。如对于岩石、岩体（围岩）的分类，《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）（附录A）中将岩体基本质量等级分为I～V（好～差）级，而在其他规范中，如《公路工程地质勘查规范》（JTJ 064-98）（附录G）中将隧道围岩分为I～VI（差～好）级，两者之间存在截然不同的差别。规范之间诸如此类问题较多。 二、岩石力学课程教学改革 1.改善教学方法，培养创新思维 岩石力学课程传统的教学方式是教师以讲授为主，学生则被动接受知识，这种教学方式遏制了学生学习和思考问题的积极性，为了改变这种状态，形成教师和学生互动学习的气氛，必须改革原有的教学方法。根据教学内容的难易程度，采用启发式、研究式、讨论式等多种教学方法。对部分偏理论或纯理论章节，教师应对其来源、本质、对工程的意义和重要性以及与其相关理论的关联做深入的解剖，使学生有一个较为清楚的认识。当学生弄清基本概念和原理，再把握大的研究方向，则不难培养出学生思考问题的积极性以及创新意识。利用本校的文献检索平台，可结合课本及工程实际布置课后任务，让学生充分利用其中资源，了解前人的研究成果和在时代大环境下某个研究内容的进展，引导学生大胆说出自己的见解。课上让学生各抒已见，适当引入讨论课的形式，使教师和学生之间、学生和学生之间互动交流。 2.丰富教学手段，紧跟时代步伐 基于岩石力学本身的特点以及传统“黑板+粉笔”书写速度慢、单一、呆板、信息量小的缺点，课程教学适当结合现代多媒体手段，充分利用多媒体课件授课内容多、图文并茂、表现力丰富的优点，提高授课效率，调动学生课堂情绪。当遇到重点公式推导时，采用传统板书的方式，教师一步步推导，使学生易于理解，加深印象，也避免了因学生素质良莠不齐，导致教师错估教学效果，造成恶性循环的局面。教师对于多媒体课件的制作，应尽可能提高课件制作能力，随时准备大量的图片和影像素材，特别是以往代表性的工程案例、近期的工程现场视频以及新工艺、新技术、新设备等的详细情况，从而使学生充分关注本专业领域最新动态，培养其独立思考问题的能力，扩展学生的知识面。另外，培养学生在课下利用内蒙古科技大学教学综合网络平台的习惯，发挥平台上的资源优势，通过师生讨论区、答疑区、通知等，形成网络教与学的互动。 3.学与用的结合，理论与实践的统一 一方面，鼓励和指导学生参与大学生创新基金项目和教师的一些科研项目或其他工程现场，将岩石力学的知识点融入到项目中，使学生提前接触生产实际，掌握一些在课堂上学不到的东西，增强学生运用科学知识和方法解决实际问题的能力。例如，我校东门在建的地下人行通道，学生从工作井的开挖到衬砌的完成，基本全程参与，学生对课堂上较为模糊的知识点多有了比较清晰的认识，现场学生和教师的“问”与“答”的互动，也取得了理想的效果。另一方面，充分利用计算机仿真技术，采用数值分析方法，如ANSYS有限元软件和FLAC有限差分软件，将之运用到实际工程中，通过辅助计算，改变学生“学无所用”的错误想法。[4]如在学生毕业设计的完成过程中，数值分析方法在某个问题中的必要性明显，通过指导老师的指导和学生的努力，学生较好地模拟了一些工程问题，再加上学生较为扎实的理论基础和将其运用到工程实际的能力，答辩通过率几近100%。 4.了解行业现状，明确教学目标 21世纪是地下空间的世纪。随着我国城市化的进程，地下工程蓬勃发展趋势不可阻挡，然而本行业还存在诸多问题制约着国家的发展和祖国的建设。例如，我国岩土工程技术规范标准方面，据初步统计，不包括各省市所编制的地方标准，我国岩土工程方向的国家标准和行业标准就有200余部，各行业规范自成体系，形成了名词术语、岩土分类、参数、公式、设计理论高度不一致的局面，而重大工程的建设常常需要数名甚至数十名各专业技术人才，这就造成了各专业人员交流困难，工期拖延情况屡见不鲜。自国家实施西部大开发起，各类复杂性的工程技术问题常有报道，如青藏高原铁路的建设，曾遇到过各类国际性的技术难题，多年冻土的影响一度困扰着大量学者和工程技术人员。内蒙古自治区作为西部GDP第二的省区，十年西部大开发发生了翻天覆地的变化，而内蒙古科技大学作为自治区高等院校，理应培养出见闻广博、理论扎实、有较强工程实践能力的高级技术人才，使之投身于西部建设，不怕艰难险阻，牢记校训“百炼成钢”，这是我校的教学目标，教师应牢记于心，以提高学生综合素质并为此更加辛勤地努力。 三、结语 岩石力学是岩土与地下结构工程专业一门重要的专业课，本次教改实施一年有余，已取得部分预期效果，在实施的过程中深深体会到教学工作的复杂性和重要性。综合素质对于这个专业的人才培养是最重要的，教改的实施对于学生自身的发展，对社会都是有着重要意义的。 岩石力学论文:基于岩石力学理论的三压力预测技术研究及应用 摘 要：做好地层三压力预测工作，对保护油气层，提高钻井成功率，降低钻井成本具有重要意义。苏仁诺尔油田断层、裂缝十分发育，储层非均质性强，钻井施工中喷、漏、卡等复杂事故时有发生。本文针对这样的地质特点采用声波时差法计算地层孔隙压力；从岩石力学基本原理出发，根据库伦-摩尔准则和拉伸破坏准则建立坍塌压力和破裂压力的计算模型。并开发了适应于苏仁诺尔油田的地层三压力剖面预测软件。该软件能够对井身结构进行优化设计，为钻井液密度设计提供可靠依据；完钻后利用实测压力资料和测井资料对计算结果进行了验证， 应用表明，该法预测精度较高，可满足现场施工要求。 关键词：岩石力学 孔隙压力 坍塌压力 破裂压力 预测模型 在钻井中，准确的预测地层孔隙压力、破裂压力和坍塌压力，能够确保钻井液密度设计和井身结构设计的合理性[1]，对油气层保护，提高钻井成功率，降低钻井成本也起到至关重要的作用。苏仁诺尔油田地质情况比较复杂，断层、裂缝十分发育，岩性复杂，储层非均质性强。该地区以往，地层三压力预测主要通过经验和钻后验证，精确性和准确性都较差。钻井施工中喷、漏、塌、卡等复杂事故时有发生，加大了钻井风险，增加了钻井成本，延长了钻井周期，同时也给油气层带来更大的伤害。 结合苏仁诺尔油田实际，在预测地层孔隙压力方面，采用声波时差法计算。本文从岩石力学角度出发，建立了地层破裂压力和地层坍塌压力预测模型；进而利用苏仁诺尔油田的常规测井资料连续地计算了该区的地层坍塌压力和破裂压力，从而有效地指导了钻井施工，收到了良好的效果。 一、三压力预测模型的建立 1.地层孔隙压力预测模型的建立 根据苏仁诺尔油田的地质特点，分析表明采用声波时差测井资料分析法预测地层孔隙压力效果较好。 对于正常压力泥页岩地层，随着埋深的增加，地层的孔隙度逐渐降低，声波时差逐渐减小。出现异常压力后，声波时差不再随埋深增加而减小，出现声波时差异常增大现象。据此可以预测地层的异常压力，预测过程如下： 从岩石力学角度看，井壁稳定与否取决于井眼围岩的应力大小与地层强度。若井眼围岩的应力小于地层强度，井眼是稳定的；若井眼围岩的应力大于地层强度，井壁将产生破坏，导致井下复杂[4]。根据库仑-摩尔准则和拉伸破坏准则推导地层坍塌压力和破裂压力的表达式。 2.1地层坍塌压力表达式 研究中选择了库仑-摩尔准则作为剪切破坏的强度判据。这个准则认为岩石沿某一平面发生剪切破坏，不仅与该面上剪应力大小有关，而且与该面上的正应力有关。岩石并不沿着最大剪应力作用面产生破坏，而是沿着其剪应力与正应力达到最不利组合的某一面产生破裂。其表达式如下： 井眼围岩的应力大小与井眼内的钻井液密度有关，随着钻井液密度的降低，井眼围岩的剪应力不断提高，当超过岩石的抗剪强度时，岩石将发生剪切破坏。发生剪切破坏的临界井眼液柱压力称为坍塌压力，一般情况下简称为坍塌压力[2]。 当井眼液柱压力较低（即钻井液密度较低）时，在井壁上会出现较大的剪切应力而使井眼发生坍塌[8]。可得坍塌压力的表达式： 表达式中包含两个变量：井眼液柱压力 和圆周角 。在0～180°之间选择圆周角 ，求解井眼液柱压力最大值 ，即为保持井眼稳定的井眼液柱压力下限―坍塌压力 。 2.2地层破裂压力表达式 当钻井液液柱压力过高时，在井壁处会出现拉应力，当拉应力超过地层的抗拉强度时，就会出现拉伸破坏（拉伸破坏准则）。 2.3 计算模型相关参数的确定 利用地层坍塌压力和地层破裂压力计算模型求取地层的坍塌压力和破裂压力，必须已知地层的原地应力、弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、孔隙压力、有效应力系数等参数[3]。由测井数据间接获取地层的力学参数，可以计算出任意深度地层三压力，进而可获取地层三压力剖面。 2.3.1地层弹性参数 通过岩石力学性能实验可以把标准公式中的力学参数转换成某一施工地区的力学参数，对苏仁诺尔油田20块岩心试样进行了测试，共获得430个数据，通过回归处理得到了该地区的弹性模量、和泊松比计算公式。 二、压力预测软件 基于上述研究，利用所建立的模型编制了地层三压力预测软件，通过输入声波、密度等测井数据以及井眼轨迹参数和地应力参数计算得出地层三压力剖面。进而应用该软件预测地层三压力，为合理设计井身结构、钻井液密度提供可靠依据[6]。 三、现场应用 为了验证地层三压力剖面的预测精度，在苏仁诺尔油田选取苏3-1井、苏301-1井和苏20-2井3口新钻井进行了钻前预测，完钻后利用实测压力资料对预测精度进行了验证。新钻井现场实验的基本过程是：首先利用邻井测井资料通过外推法预测待钻井的地层三压力剖面[9]（如图1），然后根据地层压力剖面进行钻井液密度设计和井身结构设计；完井后根据现场测压数据和实测的测井资料检验压力剖面的精度[5]。实测值均在预测值范围内（见表1和表2），吻合程度较好，该方法的预测精度较高。 四、结论与认识 1.本文基于地层三压力计算一般理论，从岩石力学和破环准则等角度出发，建立了适合苏仁诺尔油田地质情况的地层三压力预测模型，提高了地区适应性，实现了利用常规完井测井资料预测地层三压力的目的。 2.利用所编制的三压力预测软件，处理工区测井资料，明显提高了地层压力预测的精度，为合理设计井身结构、钻井液密度提供了可靠依据，对于安全高效钻井具有重要的意义。 岩石力学论文:岩石力学及地层抗钻特性预测研究与应用 【摘要】大港油田深部地层岩性致密，研磨性强，抗压强度大，可钻性差，机械钻速较低，严重影响了油田的钻井周期和钻井成本。本文通过实钻岩心抗钻特性试验研究、岩石力学特性参数纵横向分布规律及地层岩石抗钻特性分析、地层岩石可钻性分析、钻头动态数据库的建立及钻头优选评价等技术研究，优选了适合大港油田不同地层的钻头，并针对深部特殊地层进行了钻头个性化设计，机械钻速显著提高。本文的研究为准确分析和预测大港油田深部地层岩石可钻性提供新的技术手段，对提高大港油田的钻井效率具有重要的促进作用。 【关键词】测井资料 钻头 可钻性 岩石力学 抗钻特性 大港油田钻井过程中主要钻遇平原组、明化镇组、馆陶组、东营组和沙河街组，各区块机械钻速总体呈下降趋势，特别是深部地层岩性致密，研磨性强，抗压强度大，可钻性差。实钻结果表明进入东营组地层后随着岩石强度的增加机械钻速迅速降低，尤其是沙河街组地层深部机械钻速明显偏低，仅为沙河街上部的一半左右，严重制约了钻井速度和勘探开发经济效益的提升。为加快深部沙河街组地层钻井速度，提高整体经济效益，有必要针对大港油田地层岩石可钻性开展研究，分析研究出其分布规律，进而优选出适合该地区地层的钻头，以指导优快钻井技术方案的制定。 1 地层岩石力学特性参数的测定 为系统开展岩石力学性质参数及可钻性的测试和分析，本文收集了17块岩心，进行了声学试验、抗压强度试验、岩石硬度试验和岩石可钻性试验，为准确掌握大港油田深部地层的岩石可钻性规律提供了基本数据参考依据。岩石力学参数试验结果如表1所示。 2 岩石力学特性参数纵横向分布规律 2.1 弹性模量及泊松比 假设岩石为各向同性无限弹性体，根据纵波速度和横波速度计算动泊松比和动弹性模量的关系式为： 3.3 地层岩石可钻性剖面的确定 根据以上回归得到的声波时差与牙轮钻头和PDC钻头关系方程，结合声波测井资料，计算并绘制出地层岩石可钻剖面，由图可以看出，沙河街组牙轮可钻性级值主要分布在5-7 之间。根据岩石可钻性与地层硬度的分类关系，可以确定该地层属于中一中硬地层。 4 钻头动态数据库的建立与钻头优选及个性化设计 4.1 钻头优选 为了方便查询大港油田使用的钻头，为钻井工作提供借鉴参考，收集了近四年探井使用过的钻头，建立了钻头资料数据库。同时利用机械钻速法对钻头进行了优选。 机械钻速法是将各层位大于该层位平均机械钻速和进尺的钻头挑选出来，显然大于平均机械钻速和大于平均进尺的钻头使用效果较好，其他的钻头使用效果相对较差。选优出的钻头应用后，井深大于4500m的深探井，机械钻速提高了6.5%（由4.75m/h提高到5.06m/h）。4.2 PDC钻头个性化设计 为了提高钻头在硬夹层以及高研磨性地层切削效率，通过对大港油田深层钻头磨损情况，从以下几个方面进行改进以个性化设计实现深层钻井的提速：4.2.1？切削齿技术的改进 QuantecTM 系列PDC钻头自2010年在大港油田试用之后，取得了良好的使用效果。通过对其磨损分析，认为如果该钻头切削齿耐磨性能够提高，该钻头还可以取得更长的单只进尺。故优化设计了Q型齿的加强版Quantec ForceTM。该钻头系列具有以下特点： （1）金刚石层相对更薄，在钻压相同的情况下，对比更厚的金刚石层，其吃入地层所需的能量更小； （2）金刚石层颗粒以及组分进行优化，抗研磨性能提升了15%； （3）金刚石层与碳化钨基座的几何胶结形状进行优化，减少了由于金刚石层被冲击破坏而剥落的概率，提高了切削齿的抗冲击性。 4.2.2？钻头稳定性加强 通过加入贝克休斯专利的“D”技术，提高钻头在井底工作时的稳定性。同时，增加心部布齿密度减少切削齿暴露深度。 4.2.3？钻头攻击性设计 （1）针对钻头芯部切削齿磨损轻微的特点，减少切削深度控制力度，即适当增加芯部切削齿的出露。从磨损情况来看，芯部齿完好，且没有发生崩齿现象。 （2）适当减少鼻部和外肩部的切削齿后倾角度，从磨损情况来看，角度更小，速度更快，但是还是存在外肩部轻微崩齿的风险。4.2.4？钻头布齿技术和独特后倾角设计 选用更加平滑的钻头剖面，针对深层钻头吃入困难，夹层频繁稳定性差的特点进行电脑软件模拟，优化钻头切削齿的安放位置使钻头合力指向中心。钻头心部，鼻部到外肩部和保径部的切削齿倾角优化模拟，从内到外依次提高后倾角角度以达到平滑切削的目的。 岩石力学论文:误差理论在岩石力学试验数据分析中的应用 [摘 要]在一组岩石力学性质试验数据中，有时候会出现个别的异常数值，从直观上看，该数据与其它数据有较大差异。然而如何处理这些异常数据，使实验结果更加准确，仍缺乏理论上的依据。文中简要介绍了应用误差理论的方法，对岩石力学性质试验数据异常值进行分析处理并进行计算，该方法的成功应用使岩石力学性质实验结果更加可靠。 [关键词]误差理论 岩石力学性质 试验 数据处理 异常值 剔除 一 引言 在测岩石力学性质的一组试验数据中，会出现个别的异常数值，从直观上看，该数据与其它数据差异很大。在处理试验数据时，对于这样的个别异常值，是否要别除？如果单纯凭直觉判断，似乎缺乏理论上的依据。首先要从技术上找原因，分析其是由于试验过失误差，还是其他什么原因造成的。当不易找到其他原因时，可以采用误差理论的方法进行检验，通常取显著性水平0.05或置信度为95%，然后判断这个异常数据是否应剔除。用误差理论的方法进行检验是非常必要的，检验方法也很多，这里应用误差理论方法分析岩石力学性质试验数据的异常值[1-7]。 二 异常值的检验 在整理试验数据时，往往会遇到这种情况，即在一组实验数据中，发现少数几个偏差特别大的可疑数据，这类数据又称为离群值或异常值，它们往往是由于过失误差引起的。对于可疑数据的取舍一定要慎重，一般处理原则如下。 （1）试验过程中，若发现异常数据，应停止试验，分析原因，及时纠正错误。 （2）试验结束后，在分析试验结果时，如发现异常数据，则应先找出产生差异的原因，再对其进行取舍。 （3）分析试验结果时，如不清楚产生差异的确切原因，应对数据进行统计处理，在处理岩石力学性质试验数据异常值用的统计方法有拉依达（Pauta）准则、格拉布斯（Grubbs）准则、狄克逊（Dixon）准则[8]，若数据较少，则可重做一组数据。 （4）对于舍去的数据，在试验报告中应注明舍去的原因或所选用的统计方法。 三 用误差理论的方法判断并剔除异常试验数据 （一）用拉依达准则检验煤样的抗压强度异常数值 依达准则剔除异常值虽在科研上普遍采用，但对其使用范围和如何简便快捷地剔除异常值很少涉及。为此，首先需要明确，该准则只有在测量次数较大时才适用，至少应使次才行，否则使用该准则无效。因为如果时，即使测量列中存在含有粗大误差的异常值，也不能判断出来予以剔除。下面用拉依达准则检验主焦煤矿煤样的抗压强度异常数值 该检验法适用于试验次数较多或要求不高时，这是因为， 当时，用作界限，即使有异常也无法剔除：若用作界限，则次以内的试验次数无法舍去异常数据。 （二）用格拉布斯准则检验粗煤岩样抗拉强度的异常数值 检验粗煤岩样的抗拉强度的异常数值，四次测得数值为（/Mpa）：问是否有数据被剔除？ 用格拉布斯准则检验可疑数据XP时，应用的前提条件：首先认为随机样本来自正态总体，并服从正态分布[1-7]按它们的大小，从小到大的顺序排列，设……，即最小，最大，如果怀疑，或者为异常数值，那么可以这样来进行判定。先求出它们的算术平均值和标准偏差；然后计算出统计量与临界值。 四 结论 通过以上检验得到岩样、煤样、粗煤岩样的抗压，抗拉强度试验数据皆为正常值。误差理论分析结果可以为测岩石力学的性质提供科学的依据，随着煤矿科研发展的需要，误差理论必定还将得到广泛的应用，许多新的理论和方法将不断产生，处理各类岩石力学性质实验数据的方法体系日趋完善，随着计算机的普及，处理岩石力学性质实验数据的能力已有很大提高，为许多复杂统计方法的实际应用创造了条件，必将加速数据统计在岩石力学性质实验中的推广应用。 岩石力学论文:深层岩石力学试验技术在石油工程中的应用 [摘要]岩石力学在石油工程中日益显示了其重要性。本文作者从专业角度分析了深层岩石力学试验技术，分析了深层岩石的力学特征，为其在石油工程中的应用有指导意义。 [关键词]深层 岩石力学 石油工程 在深层岩石力学研究中，所涉及的地层深度大多在2 000～8 000 m范围内，研究对象以沉积岩层为主体，岩石处于较高的围压（可达200MPa）、较高的温度（可达200℃）和较高的孔隙压力（可达200MPa）作用下。这与水电站的坝基设计、高边坡稳定、隧道和巷道的开挖及支护、建筑的桩基工程、地下洞室、城市地铁建造等不超过1 000 m深度的地表或浅层岩石力学问题不同，也不同于以火成岩和变质岩为研究主体，深度超过万米的下地壳、上地幔岩石物理力学问题。20世纪60年代以来，随着我国大庆油田等油田的开发，岩石力学在石油工程中日益显示了其重要性。 主要研究范围包括： （1）深层地应力测量理论与技术； （2）深部地层环境下的岩石力学性质； （3）岩石应力、渗透性的声学响应特性及岩石物理力学性质的地球物理解释； （4）构造应力场的数值模拟及其在油气勘探与开发中的应用； （5）深层岩石中天然裂缝的形态、分布和预测理论。 1深层岩石力学参数的室内试验测定 岩石的力学特性参数包括强度参数和弹性参数。涉及的参数主要为抗压强度、内摩擦力、内摩擦角、泊松比和杨氏模量。 目前，岩石力学特性参数的测定主要有2种方法：静态法和动态法。 静态法是通过对岩样进行加载试验测得其变形而得到参数，所得参数为岩石静态力学特性参数。 动态法是通过测定超声波穿过岩样的速度得到参数，所得参数为岩石动态力学特性参数。 根据实际受载情况，岩石的静态力学特性参数更适合工程需要。迄今为止，岩石的静态力学特参数的测定方法已比较成熟，有了一套规范的试验程序和数据处理程序。但静态法需从4地下取出待研究井段的岩芯，在室内做单轴或三轴应力试验，其缺点是成本高、时效性差、资料的代表性较差；而动态法利用声波测井资料，可直接求出原地应力下的动态力学特性参数，获得岩层沿深度的连续的力学特性资料。 静态法一般采用常规三轴压缩试验方法。试验机包括2种：柔性试验机和刚性试验机，柔性试验机适用于金属材料。 由于柔性试验机在试验过程中要储存大量的弹性能量，要得到岩石材料的全应力-应变曲线必须使用刚性试验机。 一般刚性试验机性能精密，造价昂贵，目前，国内引进的美国MTS815，MTS816和Terra Tek岩石力学试验测试系统，具备全面准确的行为控制、测试、数据后处理功能。温度、压力指标均可满足深层岩石力学基础试验的要求。 2静态和动态岩石力学参数的关系 岩石力学特性参数的静态值和动态值存在着一定的差异，静态弹性模量普遍小于动态弹性模量，而静态泊松比有的大于动态泊松比，有的小于动态泊松比。根据实际受载情况，岩石的静态力学特性参数更适合工程需要，利用声波法得到的岩石动态力学特性参数不能直接用于工程分析中。 因此，利用现场提供的纵波测井、密度测井、地层压力、部分岩芯等资料，寻找动、静态力学特性参数之间的关系以及静态参数之间的关系有着积极的意义。通过我国各主要油田砂泥岩的三轴试验研究发现，静态泊松比随围压增大而增大，岩石的泊松比、弹性模量同所处的深度有关，并提出了岩石泊松比、弹性模量和强度随地层深度、声波速度变化的规律。 3分层地应力 地层间或层内不同岩性岩石的物理特性、力学特性和地层孔隙压力异常等方面的差别，造成了层间或层内地应力分布的非均匀性。某些地层特别强烈的地应力各向异性对井壁稳定有着非常显著的影响，层间应力差对水力压裂裂缝的扩展也起着重要的约束作用，同时，对定向钻井和防斜打直也有着重要的影响。 目前，对于分层地应力主要采用以下几类预测模型：单轴应变模式：假设地层在沉积过程中，水平向的变形受到限制，则水平方向的地应力由上覆压力产生，主要包括如下模型：Mattens-Kelly模型，Terzaghi模型，Anderson模型，Newberry模型。单轴应变模式没有包括构造应力项，适用于弱构造运动地层。 石油大学“六五”模式：假设地下岩层的地应力主要由上覆岩层压力与水平方向的构造应力产生，且水平方向的构造应力与上覆压力成正比，该模式考虑了构造应力的影响，但没有考虑弹性地层和岩性对地应力的影响。石油大学“七五”模式：在石油大学“六五”模式的基础上，假设地层为匀质各向同性的线弹性体，并假定在沉积后期地质构造运动过程中，地层与地层之间不发生相对位移，所有地层2个水平方向的应变均为常量。这种模式意味着地应力与地层的弹性模量和泊松比均有关系，此模式可解释砂岩地层比相邻页岩地层有更高地应力的现象。 4深部地层断裂韧性的测量与预测 断裂韧性又称临界应力强度因子，是裂纹体分析中的关键参量，表征了线弹性裂缝尖端场（应力和应变）的奇异性程度，其数值与裂纹体的几何形状和所受载荷一般无关，因而，是物质材料的一个基本属性。根据试件加工的严格要求以及可能存在的问题，专门设计了岩石断裂韧性测试岩芯制作加工装置和断裂韧性试验仪。深入地研究了断裂韧性与其他物理力学参数间的关系。因为由测井资料可以得到地层密度、声波时差或声波速度以及泥质含量，再根据上述的试验资料统计关系，岩石的断裂韧性就可以通过声波测井资料、密度测井资料以及伽马测井资料计算得到。 岩石力学论文:岩石的地质本质性及其岩石力学演绎探讨 [摘要] 岩石力学以岩石为主要的研究对象，但其原材料-岩石，却和其他工程材料有较大区别，具有较明显的特殊性，而其主要目标则是探讨岩石的力学性能。文章首先分析了岩石力学与地质力学之间的关系，并在此基础上，从岩石的物质性与次生演化方面入手对岩石的地质本质性进行了研究，再对岩石的力学本构性等特性作了相关探讨，旨在建立一种岩石地质学与石力学相互认识及深入结合的知识通道。 [关键字]岩石 地质本质性 石力学 0引言 岩石是一种经过了漫长的地质历史和多种地球动力作用而形成的一种自然造物，并因此具有了其特殊的本质性。本文先对岩石力学与地质学的关系、岩石的地质本质性进行了相关分析，再对岩石力学本构性作了阐述，以期为岩石力学的进一步发展提供有利依据。 1 岩石力学和地质学的相关分析 1.1岩石力学和地质学的学科关系分析 岩石力学该门学科发展的研究目标是力学理论，其研究对象则是岩石。岩石属于地质产物，又称地质体[1]。从广义上理解岩石力学，岩石力学实质是力学和地质学结合而成的交叉学科，若从侧重点的角度看，岩石力学更侧重于力学和岩石地质的结合。岩石力学是一门应用基础学科，其研究任务主要是岩石的工程建设及地质资源的开发工程。从岩石力学的发展趋势看，更具深度与广度的力学、地质学势必会和和工程学科相结合。所以，地质学一定会变为岩石力学和岩石工程学科的一门支柱性基础学科。 1.2地质学的相关分析 地质学以地球为研究对象，特别是对地壳的研究，主要研究任务是对其物质组成与结构、形成、演化的地质动力作用及其过程进行研究，而地质学的核心研究思路则是地质历史的时空重建，通过以层序与构造分析为基础，采用一些现代的物理化科学方法、技术方法，使传统的地质学科进入到了现代科学行列[2]。 1.3工程地质学的相关分析 工程地质学该门学科的应用性较强，主要研究任务对工程建设的地质条件、出现的问题及治理措施进行研究，重点是对工程的地质作用进行研究，包括人类工程活动与地质环境之间的相互作用与制约。工程地质学的主要学科领域包括工程地质力学、工程岩土学、工程环境地质学、地质灾害学、资源地质工程学等[3]。 2 岩石的地质本质性分析 物体的本质性指的是物体本身的物理特性及结构而形成的内在本性。许多岩石力学家都认为岩石属于一种较特殊的材料，而其特殊性主要决定于地质本质性，同时，岩石还具有演化性。 2.1岩石的物质性分析 岩石属于矿物的结合体，是由矿物组合而成，而其物质性主要由成岩及其演化过程中所形成的矿物组合情况决定。 2.1.1原岩物质的相关分析 岩浆岩属于原始岩类，而其物质组成部分主要是由岩浆的成分决定；同时，因为变质岩与沉积岩都是次生岩类，所以岩浆岩也是地壳岩石的基本组成物质，常见的造岩矿物包括石英、云母、长石等暗色的矿物，这些造岩矿物的力学硬度与强度差异较大，其中以石英的强度最高、长石次之，那些暗色且呈鳞片状或者针状的矿物，不仅刚度小，强度也较低。矿物力学特性的差异会对岩石力学性能造成直接的影响。 在岩石中，较典型的岩浆岩则为花岗岩，该岩石一般含有较多的长石与石英，所占的比例约分别为40%～50%，但暗色矿物一般只占15%左右。不同岩类的矿物由于比例不相同及所含的矿物成分也不尽相同，因此使岩石具有多样性。沉积岩是次生岩类，其矿物组成是对原岩次生变化以及在沉积前发生于地面和水面的变化的反映。除了较典型的造岩物以外，岩石中还包括大量的岩类、黏土以及次生蚀变矿物等。化学沉积岩则主要是碳酸盐或者其他的岩类组成。同时，变质岩也是次生岩类，而浅变质岩的组成基本还和原岩一样，且原岩经过高温作用会出现熔融与再结晶的现象，最终形成深变质岩，常见的如花岗片麻岩。 在岩石的构成中，矿物晶体或者原岩颗粒之间一般是由基质充填；在结晶中，其物质组成与颗粒相似，但主要是以隐晶或者非晶质的物态呈现出来。在沉积岩中，其充填物主要是泥质、硅质与钙质，尤以硅质最强，泥质最软弱，其中硅质与钙质都是坚硬充填物。 因此，岩石在成岩之后其力学强度便会具有显著差异，软弱组分主要是降低岩石的强度，并增大岩石的环境敏感性，在后期的演化中容易发生变异。 2.1.2关于次生演化的相关分析 在后期的演化过程中，岩石会出现两种转化情况：①由坚硬组分向软弱物质转化；②由软弱组分向坚硬物质转化，两者皆属于原生矿物向次生矿物转化。从岩石工程力学性能的角度看，重点的考察对象则是岩石软化。 由上述可知，岩石的物质性主要包括矿物的组成与变异。尽管造岩矿物居于主导地位，但从岩石力学与工程研究的角度看，重点是研究软弱组分，特别是对粘土化的判定，其中以高岭石化与蒙脱石化的测定最为重要，而在某些时候，当岩石出现粘土化时，不仅会降低力学参数，还会对其均一性造成影响，甚至会改变力学的本构模型。 2.2岩石结构性的相关分析 岩石结构性指的是尺度不同的结构体其形态、排列及相互间的连接特征，是其对岩石力学特性的影响作出的一种反映[4]。岩石的结构是随着成岩而形成的，且会在后期的构造作用及次生演化中得到强化与确立。岩石的结构一般有原生结构与次生结构之分，而两种结构的构造特点有着较大的区别，并在后期的演化过程中发挥着不同的作用。 3关于岩石力学本构性分析 可以通过两个不同类型观点帮助认识岩石本构性：其中一个就是不连续力学观点，另外一个是连续力学观点。如果从使用目的方面而言，通常采用断续性观点，因为这一观点能满足实际地质具有的属性及本质。但是在研究普适性的相关方法及理论知识方面做得不够，需要进行深入了解。本文认为从岩石地质本质性角度进行分析，其结构比较复杂，因此可以选用多元耦合力学模型帮助表示。在实际中，大部分已有岩石力学本构模型也在不断尝试在某一类已有模型前提下将另外一类模型要素添加进来，以便获得满足实际需求。 不同岩石，即便是小型的手标本岩石，也会存在差异。对于含有较软弱的胶结物，或者是脆性较强的岩质颗粒的岩石，在处于风化作用或局部蚀变作用下也可含有软弱性较强的蒙脱石和伊利石等黏土矿物。在应变以及应力不断发展中，该类物质结构要素在这一阶段中体现出应力分布情况不均匀，在出现三个方向的外荷载作用下也会出现拉应力以及偏应力。若外荷载三个方向不等压情况时，在岩石中出现拉应力、局部偏应力强度也会增大。如果外荷载作用达到一定程度时，可以使岩石中一些成分材料出现屈服，导致某部分裂面结构出现滑移、张开情况，此时结束了全部弹性变形情况。 4 分析岩石物质结构情况以及岩石具备的工程力学性能情况 对岩石形成及演变过程进行综合分析，并结合主要形成物质的结构和成分，以及其工程特性，能将工程岩体类型分成3种：层状岩体类型、节理状岩体类型以及碎裂岩体类型[5]。 4.1层状岩体类型 其是主要表现是层状沉积岩，组成成分是岩质颗粒，因为泥质胶结物质含有大量黏土物，所以存在胶结连接。黏土物质分布情况是按照层进行分布，而薄层软岩则共同组成了软弱层岩体。其在构造作用下会出现褶皱现象，并在已有裂缝情况下继续演变，然后出现构造断裂现象，一般为场地的第三和第四级别结构面。很少出现贯穿第一和第二级软弱结构或是断裂结构面情况。 4.2节理状岩体类型 其主要是结晶岩类型，组成成分是造岩矿物，存在结晶连接，具有的软弱片状矿物质相对比较少，黏土物质也比较少。已有裂缝也会在一定基础情况下继续发展，然后承受一定构造作用，并出现小断层、节理裂隙情况等，一般为场地的第三、四级结构面，穿过场地的第一、第二级断裂结构、软弱面情况比较少，出现浅层演化以及次生演化不强。 4.3碎裂岩体类型 给类型岩体是由层状岩体、原生块状岩体遭受严重构造作用，或者是遇到严重浅层、次生演变情况，从而出现严重碎裂情况以及变形现象，使岩石松弛而造成裂隙情况。 5结论 总之，岩石具备的三大属性分别是：①物理本属性；②地质本质性；③力学本构性。三种属性类型共同发挥作用可以帮助更好的深入了解岩石力学知识，提高工程研究水平。理论上认为岩石力学学科属于一门多种学科知识相互交叉分布，不仅有合作，还具有分工工作的学科。因此，地质学者需要重视岩石具有的地质本质性方面内容，另一方面也不能忽视物理本属性以及力学本构性方面内容的研究。如果岩石力学研究者可以了解及掌握更多岩石地质特征知识，并进行综合分析，能帮组更好建立本构模型，以及进行力学参数的选择工作，以便达到符合工程需要的相关要求。在自然资源开发工作中以及基础工程建设施工中都会应用到岩石力学，所以其需要融汇多种不同学科知识才能很好的完成整个工作流程。 岩石力学论文:岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用 【摘要】本文详细的讲述了岩石力学的中心内容以及基础特点，并且深入的研究了岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用。其中包括了岩石力学与地质学的结合，国内外工程采矿工程的现状，工程实例等。 【关键词】岩石力学，金属矿山，采矿工程 前言 伴随着人类文明的前进，越来越多的新型学术不断出现。而岩石力学是一门就目前来说比较边缘的学科之一。而且其实践性非常强，适用的范围非常的广泛。例如建筑类、铁道通路类、石油、地下工程、海洋等等。岩石力学领域已经与我们的日常生活愈发的息息相关。 二、岩石力学与地质学的结合 1.岩石力学与地质学的学科关系 岩石力学将力学理论作为学科发展的研究目标，而岩石则是岩石力学研究的对象。岩石是一种地质产物，也可称地质体。广义上讲，岩石力学应是力学与地质学相结合的交叉学科，若更有针对性地来看，岩石力学侧重于固体力学与岩石地质学的结合。岩石力学属于应用基础学科，它的研究任务是以岩石工程建设为己任，也包括地质资源的开发工程。更广更深的力学、地质学，与工程学科的结合势在必行。因此，地质学必然成为岩石力学与岩石工程学科的支柱性基础学科之一。 那么，岩石力学与岩石工程学科从地质学中究竟能有何得益，地质学在哪些领域对岩石力学与岩石工程学科的研究和发展可能做出贡献，这就是本文所试图回答的主要问题。地质学是地球科学的一个分支学科。地球科学包括大气、海洋、地理和固体地球科学等固体地球科学则包含地质学、地球物理学和地球化学。 从广义和实用的角度看，地质学同其他地球科学的分支有着密切的交叉，因而也含有与它们相关的研究内容。地质学的研究对象是地球，尤其是地壳，重点在于研究它的物质组成和结构，以及其形成、演化的地质动力作用和过程。地质学的核心研究思路是地质历史的时空重建，在层序和构造分析的基础上，地质学家采用了许多现代数理化科学和技术方法，从而使传统的地质学科步入现代科学行列。 岩石力学与地质学结合的知识通道 岩石力学家大多认识到地质学是岩石力学的重要基础学科，在岩石力学的本构建模及岩石工程分析计算中试图尽可能地考虑岩石特性及地质条件，但是地质科学涵盖着大量分支学科，从何入手仍是很大的问题。 地质学家也很热心于为岩石工程建设做出自己的贡献，然而难于确定适当的切入点和深入的方向。显然，构建一条地质学和岩石力学间相互沟通的知识通道是必要的。事实上，岩石力学及土力学同地质学的结合从一开始就被认为是学科发展的要点之一。 Terzaghi和Muller教授皆为后人做出了楷模。进入2l世纪以来，国际岩石力学学会、土力学与岩土工程学会及工程地质与环境学会合作构建了国际地质岩土工程学会联合会(FederationofInternationalGeo—engineeringSocieties，FIGS)。联合会约定的分工如下：工程地质做出地质建模，岩土力学进行计算分析，岩土工程开展设计和施工。这一方案思路简洁可行，但要融合成为整体尚有很大空间，需做大量工作。 国内外深部工程现状 据不完全统计，国外开采超千米深的金属矿山有80多座，其中最多为南非。南非绝大多数金矿的开采深度大都在l000m以下。其中，Anglogold有限公司的西部深井金矿，采矿深度达3700m，WestDriefovten金矿矿体赋存于地下600m，并一直延伸至6000m以下。印度的Kolar金矿区，己有三座金矿采深超2400m，其中钱皮恩里夫金矿共开拓ll2个阶段，总深3260m。俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山采准深度达910m，开拓深度到1570m，预计将来达到2000-2500m。 另外，加拿大、美国、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过l000m。国外一些主要产煤国家从20世纪60年代就开始进入深井开采。1960年前，西德平均开采深度已经达650m，1987年己将近达900m；原苏联在20世纪8O年代末就有一半以上产量来自600m以下深部。根据目前资源开采状况，我国金属矿山开采深度以每年8～12m的速度增加，东部矿井正以100t250m／(1Oa)的速度发展。近年己有一批矿山进入深部开采。 其中，在金属开采方面，沈阳采屯矿开采深度为l197m、开滦赵各庄矿开采深度为l159m、徐州张小楼矿开采深度为l100m、北票冠山矿开采深度为l059m、新汶孙村矿开采深度为l055m、北京门头沟开采深度为l008m、长广矿开采深度为l000m。在金属矿开采方面，红透山铜矿目前开采己进入900到l100m深度，冬瓜山铜矿现已建成2条超l000m竖井来进行深部开采，弓长岭铁矿设计开拓水平750m，距地表达l000m，夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至l050m，湘西金矿开拓38个中段，垂深超过850m。此外，还有寿王坟铜矿、凡口铅钵矿、金川镍矿、乳山金矿等许多矿山都将进行深部开采。可以预计在未来20年我国很多金属矿山将进入到l000～l500m的深度。 四、金属矿山开采工程今后的研究重点 虽然目前对于金属矿山开采工程研究己取得了一部分成果，总的来看，侧重技术、注重个案，深层次的基础研究重视不够，因此，根据我国金属矿山资源开采情况，要保证我国主体后备资源供给，深入开展100一1500m矿山开采基础理论研究迫在眉睫。 金属矿山开采工程中的岩石力学问题由于处于“三高一扰动”的复杂力学环境，使得金属矿山岩石力学行为以及深部灾害特征与浅部明显不同，基于浅部开采建立起来的传统理论己不再适合于深部开采，主要表现在： 1、强度确定在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，其工程岩体强度一般采用岩块的强度即可，即在实验室对岩块进行加载直至破坏所确定的强度。而在金属矿山开采条件下，由于地应力水平比较高，工程开挖后，工程岩体在高围压作用下，一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化，并不是简单的表现在受拉或受压，而是复杂的拉压复合状态，即径向产生卸载，而切向产生加载，因此，其工程岩体强度就不能简单的用岩块强度来确定，必须建立符合金属矿山开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。 2、稳定性控制理论在浅部开采条件下，由于所处的地应力水平比较低，工程开挖后，围岩一般不会产生破坏，因此，采用一次支护即可实现工程的稳定性。而深部开采条件下，工程开挖后，在高于工程围岩强度的围压作用下，工程围岩就会产生破坏，此时采用简单的一次支护就不能满足工程稳定要求，必须采用二次支护或多次支护才能实现工程的稳定性。因此，由浅部建立起来的稳定性控制理论己不再适合，必须建立适合金属矿山开采工程的二次(支护)稳定性控制理论。 3、设计理论在浅部开采条件下，由于工程围岩所处的力学环境比较简单，因此，在进行稳定性控制设计时，采用传统的线性设计理论即可奏效。而金属矿山开采环境下，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，使得在进行稳定性控制设计时，就不能简单的采用一次线性设计，而必须考虑采用二次以至更复杂的多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。 今后研究重点针对金属矿山开采工程中存在的岩石力学问题，今后主要研究方向集中在深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、金属矿山开采地表环境损伤控制等方面。 深部岩石力学基本特性研究深部“三高一扰动”的复杂环境，使深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生根本性变化，也是导致深部开采中灾变事故出现多发性和突发性的根本原因所在。因此，金属矿山岩体长期处于“三高”环境下，由于采掘扰动所表现出的特殊力学行为是金属矿山资源开采所面临的核心科学问题。其中，金属矿山高应力场成因及多个应力场的藕合作用状态研究、深部复杂应力状态下岩体拉压复合强度确定方法及其灾变机理将是今后研究的重点。 金属矿山开采工程稳定性研究与一般地表工程不允许进入塑性破坏状态不同，金属矿山开采工程稳定性问题是研究开采围岩破坏后与支护系统相互作用达到二次稳定的复杂力学问题，包括金属矿山矿层采动引起顶板破断后，采场局部顶板结构与支架相互作用，达到二次稳定的作用机理以及与采场相配套的巷道围岩产生塑性大变形后与支护体系相互作用达到二次稳定的作用机理。同时，由于金属矿山采动条件下工作面回采所形成的采动应力场与巷道掘进形成的开挖应力场相互藕合叠加，形成了复杂的三维应力场，其采动应力分布及其与回采空间多维、动态的时空规律以及支承压力区范围及峰值应力等也将产生很大变化，因此，应在深入分析金属矿山采场及巷道围岩采动应力时空分布规律的基础上，结合金属矿山岩体非线性力学特性的研究，探讨金属矿山开采采场及巷道一体化稳定性非线性力学控制对策。 金属矿山开采与地表环境损伤控制对策研究金属矿山条件下，由于岩体的结构、力学特性及破碎断裂规律都将发生较大变化，因此，采动过程中岩体的变形、破断、移动规律也会产生明显的不同。如何建立描述金属矿山采动覆岩变形一破断一移动全过程的结构运动力学模型，分析其结构运动全过程对采场矿压、巷道矿压、岩层内部裂隙分布、岩层移动与地表沉陷的动态影响，是控制深部开采对地表环境影响最小化的关键。 五、结束语 如果岩石力学的研究者能够更加的考虑岩石的本身独特特征，那么必将会更加有益与未来的采矿发展。让岩石力学在采矿事业中更多的广泛利用起来。 岩石力学论文:岩石力学在采矿工程中的研究 【摘 要】岩体力学不是一门系统的学科，它属于地质学与力学之间的一门边缘学科，现如今在采矿工程中的应用也比较广泛。本文首先介绍了岩体力学的时代背景，其次又从三方面探讨了岩石力学在采矿工程中的应用，分别是：对于深部开采所带来的灾害预测、矿山地应力场测量、大型深凹露天矿边坡设计优化。 【关键词】岩石力学；采矿工程；应用 1.简述采矿工程中岩体力学的特点 ①采矿工程多处于地下较深处，而其它地下工程多在距地表较近（几十米）的范围内；②对矿山工程，只要求在开采期间不破坏，在采后能维持平衡状态不影响地表安全即可，故其计算精度、安全系数及加固等方面均低于国防、水利工程的标准；③矿山地质条件复杂，又受矿床赋存条件限制，故采矿工程的位置选择性不大，同时采掘工作面不断变化，因而采矿工程岩石力学具有复杂性的特点。 在岩体表面或其内部进行任何工程活动，都必须符合安全、经济和正常运营的原则。以露天采矿边坡坡角选择为例，坡角选择过陡，会使边坡不稳定，无法正常采矿作业，坡角选择过缓，又会加大其剥采量，增加其采矿成本。然而，要使岩体工程既安全稳定又经济合理，必须通过准确地预测工程岩体的变形与稳定性、正确的工程设计和良好的施工质量等来保证。其中，准确地预测岩体在各种应力场作用下的变形与稳定性，进而从岩体力学观点出发，选择相对优良的工程场址，防止重大事故，为合理的工程设计提供岩体力学依据，是工程岩体力学研究的根本目的和任务。 2.岩石力学在采矿工程中的应用 岩石力学理论服务于采矿活动，其目的有四个方面。 （1）充分利用地壳内部各种应力来进行落矿、运矿以减少崩矿费用。 （2）尽可能地减少工程量，降低采矿成本。 （3）控制崩落矿石块度，减少二次破碎 （4）最大限度地提高生产规模，创造矿山经济效益。 2.1矿山地应力场测量 地应力是存在于底层中的天然应力，它是引起采矿水利水电、土木建筑、铁道、公路和其他各种地下或露天沿途开挖工程变形和破坏的根本作用力，是实现采矿和岩土开挖设计和决策科学化的必要前提。对于矿山设计来讲，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定矿山的总体布置，选取适当的采矿方法，确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸、开挖步骤、直呼形式、支护结构参数、直呼时间等，从而在保证围岩稳定性的前提下，最大限度地增加矿石产量，提高矿山经济效益，实现采矿工程的优化。 目前普遍采用的地应力测量方法有应力解除法和水压致裂法两大类。其中，套孔应力解除法是发展时间最长，技术比较成熟的映众地应力测量方法。在测定原始应力的适用性和可靠性方面，目前还没有那种方法可以与之相比。据统计，在全世界已经获得的地应力测量资料中，有80%是有应力解除法测得的。对于矿山来讲，采用应力接触法更有得天独厚的条件。因为矿山有系列的航道、硐室可接近地下测点，而不需要向水压致裂法那样必须打专门的钻孔才能到达测点。因而对矿山地应力测量而言，采用应力解除法是最经济和可靠的。 2.2地下矿山采矿设计优化 矿床的形成过程、赋存状态和开采稳定性均受地应力场的控制。为此，必须以地应力为切入点进行采矿设计优化。即：根据实测地应力和扎实的工程地质、水文地质及矿岩物理力学性质等基础资料，以及实际的矿体赋存和开采条件，通过定量计算和分析，选择合理的采矿方法，确定最佳的开采总体布置、采场结构管参数、开采顺序、直呼加固和地压控制措施，实现安全高效的开采目标。 2.3大型深凹露天矿边坡设计优化 我国一大批大中型露天矿山已经或即将由山坡露天开采转为深凹开采。随着边坡的价高架豆，边坡稳定性维护的难度越来越大，边坡滑移和倾倒破坏事故的发生日益频繁，严重威胁矿山的安全生产，制约矿山生产能力的提高。但是另一方面，对于大型露天矿山，提高边坡角有事减少剥离和生产成本的重要手段。 国内外边坡稳定性分析和设计的传统方法是极限平衡法，这是一种静态的确定性分析方法，而实际的边坡状况是岁开采过程不断变化的，是动态的不确定性的；该方法是基于土力学理论提出来的，不能考虑实际的岩体条件，如断层、节理的存在，同时也不考虑地应力。而实际上这些对边坡的稳定性和破坏起控制作用。因而该方法度山坡露天矿设计可能是适用的，但对深凹露天矿设计并不适用。 为了克服传统的极限平衡分析方法的不足，必须采用现代的科学技术，充分考虑地应力的作用和实际的工程岩体条件，通过定量的计算分析，实现边坡设计的优化。具体的试试路线为：采用数值模拟和极限平衡分析相结合的方法，对不同边坡角和边坡设计方案进行定量的计算和分析，在保证安全的前提下，尽可能低提高边坡角，减少剥离量，尽可能地减少生产成本，增加矿石产量和矿山效益。 2.4深部开采动力灾害预测与防治 深部开采动力灾害，包括岩爆、矿震、冲击地压，是深部开采中可能遇到的突出问题。 目前的研究技术路线为：从扎实的现场地应力测量、工程地质调查、岩石力学实验和现场检测资料的采集入手，以能量聚集和演化为主线，揭示岩爆发生的机理及其与采矿过程、地质构造和岩体特性的关系，对岩爆发生的时间、空间和强度进行定量的预测；将预测和防治、地下河地面、生产安全和环境安全融为一体进行评价和研究。 3.岩石力学在采矿工程中的发展趋势 岩石力学已经广泛应用到了采矿工程中的各个领域，而且其研究理论正在不断创新，研究手段也日新月异。随着我国矿产资源的续开发，在采矿工程终将会遇到条件更复杂、拿督更大的岩石力学问题，因此，岩石力学与工程学科的理论水平和工程能力都有待进一步提高。 岩体力学的发展是和人类工程实践分不开的。起初，由于岩体工程数量少，规模也小，人们多凭经验来解决工程中遇到的岩体力学问题。因此，岩体力学的形成和发展要比土力学晚得多。随着生产力水平及工程建筑事业的迅速发展，提出了大量的岩体力学问题。由于岩体中具有天然应力、地下水等，并发育有各种结构面，所以它不仅具有弹性、脆性、塑性和流变性，而且还具有非线弹性、非连续性，以及非均质和各向异性等特征。对于这样一种复杂的介质，不仅研究内容非常复杂，而且其研究方法和手段也应与连续介质力学有所不同。 今天，由于矿产资源勘探开采、能源开发及地球动力学研究等的需要，工程规模越来越大，所涉及的岩体力学问题也越来越复杂。这对岩体力学提出了更高的要求。 岩石力学论文:随机化方法在岩石力学中应用及研究综述 摘要： 岩石是地球上分布最广，总量最大（地球99%以上的材料构成是岩石）的一种自然地质材料[1]，它构成了地球四大圈层之一的岩石圈，因此与岩石有关的各项工程活动将与人类乃至其他生物的生活环境密切相关， 开展岩石力学及工程应用的研究具有重要的理论及现实意义。 关键词：岩石随机模糊 自从1963年意大利Vajont大坝上游左岸的库岸边坡滑坡造成毁灭性的灾难以来，岩石的工程力学性质开始被人们所重视，并由此开始了现代岩石力学的工程应用研究。随着全球工业化的快速发展，世界各地都开展了许多大规模的岩石工程，涉及能源和资源开发的各个方面。在过去的半个世纪，人们更多的是将经典的力学方法及确定性理论应用于岩石力学的研究，在这方面已经取得了相当瞩目的科研成就[3]。由于岩石的组构、矿物成分，赋存的力学和地质环境的不同，所以岩石的物理力学性质相差极大，通常都不能作为均一的材料，除非研究对象的几何尺度远远超过岩石的特征尺度。这个特征尺度可以是岩石的微细观的REV或者是岩体的宏观REV尺度。 随着岩石力学及工程应用研究的深入，人们越来越发现确定性理论在描述岩石力学及某些工程问题时存在的不足，因此亟需引入随机模糊理论的研究方法，来描述岩石的几何、物理、力学以及工程性质[4]。这就需要从数学模型的角度，对岩石工程遇到的不确定因素进行分类，这些因素可分为3种[2]：随机性、模糊性以及未确知性。这些不确定性因素主要是由于岩石材料的非均一性、空间组成矿物材料的不确定性、以及反应岩石性质的信息、数据的不全面、不完整而导致的不确定性。目前接触较多、研究相对也比较成熟的是力学随机性问题。由此而专门发展出一套有关岩石力学性质的随机力学。另外，从工程角度进行分类，不确定因素还可体现在以下几方面[2]：荷载的不确定性、材料物理力学参数的不确定性、几何尺寸的不确定性、初始条件和边界条件的不确定性和计算模型的不确定性。 针对岩石力学与工程的这些不确定性问题，研究人员已经从多个方面开展了模糊岩石力学与随机岩石力学的研究。本文将总结这些方面的研究成果，以期对随机理论和模糊数学在岩石力学与工程中的应用有一个全面而系统的认识，并通过对文献的解读，指出目前研究的热点，存在的不足以及未来研究的展望。 2. 岩石及岩体裂隙结构的随机模拟 岩石及岩体都是赋存于自然地质条件中的初始损伤体。在岩石内部通常都会由于矿物颗粒的沉积作用以及动力变质作用而形成初始微裂隙，这些微裂隙的存在极大地改变和决定了岩石的微细观结构以及力学性质（包括岩石的初始各向异性和诱发各向异性）。在描述岩石微细裂隙结构方面，X光衍射仪和扫描电镜[5]是这方面的强有力研究手段。朱珍德 等人[6]引入随机数学及模糊数学理论，在Matlab开发平台上，采用Monte-Carlo随机理论描述大理石细观结构体积表征单元，通过计算机对其细观SEM扫描电镜照片进行二值化分析，提取出微裂隙的长度、方位角、宽度、面积和周长等细观信息，测定了大理石颗粒及矿物组构的几何尺度，并得到大理石微细观裂隙的几何尺寸的概率密度及分布函数形式，最后采用分形理论，得到岩石微结构的分形盒维数，并与Swoboda损伤理论相结合，描述了大理岩考虑损伤效应的应力应变关系。 岩体中包含大量的节理裂隙，这些节理裂隙形成的网络系统对岩体的力学性质，如：变形、破坏具有控制性的作用，它们是岩体非连续性、非均匀性和各向异性的根源。要明确工程岩体的变形和破坏模式必须对岩体的节理裂隙网络以及岩体的结构有比较清晰的认识，这就需要对节理裂隙进行产状和几何尺寸的现场统计和调查分析。随着电子计算机的发展，人们期望能够将现场统计的节理裂隙地质资料在计算机上再现，然后将建立的几何模型应用于数值模拟和计算分析。数值分析方法确定节理岩体等效参数的主要特点是充分利用现场地质调查、节理裂隙统计、室内及现场岩样和节理结构面试验等岩体已知信息，建立不同尺度的节理岩体裂隙网络模型[7]。这样就可以实现从现场调查的地质资料到计算机的模拟再现和三维地质模型的建立，进而利用连续等效应变和节理损伤张量理论，可以确定宏观岩体的等效力学参数。采用这种数值手段模拟任意尺度下的岩体力学试验，可以在一定程度上弥补不能开展大尺度岩体力学试验的问题。张贵科 等人[8]在前人的研究基础上，对节理岩体裂隙网络的计算机模拟进行了深入的研究，提出采用平面四边形来模拟岩体结构面的方法，这种处理与实际情况更为接近。采用解析代数的方法，[8]中给出了平面四边形的数学描述及其与空间点的关系，并在此基础上，研究了岩体的REV尺度，开发了岩体三维裂隙网络图形的模拟程序。图1是该软件生成的岩体结构图。张贵科 等[9]在此研究的基础长，利用岩体裂隙网络和等效连续应变理论，推导考虑初始应力条件的节理岩体等效应变的计算方法，并根据正交各向异性的弹性本构模型，将节理岩体在REV尺度上等效为正交各向异性连续材料，进而计算其等效变形参数。文献[8, 9]为节理岩体的等效连续模型的建立提供了很好的思路和方法。 图1节理岩体裂隙网络的计算机模拟[8] 3. 岩质边坡模糊稳定性分析方法 岩质边坡的稳定性很大程度上取决于岩体中的节理强度及分布形式。由于节理在空间中的分布形式，形成不同产状，将完整岩石切割分块。不同的节理空间分布形式决定了岩质边坡的破坏形式。在实际的边坡工程中，岩质边坡主要展现出四种破坏形式[10]：平面滑动破坏、楔形体破坏、倾倒破坏和大规模密集节理切割后形成散体结构的圆弧滑动破坏。在工程实践中，采用赤平极射投影法进行统计分析可以获得边坡的节理分布规律，确定优势节理组的产状，结合边坡面的产状可以大致确定边坡的破坏模式。但事实上获得边坡岩体的地质资料通常都只具有统计学上的规律，并不能给出一个唯一确定的稳定性参数，因此，有必要在岩质边坡中引入模糊数学的方法对边坡的稳定性做性的稳定性评价。 众多学者[11, 12, 13, 15]的研究表明，各种力学参数的模糊性、随机性对工程稳定性的评价有着至关重要的影响，并且受到越来越多的重视。在这方面，徐卫亚 等人[14]对节理岩体边坡模糊稳定性评价方法做了系统而深入的研究。在此文中报道了节理岩体边坡模糊安全系数的计算公式，以及编制的基于潜在滑动面自动搜索边坡模糊稳定性研究程序。利用模糊数学区间参数的计算原则，对各个参数隶属函数引入水平截集，得到各个模糊数的模糊区间，再根据扩展原理计算出模糊安全系数的隶属度函数，进而利用节理岩体边坡的安全系数的计算方法可以确定安全系数。此研究针对节理岩体边坡中节理和岩块力学参数的模糊性进行研究，并提出考虑力学参数模糊性影响的节理岩体边坡稳定性分析方法，为节理岩体边坡工程设计提供更全面的参考依据，尽可能避免由于计算参数模糊性给工程实践带来的影响[14]。 4. 岩石力学参数的模糊识别 由于岩石的非均一性和材料组分的多样性，似的岩石的物理力学参数存在较大的变异区间。因为受试验防范和条件的限制，岩石的力学的试验结果具有一定的不确定性其不确定性包含随机性和模糊性，这是由于岩石试样性态和类属是确定的；而模糊性则是岩石试样特性内在的不确定性。随机性只涉及信息的量，通过对同一岩体反复抽样，进行大量试验就可以逼近该岩体的力学参数特性；模糊性则关系到信息的意义，它反映的是岩石样本对工程地岩体的隶属程度[16]。最小二乘法和随机—模糊法是确定岩石力学参数的基本方法，唐杰军 等[16]将这两种方法进行了结合和分别应用，得到了一个确定岩石抗剪强度参数的朴实方法，并将其应用于实际的岩石力学参数测定。岩石工程由于参数难以确定，通常可以采用位移反演的方式，根据现场的位移监测资料反演岩石的力学参数。当目前的研究绝大多数属于确定性反分析。但是在众多的岩石工程中，由于量测技术和方法的限制和外界偶然扰动因素，如工程爆破开挖、机械振动的作用，不可避免地，使得测定的位移不可能是真的变形值。因而测量的位移本身就是一个随机变量。工程岩体的变形过程也就是一个随机过程所以只能用一个随机变量来使其再现。基于此，刘世君 等人[18]和徐卫亚 等人[17]，指出应该从概率的角度来研究变形，反演出参数。通过实际工程的应用研究，他们建立了一套17方法并将其应用于实际的水电工程中。通常将目标参数作为随机变量来考虑，通过对实际工程中监测到的现场位移数据进行分析，最后给定岩石的力学参数的区间取值。由于实际的岩石工程通常都存在流变变形以及长期稳定性的问题。这就需要在实际应用中使用黏弹塑性模型来描述其力学行为。同样地，与弹塑性性的参数反演类似，岩石流变本构模型也存在参数的模糊反演的问题。为此，刘世君 等人[19]提出了岩石粘弹性模型的辨识及参数反演的方法。利用蠕变柔量的概念，根据位移和蠕变柔量两步反分析法，从流变性模型的一般表达式中辨识出适用的本构模型。由相应的位移实测值用解析法反演岩石的蠕变柔量，再由岩石的蠕变柔量运用非线性技术辨识出岩石本构模型的最终表达式，最后进一步由模型参数反算出岩体的粘弹性参数。应用平面复变影射、保角变换方法可得围岩内任一点在曲线坐标中的位移和满足应力边界条件的复势函数。再利用复变函数分析方法确定曲线坐标下的蠕变柔量和广义蠕变柔量的线性方程组。这种方法可以在一定程度上避免参数不确定的问题，并可以使用辨识得到的模型和反演出来的参数对岩体工程的长期流变稳定性进行数值计算和预测。 5. 岩石材料的随机本构模型 前述的岩石力学问题都涉及到随机模糊理论在岩石力学与工程中的应用，这种应用集中在对岩石的几何以及物理力学参数模糊识别与计算机的再现。另外还有学者将随机模糊理论应用于岩石的本构模型，用于描述和解决岩石应力应变关系的不确定性问题。徐卫亚和韦立德[21, 22]在这方面做了一些卓有成效的研究工作。他们基于概率论和损伤力学，对岩石在荷载作用下的破坏、损伤和弹塑性变形进行了深入的探讨。在其模型的损伤演化方程中全部采用有效应力，这样的处理更能反映岩石的真实剩余强度。将发生破坏的微元占微元总体的比例定义为损伤变量，这样损伤变量就背定义成破坏概率，这与以往的处理方式不同。在进行损伤变量处理时，假设岩石微元破坏服从Weibull分布；处理岩石的屈服时使用了德鲁克-普拉格屈服准则。最后建立了弹塑性损伤耦合的本构模型，并将其应用于岩石的应力应变描述。该模型能够很好的反应岩石经过峰值破坏后的残余强度。 6. 随机有限元法在岩石力学中的应用 随着计算机的快速发展，数值方法已成为研究和解决岩石力学问题的一种必不可少的方法。有限元法是计算岩石力学的常用方法。经过数十年的发展有限元理论已发展成熟，并有很多大型商业软件推出。随着随机模糊理论的应用和随机力学的发展，这些理论被逐步引入并应用到有限元方法中，由此形成了随机有限元理论。随机有限元法作为随机力学的一个主要部分。经过20余年的发展，目前已成为分析随机因素影响下结构随机响应的强有力的工具[20, 23]。目前出现的随机有限元法可分为[2]：直接Monte-Carlo法、改进Monte-Carlo法、摄动法、直接偏微分法、加权积分法和响应面法等。其中直接Monte-Carlo法由于太费时而显得很不实用，改进的Monte-Carlo法虽在上比直接Monte-Carlo法有了较大的提高，但一般仍难应用于大型工程问题；加权积分法对于随机场特性比较显著的情形精度较高，但由于公式比较繁琐，很难在三维地质模型中推广应用。 针对不同的岩石力学研究领域，目前众多的研究人员开展了大量有关随机有限元的应用研究。何翔[24]在研究岩体渗流应力耦合的问题时，将岩体渗流、力学参数视为空间随机场，这样可以较好地反映参数的空间变异性；采用的普通克立格估值法和泛克立格估值法能保证估值的无偏性和有效性。他在等效连续介质模型的基础上，采用随机有限元法对含随机耦合场进行数值模拟，可得到孔压、应力、位移等场变量的随机分布特征。也可以方便的分析耦合场内孔压、位移等变量对参数的灵敏度。王亚军[25]研究了模糊随机损伤有限元在岩土工程中的应用问题。他基于模糊分解定理建立了模糊空间上的模糊变分理论，然后依据扩张原则在广义非确定性空间上提出了模糊随机变分列式；由随机变分列式在经典随机有限元理论基础上，建立了线性一次逼近随机有限元模型，并对实际工程进行了模拟应用。李涛[26]在处理软土路基的工程问题时，提出了考虑大变形的固结随机有限元格式。并在实际工程中取得了较好的应用。 岩石力学论文:试述岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用 摘 要：由于我国经济的发展对资源的需求旺盛，对金属矿的需求也越来越多，本文介绍了现代岩石力学的核心内容和本质特征及其在金属矿山采矿工程中的应用，包括矿山地应力场测量，地下矿山采矿设计优化，大型深凹露天矿边坡设计优化和深部开采动力灾害预测与防治，介绍了金属矿山地应力的规律性及地下矿山采矿设计优化方法。 关键词：岩石力学；金属矿山；采矿工程；应用 1 岩石力学的特点 随着人类文明的不断进步，以及科学技术的不断发展，许多新的学科应运而生。岩石力学是近展起来的一门应用性和实践性很强的新兴学科和边缘学科，它的应用范围涉及采矿、土木建筑、水利水电、铁道、公路、地质、地震、石油、地下工程、海洋工程等众多的与岩石工程相关的工程领域。一方面，岩石力学是上述工程领域的理论基础；另一方面，正是上述工程领域的实践促使了岩石力学的诞生和发展。 1966年，美国科学院岩石力学委员会对岩石力学给予以下定义：“岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论和应用科学，它是力学的一个分支，是探讨岩石对其周围物理环境中力场的反应。”这一定义是从“材料”的概念出发的，带有材料力学或固体力学的深深烙印。随着岩石力学理论研究和工程实践的不断深入和发展，人们对“岩石”的认识有了突破。首先，不能把“岩石”看成固体力学中的一种材料，所有岩石工程中的“岩石”是一种天然地质体，或者叫做岩体，它具有复杂的地质结构和赋存条件，是一种典型的“不连续介质”。其次，岩体中存在地应力，它是由于地质构造和重力作用等形成的内应力。由于岩石工程的开挖引起地应力的释放，正是这种“释放荷载”才是引起岩石工程变形和破坏的根本作用力。因此岩石力学的研究思路和研究方法与以研究“外荷载作用”为特征的材料力学、结构力学等有本质的不同。最近的研究表明，无论是岩体结构，还是其赋存状况、赋存条件均存在大量的不确定性。因此，必须改变传统的固体力学的确定性研究方法，而从“系统”的概念出发，采用不确定性方法来进行岩石力学的研究。“岩体”是自然系统，“工程岩体”是人地系统，其行为和功能与施工因素密切相关。 根据上述分析，现在可以重新定义：岩石力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。采矿工程涉及的岩石力学问题主要有如下几个方面。 (1)矿山地应力场测量 (2)露天采矿边坡设计及稳定加固技术 (3)井下开采中巷道和采场围岩稳定性问题，特别是软岩巷道和深部开采地压控制问题 (4)采矿设计优化，包括采矿方法选择、开采总体布置、采场结构、开采顺序、开挖步骤、地压控制、支护加固的优化等 (5)岩爆、煤与瓦斯突出、矿井突水预测、预报及预处理理论和技术 (6)采空区处理及地面沉降问题。 2 矿山地应力场测量 2. 1 地应力测量的重要性 地应力是存在于地层中的天然应力，它是引起采矿、水利水电、土木建筑、铁道、公路和其他各种地下或露天岩土开挖工程变形和破坏的根本作用力，是实现采矿和岩土工程开挖设计和决策科学化的必要前提。因为对矿山设计来讲，只有掌握了具体工程区域的地应力条件，才能合理确定矿山总体布置，选取适当的采矿方法，确定巷道和采场的最佳断面形状、断面尺寸、开挖步骤、支护形式、支护结构参数、支护时间等，从而在保证围岩稳定性的前提下，最大限度地增加矿石产量，提高矿山经济效益，实现采矿工程的优化。 根据弹性力学理论，巷道和采场的最佳形状主要由其断面内的2个主应力的比值来决定，为了减少巷道和采场周边的应力集中现象，它们最理想的断面形状应是一个椭圆，而这个椭圆在水平和垂直方向的两个半轴的长度之比应与该断面内水平主应力和垂直主应力之比相等。在此情况下，巷道和采场周边将处于均匀等压应力状态。这是一种最稳定的受力状态。在确定巷道和采场走向时，也应考虑地应力的状态，最理想的走向是与最大主应力方向相平行。 由于采矿工程的复杂性和形状多样性，利用理论解析的方法进行工程稳定性的分析和计算几乎是不可能的。但是，近20年来大型电子计算机的应用和各种数值分析方法的不断发展，使采矿工程成为一门可以进行定量设计计算和分析的工程科学。所有的计算和分析都必须在已知地应力的前提下进行。如果对工程区域的实际原始应力状态一无所知，那么任何计算和分析都将失去其应有的真实性和实用价值。 2. 2 地应力测量的主要方法 测量原始地应力就是确定存在于拟开挖岩体及其周围区域的未受扰动的三维应力状态，这种测量通常是通过一点一点的量测来完成的。岩体中一点的三维应力状态可由选定坐标系中的6个分量(Rx，Ry，Rz，Sxy，Syz，Sxz)来表示，这种坐标系是可以根据需要和方便任意选择的，但一般取地球坐标系作为测量坐标系。由6个应力分量可求得该点的3个主应力(R1，R2，R3)的大小和方向，这是唯一的。在实际测量中，每一测点所涉及的岩石可能从几立方厘米到几千立方米，这取决于采用何种测量方法。但不管是几立方厘米还是几千立方米，对于整个岩体而言，仍可视为一点。由于地应力状态的复杂性和多变性，要比较准确地测定某一矿区的地应力状态，就必须进行充足数量的“点”测量。在此基础上，才能借助数值分析和数理统计、灰色建模、人工智能等方法，建立矿区的地应力场模型。 目前，应力解除法已形成一套标准的测量程序，具体步骤如下： 第一步：从岩体表面，一般是从地下巷道、隧道、峒室表面向岩体内部打大孔，直至位于岩体内的测点部位。大孔直径为130~ 150 mm，深度为巷道、隧道或峒室跨度的2. 5倍以上，从而保证测点是在未受岩体开挖扰动的原岩应力区。 第二步：从大孔底打同心小孔，供安装探头用。小孔直径一般为36~ 38 mm，深度一般为孔径的10倍左右，从而保证小孔中央部位处于平面应变状态。 第三步：用一套专用装置将测量探头安装(固定或胶结)到小孔中央部位；空心包体应变计是目前国内外采用最广泛的应力解除法测量仪器(探头)。 第四步：用第一步打大孔用的薄壁钻头继续延深大孔，从而使小孔周围岩芯实现应力解除。由于应力解除引起的小孔变形或应变由测量探头测定并通过仪器记录下来。根据测得的小孔变形或应变通过有关公式即可求出小孔周围岩体的原岩应力状态。 3 地下矿山采矿设计优化 金属矿床的形成过程、赋存状况和开采稳定性均受地应力场的控制。为此，必须以地应力为切入点进行金属矿采矿设计优化。 (1)采用盘区上向高分层连续回采充填采矿工艺，显著提高了采场生产能力和采矿强度，减少了采准工作量，降低了生产成本；实现了各采场连续回采，大大增加了盘区内同时回采的采场数目，大幅度提高了盘区生产能力，充分发挥了机械化无轨作业的优越性；大大增加了采场安全性，显著降低了采矿损失率和贫化率。 (2)采用数值模拟等多种方法进行了采矿设计的定量计算、分析，实现了采场结构参数和开采顺序的优化；盘区呈“品”字型布置采场进路的免压拱开采技术获得成功，使采场围岩的应力分布趋于合理，采场地压得到有效控制。在应力降低区的下方进行开采，肯定是有利于安全的。 (3)实现了采场凿岩爆破参数的优化，提高了爆破效率和质量，增大了采场生产能力，节省了凿岩爆破成本，同时使采场作业环境大大改善。 (4)实现了无轨采掘设备的优化配置和全盘机械化，提高了无轨采掘设备的作业效率和机械化作业水平。提高了矿山生产能力，降低了生产成本。 (5)采用多种手段进行现场地压实时监测，为地压控制和生产安全提供了保障。通过研究，使盘区生产能力增加了88%，采场劳动生产率提高了61. 6%，采矿总损失率下降了51%，矿石总贫化率下降了25%，黄金产量增加了75. 5%，采矿技术经济指标全面达到世界先进水平。 结束语 随着我国经济的持续发展，以及科学技术的不断进步，岩石力学在金属矿山采矿工程中的应用会更加广泛。 岩石力学论文:焦家金矿寺庄矿区岩石力学试验研究 摘要：随着焦家金矿寺庄矿区矿床开采深度的增加，矿岩的破碎程度也越来越严重，矿岩的稳固性越来越差，为确保采场安全，对寺庄矿区矿岩力学性质进行岩石的物理性质试验、岩石抗压强度、岩石剪切强度、岩石抗拉强度的测试分析，为矿山采场结构参数的优化奠定基础。 关键词：寺庄矿区；岩石力学；测试分析；矿床开采；采场结构参数 寺庄矿区是山东黄金矿业股份有限公司焦家金矿的分矿山，生产能力近1500t/d，为山东黄金的发展做出了重要贡献。目前，随着矿床开采深度的增加，矿体所受的地应力越来越大，矿岩的破碎程度也越来越严重，矿岩的稳固性越来越差，冒顶片帮现象越来越多，甚至出现岩爆现象。因此，为确保采场安全，提高矿山经济效应和安全效应，对寺庄矿区矿岩物理力学性质进行测试分析，为矿山采场结构参数的优化奠定基础。 1 岩石取样地点及矿岩性质 岩石物理力学实验的目的是为山东黄金矿业股份有限公司焦家金矿寺庄矿区-220m以上7-2号矿体的回采提供依据，分别对上盘、下盘和矿体进行取样。将取好的岩样进行试件的加工，加工试件的尺寸均严格按照岩石物理力学试验国家标准进行，将加工好的试件，抗压强度试验和劈裂试验均按照GB/T 50266-99规范进行试验，剪切试验按MT48-87规范进行试验。在矿区选取具有代表性的块石样，上盘：黄铁绢英岩化碎裂岩、黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩；矿体：黄铁绢英岩化花岗质碎裂岩；下盘：黄铁绢英岩化花岗岩、绢英岩化花岗质碎裂岩。 2 岩石力学试验 单轴抗压试验和抗剪试验采用SANS微机控制电液伺服万能试验机，最大载荷为2000kN；劈裂试验采用上海华龙测试仪器有限公司生产的微机控制全自动压力试验机，最大载荷为200kN。岩石抗压、剪切、劈裂试验见图1至图3，图4至图6为上盘、矿体、下盘岩样单轴压缩试验应力-应变曲线，测试后的岩石力学参数见表1。 3 结语 （1）岩石试验的物理性质：上盘密度2.726t/m3，矿体密度2.769t/m3，下盘密度2.688t/m3。 （2）抗压强度试验：上盘硬度较小，节理裂隙发育，在抗压试验过程中大多数都完全破碎，且中间含泥质充填物。试件单轴抗压强度为39.73MPa，弹性模量为8.94GPa。矿体硬度较大，节理裂隙不发育。单轴抗压强度为49.1MPa，弹性模量为6.14Gpa。下盘强度大，岩样断面为45°角；单轴抗压强度50.2MPa，弹性模量为4.65GPa。 （3）剪切强度试验：上盘内摩擦角为34.38°，粘结力为18.42。矿体内摩擦角为38.38°，粘结力为21.69。下盘内摩擦角为35.9°，粘结力为37.09。 （4）抗拉强度试验：上盘抗拉强度为3.7MPa，在试验过程中，上盘岩样断裂不是很明显，节理裂隙较发育，一般沿节理面破坏。矿体抗拉强度为8.32MPa，在试验中，发生脆性破坏，且断裂面比较平整。下盘抗拉强度为9.64MPa，在试验过程中，发生脆性破坏，且断裂面比较平整。 岩石力学论文:中国科协会员日中国岩石力学与工程学会活动首次举办 12月15日，中国岩石力学与工程学会举办了“中国科协会员日京区学生会员座谈参观活动”，此次活动是该学会首次参与实施中国科协会员日活动。中国岩石力学与工程学会副理事长何满潮、杨强，中国科协学会学术部颜利民，中国科学院地质与地球物理所所长助理郭敬辉，国际岩石力学学会国家小组秘书长李仲奎，岩体数学模拟专业委员会秘书长林鹏等出席活动。来自中国矿业大学（北京）、北京科技大学、清华大学、中国石油大学、北京交通大学、铁道科学研究院、中科院地质与地球物理所、北京地质所、北京水工资环公司等大专院校、科研单位及团体会员单位的学生会员121人参加了此次会员日活动。 中国科协会员日中国岩石力学与工程学会活动现场 中国岩石力学与工程学会常务副秘书长方祖烈主持会议。何满潮致开幕词，他说，中国科协决定每年12月15日为中国科协会员日，通过集中开展形式多样、内容丰富的会员日活动，增强学会凝聚力，把学会这个科技工作者之“家”建设的更好！他号召青年科技工作者，认真践行科学发展观、树立正确的成才观、人生观，为全国建成小康社会而努力奋斗！ 颜利民首先向学会会员表示节日的祝贺，并介绍了中国科协会员日的来历和意义，对中国岩石力学与工程学会举办的会员日活动表示肯定，并希望广大青年科技工作者、会员不断进取，通过学会这个平台，为我国岩石力学事业的发展贡献一份力量，希望学会通过这样的活动增强对会员的凝聚力，为学会事业的发展做出新的更大的 贡献。 学会第一支撑单位中国科学院地质与地球物理所郭敬辉代表支撑单位对会员日的举办表示欢迎，他介绍了研究所有关专业研究的情况，他说，作为学会的第一支撑单位，研究所将一如既往的对学会工作大力支持，并希望大家经常来研究所进行学术交流。 方祖烈介绍了“全国十佳优秀科技工作者”和学会获得“全国优秀科技工作者”称号的杨强、李术才的事迹，并以此鼓励与会的青年科技工作者。受中国科协委托，由何满潮、郭敬辉向杨强教授和李术才教授颁发了奖励证书及奖章。 学会新任秘书长刘大安向会员作了题为《提升学会创新服务能力，打造青年会员温馨之家》的讲座，他向与会的青年学生会员介绍了我学会的基本情况以及在提升创新服务能力方面的举措、指出要为青年学者提供丰富的学术交流平台、通过建设“精品期刊”吸引青年学者、注重青年科技奖评选、提升国际地位，推动青年国际交流等，希望青年会员能够加入到学会中，发展壮大学会人才队伍，享受学会大家庭的快乐。中国科学院地质与地球物理所研究员李晓作了题为《新型深部地质工程中的岩石力学问题》的报告，从学科的最前沿介绍了研究所的最新研究成果和一些新的国际水平的创新方向，并详细介绍了深部岩石力学控制岩体压裂技术发展方向，以及广泛的应用前景。不仅开阔了与会者的视野，同时也为年轻科技工作者指明了研究的方向。他鼓励广大青年科技工作者，不懈努力，为解决岩石力学发展中面临的关键技术，做出自己的贡献。 活动当天，学员们还参观了中国科学院地质与地球物理研究所重点实验室重大仪器装备和自主研发的岩石力学试验设备，参观活动激发了青年会员投身科技工作的信心和决心。此外，中国岩石力学与工程学会为会员准备了内容丰富、具有重要阅读和参考价值的科技图书，包括由该学会出版的8种800多本价值15万元的科技图书及2种245本学会刊物，受到与会学生的热烈欢迎。（责任编辑：董大伟） （来源：中国岩石力学与工程学会供稿）

力学专业论文:土木工程专业理论力学课程的思考 摘要:理论力学是独立学院土木工程专业的专业基础课程，是后续材料力学、结构力学等课程的基础，在整个土木工程专业课程结构中占有相当重要的地位。文章结合课程教学实践，通过分析独立学院理论力学课程的教学现状，从课程的内容组织、教案设计和兴趣培养三个方面对课程教学进行分析，以期提高理论力学课程教学水平和效果。 关键词:独立学院;土木工程专业;理论力学;课程教学 理论力学课程是独立学院工科专业一门重要的学科基础课，是材料力学、结构力学等后续课程的基础，同时也是一门与工程实际紧密联系的课程［1］。通过学习理论力学，学生可以提高分析和解决问题的能力，建立科学的思维方式和学习方法，提高自身的动手能力和创新能力。理论力学与生活和工程实践紧密相关，学生本应兴趣很高，但笔者在教学实践中发现，学生对理论力学课程学习，普遍缺乏兴趣，积极性不高，尤其在独立学院，形势更为严峻。若教师处理不好，最终会造成教师教不好、学生学不懂的尴尬局面。 一、独立学院土木工程专业理论力学课程教学现状 目前，中国高校改革与国际接轨，办学理念出现了很大的调整［2］。对于独立学院，特别是以工科为主的院校，向应用技术型的本科院校转型已势在必行。在此背景下，独立学院以培养全面发展的应用技术型人才为目标，优化各门课程的教学方法和手段，内容与工程接轨，教学与实践结合。面对如此形势，独立学院土木工程专业理论力学课程教学面临巨大的挑战。 (一)学时受限 在独立学院，理论力学课程教学面临“学时少，内容多”的尴尬局面。一方面，教师为了在有限的学时内完成教学大纲的要求，不断压缩有效授课课时，部分知识点无法展开甚至难以涉及，课堂上PPT完全取代板书的推导，节奏过快;另一方面，由于课堂信息量过大，讲解过快，且缺乏相应的习题课辅导，学生对所学知识理解不够，难以融会贯通，教学效果大打折扣。 (二)生源受限 独立学院本身的生源质量与一本和二本院校相比就存在差距，学生的数学和物理基础较为薄弱。此外，学生在学习上也不够积极，很难真正做到课前预习、课后复习［3］。对于相关难题的解决基本上都靠任课教师的课堂讲解，学生缺乏自主的思考，也很难做到举一反三，导致听课效率低，教学质量不高。 (三)作业受限 为了保证和检验教学效果，对于理论力学课程，教师在每节课后都会布置习题，但习题的数量和难度都有所限制。一方面，由于是大班上课，人数较多，如作业量较多的话，教师和学生的任务都较重;另一方面，由于生源质量的限制，习题若难度过大，学生基本上都不做，或相互抄袭作业，以致学生并没有真正掌握和领会解题方法和技巧，只是为了应付教师检查和获得较高的平时成绩。以上问题，造成了独立学院土木工程专业理论力学课程考试不及格率长期居高不下，教学质量受到一定的影响。 二、独立学院土木工程专业理论力学课程教学质量提高途径 面对严峻的教学形势，笔者结合自身对土木工程专业理论力学课程的教学经验，总结了如下三点切实提高课程教学质量的途径。 (一)合理组织教学内容，处理好与交叉课程内容的衔接问题 从现行的教材中不难看出，理论力学课程教学内容包含基础和专题两个部分。基础部分包含静力学、运动学和动力学;专题部分包含分析力学基础、碰撞、机械振动等内容［4－5］。目前，对于大部分的独立学院，理论力学课程教学内容只涉及基础部分，但这部分内容与大学物理、材料力学和结构力学等课程内容都有交叉的部分，在实际教学内容组织中要处理好相互间的衔接问题。静力学部分，围绕三个核心内容进行讨论，即力矩与力偶、主矢与主矩、平衡条件与平衡方程［6］。其中，前面两个内容重点强调力(滑移矢量)的概念，与中学物理中的相关概念要区分开，让学生建立起矢量的意识，同时还应重点讲解刚体、力偶、主矢、主矩等中学物理中没有涉及到的概念［7］。对于平衡问题，重点讲解平衡的条件和平衡方程的应用;对于静定桁架部分，在课时少的情况下可以不涉及，因为后续的结构力学课程对静定和非静定桁架内容会作详细讲解。运动学部分，应围绕点的合成运动和刚体的平面运动两个核心内容进行讲解。运动学内容与相关课程交叉较少，但与工程实际联系紧密，是教学中的重点和难点。动力学部分，可以说是理论力学中最难学习的部分，而这部分内容与大学物理、材料力学和结构力学课程内容均有交叉。对与大学物理课程交叉较多的三大普通定理部分(动量定理、动量矩定理和动能定理)，重点应放在系统化的推进和综合运用上，且应与生活、工程实践相结合。在此基础上，可以适当增加达朗贝尔原理和虚位移原理的教学课时，一方面可以有效避免内容的重复，同时给学生分析动力学问题提供更有效的新方法;另一方面，这两个原理在材料力学和结构力学课程中均有非常重要的作用，在整个力学课程体系中起着重要的承前启后的作用。 (二)根据授课对象实际合理进行教案设计 现在部分教师一味追求PPT多媒体教学，抛弃了传统的教案设计和板书书写的环节，或者将教案当成PPT的打印版和教材内容的摘抄，这是不对的。教案是教师不断思考如何将书本知识通过课堂教学转化为学生能力的过程和载体，教师应该针对不同的授课对象认真进行教案设计，一个优秀的教案对教师上好一门课有着重要的作用。结合理论力学课程性质和独立学院学生的实际，教师在进行教案设计中应注意以下几点:1．语言严谨而生动理论力学本身具有较为严谨的理论体系，因此，教师在教学设计时要充分考虑语言的严谨性，特别是针对特定的概念。不严谨和不准确的表述会造成学生对理论理解的错误或偏差，更为严重的是，这种不准确表述如果初期得不到纠正，会逐渐成为“习惯”，教师自己却很难发觉［8］。此外，教案的语言要生动，换句话说，要口语化、接地气。如果在教案设计中一味追求理论性和概念性较强的书面语言，而不考虑学生的接受理解能力，难以收到理想的教学效果。因此，严谨的背后，教师还要结合自身的理解、感受、经历和生活积累，设计有利于学生理解的生动鲜活的口语化内容，维持课堂的活力。2．内容取舍要得当在进行教案设计时，切忌堆砌教材内容，应突出重点和难点，并将难点和重点区分开来，时间安排上对重点进行倾斜，严格执行大纲的教学安排，不能不分主次地将所有内容都作讲解或只简略讲解。在例题的选择上要具有代表性和针对性，反映课程的重点。同时例题在问题的设计上可以逐步深入，使其具有一定的可拓展性和可讨论性，以便培养学生的发散思维，活跃课堂的气氛。3．板书适当且适量现在大部分独立学院课程都要求多媒体教学。对理论力学课程而言，由于电子课件的使用，大部分信息直接显示在PPT投影上，信息量大，切换快，学生缺乏相应的理解时间，甚至感到记笔记的时间都不够。因此，在教案设计的时候，要考虑在适当的时候进行板书，放缓课堂教学节奏，给学生一定的接受时间和空间。但板书也应适量，不宜过多过杂，避免直接摘抄PPT上的内容，最好可以做到与其相辅相成。 (三)课程教学应环环相扣，培养学生学习兴趣 对于一篇好的文章，开头要像“虎头”一样炫丽精彩，才能引发读者看下去的冲动;文章的主体内容要像“猪肚”一样饱满充实，读者才会觉得有血有肉，不会感到空寡无味;文章的结尾要像“豹尾”一样剪短有力、耐人寻味，才会让读者觉得意味深长。同样，一门理想的课程教学，教师也应做到“虎头、猪肚、豹尾”，以引发学生学习的兴趣，思考的欲望，才能真正提高教学效果。 1．“虎头”———绪论要精彩，印象要深刻 课程的“虎头”便是绪论，是学生和教师互相交流和了解的第一课，它直接影响学生对课程学习的兴趣和对教师的第一印象，教师应充分准备，力求精彩生动。但是，很多教师往往对绪论重视不够，有的轻描淡写，有的只讲纪律要求，有的甚至跳过直奔主题，严重影响学生听课的欲望和兴趣。对理论力学课程的绪论部分，可以先共鸣，然后看发展，紧接着回到现实，最后按课程顺序推进教学，步步深入，环环相扣。共鸣指先从高中所学的牛顿三定律引出，让学生知道课程的理论基础，舒缓学生的畏难情绪;然后，从宏观上讲解漫长的力学发展历程，让学生知道亚里士多德、阿基米德、伽利略、牛顿等力学巨匠们如何探索发现力学真理，感受力学的魅力;接下来，回到现实，介绍当前发生的与力学相关的一些重大科技事件中涉及的关键力学问题，让学生感受到力学发展到今天，不管是理论上还是方法上都仍然在深化和拓展中;最后，回到课程，论述理论力学就是将工程问题简化为力学模型，然后用数学的方法对模型进行求解，对工程设计起着重要的作用。 2．“猪肚”———生活、工程实践伴课行 理论力学课程的“猪肚”就是课程的主要内容。如果只讲定理和公式，这样只能使课程学习更加无味。应主要结合生活和工程实践，丰富教学的内容，拓展课程的实用性。为此，在理论力学课程教学中，教师平时应注意搜集和积累一些古今中外与理论力学有关的趣话和事例，对生活和工程中的问题加以总结提炼，适时适量地运用到课程教学过程中。这样，不但能激发学生对所学基本理论的学习兴趣，还能让学生学会从不同角度、不同层次出发，剖析和解决工程问题，培养学生多元化的工程观，提升学生对课程的认可度和对自我的认同感［9］。例如，在讲解静力学的基本定理———二力平衡定理时，可以适当引入生活中的轮盘抽奖为什么可以保证公平性的原因;在讲解合成运动时，可以引入生活中看到雨点垂直落地而在车上看到的却是雨点迎面而来的现象;在讲解动量矩守恒定理时，可以播放跳水运动员比赛的视频，引导学生思考为什么运动员空中翻转时要抱膝，而入水时却要伸展身体。 3．“豹尾”———铿锵有力搭桥梁 在独立学院，理论力学课程的“豹尾”往往是达朗贝尔原理和虚位移原理。在实际教学中，这部分本应是“豹尾”的内容，却往往变成了“蛇尾”。一方面，教师为了应对期末考试，对相应的课时进行压缩，以预留较多的考试答疑时间;另一方面，部分教师认为这部分内容在材料力学和结构力学课程中会讲解，理论力学课程就没有必要过多过深地涉及。事实上，理论力学课程是材料力学和结构力学课程的基础，应该发挥其“启后”的作用，为学生搭建通向这两门课程的桥梁。如若只是草草了事，不仅不能让学生真正领会理论力学的魅力，也会导致理论力学课程在力学课程群建设中失去其应有的地位和作用。 三、结语 独立学院理论力学课程教学的难度很大，本文总结探讨了教学实践中的一些方法，在激发学生的学习兴趣和活跃课堂气氛等方面取得了一定的效果。但要真正提高独立学院土木工程专业理论力学课程的教学质量，还需要经过长期不断的实践、摸索和改革，更需要教师们的共同努力。 作者：姜毅 陈蓓 单位：南京理工大学 泰州科技学院 力学专业论文:土木工程专业土力学课程教学 1注重工程实例的应用 工程实例在教学过程中的应用，可以使难懂的抽象的原理概念形象化，给学生一个直观的认识，让教学内容生动起来，解释的易于理解。工程实例应用在下面教学节点时，可收到较好的教学效果。1)土力学绪论的讲解时，利用工程实例来加以解释土力学是一门工程实用科学，如果土力学的强度问题、渗透问题、变形问题处理不好，将会导致严重的工程事故。在这里，每个问题举出一些典型的工程实例来讲授，既能激发学生的学习兴趣，又能让学生对土力学这门课程的重要性和实用性有深刻的认识。2)在讲授每一章节的主要内容前，都用与本章理论知识相关的工程实例导入本章内容，让学生在学习本章内容之前，即了解到本章要讲什么知识，学习它可以解决的工程问题，学习目标清楚明了。3)在讲到某一些难懂的概念和原理时，可以用合适的工程实例来加以解释，促进学生对概念和原理的深刻理解。当然工程实例的应用，如何能做到上课时信手拈来，恰到好处，并且具有新意，离不开教师平时的积累。所以，教师平时应多阅读国内外各种新出版的土力学教材，以博采众长，另外还要不断关注国内外专业期刊和各种工程网站，注重工程实例的收集。 2注重土力学公式的示范推导 土力学原理的得来和公式的推导不同程度上是建立在力学的基础上，又加进了适合土这种特殊材料性质的一些假设。所以多数土力学公式和原理是可以进行推导的，在这些地方就要结合学生已有的数学知识和力学知识，区别对待是否要求学生掌握公式的推导。对于学生已具备了数学和力学知识的公式，强烈建议教师要对这些公式做示范推导，并要求学生掌握这些公式的推导。这样，既复习了以前所学的力学知识，也让学生对土力学这门学科的严密性有了认识，更重要的是学生对教材中的公式有了深刻、透彻的理解，不需死记硬背，在使用公式时也不易出错。例如:最典型的例子是在讲解土抗剪强度的极限平衡条件时，用莫尔圆推导土处于极限平衡状态时的基本表达式，教材中提供了三种不同表达式，但如果我们掌握了公式得来的过程，画出莫尔圆和抗剪强度包线，自己即可很容易地导出这些公式。同时也给讲解朗肯主动土压力强度和被动土压力强度的公式推导做了很好的铺垫，朗肯主动土压力和被动土压力强度公式是基于极限平衡条件而建立的，教师只需让学生分清哪个力是大主应力，哪个力是小主应力，就可导出土压力强度公式，然后再根据强度分布图，计算面积即可得出土压力。学生掌握了这些公式的关系，既不需记很多公式，也不会用错公式。例如部分学生在算土压力时，经常会直接用某些教材中的土压力的式子，这往往会因为搞不清公式的适用条件导致出错。如果学生知道公式的由来，先计算土压力强度，再绘制分布图，最后求土压力则不容易出错。当然在土力学中，三相比例指标的变换关系推导，基底附加应力计算时，运用材料力学压弯组合公式时的公式推导等等地方也都应该要求学生掌握。 3注重易混淆概念的对比 在土力学中，经常有些名称相似但内涵不同的概念，学生很容易混淆，所以在讲解时，应该把它们放在一起做对比解释，给学生解释清楚它们的不同，避免混淆。例如在讲解附加应力、自重应力、有效应力和孔隙水压力时，要讲清楚前两个概念是从力的产生原因上对力的分类定义，由外荷载产生的即为附加应力，由土体自重产生的即为自重应力;而后两个概念是从对力的分担上进行分类定义的，由土骨架承担的荷载即为有效应力，由孔隙水承担的荷载即为孔隙水压力。类似的容易混淆的概念还有:土的天然重度、土粒重度、浮重度、饱和重度、干重度之间;塑性指数和液性指数之间;变形模量、压缩模量和弹性模量之间;主动土压力、静止土压力和被动土压力之间等等，在这些地方，采用对比讲解学生理解的会更透彻。 4注重实践教学环节 土力学是一门实践性、应用性很强的课程。实践环节可以包括试验和现场参观。土力学试验是土力学课程教学的必不可少的实践环节，它既可以使学生加深对土力学理论的理解，也可以提高学生的动手能力。土力学课程中的试验很多，可根据试验的特点通过学生不同的参与方式来完成。一种学生亲自动手操作完成的试验，例如土的含水量、密度、液塑限试验，压缩试验、击实试验和直剪试验;另一种试验是教师演示试验，例如三轴试验等;还有一种试验可通过视频来让学生观看学习。现场参观是教师带学生深入到施工现场，让学生现场认识各种地基处理方法和基础施工方法，在施工现场学习有关土力学的理论知识，感受应用理论知识解决现场工程实际问题的过程，和从工程实际中发现问题，充实理论知识，积累工程经验的过程。这样既激发了学生的学习兴趣，又开阔了学生的视野，为早日适应工作环境打好了基础。除了以上四点外，还有几点也是教师在课堂上应给予重视的。例如:土力学中重要的专业术语和词汇要给出英文翻译，让学生早接触，早熟悉，为将来能更快地适应国际工程合作做好准备;一些重要的岩土工程软件可简单地介绍给学生，为感兴趣、有潜力的学生深入学习提供方向;教师应该设计一些综合习题或设计题让学生去做，从而锻炼学生综合应用知识的能力，培养学生独立分析问题和综合分析问题的能力，让学生用所学知识解决实际工程问题，体会学以致用，学有所用的成就感。 总之，土力学课程要想让学生学好，教师必需要花费精力和时间去积累专业知识，摸索合适的教学内容组织方法，掌握与学生课堂的互动技巧，应用灵活多样的教学方法，来引导、启发学生主动学习土力学课程。以上是作者从事土力学教学以来得到的一些教学心得体会，现总结出来供教育界同仁共同探讨。 作者：王宇辉 单位：上海师范大学建筑工程学院 力学专业论文:土木工程专业工程力学教改研究 1概述 《工程力学》课程是土木工程专业的重要专业基础课，在该专业的课程设置中占据了极其重要的地位。课程教学内容包括《理论力学》和《材料力学》两部分。通过该课程的学习后，要求学生掌握静力学的基础知识并能熟练运用静力学基础知识求解工程实际问题。而《材料力学》部分内容则要求学生掌握五种基本变形———杆件的拉伸、压缩、剪切、扭转、弯曲;还要求学生掌握杆系结构的强度计算和刚度计算。学生通过以上专业知识的学习后，能为今后从事相关的工程结构设计提供必备的理论知识，同时也为今后从事工程施工奠定必备的力学基础知识。应用型本科教育的目标是培养适应生产第一线需要的高等技术人才，对于土木工程专业毕业生而言则是毕业后能在勘察设计研究院从事建筑勘察设计工作，在施工单位从事相关的施工管理工作，在监理单位从事相关的建筑监理工作，在机关事业单位、房地产开发企业等单位从事技术管理工作。经过一定时间的工程锻炼，能取得结构师、建造师、造价师、监理师等执业资格证书，成为该行业的专门人才。江西科技学院为适应高等教育转型需要，对《工程力学》课程教学改革进行了积极探索，根据应用型本科人才培养的需要，制定了《工程力学》课程改革的三大目标: 1)为应用型本科院校《工程力学》课程的教学提供指导与借鉴; 2)培养学生对力学课程的学习兴趣，增强学生利用力学知识分析工程问题的能力，并为后续课程打下力学基础; 3)培养一支专业的教师队伍。在多年的教学实践中，我们基本实现了以上教学改革目标。 2《工程力学》课程传统教学中的弊端 1)课程教学内容注重理论，对工程应用有所忽视。土木工程传统的力学课程有《理论力学》《材料力学》《结构力学》等内容，这些力学课程注重系统理论的教学，这个优点在教学改革中应继续发扬。力学知识来源于工程实践的总结，在工程中又可以运用力学知识服务于工程，在应用型本科教学中，我们应做到力学原理与工程实际的有机结合。传统的力学教学主要包括两个方面的内容:a．根据工程问题简化得到力学模型。b．对力学模型进行相关的分析。以往的教学过程中对后者比较注重，前一个问题很少涉及或几乎不涉及，割断了相关知识与工程实践的结合。 2)重视理论知识，轻视试验内容，当前很多高校提出人才培养目标要“厚基础，宽口径”，理论课时压缩严重。《材料力学》部分有较多的实验内容，如测量应力和应变、圆轴的扭转等。当前应用型本科的力学实验教学存在以下一些问题:a．由于实验设备和教师师资的限制，一些力学实验表现在以理论授课为主。b．局限于一些条件，力学实验以验证性实验为主，这些实验是对理论知识的一个补充。c．由于对学生的课程考核评价方式的原因，一些学生对实验教学态度不端正。d．一些老师和教学管理部门对实验教学不够重视。 3)教学手段比较单一，很多学校的教学模式依然比较传统，采取“粉笔+黑板”的教学模式。如今，计算机和多媒体发展技术日新月异，这种单一的教学手段显然不适应这种发展。应将多媒体教学手段引入到课程的教学中，同时对于一些计算量较大的例题或是习题可以采用编程计算，也可以将一些力学软件引入到教学中，这样可以提高教学效果以及教学效率。 3《工程力学》课程教学改革的探索 结合江西科技学院的实际情况，我们进行了教改实验。在教学改革实施的过程中，采取了以下教学改革方式。通过几年的教学改革，取得了较好的效果。 1)兴趣教学法。上第一堂课时，我们要求参加实验的老师采用兴趣教学法，先不要太快讲力学知识，而是先把土木工程专业今后的就业方向:设计、施工、监理等逐一向学生讲解，然后向学生介绍力学知识在这些行业中的应用。通过土木工程中的一些实例来激发学生对力学的兴趣。例如为什么钢筋和混凝土能很好的工作，充分发挥各自的力学性能。这是建筑工程中最常见的一个问题，也是一个力学问题。如果直接给学生讲一些力学概念、力学理论，学生无法提起兴趣，但例子一来，学生兴趣就来了。“兴趣是最好的老师”，通过一些实际工作的力学问题来激发学生对力学知识的理解可以达到事半功倍的效果。 2)培养学生牢固树立力的概念，开展一些理论联系实际的实践教学。力是力学课程中最重要的概念，很多看来和力毫无关联的概念，都可以借助力的概念来加深理解。例如在讲授自由度和约束的概念时，一个单链杆相当于一个约束、一个单铰相当于两个约束、一个固定端相当于三个约束。若能结合支座反力的概念，如图1所示A处链杆可以提供一个约束反力，因此相当于一个约束;B处铰结点可以提供两个约束反力，因此相当于两个约束;C处固定端可以提供三个约束反力，因此相当于三个约束。将约束反力的概念和约束个数等效起来，能更好的加深学生对自由度和约束等概念的理解。此外，在教学实践过程中，我们结合《工程力学》与土木工程专业其他专业课程有机的设计了一些实验。例如结合课程性质，我们将《材料力学》《土木工程材料》有机结合，设计了一个综合实验。学生可以通过土木工程材料实验，了解主要土木工程材料，如混凝土、钢筋、水泥、石子、砂子的性质，通过综合实验验证其力学性能;还可以通过《材料力学》实验验证钢筋、混凝土等脆性材料和塑性材料的相关力学性能;最后还巩固了混凝土的配合比知识，通过配合比计算，制作实验试块，通过养护检测混凝土不同龄期的强度比例。通过这样的综合性实验设计，凸显力学课程的专业基础课程地位。这些做法在教学中获得了老师和学生的一致好评，提高了教学效果。 3)运用多样化的教学方法与教学手段，采用多媒体教学。该课程的理论性和实践性较强，以传统的教师授课为主，辅助部分实验实践学时。在理论教学时，如果部分内容能采取多媒体教学手段，可以提高教学效果。此外，该课程若能结合一些力学求解器等软件进行教学，一方面可以加深和巩固课堂教学所学内容，另一方面，可以通过求解器验证理论教学，加深学生对理论教学的理解，使学生在轻松的多媒体环境中学习枯燥的理论知识。为此，我们专门从上海交通大学出版社、清华大学出版社等出版机构购买了《理论力学求解器》《材料力学求解器》等教学软件并运用到教学实践中。例如结构动力计算的频率分析具有较大的难度。如图2所示的两个自由度结构，在判断ωa和ωb的大小关系时，结合教学软件中的模态分析，学生能较好的理解图2中所示两自由度结构频率的大小关系。 4)加强该课程和实际工程的结合。力学知识是伴随工程发展而诞生的一门学科，力学知识起源于工程的总结，但需要应用到工程实践中才能发挥其生命力。力学的研究对象是将工程实际模型化，简化成杆件或杆系结构。在教学过程中，如何将工程结构简化成符合要求的力学模型，在教学过程中是一个重要的教学内容。如何将梁简化成为杆件结构，如何将杆件之间的结点简化为铰结点、刚结点等连接方式，如何将梁与支座的结点简化为固定端支座、固定铰支座。这些都需要我们将简化的来龙去脉详细向学生讲解。此外还可以结合日常生活，在教学过程中将生活中的一些力学原理结合相关知识点进行教学，可以提高教学效果。例如力偶是一个较难理解的力学概念，我们在教学中列举了一些生活中常见的现象，如司机开车两手握方向盘，实际上就是一个力偶。让学生通过一些常见现象既掌握了力偶的原理，对力偶的力学效果也加深了理解。 5)完善教师的业务素质，培养双师型教师。在知识发展日新月异的时代，教师必须具备新的教育教学观念，做到与时俱进。教师应具备较强的工作能力和教学研究、科学研究能力，具有较强的创新意识。土木工程专业作为工程实践性较强的专业，对教师理论教学水平和实践能力的要求也相对较高。教师需要不断努力，成为“双师型”教师。具备“双师型”能力和资历的老师，具有一定的工程实践经验，能把握好专业的发展方向，同时还具有较强的理论教学能力。在授课过程中可以较好地结合专业和工程实践，针对性较强，在课题教学中可以做到理论联系工程实践知识。作为一名力学老师，应利用好寒暑假和平时休息时间参加工程实践，成为工程师或取得相关执业资格证书。 4结语 通过几年的教学实践证明，我们的教学改革是卓有成效的，但也存在一些不足之处，比如在实施教学改革的过程中，部分学生缺乏一定的学习兴趣，没有找到行之有效的激励学生学习兴趣的方法，对部分教学改革措施没有形成成熟的理论体系。另外还要不断加强该课程与工程实际的结合，这需要在今后的教学实践中进一步完善。同时，我们在实际教学中也遇到一些新的挑战，随着力学知识的不断发展，对力学课程的教学要求提出了新的难题，《工程力学》的教学如何适应这一新的情况，这也是我们有待进一步解决的问题。教学改革无止境，相信今后《工程力学》课程的教学能不断适应社会的发展。 作者：朱街禄 单位：江西科技学院机械工程学院 力学专业论文:木工程专业力学教学机制 1非力学类课程的结构体系 1．1钢结构设计原理 钢结构设计原理在第5学期开设，包括钢结构设计的基本内容、钢结构连接、受弯构件的设计、组合变形构件的设计、无盖和网架结构设计等。钢结构设计基本原理以材料力学和结构力学为理论基础，从力学模型的简化，计算理论的应用，计算公式的推导都是相同或相似的。 1．2钢筋混凝土基本原理 钢筋混凝土基本原理在第5学期开设，内容包括轴心受压构件计算、受弯构件计算、受扭构件计算、偏心构件计算、预应力构件计算等。混凝土梁、板、柱构件的受力模型基本属于弯曲和压缩，在截面积设计、配筋计算时所用的理论方法基本和材料力学相似。 1．3基础工程 该课程在第6学期开设，包括天然地基上浅基础的设计、桩基础与深基础的设计、软弱地基处理、特殊土地基等。不管是独立基础还是筏板基础，其基底均受土压力，力学模型根据土力学知识进行简化，但最基础的计算依据还是静力学和材料力学的外力内力理论。桩基涉及到摩擦力和压力相关理论。 1．4结构抗震设计 建筑抗震设计是第6学期开设的一门专业课，内容包括地震作用下结构抗震验算、结构非弹性地震反应分析、各种类型房屋抗震设计等。结构力学是结构抗震设计的理论基础，材料力学的强度条件是结构抗震设计的依据。 2知识体系的建立 由以上分析可知，理论力学的静力学、摩擦，材料力学及结构力学这三大力学是后续大部分课程的理论基础和设计依据，但由于课程开设时间不在同一时间，相隔较长，且现在相当一部分学生学习力学缺乏钻研和独立思考精神，没有真正掌握有关理论，在学习专业课程时早就将有关力学方法理论忘记，这直接导致专业课学习比较困难。如果能建立起一个相关课程的知识体系，在前期力学课程的学习中穿插讲解后续课程的部分内容，使学生有目的的学习，提前介入专业课，这对学生学习和课群建设是有很大帮助的。 2．1知识体系建立的必要条件 首先需要固定教材，规范教学内容。知识体系的建立关键在于知识的延续性，前后呼应是特点。固定了教材就可以充分满足延续性，规范了教学内容，可以减少教学内容的随意性，还可以避免重复讲授。其次是稳定授课教师。各课程的讲授是由不同教师承担的，教师是知识体系建立之后的实施者和检验者，知识体系的延续性需要教师的延续性，稳定的教师是知识体系延续性的重要保障。第三，需建立各任课教师的备课制度，将知识体系的概念和设想介绍给相关教师，使教师的授课过程主动在知识体系的框架内进行。 2．2将后续课程部分关联内容提前介入教学 静力学是理论力学中最初学到的内容，所以将后续的材料力学、结构力学等求解支座约束反力的例子放到静力学中去讲解是很好的选择。材料力学主要求解构件的内力，特别有必要讲解桁架内力计算、刚架内力计算和弯曲梁内力计算，叠加原理也需要重点介绍，这些都是结构力学所学内容的最基本的知识点。下面通过几个例题用来说明如何将后续课程部分关联内容提前介入教学。 3结语 力学知识体系的建立需要对各课程知识点不断进行梳理和提炼，各教师之间需要坚持不懈的交流和沟通，授课方法需要不断的实践和总结，而授课效果也需要一个时间段来检验。力学知识体系的建立在土木工程专业中的成功实践，对其他以力学为支撑的有关专业的教学都有很好的借鉴意义。 作者：唐红春 王璐 单位：西安工业大学北方信息工程学院 力学专业论文:建筑学专业力学教程探新 一、教学现状 建筑力学是建筑学专业学生最早接触工程知识和工程结构概念的一门课程，学生通过力学课程的学习后，才可能往工程方向发展，因此，建筑力学在培养学生良好的工程能力、学科素养及创新能力等方面具有不可替代的作用。目前建筑力学教学现状及问题:首先，教材选择较为局限，大多数教材都以三大力学部分内容为主，理论性强，知识点多，课时不够内容取舍难;教材内容与实际工程存在一定差距，结合工程实践的例子少，教与学脱节。其次，建筑力学课程在大学一年级第二学期开设，学生对建筑的认识及相关专业术语还不甚了解，导致上课没兴趣，缺乏学习动力。最后，建筑力学课程的学习有诸多计算问题，如微积分应用等，这对部分建筑学专业的学生来讲有难度;课时量的压缩使课程学习进度加快，学生在课外需花大量时间加以巩固。为此，探讨建筑学专业的学生如何学习建筑力学十分必要。 二、如何学习建筑力学 (一)调整教学内容 新疆大学建筑工程学院选用同济大学出版社出版的《建筑力学》(周国瑾等编著)作为教材，该教材融同济大学建筑、城规等专业多年教学改革实践，将传统的理论力学、材料力学和结构力学内容加以综合、归类编写而成。教材内容以掌握概念为基础，突出了建筑物设计、施工安全方面的考虑，如雨篷、塔吊、烟囱等的受力分析，强化力学在结构中的实际应用。教学内容的展开以解析分析和计算为手段，从建筑学专业的特点出发，对建筑力学教学内容进行调整，将建筑力学教学重心转移到为后续建筑结构选型和相关建筑模型制作作准备和铺垫。根据教学大纲的要求和实际工程与理论知识的对应关系，确定建筑力学的理论教学重点内容。考虑建筑力学的课程体系和学生的认知行为，重新确定建筑力学理论的知识学习领域，对各部分知识内容进行重新组合划分，使学生所学的内容更具系统性和合理性。课程内容调整思路如下:(1)在绪论部分介绍与建筑结构有关的术语及荷载的传递等，强化结构计算，特别是支座、杆件的简化，使学生在正式学习之初对建筑结构的基本概念有所了解，明确学习任务和目的，以及与工程实际构件计算的关系，正确认识课程重要性。(2)将空间力系的计算与平面力系结合，作为平面力系的延伸，不单独讲解，并将物体的重心相关内容合并到平面图形的几何性质进行学习。(3)对建筑学专业的学生来说，压缩定理和公理的推导课时，增加受力图分析和相关计算课学时，强化学生应用能力的培养更为重要。(4)将结构力学中平面体系的几何组成分析放入静力学部分约束与约束反力的计算中，通过了解静定结构的组成规则，理解约束的种类和对结构稳定性的影响，在此基础上学习计算约束反力，便于分析结构支座平衡问题，从而可对实际工程中常见的静定结构支座反力计算和杆系结构体系的计算讲解更为深入和透彻。(5)静定结构的内力分析由单跨到多跨，再到刚架，逐层深入，由易到难。把梁的变形和静定结构的位移计算放在一起，可以将挠曲线方程计算位移和用图乘法计算结构的位移联系在一起，前后衔接，精简内容。 (二)改变教学方法 要提高学生学习主动性，调动学习激情，教学方法很重要。教学方法的改变，能够直接促进教学质量的提高，促进学生能力的培养。教师要教给学生学习的方法，学生要掌握学习方法。这就要求教师在教的过程中不断改变教学方法。目前，教学方法多种多样，有头脑风暴法，模块化教学方法、案例教学法、启发式教学法、多媒体教学法、施工现场教学法和实验教学法等。无论哪种教学方法都要求教师“吃透”教材，翻阅与教材有关的书籍，搜集相关资料，制作与教材知识有关的教学道具，还要在教学的过程中使学生产生学习兴趣。在课堂讲授中，如何引出要讲解的知识点，如何与前面所学内容相关联，让学生掌握什么，如何应用。这都需要教师灵活运用各种教学方法。多种教学方法并用能明显提高教学效果，可以使学生产生共鸣。与工程实践相结合，培养学生应用力学基本原理去解决实际问题。如讲空间一力对坐标轴之矩时，用开窗户或开门来举例，就能很好地说明力矩的计算。对于平面图形的几何特性中惯性矩的讲解，可以结合实际工程中柱的截面惯性矩，对于矩形截面，对x轴和y轴的惯性矩分别为Ix和Iy，让学生判断对于矩形柱截面，在柱网中如何摆放柱子，以增强学生对不同轴的截面惯性矩的认识，并用惯性矩的概念去解释一些结构构件受力问题。这样有利于激发学生学习的积极性和创造性，有利于学生基本素质的提高，真正做到基本理论和工程实践融为一体。建筑力学中的部分内容可以采用多媒体进行教学，如:杆件的轴向拉伸和压缩时，内力分布及单元体的受力比较抽象，通过动画演示，抽象的内容简单化，针对性和趣味性更强，便于学生理解和掌握，既提高了学生的学习兴趣，也增加了课堂信息量，使枯燥的理论变得通俗易懂。 (三)学生能力的培养 建筑力学课程人才培养目标是培养掌握必要建筑力学基本理论知识，并具备处理工程实际问题能力的应用型人才。特别是在以后的工作中，作为一名建筑师，要有力学的概念，能在建筑方案设计时处理基本的构件受力问题，避免给后续的结构设计带来不必要的麻烦。这就要求在教学过程中注重学生能力的培养。学生能力的培养体现在对学生思维能力、分析能力、创新意识和创新能力等方面的培养。对学生而言，有的概念较抽象，要调动学生对实物的感性认识，培养学生的思维，比如力偶矩的概念，让学生联想手持方向盘的感觉，以此解释、分析力偶对物体的作用效应。这样既加深了学生对力偶矩概念的理解，又可以活跃课堂气氛，调动学生的积极性。 在教学中要帮助学生提高分析、解决问题的能力。对一些公式和基本定律的推导要注意讲解分析思路，提出其内在规律。各章节相关知识点之间的联系可在教学中帮助学生梳理，并展开横向、纵向比较，使学生能够较好地掌握这些知识点，达到正确应用公式和理论解决实际问题，知识体系更系统化。课堂教学方式的多样性，灵活性和启发性也有助于培养学生独立思考能力和创新能力。比如讲完拉压杆的轴力和轴力图后，让学生思考在相同受力条件下，杆件截面在有缺口和无缺口两种情况下的破坏情况，从而引出应力概念，启发学生思考。 三、结语 建筑力学是建筑学专业重要的专业基础课，教学方法和手段多种多样，但教学的预期目的和要达到的教学效果是一致的。在“教”和“学”两个方面还有很多值得探讨的问题，需要教师不断创新和探索，才能更好地找到建筑学专业学生学习建筑力学课程的新途径和新方法，真正掌握力学知识，为将来从事建筑设计工作奠定良好基础。 作者：韩风霞单位：新疆大学建筑工程学院 力学专业论文:电力学院专业教师个人教学管理工作总结 一、政治思想表现 1．认真学习实践科学发展观 深刻认识学习实践科学发展观活动的具有重大理论意义、实践意义、战略意义和政治意义，科学发展观的实质就是全面协调可持续发展，根本方法是统筹兼顾，科学发展观是与马列主义、思想、邓小平理论及“三个代表的重要思想”一脉相乘，是马列主义、思想、邓小平理论及“三个代表的重要思想”在新时期条件下继承和发展。学习科学发展观注重理论联系实际并指导本职工作，也就是牢固树立“教育以育人为本，以学生为主体”的思想；树立教学管理，服务第一思想观念，强化教学管理服务意思；学习科学发展观牢记党的宗旨，全心全意为人民服务，牢固树立为学院教师服务的思想意思，吃苦在前，享受在后，在工作学习中努力起模范带头作用，对同志热心帮助和爱护，对工作认真负责踏实努力。学习实践科学发展观就要全面贯彻党的教育方针，坚持育人为本，德育为先，切实落实素质教育；树立科学的教育质量观，就是要培养学生德智体美全面发展，着力培养有理想、有道德、有文化、有纪律的大学生，要努力提高大学生的学习能力、创新能力、实践能力、交流能力和社会适应能力。学习实践科学发展观就要热爱教育事业，敬业爱岗，教书育人，为人师表，树立良好教师职业道德。 2．认真学习学校各项教学管理规章制度 认真学习学校各项教学管理规章制度，深刻理解各项管理制度的深度和宽度，政策执行准确，管理全面到位；深刻理解学校“两严”治校方针，在执行“从严治校，从严执教“方针同时，坚持以人为本的管理理念，树立“严”在当严处，爱在细微中的做事原则，树立人文关怀、亲和管理思想观念，在具体执行政策时即要做到宽严结合，又要注重科学性、合理性、公平性，从以人为本的角度出发，最大限度维护电力学院师生合法权利和利益。 3．执行党员干部廉政自律情况 认真学习党中央及学校关于党员干部廉政建设文件，深刻领会文件精神和内含，按照文件要求自觉遵守党的各项纪律，严以律己，作风正派，做到拒腐蚀永不粘。在项目招投标中积极维护学校利益，能够做到公平公正，不谋私利。在工作中自觉接受群众监督，公正廉明，不打击报复。自从事电力学院管理工作以来没发生行贿受贿问题。 二、电力学院教学管理工作 1．专业建设工作 目前电力学院共有四个专业，分别是热能与动力工程、电气工程及自动化、自动化和电子科学与技术，其中热能与动力工程分为两个培养方向，即火力发电方向和水力发电方向，电子科学与技术专业是我院**年申办新专业。一年来我们专业建设取得显著成绩，热能与动力工程专业评为省级品牌专业，水力发电被列入国家资助重点建设实验室。教学计划改革稳步推进，专业培养计划是完成专业培养目标基础，只有制定科学合理专业培养计划，才能完成培养学生所需要知识水平和技能。现有培养计划大部分是**年教改时制定的，虽然当时制定考虑很全面，经过几年执行实践表明现行的培养计划仍然存在许多不足的地方。本学期我们认真研究现有培养计划，走访几个专业，并与相关专业教师进行讨论和分析，主要存在几个方面问题，一是部分专业基础课按分配计划学时完成大纲规定教学内容很困难；二是有些专业主干课程设置不合理，缺乏专业培养特本文出自公务员之家/色；三是有些专业主干课程设置合理，学时分配不合理；四是相关课程开课顺序不衔接；五是有些课程受实验室条件的限制，实验教学效果不理想；六是选修课程安排多开出的少，学生选择余地不大；七是有些课程当时制定教学计划时没有实验设备，现在有了实验设备需要修改课程授课学时。真对存在问题我们将在以后的工作进行专门讨论研究，力争使我们培养计划科学合理，达到专业培养的目标要求。 2．教学质量监控及评价工作 依据“强化教学管理、深化教学改革，提高教学质量”基本思路，以培养创新人才为重点，以强化实践教学为着力点，以信息技术的应用为提高教学质量的新手段，树立教学的中心地位，稳步提高教学质量。我们主要采取以下几方面措施进行教学质量监控：一是严把考试试卷质量关，即对各科考试试卷难易程度、试题覆盖全面性、试卷题量大小、试卷板面质量、分数设置合理性等进行了严格把关；二是对考试成绩评定提出了明确要求，并对主要课程成绩进行了抽查，绝大部分教师成绩评定符合要求；三是进行两次学生评教活动；四是积极与校督导团沟通和联系，及时对教学活动中存在问题进行反馈和沟通；五是召开学生代表座谈会，建立课堂教学信息反馈渠道，座谈会上学生对电力学院教师课堂教学给予了高度评价，认为电力学院拥有一支基础知识扎实、教学态度端正、师生关系融洽高素质教师队伍；六是鼓励教师利用先进的信息技术提高教学质量，探索运用信息技术改革教学方法，充分发挥信息技术的作用，推进教学方法改革，提高教学质量，为此学院开展了多媒体教学比赛，各个教研室分别进行预赛，这项措施有力促进了我院多媒体教学质量的提高。 3．师职队伍建设 电力学院能否快速发展，教学质量能否快速提高，关键看教师队伍，教师是提高教学质量的决定性因素。建设一支高素质师职队伍，已经成为电力学院一项紧迫的任务，目前我们学院现有教师队伍基本满足教学工作开展，但师职伍结构还不尽合理。一是高级职称人员及高学历人员偏少，目前只有教授4人，博士5人，分别占教师总数6和7，这与我校发展教学研究型大学要求相差甚远（教授20，博士40）；二是老中青年龄结构不合理，电力学院35岁以下青年教师占到电力学院教师队伍65，并且承担了75以上本科教学工作量，他们刻苦专研业务，工作积极努力，教学态度端正，教学水平逐步提高，一年来没发生一起教学事故，已成为电力学院教学工作的主力军，三到五年内他们将成为电力学院骨干力量。因此加快青年教师的培养是我们教学管理工作的重心，我们采取多种措施和手段来帮助青年教师提高教学水平，如举办青年教师讲课大赛、多媒体教学比赛、邀请教学经验丰富老教师进行课堂观摩教学等。在引进人才方面我们也做了大量的工作，收效甚微，原因可能是多方面的。在人才引进困难情况下，走自己培养的道路，今年争取到6个在职读博士名额，在全校各院系中是比较多的，力争三年内使在职读博士人数达到20人，争取引进高层次人才10人。教学团队建设成绩显著，以高传昌教授为主水电工程教学团队获得省级教学团队称号。 4．学生选课工作 选课是学生修读课程的基础，学生应根据自己学习能力合理选择所修课程，选课过多过少都会影响到学生学习。学生选课活动是教学管理过程出现问题最多的环节之一，每年都会有一部分学生选不上课，通过调查研究发现这些学生选不上课主要原因是选课态度不认真，为此我们九月分别在龙子湖校区和花园校区召开选课培训指导会，对学生选课进行了严格要求，十二中旬又专门召开各年级导师会议布置本文出自公务员之家/选课工作，进一步强调选课严肃性，要求学生一定认真对待选课，同时对上学期没有选上课学生给予了通报批评。 5．实践教学组织管理工作 理论教学和实践教学同等重要，实践教学是完成专业培养目标重要环节之一。强化实验、实习、课程设计和毕业设计(论文)等实践教学环节教学，对提高学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力具重意义。一是要提高教师对实践教学重要性认识；二是认真审查实习计划和实结，课程设计题目和课程设计总结，并提出性指导建议和意见；三是加强毕业设计过程监督，认真抽查毕业设计选题、毕业设计任务书、指导教师辅导时间及毕业答辩成绩评定等；四是要求大课程实验教学进行合理分组，统筹安排，提高实验设备利用率和实验效率，实验教师不惜牺牲大量业余时间，保证了实验教学任务完成。 6．教学管理日常工作 教学管理日常工作覆盖面广，任务重。我们主要做好以下几个方面：一是教学进程的制定和教学任务的安排，教学进程制定的是否合理，直接关系到教学任务能否顺利落实。电力学院在师资资源紧张的条件下，合理制定教学进程，充分调动全系任课教师的积极性主动性，保证了20**年教学任务的顺利落实；二是学生考试及学籍管理工作，主要有学生英语四六级考试报名和监考工作，计算机等级证考试报名和监考工作，组织学生参加课程的补考及申请课程的重补修工作，指导转专业、转校生进行课程的补退选工作；三是学生学籍管理，按时完成学生成绩的登录及上报工作；四是教师课表、教学任务书的下达、教师授课计划的审核、教师评学工作的管理、实践教学工作的管理、考试试卷的管理、教学检查工作、教材征订统计、教学工作量统计审核、导师和教研室主任的考核。五是协助其他院系完成夸院系教学任务安排，以保证教学工作平稳、有序地开展。 三、本人教学科研工作 20**年承担一门本科课程教学和两门研究生课程教学，总教学工作量360学时。在教学过程中努力做到课前认真备课，认真钻研教材，掌握重点与难点；精心组织好课堂教学，关心学生，重视学生信息反馈，注意调动学生的学习积极性，创造良好的课堂气氛；做好课后辅导，及时批改作业；积极参加听课、评课，虚心向同行学习，博采众长，不断提高教学水平。本年度共指导研究生五名，毕业研究生两名，另有两名研究生完成开题及期中检查工作，认真审查修改研究生论文。科研工作共完成两项纵向项目省级科技成果鉴定；4篇，其中核心两篇，ei收录一篇；科研项目到帐金额11万。 四、其他工作 积极参与东区公寓楼建设工作，受校领导委托被聘为公寓楼电气安装质量监督员。主要参与了东区中心配电设备选型及考查工作，与基建处、工会等相关人员一道共考查六家开关柜生产公司，提交了考查报告；参与了龙湖变电站到中心配电房10kv高压电缆地埋方案论证工作，考查了五家建筑安装公司，提交了考查报告；与基建处、工会等相关人员一道考查了五家电梯公司，完成考查报告；参与公寓楼弱电系统配置方案论证及设备的选型工作。 五、工作存在不足 教学管理工作头绪多事务烦杂，我们也清醒的认识到教学工作无小事，稍有疏忽大意就有可能给教师和学院带来很大的损失，我们深感责任重大，因此我们在教学管理中努力做事无巨细，工作任务早计划、早安排、早落实。本学期教学秘书只有徐燕老师一人，她任劳任怨做好本职工作，不惜牺牲大量休息时间来安排各项教学任务，为电力学院教学管理工作有序开展付出艰辛劳动。虽然我们教学管理做了大量工作，还有很多不足之处，一是我们工作方法和政策落实还不够到位；二是对教师人文关怀不够全面，如果因本文出自公务员之家/为我们工作疏忽给你教学工作带来困难，在此深表歉意。希望广大教师多提宝贵意见，以利于我们今后改进工作，为广大教师提供高质量的服务。 力学专业论文:机械类应用型本科专业理论力学教学改革探讨 摘要：针对机械类应用型本科专业的特点及理论力学课程课时少与授课内容多的教学要求，为满足工程教育的需求，培养学生的工程实践能力、设计能力和创新能力，根据已有的教学经验，以临沂大学机械设计制造及其自动化本科专业为例，从理论力学的教学内容、教学方法和考核模式等方面进行了教学改革，使其适用于应用型机械类本科人才的培养。 关键词：教学改革；教学内容；理论力学 一、引言 近年来，制造业的飞速发展，加快了对工科特别是机械类应用型人才的需求，《中国制造2025》提出将人才作为建设制造强国的根本，需要加快培养制造业发展的专业技术人才。高校作为人才培养的重要基地之一，为国家实施人才强国的战略担负着重要的责任。因此，制定工科学生的培养标准和人才培养模式，提升学生的工程实践能力、设计能力和创新能力[1]，成为了新时代下急需解决的问题之一。临沂大学机械设计制造及其自动化专业被山东省教育厅授予“卓越工程师计划”试点专业之一，学校出台了一系列专业培养改革方案。理论力学作为机械专业核心技术基础课程之一，必然面临着教学内容、教学方法和考核方法等方面改革的重大挑战。根据工程教育认证的思维模式，抛弃传统的纯理论教学模式，转变为以研究性学习为主体的现代化教学模式，激发学生学习的主动性、积极性和创新性。 二、理论力学课程教学现状 理论力学是一门经典的、理论性和逻辑性较强的内容体系成熟的力学课程[2]。多年来，理论力学的结构体系、理论框架、基础知识内容基本没有变化。但是，随着教学改革的不断深入，理论力学的授课课时已从96学时逐步削减为64或48学时，课时量被极大压缩，短时间内讲授完理论力学中的全部内容（静力学、运动学和动力学），不能保证学生完全接受和消化，更不要说应用这些理论去分析解决实际问题。 当前的授课方式主要是采用PPT与板书相结合，教师与学生对PPT的依赖性很大，PPT使得每堂课的信息量较大，对应用型本科院校的学生来说，在较短的时间内掌握这么多的内容具有很大的难度，并且学生课外活动较多，课下复习投入的时间少。所以，学生不能完全理解、消化课堂上的内容，总会留下部分知识空白，时间长了，未能掌握的知识就会越来越多，影响后续知识的学习和学习的兴趣，导致较差的学习效果。 我校机械类专业理论力学开设在大学二年级的上半学期进行，学生思维活跃，求知欲较强，同时，网络技术的发展，使学生可以通过网络获取知识，但也使部分学生沉迷于网络游戏中，投入学习的时间较少。这为理论力学的教学带来了挑战，同时，也为教学改革带来了机遇。 三、理论力学课程的教学改革 （一）教学内容的改革 理论力学的课程内容比较成熟，具有较好的逻辑性和层次性，大部分的内容与实际生产和生活活动有着密切的联系[3]。为了与工程教育实践相结合，针对我校应用型机械类工科人才培养目标的要求，坚持“以培养工程实践能力和工程创新能力为目标”的理念，对理论力学的教学内容进行了深化改革与调整，将理论力学的课程定位为“使学生能熟练运用理论力学的基本理论去分析和解决实际工程问题，理论与实践密切结合”，要求在教学过程中，轻理论推导，重分析方法与实践应用。理论力学的基本概念比较清晰准确，学生需要课前自学就能明白，不需要在课堂上再进行讲授；理论力学的部分内容与普通物理的内容重复，如点的运动学、刚体的简单运动等，这部分内容留给学生课下自学；对一些比较复杂推导过程的定理，如点的速度合成定理，不需要给学生详细介绍速度合成定理的数学推导，只要重点强调怎样使用定理去分析问题、解决问题。另外，要合理安排习题课的数量和质量，精心选择题目，尽量使习题来源于生活实践，增加习题的趣味性和综合性，通过对习题的分析解答，提高学生的学习兴趣和主动性。总之，在教学内容的改革上，要结合学生思维发展和时代环境的变化，根据机械类应用型人才培养的目标要求，合理分配教学课时，删繁就简，注重突出知识点在实际工程分析中的应用。 （二）教学模式的改革 为了适应机械应用型人才培养方案和教学内容的革新，理论力学的教学模式也需进行更新和发展，借助现代教育技术手段和信息传输渠道，开发形式多样的教学方法，将知识高效快速地传输给学生。在该课程的教学改革中，课堂教学不再是以教师讲授为主，而是以学生的主动学习为主，将传统的PPT+板书讲授方法转变为教师引导、学生分组研讨的讨论式、研究式教学方法，改变学生课上忙听讲、课下忙作业的学习现状。临沂大学每堂课的时间是45分钟，教师讲授的时间不要超过15分钟，留下30分钟的时间供学生讨论研究。教师在15分钟内，借助多媒体技术，如视频动画、图像等对复杂的力学模型或机构进行演示，提高学生的感性认知。在研讨过程中，要以学生为中心，分组讨论，教师需要提前准备好，选择一些工程实例作为讨论的题目，教师的作用是引导和答疑。讨论结束后，在下一次上课之前，每个小组要选出一人将本小组讨论过程中遇到的问题、问题分析思路和结果用PPT或WORD进行展示。对学生讨论中出现的共性问题，教师要做出详细解答，将相关知识点的讲解录制成微课程，发送到网络学习平台或者直接发送给学生，让学生通过手机或网络进行深入学习。微课程内容的重点明确突出，时间短，学生在学习中会感到特别轻松，能调动学生的学习主动积极性。在视频录制过程中，引进近代科技成果的新内容，使学生能观察到理论力学在实际工程领域中所起到的重要作用。 （三）考核方法的改革 传统的理论力学考试方式多为闭卷考试，理论知识较多，考试的内容包括基本概念、基本原理及其应用，试题来源于各种题库，这种方法不能完全反映学生平时的学习过程和效果。有些学生平时不参与讨论学习，只靠考前突击复习，也能考试及格，但是考完后就全部忘掉了，不利于后续课程的学习。因此，这种纯理论性的考试存在很大的弊端。为此，在考核方式改革中，用学业成绩代表理论力学课程的最终成绩，学业成绩的构成方式由期末考试成绩和平时成绩组成，其中期末考试成绩只占学业成绩的30%，而平时成绩占学业成绩的70%。平时成绩主要由课堂参与成绩、研讨成绩和研讨过程表现成绩三部分组成，课堂参与成绩占平时成绩的20%，研讨成绩占平时成绩的50%，研讨过程表现成绩占平时成绩的30%。研讨成绩占比重较大，可以充分调动学生参与讨论的积极性，避免学生敷衍了事；过程表现成绩鼓励学生多动脑筋，提出创新性的问题；平时成绩的评定比较灵活，教师在平时讨论过程中需仔细考核，严格执行。从考核模式的改革可以看出，学生的学业成绩不再是单一的理论计算，更加注重了平时学习过程的监控，调动了学生的思维活跃性和学习积极性。 四、结 理论力学课程在机械类应用型人才课程体系中起着承上启下的作用，为学习后续专业课程打下基础。作为以培养应用型人才为目标的工科院校，需要积极推进课程教学改革，培养具备解决实际工程问题能力的工程技术人员。对本课程来说，要求学生会用理论力学中的原理解决实际问题。所以，在今后的教学过程中，更加注重学生的工程实践能力和工程创新能力的锻炼，以培养更多的具有工程素养的应用型工程技术人才。 力学专业论文:土木工程专业流体力学教学模式探讨 摘 要 流体力学是防灾科技学院土木工程专业的一门专业基础课。为提高课程教学质量，在教学实践基础上，从提高学生学习效果和教师教学水平两方面，对如何激发学生学习兴趣、引导学生思维方式、加强课堂管理与沟通、注重实验教学以及改革考核方式等问题进行了深入探讨与分析，以期探索出一种更好的适用于土木工程专业流体力学课程的教学模式。 关键词 土木工程 流体力学 教研改革 教学模式 0引言 防灾科技学院土木工程专业的定位是培养适应工程建设需要，具有扎实理论基础和专业知识的高级应用型人才，流体力学作为其课程体系中的一门专业课，在学生能力培养和知识结构体系中起着承上启下的桥梁作用，所以，掌握流体力学基本理论，并能熟练应用解决实际工程问题是土木工程专业学生的一项必备技能。然而，由于流体力学知识晦涩难懂，学生很难在有限的学时内将其掌握，熟练应用就更是勉为其难了。因此，在少学时的前提下，如何激发学生的学习兴趣、改善教学效果、提升教学质量值得探讨。 1激发学习兴趣 兴趣是学好任何一门课程的根本动力。流体力学课程知识结构复杂、概念抽象、数学公式繁琐，教师难教、学生难学。加之学生对其在工程建设中重要性认识不足，心理上不够重视，造成学习积极性差。因此，如何激发学生学习兴趣是教学成败的关键因素之一。结合多年的教学经验认为在教学过程中可以从以下几个方面着手：（1）设计翻转课堂，让学生参与主体教学，从而启迪他们的自主思维、发挥他们的主观能动性。当然，这需要根据授课对象的知识储备量选择适于翻转教学的知识点，比如流体静压强分布这部分内容，首先它易于理解，其次可以通过学识基础进行逻辑分析得到，第三能够对学生的思维产生较强的响应，所以非常适合让学生自主操刀讲授。（2）根据学校特色，优选教学内容， 贴近实际应用。比如，针对防灾科技学院土木偏重房屋建筑的特点，流体的相对平衡、桥梁孔径的计算方法及气体动力学等内容可安排为自学内容，多讲水工建筑物地基的抗渗稳定处理、水流对输送管道的冲击力等等。（3）在教学过程中省略繁杂公式的推导，利用多媒体技术将抽象难懂的物理现象转化为清晰的动画描述，以应用为目标，遵循“基础理论-案例分析-工程应用”的路线，注重基本理论和概念的讲授，重视工程技术问题的引入，培养学生面对实际问题如何提取主要因素建立物理模型的能力，并能用数学方法对其进行描述，建立数学模型。可以说这也是对授课教师的挑战，改变以往只面对抽象理论的现状，深入到工程当中去，与工人打成一片，了解实际问题，熟悉工程技术。 2优选习题，注重引导 掌握基本知识是解决实际问题的必要前提，教师可对习题分类整理，从考察基本概念的基础部分逐步过渡到代表性的、从实际问题中抽象出来的应用部分，注重引导学生从解题过程学会对流体力学知识的应用，并会举一反三。教师在讲解习题的过程中一定要给学生适量的思考时间，充分发挥学生的主动性，加强教学的针对性。另外，作业是学好流体力学的必需环节。通过适量的习题，不仅可让学生对所学知识有较为深入的理解，掌握流体力学的基本思维方法，还可让教师了解学生对知识点的掌握情况，以便及时调整教学内容。批改作业过程中认真记录出现的问题，并及时给予正确的指导，从而保证学生在学习过程中跟得上、不掉队。 3小班授课，加强管理 由于师资紧张，防灾科技学院流体力学课程中学生多教师少的问题突出，一个老师常需对七八十个学生一起授课，管理150左右学生的课程学习。所谓“强将难敌重兵”，即便是精力再充沛的老师面对人数如此众多的学生也难免出现管理不善，况且，伴随手机电脑的普遍而衍生出来的诸多问题都难以解决。课堂上，教师的重点是讲授知识，然而大班管理难度的增加势必会影响授课质量。因此，建议在流体力学课堂中采用三十人左右的小班授课，一方面方便教师管理课堂纪律提高授课质量，另一方面方便教师设置课堂互动和讨论，加强与同学之间的交流，从而了解每个学生的特点，尽量做到一对一指导。陶行知先生曾说过，没有爱就没有教育，然而面对刚结束高中繁重学业、处于青春叛逆期的大学生如何做到爱，这是一个值得深思的问题。严苛的要求肯定会引起他们的反感，疏松的管理势必达不到预期的目的，沟通在此时一定是一个绝佳的方法，放低教师姿态，与学生进行朋友式的交流，课上时间不够可以借助互联网建立QQ群、微信群利用课下时间在线及时了解学生的困惑，只有深入的熟悉，才能找到问题所在，从而进行引导。这显然是大班授课难以做到的。 4注重实验教学 实验教学是流体力学课程学习中的重要环节，然而，集中时间内完成的演示性实验教学不能实现人人操作，且以实验报告为考核手段也往往流于形式，这些都不利于学生责任心的培养和动手能力的锻炼。为此，可以利用周末适当拉长实验时间，让每个学生都能独立参与操作，并且放手让他们去做，将之前教师个人难以实现的实验细化让学生自己去完成，例如雷诺实验，不同管径的拆装、不同流体的转换、不同流速的控制，都让学生自己操作，这样不仅可以培养他们的动手能力，而且能够提高爱护公共设备的责任心。当然，这一方面势必会增加教师的工作量，另一方面对实验设备的维护管理也提出了更高的要求。另外，为了避免出现学生对实验报告的相互抄袭敷衍了事，考核时不能只计较实验结果的正确与否，要全面综合学生的操作能力、理解能力和创新能力，为此可以设置加分环节，给出题目，让学生自主设计实验，这不仅考察了学生对基础理论的掌握情况，又能激励他们对知识的创新利用。 5改革考核方式 课程考试、考察方式是检查教学效果、保证教学质量的有效手段之一，也是实践教学过程的重要环节，旨在全面掌握学生的学习效果、激发学生的积极性，真正发挥考试的检测和导向作用。流体力学的考核长期以来都是采取闭卷、笔试的方式进行的，虽然这种形式简单、高效，但也存在一定的问题，诸如，学生不求甚解，死记硬背花费大量时间，导致学习压力增大，并且考察的内容不够全面。中共中央国务院《P于深化教育改革，全面推进素质教育的决定》明确指出：“高等教育要重视大学生的创新能力、实践能力和创业精神，普遍提高大学生的人文素养和科学素质。”“重视培养学生收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团队协作和社会活动的能力。”这就要求我们应该全面科学地评价一个学生的综合素质。为此，可以采取半开卷考试形式，即学生参加考试可以携带一张写上课程相关内容的A4纸进场，这样不但可以减轻学生的负担，也可以培养和提高学生的归纳、总结能力，并且使命题更加科学，将重点放在考察学生的理解、分析问题和解决问题的能力上。此外，改革以往“一卷定成绩”的现象，增加过程性考核比重，一方面降低考勤在平时成绩所占分量，将课堂互动和讨论情况、翻转课堂的自学及讲解计入其中，另一方面提高实验教学考核比重。 6结语 任何一门课的教学都是以提高培养学生的质量为目标的，流体力学也不例外，这不仅需要学生积极主动的学习，更需要具有渊博专业知识和精湛专业技能的教师的正确引导，学生的参与和教师的讲授如果能够有效的结合起来，势必会使教学质量有一个质的飞跃。本文根据防灾科技学院土木工程专业的培养目标，结合流体力学课程和现代大学生的特点，对教学改革提出了一些有益的探讨，以期通过对教学实践的不断积累、凝练、升华，寻觅更适合的教学模式，提高教学效果，培养出能学以致用的应用型人才。 力学专业论文:针对未来建筑需求的建筑学专业力学结构课程教学研究 摘要：随着建筑业飞速发展，未来建筑对建筑师的国际化、信息化和技术化要求越来越高，针对未来建筑发展趋势，本文首先分析了具体需求及现状，目前《力学结构》课程分为《力学结构》（1）和《力学结构》（2）两部分授课，论述了不同课程阶段重点培养的能力和知识点，最后针对未来建筑需求，提出了建筑学专业力学结构课程的教学方法改进思路，建议针对国际化、信息化和技术化需求加强专业英语、计算机技术、多专业协作能力和实践能力培养。 关键词：建筑学，力学结构，未来建筑需求，教学方法 建筑W专业属于建筑行业中的牵头专业，是建筑从概念到实现接力赛的第一棒，因此，建筑学专业的同学除了具有良好的建筑空间与形式设计专业素养外，更要培养统领全局的能力，了解涵盖整个建筑行业的知识。各学科中，以建筑与结构的关系最为紧密，掌握《力学结构》课程内容对于学生形成基本的结构概念具有至关重要的作用。 一、未来建筑对建筑学学生的新需求 1.国际化。大型项目的实施，越来越多的开展国际招投标，越来越多的国外建筑公司进驻中国，中国的建设公司也逐渐走出国门，不同国家合作完成项目的实例越来越多，国际联合办学模式也飞速发展，包括国际联合教学、国际短期设计、国际联合培养、国际短期交换等模式[1]，这些都要求建筑学学生具有国际视野，专业英语过硬，了解国外的规范规定，加强与国际专业人员合作的能力。 2.信息化。BIM带给建筑行业一场技术革命，BIM技术将主宰未来建筑的全寿命阶段的设计、施工和运营，这一点已经得到广泛认同，各大设计院、施工单位都成立了BIM研究中心[2]。对于建筑学学生来说，应具备较好的计算机软件应用能力，能够熟练应用设计软件，并熟悉BIM技术相关软件的对接，应大概了解不同专业的基本软件知识，适应未来建筑信息化的发展。 3.技术化。目前的建筑学教学与建筑艺术结合较为密切，但是人们对与建筑的需求越来越多元化，绿色建筑的发展，使建筑技术日益受到更多的关注和重视，绿色建筑思潮的影响对绿色建筑人才的培养提出了新的要求[3]。模块建筑、可变形建筑等需求各异的建筑也迅速发展，要求建筑师必须会应用各种绿色建筑技术、模块化连接与设计技术、变形结构的建筑设计技术等。因此，为了适应未来建筑业发展，建筑学学生的培养目标应进行适当调整，在注重美学培养和传统建筑设计技术之外，应注重各种技术类知识的培养，了解新型结构技术、熟练掌握计算机软件、能够进行绿色建筑设计、了解建筑和结构类型前沿、提高专业英语培养等。 二、目前授课中注重培养的能力 不同专业的学生学习《力学结构》目的不同，需要先明白建筑学院学生学习《力学结构》的目的，需要从这门课程获得的能力，对教学非常重要。建筑学专业建筑力学课程总的教学目标是培养未来建筑师的基本力学素养，理解建筑形式与结构骨架间的相互依存关系[4]。《力学结构》（1）是以讲授结构力学为主的课程，《力学结构》（2）是以混凝土、钢结构、地基基础和抗震等学科的基本知识。 1.通过《力学结构》（1）的学习应掌握的能力。通过《力学结构》（1）课程的学习，建筑学的学生首先应该获得一个结构力学的基本概念，并不是仅仅会做简单的弯矩图就可以，而是应该了解力流的走向、传递和相互作用的原理，为建筑的概念设计提供一定的力学功底。因此在教学中的重点并不是仅仅是讲解每一种梁和刚架的内力图、内力算法和位移算法等，还应该讲解不同结构类型可以简化为哪种简化模型、结构计算简图中力流的分布和传递路径、为什么要计算内力图、计算各种内力和位移，利用结构设计实例讲《力学结构1》的各章串成一个整体，形成一个整体的设计流程图。 2.通过《力学结构》（2）的学习应掌握的能力。通过《力学结构》（2）的学习，应该了解结构学科的种类，如结构类型有钢筋混凝土结构、钢结构、木结构和砌体结构等，通过了解不同结构类型的特点、构造要求和简单计算方法，为以后的建筑设计奠定基础，了解什么类型的建筑应该采用什么材料的结构，了解每种结构的构件尺度是多少。此外，根据结构的不同设计阶段，力学结构课程还包括高层建筑结构、地基基础、抗震设计基本知识等章节，通过这些章节的学习，应让学生理解实体结构的设计包含了结构模型的建立、结构模型的静力分析、结构模型的抗震分析、地基反力的计算、杆件应力比的计算和位移参数的计算等，这些流程都是与课程章节一一对应，形成一个整体的流程图，将这一部分串成整体。 3.通过前沿工程技术赏析应获得的能力。除了对课程知识点的掌握外，通过本课程的学习，学生还应了解一些结构的前沿知识点，比如大空间建筑和高层的结构类型、传统和新型结构形式、案例分析，新型建筑材料的分类和特点，国内外代表性建筑的视频讲解、设计流程等。因此在课程中，除了讲述基本知识点，应通过大型工程实例的讲解，让学生提出自己的问题和思考，有助于加深对结构的理解，拓展建筑设计的思路，在思考建筑设计的同时，能够更多的思考结构与建筑的结合，体现出结构美。 三、基于未来建筑对建筑师需求的教学方法提升 1.工程实例结合课本知识点，同时紧密联系建筑设计。目前的授课已将工程设计实例和课程知识内容紧密结合，通过工程实例分析将课程知识点串成一个整体，但是对于建筑学同学来说，将所有知识点反映到建筑设计中更为重要，学生应该了解所有的结构知识将会对建筑设计产生的影响。因此，在教学中，应该注重知识点在建筑设计中的反映。 2.开展建筑、结构和环境设计联合小组。建筑学是一个综合大学科的龙头学科，应该尽早培养技术和沟通能力，可在课程末结合土木系和环境学院课程，组成联合设计小组，完成一套简单的建筑、结构和环境设计，结束后开展项目展示并由不同专业老师给出分数，综合成绩作为最后成绩。通过与结构和环境专业同学的配合和沟通，不仅可以将力学结构的知识点进行巩固，还可以锻炼协同沟通能力和团队协作能力，还能学习相关的结构技术和环境设计技术。 3.增加课程中实践环节。增加2周的结构设计大赛，让学生根据所学的结构力学的知识提出一种桥梁、大跨或者高层建筑模型，进行受力计算、模型设计和制作，考察模型的建筑方案、结构受力和模型制作三部分成绩，得出最终成绩。通过这种形式提高学生的学习兴趣，引导学生借助简单的结构力学计算软件进行结构分析。也可鼓励学生进行新型结构形式模型探讨，尝试变形建筑、模块建筑等新型形式，拓展思路，培养创新意识。 4.增加国外工程实例介绍。播放国外著名建筑的工程实例视频、国外著名高校公开课视频和各大建筑公司宣传视频资料，了解国外建筑设计、建筑技术和结构技术等前沿技术，了解国外建筑设计情况，同时可增强专业英语的培养。 力学专业论文:应用型本科土木工程专业力学课程群模块化建设 摘要：基于榆林学院土木工程专业力学课程建设和教学改革实践，力学课程群的建设将有利于精简课时的同时适应新形势下的应用型人才培养目标。文章从教学内容的整合与优化、实践教学的改革、考核方式的改革等方面，阐述了应用型本科院校土木工程专业力学课程群建设思路。实践表明： 力学课程群的建设，可以有效压缩教学学时，提高教学质量，对培养高素质应用型人才具有重要的意义。 关键词：土木专业；力学课程群；课程模块化；教学改革 0 引言 工科类应用型本科院校以工程教育为主要内容[1]，其人才培养不同于研究型高校，亦有别于高职高专院校，培养的人才既要具有良好的综合素质，又要有较强的实践能力和解决实际问题的能力[2]。应用型本科院校专业设置主要突出地方特色以地方市场为导向并主要服务地方经济[3]。其土木工程专业培养目标要求学生掌握土木工程学科的基本理论和基本知识，获得工程师基本训练并具有创新精神的高级专门人才。应用型本科毕业生的就业主要是工程项目现场的施工和管理。而现场工程师的工作是解决一个个实际的现场问题，实际问题往往涉及多门课程知识以及知识的联合应用。但课程的学习常常是独立的，相互封闭的，一方面课程内容之间的相互渗透比较薄弱，另一方面涉及多门课程知识的综合应用型练习较少。因此，在讲授课程的过程中需帮助学生建立知识整体联系，更好地实现知识的联合应用。 1 土木工程专业力学课程群建设的必要性 课程群建设是课程建设的改革发展趋势，课程群建设不同于课程建设的一个重要标志是课程内容和课程体系的改革[4]。课程群建设立足于课程群的系统性，在对课程群内容重组时，删除课程间重复的内容，不强求单门课程内容的系统性[5-6]。 对于土木工程专业而言，理论力W、材料力学和结构力学是三门有各自特性又密切联系的课程，从目前大多数应用型本科院校的课程建设与改革实践来看，减少学时和精简内容是大势所趋，它促使人们对新内容体系的建立这一更深层次上的改革进行认真的思考、探索与实践[7]。将理力、材力、结力三大力学进行有机的内容划分与整合，组成土木专业力学课程群，对于地方应用型本科院校土木工程专业的课程建设而言，是一条值得尝试的路子，也可为土木工程专业的后续专业理论课程奠定坚实的基础。 此外，力学课程群的建设，将有利于课时的合理分配，将精简所得的课时用于分析性的力学教学，用于力学课程的实验或者课外实践对切实地方型本科院校培养应用型人才的培养目标具有重要的实际意义。 2 土木工程专业力学课程教学现状 2.1 力学课程间内容衔接松散 土木工程专业的力学类课程的教学现状主要是理力、材力和结力作为单门课程进行讲授。三门课程安排在三个学期，每门课程有各自的体系。从目前的教学反馈可以看出，在讲授材料力学内容的时候用到理论力学的知识，结构力学又是材料力学的后续课程，但学习后续课程时学生对前面课程的掌握非常影响新课程的继续。因此自成体系的教学模式在对知识的相互渗透和衔接上考虑得不够充分，在追求各课程自身完整的同时造成课时的不合理使用，显著影响了教学效果。 2.2 实践教学涉及较少 土木工程力学课程的实践教学涉及相对较少，几乎是纯理论性质，材料力学涉及的几个实验均为验证性演示性实验，实验过程相对简单，学生只需按实验教师的演示操作和实验指导书即可完成实验报告。且由于力学实验课是作为课内试验，并非单独成课，实验课成绩纳入平时成绩进行考核，在学业总成绩中整体所占比例很少，学生对此也并不重视。此外，作为验证性和演示性实验，大部分学生没有经历独立思考和动手的过程，因此很多学生参与实验的积极性并不高，滥竽充数者不少，这有违实验课设置的初衷，不利于学生解决实际问题能力和创新能力的培养。 3 土木工程专业力学课程群建设探索与实践 3.1 课程教学大纲修订 建立力学课程群，又必须实际教学内容与教学大纲一致，就必须先从教学大纲的修订着手。具体而言，不同力学课程有不同的整合方式。从教学内容的整合不再一味追求单门力学课程体系的完整性和系统性，考核方式的多样化，实践教学成果的考核和评价上都要做出巨大改革，为力学课程群建设的顺利实践提供依据。 3.2 理论教学的改革与实践 3.2.1 教学内容整合与优化 针对目前土木工程专业力学课程的授课特点，对教学内容的整合与优化主要是将原有课程的内容在精简的同时，进行合理的重新洗牌。精简要求删减与土木工程专业联系相对较弱的章节内容，重新洗牌是将原来课程中相关的内容整合在一起，使得实际内容前后联系更紧密，学生更好接受，以达到教学效果的提升。 3.2.2 合理实现课程群模块化 在力学课程教学内容的整合与优化过程中，由于不再追求单门课程的完整性，因此可将原有课程的内容进行重新洗牌，构建相对独立的知识模块，注重课程间相关内容前后衔接，增强教学效果。同时要注意理论教学与实践教学的有机结合，适时增加软件教学的知识模块，提高学生的实践能力和创新思维培养。 项目组拟将原有课程内容进行了重新调整，删除了与应用型土木工程本科培养目标联系较少的内容以及不必要的交叉重复性章节，弱化了应用性不强脱离实际的内容，增加与需求相适应的内容，初步确定设置力学模块12个。 3.2.3 制作密切结合工程实际的多媒体课件 制作与模块化教学内容相应的多媒体课件，充分搜集各种素材，将工程实际与科技发展中的力学问题引入课堂，启发学生的思维、激发学生的求知欲，成本较低地实现理论与实验结合、问题与工程结合、教学与科研结合，起到了知识传授与能力培养并重的教学目的[8]。 3.3 实践教学改革与实践 力学课程常常被认为理论性太强而与实际脱轨，但新的人才培养要求注重能力与素质的培养，在掌握理论知识的同时，要会应用所学知识，从而加强理解。 3.3.1 增加实验教学课时，提高实验教学质量 根据课程内容及教学目标的需求，同时根据学生的能力和兴趣差异，拟增加实验课程的课时。实验内容从基础性课内实验向综合性课外实践延伸，实验性质也由验证性向综合性和探索性转变。基础实验是传统经典的实验教学内容，需要改进的是分组数量要尽可能多，争取大部分学生可以有独立操作动手的可能。综合实验是一门课程多个知识点或多门课程相关知识点的综合应用，体现课程内容的交叉与融合，可以由学生自主建立团队，独立思考，独立设计，独立实施，以提高学生综合应用所学知识解决问题的能力。 3.3.2 开辟丰富多样的实践途径 提高学生的实践能力，培养现场工程师，在理论教学与实验相结合的基础上，还应当考虑增加多样化的实践环节。通过举办各类力学竞赛，比如“内力图绘制大赛“”创新型实验设计大赛”等；鼓励、指导优秀学生参加各级各类力学竞赛以及与力学相关的科技创新大赛；组织教师带队的工程认知实习，切实参与在建项目，开辟第二课堂；邀请企业专家进学堂等作为实践途径，让学生在实践过程中加深对力学知识的理解，提高力学知识综合应用的能力。 4 结语 力学课程群的建设，涉及课程内容的重新调整与优化，需要在实际教学活动中不断探索和推进，更需要各力学课程教师的齐心协作。模块化课程的教学，模块本身知识点一气呵成，利于学生对于知识点的掌握与应用，模块之间具有相对的独立性，便于课程的安排；实践教学的改革能最大限度地学以致用；两方面教学改革后的力学课程群建设，将更有利于培养全面发展的高素质应用型人才。 力学专业论文:采矿工程专业《岩体力学》课程教学改革初探 （河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454000） 摘要：本文针对采矿工程专业本科生专业基础课《岩体力学》教学现状存在的不足，提出了理论实践并重、优化教学内容、革新教学方法、培养学生兴趣、拓宽学生知识结构等为一体的优化改革方案，教学实践表明，效果良好。 关键词：采矿工程；岩体力学；教学改革 一、《岩体力学》教学现状 《岩体力学》作为采矿工程专业的一门重要的专业基础课，其目的在于培养学生掌握岩石工程（井工开采、隧道、地下空间工程等）中一些力学现象的分析能力，使学生接受矿山开采和岩层控制基本理论和试验技能的初步训练，为学生学习专业课程及从事理论研究打下良好的基础。《岩体力学》一般在先修课程（高等数学、弹性力学、材料力学、理论力学等）完成后开设，在学生学习本课程时，不仅可对先修课程进行系统回顾，又可有效运用前期基础课程相关分析与计算方法分析宏观工程问题；同时，该课程的学习可为《采矿学》、《矿山压力与岩层控制》等主干专业课程的学习夯实理论基础。但是，随着科技水平的提高及分析方法的多元化，岩体力学所涉及研究范围及方法日趋复杂，这也要求高校教师对岩体力学知识掌握更加全面，推陈出新，与时俱进。传统教学过程中，有关《岩体力学》的教学多以课堂原理的讲授，已不再适用于本科生的教育及行业人才培养的发展需求。因此，结合现有条件对该课程进行教学改革，适应工科专业发展方向，培养学生实践与应用能力势在必行。 二、《岩体力学》教学中存在的问题 对于采矿工程专业的学生，力学基础相对较弱，即使之前已对相关基础课程进行了学习，但由于前期多为应试型学习，且理论性较强，导致学生对于基础知识的掌握多为“碎片式”，无法有效形成知识网络，导致学生学习《岩体力学》时非常吃力。此时，若依然按照传统教育模式采用灌输式讲授方法，则事倍功半。总结传统教学方法下存在的主要问题如下： 1.学生基础知识薄弱，易形成被动接受方式。《岩体力学》是对前期相关力学课程的延伸学习，若前期基础力学知识及运算方法掌握不牢，将导致学生学习过程形成停顿感，由于课程逻辑性较强，一个知识点产生卡顿，学生对于后续知识的学习将产生被动接受的局面，学习效率低下。 2.教师课堂讲授方法单一，不易于接受。资料显示，目前非力学专业教师采用的《岩体力学》课件大同小异，均是对课本一些原理及方法的罗列，讲授过程中多采用灌输式，导致课堂教学环节枯燥乏味，缺乏与专业特点的联系，学生不易参与其中，知识点也难以接受。 3.教学方法机械性较强，难以融会贯通。《岩体力学》主要采用的教学方法包括课堂讲授与岩石力学实验，对于实验部分，一般由实验老师授课，学生容易将理论知识的学习与实验独立开来，因此，实验作为揭示岩体力学现象的一种有效手段，无法让学生理解其独特含义。 4.传统理论讲授过多，新型技术所占比例少。随着科技发展，行业内涌现了大批岩体力学分析软件，这些软件借助于力学原理，在分析工程问题中得到了普遍推广应用。高校教师分析岩体力学问题时，可充分利用新型技术，将问题分析方法多元化，辅助学生学习力学，又可拓宽学生知识面。 三、课程教学改革方法初探 近年来，随着国家经济的发展，我国逐渐跻身世界岩土工程大国，存在较大的发展空间。因此，对于工程类学生，掌握岩体力学分析方法及相关理论，为以后从事相关工作及科学研究铺垫良好的基石至关重要。针对采矿工程专业《岩体力学》课程教学中存在的一些问题，初步提出了课程教学改革，具体包括以下几个方面： 1.注重课堂效果，激发学生兴趣。由于《岩体力学》内容相对枯燥，学生容易失去兴趣，因此，教师在讲授时应注重方法，提高课堂效果。讲授内容时应充分结合本专业工程实例，循序渐进，让学生理解所讲知识的来龙去脉。如讲授平面应变问题下巷道弹塑性分析时，可以具体教学实例进行切入，首先对弹性力学中平面问题进行回顾，进而对问题进行假设简化，最后引入弹塑性力学知识对问题进行分析，不仅对前期所学知识进行了复习，同时应用于解决现场工程问题中去，事半功倍。 2.注重基础，构建知识框架。采矿专业学生由于力学基础相对薄弱，甚至对一些专业术语掌握都不够准确，给课程后期学习带来了极大的困难。因此，教师需注重基础理论、基础知识和基本技能的讲授，讲岩体力学中复杂的理论知识及工程实践成果浓缩在有限的课时内。同时，注重课本知识的统筹规划，强调基础的同时，合理规划授课内容，突出重点，构建知识框架，促使学生对知识内容形成一个宏观的认识，利于融会贯通。 3.理论结合实践，加强学习感知。《岩体力学》具有理论复杂和实践性强的特点，理论复杂体现在不确定性上，实践性强则因与工程实践密不可分。岩石力学实验则是连接理论知识与工程应用的桥梁，因此，在教学环节应注重对实验的教学，同时，实验应在授课教师与实验教师共同参与下由学生独立完成，提高学生的分析问题能力，调动学生独立思考的积极性，培养W生应用创新能力。 4.做好通识教育，触类旁通。岩体物理力学特性受外界条件及自身结构影响极大，不同行业接触的岩体也存在较大的差异性，不同专业分析问题的角度不尽相同。因此，应结合专业特点，对讲授内容突出侧重点，例如，边坡工程、地基工程及地下工程所涉及岩体力学问题求解方法存在较大差异，因此，非专业知识课简单讲授原理，专业知识则重点讲授，做到触类旁通。 5.创新教学方法，未雨绸缪。在《岩体力学》教学过程，可适当引入一些新型分析软件和方法，如有限元、离散元及有限差分等软件，做到与时俱进，同时辅助学生理解一些复杂的原理，学生对于一些数值分析软件的理解可为工作及深造后岩体力学问题的分析提供新的解决路径，做到分析问题针对性强、操作应用快，理解容易，易于自身能力的提升。 结合工科采矿类本科学生的实际特点，加强《岩体力学》课堂讲授与工程应用的联系，优化教学内容，革新教学方法，培养学生学习兴趣，拓宽学生知识结构面，让采矿专业学生掌握岩体力学问题中涉及相关理论及分析方法，综合运用所学知识，在实际工程问题中找到突破口，提高授课效果，培养学生独立发现问题及解决问题的能力，为学生后期工作及学习打下良好的基础。以上具体方案，经过教学实践，授课效果得到良好改善。 力学专业论文:力学在机械工程专业中的应用分析 【摘要】：机械工程学是人类社会发展史上历史最为悠久的学科之一，相对于其他的学科来说，机械工程学更为实用，人们在实际的生活工作中，机械工程学能够利用的范围也非常广泛，可以说，机械工程学是对人类社会的发展和进步所作出巨大贡献的学科之一。随着经济科技的不断发展，机械工程学在当前社会已经发展成为一门涉及机械、电气、控制技术和计算机技术等多学科的综合性学科，其中使用范围最为广泛，最有实用价值的为力学。因此，本文将简单论述力学在机械工程专业中的应用，以供广大读者参考。 【关键词】：力学；械工程 【引言】：力学是力与运动的科学，它既是一门基础科学， 又是一门应用众多且广泛的科学。力学虽然属于机械工程学，但是力学中所涉及的内容之广，是一门独立的基础学科，在很长一段时间的学习和研究中，已经被人们应用到各行各业，其中在力学这门学科中，有一项工程力学所涉及的范围实用性最大，工程力学具有现代多重工程建设以及理论相结合的特点，所涉及到的知识面和实践范围都非常广，也更加具有灵活性，对现代社会经济科技的发展和进步有着重大意义。因此，本文将立足于机械工程中的力学分支，简要论述力学的概念和发展历程，并对力学在机械中的应用进行探讨与分析。 1、力学概念以及力学在机械工程专业中的发展过程 1.1力学的概念：力学是一门非常基础的学科，很多的专业和学科中都有力学的存在，都需要通过学习和研究力学的基础概念和技能进行实际的操作，力学是有关力、运动和介质（固w、液体、气体和等离子体），宏、细、微观力学性质的学科，研究以机械运动为主，及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。虽然力学在根本上是一门非常基础的学科，在很多专业和技术上都有非常大的作用，很多学科也都用得上力学，但是力学所被应用最广泛的专业还是机械工程专业，根据机械工程的特点，力学发挥了其最大的作用。与此同时，力学也是一门技术学科，力学所涉及和所要研究的范围非常广，在力学所涉及的众多力学学科领域中，工程力学相对来说是最为实用的一种，实用性非常强，这类基础性很强的实用学科，被广泛的应用于社会各行各业，是解决工程实际问题的重要基础。下文也会对工程力学的重要作用作出简单论述。 1.2力学的发展。力学的发展历史非常悠久，力学的起源最早是人们对自然现象的观察，人们通过观察和研究生产劳动中的各种自然现象，最早在建筑以及农耕方面使用，比如杠杆、汲水器等。最初在古希腊时期，力学附属于自然哲学，后来成为物理学的一个大分支。开始人们只能根据力的特性进行简单的应用，力与运动的结合实在欧洲的文艺复兴以后，人们才正式开始了对力学的研究。十七世纪后期，牛顿三大定律的提出标志着力学作为一门独立的学科开始形成。此后，资本主义从诞生到发展，在18世纪末，以动力学和运动学为主要特征的经典力学日益完善。19世纪，力学通过大机器的生产促进其在工程技术和应用方面的发展，推动了结构力学、弹性固体力学和流体力学等主要分支的建立。19世纪末，力学已是一门相当发展并自成体系的独立学科。 2、不同种类力学在机械工程中的应用 因为力在机械工程中有着非常基础的作用，是机械工程专业发展的基础。力学是力与运动的科学，其中力学也有较多分支，不同作用和特性的力学在机械工程中的应用范围也各不相同，主要有以下几种： 2.1机械工程专业中弹性力学的重要应用。 众所周知，弹性力学也就是弹性理论，主要通过研究弹性体在非内力或者温度变化等不稳定的外界因素下所产生的压力和物理移动。学习机械工程专业的专业人员知道，在机械运动当中，较多的机械在运行和运转过程中，速度相对较快，且承载的压力等都非常大，机械的弹性变化更是变化莫测，不可预知，如果不能从根本上掌握机械的运行状态，就会导致机械的运行出现失误从而变形，因此在机械的系统运行状态之前都必须将机械系统进行细致的设计和分析。由此可见，弹性力学在机械设计中应用广泛。 2.2力学分支中断裂力学在机械工程中的应用。 断裂力学，顾名思义，主要研究含裂纹构件的强度与寿命，是结构损伤容限设计的理论基础，也是固体力学的一门新分支。断裂力学虽然属于力学分支，但是断裂力学下面也有更精细的分支：线弹性断裂力学与弹塑性断裂力学两大类，（1）线弹性断裂力学适用于机械在裂纹尖端附近小范围屈服的情况；（2）弹塑性断裂力学适用于裂纹尖端附近大范围屈服的情况。断裂力学相对于其他的力学分支在机械工程中的应用更为细致，能够更好的应用到机械工程中细小的零部件中，可以有效提高机械的性能与功效，更能防止工程设备发生灾难性的断裂事故，以确保机械、设备的安全可靠与良好运行。 2.3工程力学在机械工程专业中修理系列的实际应用。 这类力学可以说是最为实用并且在我们的日常生活和工作中应用范围最广泛的一项，它能够很好的处理机械工程行业中所出现的大量实际故障及相关机械部件的破损问题。我们的生活中离不开各种各样的机械，机械的使用极大的方便了我们的工作和生活，在机械出现故障时，只要是物理方面的故障，大都需要根据力学方面的知识作出判断和分析，才能更好的明确机械产生故障的缘由。 总结 综上所述，能够清楚的发现，力学尽管是力与运动的科学，但是它的研究对象除物质的宏观机械运动之外，更包括微观方面机械专业工程中的电气、控制技术等。力学既是一门机械工程专业中的基础科学，更是一门在实际的经济科技中应用众多且广泛的科学。此外，力学与天文学和微积分学几乎同时诞生，不仅在机械专业有着举足轻重的作用，在经典物理的发展中也起着非常关键的作用，极大的推动了社会经济科技的发展和进步。 力学专业论文:中职院校水利水电专业土力学教学研究 摘 要：随着经济的发展，给水利水电企业的发展提供了广阔的空间，但是当前水利水电相关的专业人才较少，这就要求学生为社会输送更多能力较强且专业知识丰富的学生。在这种情况下，中职院校需要稳抓教学工作，完成好水利水电相关学科的教学任务。本文以土力学为例，对这一课程的教学问题进行分析。 关键词：水利水电土力学教学对策 土力学是一门涉及到土木工程、水利工程和市政工程等多方面内容的基础课程，该门课程的最大特点就是理论多于解决实际问题，具有理论知识繁多、实践性强且应用具体的特点，课程内部的知识内容连贯性较差，学生在理解的时候存在一定的难度，老师必须要采取有效的教学措施提升学生的学习效果，具体来讲，要做好以下几个方面的工作。 一、启发式教学方法的应用 因为土力学中涉及到过多的理论知识和公式，且内容缺乏连贯性，老师如果采取灌输式的教学方法，将会使得课堂氛围更加枯燥，学生更不愿意学习。为了提升学生的学习积极性，提升学习效果和教学质量，老师需要根据课程特点转变教学方式，启发式教学方法的应用，能够达到较好的效果。 应用启发式教学方法，首先需要在课堂教学方面进行整体设计，教学过程中要把学生放在主体地位，老师通过引导的方式进行课程教学，在这个过程中，老师需要准确的把握好内容的脉络，并要站在学生的角度设置问题，课堂中需要使学生的大脑始终处于兴奋的状态，这样才能够更好的提升教学的质量。老师要注意各个章节之间的联系，让学生掌握好要点，要通过基本原理的工程应用或者是工程实例，启发学生，使其能够进行更深层的分析和思考。 二、借助网络技术优势丰富教学手段 土力学中涉及到的理论较多，单纯的通过老师的讲解，学生很快就会厌烦，而随着网络技术的发展，学生能够在不同的时间和地点在网络上进行学习，寻找相关的土力学资源和信息。老师也可以利用网络技术，将课程的内容制作成为教学课件开展教学活动。后者是将重点难点剖析、实例讲解以及专题讲座等各种板块制作成为播放软件，通过网络平台，学生就能够自主下载进行学习。 老师可以通过在课上播放和本节内容相关的视频的方式调动学生的兴趣，增强教学效果。或者是收集整理相应的工程图片及资料融入到理论知识的讲解当中，将枯燥的理论知识转化为直观形象的图片，或者是将实验制作成为录像，这样既能够方便教学，又能够使学生反复学习，增强认知度。 教学时，老师还需要结合土力学的特点，并从中职学生学习的要求和特点出发，将课程内容按照土工技术的要求进行优化整合，以更好的符合中职院校教学的需求，更加实现对学生应用能力的培养。 三、有针对性的进行复习 土力学内容繁杂，在学完一节内容之后，老师需要带领学生进行系统化的复习，将知识点进行全面的整理，分门别类形成系统，这样便于记忆。同时，老师需要借助习题或者是通过测验的方式检验学生对于知识的掌握程度，随时解决学生存在的问题。老师可以充分的利用课后习题，并增加土力学单元测试，或者是例举和工程实际相关的习题，锻炼学生的实践应用能力。同时，老师需要鼓励学生多思考，对于每一个问题看看是否有不同的方式提出，或者是否有不同的解答思路，让学生能够做到举一反三。 在这个过程中，老师需要抓住学生的特点，并根据学生的实际情况设置题目，因为每个学生的基础不一样，可以分成小组进行互助学习。为了能够使基础较差的学生跟上学习进度，可以对其进行强化性的训练，这样将会有助于提升教学的整体质量。 四、进行实验教学 在土力学教学过程当中，实验教学方法必不可少，在教学中，老师可以跟学校进行沟通建立起开放实验室，加强实验教学，并逐步的完善实验设施，实验仪器设备的配置要符合教学要求。开放性的实验教学，能够让学生自由的进行上课，变被动为主动，学生能够重复进行课堂教学中的实验，能力较强的学生还能够自主探究新实验。老师则主要负责引导，并根据学生的具体特点，协助他们进行实验的O计，并完成实验内容，对实验结果进行整理。通过这种教学方式，能够更好的调动学生的参与热情，彻底打破传统教学方式的束缚，让学生将理论知识和实践完美结合，这样在今后投入工作中后也能够得心应手。 五、结束语 土力学是水利水电专业中一门重要的课程，课程教学模式的探讨也是一项系统性的工程，老师在教学的过程中就需要紧跟实际发展情况进行创新，找到最佳的教学对策。本文就以此为中心，结合工作实际，对中职院校水利水电专业土力学教学对策进行了简要的分析，希望能够对今后的教学工作提供帮助，为社会输送更多专业型的人才。 力学专业论文:对船舶与海洋工程专业《结构力学》课程改革的几点思考 【摘要】《结构力学》是船舶与海洋工程学科的两大力学支撑之一，在整个专业的教学和人才培养计划中具有相当重要的作用。随着教育部“卓越工程师教育培养计划”的出台，工科专业对学生的工程能力和创新能力有了更高的要求，本文结合《结构力学》课程的教学改革工作，对如何培养应用型、创新型的复合人才提出了几点看法。 【关键词】船舶与海洋工程 结构力学 课程改革 《结构力学》是船舶与海洋工程学科的两大力学支撑之一，是船舶与海洋工程专业的重要学科基础必修课程，它既是对前期学习的理论力学、材料力学课程的延续与深入，同时也为后续的船体强度与结构设计、钢结构设计基本原理等课程打好基础，因此在整个专业的教学和人才培养计划中具有相当重要的作用。 随着教育部“卓越工程师教育培养计划”的出台，工科专业对学生的工程能力和创新能力有了更高的要求，本专业按照新要求制定了卓越工程师培养方案，修订了本科教学大纲，并且在教学过程中大力推进改革创新，着力培养适应未来行业发展要求的应用型、创新型复合技术人才。下面我就结合《结构力学》课程的教学改革工作，就如何培养应用型、创新型的复合人才谈谈自己的看法。 一、教学内容改革 1.合理搭配专业教材，突出船舶与海洋特点 目前，工科结构力W的教材主要是针对土建、水利、道桥、力学等专业编写的，教材中对通用的理论知识讲解非常透彻，但是例题和延伸知识中却缺乏和船体结构相关的内容，因此本课程在教材选取上，采用了由高等教育出版社出版的龙驭球教授、包世华教授主编的《结构力学》以及上海交通大学出版社出版的陈铁云教授、陈伯真教授主编的《船舶结构力学》两本书组合的形式。这样既包含了结构力学传统的基础知识，又增加了针对船舶与海洋专业特点内容的拓展，保证了教学内容上的丰富多彩。 2.适当结合工程背景，突出专业知识应用性 部分学生到了毕业设计或是工作阶段会感觉学习的专业知识无法应用到实际工作中，这主要是由于理论知识的学习和工程背景脱节造成的。因此，对船舶与海洋工程专业学生分析和解决实际问题能力的培养，必须在专业基础课程中就予以重视。在结构力学课程的教学工作中，需要将力学知识的讲解和具体工程背景下的力学模型结合起来，在进行计算分析时应多给学生介绍船体结构中板材、骨架的结构形式，使学生对工程实际中各种构件、支座的简化形式、载荷传递的简化方法熟悉掌握，这样才能将理论知识通过简化计算模型同船舶与海洋工程的实际结构联系起来，突出结构力学知识的应用性。 3.增加软件培训教学，贴近工程应用实际 传统的结构力学教学内容，主要是采用手算方法对比较简单的结构形式进行计算分析，旨在培养学生对工程结构进行校核分析的基本方法。而目前在船舶与海洋工程工业领域，已经有很多成熟的计算软件，使用专业软件对工程实例进行计算分析已经是行业内对毕业生基本的技能要求。因此，在结构力学的教学工作中，在打牢理论基础的前提下有必要培养学生使用软件建模、计算分析以及编程二次开发的能力，这样能够提高学生的综合素质、拓宽学术视野，为其后续的学习研究以及参加工作奠定扎实的专业基础。 二、教学方法改革 1.合理搭配板书教学和多媒体教学方法 结构力学是一门实践性很强的理论课程，要想达到良好的教学效果，首先必须坚持黑板板书的传统教学方法。口头讲解配合板书的教学方法逻辑清晰，重点突出，在教学速度上更容易被学生接受，特别是在公式推导和理论计算时，板书教学法对过程的分析更加细致，更容易被学生理解，因此，在教学过程中一定要坚持板书教学。 其次，应当利用多媒体教学手段提高教学质量。结构力学是一门与工程实践联系紧密的应用性学科，一些工程实例特别是复杂的结构形式无法通过语言和板书给学生进行描述，这就需要充分发挥多媒体教学手段的优势，通过图片、视频资料将实际结构形象的展现出来，这有助于学生将枯燥的理论简化模型同生动的工程结构实物联系起来，加深对所学知识的理解并能够学以致用。 2.充分发掘实习环节的教学作用 船舶与海洋工程专业的本科教学非常注重实践环节，安排了大量的现场实习教学工作，如认识实习、生产实习、毕业实习等。实习过程不仅能够使学生了解船舶设计和生产的原理、流程和工艺等实践知识，还可以发挥对专业课程的辅助教学作用。例如对结构力学课程中涉及的船体结构计算分析，就可以在实习工作中进行现场教学，直观生动的教学环境能够加深学生的理解和印象，起到事半功倍的效果。此外，还可以在实习过程中与经验丰富的技术人员进行交流，收集与结构力学专业课相关的生产实践知识，以及拍摄视频和图像资料，用以后续课程中作为补充内容进行授课，进一步拓展学生的视野，并将课程内容与生产实际相结合。 三、考核方式改革 1.考核成绩计入参加相关竞赛的成绩 参加结构力学专业相关的各级竞赛活动，不仅能巩固结构力学专业知识，还可以提高学生的综合能力，因此很有必要进行引导和支持。例如对于参加校级结构设计大赛表现优异的团队和个人，可以在课程考核中合理设置加分，通过加分奖励制度鼓励学生多参加相关竞赛，通过竞赛来检验学生的学习成果，不仅有利于课程教学效果的提高，也能够激发学生将理论知识应用于实际工程设计的创新潜质，推动教学工作和竞赛活动的互相促进。 2.考核成绩计入参加相关科研项目的成绩 教学和科研工作是相辅相成的，要提高专业课的教学质量，可以从鼓励科研入手。本科学习阶段，部分成绩优异且对科研活动感兴趣的学生很早就开始了科研工作的起步，而通过考核成绩中计入参加相关科研工作的方式来引导和鼓励学生参加科研，是提升教学质量的好办法。例如本校的本科生研究发展计划（SRDP）吸引了大量本科生的参与，对于结构力学课程教学而言，可以通过在最终考核成绩中计入相关专业SRDP项目成绩的方式来对学生进行引导，鼓励学生在达到结构力学课程本科要求水平的基础上，进一步深入学习专业知识，为后续的研究和工作提前打好基础。 随着船舶与海洋工程行业的发展和技术进步，对于本专业的结构力学课程教学要求也在不断提高，为了培养适应未来行业发展要求的应用型、创新型复合技术人才，结构力学课程的教学改革工作必须持续推进，而只有通过教学内容、教学方法和考核方式的改革将教学、科研、竞赛等活动有机的结合起来，才能推动结构力学课程教学质量的进一步提升。 力学专业论文:基于创新能力培养的土木工程专业结构力学课程教学改革研究 摘 要：结构力学作为土木专业传统的基础力学课在土木工程专业的教学和学生学习中起到基石作用，随着我国卓越工程师教育改革的深入，如何培养学生的创新能力和实践能力成为土木专业教师需要思考的问题。文章从教学内容、教学手段、实践环节设置等方面探讨了结构力学课程的改革，为今后相关课程改革提供了一定的借鉴。 关键词：结构力学；创新能力；课程改革 0引言 教育部“卓越工程师教育培养计划”要求高校培养造就一大批创新能力强、的高质量各类型工程技术人才。其实质就是要求高校根据社会需求培养出“基本功扎实，上手快，能力强”的高素质创新人才。这就要求高校在人才培养方面从专业基础课到专业课中自始自终贯穿对人才创新能力和工程能力的重点培养。而结构力学作为土木专业最重要的专业基础课，在整个土木工程专业课程体系中具有不容置疑的重要地位。结构力学课程教学的目标，要从传统的“会解题”，转变为会“解决问题”，要从传统的力学知识的掌握，提升为创新能力和工程能力的培养。因此，有必要对土木工程专业结构力学课程从教学内容、教学手段、实践环节设置等方面进行研究和改革，真正提高学生力学素养和创新能力。 1对结构力学教学内容和教学手段的改革研究 （1）教学内容及讲授例题与工程实践紧密贴合。传统结构力学教学通过学习力学理论、讲解例题来达到知识的掌握，对例题的选择与工程实践结合不够紧密，学生学会了解题，却很难提高解决工程实践问题的能力。因此，有必要结合土木工程各类典型结构合理选择各章例题，力求最大程度贴近工程实际，将工程实际问题作为教学例题进行分析讲解和讨论，如运用力学原理分析工程事故、对工程结构进行优化设计等等。由注重单一解题能力的培养向提高力学素养转变，同时，与工程实践的结合也将大大提高学生的学习兴趣，对后续专业课的学习也奠定了更有利的基础。 （2）由单一的课堂讲授向多元化教学模式的转化研究。以前的结构力学授课多采用课堂讲授为主，整个课堂由老师唱“独角戏”，学生被动接受，学习效果不好。而真正要提高学生解决问题的能力，就不能只由老师来唱“独角戏”，也要由学生来“唱一唱”。知识听懂了，还转化不成能力，只有在此基础上经过思考、总结和提高，才能一步步转化为能力。因此，需引入多元化教学模式，注重学生兴趣的激发和创新能力的培养，尤其应加强课堂讨论环节，引导学生思考、总结，通过讨论，加深对知识的理解和把握，从而提升能力。比如，在结构的内力计算相关章节，可以引导学生讨论如何减小杆件的弯矩，如何调整连续梁的内力，如何减小超静定结构的温度应力等等。既激发了学生对力学学习的兴趣，又提高了学生运用知识解决问题的能力。除此，还可以采取学生讲课、学生做分析报告等形式。 （3）结合工程实际合理确定各章节课后作业。作业是课堂授课的必要补充，只有切实认真地完成课后作业，才能真正将力学理论应用于解决问题。为了提高学生解决问题的能力，课后作业的选择非常重要。课后作业应贴近工程实践，更重要的是，要由单一注重定量计算向提高学生运用力学知识对比、分析问题、解决问题能力培养方面进行改革。传统的力学作业注重解题能力，题解出来了，问题就结束了，只解决了“会解题”的问题，而要提高学生的创新能力，不仅要注重加深学生对知识的理解和掌握，更要学生灵活掌握知识，学会活学活用。比如学生学习了位移的计算，课后作业可根据工程实践进行结构的位移计算，并要求分析哪些因素可影响位移值，若位移值不满足要求，可采取哪些办法等等。引导学生养成思考问题的习惯，比会解题更重要，只有经过思考经过总结，知识才能更快地转化为能力，这也是提高创新能力的基石。 2师资力量的合理配置 为有效培养学生的创新意识和实践能力，可尝试选择土木工程的专业课老师担任结构力学课程的授课工作。缺乏工程实践经验的力学老师，很难将力学知识与工程实践问题结合起来，而土木工程的专业课老师一般均具有较高的力学素养，不仅能够胜任结构力学课程的教学，同时又具有较高专业素养及工程实践经验，很容易将专业知识融入于力学教学中，对培养学生利用力学知识解决专业问题有很大的帮助，对后续专业课的学习也起到很好的铺垫作用。 3强化学生综合素质和创新能力培养的实践环节改革 习题做的再多也是纸上谈兵，因此，一定要鼓励学生多接触工程实践，在实践中提高分析问题和解决问题的能力。近年来，国家、省市及院系组织了很多力学竞赛及结构设计大赛，旨在提高学生的实践能力和创新能力。因此，应积极鼓励和组织学生参与这些竞赛。实践证明，对于在校学生来说，参与工程实践的机会很少，而结构设计大赛、力学竞赛等能大大提高学生的动手能力和解决问题的能力，是培养人才创新能力的重要环节。在结构力学的教学中增加这类实践环节，不仅能大大激发学生学习力学的兴趣，更能在动手过程中提高实践能力和创新能力。 4由传统的手算到手算与算结合的改革研究 手算对学生培养清晰的力学思维有很大帮助，然而对于较复杂的力学问题，手算将耗费大量的时间和精力，还容易出现错误。随着计算机技术的飞速发展，工程实践中多采用电算，为很好地与工程实践接轨，在大学教育中应注意手算与电算相结合。手算有助于对解题方法和步骤的理解，在力学的学习中不可或缺。然而大量而繁琐的计算大可采用电算，且可运用电算来进行结构的对比分析等，双管齐下，才能取得更好的效果。 5结语 要提高学生的综合素质和创新能力，要求我们真正把能力培养贯穿于整个结构力学的教学和实践中，及时考察改革效果并不断进行改进，只有这样才能真正培养出符合市场需求的具有创新能力和实践能力的土木工程人才。

岩体力学论文:采矿工程岩体力学教学改革初探 摘要： 本文针对采矿工程专业本科生专业基础课《岩体力学》教学现状存在的不足，提出了理论实践并重、优化教学内容、革新教学方法、培养学生兴趣、拓宽学生知识结构等为一体的优化改革方案，教学实践表明，效果良好。 关键词： 采矿工程；岩体力学；教学改革 一、《岩体力学》教学现状 《岩体力学》作为采矿工程专业的一门重要的专业基础课，其目的在于培养学生掌握岩石工程（井工开采、隧道、地下空间工程等）中一些力学现象的分析能力，使学生接受矿山开采和岩层控制基本理论和试验技能的初步训练，为学生学习专业课程及从事理论研究打下良好的基础。《岩体力学》一般在先修课程（高等数学、弹性力学、材料力学、理论力学等）完成后开设，在学生学习本课程时，不仅可对先修课程进行系统回顾，又可有效运用前期基础课程相关分析与计算方法分析宏观工程问题；同时，该课程的学习可为《采矿学》、《矿山压力与岩层控制》等主干专业课程的学习夯实理论基础。但是，随着科技水平的提高及分析方法的多元化，岩体力学所涉及研究范围及方法日趋复杂，这也要求高校教师对岩体力学知识掌握更加全面，推陈出新，与时俱进。传统教学过程中，有关《岩体力学》的教学多以课堂原理的讲授，已不再适用于本科生的教育及行业人才培养的发展需求。因此，结合现有条件对该课程进行教学改革，适应工科专业发展方向，培养学生实践与应用能力势在必行。 二、《岩体力学》教学中存在的问题 对于采矿工程专业的学生，力学基础相对较弱，即使之前已对相关基础课程进行了学习，但由于前期多为应试型学习，且理论性较强，导致学生对于基础知识的掌握多为“碎片式”，无法有效形成知识网络，导致学生学习《岩体力学》时非常吃力。此时，若依然按照传统教育模式采用灌输式讲授方法，则事倍功半。总结传统教学方法下存在的主要问题如下： 1.学生基础知识薄弱，易形成被动接受方式。《岩体力学》是对前期相关力学课程的延伸学习，若前期基础力学知识及运算方法掌握不牢，将导致学生学习过程形成停顿感，由于课程逻辑性较强，一个知识点产生卡顿，学生对于后续知识的学习将产生被动接受的局面，学习效率低下。 2.教师课堂讲授方法单一，不易于接受。资料显示，目前非力学专业教师采用的《岩体力学》课件大同小异，均是对课本一些原理及方法的罗列，讲授过程中多采用灌输式，导致课堂教学环节枯燥乏味，缺乏与专业特点的联系，学生不易参与其中，知识点也难以接受。 3.教学方法机械性较强，难以融会贯通。《岩体力学》主要采用的教学方法包括课堂讲授与岩石力学实验，对于实验部分，一般由实验老师授课，学生容易将理论知识的学习与实验独立开来，因此，实验作为揭示岩体力学现象的一种有效手段，无法让学生理解其独特含义。 4.传统理论讲授过多，新型技术所占比例少。随着科技发展，行业内涌现了大批岩体力学分析软件，这些软件借助于力学原理，在分析工程问题中得到了普遍推广应用。高校教师分析岩体力学问题时，可充分利用新型技术，将问题分析方法多元化，辅助学生学习力学，又可拓宽学生知识面。 三、课程教学改革方法初探 近年来，随着国家经济的发展，我国逐渐跻身世界岩土工程大国，存在较大的发展空间。因此，对于工程类学生，掌握岩体力学分析方法及相关理论，为以后从事相关工作及科学研究铺垫良好的基石至关重要。针对采矿工程专业《岩体力学》课程教学中存在的一些问题，初步提出了课程教学改革，具体包括以下几个方面： 1.注重课堂效果，激发学生兴趣。由于《岩体力学》内容相对枯燥，学生容易失去兴趣，因此，教师在讲授时应注重方法，提高课堂效果。讲授内容时应充分结合本专业工程实例，循序渐进，让学生理解所讲知识的来龙去脉。如讲授平面应变问题下巷道弹塑性分析时，可以具体教学实例进行切入，首先对弹性力学中平面问题进行回顾，进而对问题进行假设简化，最后引入弹塑性力学知识对问题进行分析，不仅对前期所学知识进行了复习，同时应用于解决现场工程问题中去，事半功倍。 2.注重基础，构建知识框架。采矿专业学生由于力学基础相对薄弱，甚至对一些专业术语掌握都不够准确，给课程后期学习带来了极大的困难。因此，教师需注重基础理论、基础知识和基本技能的讲授，讲岩体力学中复杂的理论知识及工程实践成果浓缩在有限的课时内。同时，注重课本知识的统筹规划，强调基础的同时，合理规划授课内容，突出重点，构建知识框架，促使学生对知识内容形成一个宏观的认识，利于融会贯通。 3.理论结合实践，加强学习感知。《岩体力学》具有理论复杂和实践性强的特点，理论复杂体现在不确定性上，实践性强则因与工程实践密不可分。岩石力学实验则是连接理论知识与工程应用的桥梁，因此，在教学环节应注重对实验的教学，同时，实验应在授课教师与实验教师共同参与下由学生独立完成，提高学生的分析问题能力，调动学生独立思考的积极性，培养学生应用创新能力。 4.做好通识教育，触类旁通。岩体物理力学特性受外界条件及自身结构影响极大，不同行业接触的岩体也存在较大的差异性，不同专业分析问题的角度不尽相同。因此，应结合专业特点，对讲授内容突出侧重点，例如，边坡工程、地基工程及地下工程所涉及岩体力学问题求解方法存在较大差异，因此，非专业知识课简单讲授原理，专业知识则重点讲授，做到触类旁通。 5.创新教学方法，未雨绸缪。在《岩体力学》教学过程，可适当引入一些新型分析软件和方法，如有限元、离散元及有限差分等软件，做到与时俱进，同时辅助学生理解一些复杂的原理，学生对于一些数值分析软件的理解可为工作及深造后岩体力学问题的分析提供新的解决路径，做到分析问题针对性强、操作应用快，理解容易，易于自身能力的提升。结合工科采矿类本科学生的实际特点，加强《岩体力学》课堂讲授与工程应用的联系，优化教学内容，革新教学方法，培养学生学习兴趣，拓宽学生知识结构面，让采矿专业学生掌握岩体力学问题中涉及相关理论及分析方法，综合运用所学知识，在实际工程问题中找到突破口，提高授课效果，培养学生独立发现问题及解决问题的能力，为学生后期工作及学习打下良好的基础。以上具体方案，经过教学实践，授课效果得到良好改善。 作者：王猛 单位：河南理工大学能源科学与工程学院 岩体力学论文:关于岩体力学参数水利水电工程论文 1一般方法 1．1岩石力学试验法 (1)室内试验。 通过钻孔岩芯取样，利用室内岩块的单轴压缩试验确定岩石单轴抗压强度、弹性模量和泊松比。通过岩体的三轴压缩试验确定岩体的抗剪强度－凝聚力和摩擦角。通过岩体卸围压试验研究岩体卸荷过程中的变形和能量变化特点，确定卸载时岩体的参数，如弹模、泊松比、凝聚力、摩擦角。 (2)现场试验。 现场抗剪试验获得岩体、软弱夹层、混凝土与岩石接触面抗剪(断)强度;现场变形试验(刚性承压板法、狭缝法)获得岩体变形模量、弹性模量及泊松比。还有现场声波测试评价岩体完整性等。现场试验是确定岩体强度参数最准确的方法，但由于通常不具备施作原位试验的条件，而且试验周期长、费用高，所以这种方法应用较少。试验法是一种直接又可靠的方法，可以较好反映岩石特性。室内试验得到的是完整岩块的特性参数，但存在“尺寸效应”。现场试验受条件限制，试件制备难免受到扰动，试验结果分散，不能直接采用。 1．2工程岩体分级法 工程岩体分级法主要有:国标《工程岩体分级标准》、水利水电工程勘察规范的坝基和围岩工程地质分类法、巴顿的Q系统分类法及比尼威斯基的RMR分类法。这些分类方法往往是定性描述与定量评价相结合，采用多参数综合指标分级法给岩体进行评分和划分岩体级别，根据岩体级别并结合经验公式，给出岩体参数的范围值。国标《工程岩体分级标准》选取岩石坚硬程度和岩体完整程度这两个因素确定岩体基本质量，将影响岩体工程特性的因素如地下水、初始应力、结构面走向与工程轴线方位等作为修正因素，实现工程岩体的分级，并提供了各级别岩体物理力学参数表和结构面抗剪断峰值强度表。《水利水电工程地质勘察规范》的附录V提供了坝基岩体工程地质分类表，主要分类因素也是岩石坚硬程度和岩体完整程度，此外还有岩体纵波速度和钻孔RQD值，并在附录E中提供了坝基岩体抗剪断(抗剪)强度参数及变形参数经验值表和结构面抗剪断(抗剪)强度参数经验值表，用于规划和可研阶段。应注意该表的注明是参数仅限于硬质岩，软质岩应根据软化系数进行折减。 1．3工程地质类比法 工程地质类比法是利用大量已建工程的成功经验确定拟建工程的设计参数，是工程地质研究的传统方法之一。类比法是应用相似原理，要求主要的工程地质条件基本相同或相似，这其中最主要的是岩性和地层时代(或层位)，其余还有地质构造(岩体完整性)、风化状态、应力条件、地下水等等。实际应用时应结合具体工程的地质条件，在类比、分析、判断的基础上提出合理参数。同时，在施工过程中，根据工程实际进展情况和出现的问题，特别是根据现场观测结果，对设计进行必要的调整和修改。类比的资料可以参考《岩石力学参数手册》、《岩基抗剪强度参数》、《工程地质手册》、《水利水电工程地质手册》，以及地区工程经验(资料库、数据库)等等。类比法完全依靠地质师所掌握的工程实例资料和他对工程岩体的经验判断，人为因素比较大，有时仅仅通过少量个别因素相比较而得到的参数，其结果可靠性较差。然而该方法简单、方便、快捷，在中、小型水利水电工程中应用较多。 1．4反演分析法 反演分析法是利用现场所测得的位移等数值反求岩体力学参数，包括位移反分析、应力反分析、混合反分析等。其中位移反分析方法是根据现场实测的位移值，采用解析法、有限元等方法以及弹性、弹塑性等本构模型进行求解。位移反分析的方法主要分为两类:直接逼近法和逆过程法。由于围岩本构关系的复杂性，目前的逆过程方法的位移反分析研究计算大都采用了线弹性等假设，设岩体为均值各向同性，而天然岩体地质条件复杂，这样与工程实际情况相去甚远。反分析方法在边坡稳定分析中应用较多。反分析时稳定系数取值为:蠕动挤压阶段宜采用1．00～1．05，初滑阶段宜采用0．95～1．00。滑带土抗剪强度(c，φ)参数反演分析的方法分为单参数反演和双参数反演两种。前者假定一个参数已知的前提下，反算另外一个参数，通常选择对滑坡稳定性影响较敏感的作为未知参数。后者在反演中有两个未知的参数，通常选择两个距主滑动面等距的剖面建立极限平衡方程求解，此外，还可以做参数的敏感性分析。 1．5人工神经网络法及模糊数学预测法 人工神经网络法是通过完成输入与输出问题的映射，自动建立复杂现象(系统)的模型并指出其控制规律。该方法考虑了影响岩石力学参数的各种定性因素，应用人工神经网络进行训练，随着数据的积累不断地对样本集进行补充和完善，使参数取值结果不断趋于合理。缺点是学习样本的选取具有很大的主观性。模糊数学预测法是考虑到影响岩体变形强度参数的相关因素模糊不确定性，根据经验确定权重集及隶属度，在此基础上进行岩体力学参数预测。该方法实质就是把岩石与岩体力学指标之间的比例系数当作模糊子集，依据经验进行模糊综合评判确定一个最佳模糊折减系数的问题，从定量上考虑影响力学参数的各种模糊因素，但在运用上不是很成熟，仍借助于经验。 1．6其他方法 除上述方法外，还有一些其他方法可以用来确定岩体强度参数，如:计算机模拟、声波测试技术、岩体分形分维理论、断裂损伤力学、统计数学等方法。 2岩体力学参数综合取值 岩体力学参数取值方法有很多，由于岩体的不连续性、各向异性和非均匀性等特有属性以及岩体结构的复杂性，使各种取值方法存在局限性，至今还没有一种令人满意的取值方法。实际工作中应该综合应用这些方法，互相验证，取长补短。笔者基于上述岩体力学参数的取值方法，并结合工程的规模和地质条件的复杂程度，在满足规程规范的前提下提出了岩体力学参数综合取值方法。该方法针对地质条件简单的小型工程、地质条件复杂的中型以上工程、重要的大型工程和参数敏感的工程分为以下3个层次。 (1)第一层次。 对于地质条件简单的小型工程，或项目规划、可研阶段，可采用野外地质调查和钻孔取样室内抗压试验→进行岩体分级、查表→获得抗剪强度和变形模量范围值，通过相似工程类比，调整、修正取得地质建议值;或者采用RMR分类和Hoek－Brown经验强度准则公式计算，参考类似工程修正后得到地质建议值。 (2)第二层次。 对于地质条件复杂的中型以上工程，如重力坝、拱坝，结构面影响坝基、坝肩稳定，初步设计阶段应布置原位抗剪和变形试验，参考类似工程，结合现场地质条件进行调整，必要时由地质、试验和设计三方共同研究确定设计采用值。 (3)第三层次。 对于重要的大型工程和参数敏感的工程，应做专门研究，除运用上述方法外，还应开展计算机模拟试验、人工神经网络法、模糊数学预测法等，慎重确定地质建议值。在施工阶段可以利用监测资料进行反演分析，复核岩体稳定性，及时修改设计和施工方法，确保工程安全。总之，地质调查和岩石力学试验是基础，是岩体分级、经验估算及数值模拟的前提，因此应重视野外第一手资料的收集，并注意取样、试验成果代表性问题，使地质建议值符合现场实际。 3应注意的问题 反思多年来我们所做的中小型水利水电工程勘察设计，在岩石力学参数取值方面应注意以下问题: (1)在前期勘察时对设计意图不甚了解 设计方案不十分明确，加之勘察周期短，对地质条件的调查和分析不够深入，对试验只是要求做常规的内容，以室内试验为主，取样数量不足，成果代表性差，使得方案比选时难以取舍。按照有关规范，“小型水电工程岩土参数(取值)可在现场简易测试和必要的室内试验的基础上以类比为主。”“中型水电工程岩土测试以室内试验为主，必要时可采用大型野外原位试验。”对于拱坝和重力坝要特别注意，对影响坝基、坝肩稳定的岩土体及软弱结构面可视需要开展原位试验工作。尤其是软岩和完整性差的岩石，软弱结构面发育，且结构面对岩体稳定性不利，岩体稳定性的判别对工程影响很关键，这需要慎重研究，应在地质调查的基础上，布置适当的原位试验，并采取多种方法合理确定岩体力学参数。 (2)勘察报告中抗剪强度和变形参数仅仅根据室内岩石试验查规范，与现场地质调查结合不紧密。 抗剪强度和变形参数是混凝土坝稳定计算最重要的参数，对工程安全和造价影响很大。然而规范给出的值范围较大，勘察报告仅仅依据规范提供的参数表取值是远远不够的。中等规模以上和地质条件复杂的工程应进一步开展分析论证工作，结合现场地质条件调查，在岩体分级基础上，运用有关理论和经验公式，例如霍克－布朗(Hoek－Brown)经验强度准则公式等，并参考已建工程经验取值，必要时与地质、试验和设计专业共同会商，合理确定参数。 (3)在软岩地区建混凝土坝要特别注意 如页岩、千枚岩及白垩－第三系泥岩等，由于岩性软弱，构造发育，岩体强度较低，工程安全裕度小，岩体力学参数取值对工程安全和经济性影响大，甚至影响方案的成立。软岩地区一般不适合建中、高混凝土坝，万一要建，就应该投入一定的勘探和试验工作量，慎重研究和分析论证，并留有一定安全裕度。 (4)应考虑定值计算与可靠度问题。 实际勘察设计工作中，是由地质专业提供参数，设计人员进行计算。地质部门依据试验成果，结合地质条件和个人经验判断，提出地质建议值。设计一般直接采用地质建议值进行计算。问题是设计计算方法与地质模型是否一致，地质参数的可靠性或安全阈值是多少，即有多少安全储备。近十几年来国内外广泛开展了重力坝可靠度研究。结构可靠性分析是以概率理论为基础，采用极限状态设计方法，以可靠指标度量结构或工程的可靠性，比定值法不考虑参数的偏差有明显的优越之处。可靠度计算需要提供与大坝有关的各类荷载、材料和地基强度的统计特征值(均值、标准差、变异系数等)及分布类型，对地质参数的离散性进行评价。 (5)试验是基础。 如何看待试验成果，地质专业人员常常抱怨试验参数不准，造成的原因有几个方面，一是取样的代表性问题，或者原位试验选点问题，要考虑岩性、风化程度、构造等影响，对试验点做专门设计和布置;又譬如有的砂岩与页岩互层，页岩岩芯破碎取样困难，取样只能做砂岩的抗压强度试验，成果偏大;倾斜岩层抗压首先沿层面剪切破坏，成果偏小。二是试验中的误差，应采用数理统计法整理试验成果，在充分论证的基础上舍去不合理的离散值。对于原位抗剪试验，要了解试验点的岩性、构造、风化及地下水等因素对成果的影响。另外，试件制备时难免受到扰动，一般要求安排2组以上试验，以便对比和分析。 (6)确定参数时要处理好主观判断与客观评价的关系。 前述的岩体分级法、工程类比法及经验判据法(强度准则公式)都属于经验法，其取值时的人为因素和个人经验对结果影响很大，实际操作中应尽量避免人为因素干扰，从地质条件的客观出发，分别按不同因素对参数进行修正，减少取值的随意性。 (7)加强施工监测，利用监测资料进行“动态设计、信息化施工”。 由于工程地质条件的复杂性和不确定性，地质勘探、试验、计算分析方法的局限性，我们对工程岩体性状变化的认识有一定程度的不确定性。在施工中要加强岩体性状的监测，及时分析和判断，调整、修改设计和施工方法，以保证施工安全和工程安全。尤其是隧洞施工支护，要根据发现的新情况及时修改设计，即采取“动态设计、信息化施工”，既要确保工程安全，又不能造成浪费。 (8)利用已建工程进行类比确定岩体力学参数是我们常用的方法。 但是没有一个工程的地质条件是完全相同的，而我们个人掌握的资料有限，每个人的经验千差万别，往往仅通过少量个别因素相比较而获得参数，人为因素的干扰较大，其结果可靠性较差。应多参考类似工程，并不断积累工程经验。多年来笔者所在单位在湖北省水利水电工程勘测设计中做了大量的岩体物理力学室内外试验和原位测试，积累了丰富的实践经验。 4结论 (1)岩体力学参数的合理确定是水利水电工程中的一项基础工作 直接关系到坝基、边坡、地下洞室工程的安全性和经济性。由于岩体具有不均匀性、不连续性和随时间变化的特性，准确确定岩体力学参数是非常困难的。在研究了有关规程规范和各种取值方法特点的基础上，针对工程的重要性程度和地质条件的复杂程度提出了岩体力学参数的综合取值方法，分为地质条件简单的小型工程、地质条件复杂的中型以上工程、重要的大型工程三个层次。针对具体的工程应当选择合理的方法来确定岩体力学参数。水利水电工程岩体力学经验参数综合取值研究对水利水电工程坝基、边坡、地下结构稳定性研究和计算具有重要理论意义和现实意义。 (2)中小型水利水电工程具有规模小、设计周期短、勘察试验工作量有限的特点 在详细地质调查和少量室内试验的基础上进行岩体分级，参考已建工程的成功经验类比确定岩体力学参数是一种简单、快捷而有效的方法。结合工程经验指出了水利水电工程岩体力学参数取值时应该注意的问题，可以供相关的工程技术人员参考。 作者：陈汉宝 黄定强 彭义峰 熊友平 江妤 单位：湖北省水利水电规划勘测设计院 中国地质大学武汉工程学院 岩体力学论文:浅谈如何改进岩体力学教授方法 一、课程内容及教学安排 1.教材选择。 目前国内岩体力学教材比较多，侧重点也有所不同，通过对国内其他兄弟院校授课教材调研发现，基本上都是采用本校权威教授所编的教材或者是国家规划教材。结合我校地质学专业特色及课程教学团队经验，采用我校刘佑荣教授所编的，由中国地质大学出版社出版的《岩体力学》教材；2009年又再次对教材进行了重新编审，由北京化工出版社出版了修订版的《岩体力学》教材，对部分章节进行了合并，并增加了目前国内外研究方面的成果，例如结构面网络模拟等内容。近2年授课则是以这本修编教材为主，但在部分章节的授课中也兼顾了蔡美峰主编的《岩石力学与工程》教材，供学生课后学习，以满足本专业学生对岩体力学知识的需求。 2.课程内容优化。 结合教材的内容编排，主要从以下几方面的内容来进行重点讲解，包括岩体的地质特征，岩体的物理、地下洞室围岩应力重分布，边坡岩体稳定性分析等内容。在具体内容编排中也适当地增加了部分内容，如在岩体的地质特征章节，补充安排了工程岩体分类等内容；在岩体强度与变形性质方面，增加了地下工程岩体分级标准及体系的相关介绍；在内容编排上突出地下建筑方向的专业特点及需求。 3.教学学时安排。 本课程的课时安排在第三学年的第五学期，总学时为40个学时，2.5个学分，其中课堂教学34个学时，实验课6个学时。本门课程是在系统学习完理论力学、材料力学等力学基础课后进行开设的。 二、课程教学方法改革 1.围绕专业工程实例展开授课。《岩体力学》课本身就是实践性特别强的一门课，在进行每一章节的授课时，可以多以工程实例来展开，尤其是国内外比较知名的工程实例，多多采用照片、录像等生动形象的方式，来增加学生的感性认识，使学生投入其中，增强学生学习的兴趣及热情。例如，在讲第五章地应力的时候，可以结合水利水电工程中，如锦屏电站的高地应力问题来说明地应力研究的重要性；在讲边坡工程，可以选用大量边坡地质灾害的图片。由问题入手，来追根溯源找到解决问题的源头。 2.结合专业方向特色来授课。岩体力学作为土木工程、地质工程、采矿工程等诸多工程的主干专业课，面对的专业层次不尽相同，在授课的时候尽量能结合专业背景展开。针对地下建筑工程方向的学生，要从学生的专业方向特色及专业需求来阐述。作为土木工程地下建筑方向的本科生，《岩体力学》这门学科的发展都与地下工程的发展是密不可分的。从本质来讲，纵观岩体力学发展的几个重要阶段，从19世纪末～20世纪初的初始阶段诞生的静水压力理论、侧压系数，到20世纪初～20世纪30年代的经验理论阶段出现的普氏理论、太沙基理论，然后在20世纪30年代～20世纪60年代产生的围岩和支护共同作用理论及地质结构理论，这些重大理论及思想的诞生过程就是对地下工程认识实践不断深入的过程，并促进了岩体力学学科向前发展。在授课时，可以将这一发展脉络讲述给学生，并贯穿到后续的课程教学中，不仅大大地培养了学生对自己专业的自豪感，也加深了对自己专业的认识。 3.结合教师科研工作来授课。讲授这门课的老师，不仅有科研经历丰富的教授博导，也有刚走出校园的博士年轻教师，他们在长期的工作和求学中，完成和参与了大量的科研项目，也取得了一定科研沉淀。在授课时，可以将这些科研成果进行整理，在每章结束时，抽出专门的时间，做个与授课内容相关的小型专题讲座，丰富学生的专业眼界的同时，也可将岩体力学最新的研究方法、手段和技术介绍给学生。例如，在讲地应力一章，就曾经将参与过的地应力测试及地应力反演分析的课题成果向学生进行介绍；讲地下洞室稳定性时，就将参与的软岩隧道科研项目成果进行介绍；上课时的反响很热烈，大大激发了学生科研的热情，建立了专业教师和学生之间一座良好的沟通桥梁。尤其是对那些希望继续攻读研究生的学生，也为他们开启了一扇科研的窗户；此外，也让学生了解授课老师及其团队的专业方向及特长，为后续研究生报考提供了便利条件。 4.结合学生实践课来展开。我校《岩体力学》课程是安排在大三上学期，上这门课的学生仅仅经历的与此相关的实践环节就是大二结束时的地质学专业教学实习。虽然是地质实习，但也是与这门课的研究对象———各类岩体在打交道，例如各种岩石、结构面。在上课时，不妨将课程中提到的各种岩块、结构面等内容与实习中能看到的种类联系起来，使学生的认识更为深刻。例如，在谈岩块、结构面和岩体的地质特征时，便可列举实习线路中各类成因、不同类型、不同特征的结构面及岩石；在讲结构面的强度及变形性质时，可以将实习中遇到的各种断层、软弱结构面等现象作为实例来分析其性质上的差异。这些实例学生在实习中都亲自参与过，已经有了部分感性上的认识，重新回到课堂上学习其相关的知识，认识和教学效果也会更好。 《岩体力学》课程内容丰富，更要求我们在教学时进行一定的教学改革，要结合所教学生专业方向的特点以及未来需求，多采用先进的教学手段和方法，注重加强理论基础联系工程实际的教学模式，提高学生认识问题深度和广度，培养学生良好的工程专业素养和专业精神，为学生后续的发展奠定良好的基础。 作者：左昌群 孙金山 罗学东 单位：中国地质大学 岩体力学论文:基于高职高专《岩体力学》课程建设改革的思考 摘要 通过对传统的《岩体力学》课程建设的分析，根据教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的要求，深刻认识到传统教学中课程建设的不足，从人才培养目标的定位、理论与实践的比例及对接关系、“双师型”教师队伍建设、教材学材的合理科学选用四个方面提出了适合高职高专的《岩体力学》课程建设的探索性方案。 关键词 1岩体力学； 2顶岗实习； 3工学结合 1、高职高专人才培养目标对课程教学的要求 根据《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》〔1〕，本着“工学结合、工学交替”，教学做合一的教学模式，人才培养要以就业为导向，突出实践技能和职业技能的培养。课程安排本着知识由浅入深。循序渐进，先基础后专业，在技能培养方面，将理论学习结合生产实践，实行“做中学、做中教”，力争实现实践教学与岗位工作零距离对接。 《岩体力学》是水文与工程地质专业的理论基础课，是力学的一个分支。主要研究不同受力条件（例如荷载、水流、温度变化）下岩体应力、应变、破坏、稳定及加固规律的一门应用性学科，其研究目的是解决岩土、地质、环境、水工、能源、土木、水利、冶金、交通、矿业工程等建设中遇到的相关问题〔2〕。《岩体力学》已经广泛应用于工程实践中，带来了巨大的社会经济效益和工程实用价值。 2 、《岩体力学》传统教学存在的问题 （1）从高职高专人才培养目标的定位上，很多教育工作者都很盲目，定位不准确甚至错位；这样的认识导致教师备课、讲课、学生听课等等环节都停留在对基础知识的认知层面，即专业、专业课程内容、教学过程、学历证书阶段，没有更加进一步的把职业、职业标准、生产过程、职业证书对接起来。 （2）理论内容偏重轻视了实践环节，本门课程是具有悠久历史的课程，在多年的教学中形成了比较完整科学合理的体系，但是这种教学方法比较适合教学研究型的教学，对于我们高职高专，已经显得理论的比例过于繁重，实践明显不足，教师和学生都注重理论知识的学习，轻视动手能力的培养，大批出现的高分低能学生，课堂和生产严重脱节。所以在传统的研究型的培养目标基础上应做比较彻底的改革。 （3）教材适应性较差，传统的研究型教学使一批又一批的教材偏于理论，轻于实践，学生学习难度大，乏味，因而也没有主动学习的积极性，对于高职高专的学生需要一套理论难度适中、够用，实践比例偏大的教材、学材和与之配套的影像资料等。 （4）教学经费的严重不足，由于在传统的教学领域，一个教师、一根粉笔、一本书就可以完成一门课程，形成了填鸭式教学的模式，导致学生学习积极性极低。 （5）生产实践教师的缺乏，切实加强教师队伍建设。 现有的教师队伍绝大部分从校门又走入校门，从理论中来又到理论中去了，更有甚者教材中的部分验，教师根本就没有接触过，照本宣科，讲起来乏味，听起来不知所以然，严重影响了学生的学习积极性和学习效率。 （6）教学方法比较单一 3、《岩体力学》课程建设的重点、难点和解决方案 岩体力学课程涉及多个相关学科领域，其课程综合性强、知识点多而杂、试验项目与工程实际联系紧密等特点，导致许多学生认为课程较难。所以采取有效的科学的教学方法引导学生尽快适应教学特点，并更好地掌握课程要求的知识技能是十分必要的。 课程建设的重点是对岩体的基本力学性质理清概念、明确试验原理及数理统计方法；难点是利用这些基本理论、原理能够分析不同工程岩体在不同的力学条件下的稳定性。 解决方案如下 （1）培养目标上遵循教高[2000]2号《教育部关于加强高职高专教育人才培养工作的意见》精神，明确指出：高职高专教育是我国高等教育的重要组成部分，高职高专教育人才培养模式的基本特征是：以培养高等技术应用性专门人才为根本任务；以适应社会需要为目标、以培养技术应用能力为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案，毕业生应具有基础理论知识适度、技术应用能力强、知识面较宽、素质高等特点。；以"应用"为主旨和特征构建课程和教学内容体系；实践教学的主要目的是培养学生的技术应用能力，并在教学计划中占有较大比重；"双师型"教师队伍建设是提高高职高专教育教学质量的关键；学校与社会用人部门结合、师生与实际劳动者结合、理论与实践结合是人才培养的基本途径。 （2）教学方法：课堂教学采用灵活多样的教学手段和方法：岩体力学的特点是概念多理论上较难理，但与生产实际紧密相连，所以在教学过程中解精讲重点、恰当复习、图文并茂、穿插一些案例结合理论，利用学生求知、求趣、求新的心理引导学生在轻松环境中掌握理论知识。 《岩体力学》本身的特点和传统的粉笔+黑板书写速度慢，单一，呆板，信息量小的缺点，课堂教学适当结合多媒体手段，充分利用多媒体课件授课内容多、图文并茂表现力丰富的优点，提高授课效率，调节学生听课情绪，调动学生积极性。这样就要求教师制作多媒体课件时 要投入大量的工作，准备多样的大量的图片、影像素材，特别是有代表性的工程案例、近期的工程现场视频以及新工艺、新设备、新技术等资料，从而使学生关注本专业领域的新动态，培养学生独立思考问题的能力，扩展学生的知识面。课堂上大量运用启发式：岩体力学课程中很多都是有大量的统计得出来的，亦多为经验公式，均有使用条件，在教学中强调经验公式地方性、条件限制性致使我们在实践中使用时，不能照抄照搬一定结合生产实际，再结合实例让同学们去修改完善经验公式，学生积极性会大大增强。多媒体教学是现代教学不可缺少的方式，充分利用好多媒体，让多媒体真正多起来，ppt、录像、动画、网络视频等等。 （3）《岩体力学》课程建设改革中教材的使用与建设 学院教学改革以来，大力加强教材的建设，提倡教师根据现有学生的接受能力和基础知识的掌握程度，编写一些实用性强，灵活方便的学材，教学效果比较好。由于教材的编写需要周期比较长，所以大多数落后于新的科技发展。为了让学生能够及时准确地接受新科技新技术，投入大量的人力进行学材的编写，这样使学生学习的内容和形式灵活多样，能够与新的科技成果，新的技术进步同步，效果显著。 （4）切实加强“双师型”教师队伍建设 国务院印发了《关于加强教师队伍建设的意见》，教育部配套制定了《职业学校兼职教师管理办法》，为加强“双师型”教师队伍建设提供了制度保障。我们将进一步加强教师培养培训工作，完善“双师型”教师队伍建设机制。希望学会在标准制定、基地建设、教师培训等方面发挥更大的作用，扭转“双师型”教师缺乏的局面，为技术技能人才培养提供的有力支撑。 教育部副部长鲁晰指出：中长期来看，产业加速转型和高技术的技术型的人才匮乏的矛盾也非常突出。技术技能型有三种人，第一类是工程师，第二类是高级技工，第三类是高素质劳动者。”鲁昕解释说，之前的职业教育只讲技能，随着信息技术的发展和产业升级，技能需以技术为基础。这就需要我们的教师队伍率先技能化。招聘教师要求参加过生产、或让现有的教师到生产单位参加实践，并把这个工作量化，即要求教师必须每年参加一定量的生产才可以授课。 （5）《岩体力学》课程建设改革中的实践教学建设 实践性教学环节 A、加强课堂讨论，提高学生学习兴趣，由一个案例入手，例如三峡水利枢纽是开发和治理L江的一项关键性骨干工程，三峡工程区内共有各类崩塌、滑坡体2490处。其中秭归县千将坪滑坡比较典型〔3〕，以此为契机，布置任务，同学们查阅资料，用岩体力学观点去分析滑坡的地质特征与成因机制。课堂可以展开讨论，最后教师总结边坡稳定分析的要素，内容充实、方法灵活，自然会有显著的效果的。 B、课堂实验环节要严格执行岩土试验的操作规程，《岩体力学》课程课内试验共有5―8个试验，学生在实验教师的指导下要求在规定的时间内完成教学标准中要求的每个试验的操作；并组织一年一度的岩土试验竞赛；组织力量强大教师团队编写配套的实验教材《岩体力学实验指导书》该指导书对于课程标准中规定的几个试验从原理、实验设备和操作步骤都有具体、详细的讲解，规定了规范的实验报告格式，为学生将来工作打下良好的基础。 C、现场参观和理论知识结合，促进学生从感性认识到理性认识的的飞跃。根据教学需要安排几个施工现场：边坡、洞室、岩体地基，让学生认识这几种工程岩体的地质、 地貌、应力等问题。参观后要求学生编写参观体会和简单的报告。 D、顶岗实习和毕业设计〔4〕，顶岗实习是坚持以就业为导向、创新“工学结合”人才培养模式，提高高素质技能型人才培养质量的重要环节。通过顶岗实习使学生能够尽快将所学专业知识、岗位技能与生产实际相结合，实现在学期间与企业与岗位零距离对接，使学生树立起职业理想，养成良好的职业道德，练就过硬的职业技能，从根本上提高人才培养质量，为确保顶岗实习各项任务的顺利完成，提高实习质量我们需进一步加强顶岗实习的组织管理，严格按照顶岗实习的课程标准要求学生。在顶岗实习基础上完成学习期间的毕业设计或毕业论文。使学生工作能力有进一步的提升。 结语：《岩体力学》课程是工程类专业的专业基础课，此次《岩体力学》课程建设的改革符合《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》要求的教学改革的发展趋势，教学手段、教学方法比较先进，实践教学能够与实际生产紧密结合，通过这样的改革能够达到高职教育的五个对接：专业与产业对接，课程内容与职业标准对接，教学过程与生产过程对接，学历证书与职业资格证书对接，职业教育与终身学习对接。使《岩体力学》课程的教学水平在高职高专教育中得到进一步的提升。 岩体力学论文:青岛地铁上覆岩层岩体力学参数研究 摘要:在岩体工程稳定性分析中,力学参数的选取会对计算结果产生重大影响。所以如何准确的反演青岛地铁上覆岩层岩体力学参数,进一步完善青岛地区岩体分级标准是本论文要解决的问题。 关键词:有限元强度折减法;安全系数;岩体力学参数 0引言 青岛坐落于大面积分布的燕山晚期花岗岩上,具有良好的地质条件,而且青岛市地铁一期工程,80%以上的线路处于花岗岩中,其余隧道处于第四系地层中。青岛市特有的花岗岩地质条件,对土建方面而言,将节约大量的投资,土建造价大大低于其他城市,所以对青岛地铁上覆岩层岩体力学参数的研究就有其重要意义!所以本文研究任务是针对现有规范对青岛地下工程设计不尽适应的问题,利用青岛地铁水清沟试验段的观测资料,对青岛地铁上覆岩层岩体力学参数进行验算和反演,为青岛地区岩体分类进一步研究打下基础。极限分析有限元法在边坡稳定分析中取得了成功[1-2],并逐渐在地基、基坑稳定分析中得到推广应用[3]。郑颖人、胡文清、张黎明等人[4-6]开始将有限元强度折减法应用于隧道,由此求得隧道的剪切安全系数。这就给我们提出了一个新的思路,通过安全系数反演岩体的力学参数,进一步修正岩体力学参数,最终得到适合青岛地铁上覆岩层的岩体力学参数。 1剪切安全系数的定义 安全系数是指剪切破坏面上实际岩土体的强度与破坏时的强度的比值。就是事先假定一滑动面,根据力(矩)的平衡来计算安全系数。将安全系数定义为沿滑面的抗剪强度与滑面上实际剪力的比值,如式(1)所示: ω==(1) 式中,ω――传统的强度折减安全系数;s――滑动面上各点的抗剪强度;τ――滑动面上各点的实际剪应力。将式(1)两边同除以,则式(1)变为: 1==(2) 其中:c′=,φ′=arc() 可见,极限平衡法是将岩土体的抗剪强度指标c和tanφ减少为和,使得岩土工程达到极限稳定状态时的ω即为安全系数,实际上就是强度折减系数。 2工程概况 青岛地铁试验段工程选取了地质条件具有代表性的区间(水清沟~国棉五厂),由1200m的区间隧道和218m的青纺医院站组成。 青岛地铁试验段区间隧道为双洞单线,双洞之间的距离为9m,区间隧道埋深为10~20米,横断面型式为直墙三心圆拱,跨度为4.86m,直墙高3.54m,拱高1.82m。计算选取三个不同埋深的截面,分别为10m、14m和18m。 岩体主要为花岗岩,处于微~未风化带,结构、构造清晰,岩体以整体块状结构为主,完整性好,根据国际《工程岩体分级标准》GB50218-94,分别属于Ⅱ、Ⅲ类围岩。 在节理方面:产状走向以NE~NEE向为主体,其次以NW~NWW向,倾角70~80度为主,部分50度左右,节理裂隙存在一定程度的未贯通岩桥,裂隙连通率统计在24~75%,结构面紧闭,岩块坚硬。结构面以闭合~微张裂隙为主,平面光滑,犹如刀切。 3均质岩质隧道围岩稳定分析 计算按照平面应变问题来处理,准则采用DP4准则,边界范围取底部及左右两侧各5倍隧道跨度[2],地面超载按照国家规范标准20KN/m2,按照《工程岩体分级标准》,各级围岩的物理力学指标标准值如表1,下标上下表示围岩的上下限。 经过ANSYS有限元计算,逐步折减强度参数,分别得到各种工况的剪切破坏安全系数见表2,分析发现:①安全系数随埋深深度减少,明显出现两侧直墙先破坏;②通过破坏时等效塑性应变图可找出最大应变发生在拱角和墙角处,而且根据围岩等效塑性应变发生突变时各断面中等效塑性应变最大点的位置,可以发现围岩的潜在破裂面。 在Ⅱ上围岩下、埋深18米的工况下,隧道的塑性区和应力应变图如图1、图2所示。 4节理裂隙岩质隧道围岩稳定分析和岩体力学参数反演 选取埋深18米的断面,因为埋深18米的跨度最长,且通过地质勘探发现大部分为微~未风化花岗岩,且所处断面最上面基本没有覆土层,分别属于Ⅱ、Ⅲ类围岩。为了简化模型,考虑如下情况:只考虑一组起重要作用的结构面(产状走向为NE~NEE向),倾角75°,间距2.5米,贯通率为75%。各级围岩参数见表3。 经过有限元强度折减,最终分别得到各类围岩下的安全系数见表4。 在Ⅱ上围岩下、埋深18米的工况下,隧道的塑性区和应力应变图如图3、图4所示。 所以在埋深18m情况下,通过均质岩质中给出的安全系数与节理裂隙岩质的安全系数比较,进行反演,最终在表5中,对一、二、三类围岩岩体的强度参数提出了建议值。 对表5中给出的各级围岩岩体的强度参数建议值研究发现:对II类和III类围岩的,值较规范值增大,这说明青岛地铁上覆岩层主要是花岗岩,岩性好,所以岩体强度参数建议值要大于规范中的给定值。 最后通过《青岛地铁第一期工程 水清沟――青纺医院试验段 施工地质、变形量测、环境检测总结报告》中的位移检测,验证了反演的强度参数建议值的合理性。 最终通过分析发现:相对于青岛花岗岩地区,规范中给出的岩体分类的强度参数偏低,按照规范中的参数进行设计就会偏于保守,所以针对青岛地区花岗岩的岩性特征,笔者对规范中给出的岩体分类的强度参数做了修正,为进一步确定了青岛地铁上覆岩层岩体分类打下基础。 岩体力学论文:浅述岩体力学参数监测在隧道施工中的重要性 摘要:采用新奥法进行隧道工程施工时,设计单位只能根据监控单位和施工单位反馈的监控数据和隧道开挖揭露情况对设计的合理性进行宏观判断,隧道设计时应把力学计算和实际背景岩体力学参数相结合,才能更科学、经济的按照新奥法的理念完成隧道工程的设计、施工。 关键词:新奥法;岩体力学参数;单轴抗压强度 0 引言 在现时的公路建设中,为满足线型、车速、里程、生态环境等要求,隧道工程已被大量采用。建设环境的不可预知性是隧道工程最大的特点,在施工中,开挖的围岩与设计不符的情况屡见不鲜。 鉴于此,新奥法(NATM)被流行地应用于隧道工程工作中。而施工监控量测则是新奥法施工方法中的重要工序之一。 施工监控量测是将施工过程中的围岩稳定性、支护结构承载能力、初期补强及二次衬砌合理的施作时间、开挖揭露岩体的力学参数等情况反馈给设计与施工以达到优化设计参数、优化施工方案及施工工艺目的的工序。 1岩体力学参数的重要性及其在新奥法施工中的现状 监控量测的内容在相关技术规范中已做了相关规定,着重于对揭露围岩情况的观察以及开挖洞室的净空变化、围岩的蠕变趋势、结构及围岩的应力、应变及位移大小量测等。由这些监控数据在指导施工中起到了很直观、重要的作用。但是对岩体的力学参数测试包括抗压强度、变形模量、黏聚力、内摩擦角、泊松比、围岩完整性指数、应力强度比等没有引起足够的重视。只有在少数工程中对力学参数进行了监测。在进行隧道的围岩基本质量分级和力学建模计算分析时,这些参数是必不可少的。 对于工程岩体这样复杂多变的隧道工程,为了选择一条正确的设计途径,一方面要使经验方法科学化;另一方面还要使设计中所进行的力学计算具有实际背景。 为了做到这点,现场的监控测试就应该提供更多的依据,这样才能把力学计算和实际情况更好的结合。 现在的勘察设计单位都存在时间紧、任务重的问题,勘察单位不能对隧道的地质情况做详细细致的勘察工作,而设计单位也只能根据勘察单位提供的有限的勘察资料更多的采用工程类比法进行设计。 然而隧道的围岩揭露情况与勘察情况有很大一部分不相符。在出现不相符时,设计单位只能根据监控单位和施工单位提供的资料进行设计变更。 变更时分两种情况,第一种,设计偏弱,设计只能根据有限的资料进行一定的补强设计;第二种,设计偏强,实际工作中,此种情况一般未变更设计。 第一种情况,在实际工作中影响施工进度,有时还给工程留下隐患,甚至造成质量安全事故;第二种情况,使工程不能体现其经济性,甚至造成不必要的浪费。要想隧道工程设计更加科学合理,设计方就必须要有足够的资料作为设计的背景。在施工过程中,监控量测作为提供设计资料背景方,应该不仅要为设计方提供净空变化、围岩的蠕变趋势、结构及围岩的应力、应变及位移大小等作为宏观判断设计合理性的依据,还应提供更细致的岩体的力学参数为隧道的力学计算提供直观依据,这样才能更为科学、经济的完成整个隧道的新奥法设计、施工。 2岩体力学参数测试和计算方法简介 2.1 抗压强度是指岩石单轴饱和抗压强度(RC),按照抗压强度试验的试件的尺寸、精度、含水率制作试件,以0.5~1MPa/s的速度加载直到破坏,记录试件破坏形态,逐级记录荷载及应变值,并绘制应力与纵向应变和横向应变曲线图,按照R=计算其单轴抗压强度,按照Eav=,μav=计算平均弹性模量、平均泊松比(σa,σb分别为曲线上直线段始点、终点应力值,εa-εb分别为σa,σb处纵向应变值,εda-εdb分别为σa,σb处横向应变值)。 2.2 黏聚力、内摩擦角可由原位试验得到。 2.3 围岩完整性指数可以由KV=求得,纵波、横波速度可以用岩石超声波参数测定仪、纵横波换能器测得。 2.4 应力强度比可由Sm=式计算得到,σmax为岩体的最大主应力。 3结论及改善建议 逐步的优化设计、施工参数,使隧道工程建设经济、科学、安全的完成,使新奥法施工广泛应用于隧道工程修建的主要原因,但此种施工方法只是更多的反馈于施工,在设计中其作用还未得到更好体现。 要想新奥法中的监控量测结果更好地反馈于设计,岩体的力学参数的监测在监控量测中的重要性就必须得到体现。 岩体的力学参数的监测在隧道施工监控量测中很少实施,原因是隧道工程实施的相关人员未意识到此项工作的重要性。为了新奥法能更好的应用到隧道设计、施工生产中去,相关人员应对此项工作的作用给予足够的重视,配备相应的人员和设备来完成此项工作。 岩体力学论文:岩体力学本科教学改革探讨 摘要：为适应当前勘察、土木、地质、石油等行业对相关专业本科毕业生的高要求，本文基于岩体力学的特点，详细分析了当前我国岩体力学本科教学的现状以及进行改革的必要性。在此基础上，从教学内容、试验环节、教学方法等方面提出了初步的改革措施。以期通过这些措施，提高岩体力学本科教学质量，培养适应社会发展和时代要求的复合型人才。 关键词：岩体力学;教学内容;试验教学;数值仿真;教学方法 岩体力学是土木工程、石油工程、地下工程、水利水电工程、地质工程、采矿工程、勘查技术与工程等专业本科生的重要专业基础课之一，是研究岩体在外界因素（荷载、水、温度等）作用下的应力、变形、破坏、稳定性与加固的学科，理论基础广泛，涉及地质学、固体力学、流体力学、计算数学、地球物理学等学科知识[1，2]。通过这门课程的学习，学生能够建立起有关岩体力学的基本理论体系以及相应的工程概念（如强度理论、工程岩体分类、稳定性分析），为后面的相关专业课（如基础工程、钻探工艺学、计算岩土力学、矿山压力与岩层控制）提供必要的知识储备，也为毕业后从事建筑、勘探、采矿、采油等相关工作奠定必备的理论基础。随着我国社会经济的快速发展，大量的岩土工程广泛兴起，复杂的岩体力学问题不断涌现，从而对高校培养的相关专业人才的综合能力提出了更高的要求：不仅要具有扎实的专业基础知识，还要有一定的分析和解决现场实际问题的能力[3]。 作为人才培育的主要基地，高校在岩土工程人才培养过程中，在培养模式以及相关的各类软硬件条件等方面已经远远跟不上社会发展的步伐及社会对复合型人才的需求[4]。因此，针对当今社会的实际需求，如何安排好岩体力学教学，培养合格的本科生，成为摆在各大高校相关教师面前的重要问题。 一、岩体力学教学改革的必要性 岩体在形成与存在过程中，长期遭受着复杂的建造与改造地质作用，最终变成一种被大量不同类型与规模的断层、节理、层理、片理、裂隙等结构面切割包围而成的材料，具有非均质、非连续、各向异性的特点。同时，岩体还赋存于复杂的天然应力状态和地下水中。这些使工程岩体的力学行为极其复杂，通常呈高度非线性。岩体力学问题大多是病态的、不确定的、多尺度的，很难找到一种解析或数值算法进行精确地求解[5]。从而，依托于岩体上的各类工程（如地下空间与地下隧道工程、岩质边坡工程、岩石地基与坝基工程、采矿工程以及钻井工程）的设计计算分析极为复杂，目前实际工作中，仍通过以工程经验、现场试验与监测为主，理论指导为辅来完成。可以说，岩体力学还很年轻，知识体系还不够完善，许多理论尚不成熟，自身发展速度远远落后于工程实践的要求。 随着中国能源、交通、水利、国防、城市建设等事业的发展，岩体工程建设越来越多，规模也越来越大，这些给岩体力学带来了新的机遇与挑战，也对相关从业人员提出了更高的要求。然而，作为培养高级人才的摇篮，高校在岩体力学本科教学方面还存在很多问题，比如教材陈旧、内容落后、试验教学不足、理论与实际脱节严重、课堂教学方法落后、教学手段单一，在很大程度上影响了本科生在实际工作中解决复杂问题的能力和创新能力。因此，开展岩体力学本科教学改革是十分必要的。通过教学改革，旨在既提高相关从业人员的基本素质与实践能力，又为培养高层次复合型人才打下坚实的理论基础。 二、岩体力学本科教学改革的主要内容 笔者认为岩体力学本科教学改革应从多方面着手：与时俱进地优化教学内容，以实际工程为教学案例密切联系实际，增加室内试验与数值仿真等试验教学环节，改革教学方法，从而探索满足当今社会快速发展条件下的岩体工程建设需求的复合型人才培育的教学方法。 （一）优化教学内容 目前国内高校岩体力学本科课程无统一教材，教学内容由任课教师自己掌握。相关教材也比较多，如沈明荣与陈建峰主编的《岩体力学》（2006），刘佑荣与唐辉明主编的《岩体力学》（2009），陈海波等主编的《岩体力学》（第2版，2013）以及阳军生与阳生权主编的《岩体力学》（2008）。各教材在基础理论方面的表述基本上是一致的，只是在工程应用方面侧重点有所不同。笔者认为各任课教师应根据其校本专业特点，依据教学大纲与学时安排，以一本教材为主、多本教材为辅的方针授课，在讲授岩体力学基本原理与知识的基础上，以实际工程进行案例教学，并适当向学生介绍当前的新概念、新技术、新方法等发展动态与学科前沿，提升学生的学习兴趣，拓宽学生的知识面。 本校地质工程专业（岩土钻掘方向）的岩体力学本科课程，根据国家学科组指定的教学大纲，编制授课计划，结合本专业的特色与发展需要，对大纲进行了适当调整与修改。教材以教育部地质工程教学指导分委会推荐的刘佑荣与唐辉明主编的《岩体力学》为主，以《Fundamentals of rock mechanics》、《岩石力学与工程》、《岩石力学与石油工程》、《钻井岩石力学》、《矿山岩石力学》等相关教材为辅，删除其他相关课程的重复性内容，同时补充隧道钻掘、地下工程支护、工民建勘察、大陆科学钻探以及石油钻井等方面的工程实例，根据本校本专业本科教学计划40学时左右的内容进行编辑，在满足本专业学生对岩体力学认知与掌握的需求的同时，实现专业基础知识扎实、知识面宽的复合型人才培养要求。 （二）增加试验教学环节 试验是岩体力学教学的重要环节，但是限于学时、设备、经费等原因，在本科教学过程中一般只能有选择地让学生动手做几种相关室内试验，难以很好地培养学生的动手能力，因此，增加试验教学环节势在必行。笔者认为可以从如下三个方面来解决这个问题： 1.通过与相关试验室相关人员协调，在课余时间借用试验，开展相关岩体力学试验，从而尽可能多地锻炼学生的实际动手能力;在不影响试验室正常运行的前提下，将学生划分多批次，参观有关科研项目的岩体力学试验过程，以实现尽可能多地感性认识岩体力学课堂上讲授的理论知识。 2.通过鼓励和指导本科生积极参与所在院系教师的相关科研项目、科技报告会项目、大学生创新基金项目等活动，在项目中实际运用岩体力学知识，进一步锻炼学生认识、分析与处理岩体力学问题的能力。 3.充分利用计算机仿真技术[6]，采用数值仿真手段弥补试验场地和设备的不足[7，8]，并初步培养学生运用数值模拟与理论相结合的方法，分析边坡稳定性、地下隧道与矿山开采围岩变形、地基岩体稳定性、井壁稳定性等实际工程问题。 通过以上措施实现室内试验与数值仿真试验教学环节的增加，使本科生在实践中体会所学知识，找到自己的不足，增强对岩体力学的理解与掌握，锻炼动手能力，提高分析问题、解决问题的能力与创新能力。 （三）改革教学方法 目前以多媒体电子课件为主、黑板板书为辅的教学方式已被广泛应用于高校教学中。岩体力学是一门理论性与实践性均很强的学科，教师应针对此特点开展教学活动。但是，限于学时、安全等原因，任课教师通常无法带学生到现场进行实地参观讲解。为了加强理论与实践的相接轨，就需要充分利用电子课件能够图文并茂、声像俱佳的优势，形象生动地向学生传递工程现场信息，从而弥补实践的不足。 对于理论方面，采用传统的板书教学方法补充多媒体教学，对重点、难点公式用板书一步步推导，便于学生理解与记忆。增加课上与学生互动环节，如让学生回忆上堂课内容，多多就知识点提问，增加课堂作业环节，添加学生分组演讲报告环节。增加课下与学生互动，如建立QQ群、微信朋友圈，在上面经常行业最新动态的图片、新闻、视频，发表小课题引导学生讨论，以及邀请学生参加自己的科研项目。改革考核方式，总成绩既包括期末闭卷考试成绩，又包括平时表现、试验报告、文献综述报告等。 通过以上种种手段，更好地调动学生的学习积极性，更好地培养学生的学习能力与解决问题的能力，更加公平地评价学生的课业表现。 三、结语 岩体力学内容丰富、知识复杂，给本科教学带来了挑战与机遇。笔者针对目前岩体力学本科教学方面的不足，从教学内容、试验环节、教学方法等方面提出了初步的改革措施。以期通过这些改革，既能促进学生更好地掌握岩体力学的基础知识与技能，又能培养学生的创新能力与实践能力，为国家培养满足行业需求的复合型人才。 岩体力学论文:基于颗粒流方法的节理岩体力学参数量化 摘 要：节理岩体的力学参数是与岩体相关的地下工程设计的主要依据。区别于实验室完整岩块，现场原岩中结构面的存在显著弱化了岩体的强度，为地下工程设计带来了一定的不确定性。为解决此问题，本论文拟采用基于颗粒流的数值模拟方法，为节理岩体的力学参数量化提供一种新思路。 关键词：颗粒流;岩体力学;模型参数 1 概述 颗粒流是近年来兴起的主要应用于硬岩的数值模拟新方法。区别于现有的连续性数值模型，颗粒流以不可破坏圆形颗粒作为基本单元，通过颗粒之间的粘结来显式模拟完整岩块的脆性破坏。当颗粒之间的拉应力超过颗粒粘结的拉强度时，裂纹被标记为拉破坏，反之当颗粒之间的剪应力超过粘结的剪强度时，裂纹被标记为剪破坏。通过这种简单的接触关系，颗粒流方法可以精确再现岩块在压缩或者拉伸状态下的裂纹扩展模式。颗粒流方法通过颗粒之间的微观接触来控制模型的宏观破坏模式，模型的宏观力学参数是通过不断校对这些微观接触参数来实现的。 2 颗粒流模型 本论文采用的实验室完整岩块的力学参数来源于灰岩，包括峰值强度：122MPa，弹性模量：80.0GPa，泊松比：0.25。图1显示了不包含任何节理的颗粒流模型，用于初始的颗粒接触微观参数校对，其中三个测量圆用于监测模型在单轴压缩过程中的应力应变变化。然后建立三个包含结构面的节理岩体颗粒流模型;每个模型包含三组节理，其中主节理组1的倾向为0度，主节理组2的倾向为90度，两组主节理的产状设置为相同;次节理组3设置为与两组主节理同时垂直。为了描述方便，本论文以主节理的倾角作为标识：R-30、R-60、R-90分别表示模型中主节理的倾角为30、60、90度。各组节理的平均直径均设置为0.5m。 3 模型解译 本论文主要考虑节理岩体在单轴压缩状态下的力学参数，包括岩体的峰值单轴抗压强度和弹性模量。由于工程岩体的尺寸在大多数情况下不适合现场原位试验，目前这两个力学参数主要通过经验或者半经验方法估算，这样不可避免地会产生适应性不足的问题。本论文介绍的颗粒流方法从数值模型的角度提供了一种新思路。通过一系列针对图1中完整岩块模型的单轴压缩试验，最终校对的颗粒流模型微观参数如表1所示。完整岩块在单轴压缩过程中的应力应变曲线如图2所示，从中可以确认基于表1的微观参数所得结果符合第2节列出的灰岩力学参数。表1同时提供了结构面的力学参数。 图2 完整岩块单轴压缩应力应变曲线 图3显示了节理岩体数值模型的单轴压缩应力应变曲线，这些节理岩体的峰值强度和弹性模量也标注于该图中。数值模拟的结果显示节理岩体的峰值强度明显受到结构面产状的控制。岩体强度随主节理的倾角变化显示出典型的U型特点，即当节理倾角从15度增加到45度时，岩体强度从47.1MPa减小到24.5MPa，然后逐渐增大到52.0MPa（主节理倾角90度）。强度的U型变化可以从节理岩体的破坏模式来分析（完整岩块控制和结构面控制）。根据简单力学分析，当结构面的摩擦系数大于结构面的倾角时，沿结构面的完整岩块剪切破坏会被阻止。这种条件下节理岩体的破坏主要由节理间的完整岩块控制，考虑到岩块的强度远大于结构面的剪切强度，当节理岩体的破坏是结构面控制时，岩体峰值强度会偏小。 节理岩体的弹性模量呈现出与峰值强度类似的U型变化特征（图3）。当主节理倾角从15度增加到90度时，弹性模量首先从42.2GPa减小到29.9GPa和30.2GPa，然后增加到40.7GPa和52.5GPa。类似的，由于结构面的刚度小于完整岩块的刚度，当岩体的破坏是结构面控制型时，节理岩体的弹性模量偏小，反之，节理岩体的模量偏大。 4 结论 本论文展示了应用颗粒流量化节理岩体的力学参数的新型数值模拟方法。通过作用于完整岩块模型的单轴压缩试验，本论文首先校对了颗粒之间的微观参数，然后通过一系列不同结构面分布的节理岩体模型，本论文确认节理岩体的峰值单轴抗压强度呈现出典型的U型变化，即当岩体所含节理有利于岩块的剪切滑移时，节理岩体的强度显著减小;而当节理不利于岩块的剪切错动时，节理岩体的强度更多地受到岩体中完整岩块控制，强度显著上升。节理岩体的弹性模量呈现出与强度相同的变化规律。本论文为量化节理岩体的力学参数提供了额外的途径，论文结论可以作为地下岩体工程设计的参考。 岩体力学论文:岩体力学发展史与新技术展望的综述 摘要：本文阐述岩土力学发展历史和概貌，岩体力学的基本研究内容和研究方法，以及当今岩土力学发展存在的问题，对岩石力学研究提出的更高一个层次的要求，使岩石力学面临许多前所未有的问题和挑战，急需解决和提高岩石力学理论和方法的研究水平，以适应工程实践的需要。 关键词：岩土力学，发展，新技术，展望 引言岩体力学是近展起来的一门新兴学科和边缘学科，应用范围涉及采矿、土木建筑、水利水电、铁道、公路、地质、地下工程等众多的与岩石工程相关的工程领域，一方面它是上述工程领域的理论基础，另一方面正是上述领域实践促使了岩体力学的诞生与发展，作为地球科学的一个重要组成部分面临一系列新的机遇和挑战。 一、岩体力学的发展历史和概貌 （1）初始阶段（19世纪末～20世纪初） 这是岩石力学的萌芽时期，产生了初步理论以解决岩体开挖的力学计算问题。海姆提出了静水压力的理论认为地下岩石处于一种静水压力状态，作用在地下岩石工程上的垂直压力和水平压力相等；朗金和金尼克也提出了相似的理论。 （2）经验理论阶段（20世纪初～20世纪30年代） 该阶段出现了根据生产经验提出的地压理论，并开始用材料力学和结构力学的方法分析地下工程的支护问题，最有代表性的理论就是普罗托吉雅柯诺夫提出的自然平衡拱学说，即普氏理论，该理论认为，围岩开挖后自然塌落成抛物线拱形，作用在支架上的压力等于冒落拱内岩石的重量，仅是上覆岩石重量的一部分。太沙基提出相同的理论， 只是他认为塌落拱形状是矩形，而不是抛物线型。普氏理论是相应于当时的支护型式和施工水平发展起来的，进一步说围岩和支护之间并不安全是荷载和结构的关系问题，在很多情况下围岩和支护形成一个共同承载系统，维持岩石工程的稳定最根本的还是发挥围岩的作用，尽管如此，上述理论在一定的历史时期和一定条件下还是发挥了一定作用的。 （3）经典理论阶段（20世纪30年代～20世纪60年代） 岩石力学学科形成的重要阶段，弹性力学和塑性力学被引入岩石力学，确立了一些经典计算公式，形成围岩和支护共同作用的理论，岩体工程技术问题的解决，这些都说明岩石力学发展到该阶段已完成为一门独立的学科。在经典理论发展过程阶段，形成了“连续介质理论”和“地质力学理论”两大学派。早在20世纪30年代，萨文就用无限大平板孔附近应力集中的弹性解析来计算分析岩石工程的围岩应力分布问题，20世纪50年代，鲁滨湟特运用连续介质理论写出了求解岩石力学领域问题的系统著作，同时，开始有人用弹塑性理论研究围岩的稳定问题，导出著名的芬纳-塔罗勃公式和卡斯特纳公式，塞拉塔用流变模型进行了隧峒围岩的粘弹性分析。 20世纪60年代，运用早期的有限差分和有限元等数值分析方法，出现了考虑实际开挖空间和岩体节理、裂隙的围岩和支护共同作用的弹性或弹塑性计算解，使运用围岩和支护共同作用原理进行实际岩石工程的计算分析和设计变得普通，促进了中国早期的地应力测量工作的开展。 地质力学理论注重研究地层结构和力学性质与岩石工程稳定性的关系，由德国人克罗斯创立起来的，理论反对把岩体当作连续介质简单地利用固体力学的原理进行岩石力学特性的分析，强调重视对岩体节理、裂隙的研究和结岩石工程稳定性的影响和控制作用，1951年在第一届地质力学讨论会，形成“地质力学研究组”并广泛应用于岩石工程。 （4）现展阶段（20世纪60年代～现在） 此阶段是岩石力学理论和实践的新进展阶段，其主要特点是用更为复杂的多种多样的力学模型来分析岩石力学问题，把力学、物理学、系统工程、现代数理科学、现代信息技术等的最新成果引入岩石力学，20世纪60年代和70年代，原位岩体与岩块的巨大工程差异被揭露出来，岩体的地质结构和赋存状况到重视。20世纪70年代开始出现用于岩石工程隐定性计算的数值计算方法，主要是有限元法，20世纪80年代数值计算方法发展很快，有限元、边界元及混合模型得到广泛应用，成为岩石力学材料分析计算的主要手段，20世纪90年代数值分析终于在岩石力学和工程学科中扎根，岩石力学专家和数学家合作创造成一系列计算原理和方法。20世纪80年代和90年代，岩石工程三维信息系统、人工智能、神经网络、专家系统、工程决策支持系统等迅速发展起来，并得到普遍的重视和应用。20世纪90年代现代数理科学的渗透是非线性科学在岩石力学中的重要应用。 智能岩石力学涉及人工智能、神经网络、遗传算法、模糊数学、非线性科学、系统科学、固体力学和岩石工程等许多领域。 二、岩体力学的基本研究内容和研究方法 岩石力学服务对象的广泛性和研究对象的复杂性，对任何岩石工程领域来讲，下列基本内容是首要进行研究的。 （1）工程岩体的稳定性包括：1）各类工程岩体在开挖荷载作用下的应力、位移分布特征；2）各类工程岩体在开挖荷载作用下的变形破坏特征；3）各类工程岩体的稳定性分析与评价等。 （2）岩石的基本力学性质包括：1)岩块在各种力学作用下的变形和强度特征以及力学指标参数；2）影响岩石力学性质的主要因素，包括加载条件、温度、湿度等；3）岩石的变形破坏机理及其破坏判据。 （3）岩石的物理、水理与热力学性质。 （4）结构面力学性质内容包括：1）结构面在法向压应力及剪应力作用下的变形参数及其确定；2）结构面剪切强度特征及其测试技术和方法。 （5）岩体力学性质包括：1）岩体变形与强度特征及其原位测试技术与方法，2）岩体力学参数的弱化处理与经验估计；3）影响岩体力学性质的主要因素；4）岩体中地下水的赋存、运移规律及岩体的水力学特征。 （6）地应力分布规律及岩体规律及其测量理论与方法 （7）岩石、岩体的地质特征，内容包括：1）岩石的物质组成和结构特征；2）结构面特征及其对岩体力学性质的影响；3）岩体结构及其力学特征；4）岩体工程分类。 （8）岩石工程稳定性维护技术包括岩体性质的改善与加固技术等。 （9）各种新技术、新方法与新理论在岩石力学中的应用。 （10）工程岩体的模型、模拟试验以及原位监测技术，模型试验包括数值模型模拟、物理模拟等。 根据所采用的研究手段或所依据的基础理论所属学科领域的不同，岩石力学的研究方法可大概归纳以下四种： （1）工程地质研究方法；（2）科学实验方法；（3）数学力学分析方法；（4）整体综合分析方法。 三、岩体力学研究的主要问题 主要研究的问题有以下几种： （1）水利水电工程；（2）采矿工程；（3）铁道和公路建设工程；（4）土木建筑工程；（5）海洋勘探与开发工程。以上只是一些主要方面，随着岩石工程建设的发展，还会有新问题的不断提出。 四、岩体力学与工程发展趋势和前景展望 国际上岩石力学与岩石工程研究的最新趋势： (l)岩石工程对环境的影响越来越受到重视，这是同全球的环境保护意识增强离不开的。 (2)对岩石或岩体的力学和水力学特性与温度场、应力场等相关场的耦合问题的研究越来越多，不再是对简单环境下单一岩石力学性质的研究。 (3)对岩石力学特性及岩石工程的数值方法和数据模拟的研究一直是长盛不衰的。 (4)岩石或岩体特有的节理裂隙对其力学性质的影响的研究越来越深入和细致。 (5)原位测试及勘探。水压致裂及三维裂纹勘探受到重视，声发射致裂研究裂缝扩展及强度的破坏。 (6)越来越重视岩石力学的研究成果在实际工程中的应用。 (7)高科技在岩石力学与岩石工程中的应用开始崭露头角。 以下五个方面的问题应成为我们的主攻方向。 （1）岩体力学研究由局限的岩体走向解决山体和地体等大范围、大尺度的工程和资源开发问题。 （2）岩体力学由研究单一的固体不连续材料向多场耦合和多相运动研究发展。 （3）岩体力学从单纯的地球内动力驱动或外动力驱动模型向内外动力耦合作用模型的转变。 （4）岩体力学从工程岩体稳定性研究向极端灾害的非线性动力过程的预测及防治进军。 （5）从常规的岩石开挖的失稳防治到新型大规模暴力攻击的防护，以及人地关系的协调。 这些问题都是对岩石力学提出的更高的要求，使岩石力学面临许多前所未有的问题和挑战，急需发展和提高岩石力学理论和方法的研究水平，以适应工程实践的需要。 岩体力学论文:深部开采岩体力学研究的现状 摘 要：在深部开采工程中产生的岩石力学问题是目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点，“三高一扰动”的复杂环境，是深部开采面临的挑战性、高难度课题。虽然目前对于深部开采工程的研究已经取得了部分成果，但对深层次、注重个案、侧重技术的基础研究重视仍然不够。今后主要研究方向应集中在深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、深部开采地表环境损伤控制以及深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。 关键词：深部开采；岩石力学；三高一扰动 深部开采岩石力学，主要是指在进行深部资源开采过程中引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石力学问题。目前，对能源的需求逐步增加，开采强度也不断加大，这些都造成了浅部资源的日益减少，因而国内外的矿山都相继进入深部资源开采状态。而开采深度的不断增加，工程灾害也随之增多，这对深部资源安全高效的开采造成了巨大威胁。 1 深部开采岩体的力学特点 1.1 开采环境 深部开采和浅部开采最明显的区别在于深部岩石所处的特殊环境，也就是“三高一扰动”的复杂力学环境。“三高”主要是指高地温、高地应力和高岩溶水压。“一扰动”主要是指强烈的开采扰动。当进入深部开采后，岩体呈现塑性状态，即由各向不等压的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度，并且对岩石造成破坏。 1.2 力学行为特性 深部岩石的“三高一扰动”复杂环境，对深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应产生根本性的影响。主要表现在深部岩体动力响应的突变性，深部岩体应力场的复杂性，深部岩体的大变形和强流变性，深部岩体的脆性一延性转化，深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性等五个方面。 2 深部开采工程中的岩石力学问题 目前对于深部开采工程的研究已经取得了一系列成果，但是对于侧重技术、注重个案的深层次基础研究始终没有得到足够的重视。深部开采“三高一扰动”的复杂力学环境，使深部岩石力学行为及其深部灾害的特征与浅部开采明显不同，因而在浅部开采基础上建立的传统理论不能适应现在的研究环境。 2.1 强度确定 深部开采时地应力水平比较高，因而工程开挖后的工程岩体在高围压作用下，一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化并不是简单的表现在受拉或受压，而是复杂的拉压复合状态，即径向产生卸载，同时切向产生加载。所以深部开采时工程岩体的强度不能单纯用岩块强度来确定，必须建立符合深部开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。 2.2 设计理论 深部开采时，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，在稳定性控制设计时不能采用简单的一次线性设计，因而必须建立采用二次以至多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。 2.3 稳定性控制理论 在深部开采环境下，工程开挖后工程围岩就会有不同程度的破坏，必须采用二次支护甚至多次支护才能够实现工程稳定性。因此，原有的稳定性控制理论不能适合新的环境，必须建立适合深部开采工程的二次（支护）稳定性控制理论。 3 今后研究重点 随着我国国民经济的提高和科学技术的发展，在复杂地质条件下一些长深铁路、公路隧道的修建，有了许多深部开采事故的预防应用，并由此发展了先进的科学技术和理论。我们认为对岩石力学问题，今后主要研究方向应集中在对深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、深部开采地表环境损伤控制和深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。 3.1 “深部”的概念及其分类体系 目前国内外对深部工程中所引发的岩石力学问题研究十分重视，但是在“深部”、“深部工程”等一系列概念上的差异较大，这些对该领域理论与技术研究的发展及交流有一定影响。因而，对“深部”的概念、分类体系以及评价指标进行科学的定义，是推动深部岩体力学的基础理论研究的当务之急。 3.2 深部岩石力学的基本特性研究 深部工程的“三高一扰动”复杂环境，使得深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应都发生了根本性的变化，同时也导致深部开采中灾变事故的多发性和突发性。因而，深部资源开采面临的核心科学问题正是采掘扰动表现出来的特殊力学行为。其中的深部高应力场成因以及多个应力场的耦合作用状态研究、深部复杂应力状态下岩体拉压复合强度确定方法及其灾变机理更是今后研究的重点。 3.3 深部开采工程的稳定性研究 深部开采工程的稳定性问题是研究围岩在开采破坏后与支护系统相互作用所达到的二次稳定问题。在深部条件下的工作面回采所形成的采动应力场与巷道掘进形成的开挖应力场相互耦合叠加，这些形成了复杂的三维应力场。同时，采动应力的分布与回采空间动态、多维的时空规律以及支承压力区的范围和峰值应力等也将产生很大变化。因此，应该结合深部岩体的非线性力学特性研究，在对深部采场以及巷道围岩采动的应力时空分布规律的深入分析基础上，探讨深部开采采场及巷道一体化的稳定性非线性力学控制对策。 3.4 深部工程灾害的发生机理以及控制对策的研究 在深部条件下，“三高一扰动”环境使深部岩体的基本行为特征、组织结构和工程响应发生了根本性的变化，这同时导致了深部开采中灾变事故的多发性和突发性。因而，研究岩体在地下水、瓦斯、高地应力、温度等作用下的稳定与非稳定变形，破坏状态以及转化机理、条件和规律，探索深部多相介质、多场耦合的作用下工程灾害频度和强度等特征，这些对揭示深部工程灾害的诱发机理和成灾过程，并对相应的灾害提出预测方法及控制对策具有重要意义。 在“三高一扰动”特殊地质力学的环境下，传统的理论、方法和技术已经部分或全部失效。因此，对深部开采工程岩石力学基础理论研究的大力开展，能够对深部资源开发提供可靠的理论基础，并为我国经济的可持续发展和国家安全战略的实施提供有效的能源和资源保证。 岩体力学论文:12081工作面煤岩体力学参数的选取及UDEC数值模拟分析 摘 要：由于12081采场围岩运移的复杂性，现场实测的数据反映的只是某一方面或者几方面的规律，对顶板活动难以有一个全面了解。研究方法采用相似模拟只能在部分方面取得较好的成果，但是会消耗较高成本。实验周期经较长，并且一次只能模拟一种状态。近年来，采用数值模拟方法能得到相似模拟所达不到的效果。 关键词：煤岩体 力学 参数 模拟 分析 由于12081采场围岩运移的复杂性，现场实测的数据只能反映某一些方面或某几方面的规律，难能对顶板活动有一个全面的了解。采用相似模拟的研究方法，虽然在某些方面能取得很好的效果，但是，模拟的成本高，实验周期经较长，并且一次只能模拟一种状态。近年来，采用数值模拟方法能得到相似模拟所达不到的效果。本次采用UDEC数值模拟方法，研究不同初撑力条件下，上覆岩层的稳定性。 1 煤岩体力学参数的选取 1.1 煤岩体力学参数的选取 关于岩体参数的参考值，其材料特性满足库仑—摩尔准则。确定模型材料参数如表1所示。 1.2 节理和角点圆弧化 可以将岩石块体之间的接触面认为是节理。根据不同的粗糙程度，个别的接触点构成接触面系，通常两个端点的接触可以代表，端点会在运动的时候发生相对的法向位移和切向位移。 块体不仅会有面接触还有点接触，不管是点还是面的接触，都会有数学上的奇异性，点接触会引起计算上的应力集中，但是实际情况是，尖角在力的作用下被折断钝化，因此还要将圆弧化处理加入到角点的计算中。 圆弧化处理角点之后，可以将圆弧的中心道边的垂线和边的交点作为边和角的接触点，节点的发现方向也就是垂线方向。两个焦点的接触点可以取两个圆弧中心的联机和圆弧交线的交叉点。经过圆弧化处理的角点增加了计算的时间，但是角点接触的奇异性被消除，这样的计算和实际接触点的物理图像更加符合。本次模拟时round取值0.2。 1.3 刚度系数 在UDEC中节理的法向和切向刚度系数kn和ks的正确选取是至关重要的。如果刚度系数取得太大，刚体块将连接成为一个整体，无相对运动可言；如果取得太小了，则刚体块将成为一盘散沙，相互间没有约束。作为一个经验的规则，刚度系数最大可取为刚度最大的邻接块体之间的等值刚度的十倍，即有： 式中：K为体积模量； G为剪切模量； Zmin为节理两侧块体单元的最小宽度。 如果取用太大的刚度系数，会将大幅增加计算时间，却不会改变物理图像。但是如果取用太小的刚度系数，时步会被增大，加快计算速度，但是节理“过软”，块体间“嵌入”太多，与实际情况不符。 刚度系数对于不同的岩石其变化是很大的。对于软弱粘土夹层可为10～100 MPa/m。而对于花岗岩或玄武岩等的致密节理，则刚度系数甚至可以超过100 GPa/m。 UDEC中的刚度系数不同于一般弹性体的刚度系数，它仅仅作为单元间传递力的因子。刚度系数应取足够大，以使计算结果趋于稳定值。同时考虑到计算费用的经济性，在满足精度和稳定收敛要求的前提下，宜尽量减小块体刚度，刚度系数一般取1010～1011 n/m较为适宜。计算中刚度系数取值1010。 2 UDEC数值模拟 2.1 低初撑力状态模拟 根据实测单体支柱平均支护力为13.8 kN，采用UDEC进行了数值模拟，按单体支柱平均支护力为90 kN，采用UDEC进行了数值模拟。 2.2 UDEC模拟结果分析 从模拟结果可以得出，低支护力状态下，顶板离层，平衡结构形成的层位相对较低，当地质条件发生变化时，遇断层或特殊地质结构岩体时，容易出现顶板事故。高支护力状态下，平衡结构的层位相对较高，对工作面的影响也较小，工作面变形量也较小，工作环境大大改善。 采场围岩运移是一个动态的过程，动态过程有两层内容，一是随着时间变化的动态过程；二是随支护力不同而变化的动态过程。如图1所示为低支护载荷条件下围岩运移状态，支护顶板距平衡结构8～12 m，平衡结构对采场的影响较大，由于支护力过小，顶板易发生离层，支护状态差。如图2为合理支护条件下围岩运移状态，平衡结构下方岩层厚度为15～19 m，距离支柱较远，支柱上方顶板发生离层的可能性较小，采场处于安全状态下。 2.3 FLAC数值模拟结果分析 从FLAC数值模拟可以看出，工作面的支护初撑力大小对工作面围岩应力分布有十分显著的影响。低载荷，应力峰值和高应力范围均显著增大，而导致顶板剪应力区显著扩大。而高载时，顶板剪应力仅在煤壁上方很小的范围出现峰值。 剪应力从煤壁附近向控顶区上方顶板的扩展是导致顶板破碎的主要原因，而顶板破碎范围与支架载荷有关。 随支护载荷的增加，煤壁前方的支撑压力明显减少。煤壁前方顶板应力减少。由于支架载荷较低，煤壁前方垂直应力增加，控顶区上方剪应力集中程度增加，范围增大。 控顶区上方的顶板铅垂应力随支架载荷的增加明显改善。支护载荷的增加，导致和围岩应力降低，从而改善围岩控制，避免顶板破碎。 随着支护载荷的加大，位移矢量也有所改变。位移矢量由低载垂直位移变为高载的水平位移。即控顶区围岩的稳定性有所增强。 在主应力图中低载时，应力矢量比较紊乱，很不规则。而高载时，主应力矢量在煤壁上方的顶板岩层，指向煤壁前方，显示了煤壁前方的应力集中效应和压力拱效应。 岩体力学论文:面向土木工程专业地下建筑方向的《岩体力学》课程教学改革 摘要：岩体力学课程理论性强、课程内容体系面广而复杂，在教学时一定要围绕学生专业方向特点及专业需求，将理论教学与工程实践教学相结合，有针对性地进行授课内容及授课模式的安排，加深学生对课程知识体系的理解。以我校土木工程专业地下建筑方向“岩体力学”课程教学为例，从教材选择与教学安排、教学方法改革等几个方面作了详细的阐述，为国内高校同类专业《岩体力学》教学提供有益的参考。 关键词：土木工程；地下建筑工程；岩体力学；教学改革 《岩体力学》是岩土工程、地质工程专业的专业基础课程之一，也是土木工程、水利工程等学科的主要专业课之一。岩体力学是近展起来的一门新兴学科和边缘学科，是一门应用性和实践性很强的应用基础学科。岩体力学是研究岩体在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应用的科学，是一门应用型基础学科。岩体力学是一门认识和控制岩石系统的力学行为和工程功能的科学。因此，在岩体力学教学中必须加强教学内容改革和加强课程实践环节，体现岩体力学作为基础学科内容的完整性和土木工程专业基础的实践性，引导和推动学生积极地投身到该课程的学习中去。我校土木工程专业从成立时，一直将《岩体力学》课程作为主要专业基础课程，并已形成了良好的教学传统，教材及实验条件都十分充足；且该课程一直作为我岩土工程、地质工程硕士、博士入学考试的科目之一，经过多年的教学实践获得了较好的课程教学经验。但在我校也存在多个专业不同方向都沿用一套教材、一套大纲、一套讲义的教学现状问题，并未结合专业方向特色进行有针对性的改革；故此结合近几年对我校土木工程专业地下建筑专业方向本科生授课经验及感受，介绍面向地建专业方向的岩体力学课程安排和教学方法改革的相关措施及效果。 一、课程内容及教学安排 1.教材选择。目前国内岩体力学教材比较多，侧重点也有所不同，通过对国内其他兄弟院校授课教材调研发现，基本上都是采用本校权威教授所编的教材或者是国家规划教材。结合我校地质学专业特色及课程教学团队经验，采用我校刘佑荣教授所编的，由中国地质大学出版社出版的《岩体力学》教材；2009年又再次对教材进行了重新编审，由北京化工出版社出版了修订版的《岩体力学》教材，对部分章节进行了合并，并增加了目前国内外研究方面的成果，例如结构面网络模拟等内容。近2年授课则是以这本修编教材为主，但在部分章节的授课中也兼顾了蔡美峰主编的《岩石力学与工程》教材，供学生课后学习，以满足本专业学生对岩体力学知识的需求。 2.课程内容优化。结合教材的内容编排，主要从以下几方面的内容来进行重点讲解，包括岩体的地质特征，岩体的物理、地下洞室围岩应力重分布，边坡岩体稳定性分析等内容。在具体内容编排中也适当地增加了部分内容，如在岩体的地质特征章节，补充安排了工程岩体分类等内容；在岩体强度与变形性质方面，增加了地下工程岩体分级标准及体系的相关介绍；在内容编排上突出地下建筑方向的专业特点及需求。 3.教学学时安排。本课程的课时安排在第三学年的第五学期，总学时为40个学时，2.5个学分，其中课堂教学34个学时，实验课6个学时。本门课程是在系统学习完理论力学、材料力学等力学基础课后进行开设的。 二、课程教学方法改革 1.围绕专业工程实例展开授课。《岩体力学》课本身就是实践性特别强的一门课，在进行每一章节的授课时，可以多以工程实例来展开，尤其是国内外比较知名的工程实例，多多采用照片、录像等生动形象的方式，来增加学生的感性认识，使学生投入其中，增强学生学习的兴趣及热情。例如，在讲第五章地应力的时候，可以结合水利水电工程中，如锦屏电站的高地应力问题来说明地应力研究的重要性；在讲边坡工程，可以选用大量边坡地质灾害的图片。由问题入手，来追根溯源找到解决问题的源头。 2.结合专业方向特色来授课。岩体力学作为土木工程、地质工程、采矿工程等诸多工程的主干专业课，面对的专业层次不尽相同，在授课的时候尽量能结合专业背景展开。针对地下建筑工程方向的学生，要从学生的专业方向特色及专业需求来阐述。作为土木工程地下建筑方向的本科生，《岩体力学》这门学科的发展都与地下工程的发展是密不可分的。从本质来讲，纵观岩体力学发展的几个重要阶段，从19世纪末～20世纪初的初始阶段诞生的静水压力理论、侧压系数，到20世纪初～20世纪30年代的经验理论阶段出现的普氏理论、太沙基理论，然后在20世纪30年代～20世纪60年代产生的围岩和支护共同作用理论及地质结构理论，这些重大理论及思想的诞生过程就是对地下工程认识实践不断深入的过程，并促进了岩体力学学科向前发展。在授课时，可以将这一发展脉络讲述给学生，并贯穿到后续的课程教学中，不仅大大地培养了学生对自己专业的自豪感，也加深了对自己专业的认识。 3.结合教师科研工作来授课。讲授这门课的老师，不仅有科研经历丰富的教授博导，也有刚走出校园的博士年轻教师，他们在长期的工作和求学中，完成和参与了大量的科研项目，也取得了一定科研沉淀。在授课时，可以将这些科研成果进行整理，在每章结束时，抽出专门的时间，做个与授课内容相关的小型专题讲座，丰富学生的专业眼界的同时，也可将岩体力学最新的研究方法、手段和技术介绍给学生。例如，在讲地应力一章，就曾经将参与过的地应力测试及地应力反演分析的课题成果向学生进行介绍；讲地下洞室稳定性时，就将参与的软岩隧道科研项目成果进行介绍；上课时的反响很热烈，大大激发了学生科研的热情，建立了专业教师和学生之间一座良好的沟通桥梁。尤其是对那些希望继续攻读研究生的学生，也为他们开启了一扇科研的窗户；此外，也让学生了解授课老师及其团队的专业方向及特长，为后续研究生报考提供了便利条件。 4.结合学生实践课来展开。我校《岩体力学》课程是安排在大三上学期，上这门课的学生仅仅经历的与此相关的实践环节就是大二结束时的地质学专业教学实习。虽然是地质实习，但也是与这门课的研究对象——各类岩体在打交道，例如各种岩石、结构面。在上课时，不妨将课程中提到的各种岩块、结构面等内容与实习中能看到的种类联系起来，使学生的认识更为深刻。例如，在谈岩块、结构面和岩体的地质特征时，便可列举实习线路中各类成因、不同类型、不同特征的结构面及岩石；在讲结构面的强度及变形性质时，可以将实习中遇到的各种断层、软弱结构面等现象作为实例来分析其性质上的差异。这些实例学生在实习中都亲自参与过，已经有了部分感性上的认识，重新回到课堂上学习其相关的知识，认识和教学效果也会更好。 《岩体力学》课程内容丰富，更要求我们在教学时进行一定的教学改革，要结合所教学生专业方向的特点以及未来需求，多采用先进的教学手段和方法，注重加强理论基础联系工程实际的教学模式，提高学生认识问题深度和广度，培养学生良好的工程专业素养和专业精神，为学生后续的发展奠定良好的基础。 岩体力学论文:12081工作面煤岩体力学特性与电镜分析及底板特性测试 摘 要：为更好的服务生产，保证12081工作面回采顺利，并探索一套能够指导类似工作面的技术，我们在12081工作面进行工业性试验，对煤岩体力学特性与电镜进行分析并对底板特性进行测试。 关键词：煤岩体 力学特性 电镜分析 底板特性 测试 为更好的服务生产，保证12081工作面回采顺利，并探索一套能够指导类似工作面的技术，我们在12081工作面进行工业性试验，对煤岩体力学特性与电镜进行分析并对底板特性进行测试。 1 12081工作面煤体特性和电镜分析 12081工作面所采煤层为山西组二1 煤，煤种贫煤，煤质以低灰、发热量特高热值、特低硫、特低氯、低磷为主要特征，为一级含砷煤。煤灰属较高软化和较高流动温度灰。二1煤中无烟煤和贫煤可做为动力用煤和民用燃料。开采煤层煤质特征见表1。12081工作面煤体电镜分析见图1。 二1煤煤类有无烟煤和贫煤，以粉状为主，粒状、鳞片状次之，块状少许，易磨碎。二1煤为黑色-灰黑色，黑-灰黑色条痕，以粒状为主，次为块状，粉状，可见鳞片状。 块煤为金刚—— 玻璃光泽，贝壳状、参差状断口，内生裂隙发育，可见镜煤条带，莫氏硬度2～3度。粉、粒状煤污手、质软，煤芯疏松易碎。二1煤层相对真密度为1.49t/m3，相对视密度为1.45t/m3。 与底板特性测试的结果相吻合。说明煤体软而且酥，极易风化。工作面可见底板煤层浸水后，踩上去似泥窝一样把矿工靴陷进去。 2 12081工作面顶板和底板岩体力学性能与电镜分析 二1煤直接顶板多为砂质泥岩和泥岩，砂质泥岩为深灰色薄层及中厚层状，裂隙不发育。泥岩多为深灰色块状。也有砂岩为灰白色，一般致密坚硬，裂隙不发育。有伪顶，岩性为泥岩及炭质泥岩，厚度0.43～0.95m。 从电镜图可见，岩体破坏的界面与煤层截然不同，煤层的界面就像小米粒一样处于松散的状态；顶板岩体的界面就像坚硬的实木裂口一样，处于相互嵌合的状态。 综上所述，12081工作面即二1煤层直接顶板，为砂质泥岩和泥岩，岩石抗压强度较高，属易管理顶板。12081工作面即二1煤层底板，为泥岩和砂质泥岩为不易变形中硬度底板，亦易管理。 3 底板比压特性曲线图谱显示 12081工作面底板比压测点分布，如图3所示，在工作面每测区距煤壁1～4m之间建测点，共建16个测点。按照上述计算方法计算每个测点的对应数值，并绘出底板比压特性曲线图谱。 图3中编号：左起第一为数字是指，按照距离槽头的距离排序的序号；第二位数字是指，1代表用采用BPN型内注式静压比压仪测定底板实体煤层的比压，2采用DZD40-A底板比压仪测定底板表层煤层的比压。最后一位数字是与井下记录的联系，没有具体含义。空心曲线代表底板比压。当底板比压仪的底模尺寸大于的油缸内径时，因为折算后的值小，如空心曲线所示。 4 结论 为全面掌握12081工作面支柱与底板的相互作用现状，必须测量和研究12081工作面底板的煤层或岩层抗压入特性，确定容许的底板比压值，以选定单体支柱的底座面积与合理支护密度，增强支护系统的刚度。对指导和加强回采工作面底板管理工作，搞好安全生产有重要意义。

电动力学论文:有限元方法在“电动力学”中的应用研究 摘 要：电动力学作为一门理论物理的基础课程，是用数学语言来描述作为一门理论物理的基础课程，是用数学语言来描述，求解复杂电磁学问题的技术条件，同时也出现了加有限元方法等有效的计算方法。文章主要探讨有限元方法在“电动力学”中的应用研究。 关键词：有限元方法；电动力学；应用 光量子就是一种“左”和“右”的奇异偏振粒子，由于偏振的对称或不对称，而发生光波在干涉过程中的系统偏振化。苏联科学家瓦维洛夫设计的许多光学实验，十分有趣地说明了光的偏振是光学过程的基本现象之一。所有的实验都表明，光是一种粒子现象，而一切单色的运动的微观粒子群都表现为粒子的波的本性。 1 电动力学原理 1.1 光量子 电子是一个小旋涡体。光量子是由2个质量相等、自旋相反的电子在小黄道面（E平面）上结合的双粒子。 以化学键结合的电子偶，由于在双电子中间结合带，质点所受向心力被抵消，使质点沿圆切线方向被抛出，在反冲力推动下，光量子会沿曲率半径为无限大的圆“自己运动”，因此，光量子的静止质量等于零。在处理光量子运动学问题时，可将它比成一个按周期间歇振荡，在时间与空间中补充燃料质量近似等于喷出燃料质量，自己推进的小火箭。因为光量子是由2个电子在E平面上结合而成的，所以它是偏振的，有EHc。图1表示电子偶在小黄道面上的物质旋涡运动呈疏密相间的条带分布（类似太阳系中的小行星环缝）。由于共振效应，双电子只能停留在各物质环缝上结合。这些环缝是光量子的能级En。处于不同分立能级状态下结合的双电子的中心距an不同，其电子的质量亏损也不同。an愈小的光量子有愈大的能级。光量子的能级表征了它特有的固有振动频率。是每个光量子的固有振动频率决定了光的颜色，并与光波波长有密切关系。 自旋电子的场的开放性使单个电子很难单独游离存在，所以，电子团一般都是由偶数个“左”和“右”自旋的单电子在E平面上结合形成的。而由奇数个单电子组成的总自旋角动量不为零的电子链条通常是不稳定的衰变粒子团。每一个电子团的固有振动频率为vc，其中每个电子的瞬时振动速度为光速±C并具有内能mec2。不同的光量子所需外场激发能量不同。在电场中的电子团受电场力被加速。外场所做的功除表现为电子团的动能增加外，由于阻力，所以还表现在对电子团压缩变形的质量亏损上。因此，在电场中运动的电子团，根据瞬时速度不同，被压缩的能级状态也不同。不同能级状态下的电子团有不同的固有振动频率vc，恰恰是这个固有振动频率vn记忆了能量压缩过程。取在放电管中电子团的固有振动频率最大值vmax，平均振动频率v=■，当时v=c，就有下面电动力学的基本方程： 式中，me为单电子的质量，h为普朗克常数。 当在放电管中充满某种气体分子，且在气体第一电离电位临界点上，气体电离原子的主振频率等于电子团的平均固有振动频率vn时，则发生电子团在共振中被破坏，分散成在一个平面上对称辐射的2个或3个光量子（单态或三重态），形成最强的线状光谱的辐射。 1.2 粒子的干涉和光波的内部结构 因为微观粒子质量很小，粒子之间开放键的作用相对很强，所以，任何两个电子团或光量子，在小夹角的碰撞中都表现为粒子最原始的干涉形式。我们把这种碰撞叫做“吸引碰撞”或“排斥碰撞”。例如，两个沿同方向，在E平面上以小夹角相遇的光量子，因为互相靠近的电子自旋方向相反则互相吸引，使在“吸引碰撞”后的两个光量子沿其速度矢量夹角平分线ψ方向运动。而两个向反方向运动的光量子在E平面上相遇时，由于互相靠近的电子自旋方向相同而发生“排斥碰撞”相互分离。其他各种偏振的、对称或是不对称的碰撞形式，读者可以自己研究。例如，偏振面互相垂直的两个光量子，相互碰撞就不能发生干涉现象。光量子在干涉或界面反射过程中往往发生系统的偏振化，成为圆偏振光或椭圆偏振光。 在空间中任何按一定平均自由程分布的“单色偏振态相同或相近微观粒子群”都能发生上述粒子的干涉现象。光波就是由光量子组成的、自己推进的粒子波。在光源的附近就已经发生干涉所形成的光线上，包含着许多长程无序分布的“线波包”。在每个“线波包”内是由光源在一次辐射，经过干涉而聚集的光量子。光量子在“线波包”内排列是有序的，前后两组光量子之间的距离为 mλ（m是正整数，λ是波长）。 如图2所示，由一次辐射所分开的两条相干光线上，当“线波包”之间的光程差小于它本身的长度时，在一定干涉孔径条件下，两条光线能够发生干涉。在图2中给定的初始条件下，从小孔光源S或S’毫无规律地向任意方向辐射的光量子，只能在与S7或S两个点的理论波阵面上，光程差L=mλ上各点相遇，相遇后的两组光量子在干涉后沿其速度矢量夹角平分线上的ψ方向运动，这个方向就是光线干涉后的传播方向。光波的干涉不是充满在整个空间的粒子毫无规则的弹性碰撞，而是以“线波包”中光量子相遇的“吸引碰撞”或“排斥碰撞”发生的光量子在光线方向上的集中，这表现为光波能量在干涉过程中的重新分布。 2 有限元法及其在“电动力学”中的应用 有限元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。它是20世纪50年代首先在连续体力学领域应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元法的基本思想是：在变分法或加权余量法基础上，采用分块逼近而形成的系统化的数值计算方法。有限元法的基本原理是：首先将求解区域进行离散化，其次剖分成若干互相连接而又不重叠的一定几何形状的子区域，这样的子区域称为单元（二维问题的子区域，一般取为三角形区域或矩形区域）。在单元体中选择基函数，用单元基函数的线性组合来逼近单元中的真解，而总体基函数可以由单元基函数组成。也就是说，有限元方法是根据变分原理和方程余量与权函数正交化原理建立起的积分表达式为出发点，将整个积分区域中的求解函数离散为若干单元区域中的连续函数，再通过单元积分，总体合成为代数方程形式的有限方程。对于二维情况，拉普拉斯方程及边界关系为： 与有限差分法等其他数值方法相比，有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，但局限性在于只适用于相对小的子域。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）形象地将其描绘为：“有限元法——Ray—leigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。与求解满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法（往往是很困难的）相比，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。由于有限元法的重要应用，现在已经开发出了许多关于有限元法的通用程序与软件。 与差分法比较，有限元素法的节点配置方式比较灵活，因此适用于处理形状比较复杂的区域。它的边界节点完全处在区域的边界上，从而在边界上可以给出较好的逼近。当边界比较复杂的时候，有限差分法是很难处理的，而且误差也较大，有限元素法还可以根据具体情况的需要，在一部分求解区域中配置较密的节点，而在另一部分求解区域中配置较稀疏的节点，以便在尽量不增加过多的节点总数下，提高计算精度，这些长处是有限差分法很难实现的。当然，差分法采用直交网格，列计算格式比较简便，而有限元素法由于节点配置比较任意，列计算格式就要复杂得多，不过这些计算格式都可以在电子计算机上自动运算。 电动力学论文:光信息科学与电动力学课程教育研讨 作者：卢俊 陈桂波 李金华 孔梅 金光勇 单位：长春理工大学理学院物理系 一、光信息科学与技术国家一类特色专业 我校光信息科学与技术专业历史悠久、办学基础好、生源质量高、专业方向应用性强。为适应国家对激光科学与技术及光信息技术高素质人才的需求，发挥我校光信息科学与技术专业应用性强的优势，围绕“特色教育，服务社会”的宗旨，2009年申报成功了光信息科学与技术国家第一类特色专业，目标是建设一个以激光科学与技术和光信息技术两个专业方向为优势方向，特色鲜明的名牌专业，使之在培养质量方面达到或接近国内一流水平。在专业边缘领域，大胆开拓，不断扩展研究内容，使该专业成为国内激光科学与技术和光信息技术方向高级人才的培养基地，满足社会发展需要，为同类型高校相关专业建设和改革起到示范和带动作用。电动力学作为该专业重要的一门专业基础课程，需进行教学内容和教学方式的改革，以适应特色专业的建设和培养高质量毕业生要求。 二、电动力学课程教学现状及课程特点 电动力学课程内容，对大多数学生来说感觉到比较难学。原因是知识点较多，抽象难懂。数学推导复杂，要求有较强的数理基础。虽然有些电动力学问题接近实际，比如波导问题、天线问题，但学生要理解和解决这些问题，需要一定的过程，由于上述问题的存在，使初学者常常感到电动力学课枯燥无味、难以入门；上课听讲似懂非懂，下课做题无从下手。并且,由于招生数量的增加,极大降低了师生比,降低了学生与老师交流的几率。同时，现代大学生与80年代大学生比，缺乏主动思考意识和能力，都严重影响电动力学课程的教学效果。 三、教学改革设想及实施 我校光信息科学技术专业本科生的培养中,激光器及技术是一个重要的专业方向。因此在电动力学课程教学中,如何将与专业基础相关教学内容更扎实、有效地贯穿教学，并激发学习兴趣，采取以下教学改革设想及措施：3.1教学内容改革根据专业特点，对教学内容进行调整，并适当引申，为学生后续的平台课如物理光学、激光原理，以及专业课如激光器件、导波光学等奠定良好基础。比如，对电磁波传播的相关内容重点讲解并结合教师的科研等背景进行引申及拓展。其中关于模式及其形成条件，结合导波光学及物理光学内容，概念交待清楚，条件讲解透彻，为后续课程的学习奠定良好基础。在亥姆霍兹方程的讲解中，引入前沿热点问题如“负折射率”问题，使学生了解其理论基础。在教材中作为选学内容的高斯光束问题，对该专业的学生交待清晰，为后续的激光原理奠定基础。凡此不再赘述，总之，对教学内容的制定，以为学生更好学习后续课程及激发学习兴趣为原则。3.2教学方式改革在电动力学课程的教学中，改变以往单纯板书、课件的教学模式。尝试使用讨论式教学、课程小论文及结合教师科研讲座与板书、课件相结合的教学方式。传统板书教学方法对公式的推导及其有利，也符合学习的学习习惯。但在涉及较抽象问题时，使用课件教学更直观、形象，有利于学生对具体问题的理解。如涉及形成模式的条件———驻波问题，以及偶极子天线的辐射问题，利用课件的动画演示，极大提高了教学效果。在课程的讲解中，穿插讨论式教学，实现教师和学生的互动，调动学生学习的主动性。教师结合课程中不同章节的内容及特点，设置具体问题在课堂上展开讨论是一种形式。对于课程小论文及教师科研讲座，安排在电磁波的传播内容讲解之后，有利于培养学生的兴趣和创造性。我们的教师梯队均为博士毕业，涉及光学、物理电子学、光学工程、凝聚态物理、计算电磁学五个学科，且承担包括国家自然基金、“863”、“973”及工程类项目，为结合不同的学科开展前沿问题讲座，并将研究成果引入课堂，激发学生学习兴趣提供了良好条件。为此，在课程教学中穿插了与课程相关的前沿问题讲座。比如全固态激光器的研究进展、光子晶体及ZnO纳米材料研究进展等，通过前沿问题讲座的尝试，学生积极性很高，取得了预期效果。关于课程小论文，我们安排在了讲座之后，教师根据专业特点和学生基础，给出题目和时间节点，其间学生与教师有交流，教师进行指导，使学生更好地完成小论文，只是这个环节需要的时间较长，需要教师后续跟踪并总结。通过科研讲座及小论的尝试，以初步取得成效，所教授的学生据此参加了全国大学生创新大赛并获奖，所研究结果也在相关刊物发表文章。这种教学模式的探索，极大提高了学生学习的能动性，有利于培养学生的学习兴趣及提高培养质量。 四、总结 结合国家特色专业建设，对电动力学课程教学内容和教学方式进行了有益探索，并取得较好的效果。通过进一步的研究和实践，努力形成一种稳定的教学模式。 电动力学论文:舰船计算电动力学研究 摘要： 本文综述了应用于舰船和潜艇电磁防护以及隐身舰船研究的计算电动力学的性能、解法和软件包。 关键词： 舰艇；电磁防护；计算电动力学 0引言 计算电动力学于20世纪70年代作为一门单独的学科成立。1976年在牛津召开的第一届国际电磁场数值计算会议可以认为是计算电动力学的起点。这些方法可划分为三类：有限元法，边界和体积积分方程法以及混合方法[1]。当利用有限元法对三维目标进行计算时，三维目标的整个计算域会被划分为体积单元（六面体或四面体）。当用于内场问题以及非均匀、各项异性和非线性媒介场域问题求解时，有限元法有着显著的优势。当计算远离场源的电磁场时，有限元法的缺点就会明显的暴露出来。有限元法中未知变量为电动力学势能或者近似为离散空间的电磁场矢量E和H。在积分方程法中需要考虑和电动力学势能及矢量（如格林方程中的积分关系）有关场的表面密度或者是等效体积源。积分方程法在解决无边界区域问题（包括均匀介质）上有很大优势。混合方法集合了有限元法和积分方程法的优缺点，因此在此提及。最初，计算电动力学方法的相关术语发展广泛，但直到20世纪90年代中期挑选出数值算法后才使得计算电动力学方法在工业应用方面变得切实可行。对于以标量电势描述的静态问题进行计算的可用软件包大都采用有限元法。当计算由于涡流引起的低频场时，最有效的方法是采用棱单元的有限元法。当计算辐射或衍射物体产生的高频电磁场时，一般更倾向采用矩量法，矩量法是积分方程法的一个特例，其采用表面电流和磁流的密度作为状态变量[2]。当计算舰船目标的电磁防护问题时，我们最感兴趣的是探测、识别以及武器自导系统所反应的远场区电磁场，所使用的计算软件主要采用了积分方程法。使用积分方程法的时候，必须将目标物体的表面划分成不同的独立单元（边界元）。构造表面以及在表面形成边界元网格是有挑战性的，因为水面舰艇和潜艇具有非常复杂的几何结构和布局。当要考虑内部结构的时候，挑战性就会更大。大多数商业化电磁场计算软件都有从计算机辅助设计系统（CAD）导入几何文件的工具。但是运用CAD进行船或是潜艇设计时，却不经常使用。首先，当导入几何结构的时候，必须要找出那些对舰船的总磁场贡献不明显的结构；其次，在导入几何结构时会容易丢失结构的拓扑链接，这些链接对创建在节点、边缘和表面处的有限元或边界元规则网络是非常必须的。很多计算方法都强制要求规则网格，在这种情况下，更倾向使用单独开发的几何模块（预处理器）来构建几何模型和生成该表面网络。一些软件（如ShipEDF）试图通过舰船通用数据库建立几何结构以及计算模型之间的关联。但不论哪种情况，不同频段下的计算方法有很大差别。下面将分别对这些计算方法进行描述。 1静态电场 舰船静态电场的主要来源为螺旋桨-船之间的电偶以及电化学腐蚀防护系统的阳极。一般来说，静态电场控制的任务以下面方式进行：安排好阳极在船体的位置，并选择阳极电流使环绕舰船环境中的电场以及与腐蚀有关的磁场达到最小，同时还需满足舰船的腐蚀保护要求。“BEASY”软件就是严格按照上述任务编写的[3]。考虑到非线性优化的复杂性以及实际阳极布置的技术局限性，在软件包“STAR3DElectric”中使用另一个未知变量-金属表面电流矢量。使用这个未知量使得在整个电路中考虑有限电阻（如电刷）成为可能。除此之外，软件包“STAR3DElectric”中使用的守恒方程在迭代过程中求解系统方程效率更高。 2静态磁场 目前已知最好的且应用最广泛的计算静态磁场的软件为“矢量场”公司开发的有限元软件包“Opera-3D”[4]。复杂区域内的四面体网格生成质量在“Opera-3D”的最新版本中已经大幅提升。在此之前的版本，为生成高质量网格，就必须对目标的几何结构的某些部件进行挤压。这是一项很精细的工作，需要数周或数月才能完成。在最新版本中，往往只需要构建目标的表面及一些额外的面就可自动生成网格。当利用有限元来计算舰船或潜艇的静态磁场时，面临的主要问题是大部分的铁磁结构厚度都很小（相对于其他尺寸）。这就使得在网格生成过程中产生的一些不好的网格会导致计算精度变差。极限情况下，当结构的厚度趋近于零时，有限元法就变得不稳定了。在软件包“STAR3DMagnetic”中，薄壁结构被表面磁化分布未知的中间面所替代，使得软件对于求解任意厚度的船体都具有稳定性。计算装备了消磁线圈的舰船静态磁场边界元的典型大小为0.5~1m。在此种情况下，使用积分方程法时就必须求解包含大约100000个未知量的密度矩阵方程。“STAR3DMagnetic”采用快速多极算法，是该问题能在一般台式电脑上解决。 3极低频电磁场 舰船极低频电磁场特性是海军武器及探测系统的重要信息源。其主要特点是存在大量的不同物理源产生不同频率的场。这些源所产生的场取决于舰船内部的布置、舰船壳体的屏蔽、甲板和舱壁、环境参数以及舰船运动。由于场源的多样性以及场的尺度不一，计算极低频电磁场时，舰船的电磁场模型并没有作为一个整体，而是对每个场源所产生的电磁场单独考虑。为了仿真0.01Hz~10kHz频段的极低频电磁场，EMSS软件包利用三层介质中恒定和交变电偶极子和磁偶极子的总和来代表舰船的总源场。偶极子数量取决于离观测点的距离，频段以及环境参数。对于中型大小的舰船，数目大约为数十万。偶极子的参数取决于实验数据或通过模型计算得到。以下是EMSS仿真程序里面所考虑的极低频电磁场的源： 1)结构磁化； 2)由于冲刷导致的船壳结构电流的不均匀性； 3)电气设备产生的电流； 4)杂散电流； 5)消磁线圈中的电流纹波； 6)由于船桨的旋转以及腐蚀保护系统产生的电流调制； 7)磁性轴的旋转； 8)船桨的叶片切割地磁场产生的感应电流； 9)舰船在地磁场中运动； 10)铁磁体结构振动。为了进行极低频电磁场分析，仿真得到的时域信号需要加入人工生成或是全尺度测量的干扰。EMSS允许显示在舰船建造以及调试试验时产生的极低频电磁场场源，并且在需要的时候可以评估附加的电磁防护措施的有效性。场源的探测基于目标采样结果和全尺度测量结果之间复杂对比得到。 4无线电波段的电磁场 当需要确定顶层甲板的电磁场辐射水平以确保舰员安全、评估同时运行的天线间的互耦，检验天线安装时的输入阻抗及方向图时，就必须计算船载中频、高频和甚高频天线的电磁场。市场上有大量的商业软件来解决上述问题。例如“Concerto”、“ShipEDF”、“FEKO”以及“CARLOS-3D”等。这些软件大都采用矩量法。“STAR3DHighFrequency”软件包使用和“STAR3DElectric”、“STAR3DMagnetic”类似的几何预处理器。三个软件都可以使用同样的铁壳舰船的几何模型：当计算静态电场和腐蚀磁场时，只利用了模型的水下部分；当计算高频电磁场时只利用了模型的水上部分；当计算静态磁场的时候需要用到整个模型。为了有效求解由矩量法产生的大型系统方程，“STAR3DHighFrequency”软件包采用了高频改进的快速多极子算法[5]。和“STAR3DElectric”、“STAR3DMagnetic”采用的快速多极算法一样，高频改进的快速多极子算法所需的计算资源和NlogN成正比，其中N是边界元的个数。这相对需要O(N3)运算次数的高斯消除法或是LU分解法来说有很大改进。 5雷达、红外和激光波段的电磁场 令人遗憾的是，目前为止这些波段内不能采用矩量法进行严格计算。矩量法的边界元大小约为λ/10，当利用波长为3cm的电磁波来计算露出水面面积为10000m2的舰船瞬时雷达散射截面（RCS）时，容易估算出求解系统方程中未知量个数为10亿。为确定RCS的平均值，需要在特定的距离和观测角度对目标进行多次计算。目前，矩量法中未知量个数的世界纪录是3300万，这个数目是计算理想导电球面上平面波散射问题时，在一个多处理器的计算机群上达到的。替代矩量法的计算方法有：物理光学法、物理绕射理论、几何绕射理论、绕射统一理论等[6]。通常的商业计算软件会综合采用这些方法。近似方法最主要的缺点是缺乏通用性。软件用户必须有大量的工程经验，以便根据不同的情况挑选正确且合适的模型，并能对计算误差进行评估。与矩量法不同的是，所有的近似方法都将目标的总辐射量认为是局部场源辐射量的一个叠加。在这种假设下，就没必要严格考虑几何结构的拓扑以及在表面构建规则网格，这对于使用CAD生成的几何模型有很大优势。电磁场计算方法和CAD的联合应用产生了一个新的概念—电磁场设计，这在雷达、红外和激光波段的隐形目标的发展中具有广泛的应用。知名的电磁场设计计算软件为“ShipEDF”，其主要目标是最大限度的降低舰船的雷达和红外信号水平。软件的主要模块为利用标准的AutoCAD软件生成舰船的三维模型。该模型会生成舰船每个航向角的观测区域表面元，并以电子表格的形式输出，作为计算模型的输入数据。第一个计算模块计算了舰船雷达信号在每个观测的方位角上的积分和差分特性；第二个模块计算了舰船的红外图像；第三个模块估计了激光波段范围内的舰船平均RCS。 6总结 本文回顾了一些关于电磁防护以及隐身舰船发展方面的电磁场计算方法。新的计算机算法使电磁计算方法取得了明显的进展，这种新的计算方法可以处理任意几何外形的薄壁面结构，并能降低计算所需资源。目前的目标是发展一种统一的算法，可以涵盖从静电场到光学射线场的所有频段电磁场。目前，矩量法和近似算法理论之间存在明显差距，试图将两者之间进行结合的数次尝试并没有取得成功。 电动力学论文:电动力学课程教学改革的思考和实践 摘 要 电动力学是介绍电磁场和电磁波基本规律及其狭义相对论理论的课程，是大学物理学和光电信息等相关专业的必修课程，是支撑现代科技不断发展的重要理论知识。电动力学具有很强的理论性，学生学习这门课程的难度较大，难以取得良好的教学效果。因此，本文将深入研究和思考电动力学的教学现状，并指出电动力学课程教学改革的思路，旨在改善电动力学课程教学模式，提升教育教学效果。 关键词 电动力学课程 教学改革 思考 实践 电动力学是四大力学之一，综合了经典电磁学的最高成就，相对电磁学而言，其可以揭示物理现象的本质和规律，具有概念、公式、符号抽象，内容繁多，教学效率较低的显著特征，是电子通信相关专业的重要基础课程。随着科学技术的迅猛发展，电动力学在通信、电工、超导和微电子等诸多领域都得到了广泛应用。电动力学课程中的物理概念和思想较为抽象，不易理解，学生只有具备扎实的数理基础和丰富的想象力，才能理解和掌握电动力学课程中的物理概念和数学方法。由于电动力学是物理学相关专业的重要基础课程，也是推动现代科学技术不断发展的基础理论，因此，深入研究和思考电动力学理论课程教学存在的问题，总结出提升电动力学教学效果的建议，对促进高校电动力学的教学改革和推动现代科学技术的发展具有重要意义。 1电动力学教学中存在的问题 1.1教学内容多，课时少 电动力学主要涵盖电磁现象的普遍规律、静电场、静磁场、电磁波的辐射和传播以及狭义相对论等五大部分的教学内容。仅有电磁波的相关内容广泛应用于生产生活、军事和物理学研究前沿等领域。在电动力学实际的教学工作中，电动力学教师通常会依照教学大纲进行讲解，注重静电场、静磁场等相关内容的理论知识、基本方法以及电磁波在实际生产生活中的应用，电磁波在物理前沿以及军事方面的应用长期得不到电动力学教师的重视，导致这种现象的缘由是电动力学课程本身有着物理概念抽象、符号和公式难以理解以及教学难度大等显著特征，教学内容多和课时少的矛盾突出，这势必会导致电动力学教师为了提升考试通过率而减少教学内容，这就大幅度降低了电动力学的教学效果和学生的学习成绩。 1.2教学方法有待改善 受我国传统接受式教学模式的影响，电动力学的教学活动主要以教师为中心，教师在实际的教学活动中处于主体地位，主要采取讲解、板书以及多媒体等教学模式向学生传授知识，学生在学习过程中处于被动地位，这样的教学模式有利于学生及时理解电动力学的概念，但是却制约着学生独立思考能力的发展，不利于增强学生主动参与教学活动的积极性。另外，随着多媒体技术在教学活动中的普及和应用，大多数教师逐步从传统“粉笔+板书”的教学模式向以多媒体为主、板书为辅的教学模式过渡，这就会导致教师讲课的语速不自觉的加快，学生在课堂上几乎没有独立思考的时间，也不可能准确理解和掌握课本上的基本概念和有关公式的论证过程，大大降低了电动力学课程的教学效果。 1.3考核方式不完善 目前，绝大部分高校的电动力学考核方式有两部分构成，即平时成绩占30%，期末考试成绩占70%。平时成绩主要取决于学生的课堂表现和作业完成情况，而期末测试注重对课本基础理论知识的记忆和模仿，几乎没有综合能力的测试。所以学生只重视期末考试，平时学习电动力学的积极性不高，通过考前临时性的记忆完成电动力学课程的考核已经成为一种常态，这样的考核方式不利于学生探索性思维的发展，也不利于学生全面掌握电动力学的相关知识。 2电动力学课程教学改革的思考和实践 2.1调整教学内容 在实际的教学工作中，大多数学生在面对电动力学复杂的运算推导时通常会表现出畏难情绪，对公式的推导束手无策，从而失去了学习电动力学的积极性。因此，电动力学教育工作者要积极主动地调整教学内容，在正式讲解电动力学课程之前增添数学基础知识的讲解，协助学生解决学习电动力学的数学障碍，从而树立起学好电动力学课程的信心，从而提升该课程的教学效果和学生的学习成绩。 2.2创新教学模式 电动力学教师要根据教学要求和学生的实际情况，灵活地运用教学方法。教师要主动并善于分析电动力学课程不同章节之间的联系，总结出处理问题的共同点和不同点，不断创新教学模式，从而达到事半功倍的教学效果。例如在讲解静电场和静磁场这部分内容时，电动力学教师利用静电场和静磁场研究方法相似的特征，深入讲解静电场这部分内容，让学生准确掌握静电场的各种分析方法，之后再采取类比法讲解静电场的相关内容，这样有利于培养学生灵活运用知识的能力。与此同时，电动力学教师要善于利用多媒体技术教学，将复杂和难以理解的物理学现象通过多媒体技术形象生动地呈现在学生面前，为学生理解疑难问题创造良好的条件，从而提升电动力学的教学质量。 2.3健全课程的考核方式 电动力学教学工作者要不断健全课程的考核方式，增强学生学习电动力学的积极性。各大高校可以适当地提升平时成绩占总成绩的比例，积极贯彻学习为目的、考核为手段的教学理念，让学生清醒地认识到学习过程的重要性作用，丰富考核的内容和方式，从多方面考察学生的知识和能力。例如在每单元结束时进行单元测试，将单元测试的成绩纳入平时成绩；定期开展探究性的学习活动，培养学生获取知识、分析和解决问题问题的能力，并将探究性学习的成果纳入平时成绩；在期末考试试题中增大综合题目的比重，从而让学生更加重视电动力学的学习。 3结论 电动力学是物理学相关专业的核心基础课程，对培养和提升学生的抽象思维能力具有重要作用。在电动力学的实际教学中依旧存在着教学内容多和课时少矛盾、教学方法有待改善和考核方式不完善等诸多不良问题，电动力学教师要注重课程教学的改革工作，积极调整教学内容、不断创新教学模式和健全课程的考核方式，从而有效提升电动力学的教学质量，为我国现代科学技术的发展培养出更多的高素质人才。 电动力学论文:可视化技术在电动力学教学中的应用 摘 要：针对电动力学学习中学生常会遇到的某些难以理解的抽象概念，介绍了可视化科学计算软件MATLAB在电动力学教学中的应用。旨在帮助学生理解和掌握电磁场的规律，初步掌握电磁学的数值计算方法，提高学生的科研能力。 关键词：MATLAB；电动力学 TM1-4 一、引言 电动力学是研究电磁场的基本性质运动规律以及它与物质相互作用的一门学科，是高校物理学专业本科阶段学生的核心课程。然而由于其抽象的电磁场理论和繁琐的数学推导，且无法观察到直观地实验现象，导致部分学生过于依赖书本，不去独立思考，甚至产生厌学情绪。 为了改变这一现象，我们必须要让抽象的概念形象化，同时让学生初步掌握电磁学的数值计算方法，才能提高学生实际运用电磁理论的能力。然而现在大部分基于Flash、Photoshop、3D Studio MAX的仿真模拟实验，尽管能够制作生动的实验过程动画，但却对物理实验规律和过程很少涉及，很难做到真正的交互使用。 而MATLAB作为美国Math Works公司开发的一套高性能的数值计算和可视化软件，则因其高效可视化有推理能力等优点，已经在大学教育和科学研究中的得到了足够的重视和广泛的应用。其语言简单，计算能力强，工具箱中有大量的求解常微分方程（ode）和偏微分方程（pde）的函数，正好满足物理过程的数值计算要求，既可在求解拉普拉斯方程边值问题时体现物理问题与数学结合的研究方法，又可通过数值求解来算出各点的电位值和做出分布图形，直观地分析场内各点场的分布情况。 二、MATLAB与绘图有关的命令 输入命令的方式有两种，一种是在命令窗口直接输人简单的语句另一种工作方式是M文件的编程工作方式当使用绘图语句时，MATLAB就自动打开一个图形窗口。一些较为常见的作图命令如下： 1.在已有图形上继续作图的指令是hold on：取消这种功能的指令是hold off。 2.二维图形绘图命令中最基本的指令就是plot如果输人两个矢量x，y，则plot（x，y）产生的是y相对于x的图形。 3.MATLAB中的曲面是用xy平面上的各个格点上的坐标z来定义，相邻点用直线连接，并建立平面的数据网格。生成数据网格的命令是meshgrid。mesh是三维网格作图命令，mesh（x，y）画出了每一个格点（x，y）对应的z值。 三、利用MATLAB辅助教学实例 1.标量场梯度的计算 在电动力学的课程学习中，矢量分析是基础的数学工具，也是之后课程内容学习的关键。在矢量分析中，散度作为描述矢量场的有源性的量，相对容易理解，计算也简单；旋度、梯度的难度相对大一些。以梯度概念为例，介绍借助MATLAB来计算及理解梯度矢量。 【例】求解标量场 的梯度 梯度是方向导数的最大值，是与等值面垂直的一个矢量。我们利用MATLAB中的梯度函数就可以作出等值面和梯度图。 源程序及绘图结果如下： 2.点电荷产生的电势 已知点电荷Q激发的电场强度为 ，其中 为源点到场点的距离。把此式沿径向由场点到无穷远点进行积分，把积分变数写为 ， 可得出真空中点电荷的电势函数为 ，通过分析我们得知，其电势在空间中的分布为以点电荷为球心的一系列球面，每个球面上电势大小相同。 3.电偶极子场的分布 电偶极子是等量异号点电荷组成的电荷系统，其特征用电偶极矩p来描述，其中p=ql，p和l的方向规定为由-q指向q。中心位于坐标原点的电偶极子在其远方产生的场的电势为 ，对此式求梯度即可得到为于原点处电偶极子产生的场强 。 其源程序及作图如下： 4.电磁波的传播 时谐电磁波最简形式为单色平面波，即 ，其特点如下： i. 电磁波为横波，E和B都与传播方向垂直； ii. E和B互相垂直，E、B和k满足右手螺旋关系； iii. E和B同相，振幅比为v。 要作出电磁波的传播图，即绘制MATLAB中的空间曲面。据此，我们可以做出平面波的传播图像，其动态截图如下所示： 四、结语 本文根据电动力学的特点，介绍了可视化软件MATLAB在电动力学教学中绘图和科学计算的便捷应用。我们认为计算机辅助教学不仅只是用计算机制作教学课件，更应该用来解决一些思维抽象计算繁杂的教学难题。例如在电动力学教学中利用MATLAB，则能使电磁场概念大大形象化，让学生不仅加深对抽象的场的理解，更能学会利用计算机进行科学计算和模拟物理现象的基础知识。这样不仅会提高教学效果，而且有利于激发学生的学习兴趣，培养学生的学习能力和科研能力。 电动力学论文:微连续体的电动力学 【摘 要】引力场是由无数相干的引力子一个接一个地在空间中分布形成的一个具有相干结构的连续的整体；光能量是一份一份不连续的，但每个光波都是一个量子化的连续体的整体波动，就好像每个声波都是一群粒子整体的连续的波动一样。方向性、粒子性、概率性是包括声波在内的任何一种波频率足够高时都可显现出来的的波的三大共性。微连续理论从自然最深层次上解释了物体具有惯性的原因，揭开了光速不变之迷，并在狭义相对性原理和等效原理的基础上阐明了光速的相对性，推导出了超光速质能方程和超真空泡原理。 【关键词】场分子；光障；场激波；超光速质能方程；超真空泡效应 1 引力与电磁力的统一 引力场是由无数与奇点相干的引力子在宇宙空间中一个接一个地分布形成的一个连续的整体。引力是奇点和它本身的引力场原有的平衡状态被其它奇点打破产生的一种压力。例如，在真空中有一个静止的引力场奇点1，奇点1的引力场对奇点1产生的压力是各向均等的，这使得奇点1和它的引力场能够保持一种相对平衡的状态，使奇点1相对静止在它的引力场的中心。把奇点2放到奇点1的引力场中，奇点1和它的引力场原有的平衡状态就会被打破，使奇点1的引力场中的每个引力子都有以奇点2为中心从各个方向指向奇点2重新分布的趋势，从而对奇点1产生一个指向奇点2的压力，压力的大小与两奇点间距离的平方成反比，这个压力表现出来就是奇点2对奇点1产生的引力。与此同时，奇点2和它的引力场原有的平衡状态也会被奇点1打破，使奇点2受到一个指向奇点1的压力，压力的大小与两奇点间距离的平方成反比，这个压力表现出来就是奇点1对奇点2产生的引力。引力的这种产生方式与相对论描述的时空弯曲是等效的。与引力场类似，一个电荷的电场是由无数与电荷相干的电场分子（电场分子是构成电场的最小物质组分，也是光波的媒介）在宇宙空间中一个接一个地分布形成的具有相干结构的连续的整体，即微连续体。引力场并不局限在场奇点周围的空间区域，而是向空间中无限延伸，其影响是非局域的，所以，电荷的电场也并不局限在电荷周围的空间区域，而是非局域的，电场力与引力一样，其大小都与距离的平方成反比。一个正电荷和一个负电荷并排在一起，与正电荷相干的电场分子就会有以负电荷为中心，从各个方向指向负电荷重新分布的趋势，使正电荷受到一个指向负电荷的压力，表现出来就是负电荷对正电荷产生的吸引力；与此同时，与负电荷相干的电场分子也会有以正电荷为中心，从各个方向指向正电荷重新分布的趋势，使负电荷受到一个指向正电荷的压力，表现出来就是正电荷对负电荷产生的吸引力。两个同种电荷并排在一起，每个电荷的电场分子都会有以对方电荷为中心，指向各个方向重新分布的趋势，使每个电荷都受到一个由两电荷的内侧指向两电荷外侧的压力，表现出来就是两个同种电荷间互相排斥的电场力。一个静止的电荷在场的作用下向前运动，会带动它周围空间中相干的电场分子一起向前运动，这些电场分子又会带动空间中相干的电场分子一起向前运动，在与电荷运动方向垂直的界面上，与电荷相干的电场分子并不是直线向前运动的，而是一边绕着电荷旋转一边向前运动，从而形成一个以电荷为中心的磁场涡旋，磁场涡旋的方向就是磁场的方向。稳定的磁场涡旋一但形成，就可长期存在，没有外力的作用就不会自动消失，就像超导线圈中的电流一但形成就不会自动消失一样。电流方向不变，电流大小呈周期性变化的振荡电流叫做单向振荡电流，磁场方向不变，场强大小呈周期性变化的振荡磁场，叫做单向振荡磁场；电流或磁场的大小和方向都呈周期性变化的叫做双向振荡。与此类似，电场（磁场）分子流涡旋的方向不变，电场（磁场）分子流大小呈周期性变化的振荡叫做单向振荡；电场（磁场）分子流涡旋的大小和方向都呈周期性变化的叫双向振荡。单向振荡的电流可在其周围空间中激发单向振荡的磁涡旋，单向振荡的磁涡旋可在其周围的空间中激发单向振荡的电涡旋，单向振荡的电涡旋和单向振荡的磁涡旋在空间中交替产生形成单链式电磁波。让两列时间相差半个周期的等幅同频率的超高频单链式电磁波经过等长的路经后叠加，便可在空间中合成一个超低频单向振荡的无源的磁场，使通恒定电流的导体受到一个方向不变的电磁力的作用，推动飞船前进，这就是大推力量子引擎的基本原理。双向振荡的电涡旋与双向振荡的磁涡旋在空间中交替产生形成双链式电磁波。普通的无线电波和光都是双链式电磁波。在空间中互相激发交替产生的电涡旋和磁涡旋总是互相垂直的，且两者都是由大量相干的电场分子的涡旋运动形成。我们都知道，液体是不可以产生和传播横波的，而大量相干的液体分子彼此远离，密度变得极低，使张力远大于斥力后，便可形成具有相干结构和固定形状的膜，产生并传播横波。一个电荷的电场分布在宇宙中的电场分子的密度虽低，但这些电场分子形成了像膜一样的相干结构，所以能产生和传播横波。因为不同电荷的电场分子是不能形成传播横波的相干结构的，所以，在一个电荷的电场里传播的光能不能直接传到另一个电荷的电场中去，就好比两个光波彼此穿过后，仍保持各自的独立性，一个光场中的动能不能传到另一个光场中去一样。每个电磁波中的电涡旋和磁涡旋都是由同属一个电荷的相干的电场分子运动形成。无论是引力还是电场力，或是磁场力，实际上都是由空间中与场奇点相干的场分子与场奇点间原有的平衡态被打破而产生的，都是与场奇点相干的场分子对场奇点直接产生的作用力。实验证明，每个观察者接收到的电磁波都是以观察者自身的电场为载体来传播的。静止或匀速运动的电荷，它的电场也是静止或匀速运动的，这一点有大量实验可证明。无论观察者以什么样的速度匀速运动，观察者的电场相对于观察者都是静态的电场，两者总是处在同一个非局域的惯性系中，这必然导致真空光速相对于观察者恒定不变，而光行差角也会严格地只与地球和恒星的相对运动有关。结合等效原理，在不违背狭义相对性原理的前提下，光速的相对性可归纳为两点：（1）无论光源和观察者如何运动，在真空中传播的光，其速度相对于接收它的观察者恒为c；（2）在真空中传播的光，其速度相对于不是接收它的观察者可变。 2 超光速传输信息实验 在真空中选取AB两个相距较远的点，将一根长杆平放在B点旁边，让长杆与AB两点的连线垂直，长杆与B点间的距离很短，可忽略不计。让一个激光器和一块平面镜分别以相同的速度沿着两条平行于长杆的直线从左向右同时匀速穿过AB两点，激光器和平面镜始K处在同一个惯性系中。激光器到达A点的瞬间向B点方向垂直射出一束激光，平面镜穿过B点向右匀速移动一段距离后把激光垂直反射到长杆上的O点。在上述实验中，激光器经过A点瞬间发出的激光被分成两束，一束从A点直线射向长杆上的O点，所花的时间为t1，另一束从A点垂直射向B点，被平面镜的电场向右拖曳后，经平面镜垂直反射到长杆上的O点，所花的时间为t2，t1 t2。这证明第二束激光以超过真空光速的速度从A点传到了O点。但对O点上的电荷来说，激光只不过是走了一条比较短的“捷经”而已，它们观察到激光是从A点右方与平面镜相对应的点发出的，它们观察到的光速仍是c，但这并不是真实的光速。在激光器和平面镜间传播的光，平面镜才是接收者，O点上的电荷并不是接收者，O点上的电荷接收到的光实际上已不是激光器发出的光，而是平面镜上的原子受激辐射出的光，只是两者的频率相同而已。因此，在激光器和平面镜间传播的激光，其速度相对于平面镜恒为c，相对于O点上的电荷却是大于c的。 3 物体具有惯性的原因 物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质称为惯性。牛顿在巨著《自然哲学的数学原理》里定义惯性为：惯性是物质固有的力，是一种抵抗的现象，它存在于每一个物体当中，大小与该物体相当，并尽量使其保持现有的状态，无论是静止状态或是匀速直线运动状态。可见，牛顿早就已经认识到了惯性与力有密不可分的关联。像电子、夸克等实物粒子实际上都不是能够独立存在的最小物质组分，而是各种场的奇点。因为场奇点和场是个不可分割的整体，所以，任何实物都不能脱离有关的场而独立存在。在没有外力或合外力为零的情况下，一个场奇点的场对该场奇点产生的压力在各个方向上都是均等的。若要改变一个场奇点的运动状态，首先要改变该场奇点周围区域的场的状态，场奇点周围区域的场的状态被改变产生的影响，会以光速传遍整个非局域的场。因为场是由无数互相联系互相影响的场分子组成的一个连续的整体，即微连续体。在没有外力或合外力为零的情况下，微连续体中的每个物质组分都在张力和斥力的作用下维持其在整体中的位置不变，以维持整个微连续体的平衡状态，一旦有外力打破这种平衡状态，微连续体必然会产生抵抗的力，对外表现出惯性。这就好比静止在湖水下面的小球，受到来自各个方向的水压力，这些压力大小均等，方向相反，合力为零。站在岸上观察，小球是静止的，站在匀速行驶的汽车中观察，小球是匀速运动的，但小球与湖水仍是相对静止的。若要改变小球的运动状态，可用非局域的场将整个湖与小球一起移动，就像地球引力场带动整个湖与小球一起转动一样。也可用推力改变小球相对于湖水的位置和运动状态，湖水反向的压力必然会使小球表现出的抵抗的力。由此可见，场奇点的惯性实际上是场奇点自身的场对场奇点产生的压力的一种表现。因为场奇点和它的场是个不可分割的整体，而场是看不见的，所以，人们才会误认为惯性是场奇点（即实物粒子）自身的属性。 4 波的粒子性与概率性 无论是电磁波还是机械波，波的频率达到或超过一个临界值后，波的方向性就会明显表现出来。比如，频率很高的超声波与频率很高的光波一样，都是接近直线传播的。波的频率越高，波的方向性就越强，在与波传播方向垂直的界面上，波的作用范围就越小。在金属中，原子外层的价电子可脱离原来所属的原子而成为在金属中自由地做热运动的自由电子。但在温度不是很高时，自由电子并不能大量逸出金属表面，这说明金属原子对自由电子有一定的引力以阻碍自由电子逃逸出去，自由电子若要挣脱出来必须克服这种引力做功，这个功叫做逸出功。在导体中的电流实际上就是电场力克服了金属原子的引力使自由电子定向移动形成的。频率比较低的电磁波遇到金属表面的自由电子时，可同时驱动自由电子所处的波界面上大量的电场分子一起做步调一致的振荡运动，近而带动自由电子一起做同频率的振荡运动。就好像水波，其频率虽低，但大量水分子整体的波动却可产生强大的力带动水面上的物体一起做同频率的振荡运动。而频率很高的光波由于其方向性强，在与光波传播方向垂直的界面上，光波的作用范围太小，只能驱动波界面上的一个或极少个电场分子去撞击电子，表现出明显的粒子性。就好像在水中传播的特超声波，由于其方向性强，在与特超声波传播方向垂直的波界面上，特超声波的作用范围太小，只能驱动一个水分子或极少个水分子去撞击物体，表现出明显的粒子性。光波的频率越高，撞击力就越大，电子在被撞击瞬间获得的动能就越大，电子从撞击中获得的动能等于光量子的动能hv。一个电子不能同时获得两个光波的能量，若一个电子获得一个光波的能量后还不能挣脱金属原子的引力，电子获得的能量就会在瞬间消散，这导致每个电子获得的能量不能累加。因此，光频率达不到金属的极限频率时，增加光强和光照时间都不能产生光电效应。因为撞击不但改变了电子的动量和位置，也改变了光波的媒介――电场分子的动量和位置，所以，一列光波不能总是驱动同一个电场分子去撞击同一个电子，而是每个周期都随机地驱动一个不同的电场分子去撞击另一个电子，标记下每个光子的撞击点，就会发现大量光子的撞击点的分布是有规律的。大量特超声波的撞击点的分布也是有规律的，可见，粒子性和概率性，与方向性一样，都是波的频率达到一定的值后才能显现出来的波的一种共性。 5 熵的加速度与宇宙时间 一个物质系统的熵反映了该物质系统的状态的混乱程度，即无序度，熵越大，无序度就越大。熵增大的趋势表现出来的力叫做正熵力，阻碍熵增大或使熵减小的力叫做反熵力。熵的加速度等于物质系统的合熵力与该物质系统的质量的比值，它可以改变熵增大或减小的速率。外界的压力可抵消物质系统的正熵力，使熵的加速度减小，熵增加得慢。例如，储存在钢瓶中的液氧，在熵增大的趋势下，大量的氧分子总是趋向于占据更大的空间，向外扩张产生正熵力。但在瓶壁的压力下，绝大部分正熵力都被抵消了，熵的加速度很小，熵变化得很慢，使得大量的氧分子长期保持液体状态，并使每个氧分子热振动的频率变得很低，热辐射很低。一旦钢瓶的压力消失，熵的加速度就会变得很大，液氧很快就会气化，每个氧分子热振动的频率都会变大，使热辐射升高。在微观世界中，可用激光产生的压力来抵消一群粒子的正熵力，将粒子束缚在一起，并使每个粒子热振动的频率降低，热辐射降低，这就是激光制冷技术。一个孤立系统的时间速率反映了该孤立系统所有的物理量（包括所有宏观的物里量和所有微观的物里量）变化的平均速率，它与该孤立系统的所有熵，包括宏观的熵和微观的熵（即总熵）增大或减小的速率相关，与熵的方向无关。而一个孤立系统的场分子（包括电场分子、引力子等各种场的分子）熵的加速度与该孤立系统的总熵速率成正比关系，所以，孤立系统的时间速率与场分子熵的加速度成正比关系，与场分子熵的方向无关。在真空中高速运动的飞船会带动周围空间中的场分子一起向前运动，这些场分子产生的负熵力会抵消飞船内场分子的正熵力，使飞船内场分子熵的加速度减小，场分子的振动频率减小，时间频率降低，原子钟变慢。飞船的速度越大，飞船内被抵消的场分子的正熵力就越多，飞船内场分子的振动频率就越小，时间频率就越低，原子钟走得就越慢。但即使飞船以光速或超光速飞行，也无法使飞船里的时间停止，更无法使时间倒退。强引力也可以抵消场分子的正熵力，使场分子的振动频率减小，时间频率降低。飞船在靠近大质量物体时，飞船内场分子的正熵力会被强引力抵消，使飞船内场分子的振动频率减小，时间频率降低，原子钟变慢。但当引力大于正熵力时，引力越大，场分子熵的加速度就越大，场分子熵减小的速率就越大，时间反而变得更快了。这种情况下，时间已不能用原子钟来观测，只能通过“引力钟”来观测。宇宙的时间速率取决于宇宙总熵的加速度，与观察者的运动状态无关。因此，宇宙时间对任何参考系都是一样的，同时并不是相对的，在同一宇宙时发生的两件事情相对于任何参考系都是同时发生的。 6 超光速迁移 除中微子外，目前人类观察到的所有实物粒子在真空中运动都会带动其运动方向上的场分子向前运动。当粒子的速度增加到接近光速时，粒子前方的场分子因来不及散开而被到压缩到粒子身上，密度突然增大，使粒子的质量显著增加。粒子的速度越大，场分子的密度就越大，粒子被附加的质量就越大，粒子就越难以加速，这种现像叫做光障。低于光速时，粒子的质量可用相对论的质速公式来计算出近似值，但粒子的速度无限趋近光速时其质量并不会增加到无穷大。当光障附加到粒子身上的质量达到一个阀值时就会产生剧烈的质量衰减反应，大量被压缩到粒子身上的场分子以波的形式向四周围散开，带走光障的质量，使粒子被光障附加的质量迅速减少。此时，若对粒子加以足够大的力，使被压缩到粒子身上的场分子数大于离散数，粒子的质量仍会随着速度的增大而有所增加，但粒子被附加的质量越大，质量衰减的速度就越大，这导致相对论的质速关系失效。实验证明，电子被光障附加的质量达到电子自身质量（即电子的静质量）的大约210倍时，就会产生剧烈的质量衰减反应，电子被加速到光速时，其质量大约是静止质量的3600倍。当电子的速度超过光速时，大量场分子就会遭到强烈的压缩而形成场激波。光障的产生是飞船加速到光速的最大障碍。如果全飞船上的每一个粒子都产生光障，整艘飞船被附加的质量将十分巨大，飞船不但无法加速到光速，还可能会解体爆炸。怎样才能够让飞船突破光障呢？唯一的办法就是将光障屏蔽在飞船外，并尽量减小光障的阻力。试想一下，让一亿个小珠子独立地在空气中接近音速飞行，就会产生一亿个音障，这一亿个音障产生的阻力是非常巨大的，把这一亿个小珠子拼凑成一个乘波体，音障就只在乘波体的外表面上产生，阻力就会变得很小。同理，让一亿个小珠子独立地在真空中接进光速飞行，就会产生一亿个光障，这一亿个光障附加的质量是非常巨大的，把这一亿个小珠子拼凑成一个乘波体，光障就只在乘波体的外表面上产生，乘波体被附加的质量就很小。举个实例，每个原子核都是由一定数量的夸克构成的，但一些从核子中对撞出来的夸克的质量却超过了整个原子核的质量。夸克的质量是被光障附加的，对撞的能量越大，对撞出的夸克的速度就越大，光障附加的质量就越大。夸克会像丢包袱一样把附加在它身上的质量丢掉，衰变为更轻的夸克。采用特殊的材料并设计成乘波体的飞船可使光障只在飞船的外表面上产生。理论计算表明，一艘质量为100吨的乘波体飞船的速度增加到光速时，光障附加在飞船外表面的质量大约只有30吨，不到飞船静质量的三分之一。当飞船的速度增加到超光速时，大量场分子（下转第38页）（上接第16页）就会遭到强烈的压缩而形成场激波，产生类似于音爆的光爆现象。因为，每个观察者接收到的光波都是以观察者自身的力场为载体来传播的，所以，只有运动物体相对于观察者的速度超过光速时，观察者才可能观察到光爆，而位于超光速物体运动方向上的观察者则无法观察到光爆。 7 超光速质能方程 爱因斯坦的相对论给出了低于光速时的质能方程，该方程并不适用于超光速粒子。一个正电子和一个反电子互相湮灭，只下光子，根据等效原则，我们可以这样解释相对论质能方程；拥有一定惯性质量的物体可转化为一束光波，这束光波具有的能量就是该物体所具有的能量，它等于该物体的质量与光速的平方的乘积，即E=mc2。相对论揭示了质量、能量和光速三者之间的内在联系，但相对论并不能解释光速为何不变，也就不能解释质能方程中的光速为何取c值。因为，真空光速相对于接收光的观察者恒为c，这一点有个前提条件，即光源相对于观察者的速度小于c。所以，质能方程中的光速只有在运动物体的速度小于c时才取c值。但当运动物体相对于观察者的速度超过c时，就会产生场激波，运动物体在观察者的力场中向前发出的每个光波都会被压缩到同一个激波阵中，成为一个激波量子，每个激波量子传播的速度相对于观察者都是超光速的，它等于超光速物体的运动速度v。因此，在超光速物体的质能方程中，光速应取v值，即E=mv2。 8 超真空泡效应 任何实物粒子都是由场奇点构成。粒子的速度低于阀值时，粒子和它的场是个不可分割的整体，但当粒子的速度超过光速并达到一个阀值时，就会产生接近绝对真空的超真空泡把粒子和它的场隔开。这与水中的超空泡相似：大量高速运动的水分子互相远离使水分子间的张力远大于斥力，从而形成具有相干结构的超空泡。与此类似，真空中大量高速运动的场分子互相远离使场分子间的张力远大于斥力，便可形成具有相干结构的超真空泡，把实物粒子（即场奇点）和它的场分隔开。因为实物粒子的惯性实际上就是场奇点自身的场对场奇点产生的压力的一种表现，所以，实物粒子和它的场被超真空泡分隔后，其惯性质量就会被空虚化。在超真空中的实物粒子，其摩尔数不变，但惯性质量却因空虚化而变得极小，只须很小的力便可获得很大的加速度，且其惯性质量不会随着速度的增大而增大。这种情况就像在水中旋转的螺旋桨，刚开始时，水对桨叶的阻力随着转速的增大急剧增大，但当转速达到一个阀值时，就会产生超空泡效应，超空泡将桨叶和水隔开，使水对桨叶的阻力急剧减小，接近消失，导致螺旋桨空转而损毁。超光速飞船的速度达到一个阀值时，也会产生超真空泡效应，飞船在超真空中运动，其摩尔数不变，但惯性质量却因空虚化而变得极小，只须很小的推力便可使飞船获得很大的加速度，且飞船的惯性质量始K保持一个极小的值，不会随着速度的增大而增大。 电动力学论文:本科物理学专业“电动力学”课程教学刍议 一、课程教学基本理念 第一，在教学中要尊重学生学习的主体性、教师教学的主导性，全面发挥学生的自觉性、主动性、创造性。第二，“电动力学”课程属于专业基础课程，教学内容安排上除了让学生学习本门课程的基本知识、基本理论、基本思路，与其他物理学分支也具有共性和个性的关系。针对这一特点，老师在教学中要注意引导学生相似性形象思维。第三，教学应突出探究式教学方法，改变传统的教学模式，把信息技术与电动力学课程最大限度地整合，运用多种现代教育手段优化教学过程，推行启发式、探究式、讨论式、小制作等授课方式，培养学生的创新思维和创新理念。 二、在本课程教学中应当做到以下几点 1.讲授内容应理论联系实际 “电动力学”作为一门专业学科课程，是师范院校物理专业的基础理论课。教学中要求学生掌握课程的基本知识、基本理论和基本原理，使学生加深对所授知识的理解，更可深刻认识电动力学的实际应用价值，达到学以致用的目的，同时提升学生分析问题、解决问题的能力。 2.注重学生学习的主体性和个体性培养 从课程的设计到评价各个环节，在注意发挥教师在教学中主导作用的同时，应特别注意体现学生的学习主体地位，以充分发挥学生的积极性和挖掘学习潜能。要求学生能初步分析生产、生活中的电动力学问题，以提升学生的分析问题和解决问题的能力。在电动力学理论的学习中运用数学工具处理问题，使学生认识数学和物理的密切关系，培养学生运用数学工具解决物理问题的能力。培养学生自学能力，重要的不是教内容，而是教给学生学习方法。 要充分注意学生的兴趣、特长和基础等方面的个体差异，因材施教，根据这种差异性来确定学习目标和评价方法，并提出相应的教学建议。课程标准在课程设计、教学方案、计划制订、内容选取和教学评价等环节上，为教学、学习提供了选择余地和发展的空间。 3.运用多种现代教育手段优化教学环节 充分利用现代化教学手段，发挥信息化教学的优势，增强学生的学习兴趣，进一步强化需要掌握的知识点，拓宽知识面，增强学生的实践操作技能，培养科学的思维方式，这样学生能更好地掌握“电动力学”课程知识所涉及的相关科学方法，有效提升其发现问题、分析问题、解决问题的能力。 4.具备良好的实验条件，充分保证实验和实践训练质量 鼓励学生开展科研实践训练，参加各类科技竞赛。实验课及实践训练要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维，充分利用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学。 三、课程学习策略探究 第一，针对“电动力学”是理论基础课的特点，学生必须坚持课前预习，预习过程中有意识地提出问题。课堂教学主要采用探究式课堂教学法，即每节课突出一个主题，讲清论透相关原理知识，每个主题通过师生多种形式的互动，教师及时了解、解决学生的疑难问题，以增强学生的学习兴趣。 第二，将传统板书、电子课件、网络和视频多种教学手段相结合。如课内讲授与课外讨论和制作相结合、基础理论教学与学科前沿讲座结合、基本理论与科研实践训练相结合。 第三，鼓励学生参加科研实践训练和各类科技竞赛。培养多样化应用型人才，以培养应用型、复合型、技能型人才，增强毕业生就业能力，完成本课的预期目标。 第四，电动力学也是一门实践性很强的课程，其研究对象是区别于实物的物质形态，具有抽象的特征。为避免课程教学的数学化，我们将充分应用当代信息技术的优势，比如说以视频教学资料增强学生的感性认识和动手能力。 再次，实验课及实践训练要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维能力和素质，充分发挥学生的物理思维和物理探究能力。 四、课程教学方法探究 本课程教学中应注意电动力学理论与实践的结合，尊重学生学习的主体性，适当安排指导性自习，培养学生的自学能力。加强对学生课前、课后的答疑辅导，注重学生能力的培养，使学生通过对电动力学中基本理论的理解，认识和掌握电动力学原理的研究规律，开拓思路，初步培养学生的科研思维。 1.“双边反馈式”教学法 这种教学法由“自学”和“反馈”两部分构成，其着眼点是学生在教师指导下的自学和教师由反馈来的信息而进行的有重点的讲解，使学生的能力在反复训练中得到锻炼。“自学”和“反馈”体现了学生和教师的相互联系、相互配合、相互作用的训练过程。 2.以问题为中心，开展课堂讨论式教学法 建议课堂教学中遵循科学性、主体性、发展性原则，采用以学生为主体的小组讨论式的方法，从提出问题入手，激发学生学习的兴趣，让学生有针对性地去探索并运用理论知识解决实际问题；也可以针对教研室科研工作中遇到的问题设计讨论或思考题，以启发学生分析、讨论有关电动力学问题，学习并巩固电动力学知识，开拓思路，培养科研思维。 3.提倡学导式的教学方式 在教师指导下，学生进行自学、自练，教师把学生在教学过程中的认知活动视为教学活动的主体，让学生主动地去获取知识，发展各自能力，从而达到在充分发挥学生主动性的基础上 ，渗入教师的正确引导，使教学双方各尽其能，各得其所。 4.多开展课外实践活动 课外实践训练中，要注意培养学生的逻辑思维、创造性思维能力和素质。鼓励和指导有能力的学生进入科研实践训练，参加各类科技竞赛。将学生撰写的课程小论文融入教学全过程，从中选出有质量的项目进入科研实践训练。充分利用好物理、电子竞赛等创新平台，促进电动力学课程的教学，培养应用型、复合型、技能型人才，增强毕业生就业能力。 “电动力学”作为一门探究性课程，在课堂教学中，要突出学生的参与性，使他们主动获取而不是被动接受科学结论，互动思维使学生感觉电动力学发人深思，不难入门。“电动力学”与其他物理学分支具有“共性”和“个性”的关系。为了激发学生学习兴趣，可以经常采用课堂讨论形式，由学生提问，在教师引导下大家讨论，总结得出正确结论。由于分析“电动力学”需要运用抽象思维，所以课堂教学应充分使用多媒体，尽量使用图像和色彩搭配，使学生建立正确的物理图像。注意“信息技术”与“电动力学”课程的有效整合，这对于整体优化教学过程，提高学生的专业知识学习效果、提高学生的信息技术能力、培养学生的合作意识和创新精神均具有重大的现实意义。同时，可将教学理论应用到创新实践能力训练中，应用到物理、电子等各类竞赛中。 电动力学论文:浅谈电动力学的理论体系和研究方法 摘要：根据我校的教学实际，结合电动力学的课程特点，介绍了在学生学习和教师教学过程中应明确的电动力学的地位、知识结构和逻辑体系以及研究方法，为学生学习电动力学和教师教授电动力学提供有益的帮助。 关键词：电动力学；知识结构；逻辑体系；研究方法 本文根据我校的教学实际并结合电动力学的教学特点，分别介绍了学生学习和教师教学过程中应明确的电动力学的地位、知识结构和逻辑体系以及研究方法，希望能为电动力学的学习与教学提供有益的帮助。 一、明确电动力学的地位 电动力学主要阐述宏观电磁场理论，其研究对象是电磁场的基本属性、它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用，可见它与自然界中的四种基本相互作用（引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用）之一有直接联系。由于光的理论本质是电磁理论，所以电动力学还是光学理论的基础。电动力学作为物理学专业一门理论基础课，是理论物理（理论力学、热力学统计物理、电动力学、量子力学）的重要组成部分，包括物理学发展史上具有里程碑意义的两个物理理论，即麦克斯韦电磁理论和爱因斯坦狭义相对论。本课程最重要、最直接的先行课程是电磁学和数学物理方法，后继课程是量子力学、固体物理等。因此，电动力学要在电磁学的基础上，利用数学工具严格、定量地讲清宏观电磁相互作用的基本概念、基本理论和基本方法，使学生加深对电磁场性质和时空概念的理解，获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力。同时为后继相关课程打下必要的基础。 以上将经典电磁场理论放在整个物理学中做了概括的论述，目的是为了使学生对它的地位和意义有一个恰当的认识，避免过份强调本学科的作用，造成“只见树木，不见森林”的错觉。 二、明确电动力学的知识结构和逻辑体系 在课程内容体系和结构的组成与安排上，一般采用两种方法：“从特殊到一般”的分析归纳法和“从一般到特殊”的演绎法，这两种方法是同样重要的。但是，多年来电动力学的教学大大忽视了分析归纳法，实际上这不符合物理学发展的规律。从认识论的角度来看，分析归纳法所指的“从特殊到一般”就是由实践到理论的过程，即将丰富的实践经验进行深入的分析，由表及里，去伪存真，总结概括出带有规律性的东西而上升为理论。演绎法所指的“从一般到特殊”就是由理论再到实践的过程，即理论要经过实践检验，并且经过实践检验而被证明是正确的理论再指导实践。由此可见，分析归纳法与演绎法的结合正是在某一个认识层次上实践―理论―实践的全过程，同时体现了理论与实践的紧密结合。因此，在电动力学课程内容体系和结构的安排上，可力求从实验事实出发，提出问题，分析问题，总结出规律和假设，再经实验验证升华为科学理论，在更为普遍的意义上解决实际问题。这样，使分析归纳法和演绎法有机地结合起来，更好地贯穿理论联系实际的重要原则。具体来说，对于麦克斯韦理论的讲述，是从静电场、静磁场和时变场的实验定律出发，分析在时变场情形下所出现的深刻矛盾，为解决矛盾提出位移电流这一科学假设，并总结出麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式。之后的大量实验验证了它是在随时间变化的普遍情形下完全正确的电磁场理论。然后以此理论为基础，讨论在特殊情形和不同方面电磁场的性质和运动规律，如电磁波的传播，电磁波的辐射、散射和衍射，运动带电粒子的辐射等。对于狭义相对论的阐述，也同样注重理论原理与实验基础之间的紧密结合。 在国内外，有些电动力学书的逻辑体系与上述不同。其中一类是以归纳法和演绎法并重，先详细讨论静态场与似稳场，然后用归纳法得出麦克斯韦方程组，以后就用演绎法讨论电磁波的辐射、传播等问题；第二类是以静电场为起点，应用狭义相对论对库仑力进行洛伦兹变换，从中引出磁场的概念，导出磁场的场方程，继续推出麦克斯韦方程组，然后讨论辐射、传播等问题，基本逻辑体系仍属于演绎法范畴；此外，还有采用“逐步公理法”的逻辑体系，它以矢量场的亥姆霍兹定理为核心，对每种具体电磁场，根据实验规律对该场的源和“涡源”提出假设（即公理），然后对每种场做深入的研究，这也是一种以演绎法为主的逻辑体系；还有人采用分析力学方法，引入电磁场的拉格朗日函数，导出电磁场的基本规律等。 三、注意学习电动力学的研究方法 1.归纳法。根据有限的、特殊条件下的实验结果和规律，归纳出在一般情况下的普遍规律。由于总是不完全归纳，所以其结论可能是对的（经得起新实验的检验），也可能是错的（经不起多数实验的检验），还可能是不完全的（被许多实验证实，但有个别例外），就需要进一步修正结论，从而得出新结论。用归纳法得出的结论实际上是“猜”出来的，谁猜的本领高，谁就能发现真理，这里面包含了科学家天才的想象力与严密的理论思维能力。麦克斯韦方程组的得出就是运用归纳法的光辉范例，它不是对静态场与似稳场的简单归纳，麦克斯韦在归纳过程中提出的两个假说（涡旋电场和位移电流）就体现了他的天才想象力和逻辑思维能力。洛伦兹力公式是洛伦兹运用归纳法将静电力和静磁力两个公式推广到适用一般电磁场的电磁力公式。这个公式经受住了无数次实验检验，没有一个反例，因此可以相信它反映了客观真理。 2.演绎法。全部理论建立在尽可能少的几个出发点之上，把它们作为基石，然后运用严密的逻辑推理和准确的数学推演，建立起完整的理论体系，演绎过程可将我们的认识从基本出发点引到很遥远的地方，从而大大开拓了眼界，同时也使得基本理论在许多具体的工程技术领域内得致实际的应用。电动力学是如此（这一点在“2”中已做论述），狭义相对论更是如此，它的全部理论只建立在两条基本假设上（相对性原理和光速不变原理），通过缜密的逻辑推理和运用四维时空张量的推演，得出了震惊世界的相对论时空理论、相对论力学和相对论电动力学等。演绎法中，出发点的提出是有创造性的，只要这个前提是对的，那么通过严密的逻辑推理和准确的数学推演所得的结论就是正确的。 电动力学论文:Mathematica在电动力学课程教学中的应用探索 摘要：电动力学是电子、信息、通信、物理等学科的主干课程之一，有较高的抽象性，要求学生具备较好的数学基础，一直是专业课程教学中的难点。Mathematica工具软件很好地结合了数值和符号计算，配以直观的图形展示和动态交互，对很多概念可以具体呈现，在教学中能起到很大作用。本文以电动力学教学中的部分难点为例，探讨了Mathematica引入电动力学课程教学的应用，对两者有机结合、建立课堂教学辅助软件进行了探讨。 关键字：Mathematica，电动力学，课堂教学 引言 大学高等教育通常致力于培养专业基础扎实、有较强实践能力和拓展潜力、富有创新精神的本科人才。其中理工科专业要求学生系统掌握专业基础理论、基本实验方法和实验技能，并具有较强的数理基础。近些年，大学普遍扩招，生源质量下降，学生数学基础不够扎实，冷门专业情况更是严重，不少学生往往因专业知识在数学计算上的复杂及相关定理、概念和过程的抽象等问题而失去学习兴趣，导致专业课的教学学习效果不够理想[1]。 基于此种情况，已有不少人把多种现代教育技术如Matlab，Java，Mathematica等软件应用到课堂教学中[2， 3]，使现代教学技术在提高学生学习积极性、优化课堂、提高课堂效率等方面取得了较好的效果。Mathematica是一款科学计算软件，其很好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统以及与其他应用程序的高级连接。很多功能在相应领域内处于世界领先地位，截至2014年，它也是世界上使用最广泛的数学软件之一。普遍认为Mathematica的标志着现代科技计算的开始，它是世界上通用计算系统中最强大的系统。自从1988以来，它已经对科技和其它领域中计算机的运用方式产生了深刻的影响，并且在国外教学工作中获得了广泛的应用[4， 5]。从google学术搜索中搜寻Mathematica以及Education相关条目，有近十万条结果。从高中到研究生数以百计的课程都使用它，并有多本关于Mathematica教学的图书出版，涵盖多门专业教学。Karim等人[5]甚至还基于Mathematica软件开展了远程教学。而在我国，虽然教师们对于现代化手段在教学中的应用很早就开展了研究，但是一直以来不够重视，特别是Mathematica软件在教学中的应用和国际相比还处于初级阶段，还没有得到广大教师的足够重视和普遍使用。这从google学术检索中就可以发现，Mathematica与教育教学等词条相关的论文搜索结果还不到三千条。相关教学论文数量不够充分，内容也还很不深入，相关中文教材也处于缺乏状态，并且这些研究主要分布于大学物理以及数学分析这两门课程[2， 3， 6]。对于Mathematica在数学、物理等数学要求较高的大学各专业核心课程教学中的应用工作还未深入展开，而物理、电子等系核心专业课之一――电动力学的数学要求远比普通理工科专业高，因此本文欲在前人研究基础上，以电动力学部分难点的教学工作为例，展开深入分析，力图引入Mathematica软件辅助教学，消除学生对复杂公式的畏惧感，直观准确地展示各种物理图像，使学生对课程的学习有良好的进步。 1 应用 本文研究目的旨在借助于Mathematica软件将学生从复杂的微分偏微分方程求解过程中解放出来，并用图形和动画直观展示各重点难点，从而降低专业课的学习难度，达到提高学生学习积极性的目的，并使学生初步掌握Mathematica软件的使用方法，提高他们学习新事物的能力。 电动力学是很多大学专业的主干课程之一，如电子、信息、通信、物理等学科。其主要内容就是麦克斯韦方程组的来由及其在各种条件下的具体应用。此处我们以电磁波的传播为例，在瞬变条件下，变化的电场和磁场相互激发，形成在空间传播的电磁波。单从字面描述以及电磁波方程来看，较为抽象。学生一般很难理解。通过使用Mathematica软件，我们可以将平面电磁波的传播用图1展示。从图1中可以清晰看出平面电磁波的几个特性：1，平面电磁波是横波；2，电场、磁场以及传播方向三者是相互垂直的； 3，电场和磁场是同位相。 图1是静态图，实际上，通过图2所示代码，我们还可以用动画演示电磁波的传播。图2所示代码形式简洁，接近于自然语言，这样就让学生无须较高的编程水平即可自行编写代码，容易激发学生的学习兴趣。图2所示代码会生成一个简洁易懂，易于操作的界面，可以通过设置循环播放，良好地演示电磁波的传播。通过“waves”按钮可以分别演示不同个数的完整波形，时间轴可以快速或慢速地动态演示电磁波的传播过程，让学生轻松理解电磁波传播过程。 除了平面电磁波在无界空间的自由传播之外，平面电磁波在两块平行板之间的传播，也能形象清晰地展示。如图3所示，此图可以大大加深学生对电磁波传播的理解，便于学生学习。诚然此图所需代码较为复杂，不仅需要相关的电动力学知识，还必须熟悉偏微分方程求解理论，此外对Mathematica软件的使用熟悉程度也有要求，学生难以短时间内独立完成，需要进一步的训练之后才可能完成。类似的内容可以让学生课后完成，作为考核内容，这样可避免学生过于依赖该软件而忽视数学学习的重要性。 总而言之，Mathematica应用到电动力学课堂教学中，能让教学过程更生动，促进学生学习理解。 2 结束语 当前我国大学专业课教学中，数学分析软件的使用还处于初级阶段。学生薄弱的数学基础与专业课较高的数学分析要求是专业课学习过程中的主要矛盾之一。本文着力于解决由学生薄弱的数学基础和抽象的专业概念所引起的在专业课学习上的困难，让学生开阔视野，并培养学生利用工具软件的能力。从而可以将专业课学习过程中的复杂数学问题交给专业数学分析软件Mathematica来进行，学生只需掌握基本的数学原理，了解相关知识，配合Mathematica丰富的互动界面和图形显示功能，就能达到更充分更深层次理解内容本质的目的。本文重点有机衔接了电动力学与Mathematica软件，通过Mathematica在电动力学课堂教学上的使用，达到加强基本理论教学，扩展学生视野，引导学生关注科学前沿的发展动态，并训练学生的创新精神，而且避免了学生过于依赖该软件而置数学于不顾的情况。对于电动力学课程中的主要内容，可以建立一系列相应的数值程序，进而开发一个系统性的课件，辅助课堂教学，这将会对教学效果产生很大的促进作用。 电动力学论文:光和真空光的波动―粒子性质与通过电磁理论和量子电动力学连结的真空 由于光在人类生活中起的作用太重要了，人们对于光的研究从公元前就已经开始了。那时就已经认识到光沿直线传播。公元前三世纪，希腊数学家欧几里得就出版了“光学”一书。迄今两千多年过去了，我们完全地理解了光的行为以及它所遵从的物理规律。但是，光的本质究竟是什么，它与真空的关系是什么，仍然没有完全理解。 由麦克斯韦方程组组成的经典电动力学明确地告诉我们：光是电磁波，并引入了真空的概念。而量子电动力学则认为光由光子组成，而不关心光子的频率带来的概念性问题。量子电动力学预言了一个非常复杂的所谓的真空，真空具有无穷大的零点能，不断地发生着各种虚过程，而且目前已经发现了它们都具有可以观测的效应。不可回避的光同时具有波动和粒子的属性，以及光与真空的相互作用，仍然没有满意的解决。 这些论题都是从以前发表的许多成果中抽取出来的，这些成果都列入了参考文献中。关于光子矢量势及它与真空的关系的看法和陈述都是作者自己的观点，提出一些问题，给出一些提示和答案，并期望进一步的理论与实验研究，以便改进我们关于光与真空实质的认识和理解。 全书内容分成7章：1. 引言；2. 历史的回顾和实验证据；3. 电磁波理论的基本原理； 4. 从电磁波到量子电动力学； 5. 理论、实验和问题； 6. 电磁场量子化过程与光子的矢量势的分析、非局域光子的波动与粒子表示和量子真空。7.结语。 本书作为一部专著，根据论述需要精选内容，深入浅出地清晰阐述，推导尽可能详尽。每一章末都给出了参考文献便于查阅。本书特别适合于对量子力学和量子电动力学感兴趣的高年级研究生和研究人员以及教师选做专题参考书。 丁亦兵，教授 （中国科学院大学） 电动力学论文:电动力学中的理论物理思想及教学策略 摘 要：该文讨论了电动力学中的理论物理思想及教学策略，理论物理思想包括理论的基本原理、数学方程的建立以及理论物理解决问题的方法，提出了相应的教学策略以及学习策略。 关键词：电动力学 理论物理思想 教学策略 电动力学是研究电磁现象的经典的动力学理论，它主要研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用，电动力学是在电磁学基础上更系统、更深入、更严密地进行阐述的理论体系，是高校物理专业及相关专业学生在普通物理基础上，继续深入学习的一门理论基础课。这门学科与电磁学、近代物理学、量子力学等相关学科联系紧密，因此在物理学课程中具有重要的地位和作用。 电动力学课程的内容包括麦克斯韦电磁理论和爱因斯坦狭义相对论，这是在物理学发展史上起里程碑作用的两个物理理论。普通物理的逻辑体系是：实验定律理论，是一种以归纳法为主线的知识结构。电动力学是它属于理论物理范畴，是以麦克斯韦方程组，分别讨论在静态、时变态、含源区、自由空间等不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律，其逻辑体系以演绎法为主。因此电动力学淋漓尽致地体现了的理论物理思想，在本课程的教学过程中如何将理论物理思想展现并传授与学生，如何通过本课程培养学生的能力仍然是一个值得讨论的问题。 1 电动力学中的理论物理思想 电动力学同理论力学、热力学统计物理、量子力学则属于理论物理范畴，它们的科学体系是建立在基本原理之上，例如理论力学中的虚功原理、最小作用量原理、量子力学中的态叠加原理、热力学统计物理中的等概率原理、电动力学中的麦克斯韦的两个假定。理论物理由这些基本原理得出数学推论形式，也就是建立数学方程方程，方程的建立描述着着物理规律。例如理论力学中有哈密顿正则方程、量子力学中有薛定谔方程。电动力学中有麦克斯韦方程组、热力学统计物理中有刘维尔方程等。因此，理论物理科学体系建立需要我们提出合理的假定，这些合理的假定正是物理学的创新之处，所以学习前人的提出假定的过程就是学习如何创新的过程！这一点在培养学生创新能力方面必须在教学中体想出来。尤其是在电动动力学当中，科学家在建立理论过程中充分体现着创新的过程。例如法拉第发现电磁感应规律后，人们很容易解释为什么会产生动生电动势，这可以用电荷受到洛伦磁力来解释，是洛伦磁力提供了非静电力。但是无法解释感生电动势，因为不明白是哪一种力提供着非静电力，为了解决这个问题，麦克斯韦提出了合理的假定，他认为电荷既然可以运动，肯定受到了电场或磁场力的作用，磁场力显然不可能，所以只有电场力，但是电场力必须是非静电力，因此麦克斯韦提出存在涡旋电场，这个涡旋电场来自于变化的磁场，显然体现着一种创新思想。还有狭义相对论的建立，正是人们无法解释麦克斯韦方程组与伽利略变化的矛盾的时候，还有对“以太”的是否存在犯愁的时候，爱因斯坦提出了狭义相对论的两个基本原理。 2 教学策略 认识到了电动力学课程的特征，体会到了电动力学中的理论物理思想，在教学中应该注重通过物理学中的创新，激发学生的学习兴趣，培养学生创新能力以及解决问题的能力。因此在教学中应当注意介绍现代生产技术实践对电动力学学科的新进展。电动力学课程教学应当密切联系最新科学技术和实际应用，对于电磁波辐射的危害，科学家们已经做出了大量的实验以及临床证明，证实电磁波辐射对人体健康有危害已经是不可否认的事实。 利用自己的科研经验和成果，启发学生走向科研轨道。坚持进行教学研究和学术研究，使教学与科研紧密结合，注意从教学实践中提出研究课题让学生作为毕业论文完成。注重带有普遍性的方法与近似方法相结合。比如电动力学种求解静电场的普遍方法有拉普拉斯方程法，但是也有近似方法比如电多极矩展开。近似方法的实质就是通过抓住主要矛盾、忽略次要因素来解决问题的方法，它大量运用于物理学的教学和科研之中。该方法可解决一些还不能严格求解的问题，可使一些能求解的问题得到简化，还往往能很好地适应生产实践的需要。 在教学中还应注意在一些具体的数学推导中也紧密结合物理分析，这样不仅能理解每一个数学结果的物理含义，而且有时还能简化数学运算。从物理上获得数学方程的解，如计算点电荷格林函数，就可以从物理上获得。实践结果表明，这样做不仅对问题本身的认识更加全面、深刻，而且学生更易于接受和理解。 3 结语 电动力学是电磁学的后继课程，它属于理论物理范畴，它由麦克斯韦方程组讨论不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律，其辑体系以演绎法为主。所以广大学习物理课程的大学生更应该充分重视电动力学、学好电动力学，这不对学生牢固掌握和灵活运用归纳法、演绎法、类比法、理想模型和数学语言来求解各种问题，更要树立严谨的学习态度和刻苦的学习作风、培养浓厚的学习兴趣起到良好的的促进作用，而且为以后解决各类问题培养能力。当学生一旦掌握了这门课程并学会了研究它的科学方法时，便会产生“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”的那种发自内心的喜悦。 电动力学课程的科学体系以及教学策略，不仅适应于电动力学课程的教学，还很容易推广到其他理论物理课程上，让学生在大学四年不仅获得知识，而且更重要的是让学生毕业后具有获取知识的能力、解决问题的能力、具有创造性的思维。

力学性能论文:水性聚氨酯胶粘剂力学性能研究 1实验部分 1．1材料与仪器 三乙胺(TEA)，分析纯;甲苯二异氰酸酯(TDI-80)，化学纯;聚己内酯二醇(PCL220N)、二羟甲基丙酸(DMPA)、三羟甲基丙烷(TMP)、1，4-丁二醇(BDO)、环氧树脂(E-44)、丙酮、松香均为工业级。D211-2水浴锅;JJ-1型电动搅拌器;XWW-20电子万能试验机。 1．2环氧树脂和松香改性的TDI水性聚氨酯胶粘剂的合成 将一定量的PCL220N、TDI-80加入三口烧瓶中，在75～85℃反应到一定程度后，加入一定量的扩链剂BDO进行扩链约1．5h，再降温至70℃左右，加DMPA(或E-44、TMP和DMPA)，继续反应约4h至—NCO含量达到预定值后加入松香，搅拌均匀，然后冷却至40℃，在高速搅拌下加入三乙胺水溶液中和、乳化，即得产品环氧树脂和松香改性的TDI水性聚氨酯胶粘剂。 1．3力学性能的测试 材料的力学性能常用其拉伸强度来衡量。拉伸强度(TS)的测定:采用电子万能试验机，将样品制成哑铃状(样品的有效长度t为20mm，厚度为0．5mm，宽度W为10mm)，在常温，拉伸速率为100mm/min条件下进行测定。其TS按下式计算［6-8］:TS=Fm/WT式中TS———拉伸强度，MPa;Fm———记录的最大力，N;W———裁刀狭小平行部分宽度，mm;T———试验长度部分的厚度，mm。 2结果与讨论 2．1环氧树脂用量对改性TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响 当不含松香和三羟甲基丙烷(TMP)时，不同环氧树脂用量对改性TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响见图1。由图1可知，环氧树脂的引入增加了水性聚氨酯的韧性，表现为软而韧的特性。随环氧树脂含量的增加，拉伸强度均先增加，后降低，当环氧树脂用量为5．73%时，改性TDI水性聚氨酯胶粘剂的拉伸强度达到最大，为1．94MPa。这是由于随着环氧树脂用量的增加，环氧树脂(E-44)中的环氧基和羟基通过反应将交联点引入聚氨酯主链，提高了聚氨酯的交联密度，同时聚氨酯分子链上苯环的数量也增加，从而使得改性TDI水性聚氨酯胶粘剂的拉伸强度增加;但是环氧树脂含量增大到一定程度后，再继续增大环氧树脂含量时，使聚氨酯的交联密度提高，而亲水性基团的数量不变，这样就降低了聚氨酯分子的亲水性，从而使分散颗粒变大，乳液稳定性下降，使得改性TDI水性聚氨酯胶粘剂的力学性能亦变差［6-7］。 2．2松香用量对改性TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响 保持环氧树脂(E-44)含量为5．73%，改变松香的用量进行实验，其中松香用量对改性TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响见图2。由图2可知，随松香含量的增加，其拉伸强度先增加，后降低。这是由于松香与聚氨酯有良好的相容性，可增加胶粘剂的塑性。当体系中松香含量较低时，松香所起的稳定作用超过其增塑作用，造成胶膜的拉伸强度有稍许上升，当松香含量增加到8.92%时，改性TDI水性聚氨酯胶粘剂的拉伸强度达到最大，为2．38MPa;但是再继续增加松香含量时，松香所起的增塑作用远大于稳定作用，从而造成拉伸强度快速下降［8］。 2．3三羟甲基丙烷(TMP)用量对改性TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响 当环氧树脂含量为5．73%，松香含量为8．92%时，不同TMP用量时对TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响见图3。由图3可知，随三羟甲基丙烷(TMP)含量的增加，拉伸强度先增加，后降低。这是由于TMP虽然不利于聚氨酯的结晶，但能显著提高聚氨酯分子链的交联度。随TMP用量的增加，预聚体的内交联度增加，从而使得胶膜的拉伸强度较高，当TMP用量为2．68%时，产品的拉伸强度达到最大，为3．43MPa，同时曲线有一个明显的屈服点;而当TMP用量超过2．68%时，由于交联度太大，预聚物难以乳化，不能形成稳定的乳液［9］。 2．4n(—NCO)/n(—OH)比值对改性TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响 当环氧树脂含量为5．73%，松香含量为8.92%，三羟甲基丙烷含量为2．68%时，不同n(—NCO)/n(—OH)比值对改性TDI水性聚氨酯胶粘剂力学性能的影响见图4。由图4可知，随n(—NCO)/n(—OH)比值的增加，拉伸强度先增加，主要是由于随着n(—NCO)/n(—OH)比值的增大，分子链中含有氨基甲酸酯基、芳基、脲基等刚性基团增加［10-12］，当n(—NCO)/n(—OH)=1．23时，产品的拉伸强度达到最大为4.72MPa，当n(—NCO)/n(—OH)比值大于1．23后，产品的拉伸强度随着n(—NCO)/n(—OH)比值的增大而降低。 3结论 本实验合成了环氧树脂和松香改性的TDI水性聚氨酯胶粘剂，主要对其力学性能做了简单的研究，结果表明，环氧树脂、松香、TMP含量以及n(—NCO)/n(—OH)比值对环氧树脂和松香改性的TDI水性聚氨酯胶粘剂的力学性能影响较大。当环氧树脂含量为5．73%，松香含量为8．92%，三羟甲基丙烷含量为2．68%，n(—NCO)/n(—OH)比值为1.23时，TDI水性聚氨酯胶粘剂的拉伸强度达到最大值为4．72MPa。 作者：王孝华 李传强 汤琪 牟元华 单位：重庆交通大学 力学性能论文:材料力学性能课程改革思考 1建构主义理论及学生特点 1.1建构主义理论 建构主义理论创始人著名心理学家皮亚杰认为，学生是教学关系中的主体，教学应以学生为中心，教师应引导学生积极主动的探索、发现和对知识意义的主动构建[1]。皮亚杰认为，教师是学生学习的促进者，学生的学习是积极主动且不断地建构认知和知识结构的过程。建构主义理论认为学习是学生在原有经验的基础上主动进行意义建构的过程，这种过程要在实践中或者在学生与环境的相互作用中通过新旧知识间反复的相互作用而建构成的。在教学中教师不能把对知识的理解传递给学生，而是从学生原有的知识经验出发，引导学生从原有的知识经验中生长出新的知识经验，即教学的关键是向学生展示这些结论是如何得到的[2]。 1.2分析学生特点 现在的本科生自幼开始接受传统的以教师为主体的“填鸭式”教学，基本未接受过“启发式”教学等新的教学方法。他们在经过严格的应试教育和惨烈的高考竞争后进入大学，逐渐放松了紧绷的神经，普遍失去了奋斗的目标并且对学习渐渐放松。学生的状态大体分为三类[3]：(1)少数同学有长期的规划和学习目标，能够自觉努力地学习。(2)多数同学比较茫然，没有规划也没有努力的方向，随波逐流，学习上敷衍了事。(3)极少数同学彻底放松，对学习和未来前途都漠不关心，认为到了大学就应该轻松自在地享受生活，花费大量时间和精力去玩游戏或者谈恋爱，对学习完全是应付甚至厌学情绪严重，即使不能毕业也毫不担忧。离开了家长的呵护和老师的督促，多数学生不能合理的安排自己的学习和生活，更不能保证学习态度和学习热情。习惯了接受教师“消化”加工好的知识和方法，学生在大学的学习过程中对知识的归纳、总结能力以及在旧知识的基础上生长新知识点的建构能力和知识的迁移能力比较差。鉴于学生学习能力、学习状态和学习目标大不相同，本课程在讲授过程中，务必不能采用传统的灌输式教学，应该积极探讨新的适合本课程的教学方法和手段。 2改革教学方法及评价考核 2.1树立新的教学观 现代教育学倡导“以教师为主导，以学生为主体”的新型教育观，对大学教育也同样适用。在教学过程中，如何把以教师为主导的“教”与以学生为主体的“学”有效结合起来；老师如何能够引导学生在已掌握的知识和已有的生活经验的基础上构建起新的知识增长点；结合本门课的特点和学生特点，怎样能够更有效的引导学生学习本课等问题都需要教师深刻思考。 2.2采用多种教学方法 本课程工程应用性较强，单纯的讲授知识点，会增加学生理解的难度。多媒体课件的制作尤其重要，大量图片、动画的运用，能够对视觉、听觉形成有效冲击，有助于学生将枯燥的知识形象化。在讲解本门课程时，应较多的结合生活实际和工程实际，采用“举例法、对比法”等教学方法，引导学生构建新的知识要点。例如在讲解脆性的章节时，可以列举二战期间，美军8艘自由轮因脆性断裂问题失事等历史事件，形象具体的描述脆性的产生原因及危害，给学生直观的印象。根据各部分的教学目标和教学内容，精心设定题目请同学来回答，也可以布置作业来引导学生完成，从而考查学生对知识的掌握程度。在这个步骤上可以“因材施教”，即对于学习目标明确、学习能力突出的学生，给他们的题目或作业可以适当拔高，难度或深度更加突出；对于多数同学来说，采用数量、难度普通的题目；对于厌学或者对学习漠不关心的学生来说，即要努力培养其学习积极性，又要严格作业的规范，明确告之不能完成作业就会影响期末成绩的考核规定。由于《材料力学性能》涵盖的概念较多，也可在进行了一定的教学内容后总结各知识点，有利于学生深入理解。 2.3改革评价考核 对学生的评价考核，既要体现学生的学习能力的差别，又要体现其学习态度及平时表现的差别。这样的评价考核要求仅凭期末一张试卷是不能完成的。对学习态度端正、学习目标明确、学习能力突出的同学，考核成绩应对其有所肯定；对于学习目标不明确、随大流的学生，在调动其学习积极性的同时，应有平时表现的约束，督促其保持学习习惯；对于完全没有学习目标的同学，在培养其学习兴趣、督促其平时表现的同时，教师要经常找其谈心，帮助他们培养学习习惯。笔者根据多年教授《材料力学性能》课程的经验，建议期末试卷中增加附加题，得分以附加题目分值的40%计入总分；增加平时表现分数，建议占总分30%比例，70%比例为卷面成绩。增加平时出勤率的检查，该门课教学时长内累计旷课次数达5次及以上的同学，建议取消考试资格，重修后再参加考试。这些措施对优秀学生有鼓励作用，并且能督促学生出勤、端正其学习态度。 3优化教学内容 很多版本的《材料力学性能》教材是基于金属材料板块编写的，已经不再适应材料一级学科的教学要求，优化教学内容需要对三方面进行改革。 3.1修订教学大纲 复合材料是一种较为新兴的材料，与金属材料和无机非金属材料息息相关。随着复合材料的进一步发展，它与高分子材料的关系也会越来越密切。修订复合材料专业教学大纲，既要满足兼顾复合材料、金属材料、无机非金属材料和高分子材料的共性要求，又要满足以介绍金属材料和复合材料特性为主、以介绍无机非金属材料和高分子材料特性为辅的教学要求，且需要将各类材料有机的协调起来并融合到各个章节中去。在学习本门课程之前，学生应该学习了《材料科学基础》《材料力学》和《工程力学》，对于已学知识可以略讲或不讲，达到节约课时的目的。 3.2编写适合本专业的《材料力学性能》教材 《材料力学性能》所包含的概念公式较多，公式推导步骤也很繁琐。在编写教材的时候，既要注意到本课程与其他课程的联系，又要减少公式的推导步骤。太多的公式推导不利于学生对知识点的理解，不必要求学生掌握公示的推导过程。编写适合本专业的教材，难点是如何体现知识点的实际应用。例如讲授冷脆性时，可结合《金属材料与热处理》中钢的常存元素为开篇导语，复习五种常存元素对力学性能的影响。另外，还可以配图且采用小号字做知识延伸，将与材料力学性能有关的著名历史事件和日常生活的事例与本课程结合起来。例如泰坦尼克号的沉没，就是由于当时冶炼技术落后，钢板中的硫元素过多从而造成材料具有较高的冷脆性，在船体撞击冰山后导致了船体破碎、快速沉没等内容。这些看似不重要的知识延伸能都够直白的展现各知识点的工程背景，使知识不再抽象，调动了学生的学习积极性。 3.3整合实验课程内容 现行教材中涉及材料力学性能的实验总共三个，“拉压实验”、扭转实验和弯曲实验。这样的实验安排容易使学生将材料的各种性能割裂开来，认为各种力学性能的检测方法是彼此独立的[4]。虽然各种力学性能检测方法的适用范围、操作方法不同，但可以起到相互补充的作用。只有将不同的测试方法有机的结合起来，才能更好地理解材料力学性能。所以，该课程将三个实验合并为“材料性能综合实验”，安排在整体课程之后。此外，精心设计实验过程，合理安排实验报告的知识点等，都有助于调动学生实验课的积极性，从而形象直观的理解《材料力学性能》。 4结语 《材料力学性能》课程改革进行了多年，收效甚微。深化该课程的教学改革，不能仅停留在某一方面。探讨行之有效的教学方法，就要全面分析现在学生特点、结合现代教育理论、结合现代教学手段并对课程内容和教学大纲进行相应的调整。经过两年的探讨和教改尝试，复合材料专业《材料力学性能》的课改已经取得显著的成效，学生的学习积极性和对知识的掌握程度都有明显提高。在后续的教学过程中，我们将对新发现的问题继续进行改革，并以此课程为试点，逐渐推广并形成一套成熟完善的教学体系。 作者：张振亚 陈刚 杨睿 赵玉涛 单位：江苏大学材料学院 力学性能论文:TIG焊焊接接头的组织与力学性能 铝及铝合金材料具有密度低、强度高、导热性好、断裂韧性高等优点［1］，已经广泛应用于航空航天和交通运输等行业．近年来，中国飞速发展的飞机和高铁制造行业，对性能优良铝合金材料的需求越来越大．AlCuMg硬铝合金是一种室温性能优良的高强铝合金，但因其焊接性能不佳，从而限制了其在工程中的应用．搅拌摩擦焊［2－4］和激光焊［5－6］的出现在较大程度上改善了AlCuMg硬铝合金的焊接质量问题．然而，这两种焊接方法的设备成本都很高，在发展中国家难以得到普及．因此，传统的交流TIG焊焊接方法依然具有较高的研究价值．已有研究［7－10］表明，AlCuMg硬铝合金TIG焊焊接接头主要存在焊接热裂纹、焊接接头软化、气孔和焊接变形等缺陷．本文采用典型的AlCuMg硬铝合金（2A12）进行了焊接实验．文献［7］表明，焊接硬铝合金2A12时主要采用抗裂性较好的ER4145、ER4043或BJ380A焊丝．其中，ER4145（Al10Si4Cu）焊丝的抗热裂能力很强，但焊丝及焊缝的延性很差．ER4043（Al5SiTi）焊丝的抗热裂能力较强，形成的焊缝金属的延性也较好．当ER4043焊丝用于钨极氩弧焊时，能有效防止焊缝金属产生结晶裂纹，但该焊丝抑制近缝区母材产生液化裂纹的能力较差．BJ380A（Al5Si2CuTiB）焊丝的主要成分与ER4043（Al5SiTi）焊丝基本相同，而且添加了较多的Cu元素及适量的B元素，因此，BJ380A焊丝能很好地防止焊缝的结晶裂纹以及近缝区液化裂纹的产生，但该焊丝在市场上的销量非常小，很难购买到合格的产品．综合比较后，本文选用了容易购买的ER4043焊丝．选用ER4043焊丝的另一个优点是在焊接过程中，母材中的部分Cu、Mg等合金元素可以过渡到焊缝中，使焊缝金属产生微合金化．已有研究［11］表明，微合金化能够增加由ER4043焊丝焊接得到的焊接接头的强度和塑性．本文将热影响区中的软化区域称为“过时效区”，而将热影响区中的硬化区域称为“固溶区”． 1实验材料及方法 实验母材为2A12硬铝合金，且其热处理状态为T4态，即经过了固溶（495～505℃）＋自然时效处理．试板尺寸为150mm×60mm×4mm．实验采用ER4043焊丝，且其直径为12mm．母材与焊材的化学成分如表1所示．由于焊丝中Si元素的含量较高，可以有效地抑制焊接热裂纹的产生．采用自动送丝机构和自动行走机构配合交流TIG焊接电源进行焊接实验．在焊接过程中，利用琴键式卡具强制固定试板．焊前对母材坡口周围进行机械清理，同时注意保持焊丝的洁净．试板的坡口角度为60°，在焊接过程中需要使用引弧板和收弧板，且试板背面需加散热铜垫板．实验中采用单面单层焊接工艺．其中，焊接电流为140A；焊接电压为17V；焊接速度为15cm／min；送丝速度为250cm／min；钨极直径为32mm．焊缝正反面成型照片如图1所示．可见，由ER4043焊丝焊接得到的焊接接头成型良好．在外观检查合格后，再对焊接接头进行拉伸、硬度与金相试样的制备．金相腐蚀剂采用Keller试剂（1mLHF＋15mLHCl＋25mLHNO3＋95mLH2O）． 2实验结果与分析 2．1硬度曲线 采用维氏硬度计测量焊接接头的硬度曲线，由于焊接接头具有对称性，实验中只测量了焊接接头一侧的硬度值，结果如图2所示．由图2可见，焊接接头的硬度曲线中存在两个低点，一个位于热影响区的过时效区，另一个位于焊缝区．处于热影响区的固溶区的硬度值得到了提高，且几乎与母材的硬度水平相近，且固溶区与母材的硬度均约为140HV．近缝区的硬度值朝着熔合线方向呈现出较为剧烈的下降趋势，且近缝区的硬度从120HV下降到了90HV左右．熔合线区的硬度约为95HV．焊缝中心的硬度约为90HV，故该区硬度约为母材硬度的65％．处于热影响区的过时效区硬度约为120HV，且该区硬度约为母材硬度的86％． 2．2显微组织 图3为焊接接头各区域的显微组织．图3a为焊接接头的母材的显微组织．可见，该区域晶粒大小均匀，变形程度一致，并沿轧制方向有序排列．母材基体上散落分布着一些较大的黑色颗粒，这些黑色颗粒主要为固溶时未溶入母材的粗大S相（Al2CuMg）和杂质．图3b为位于热影响区中的固溶区的显微组织．可见，经腐蚀后该区域的金相图片发黑，且粗大黑色颗粒略微长大．造成固溶区金相图片发黑的原因是在焊接过程中，由于该区域温度高于人工时效温度，但是低于母材固溶温度，基体中的Cu原子发生聚集，使得过渡相（S′相）转变为粗大的S相，即出现过时效现象．这些弥散分布在基体中的S相被腐蚀剂腐蚀后会变黑，因此，固溶区的金相图片也同样发黑．另外，S相生成的同时基体也会变软，因而在金相试件的制备过程中很容易产生划痕．图3c为位于热影响区的固溶区的显微组织．可见，该区域晶粒变形程度低于母材，但依然沿着轧制方向有序排列．该区域基体中散落分布的粗大颗粒进一步长大并发生聚集．在焊接过程中，固溶区温度达到了母材的固溶温度，但是低于母材的固相线温度，因而平衡相（S相）重新溶入基体，并在冷却后形成了过饱和固溶体．随后在焊后自然时效过程中析出S′相．经过上述过程，该区域相当于经历了一次固溶处理，强度能够得到恢复，因此，该区域称为固溶区．图3d为近缝区的显微组织．可见，该区域晶粒呈等轴状，并未出现明显长大的晶粒．该区域发生了明显的晶界液化现象，散落分布的黑色颗粒已经全部溶入基体中．在焊接过程中，该区域温度达到了母材的固相线温度，因而可使母材中的低熔点共晶体和散落分布的粗大颗粒相发生熔化，而熔化后的低熔点共晶体会聚集到晶界，形成了粗大共晶体，从而降低了基体中合金元素的含量．越靠近焊缝，基体承受的温度越高，晶界形成的低熔点共晶体也就越多，基体中的合金元素含量也就越低，基体强度也就越低，因此，在硬度曲线上表现出硬度急剧下降的趋势．同时，虽然近缝区温度达到了母材的固相线温度，但是由于母材中由各种合金元素形成的弥散分布的细小强化相颗粒较多，限制了晶界的大范围移动，因而晶界只能进行平直化运动，因此，晶粒并未大幅度长大，只是形成了正常大小的圆润等轴晶．图3e为靠近熔合线的焊缝组织．可见，此区域为柱状组织，形成原因是在结晶过程中，该区域的温度梯度很大，晶粒平行于温度梯度方向的生长速度较快，而垂直于温度梯度方向的生长速度较慢，因此，最终形成了朝焊缝中心生长的柱状晶．图3f为焊缝中心的显微组织，该区域呈现出明显的枝晶组织，晶界处出现了大量低熔点共晶体聚集的现象．由于焊丝中的Si含量很高，在焊缝金属结晶凝固的过程中，Si元素和从母材中过渡而来的Cu、Mg等合金元素将会被排挤到晶界，因而在晶界形成大量的低熔点共晶体．这些低熔点共晶体一方面能够改善焊接接头的抗结晶裂纹能力，但另一方面也会降低焊接接头的塑性． 2．3TEM分析 图4为处于热影响区的固溶区的透射电子显微（TEM）图像．由图4可以观察到大量均匀分布的S′相，这些S′相是在固溶后的自然时效阶段形成的，可以对基体起到有效的强化作用．固溶区的脱溶序列可以表示为GP区—S″—S′—S（Al2CuMg）固溶区在受到焊接热循环作用后，基体中的平衡相（S相）会发生溶解，而分解出来的Cu、Mg原子将会重新固溶到基体中形成过饱和固溶体．随着温度的下降，过饱和固溶体中的Cu、Mg原子将会发生聚集，依次形成GP区、S″相和S′相．S′相为非平衡组织，是基体快速冷却后形成的可以在室温下长期存在的强化相，且与基体存在部分共格关系，因此，S′相能够产生较大的畸变能，并起到应变强化、弥散强化和化学强化的作用．S′相不但可以提高焊接接头的强度，而且也能提高其塑性，故S′相的强化效果最为理想．但是S′相在受热时容易聚集转变成S相，S相的尺寸较为粗大，与基体无共格结合，故其强化效果大大降低．这就是处于热影响区的过时效区硬度低于母材和固溶区的原因． 2．4拉伸实验 焊接接头的拉伸实验结果如表2所示．在拉伸实验中，拉伸试件大多断裂于焊缝中心区域．由表2可见，焊接接头的平均抗拉强度约为270MPa，为母材平均抗拉强度的60％．焊接接头的断后伸长率为65％，为母材的断后伸长率为176％．因此，焊接接头的平均抗拉强度和断后伸长率均大幅度低于母材． 2．5SEM与EDS分析 对近缝区和焊缝区的低熔点共晶体进行扫描电子显微（SEM）观察和能谱（EDS）分析，结果分别如图5和表3所示．图5a为近缝区晶界共晶体的SEM图像，可见亮灰色共晶体沿着晶界断续分布（如图5a中A区所示）．结合能谱分析结果可知，该区域Cu元素的含量高达2671％，导致基体强度会由于Cu元素含量的急剧降低而随之降低．同时，存在于近缝区晶界的大量低熔点共晶体也会增加近缝区的液化裂纹敏感性．图5b～d为焊缝组织中具有不同形貌的低熔点共晶体的SEM图像．结合表5中的EDS数据可知，由于这些共晶体的Cu、Mg和Si元素含量各不相同，因此，这些共晶体应该是由不同成分的组元构成的低熔点共晶体．由图5b～d可见，焊缝组织存在大量的低熔点共晶体．在这些共晶体的共同作用下，焊缝金属在结晶过程中具有“愈合”作用，能很好地抑制结晶裂纹现象，但其塑性变形能力较差．这是因为在焊缝凝固后期，如果晶界处存在的低熔点共晶体较少，则容易被焊接拉应力拉开形成裂纹；如果晶界存在较多的低熔点共晶体，则被拉开的晶界可以及时得到足够的液体（低熔点共晶体）来补充，即起到“愈合”作用． 3结论 AlCuMg硬铝合金焊接接头的组织和性能变化较为复杂，焊接接头的各个区域均具有各自鲜明的特点，且AlCuMg硬铝合金焊接接头的焊接性能较差．本文选用ER4043焊丝对AlCuMg硬铝合金进行焊接，并研究了所得焊接接头的组织与性能．通过以上实验分析，可以得出如下结论：1）在焊接接头的过时效区，由于S′相转变为强化效果较差的S相，因此，该区域硬度值大幅度下降．2）焊后焊接接头的固溶区强度可以自行恢复，且在该区域能够观察到大量的S′强化相．3）近缝区晶界存在大量富含Cu元素的低熔点共晶体聚集现象，造成基体中合金元素的含量下降，并对基体硬度产生了明显的影响．4）利用ER4043焊丝焊接得到的焊缝组织存在大量的低熔点共晶体，这些低熔点共晶体在结晶过程中可以产生“愈合”作用，能够有效地抑制结晶裂纹，但同时也会降低焊缝的塑性． 作者：刘政军 刘继国 苏允海 单位：沈阳工业大学 材料科学与工程学院 力学性能论文:等通道角挤压力学性能研究 1实验材料和实验方法 1.1材料的制备 实验材料以铸造高纯铝(纯度为99.99%)作为实验对象。将材料加工为尺寸为15mm×15mm×90mm的长方体试样。将试样放入等通道角挤压模具中，采用石墨润滑剂，以1mm·s－1的速度，进行多道次的室温ECAP变形。其中ECAP模具通道的内角φ=90°，外角Ψ=20°。采用Bc路径反复挤压1～8道次。采用C路径反复挤压1～4道次。Bc路径是指前一次挤出的试样按同一方向旋转90°后进入下一次挤压。C路径是指前一次挤出的试样按同一方向旋转180°后进入下一次挤压。 1.2拉伸试验 对高纯铝多道次等通道角挤压后的试样进行拉伸性能测试，按照GB/T228.1—2010［9］制备拉伸试样，采用200kN型电子万能试验机进行拉伸试验。 1.3硬度实验 金属材料的硬度是其力学性能的主要参考之一，试样的晶粒越细，硬度越高，所以通过硬度值也可以反映出材料晶粒的尺寸变化。切取硬度试样，采用FM－700数字显微硬度计，对挤压后的试样进行显微硬度测试。 1.4热稳定性实验 为检测高纯铝经过ECAP实验后的热稳定性，设计两组实验:第1组将1～4道次的试样进行加热到100℃保温1h的退火实验;第2组将1～4道次的试样进行加热到200℃保温1h的退火实验，对退火后的试样进行拉伸试验和维氏硬度实验。 2实验结果与分析 2.1抗拉强度和伸长率分析 高纯铝经过ECAP实验后的拉伸力学性能见表1。可见高纯铝的抗拉强度在经过挤压后有了明显的提高，抗拉强度从第1道次到第3道次不断提高，升高趋势相似，在第3道次达到最大值为108MPa。在第4道次时抗拉强度出现下降趋势，如图1所示。这应该是由于第1次变形后高纯铝晶体内部晶粒减小且产生大量位错，使抗拉强度大幅度提高，随着应变量增加，抗拉强度不断提高。到挤压至第4道次时，位错被堆积和湮灭，位错数量有所下降，且保持稳定，进而出现动态回复和动态再结晶使强度下降［9］。在5道次挤压后，抗拉强度比前一道次略有提升，但随后几道次的抗拉强度还是呈下降趋势，在第6道次达到最低，为81MPa。高纯铝经过ECAP挤压变形后的伸长率在经过第1道次的挤压后明显下降，随着挤压道次的增加，试样的伸长率略有提升，但总体呈下降趋势并逐渐趋于稳定。这是因为经过第1道次挤压后高纯铝内部产生大量内应力，导致伸长率下降。 2.2硬度分析 经过Bc路径ECAP第4道次的挤压后高纯铝的硬度从最初的43.38HV提高到59.8HV，提高了37.8%。同样，C路径ECAP挤压至第4道次后，硬度也达到了54.6HV，提高了25.8%。可见从1道次至4道次晶粒在不断地细化。从图2看出，对比Bc路径和C路径可以发现在第3和第4道次挤压后，Bc路径挤压得到的硬度比C路径挤压后的硬度高。Bc路径在第2到3道次之间硬度剧烈提高，相比C路径硬度则均匀升高。 2.3热稳定性分析 高纯铝热稳定性的检测是通过对加热处理过的高纯铝进行拉伸试验和硬度测试。图3和图4分别是Bc路径和C路径制得的高纯铝退火后硬度，从图中可以得出，经过加热到100和200℃进行退火后，试样的硬度明显下降。对比可以发现，经Bc路径挤压的试样退火后，第3和第4道次比前两道次硬度下降的幅度大。而C路径则是第2和第4道次的硬度下降幅度大，而其他两道次退火后硬度下降较小。对比加热温度可以发现，加热到100和200℃后退火，对退火后的硬度没有太大的影响。图5是挤压过第5道次至第8道次的高纯铝试样，从图5中可以看到:高纯铝在经过较高道次的ECAP挤压后，试样经过200℃退火后，其抗拉强度下降;试样经过100℃退火后，抗拉强度在第6和第7道次均高于未经热处理的挤压试样。对比100和200℃退火，试样经200℃退火后的抗拉强度明显下降，下降幅度比100℃退火后大很多。可见退火温度不同对抗拉强度的影响不同。 3结论 (1)高纯铝在ECAP第3道次后抗拉强度达到最大值为108MPa，伸长率在第1道次后剧烈下降，由44%下降至18.3%，随后抗拉强度下降，随挤压次数增加趋于稳定。(2)高纯铝的硬度随着挤压道次的增加不断上升，到4道次后，Bc路径高纯铝硬度为59.8HV，C路径高纯铝硬度为54.6HV。(3)退火后高纯铝的的硬度和抗拉强度都有所下降，不同的退火温度对退火后硬度的影响几乎相同，而对抗拉强度的影响差别较大。 作者：高松松 王进 单位：青岛理工大学 力学性能论文:酚醛树脂炭力学性能研究 1实验方法 1．1原材料 ①多聚甲醛，分析纯，天津福晨化学试剂厂生产；②苯酚，分析纯，天津博迪化工有限公司生产；③氨水，分析纯，天津福晨化学试剂厂生产。 1．2热固性酚醛树脂的制备 根据反应中引入催化剂的不同，酚醛树脂可分为酸催化合成的热塑性树脂和碱催化合成的热固性树脂。其中，热固性酚醛树脂具有不溶不熔的特性。本文将使用热固性酚醛树脂为树脂炭材料的前驱体，具体的合成工艺如下：将多聚甲醛与苯酚按照1∶1．3的摩尔比混合后，加入到三口烧瓶中；将三口烧瓶置于水浴炉中加热至65～95℃，同时加入少量NH3·H2O，保持反应过程中体系的pH值在7．5～9．5；搅拌反应一段时间后得到粘稠状液体，即为热固性酚醛树脂。 1．3酚醛树脂炭的制备 将合成的热固性酚醛树脂模压固化（即树脂注入模具中，160℃固化48h以上脱模），再置于电阻炉中，在氮气保护下进行炭化处理（炭化温度为850～900℃），得到酚醛树脂炭材料。 1．4酚醛树脂炭结构与性能的表征 采用NETZSCHSTA409型热重分析仪表征酚醛树脂炭的前驱体———酚醛树脂在N2气氛下的热失重行为。采用JSM6700型场发射扫描电镜观察酚醛树脂炭的微观形貌。采用RenishawInVia拉曼光谱仪分析酚醛树脂炭的元素杂化态。采用CMT－5304电子万能试验机测定酚醛树脂炭的压缩强度。加载速率为0．5mm／min，试样尺寸为10×10mm3。并通过试样的压缩应力－应变曲线，分析试样的断裂失效机制。 2力学性能分析 2．1酚醛树脂炭的微观结构 高聚物材料的热分解温度定义为失重10wt．％所对应的温度［11］。固化后的酚醛树脂在N2气氛中的热失重曲线，酚醛树脂的热分解温度为239℃，失重5wt．％时的温度为211℃，至850℃时的残炭率为50．7％；酚醛树脂在237和543℃附近的两个阶段发生明显的失重现象；600℃后，酚醛树脂进行结构重排，有机芳环结构逐渐向无机结构演变。第一阶段的失重是因为固化反应过程中残余的低分子物质挥发及分子间的交联缩合而引起的；第二阶段的失重则是因为自由基裂解、大量分子链断裂、脱氢等非均相分解所致，该过程分解出CO、CO2、CH4等气体，同时释放大量的热量。在1348cm－1附近出现代表sp3杂化的无序乱层炭结构的D峰，而在1589cm－1附近出现代表sp2杂化的取向度较好的微晶石墨炭结构的G峰。根据D峰与G峰的强度比值判断材料中炭结构的类型。使用Origin8．0软件计算两峰的积分面积，得到ID／IG＝2．15，大于1，表明酚醛树脂炭主要以非晶炭结构为主。从图2（b）可以看出，酚醛树脂炭主要由树脂炭基体、微孔和微裂纹组成。酚醛树脂在固化和炭化热处理过程中出现小分子逃逸，因而在炭基体中留下大量微孔，微孔的孔径为3～8μm。在炭化过程中酚醛树脂内部产生较大的热应力，在热处理结束后未得到完全释放，残余应力留在树脂炭基体中，从而形成一些宽度为1～2μm的微裂纹。 2．2酚醛树脂炭的压缩性能 酚醛树脂炭典型的压缩应力－应变曲线酚醛树脂炭的压缩强度为8．58MPa，酚醛树脂炭的压缩过程主要为弹性变形区，无屈服平台区。弹性变形区主要受静应力影响，反映了炭泡沫泡孔结构的强度特性，而屈服平台区主要反映了微孔孔隙结构被压垮的过程［3］。酚醛树脂炭的压缩应变较小，当应变达到4％左右，材料突然失效，曲线无屈服平台区，压缩断裂过程呈脆性断裂模式；应力－应变曲线出现一些“台阶”（图中箭头所示区域），表明在受压过程中，裂纹在材料内部发生多次偏转。由此可推测酚醛树脂炭的断裂过程（如图4所示）：酚醛树脂在固化过程中残存一定的内应力，其在炭化阶段未得到完全释放，并在材料内部形成一定数目的微裂纹；这些微裂纹在受压过程中不断扩展－连通，形成更大的裂纹；当大裂纹在其生长方向上遇到基体相中的微孔，发生裂纹偏转和裂纹弯曲效应，并吸收少量裂纹扩展能。由于树脂炭基体的脆性较大，微孔的出现不足以吸收足够的裂纹扩展功，难以阻挡裂纹进一步扩展。随着载荷的不断增大，材料内部的大量长裂纹迅速扩展－连通，致使其发生脆性断裂，同时在应力－应变曲线上出现明显的瞬间应力衰减现象。通常情况下，吸收的总能量越低，材料的韧性越差。由图3可计算出酚醛树脂炭在压缩过程中吸收的总能量为0．135MJ／m3。而多孔树脂基炭泡沫断裂韧性最差的试样，其吸收的总能量为0．3018MJ／m3［3］。与该研究结果相比，树脂炭在压缩过程中吸收的总能量降低了55．3％以上。平台区是吸收能量的主要阶段，而树脂炭的压缩断裂呈现脆性断裂模式，其压缩变形主要以弹性变形区为主，因此在断裂过程中吸收的总能量较低，断裂韧性较差。 3结论 （1）采用碱催化法合成的热固性酚醛树脂，其热分解温度为211℃；酚醛树脂经固化－高温炭化热处理形成了以非晶炭为主，含有树脂炭基体、微孔和微裂纹的酚醛树脂炭材料。（2）酚醛树脂炭的压缩强度为8．58MPa，应变较小，仅为4％左右；压缩应力－应变曲线以弹性变形区为主，压缩断裂特征为脆性断裂模式。（3）酚醛树脂炭的断裂韧性较差，由于压缩应力－应变曲线无屈服平台区，压缩断裂过程中吸收的总能量较小，仅为0．135MJ／m3。 作者：赵毓梅 单位：西北工业大学 力学性能论文:980钢组织与力学性能探究 1试验材料和方法 试样采用980钢试样，尺寸为150mm×50mm×20mm，共制作4个试样，打钢印进行标记。试验使用炉膛为260mm×160mm×100mm的实验室箱式炉。热处理工艺为调质，即860℃×0．5h水冷10s转油冷至室温+620℃×1h回火，开炉门冷却至室温，工艺曲线如图1所示。对1号试样不进行调质，对2号试样进行一次调质，3号试样进行两次调质，4号试样进行三次调质，每次调质工艺相同。试样经打磨、抛光、4%硝酸酒精侵蚀后，于高倍金相电子显微镜下观察显微组织。按照GB/T228．1—2010《拉伸试验第一部分:室温试验方法》进行试样制作和拉伸试验;按照GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行试样制作和低温冲击试验。 2试验结果与讨论 2．1调质次数对力学性能的影响 980钢经过不同次数调质后的力学性能如表1及图2所示。结果表明，980钢经过第一次调质后，强度显著提高，但低温冲击吸收能量无明显提高。980钢经过第二次调质，强度与第一次调质相比无明显变化，低温冲击吸收能量显著提高。980钢经过第三次调质，强度与第一次调质相比无明显变化，低温冲击吸收能量略有降低。 2．2调质次数对显微组织的影响 为不同次数调质态980钢的显微照片。可以看出，980钢未进行调质时，组织为铁素体，晶粒度级别为7．0级，进行第一次调质后，组织为回火索氏体和残留奥氏体，晶粒度级别为7．5级，存在颗粒状碳化物。经过第二次调质，残留奥氏体基本消失，为回火索氏体，晶粒度级别提高到8．0级，存在少量颗粒状碳化物。当进行第三次调质时，组织为回火索氏体和粒状珠光体，晶粒度级别为8．0级。回火索氏体是铁素体与粒状渗碳体的混合物。回火索氏体使钢的脆性降低，冲击性能提高［3］。析出的细小颗粒状碳化物，作为第二相质点，可以阻碍晶界的迁移长大，所以，随着调质次数增加，晶粒细化。此外，淬火的冷却过程存在形核和核心长大的过程。淬火冷却时间受到控制，新的晶粒没有长大到原始晶粒尺寸时，重新进行加热后冷却，再一次进行形核和核心长大，在原始晶粒中形成多个细小的晶粒，晶粒得到细化。钢的冲击韧性与晶粒大小有关［4］，韧脆转变温度T与晶粒直径d的关系可用公式T=K－lnd－1/3描述，因此，细化晶粒可以提高钢的冲击性能。从屈服和抗拉强度来看，经过第二次调质，980钢的屈服强度和抗拉强度明显提高，这可能与晶粒得到细化有直接关系。塑性变形过程中，由外加切应力直接引起滑移的晶粒只占少数，多数晶粒的塑性变形是由前面晶粒中的位错塞积群的应力集中所引起的，只有所有晶粒都进行了塑性变形，才会引起塑性变形的宏观效果，它的作用效果与晶粒尺寸有关。可见，通过细化晶粒，可以提高屈服强度和抗拉强度。 3结论 1)980钢经过第一次调质，屈服强度和抗拉强度明显提高，低温冲击吸收能量提高不明显，显微组织为回火索氏体和残留奥氏体。经过第二次调质，屈服和抗拉强度无明显变化，低温冲击吸收能量显著提高，显微组织转变为回火索氏体，晶界变得明显，晶粒得到细化。经过第三次调质，屈服强度、抗拉强度无明显变化，低温冲击吸收能量略有降低，显微组织为回火索氏体和粒状珠光体。2)980钢经过两次调质处理后，力学性能显著提高，效果最好。 作者：陈亮 单位：武汉船用机械有限责任公司 力学性能论文:高阻尼橡胶隔震支座力学性能研究 1力学性能试验研究 本实验所用的水平加载设备是美国MTS公司提供的动力液压伺服作动器，此作动器由MTS公司提供的FlexTestGT控制系统控制。同时FlexTestGT控制系统留有外部输入信号的接口，这样拟动力子结构实验中的数值子结构计算程序和DSP中控制程序就能和FlexTestGT控制系统连接进行数据信号交换。实验中使用的动力液压伺服作动器在动力加载时可以达到±1000kN，水平位移的范围是±300mm。竖向力由4个750kN的静力作动器产生，整个竖向加载是自平衡装置，大幅度的减少了设备的自重和加载过程中的摩擦力。本实验的试件为4件性能相同的新型高阻尼橡胶隔震支座，其平面尺寸和橡胶层数都为400mm×400mm×6层，橡胶每层厚度为20mm，橡胶层总厚度为120mm，橡胶的水平剪切弹性模量采用G12(1.2N/mm2)。 1.1试验方案 首先进行顺应变加载实验，实验中支座的竖向荷载为960kN(面荷载6N/mm2)，并在实验中保持恒定。水平方向通过水平动力液压伺服作动器输入正弦激励波，为了研究频率对支座性能的影响，对3件新型高阻尼橡胶隔震支座分别输入频率为0.1Hz、0.3Hz、0.5Hz的正弦波，对于每一频率的正弦波其振幅分别按100%、175%、250%应变的顺序进行改变，每一应变往返进行6次。而每一振幅实验之间将支座静置24h，使其能恢复到弹性状态。其次，为了研究加载经历对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能的影响，对未进行过实验的1件新试件进行逆应变加载实验。实验中竖向荷载还是保持960kN不变，水平方向输入频率为0.5的正弦波，其振幅按250%、175%、100%应变顺序进行改变，每一应变往返进行6次。同样对于每一振幅实验之间将支座静置24h，使其能恢复到弹性状态。 1.2实验结果及分析 顺应变与逆应变实验中得到的新型高阻尼橡胶隔震支座的滞回曲线如图1所示。并且根据每一频率下第2～第6回的滞回曲线按最大位移法计算在不同应变下的等效水平刚度与等效阻尼系数。其等效水平刚度、等效阻尼系数和加载频率、应变的关系如图2、图3所示。从图2中可以看出随着加载频率的增加，等效水平刚度有增加的趋势，大致上频率每增加0.01Hz，其等效水平刚度增加0.042(kN/mm)。但是实验结果等效阻尼系数随着频率的变化几乎没有多大的变化，这说明新型高阻尼橡胶隔震支座的阻尼性能是稳定的，与激励频率的相关性小。同时从图3中可以看出随着应变的增加，等效水平刚度与等效阻尼系数都变小。从逆应变滞回曲线可以看出，当新型高阻尼橡胶隔震支座首先经历了大应变变形后，小应变实验的初始刚度比顺应变实验结果降低了，同时等效水平刚度与等效阻尼系数也发生了变化。根据每一频率下第二回至第六回的滞回曲线按最大位移法计算逆应变实验的等效水平刚度和等效阻尼系数，并与顺应变实验结果进行对比，其结果如图4所示。可以看出，在顺应变实验中100%、175%应变的等效水平刚度比逆应变分别高25%、19%，而250%应变时两者却几乎相同。对于等效阻尼系数，逆应变实验结果均比顺应变的实验结果小，100%、175%、250%应变时分别小了7.3%、0.9%、16.9%。由此可见新型高阻尼橡胶隔震支座的等效水平刚度、等效阻尼系数与加载顺序有很强的相关性。 2隔震性能分析研究 (1)力学模型。在分析中采用了10m高的混凝土桥墩，桥墩基础的平面尺寸6.3m×6.3m，基础高度为2.0m，桥墩的断面尺寸为5.22m×2.4m，高度为9.5m，桥面的重量为714ton.实验的桥墩模型的1次振型为{0.08，0.133，0.991}T，其周期为1.27s，(2)橡胶隔震支座及其地震波。在本次分析使用的是板式橡胶支座NR，新型高阻尼橡胶隔震支座HDR.其平面尺寸都采用方形400mm×400mm，纯橡胶层总厚度为120mm，橡胶的剪切弹性模量为1.2N/mm2。其175%应变时的阻尼比设计值分别为0.04，0.21.采用针对2类场地的地震波L2T1Soil2，其最大加速度峰值为0.22g，地震波的标准输入时间间隔为ΔT=0.01.(3)实验结果及分析。10m高桥墩在L2T1Soil2地震波输入条件下，2种支座的地震反应滞回曲线如图7所示。为了定量的评价其隔震效果，从分析结果中直接得桥墩顶部的最大位移，桥面的最大位移，桥面的最大加速度，同时通过计算求得桥墩底部的最大弯矩，结果如表1所示。分析结果表面新型高阻尼橡胶隔震支座对桥梁有良好的隔震效果。 3结论 本文对新型高阻尼橡胶隔震支座的力学性能与对桥梁的隔震性能进行了实验研究。实验结果表明新型高阻尼橡胶隔震支座是速度相关型支座，加载频率对其等效水平刚度有较大的影响，但对其等效阻尼系数影响不大。通过分析精确的定量地验证了新型高阻尼橡胶支座对桥梁的减隔震效果。 作者：邵丽霞 单位：长安大学 力学性能论文:骨料对混凝土力学性能的影响 1引言 混凝土是以骨料为填料，以硬化水泥浆为基体组成的复合材料。骨料在混凝土中占其体积的70%～80%，是组成混凝土的骨架，骨料的粒径、颗粒形状、级配、弹性模量等均会对混凝土的强度、耐久性和抗渗性等产生重要影响，尤其对混凝土的力学性能影响较大。本文从混凝土宏观力学、断裂力学和细观力学三个方面总结分析骨料对混凝土力学性能的影响，期望为改善混凝土的力学性能和研制出高性能混凝土材料提供参考。 2基于混凝土宏观力学的影响研究 天然骨料粒径、种类和级配等对混凝土抗压、抗拉等性能的影响较大，轻骨料、再生骨料的粒径、替代率等对混凝土力学性能的也有较大影响。成振林等［1］通过实验发现粒径小的粗骨料，在相同浆体条件下，其混凝土抗压强度较低，在非连续级配中，当单粒径增大时，混凝土强度呈递减趋势;在连续级配中，最大粒径占量最多时，混凝土抗压强度最大;随着粗骨料粒径增大，抗压强度增加，粗骨料级配好，混凝土抗压强度较高。徐仁崇等［2］发现在相同水泥用量的情况下，使用大粒径碎石配制的透水混凝土抗压强度较低，但透水系数较高。何锦云等［3］认为小颗粒的骨料存在缺陷的几率小，可降低骨料与水泥石界面的应力差，增加与水泥浆的粘结面积，使粘结强度提高;大颗粒的骨料下沉速度快，造成混凝土内部分布不均匀，影响混凝土的强度，过小的颗粒影响粘结强度。李嘉进等［4］发现混凝土抗拉强度随骨料粒径的增大而降低，骨料最大粒径为150mm试件的抗拉强度，只有骨料最大粒径为40mm试件抗拉强度的80%左右，但是骨料粒径对抗压强度的影响不明显。田砾等［5］通过三点受弯和直拉试验，研究发现放大骨料最大粒径，并通过颗粒级配来调整界面过渡区的组成，在满足必要的力学性能要求下，可显著改善纤维增强水泥基复合材料的应变硬化特性。周立欣等［6］通过试验研究发现，骨料类型对早龄期混凝土抗压强度和弹性模量影响较小，对早龄期混凝土劈裂抗拉强度影响较大。周敏等［7］发现无论是由单粒级还是连续粒级配制的无砂大孔混凝土，随着骨料最大粒径的增大，抗压强度逐渐减小，在浆体总量相同的情况下，单粒级骨料抗压强度低，且最大粒径增加，强度降低。Jawahar等［8］发现不同粒径混合的粗骨料，对自密实混凝土的抗压强度影响不大，在粗骨料含量一定的情况下，最大粒径粗骨料含量越多，自密实混凝土弹性模量、劈拉强度越大，粗骨料含量越大，自密实混凝土弹性模量、劈拉强度越大。Vu等［9］发现无侧限压缩时，粗骨料粒径对混凝土强度影响不大，在高围压下，粗骨料粒径越大，对应极限变形的平均应变越小，在高围压和高偏压力条件下，粗骨料粒径越小，混凝土轴向切线刚度越大。李凤兰等［10］发现当粒径小的轻骨料所占混合比例多时，可获得强度高于普通混凝土而弹性模量低于普通混凝土的复合骨料混凝土，当粒径大的轻骨料所占混合比例与粗骨料比例相当或多时，复合骨料混凝土的抗拉强度明显降低。于本田等［11］过对混凝土强度和电通量的测试，采用灰色关联分析方法研究发现，粗骨料的紧密空隙率与混凝土不同龄期强度的关联度最大，破碎面所占比例和压碎指标值次之，针片状颗粒含量最小，故降低粗骨料的紧密空隙率，提高破碎面所占比例可使混凝土获得较高的抗压强度。对于普通混凝土，一般情况下，骨料粒径越大，抗压强度越大，抗拉强度越小，级配越好，抗压强度越高，非连续级配下，骨料粒径越大，抗压强度越大，连续级配中，最大骨料粒径含量越大，抗压强度越大，一定条件下，放大骨料最大粒径，可以改善应变硬化特征，对受高围压的混凝土，粗骨料粒径越大，对混凝土应变，刚度越有利。但是对其它类型混凝土，如对无砂大孔混凝土，骨料粒径越大，抗压强度越小，对轻骨料混凝土，粒径小的轻骨料含量越多，抗压强度越高，故骨料对不同混凝土的影响不同。 3基于混凝土断裂力学的影响研究 混凝土宏观力学性能的研究，很难揭示材料变形和破坏的物理机制，研究骨料对混凝土断裂参数的影响，分析骨料对混凝土内裂纹的扩展演化过程的影响，这些基于混凝土断裂力学理论的研究受到关注。林辰等［12］利用双参数模型研究发现对于高强混凝土最大粗骨料粒径增大，临界应力强度因子增大。吴智敏等［13］发现当骨料最大粒径Dmax≤40mm时，混凝土断裂韧度、断裂能随Dmax的增大而增大，当Dmax＞40mm时，断裂韧度和断裂能随Dmax的增大而减小且趋于稳定，而临界裂缝尖端张开位移与Dmax无关。应荣华等［14］发现粗骨料可以较大地减小应力强度因子，其作用类似于加筋作用，粗骨料的粒径越大，粗骨料离裂纹尖端的距离越近，加筋作用也就越明显，裂纹尖端的应力强度因子降低的幅度越大，应力强度因子的值越小。朱亚超等［15］基于试验结果和改进的J积分计算方法，得出砂浆-骨料界面的ⅳ型断裂能随着砂浆基体强度的提高和骨料表面粗糙度的提高而提高。郑丹等［16］采用断裂力学方法分析了混凝土在拉压多轴情况下的破坏准则，结果表明拉压状态下的不同尺寸和骨料级配的混凝土试件抗拉和抗压强度均低于相应的单轴拉压强度，并且混凝土的骨料粒径越大，其双轴强度下降越大，最大骨料粒径对混凝土的双轴破坏准则并无影响。Zhang等［17］发现对普通强度的混凝土，骨料总含量一定时，小骨料颗粒导致高抗拉强度和急剧的峰后应力下降，骨料颗粒越小，峰后应力σ-w曲线越陡;但对高强度混凝土，对不同的骨料颗粒σ-w曲线基本相似，峰后应力σ-w曲线比普通强度的混凝土更陡，骨料颗粒越小，抗拉强度越高;对普通和高强混凝土，断裂能和特征长度随骨料颗粒的增大而增大。张海等［18］利用四点剪切加载的试验方法发现骨料不同，主要的断裂形式不同，骨料对混凝土断裂韧度影响较大;陶粒混凝土断裂韧度低于花岗岩和石灰石混凝土的断裂韧度。刘进宝等［19］基于稳定断裂试验，采用逆分析方法，发现断裂能随骨料粒径的增大而增大，表明骨料对裂缝有阻碍作用，随着骨料粒径的增大，骨料从基体中拔出的长度越大，最大黏聚裂纹宽度逐渐增大。郝彩哲等［20］发现不同骨料的混凝土断裂轨迹不同，骨料的强度越大，混凝土的断裂荷载越大，变形越小，也就是脆性越大，骨料不同，裂纹扩展的方式也不同，陶粒几乎完全断裂，花岗岩和石灰石少部分断裂。吴静等［21］认为弱化了的细集料-水泥石界面，细集料表面的初始缺陷将宏观分离裂缝诱导为均匀分布于砂浆基体中的弥散裂缝，增加了有效裂缝长度，也增大了断裂过程区，提高混凝土的断裂能和延性指数。通过断裂力学理论研究混凝土力学性能，发现粗骨料粒径越大，断裂韧度、断裂能、临界应力强度因子越大，表明粗骨料对裂缝的发展有阻碍作用，可以提高混凝土的延性和抗压强度，骨料越小，抗拉强度越高，峰后应力下降越剧烈，与骨料对混凝土宏观力学的影响一致。此外骨料强度越高，断裂荷载越高，变形越小，骨料表面越粗糙，断裂能越高，这些都提高了混凝土的强度，延性等。 4基于混凝土细观力学的影响研究 断裂力学研究宏观裂缝对混凝土性能的影响，但是无法分析宏观裂纹出现以前材料中微缺陷或微裂纹的形成及其发展对材料力学性能的影响，研究者将细观力学引入混凝土的研究。在混凝土细观力学的发展中骨料对混凝土力学性能的影响主要集中在细观力学数值模型建立，细观层次混凝土损伤研究两个方面。基于混凝土的细观结构，人们提出了许多混凝土细观损伤断裂的数值模型，如格构模型、随机粒子模型、随机骨料模型、随机力学特性模型等［22］，数值模型仍不断改进发展。孙立国等［23］提出了一种新的高效投放算法，通过一次性随机投放形成同种骨料的所有三角形基骨料，然后在此基础上随机延凸，生成任意形状的随机骨料。李建波等［24］通过提出骨料粒径极值比阈值的方法，剔除奇形骨料颗粒，并针对骨料填充过程采取半人工干预方式，切实做到在保证骨料目标填充效率及成功率的条件下，兼顾骨料形状与分布的随机性。汪卫明等［25］把骨料当作刚体，砂浆当做弹性体考虑，骨料用块体元模拟，砂浆用有限元模拟，提出了运用于混凝土细观力学仿真分析的块体元-有限元耦合方法，可以大大地减少有限单元的数目，简化前处理，减少计算量。王旗华等［26］提出的混凝土三相结构细观模型生成方法，避开了复杂的侵入判定，提高了骨料的投放效率，综合应用的极坐标方法、布尔运算方法以及图层管理方法，使筛分简单、计算量小、有限元处理便捷。Chen等［27］应用自定义的3D细观离散单元法分析沥青混凝土的断裂性能，在建立的细观模型中，骨料的形状、颗粒级配、骨料含量通过定义的功能能容易的控制。梁听宇等［28］应用随机骨料模型，进行数值模拟，发现骨料随机位置对混凝土试件强度的影响比较小，对变形影响比较大，骨料尺寸对强度的影响比较大，混凝土骨料相对试件越小，其脆性越明显。琚宏昌等［29］运用Monte-Carlo方法模拟三相复合材料混凝土试件，采用各向同性的Mazars损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化过程，利用有限元方法分别进行了混凝土二、三、四级配圆形、多边形骨料试件的单轴拉伸数值模拟。试验结果表明，同一级配任意多边形骨料试件的极限承载力总体上要大于圆形骨料试件的承载能力;二、三、四级配混凝土试件强度依次递减;在应力-应变曲线的软化阶段，圆形骨料较多边形骨料试件软化曲线平缓;多边形骨料混凝土试件的脆性指数较圆形骨料混凝土试件的脆性指数高。唐欣薇等［30］对混凝土切口三点弯梁试验进行了数值仿真，分析了同级配不同骨料颗粒分布特征对裂纹扩展性态及宏观力学性能的影响。裂纹主要沿着骨料与砂浆界面扩展，当离开界面时，则从砂浆内部扩展，强度较高的骨料颗粒对微裂纹扩展有阻碍作用，断裂一般不发生在骨料内，数值仿真的力-位移曲线的应变软化段存在微幅波动现象。黄修山等［31］首先通过试验测定了数值模型中需要的砂浆、骨料强度和变形参数，在颗粒流数值平台上实现了砂浆、1～3mm、1～4mm和1～5mm粒组骨料数字混凝土单轴压缩虚拟实验，发现骨料对混凝土材料强度和变形特性具有明显的增强特性，骨料越大，微裂纹多绕骨料产生和发展，骨料粒径范围越大，越容易形成架空结构，造成应力应变曲线峰值附近的波动，形成次稳定和多级强化。Zhang等［32］运用骨料生成和打包算法建立了考虑混凝土非均匀性的数值模型，此模型表达了骨料分布的随意性，三点弯曲梁试验和数值分析发现骨料对断裂性能影响较大，裂缝不沿着原有裂缝发展，而是在附近呈Z字行分布，断裂方向上的骨料也破裂。王宝庭等［33］采用适宜极限分析及处理微裂纹行为的刚体-弹簧元法，以随机圆形颗粒模型代表混凝土的结构，模拟计算了混凝土试件的单轴抗压的本构特性，全级配混凝土试件的弹性模量与骨料的弹性模量的关系为二次曲线。黄俊等［34］用有限元方法模拟了轻骨料混凝土在单轴拉伸载荷作用下的破坏形式，发现轻骨料混凝土裂纹首先在轻骨料中萌生、扩展，断裂面扩展几乎不受骨料阻碍，破坏过程比较突然。骨料形状、颗粒级配、骨料分布、骨料含量、骨料和砂浆的模拟方法等都极大地影响了普通混凝土细观力学中数值模型的建立和处理，在数值模拟分析中，骨料粒径、强度越大，微裂缝多绕骨料产生和发展，骨料粒径范围越大，越易形成架空作用，任意多边形骨料试件的极限承载力大于圆形骨料试件的承载力等，可见骨料的粒径、级配和形状等影响了裂缝的萌生和发展，对混凝土细观力学性能影响同对混凝土断裂力学性能和宏观力学性能的影响基本一致。 5结语 本文从混凝土宏观力学、断裂力学和细观力学三个方面分析总结了骨料的粒径、颗粒形状、级配和密度等性能对混凝土的力学性能的影响。骨料特性影响了混凝土的抗压、抗拉强度等，影响了混凝土断裂形式、断裂参数、强度判据、数值模型，裂缝发展等，骨料对混凝土断裂性能、裂缝扩展、应力应变场变化等的影响和对混凝土宏观强度的影响基本一致。混凝土宏观力学、断裂力学和细观力学的研究，使人们从不同层面全面了解骨料对混凝土性能影响、混凝土的破坏机理及其复杂的应力应变场等，可为改善混凝土的力学性能和研制出高性能混凝土材料提供参考。 作者：王赟 单位：陕西理工学院土木工程与建筑学院 力学性能论文:钢渣混凝土性能及力学性能应用 1试验概况 1．1原材料 水泥:呼和浩特市冀东水泥厂生产的P·O42．5级水泥;细骨料:呼和浩特市产河砂;钢渣采用包钢转炉钢渣，本试验选取钢渣均经过热闷工艺，释放其膨胀性，符合混凝土粗骨料相关标准，经破碎筛选，粒径15～25mm。试验对比用天然碎石采用呼和浩特市大青山机制硬质花岗岩碎石，粒径15～25mm。水胶比为0．3、0．4时，使用聚羧酸高效减水剂;水胶比为0．6时，使用萘系减水剂。 1．2试验配合比 混凝土配合比共三种，分别为0．3、0．4、0．6;钢渣代碎石率(体积比)分别0、50、100%。1．3试验内容试验内容分为三类:一是骨料性能测试，具体依照JGJ52—2006《普通混凝土用砂石质量及检验方法标准》;二是混凝土拌合物坍落度及含气量测试，参照GBT50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》;三是钢渣代碎石混凝土的力学性能测试，参照GBT50081—2002《普通混凝土力学性能测试方法标准》。混凝土强度试件尺寸为100mm×100mm×100mm，采用试验室标准养护，压缩强度试验龄期分别为3、7、28、90d、半年及一年，劈裂抗压强度试验龄期为90d。 2试验结果与分析 2．1骨料性能测试结果 密度、含水率测试结果见表1。钢渣表观密度为3126．67kgm3，含水率为2．17%。碎石表观密度为2843．35kgm3，含水率为1．1%。钢渣表观密度及含水率均大于碎石。表2为钢渣与碎石压碎指标测试结果。有试验结果可知，钢渣压碎指标平均值为4%，碎石压碎指标平均值为7%，钢渣压碎指标小于碎石压碎指标。 2．2混凝土拌合物 混凝土拌合物含气量及坍落度试验结果见表3。当水胶比为0．3时，相同配合比条件下，钢渣代碎石混凝土的坍落度与普通混凝土相近。当水胶比为0．4时，要达到与普通混凝土相同流动性，钢渣代碎石混凝土减水剂用量需增大到普通碎石混凝土的2．3倍。当水胶比为0．6时，钢渣代碎石混凝土单独增加减水剂已无法调配出与普通混凝土相同的流动性，需要同时增加水的用量。观察不同钢渣代碎石率的混凝土含气量，可发现在同等水胶比条件下，钢渣代碎石混凝土含气量比普通混凝土含气量大，且随着钢渣代碎石率的增大，拌合物的含气量逐渐增大。随着水胶比的增大，钢渣混凝土拌合物含气量有进一步增大的趋势。 2．3硬化混凝土力学性能 2．3．1抗压强度 表4显示了混凝土抗压强度试验结果。表5是混凝土各龄期相对强度增长率。图1为混凝土抗压强度随龄期的发展曲线。期龄90d后，普通混凝土抗压强度增长率开始逐渐减小，不足8%;而钢渣代碎石混凝土增长率逐渐增大至15%左右，钢渣代碎石混凝土增长率明显大于普通混凝土。到180d时，同水胶比下钢渣代混凝土已和普通混凝土抗压强度非常接近。180d后，不同钢渣代碎石率混凝土抗压强度增长速率已逐渐趋于稳定，钢渣代碎石混凝土强度增长率仍大于普通混凝土。且同等水胶比下钢渣代碎石率越高，混凝土强度增长越快。 2．3．2劈裂抗拉强度 表6为90d劈裂抗拉试验结果，图2为不同水胶比钢渣代碎石混凝土与普通混凝土90d劈裂抗拉强度变化曲线。由试验结果可知，不同替代率的钢渣代碎石混凝土与普通混凝土的劈裂抗拉强度随水胶比的变化趋势相同的，均随着水胶比的增大，劈裂抗拉强度不断减小。相同条件下，钢渣混凝土与普通混凝土劈裂抗拉强度无明显差异。 3结论 (1)钢渣与碎石在物理性质上存在的差异:钢渣表观密度和含水率比碎石大，压碎指标要小于碎石。(2)在相同配合比条件下，要配出与普通混凝土流动性相同的钢渣代碎石混凝土，需增大水和减水剂的用量;且随着水胶比的增大，所需水和减水剂用量逐渐增大;混凝土拌合物含气量随钢渣代碎石率的增加而增大。(3)与普通碎石混凝土相比，钢渣代碎石混凝土抗压强度早期增长率基本相同，长龄期抗压强度增长率大于普通碎石混凝土。(4)钢渣代碎石混凝土与相同配合比条件普通混凝土的劈裂抗拉强度接近。 作者：石东升 单位：内蒙古工业大学 力学性能论文:瓦楞纸板力学性能论文 1引言 近年来随着经济社会的发展和人们生活水平的不断提高，使得社会对物质产品消费不断提高，从而促进了作为商品重要包装形式的瓦楞纸板行业迅速发展，瓦楞纸板的需求量十分巨大。商品在流通过程中，瓦楞纸板这类纸质包装材料受到流通环境温度、湿度制约，其力学性质和动力学特性也直接受到环境的影响[1]。所以要求产品包装必须满足流通运输环境要求，保证产品的安全可靠性。在实际的流通运输环境下，引起瓦楞纸板力学性能变化的影响因素很多,温度和湿度的变化影响尤其显著,直接影响到瓦楞纸板包装物品的安全性和使用时限。王俊丽、李广生、肖文娟、程小琴等[2-5]通过在不同的含水率条件下瓦楞纸板力学性能的测定，得出瓦楞纸板的力学性能随纸板含水率的增加而下降。DongMeiWang[6]等人在不同温度下，研究温度对纸蜂窝夹层板的含水率的影响，结果表明瓦楞纸板的含水率随着温度的升高而下降；随着温度的变化，瓦楞纸板的含水率发生了变化，最终影响到瓦楞纸板的力学性能。在实际运输过程中，瓦楞纸板的力学性能在不同温湿度环境下的变化比较显著,但目前对瓦楞纸板在模拟运输环境下力学性能的研究却鲜有报道。当前，瓦楞纸板的种类繁多,不同类型的瓦楞纸板会有不同的力学性能。三层UV型瓦楞纸板的需用量非常大，已在精细产品、中小型和高档包装领域逐渐扩展，特别是在一些精密仪表、中小型家电、玻璃陶瓷器皿、医药、干鲜果品、饮料及礼品等的包装上体现得尤为明显。为了更好的解决三层UV型瓦楞纸板实际使用过程中出现的问题，为企业提供更多实际可行的借鉴方案，很有必要的对三层UV型瓦楞纸板的力学性能进行深入研究。 2材料与方法 2.1材料与仪器 实验材料：三层UV型瓦楞纸板，A型，克重为180g/cm2，南宁新大海纸箱厂。实验仪器：17-76型抗压强度测试仪，美国TMI仪器制造公司；LP-80U型恒温恒湿实验试验箱，广东宏展科技有限公司。 2.2实验方法 选择在流通环境下比较常见的温湿度。一般在车厢里面或集装箱内的温度为10℃-50℃，湿度为30%-80%。结合实验室相关条件，相对湿度选取40%、50%、60%、70%、80%、90%，100%的7个水平。温度选取20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃的7个水平。裁切100mm×25mm（长×高）的试样，试样采用GB/T22906.2-2008《纸芯的测定第2部分：试样的温湿处理》[7]进行试样温湿度处理。平压强度采用GB／T22906.9-2008《纸芯的测定第9部分：平压强度的测定》[8]；边压强度采用GB/T6546-1998《瓦楞纸板边压强度的测定法》[9]，粘合强度采用GB/T6548-2011，《瓦楞纸板粘合强度的测定》[10]。 3结果与讨论 3.1温湿度对瓦楞纸板力学性能的影响 3.1.1温湿度对瓦楞纸板平压强度的影响 不同湿度条件下，随着温度升高，各条曲线呈上下波动趋势，波动值在20℃-30℃和40℃-50℃范围内变化不大，在30℃-40℃范围内的变化大，说明三层UV型瓦楞纸板平压强度在温度为30℃-40℃时的影响大；引起这一变化的原因是在30℃-40℃时，在各相对湿度下，瓦楞纸板内的纤维之间容易散失水分，瓦楞纸板的含水率不高，纸板纤维间的氢键力作用比较大。相对湿度为80%时的曲线波动最大，说明温度对相对湿度为80%时的影响是最大的；相对湿度为100%时的曲线波动最小，说明当相对湿度达到最大值时，在各个温度条件下瓦楞纸板内的含水率都非常高，平压强度在此湿度下随着温度的变化比较小。当相对湿度为40%，温度在35℃-45℃时，瓦楞纸板的平压强度达到最大值，这是因为纸板内纤维之间的水分含量比较低，纤维之间的作用力比较大。不同温度时，当瓦楞纸板的相对湿度增加到70%-80%，瓦楞纸板的平压强度下降明显加快。影响瓦楞纸板平压强度主要因素是纤维的作用力，纤维间水分的含量直接影响着纤维间的相互作用力，当环境相对湿度增加到70%后，纸板纤维润胀达到最大程度，纤维间的氢键就会被破坏，使瓦楞纸板的平压强度下降。 3.1.2温湿度对瓦楞纸板边压强度的影响 不同湿度条件下，随着温度升高，各条曲线呈上下波动趋势，波动值在20℃-30℃范围内，变化大，在30℃-50℃范围内，波动值小。说明三层UV型瓦楞纸板边压强度在低温时容易受到温度变化的影响；引起这一变化的原因是当温度升高到25℃左右时，纸板纤维之间的作用力变小造成的；相对湿度为90%和100%时的曲线波动最大，说明在高湿度环境下，瓦楞纸板内随着温度的升高水分散失严重；从图可看出边压强度最大值范围出现在相对湿度为40%温度在35℃-45℃之间，这是因为在低湿高温的环境下，纸板内的水分含量低，水分对纸板结构力学造成的影响比较小，所以纸板结构力比较大。边压强度随着相对湿度的增大不断地变小。不同温度时，当瓦楞纸板湿度增加到80%，瓦楞纸板的边压强度下降更快，说明当瓦楞纸板的湿度到达80%以上时，瓦楞纸板的平压强度受湿度的影响加大，若湿度继续增加，瓦楞纸板就可能失效，在运输中就丧失了作为运输包装的保护产品的功能。 3.1.3温湿度对瓦楞纸板粘合强度的影响 不同湿度条件下，随着温度升高，各条曲线呈上下波动趋势，波动值在30℃-40℃范围内，变化比较大，说明三层UV型瓦楞纸板粘合强度对高温的影响是比较明显的，粘合强度主要的影响因素是粘合剂，在此温度范围内，水分的散失比较慢，导致粘合剂的含水量大，降低了粘合剂的粘合力。从图3还可以看出，随着湿度的增大，粘合强度都在不断下降。粘合强度的最大值范围出现在相对湿度40%，温度为40℃-50℃时，在高温低湿环境下，粘合剂的含水量比较少，粘合剂的粘合力比较大。当相对湿度大于70%时，三层UV型瓦楞纸板的粘合强度下降速率非常大，可能由于相对湿度大于70%时，水分增加较快，瓦楞纸板的粘合剂开始慢慢变软，粘合剂的粘合力不断下降，使得瓦楞纸板的粘合强度下降的速率变大。综合图1-图3所示，在温度为35℃-45℃的运输条件下，当相对湿度为40%时，三层UV型瓦楞纸板的三种力达到相对的最大值，在此条件下最适合物品的运输，可以更好的保护产品。对三层UV型瓦楞纸板力学性能影响比较大的是相对湿度，温度次之。 4结论 本文探讨了模拟流通环境中不同温度和湿度对三层UV型瓦楞纸板的力学性能的影响。研究表明，流通环境的相对湿度对瓦楞纸板的影响较大，温度对瓦楞纸板影响次之；当温度在35℃-45℃之间、相对湿度为40%的状态下，瓦楞纸板的力学性能达到最佳值，此时瓦楞纸板可以最大限度的保证产品的安全性。在运输流通环境下，保证相对湿度不超过70%，瓦楞纸板可以更好保护产品。但要探究其原因，还需要从微观层面，楞纸板的内在纤维的影响等因素进行深入研究，在未来的瓦楞纸板力学性能研究中需要结合结构力学，材料力学等进行细致地分析瓦楞纸板内在的影响因素，开展深层理论研究。 作者：黄剑宗 单位：广西大学轻工与食品工程学院 力学性能论文:汽车用钢连续退火力学性能论文 1试验材料及方法 试验原料为真空冶炼并锻造而成的锻坯，首先在锻坯上截取直径为4.0mm、长10.0mm的圆柱试样，采用热膨胀仪测得合金钢材料的A1和A3分别为710℃和930℃。采用二辊轧机将1200℃保温90min的锻坯热轧为厚度为3.0mm的热轧板，并对其依次进行酸洗、冷轧，最后得到厚度为1.2mm的双相钢冷轧薄板，其主要化学成分w(%)：0.10C、1.35Si、1.88Mn、0.007P、0.0056S，余量为Fe。在冷轧钢板上沿轧制方向截取长220mm、宽60mm双相钢试样，并进行连续退火试验。根据实验测得的A1和A3，确定退火温度分别为735、760、785、810和835℃。将试样加热至退火温度并进行保温处理，保温时间为6min，然后将试样冷却至685℃后淬火到240℃，保温12min后冷却至室温。对工艺参数不同的退火板取样，利用热场发射扫描电子显微镜及EBSD技术对其进行显微组织观察和相结构分析，并采用电子万能试验机对其力学性能按照国标要求进行测试。 2试验结果及分析 2.1显微组织 图1是退火温度为735、760、785、810和835℃时双相钢连续退火后的组织。可以看出，不同温度条件下的退火组织均为马氏体和铁素体，无明显差异。同时发现马氏体（硬相）呈凸起岛状，且均匀分布在铁素体（软相）的晶界上，形成了由软相和硬相组成的双相组织[4]。通过ImagesProPlu和彩色金相图片对不同退火温度下马氏体的体积分数进行定量分析，研究组织中的相构成[5]。统计数据显示，马氏体的体积分数随退火温度的升高由13.8%增加至19.7%，且马氏体岛尺寸增大。这是由于在退火过程中，奥氏体随退火温度的升高逐渐增多；同时，C元素以及其他合金元素的扩散率也增大，奥氏体的尺寸增大。大部分奥氏体组织在淬火处理后转变为马氏体，增加了马氏体的体积分数以及尺寸。由图1还可以看到，马氏体岛中心位置颜色较暗，而与铁素体交界区域出现了光亮圈。这是因为C元素的热扩散速率较大，使其在连续退火过程中扩散较充分，使铁素体与奥氏体中的碳浓度达到了平衡状态。而Mn元素在奥氏体组织中的扩散速率小于其在铁素体组织中的扩散速率，导致铁素体与奥氏体的交界区域成为富Mn区，而淬透性与Mn的含量呈正比例关系，不同淬透性导致其内部较暗，而与铁素体的交界呈现光亮圈。 2.2相结构 退火温度分别为735℃和785℃时，汽车用高Si双相钢材料连续退火后的EBSD图像如图2所示。（采用黑色标记残余奥氏体，其他颜色标记马氏体和铁素体）可以看出，不同退火温度条件下双相钢组织中均得到了分布于铁素体晶界上的粒状残余奥氏体组织。这是由于双相钢材料中Si元素的含量较高，在退火过程可促进铁素体中C元素向奥氏体扩散，提高了奥氏体相中的含碳量；同时在冷却过程中Si元素还可以对碳化物的析出起到抑制作用，降低了奥氏体相中的碳损失。高碳奥氏体相的Ms点较低，因此具有较高的热稳定性，在室温条件下稳定存在并被保留。经测量，残余奥氏体的晶粒直径均小于1μm，稳定性较高。图3给出了双相钢在760℃时退火后的透射照片。可以看出，部分残余奥氏体组织呈薄膜状，分布于板条马氏体组织中。薄膜状奥氏体由于尺寸较小，同时周围包裹了马氏体束，提高了其成核所需表面能，因此增加了其向马氏体转变的难度。 2.3力学性能 表1给出了不同退火温度下双相钢连续退火后的力学性能。可知，随着退火温度升高，试验钢抗拉强度呈现先升高后降低。这是由于当退火温度高于735℃后，马氏体的体积分数开始急剧增加，抗拉强度也随之大幅提高；当退火温度超过785℃后，马氏体的体积分数不再增加，但在冷却阶段生成的铁素体体积分数逐渐增加，相比原始铁素体，新生铁素体的含碳量较高，导致马氏体的含碳量下降，抗拉强度也随之降低。传统低Si双相钢材料的抗拉强度为630MPa时，伸长率为23.0%。相比之下，退火温度为785℃时高Si双相钢材料的综合力学性能较高，抗拉强度为702MPa时，伸长率为25.5%，均高于传统低Si双相钢。伴随退火温度的升高，试验钢的屈强比未发生明显变化，最大为0.58，最小为0.44。传统低Si双相钢材料的屈强比为0.47，相比之下，除735℃退火外，双相钢的屈强比较低，因此其成型性能较好。这是由于钢中的Si元素不仅可以降低铁素体中C元素的含量，还可以对冷却及时效过程中碳化物的析出起到抑制作用，使C元素聚集在奥氏体中；此外，由于新生铁素体出现的无沉淀区降低了双相钢的屈服强度，因此其屈强比也随之下降。 3结论 （1）在汽车用高Si双相钢在连续退火后，铁素体晶界上均匀分布有岛状马氏体和粒状残余奥氏体，这是由于Si元素在退火过程中促进C元素的扩散，在冷却过程中抑制碳化物的析出造成的。（2）随着退火温度的升高，双相钢的抗拉强度呈现先升高后降低。当退火温度为785℃时，高Si双相钢的综合力学性能均高于传统低Si双相钢，有利于改善双相钢的成型性能。 作者：莫树懂 单位：广西交通职业技术学院 力学性能论文:混凝土力学性能试验研究 1原材料性能试验分析 1．1水泥 试验所使用的水泥是江西省生产的万年青牌P．O42．5，其细度为1．23。 1．2砂 采用武夷山当地的河砂，中砂，级配良好。 1．3粗骨料 采用武夷山当地产的碎石，表观密度为2867kgm2，最大公称粒径为40mm，级配良好。碎石的含水率小于0．2%。 1．4废弃混凝土 废弃混凝土集料(简称RG)，是武夷山当地旧建筑物上拆下来的废弃混凝土块，经人工破碎筛分、分级，按一定的比例混合后，粒径为5～40mm，级配良好。 1．5矿渣微粉 矿渣微粉是福建三钢集团龙海分公司生产的，比表面积为450m2kg。 1．6水 武夷山当地的自来水。 1．7减水剂 选用福州君安建材有限公司生产的YS－A型混凝土高效能减水剂，减水率为15%。 2试验研究 2．1混凝土基准配合比 根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)的要求，按照强度等级C35设计混凝土基准配合比，水胶比为0．4，坍落度120mm，砂率取38%。 2．2矿渣微粉再生混凝土配合比 试验采用废混凝土等质量取代天然粗骨料，取代率分别为0，25%，50%，100%。在废混凝土取代率试验的基础上，掺入矿渣微粉等量取代水泥用量，取代率分别为0，30%，50%，70%。采用均匀设计法制定了16组试验方案。 2．3混凝土试件的制作 根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GBT50081—2002)(以下简称《标准》)的规定，试块采用150mm×150mm×150mm标准试模，按照试验方案制作成16组试块，分别测试7，28，60d的抗压强度和工作性能，每次确定的强度值取3个数据的平均值，故每组按照7，28，60d的养护龄期分别制作9个试块，总计144个试块。2．4流动性测试根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GBT50080—2002)进行坍落度试验，测定不同组别混凝土拌合物的流动性。2．5抗压强度试验根据《标准》进行抗压强度试验，使用微机控制电液伺服压力试验机(HCT306A)进行试验，以0．5～0．8MPas匀速加压，试验分7，28，60d共3次进行，每次试验3个试块，抗压强度结果取平均值。 3试验结果分析 3．1流动性影响分析 以矿渣微粉和废混凝土掺量为变量，通过测试不同方案再生混凝土的坍落度值，得出对再生混凝土流动性的影响规律。当矿渣微粉取代率不变时，随着废混凝土掺量的增加，再生混凝土的坍落度呈现出比较明显的降低趋势;当掺入矿渣微粉后，再生混凝土的坍落度均有所提高;当废混凝土取代率不变时，随着矿渣微粉取代率的增加，再生混凝土的坍落度也有一定程度的提高。研究结果表明:废混凝土在破碎过程中产生很多的颗粒棱角，使其具有表面粗糙、孔隙率大和吸水性好的特征［5］，进行混凝土拌制时，在水胶比不变的前提下，由于废混凝土自身要吸收水分，减少了实际用于拌合混凝土的水量，导致混凝土的流动性变差。而矿渣微粉是细微球状体，其颗粒直径比水泥细，且表面光滑，可以起到填充水泥颗粒空隙的作用，而且吸水量小［6］。因此，在水泥刚开始水化时，矿渣微粉包围着水泥颗粒，起到了减水剂的作用，降低了水化速度，提高了混凝土拌合物的流动性。 3．2抗压强度影响分析 本试验以矿渣微粉和废混凝土掺量为变量，通过测试不同方案混凝土的抗压强度值，得出每组方案对不同龄期混凝土抗压强度的影响规律。混凝土7d的抗压强度的变化规律:在废混凝土取代率不变时，当掺入矿渣微粉后，其抗压强度降低。这是由于矿渣微粉的水化速度慢，当水泥用量随着矿渣微粉的掺入而减少时，混凝土的早期强度会出现明显降低。混凝土28d和60d的抗压强度的变化规律:再生混凝土后期抗压强度相比7d的抗压强度高，能够达到设计强度等级C35。当废混凝土取代一定量天然骨料，混凝土强度有一定程度地提高，但随废混凝土取代率的提高，抗压强度呈下降的趋势。当取代率超过50%时，混凝土的抗压强度下降较快;当再生骨料取代率为50%时，掺入适量矿渣微粉，使再生混凝土的流动性得以改善，抗压强度影响不大，28d均能达到35MPa;当再生混凝土中矿渣微粉掺量为50%时，其抗压强度随着废混凝土取代率的增加而提高，28d最高达到40MPa。分析表明:废混凝土不仅棱角多，而且表面粗糙，具有粘结面较好、界面粘结强度较高的特性［7］;另外，由于废混凝土的吸水性强，遇水后能很快湿润，促使其表面的许多微裂缝的立刻吸入水泥颗粒，使水化更加充分，形成致密的界面结构，在一定程度上补偿了废混凝土强度较低的缺陷;同时，矿渣微粉的细度比水泥颗粒细，起到了很好的填充作用，改善了再生混凝土的孔隙结构，使孔隙率降低，形成了密实充填结构［8］;此外，由于废混凝土的吸水率较高，降低了混凝土的有效水胶比，提高了再生混凝土的抗压强度。 4结语 当再生混凝土中矿渣微粉掺量为50%，采用水泥标号为P．O42．5时，其抗压强度随着废混凝土取代率的增加而提高，28d最高达到40MPa。由此可见，矿渣微粉再生骨料混凝土既能节约资源，又能消耗大量的建筑垃圾，对于减轻环境污染十分有效。随着科学技术的快速发展，矿渣微粉再生骨料混凝土一定会成为可持续发展的绿色材料。 作者：谷艳玲 单位：武夷学院土木工程与建筑学院 力学性能论文:石灰石粉混凝土力学性能研究 1试验原材料及配合比 1.1试验原材料 水泥:采用P.O42.5水泥，其主要性能见表1。石灰石粉:密度2700kg/m3，需水量比95%，其化学成分见表2。细骨料:采用天然河砂，表观密度2640kg/m3，细度模数2.77。粗骨料:采用天然卵石，粒径分别为5～20mm、20～40mm，表观密度2670kg/m3，压碎指标6.6%。外加剂:采用Gk—4A固状缓凝高效减水剂和GK—9A固状引气剂。 1.2试验配合比 试验采用内掺法，以石灰石粉替代不同掺量的水泥然后按表3的配合比成型混凝土试件。试验以R0为基准配比，通过改变石灰石粉掺量，研究石灰石粉对碾压混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。 2石灰石粉对碾压混凝土工作性能的影响 碾压混凝土工作性能按《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2000)进行测试。掺入石灰石粉后，碾压混凝土拌和物的VC值出现降低的趋势，但随着掺入量的增加降低幅度减小。不掺石灰石粉时R0配比的VC值为8s，当掺入石灰石粉时，配比R1、R2、R3、R4都降至5s以内，说明石灰石粉具有固体减水剂的作用，适当的石灰石粉对改善碾压土的工作性能有益。VC值的大小是决定碾压混凝土可碾性和层间结合技术的关键。随着石灰石粉的加入，碾压混凝土液化泛浆时间缩短有利于碾压混凝土的层间结合，这主要是由于石灰石粉的密度低于水泥密度。采用等量替代法大大提高了碾压混凝土中浆量的体积，同时提高了浆砂比。同时，把混凝土看作是一个连续的颗粒堆积体，石灰石粉中的细颗粒对碾压混凝土起到级配微调作用，从而改善碾压混凝土的工作性能［3］。 3石灰石粉对碾压混凝土力学性能的影响 碾压混凝土抗压强度、静力抗压弹性模量和极限拉伸值按《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)进行测试。配比编号为R1和R2的7d强度比基准配比R0强度高，28d时虽仍有提高但提高幅度不太明显，到了90d强度基本接近;配比编号R3和R4的早期强度和后期强度均比基准配比强度低。说明:当石灰石粉的掺量不超过20%时可提高碾压混凝土早期抗压强度，对碾压混凝土后期强度无不利影响;当石灰石粉的掺量超过20%时，随着其掺量加大，碾压混凝土各个龄期强度降低。同时，从表4中可知，随着石灰石粉掺量的增加，碾压混凝土的静力抗压弹性模量出现先降低后增加的趋势，而碾压混凝土的极限拉伸值则出现与其相反的趋势，即先增加后降低。这表明适当石灰石粉掺量对防止碾压混凝土坝的裂缝是十分有利的。混凝土可以视为连续的颗粒堆积体，石灰石粉的细度比水泥小，石灰石粉的细粉分散在水泥颗粒之间，起分散剂的作用，可以对碾压混凝土进行级配微调，使碾压混凝土内部更加密实。同时在水化早期，有大量的网状C—S—H生成，石灰石粉的支点咬合作用有利于水化物产生，从而加速了C3S的水化［4］，这种作用在早期十分明显，故一定量的石灰石粉可提高碾压混凝土的早期强度，但随着掺量的增加，混凝土内部参与水化反应的水泥越来越少，从而影响了碾压混凝土的强度。由于石灰石粉的等量替代提高了碾压混凝土的浆砂比，降低了碾压混凝土的VC值，从而起到提高碾压混凝土极限拉伸值、降低碾压混凝土静力抗压弹性模量的效果。 4石灰石粉对碾压混凝土抗渗性能的影响 碾压混凝土抗渗性能按《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)采用逐级加压法进行测试，抗渗等级以每组6个试件中2个出现渗水时的最大水压力表示。抗渗等级按公式:W=10H-1计算。分别对5组试件90d龄期进行抗渗实验得出如下结果:R0试件的抗渗等级大于W10;R1、R2、R3、R4试件的抗渗等级均大于W12。碾压混凝土的抗渗性能是指碾压混凝土抵抗压力水渗透的能力，碾压混凝土的密实程度决定了其抗渗性能的高低，随着石灰石粉的掺入，碾压混凝土抗渗性能有一定程度的提高，这是由于石灰石粉的掺入起到了微填充的作用，阻断了碾压混凝土内部的毛细通道，提高了碾压混凝土的密实度，进而提高了碾压混凝土的抗渗性能。 5石灰石粉对碾压混凝土抗冻融性能的影响 碾压混凝土工作性能按《水工混凝土试验规程》(DL/T5150—2001)进行测试。不同石灰石粉掺量的碾压混凝土90d龄期200次快速冻融结果。随着石灰石粉掺量的增加，碾压混凝土的质量损失率增加，相对动弹模量降低。当石灰石粉掺量不超过20%时，碾压混凝土试件可达到200次冻融循环;当掺量达到30%时，只能达到150次冻融循环;当掺量达到40%时，只能勉强达到100次冻融循环。碾压混凝土抗冻性能的好坏与碾压混凝土用原材料、碾压混凝土内部的孔结构及碾压混凝土密实程度等因素有关系。目前常用的方法是提高碾压混凝土的密实度和掺加引气剂。由于石灰石粉中的细粉颗粒对碾压混凝土有级配微调的作用，在一定程度上提高了碾压混凝土的密实度［5-6］，但随着石灰石粉掺量的增加，碾压混凝土中的含量明显降低，导致其抗冻性能降低。所以，在碾压混凝土中掺入适量石灰石粉，并合理调整引气剂的掺量，仍可保证碾压混凝土具备一定的抗冻融循环能力。 6结论 a.一定掺量的石灰石粉具有降低碾压混凝土VC值、改善碾压混凝土的工作性能的作用。b.当石灰石粉的掺量不超过20%时，可提高碾压混凝土早期抗压强度，对碾压混凝土后期强度无不利影响。当掺量超过20%时严重影响碾压混凝土的抗压强度。c.适当掺量的石灰石粉具有提高碾压混凝土极限拉伸值、降低碾压混凝土静力抗压弹性模量的作用，对防止产生碾压混凝土坝裂缝十分有利。d.石灰石粉的加入对碾压混凝土的抗渗性能无不利影响。e.石灰石粉的过量加入会大大降低碾压混凝土的抗冻性能，但若掺量合理并适当调整引气剂的掺量，碾压混凝土仍具有一定的抵抗冻融循环的能力。石灰石粉作为一种新型掺和料，在碾压混凝土中的应用显得尤为重要，其合理利用具有广阔的应用前景和良好的经济效益，符合变废为宝、节约资源、保护环境的可持续发展的思路。 作者：赵哲 单位：石家庄滹沱新区投资开发有限公司 力学性能论文:管线钢组织及力学性能应用 1有限元模型建立 对模型作如下假设：基体是连续相，填料粒子是分散的；填料粒子具有均匀性和周期性；填料添加比例为5%。根据假设，建立反映不同填料粒子分布形式的有限元模型。实验所用材料为建筑工业用X90管线钢，其化学成分如表1所示。对真空脱气工艺冶炼后的工业用钢连铸坯料进行轧制。采用MULPIC层流冷却设备对矫正后的轧制钢板进行热处理。并依据多相组织调控机理对层流冷却设备进行参数设置，试验板材尺寸为18mm×3000mm×12000mm。对试验钢板的轧制表面、沿宽度方面的截面和沿长度方向的截面分别取样，进行打磨和抛光处理。其中所使用的金相腐蚀液为3.5%的硝酸酒精溶液。采用Axiovert-200MAT型光学显微镜(OM)和FEIQuanta600型扫描电镜(SEM)对试验钢组织进行观察；使用H-800型投射电镜(TEM)对双喷薄后的试样进行微观形貌的观察；采用GenesisXM2对实验样品进行能谱分析(EDS)。 2试验结果及分析 2.1X90钢的组织分析 热处理前试验钢板厚度中层纵截面处的微观组织。可以发现，试验钢的原始奥氏体组织为长50.0~65.0μm，宽20.0μm的长条状扁平形晶粒，并沿着钢板轧制的方向分布。同时在其晶界处出现大量多边形的铁素体组织，尺寸范围为3.0~7.0μm。由于基体的相变温度受到钢内高能奥氏体晶粒的影响，因此随着奥氏体晶粒的长大，相变驱动力增加，促进相变发生。同时，生成的铁素体的力学性能、晶粒大小及相变过程中的动态也与原始奥氏体晶粒尺寸相关。在工程生产实际中，可以采用细化奥氏体晶粒尺寸的办法，达到增加其形变量和降低形变温度，优化X90管线钢材料的力学性能。与X70管线钢不同，X90管线钢的主要组织为粒状和板条的贝氏体、多边形的铁素体以及残留M/A。图2为试验钢不同位置光学和扫描电镜分析。可以发现，试验钢的基体组织为贝氏体、铁素体以及M/A构成的多相组织。准多边形铁素体在横、纵截面的试样中沿轧制方向呈带状分布。这是由于过冷处理增加了奥氏体晶界能量，促使铁素在轧后空冷过程中形核、生长；经挤压后，试验钢中贝氏体相互交错且取向不同，增大过冷处理的冷却速率不利于增加粒状贝氏体及M/A的数量。终轧厚度为18mm的试验钢板透射电镜分析如图3所示。其中，粒状贝氏体和板条贝氏体分布在准多边形铁素体周围。板条状贝氏体是在中低温的转变温度下制备得到的，其宽度为0.5μm，位错密度高，可提高钢强度。在试验钢板条束间隙中发现M/A相，该相在TEM图片中呈白色或黑色条状，如图3(d)和3(e)所示。另外，由于试验钢添加了0.09%的Nb元素作为晶粒细化剂，因此X90钢的晶粒得到了一定程度的细化。这是由于Nb可以抑制奥氏体晶粒的生长。 2.2力学性能分析 试验钢不同位置试样的力学性能测试结果如表2所示。可知，轧制钢板的最高屈服强度为653MPa，最低为609MPa；抗拉强度为713~723MPa；最大的屈强比为0.89。在低温的抗冲击实验中，DWTT重锤冲击实验的剪切面积不小于80%，冲击做功的范围在213~247J的范围内。X90第三代管线钢的具有较低的屈强比及较高的延展性能，可减少裂纹和开裂的产生，增加其在应用过程中的安全性能。 3结论 （1）建筑用X90第三代管线钢组织由板条和粒状的贝氏体、M/A以及准多边形的铁素体的多相组织构成。低密度的准多边形铁素体能够提高钢基体的韧性；含Nb析出物可抑制位错的滑移和扩展；夹杂在位错之中的极硬M/A可以提高钢的强度。（2）经热处理后，试验钢具有较低的屈强比，较高的延展性能，能有效减少裂纹和开裂的产生，提高材料的安全性能。 作者：申喆 单位：焦作大学 力学性能论文:铝硅合金力学性能探析 1实验方法 1.1合金成分 为使合金具备较高的抗拉强度、良好的充型能力及较高的耐磨性等性能，选择硅含量为18%。实际生产中，常将含铁量超过2.0%的回炉料，做废铝处理或给压铸厂回用，为增加高铁铝合金的回收利用率，同时保证良好的工艺性能和使用性能，将加入铁含量定为3%。根据文献报道［1-2］，高铁铝硅合金中锰的最佳添加量存在差异，现有报道主要集中在w(Mn)/w(Fe)=0.5～1.1，锰和铁含量相同时对高铁含量铝硅合金中的富铁相具有较好的中和效果，因此选锰加入量为3%(即w(Mn)/w(Fe)=1.0)。有资料表明［3-4］，随着铜含量增加，合金密度和热裂倾向增大，耐腐蚀性和铸造性能降低，根据合金的种类和用途的不同，所选铜的含量不一样，铜的含量取5%。 1.2热处理工艺选择 根据相关文献［5］，T6处理对于铝合金效果最好，即固溶处理后再进行人工时效。该热处理工艺可使高温时出现的富铁相扩散于基体中。人工时效可使富铁相均匀化。固溶温度选择525℃，保温时间4h，淬火采用水介质，温度为70～80℃的水。人工时效选择温度180℃，保温5h。 2试验结果与分析 2.1抗拉强度检测方法与数据 零件试样按GB/T228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》规定尺寸加工，在电子万能试验机上进行拉伸试验，高铁含量的铝硅合金在加入一定量的锰后性能有所提升，但提升幅度较小(抗拉强度由118MPa提升到135.2MPa，提升幅度为14.58%)，不足以消除铁元素对合金的影响。在加入锰的基础上，加入铜后合金性能有较大提升(抗拉强度由135.2MPa提升到168.8MPa，提升幅度为24.85%)，基本已经能够消除铁元素带来的不利影响。合金经过T6热处理后，可以使性能再次提升到193.1MPa，相对于不含铁的铝硅合金(Al-18Si)抗拉强度提升28.73%，有利于扩大合金使用范围，这对铝硅合金的回收再利用具有重大意义。 2.2合金SEM及EDS分析 图1为Al-18Si-3Fe-xMn合金中主要相的SEM形貌。图1(a)为未加锰时即Al-18Si-3Fe中长条状和细长的针条状富铁相的形貌，含铝、硅、铁分别为65.79%、21.42%和12.79%，不含锰。图1(b)和图1(c)为Al-18Si-3Fe-3Mn中富铁相形貌。图1(b)含铝0.85%，含硅99.15%，不含铁和锰。图1(c)含铝、硅、铁锰分别为64.77%、18.51%、8.68%和8.05%。当锰含量为零时，即Al-18%Si-3Fe合金中富铁相的组成元素为铝、硅、铁，可认为这些相为三元富铁相。当锰含量为3%时，富铁相组成元素为铝、硅、铁、锰，可认为这些相为四元富铁相。图中浅灰色的相为初生硅。Al-18Si-3Fe-3Mn-5Cu合金热处理前后主要相的SEM形貌和微区成分分析的位置，图2(a)含铝75.65%、铜24.35%，图2(b)含铝78.34%、铜21.66%。图2(a)中白色珊瑚状组织和图2(b)中白色组织是铝和铜组成的一种物相，铝和铜的原子比例分别为3.11和3.62，结合Al-Cu二元合金相图可以判定为Al2Cu相，虽然实际测得铝铜比大于2∶1，这是因为受到基体中α-Al的干扰和能谱仪电子束聚焦能力有限的影响。从图2可知，富铜相是以富铁相为核心方式析出和(Al+Al2Cu)共晶形式析出两种方式同时进行，这与文献［6］记载，当铜的质量分数大于1%时的析出方式吻合。从图2(b)中存在富铜相可以得知，部分富铜相尺寸较大，固溶处理并不能将其完全溶解。 2.3铸态组织结构观察与分析 从图3(a)和图3(b)可以观察到，Al-18Si合金中加入3%的铁后，出现粗大的双锥状富铁相，这种富铁相一般称为α铁相，双锥状富铁相对合金基体的割裂作用非常明显(合金强度从150MPa下降到118MPa)。从图3(c)可以观察到，在富铁含量的铝硅合金中加入3%锰可使富铁相和初生硅得到细化，富铁相形态由双锥状转变为三叶状、四叶状、块状、田字状和块状(即β相)。通过对相关文献分析［7-8］，α铁相和β铁相都是通过δ高温铁相和剩余液相发生包晶反应生成，α铁相也可以通过包晶反应转变为β相。在平衡凝固过程中，δ高温铁相先析出。非平衡凝固组织中出现δ高温铁相，是由于在较大冷却速度下，δ高温铁相向β铁相的包晶反应变得困难，而不是较大的冷却速度抑制了β铁相的形核生长。在高温区，α铁相和β铁相分别通过包晶反应转变为β铁相，当冷却速度非常大时，包晶反应难以进行，而使δ高温相保留至室温。锰的加入，使α相从准稳定相转变为稳定相，L+αβ的包晶反应不再发生，L+δβ的包晶反应也受到抑制，L+δα的包晶反应受到促进。因富铁相由α铁相转变为β相，以及晶粒的细化，合金的抗拉强度得到一定提升(从118MPa提升到135.2MPa)。从图3(d)可以看到，在富铁含量的铝硅合金中加入3%锰的基础上加入5%铜后，合金中富铁相形态变化不大，Al2Cu相在富铁相周围析出。是由于Al2Cu相包裹了富铁相，从而减小了富铁相对合金基体的割裂作用，使得合金抗拉强度得到提高(从135.2MPa提升到168.8MPa)。Al-18Si-3Fe-3Mn-5Cu合金经过T6热处理后，富铁相和初生硅相边角被钝化，铸态下的CuAl2在固溶处理过程中，重新溶解入基体中，形成过饱和固溶体。此时，快速淬入70～90℃的热水中，溶质的扩散和重新分配来不及进行，CuAl2的形核和长大无法实现，从而得到过饱和的单相α固溶体。从图4可以看到，固溶处理后铜元素的分布明显均匀化，铜元素在单相α固溶体中有较大的过饱和度，共格界面处的基体晶格产生畸变，对基体起到强化作用。同时认为，由于高温下原子扩散作用增强，热处理后富铁相周边剩余的CuAl2相与富铁相结合更紧密，CuAl2相与基体结合部分更圆滑，因此更有利于消除富铁相对基体的割裂影响，提高合金强度。通过两种方式对合金的强化，合金的力学性能得到较大提升(从168.8MPa提升到193.1MPa)。 3结论 Al-18Si-3Fe合金中加入3%锰后，富铁相形态得到改善，能够小幅度提升(抗拉强度幅度为14.58%)高铁含量铝硅合金强度，但不能完全消除铁元素带来的不利影响。Al-18Si-3Fe-3Mn合金加入5%铜后，析出的Al2Cu相包裹富铁相，减小富铁相对合金基体的割裂作用，使得合金抗拉强度得到提高(从135.2MPa提升到168.8MPa)。Al-18Si-3Fe-3Mn-5Cu经过T6处理后，铜元素在单相α固溶体中形成较大的过饱和度，对基体起到强化作用，同时由于高温下原子扩散作用增强，热处理后富铁相周边剩余的CuAl2相与富铁相结合更紧密，CuAl2相与基体结合部分更圆滑。通过两种方式，合金的力学性能得到较大提升(从168.8MPa提升到193.1MPa)，优于不含铁Al-22Si合金性能，实现铝硅合金的有效回收利用。 作者：李林鑫 单位：四川化工职业技术学院

高中力学论文:高中物理力学学习及解题策略研究 摘 要：高中物理知识具有比较深奥和抽象的特点，使得学习中经常会出现烦躁、乏味等现象。尤其高中物理力学知识学习方面，对学生的创新思维、基础知识水平等提出了更高的要求。本文主要从高中物理力学学习以及解题角度出发，对其策略作出了详细的分析和探讨。 关键词：高中物理；力学；学习策略；解题策略 高中物理力学学习与解题中，正确的学习策略与解题策略将能够有效的提升学生的课堂学习效率，并且能够提高教师的课堂教学质量。本文通过分析与探索总结出了几点高中物理力学学习的策略和解题策略，希望能够帮助广大高中生在学习物理力学知识更加轻松，且采用正确的方法提高自身的学习效率。 1 高中物理力学学习策略探析 （一）激发学习兴趣 在高中物理力学学习中，高中生必须明白，只有对所学知识产生了浓厚的兴趣方能够在学习中摒除杂念，改变烦躁、消极的学习态度，自然而然的进入到学习情境中，努力的汲取物理力学知识[1]。因此，高中生需要在课堂上配合教师所创设的教学情境，从中感受并挖掘趣味性。例如在高中物理力学入门知识“自由落体运动”的学习中，教师一般会以牛顿发现万有引力定律的故事创设学习情境。此时，学生应该积极主动的了解该故事，并且主动分析故事的内涵。在融入到教学情境后，自然而然的便会关注与物理力学相关的知识，由此能够打下坚实的物理力学知识基础。 （二）培养求助意识 高中生在物理力学学习中培养自己具有良好的求助意识，主要目的在于丰富自身的学习策略。由于高中生处于强烈叛逆的时期，具有敏感、自尊心强等特点，在学习中表现得尤为明显[2]。例如，在学习中遇到了困难，部分高中生会选择向教师求助，但是绝大部分学生却会选择回避教师与同学的帮助，将所需要的困难搁浅，最终导致自身的学习水平难以提高，学习兴趣逐渐消失。产生该种现象的主要原因与高中生之间缺少良好的合作精神，并不愿意放低姿态向他人求助存在密切关联。鉴于此，高中生在物理力学知识本身便具有一定难度的情况下，必须要积极的培养自身具有良好求助意识，要明白学习中遇到困难并不可耻，不能够积极寻找解决的策略，只采取等待或者放弃的态度方才可耻。例如“牛顿第二定律”的学习中，高中生可以在课前根据所要学习内容的重难点进行自主预习。但是，仅凭一己之力难以明白物理加速度与质量和合外力之间的关系。此时，高中生便可以求助于同学，通过几个人的自主探索，包括做实验等对牛顿第二定律进行初步的了解。长此以往，高中生便能够体会到具有求助意识的收获，不仅提升了自己的学习成绩，更加培养了自己的团队意识。 （三）充分利用多种资源 高中物理力学知识学习中，大部分知识内容采用传统的学习方法并不能够完全掌握，希望学生对各种资源进行整合利用，通过不断的钻研探究其中的内涵。例如在学习“电磁感应现象”时，高中生可以自主查找与电磁感应现象相关的信息与资料，在小组或者同学之间相互帮助的情况下设计相关实验，以此对每个人所搜集的相关资源加以充分利用，能够更加清晰的明确电磁感应现象产生时所需要具备的条件，更加能够培养自己搜集材料与整理信息的能力。 2 高中物理力学解题策略探析 （一）以高中物理力学基础知识为切入点 高中生在进行物理力学问题解题时，首先应该将高中物理力学的基础知识作为切入点，对与解题相关的知识和内容进行拓展与整合[3]。由于高中物理力学知识贯穿于整个高中物理课程，因而分析力学问题必须要从力学基础知识出发，只有熟练的掌握力学定理、规律，方能够简化解题过程，明确解题思路。 例如高中物理力学题：质量为m1=0.2kg的小车于光滑的水平面静止，虚线MN右侧存在场强E=1*104V・m-1的均强电场，质量为m2=0.1kg、电荷量为Q=6*10-5C的带电物块置于P点，物块与小车间的动摩擦因数μ=0.4，现使物块获v=6m・s-1的初速度，g取10m・s-2，求物向右运动的最远距离。 该物理力学题在解题时，首先需要分析物块与小车向右减速运动的情况，而后分析小车与物块速度相同时的情况，再分析小车与物块共速后电场力影响下的减速运动情况，继而判断物块每一阶段的位移以及物块向右运动的最远距离。 （二）紧扣高中物理力学问题的内在环节 高中物理力学问题的解答关键在于对题干信息进行认真分析，寻找题目信息的内在联系，通过细致分析寻找具体的解题突破口。采用该种解题策略可以达到事半功倍的解题效果。 例如高中物理力学题：A、B、C三块砖的质量均为m，叠放于水平地面上，现将水平向右的恒力F作用在砖B上，使3块砖向右做匀速直线运动，则正确的说法为： A.砖C受到地面的滑动摩擦力为F/3 B.砖C受到地面的滑动摩擦力为F/2 C.砖C对砖B的静摩擦力为2F/3 D.砖C对砖B的静摩擦力为F 该物理力学题在解题时，首先应该明确3块砖均处于平衡状态，而后讨论砖C对砖B的静摩擦力，以砖A和砖B整体为研究对象，得出砖C对砖B的静摩擦力。在此基础上讨论地面对砖C滑动摩擦力时，将砖A、砖B和砖C整体作为研究对象，分析受力情况。最终解题结果发现D选项正确。 （三）积极创设物理力学情境 由于高中物理力学知识涉及的范围比较广，且内容十分丰富，因而在涉及到实际的力学问题是，为了能够弄清问题内涵，必须要模拟物理过程，创设物理力学情境，以便正确的分析物理力学的运动规律和状态，进行合理的、正确的分析。在此基础上充分运用物理模式方能够有效解决物理力学问题。 例如高中物理力学题：如图1所示，长度L=16m，与水平面呈 =37°的传送带以v=10m・s-1的速度逆时针方向转动，在传送带上段无初速度的释放质量为m=0.5kg的物体，传送带与物体间动摩擦因数μ=0.5，求物体运动至最下端的时间。 该物理力学题在解题时，首先以物体作为研究对象，分析物体受力。明确物体加速至传送带逆时针方向转动速度时所需要的时间、位移。分析物体未达到最下端时受动摩擦因数影响下传送带向下匀加速直线运动的受力情况，由此得出物体运动至最下端的时间。解题过程中需要创设物体在传送带传送时可能出现的摩擦情况，由此方能够保证解题的准确性。 3 结论 综上所述，高中生在学习物理力学知识时，必须要重视采用正确的学习策略，要努力激发自己的学习兴趣，做到具有良好的求助意识，更要能够对多种资源进行有效利用。在解题时，必须要能够从基础知识出发，分析问题的内在环节，并且创设符合解题需求的物理环境。只有通过上述几点方法，高中生方能够逐渐提高物理力学学习与解题的能力，获得更加良好的学习效果。 高中力学论文:试分析高中物理力学的教学策略选取 摘 要：本文以高中物理力学的教学策略为切入点，对教师开展课堂教学的策略选取标准与具体的运用方法，进行细致的探讨研究，期望为促进高中物理力学教学成果的提高，实现高效的学生物理学习与素质发展目的，提供有益的参考。 关键词：高中物理；力学；教学策略；选取 物理作为高中课程教学的重要学科之一，其学科主要探究物质的结构、作用与运动规律等知识，相应对培养构建学生科学素养与思维逻辑能力起着关键作用。伴随新课改进程的推进，为了有效发展学生物理综合素质，提高课程教学质量与打造好学生的物理基础，就需相应在课程教育选取适宜、先进的教学策略，以此进一步推动课堂教学效果与学习对知识理解水平的优化。下面据此以力学知识的教学策略为研究出发点，对其选取思路与实施方法做详细的探究分析。 一、物理力W生活化教学策略的选取与实施 力学知识本身是高中物理课程中的重难点内容，相应对学生物理基础与思维能力的要求较高。目前高中物理课程改革对学生日常生活经验与处理能力的培养要求愈发提高，相应需要教师在进行物理课程教育时，将力学知识与学生的日常生活问题做结合探究，以此一方面强化学生对力学理论知识的理解、掌握深度，另一方面也能激发学生探究力学理论的热情，并能运用知识实践解决具体的生活问题。对此教师就可基于这一教育思路，针对性在物理力学课堂教育进程中，选取生活化的教学策略，以推动学生理论联系实际能力的进步发展。 在课堂实际教育进程中，教师应为力学知识教授活动设置生活化的教学情境。由于物理力学知识概念本身较为抽象、复杂，学生进行直接理解难以取得高质量的学习效果，而如果将力学知识与实际生活场景做联系，让学生能观察、联想到具体的生活问题、事物并做概念展示与表现，就能有效优化提升学生对此类力学知识的认知与领会程度。所以教师在物理力学教育活动中，应尽可能创设生活化教学情境与问题，将原本抽象平面的力学知识融入具体的生活场景之中，帮助学生运用自身的生活常识与经历进行概念学习。而物理力学教育又往往需要使用力学实验做讲解说明，因此在实验材料的选择上也应尽可能使用生活中的常见物品材料，以贴近学生的生活经历带动学生的思考探究活跃度。比如教师在讲解“失重与超重”一节知识，在设计力学实验帮助学生理解失重与超重现象时，就可引导学生站在体重计上，先后进行站立不动、突然下蹲、突然站起等动作。并观察此类动作中自身体重读数的变化，由此运用体重计这一生活常见器材，带动学生准确理解相应的力学现象，让学生在生活化的实验、探究中准确掌握力学知识，并激发对物理学习的兴趣热情。 二、物理力学图象教学策略的选取与运用 高中物理力学课程教育时，学生经常需对真实事物的抽象物理模型做认知理解，例如光滑斜面、质点等概念，而此类抽象的物理模型也很容易引发学生的认知混淆与模糊等问题。因此为促进学生物理模型理解掌握能力的优化，教师在课程教学策略的选取中，就应针对性选择物理图像教学策略，运用物理图象将抽象思维与形象思维做结合，并能直观展现出模型结构物理知识的展示优势。推动学生准确掌握真实事物的抽象物理模型转变过程，进而防止因相应知识概念转化出现的认知混淆等问题，帮助学生高效构建起物理力学的知识认知体系。 而教师在物理力学教育运用图象教学策略时，应遵循具体的操作步骤适时运用：①选择具备代表性的物理力学概念与过程；②教师进行相应物理力学实验演示或是组织学生进行分组操作；③运用图象教学策略进行力学知识概念的讲解传授；④让学生提问进行相应理解难点的答疑解惑；⑤课程知识复习与巩固训练。比如教师在这一教学步骤指引下开展动量守恒定律的图像教学策略时，为了帮助学生进一步领会、掌握此定律的内容概念，就可使用两个小球碰撞作为实验对象，组织学生进行分组别的小球碰撞实验操作，并在实验中研究碰撞作用之后两个小秋的速度变化趋势。学生在实验操作与速度记录后就会相应发现，两个小球因碰撞作用所出现速度变化量的比值为一个定值的结果。教师之后还可选取小组代表上台做板书讲解，教师再对学生的观点做补充指点，最终引入本课程所讲的动量p=mv知识概念，以此经由对小球碰撞中的速度变化，准确了解到碰撞作用中的动量守恒概念。之后教师还可设置相应的课程练习题目，拓展学生对这一定律的掌握程度，令其能将动量守恒定律精确、高效运用到力学实际问题解决活动中。 结束语：作为高中物理课程的重要知识内容，对力学知识的教育工作贯穿于整个高中物理教学环节中。教师为推动学生学习效率与物理知识基础的发展优化，就需依照当前学生教育培养需求与本班级的实际情况，针对性选取适宜的物理力学教学策略，帮助学生准确掌握相应力学概念，促进其物理综合素质的发展提升。 高中力学论文:初探高中物理趣味小实验――以力学实验为例 物理知识是高中学习过程中的一门重要学习，通过对其知识的学习，让我们对许多现象有了一定的认知。所以，高中生在进行物理知识学习时，需要具备一定的观察力，通过亲自实验来分析生活中常见的一些物理现象。让我们在一个更加辽阔的知识天地中翱翔。通过开展物理趣味小实验，可以培养我们对物理知识的求知欲，激发对物理知识学习的兴趣。 一、高中物理趣味小实验需要与学习内容相联系 进行《物体的平衡》知识点学习时，如果只是单一性地听老师讲解，对于相关概念及知识点，我们都无法直观地对其进行理解。如果结合学习内容进行一些趣味性小实验，可以增强对相关知识点的印象，并能够对力学概念有一个全面地了解。比如：可以在家中坐在椅子上，并将上身挺直保持两脚呈90度。如果在上身不能向着倾斜的情况下，我们尝试着是否能够从椅子上站起来。通过这样的一个非常有趣的小实验，可以C明在保证身体挺直与两脚位置的情况下，是无法从椅子上跳起来的。虽然这只是一个非常小的实验，但通过这样的一个小实验就可以引发我们对这种现象的思考。通过思考后发现，这与我们在学习中的力学物体平衡知识点有一定的关联性。因此，物体要实现站立，需要保证从重心处所引出的竖直线并没有超越其底面，否则无法实现物体的站立，也就是我们在学习中所学习到的平衡。有了这样的一个小实验，许多同学都会对物理现象产生极强的好奇心，从而提升了对物理知识学习的积极性与热情。 二、合作完成物理趣味小实验 在学习《反冲》知识点时，也许老师会在课堂教学中运用多媒体技术为我们展示一段与反冲相关的视频。例如：火箭发射。并讲解火箭能够上升到太空中，克服地球引力，正是因为反冲的作用。虽然已经非常直观形象地解释了其力学的原理，但没有经过自身的实验，对于其相关知识是无法能够更好地理解。但如果想要通过火箭来完成实验，显然是不可能的事。因此，我们可以利用日常生活中常见的物品制作一个与火箭相类似的物件来进行趣味小实验，是完全可以实现的。我们可以联合几名有同样兴趣的同学，一直收集多个饮料瓶，并将其中一个饮料以包装纸为界线裁剪为三个部分。然后将一个完整的饮料瓶倒置于裁剪下的中间部分，并用胶带将其进行固定。接着再将裁剪下的上半部分固定于倒立的完整饮料瓶底部，再利用一些卡纸来给“火箭”做一些火箭头、尾翼装饰。为了保证“火箭”在飞行中的稳定性，需要在进行尾翼装饰时，确保其与底座保持对齐。用同样的方法，为“火箭”装饰三个尾翼，并在“火箭”底部加上喷射动力控制塞。（如图1所示） 在完成了所有的制作工序后，在所制作的“火箭”中装入适量的水，并控制其水量为饮料瓶的1/4到2/5之间，然后利用打气筒对其进行打气并调整好其发射角度。完成10个大气压的打气之后，橡胶塞在气压的作用下会与饮料瓶脱离，然后获得反作用力射出。通过这样的实验，可以更加直观地对“反冲”知识点的理解，也增强了自身的动手能力。 三、通过趣味小实验学会思考 日常生活中，每一名同学的身体素质及条件都有所差异。有的同学身材魁梧，有的同学则较为瘦小。如果让两者之间进行一次力量比赛，比赛结果可想而知。许多同学在回答这问题时，会不假思索的说出取胜的原因是因为身材料魁梧的同学力气大。我们可以利用这个问题来探究取胜的原因。在这个小实验中，我们需要运用旱冰鞋，让身材魁梧的同学穿上，然后两者之间再来进行一次比赛。其结果会出人意料，身材瘦小的同学取得了胜利。那究竟是什么原因？这问题就需要我们对这种现象进行研究与分析。通过大家一起的讨论与思考发现，当瘦小的同学的静摩擦力达到一个值时，身材魁梧的同学所受到的摩擦力会持续上升。对于两者之间所产生的合力方向则会会对身材魁梧的同学产生一定的加速度。因此，真正决定胜负的秘密在于瘦小的同学增大了摩擦力。通过这样的小实验，让我们树立起了在遇到一些物理现象时，应该运用所学习的物理知识来进行解释。久而久之，可以培养我们的思考能力，促进物理学习成绩的提升。 四、借助生活化情景开展趣味小实验加物理知识的印象 高中时期的学习压力非常大，在完成了学习任务之后，可以采用一些具有趣味性的小实验来缓解紧张的学习压力。通过一些可以独立完成后小实验，还能够加深我们对物理知识的印象。比如：在电视中我们会看到一些鸟类休息时，会以单脚站立的形式进行休息。在看到这样的生活化情景时，可以尝试着像鸟类一样单脚站立，还可以尝试着保持双脚站立姿势的情况下，调整为单脚站立。通过这个尝试会发现，要完成这个动作非常困难。如果我们侧身将一只手臂与腿与墙面进行接触，然后保持直立姿势，慢慢提起离墙较远的脚，争取用靠墙的脚进行单脚站立。在完成这一系列动作之后会发现，这是一个无法完成的动作。我们可以通过所学习过的物理知识来对这种现象进行解释。因此，要实现站立必须要竖直向下通过重心的重力作用线通过了两脚围成的支面。如果我们采用了上面的方法来进行站立，支面会慢慢缩小到一个很小的范围，然后重心的重力作用线则会影响我们的单脚站立。通过这样的一个小实际，我们可以再联想许多婴儿在学习走路时为何总是踉踉跄跄，正是因为这些小婴儿的两支脚呈现一种分开的状态，所以他们在学习走路时总是感觉要摔倒。还有在一个摇晃的物体上，如果想要站立，需要将双脚叉开。如果想要在这个物体上进行行走，最好的方式就是八字形。这些都是与支面大小有一定的关系。通过一个小小的实验，不仅让我们紧张的学习心情得到了缓解，同时还加深了我们对物理知识的印象。因此，我们在看到一些生活中常见的现象时，不妨可以运用物理知识来进行思考与探究，一定会让你对物理知识产生极强的学习兴趣。 五、利用废旧物品开展物理小实验 当前的社会非常重视环保，作为新时代的高中生，同样应该以环保理念来制作一些能够让我们开展实验的小道具。比如：可以收集一些废旧的易拉罐、金属罐头盒或饮料瓶等。然后在其接近底部侧面的位置用工具钻出一个小孔。用手指去按住钻出的小孔并往里面注入相等容积的水量。当我们将按住小孔的手指打开时，水自然会从小孔中流出。但我们让饮料瓶以自由落体的形式下落。在其下落过程中，小孔中并不会有水流出。这样的一个小小的实验，让我们可以应用失重现象来进行解释。不仅利用了废旧物品，同时还增强了实验的趣味性。 此外，还可以利用同一个饮料瓶，在侧壁上下不同的位置钻三个小孔。然后用手指分别按住三个小孔，向瓶内注满水。然后同时打开按住小孔的手指，观察每一个小孔中所流出的水平射程各有不同。位置越高的小孔的水平射程较小，位置越低的则越大。通过这个实验，我们可以用液体内部压强与深度有关来进行解释。 六、结束语 总而言之，高中物理趣味小实验可以健全我们的物理知识结构。虽然学校并没有开展相类似的实验课程。但我们可以结合自身在生活中的所见所闻来进行联想，并结合学习内容开展趣味小实验。不仅可以缓解学生压力，同时还可以加深我们对物理知识的理解，提升了物理学习兴趣，让我们在高考中取得更好的成绩。 高中力学论文:高中物理力学的解题技巧 【摘要】笔者因喜欢物理科目，对物理的学习有着浓厚的兴趣，加之以我们班的物理学习情况来看，力学作为物理科目中较为难学的一部分内容，大家对其解法比较头疼，而这容易对我们的物理学习产生心理障碍。基于此，笔者通过自我学习经验，总结了在物理解题中的部分技巧与学习方法，供大家讨论和指点。 【关键词】物理；力学；解题；技巧；方法 力学是高中物理科目的重难点，部分同学在学习过程中，不能完全理解力学中的知识，加之涉及力学知识的题目大多以综合题出现，解题思路和过程的复杂性进一步加深了学习力学的难度，而一旦学不得法，则容易造成学习的盲目性和混乱性。以下，笔者通过自己学习的经验，对高中物理力学知识学习的相关技巧与方法作了简述。 1培养力学的解题思路 在我们学习高中物理力学时，需要用到能量守恒定律、运动定律，且还要运用不少的数学知识，比如三角函数、几何、图像等。以我自身为例，在课余时间就经常和部分同学讨论有关力学习题的解题过程，以及所需要用到的理论知识有哪些，通过不断地练习与深化，我们找到了可利用熟练掌握的函数和定律的方式，来解答部分力学的问题，并由此形成一种自我特定的力学解题思路。同时加之力学习题具备多变性、理解难等特点，因此在学习过程中，我们需对受力物体进行受力分析，并养成举一反三的学习习惯，从而达到事半功倍的学习效果。 2强化审题，找出隐藏信息 审题是解题的第一步，在高中物理力学题的解答中，我首先会对所要解答的问题进行整理，并弄明白所要解答题目的对象，并且在一个特定的环境下，会将其问题的对象单独隔离出来，进而有针对性、单一性的对问题进行力学上的分析，同时我还会尽量找出题目中所蕴含的隐藏信息，来提升解题效率。另外，高中物理力学大多的问题都会和我们的生活实际相关，因此在审题过程中就需要特别注意，做到边审题边在题目中标注重要信息，同时注意题目中有没有直接表明而对解题有帮助的隐含信息，并将信息加以分类，以避免解题时找不到思绪，钻入“牛角尖”。 3构建物理模型，分析受力条件 分析题目时，我一般会按顺序分析物体所受的力，即按照重力、弹力、摩擦力的顺序分析，并牢记口诀“重力一定有，弹力看四周，摩擦分动静，方向要判准”。弹力和摩擦力都是接触力，我们可对其进行全面分析，看问题对象与其它物体有几个接触面（点），并应根据弹力和摩擦力的产生条件逐一分析，每分析一个力都应找出施力物体，因此这种方法可以当做是防止“多力”的有效措施之一。其次，在分析物体受力时，还要具体分析物体的运动形式，是静止或是均速直线运动，还是变速运动，同时还要注意运动的相对性与物体所处的状态，物体所处的状态不同，其受力情况一般也不同。如放在水平传送带上的物体随传送带一起传动时，若传送带加速运动，物体受到的摩擦力向前；若传送带减速运动，物体受到的摩擦力向后；若传送带匀速运动，物体则不受摩擦力作用。最后，还要明确物体受力情况，分析其具体受到的外力个数以及方向，如果是多物体受力，还需具体分析每个物体之间的相互作用力，以分清单个物体受力情况和整体受力情况。另外在物体受力情况十分复杂时，需要从整体上考虑，并列出相应的受力方程。 4掌握力学学习的方法 在我们所学习的高中物理力学当中，力学主要涉及到安培力、电场力、引力、洛仑磁力、摩擦力、弹力以及重力等，其分析的方法可以归纳为以下几点；（1）判断力存在性的方法：在日常学习中，我们需要注意以下几点：①弹力会受状态影响；②相对运动为机理；③重力需看问题提示；④先弹力后摩擦；⑤相互垂直力若大，则平行不存在力；（2）力隔离与整体方法：以外力判断整体，隔离后求内力；同状态看整体，反之用隔离；不同状态，整体也可；假设某力存在或者是不存在，应当以依据计算；坐标利用正交分解，轴上矢量多；（3）判断力运动趋势的方法：受到速度和加速度的影响，同向相加反向则抵消，垂直拐弯不向前；加速度受力影响，分清径向切向，径向方向变，切向大小变，运动方向则偏径向。此外，详细的力学的解题方法为如下所述。 4.1动力学 高中物理动力学问题，我们的老师将其大致分为两种：第一种是根据已知研究物体的运动情况，来分析其受力情况；第二种是已知研究物体的受力情况，来判断其具体的运动情况。同时我发现在一般情况下，动力学知识往往会伴随着综合题出现，包括高考考题中常见的力学与电学结合的问题，因此其可以认为是高中物理力学学习的重点和难点知识。而要想解决动力学问题，其研究对象既可以是一个，也可以是多个，在具体的解题过程中，我一般会根据题目所给出的信息，运用牛顿定律余动量定理等，以最适合的解题策略进行求解。 4.2运用动能定理及机械能守恒定律解决问题 在物理力学的学习中，我们知道由于动能、势能、机械能均为状态量，加之动能定理及机械能守恒定律不涉及具体过程及过程量，其只涉及物体的始末状态，因此在解题过程中，我们可无需分析过程量，达到简化解题过程的目的。由此可见，动能定理及机械能守恒定律适用于恒力或变力、持续作用或短暂作用、直线运动或曲线运动等，并且无法应用牛顿定律及运动学规律解决复杂性问题，但可以应用能量定律对其进行简单的解决。 5掌握逻辑思维，在解题中举一反三 在学习高中物理知识时，我发现很多力学问题都存在着逻辑连贯性，因此，我在平常的学习中会刻意训练自己的逻辑思维能力，以在解答力学题目时降低其复杂程度，更好地理解题意。例如，我在遇到“两个物体纠缠在一起，彼此之间均存在着相互作用力”这类题目时，我会先提出假设将这两个物体当作一个整体，来解决它们无法区分开来的受力情况，并利用逻辑思维能力进行解题。同时，我在解答高中物理力学问题时会注重对知识迁移能力的训练，由于力学题目有很多题型都具有一定的相似性，或者彼此知识存在着关联，针对这些力学问题，我能够根据平常的解题经验总结规律，不断积累和提升自己的物理学习能力，使得自己的解题自信不断增强，以此将物理知识和解题方法举一反三。 6总结 总之，在力学解题全过程中有计划、有目标、由简到繁、循序渐进、反复多次地引导自己实践，不仅是提高力学解题效益的充分条件，也是排除我们学习物理力学心理障碍的主要渠道。 高中力学论文:高中物理力学的有效学习方法之我见 摘要：就高中物理教材而言，力学是物理知识中的重点内容之一。从以往的高中物理力学教学可知，学生在学习过程中常常会遇到一些问题。如果这些问题没有得到及时解决，他们学习物理力学知识的积极性就会受到影响。本文从当前高中生物理力学学习中存在的问题入手，对高中物理力学的有效学习方法进行分析和研究。 关键词：高中物理 力学 有效学习方法 物理是高中教育中的重点学科之一。与语文、英语等学科相比，高中物理知识的学习难度相对较高。在这种情况下，错误学习方法的使用会对学生高中物理力学知识的学习质量、积极性等方面产生直接影响。对此，笔者针对高中物理力学知识的特点，提出了几种有效的学习方法。 一、目前我国高中生物理力学学习中存在的问题 从整体角度来讲，当前我国高中物理力学教学中存在的问题主要包含以下几种： （一）高中物理力学知识死记硬背问题 部分高中生并未掌握正确的学习方法，他们在学习高中物理力学知识的过程中，仍然会秉承初中的学习习惯，直接死记硬背，以此保证对高中物理力学概念、公式等内容的记忆。从高中物理试卷中可以看出，这门学科的考察重点并非学生对力学概念、公式的了解程度，相反，其更加重视学生对力学知识产生过程的掌握程度。因此，高中物理力学知识的有效学习建立在学生能够掌握正确学习方法的基础上。 （二）盲目解题问题 在解答除选择题、填空题之外的大题的时候，部分学生为了获得一定的分数，通常会使用直接列相关力学公式的方式，将题目的空白部分填满。这种问题的引发原因主要是：学生对力学知识的了解较少，他并不确定自己能够解答除这些问题。因此，会通过这种罗列可能有用的力学公式的方式，防止完全失分现象的发生。事实上，这种解题方式虽然能够帮助学生获得一定的分数，但不会对他们对物理力学知识的学习、理解产生任何帮助。 （三）题海战术问题 在高考的重压下，仍然有许多学生认为题海战术是防止在考试中遇到没见过的力学问题的有效方法。高中生本身的学习任务就比较重，应用题海战术这种学习方法学习高中物理力学知识势必会影响其他学科的学习。为了保证各学科学习时间的均衡分配，学生通常会选择压缩自身的睡眠时间。长此以往，学生的睡眠质量和学习质量都会逐渐下降，形成一个恶性循环。题海战术的作用不可否认，但这种学习方法作用的发挥需要大量的物理题目来支撑，在难以满足这种要求的情况下，这种方法并不可取。 二、高中物理力学的有效学习方法 笔者认为，高中物理力学知识的有效学习方法主要包含以下几种： （一）力学模型构建法 在高中物理力学题目中，常常会出现一道题目中包含两个或两个以上物体的情况。相对于单个物体而言，这类题目的理解难度相对较高。在这种情况下，可以根据问题的实际类型利用力学模型构建法快速完成题目的理解与解答。 在高中物理力学部分中，可以构建的力学模型类型主要包含以下几种：第一，船人模型。这种模型可被应用与船与人的相对运动力学问题中。在这个模型中，原本的系统（包含船、人等因素）处于静止状态，某种力的作用使得这个船人系统产生相对运动，此时可以认为系统在相对运动方向上遵从动量守恒定律。第二，碰撞模型。这种模型可被应用于两个物体产生碰撞的问题中。该模型遵从动量守恒，例如，碰撞作用产生后的动能参数低于作用之前的动能参数。第三，连接模型。这种模型可被应用在以细杆（不计算重量）或细绳等连接起来的两个或多于两个物体中。 （二）转换法 当学生难以理解题目中的内容时，可以通过转换的方式将其转化成物理力学中较为常见的模型或者生活中的常见事例，进而顺利完成题目的解决。例如，当题目为：一条细绳的一端系着一个质量为m的小球，该细绳的另外一端被手握住。在确定人手做功、细绳与小球所作圆周运动的角速度及半径的情况下，判断小球在匀速圆周运动过程中的摩擦阻力。此时，为了保证问题的有效理解，可以将其转化成连接模型，即将人手、细绳、小球看成一个模型整体，此时，可以将小球受到的摩擦阻力看成是模型中的内部力的作用，遵循动量守恒定律。 （三）力的存在判断法 随着高中物理力学题目中力的种类的不同，针对这种力使用的判断方法也应该作出一些变动。常用的力学判断方法主要包含以下几种：第一，运动趋势判断法。这种方法通常被应用于两个或多个以上物体的运动过程中。如果所给条件中物体的运动趋势受加速度的影响，则应该判断题目中立的方向。如果其方向为径向，则该物体的运动方向会发生变化；如果为径向，则力的大小会发生变化。第二，隔离判断方法。这种判断方法通常被应用在存在多个物体的题目中。如果这些物体所处的状态不同，则应该利用隔离方式完成各个物体力的判断；如果其处于相同状态中，则可以利用作为整体的方式判断力的方向、大小等判断。 （四）力学问题解答规范法 力学问题的解答过程应该按照以下步骤进行：第一，读题步骤。读题是解答高中物理力学问题的重要前提环节。通常情况下，力学题目中常常会存在着一些隐藏条件，如果学生无法有效挖掘这些隐藏条件，则其后续解题步骤可能会受到一定影响，进而影响最终结果的正确性。因此，在这个步骤中，学生需要加强对题目中包含现象、条件本质的分析与判断。当题目较为复杂时，可以将题目分解成多个不同的部分，按照循序渐进的方式分别进行解答；第二，知识罗列步骤。这个步骤主要是将题目中涉及的力学公式、定理等确定出来，并利用这些知识完成整道题目的解答。第三，结果判断。这个步骤的作用主要是防止解题过程中的疏漏影响结果的准确性。 三、结语 目前高中生在物理力学部分学习过程中存在的问题主要包含题海战术问题、盲目解题（罗列公式）问题等。为了提高学生高中物理力学部分的学习质量，应该将力学问题规范解答方法、力学模型构建法、转化法、力的存在判断法等有效学习方法贯穿在教学过程中。 （作者单位：山东省潍坊第一中学 68级11班） 高中力学论文:中德现行高中物理教材“动力学”之比较研究 摘 要：德国高度重视科学技术教育，其中学物理教育分层次、分阶段，并在文理中学使用配套的KPK系列教材。通过对中德中学物理课程设置、中德两套高级中学物理教材“动力学”部分的主题内容和体系结构的比较研究发现：德国卡尔斯鲁厄物理课程的设计思想切入点创新、内容选取起点较高、展开顺序“深入浅出”、概念引入直接自然。两套教材的比较研究能够为理解物理概念、完善物理教材和教师备课提供较大的帮助和参考。 关键词：德国；教材；高中物理；KPK；比较 1 引 言 新课程改革的人教版教材侧重物理学概念、规律经典的建设过程，教材的主题内容基本是围绕着“运动和力”展开的，教材对物理知识本身的要求较高，同时对高中阶段学生的数学功底要求逐步升高，使得高中学生感到物理“晦涩难懂”。相比之下，德国KPK教材更加注重物理从生活中来，在设计思想、主题内容选取及展开顺序、概念引入、栏目设置和插图等方面形象生动，深入浅出，值得认真研究。 现有的中德物理教材的对比研究主要从两套教材的习题和设计思想特色方面进行展开[1-2]，而本文从中德中学物理的课程设置和知识结构等方面着手，选取新课标人教版必修模块和选修3-5“动量守恒定律”与KPK力学[3]在中学物理的课程设置、“动力学”主题内容和“动力学”概念规律三方面进行比较研究。 2 中德中学物理课程设置比较 2.1 德国中学物理课程设置 德国实行小学4年、中学8年的义务教育，4年小学后经过5年级和6年级的过渡阶段进入分流阶段，大约70%的学生进入主科中学（5到9年级）和实用中学（5到10年级）等职业学校，读2～3年后就业；一小部分（30%左右）成绩较好的学生进入文理中学（5到13年级）继续学习，不同中学实现不同的教育目标。主科中学和实用中学侧重职业教育，完全中学侧重“精英教育”，实行全面化分层次的双向分流教育。文理中学又分为初级、中级、高级3个阶段。德国中学物理课程设置如表1所示。 2.2 我国中学物理课程设置 我国实行小学6年、初级中学3年的国家义务教育，小学毕业后学生不分流。初中毕业后，大部分学生进入高级中学学习，小部分学生进入中等职业技术学校学习技术。新课程改革后，我国中学教育提倡面向全体学生的素质教育，我国中学物理课程设置如表2所示。 2.3 比较分析 九年制的文理中学（又称完全中学）是德国的传统高级中学，文理中学的高级阶段相当于我国的高中阶段。德国在此阶段的学生基础较好，使用的KPK高中物理教材与我国的高中物理教材属于同一层次。德国KPK物理教材的高中版，非常明细地将物理学分支学科分为力学、电磁学、热学、光学、原子和量子物理等5册，德国的双向分流教育使得KPK系列教材每一册的起点相对较高。而我国新课标人教版高中物理教材分必修模块和选修模块，为学生提供一定的选择性，没有明显的学科分支，新课程改革提倡素质教育，面向全体学生。 3 中德两套高中物理教材“动力学”章节主题内容比较 3.1 章节内容结构比较（如表3所示） 3.2 比较分析 从表3中可以看见：德国KPK物理教材（高中版）和新课标人教版必修1、2及选修3-5两套教材所选编的内容差别很大。KPK教材第三章《角动量和角动量流》、第四章《重力场》，这些内容和概念出现在我国大学物理教材中，这也体现出德国KPK教材知识的深度、广度相对较高。 两套物理教材对各章节内容的侧重程度不同，具体反映在各章节内容所占的页数篇幅上。现将各章节页数所占总页数的比例作出饼状图，如图1、图2所示。对比可见：KPK教材重点内容较为突出，第三章《动量和动量流》所占比例高达28.09%；而人教版教材除《物理学与人类文明》部分所占比例较小外，其他章节所占比例基本均匀。KPK教材的《宇宙学》所占比例为2.25%，而人教版教材的《万有引力与航天》所占比例为11.86%；人教版教材主要采用牛顿的“力学模型”，侧重介绍运动、受力分析和能量，而KPK教材主要采用新的设计思想和新的概念结构，以“动量流模型”为核心，侧重于介绍动量、动量流，KPK教材把动量作为力学的基础。 4 动力学物理概念和规律比较 KPK教材和人教版教材所采用的基本物理量、模型和描述方式不同。因此，两套教材表述相同物理概念和规律也有较大的区别。 4.1 物理概念比较 由表4可见，两套教材中相同的基本物理概念的描述不同。KPK教材独特的设计理念打破了经典力学的思维，进行了大胆的改革与创新。KPK教材中“力”简化为“动量流强度”，它将物体运动的第一基本概念定义为动量，认为动量是一个整体不可再分，能够在物体之间流动。它以动量这一实物型量为中心概念构建全新的力学结构，其独特的描述方式更好地激发学生学习物理的兴趣和积极性。而人教版教材以力和速度为基本概念构建了经典力学结构，力的概念比较复杂，颇具难度。尤其是受力分析，学生学得相当吃力，很难真正掌握。 此外，两套教材概念引入的思维方式也不同。人教版高中物理教材采用从特殊到一般的思维方式来引导学生建构物理知识，而KPK教材则恰巧相反，采用从一般到特殊的思维方式来引导学生接受物理知识，这对传统教育理念框架来说，KPK教材作出了大胆的尝试与创新。 4.2 物理律比较 人教版教材中牛顿运动定律是物理学的基础规律，是整个高中物理中联系运动与力的纽带。由表5可见：KPK教材中把牛顿运动定律只是作为“动量流模型”的一个推论，人教版教材在给出定律前学生先实验探究，得出实验探究报告，最后引入牛顿运动定律。例如：Δp=I关系式在人教版教材中是动量定理，在KPK教材中却是一种定律；相反，==F在KPK教材中是定理，其本质相当于人教版教材中的牛顿第二定律ma=F。人教版教材遵循物理学发展的历史，进而建立一些重要物理概念和物理规律，让学生探寻物理学家伟大发现的足迹，而KPK教材则独辟蹊径，大胆创新，从一开始就确定“流模型”概念（如“动量流”）。在这一基础上逐步建立牛顿运动定律、动量守恒定律。从这一角度来看，KPK物理教材最大的特色是“深入浅出”。显然，对学生的思维要求较高，这也体现出德国的“精英教育”。同时也非常重视职业教育，大约70%的学生就读职业学校，只有30%左右的学生学习物理提高课。而人教版物理教材的特色是“浅显易懂，逐步深入”，这充分体现了素质教育的要求，面向全体学生。 5 结 论 通过对KPK物理教材和人教版物理教材力学部分的对比，发现两套教材的面向对象、设计思想、主体内容和体系结构等都有较大的不同。 （1）两套教材的面向对象的起点存在差异。KPK教材面向双向分流后学习成绩较好的30%左右的学生，因此，呈现出“入门难”的特点。而人教版教材面向学习成绩分层的学生，所以，呈现出“浅显易懂，逐步深入”的特点。 （2）两套教材的设计思想的切入点不同。KPK教材通过物理概念和物理思想的结构化实现物理课程的精简化，以“流”和“守恒”为指导思想，建立了以“动量流模型”为核心概念的力学体系。人教版教材更加侧重物理概念和规律的经典建立过程，教材的主题内容基本围绕着“运动和力”展开。不同的切入方式处理问题时，处理方法略有不同。 （3）两套教材主题内容的选取、展开顺序和重点内容有所不同。KPK教材重点讲述动量和动量流、重力场及质量和能量，而人教版教材重点讲述运动和受力分析。KPK教材第九章《宇宙学》所占比例仅为2.25%，而人教版教材第六章《万有引力与航天》所占比例则为11.86%。 高中力学论文:浅谈高中物理力学教学 【摘要】中物理课程是高中科学教育的重要课程之一。物理课程的学习包括概念、原理和规律以及技能的学习，而物理概念统领且包含着物理原理和规律，核心概念则是物理概念的重中之重。 【关键词】高中物理 重力学 解题思维 物理力学是高中物理的重点，也是高中物理的基础.在物理力学教学过程中，对力的平衡状态的分析是物理力学教学的难点之一.本文结合物理力学传统教学中的不足与力学解题方法中的思维方向以及教学过程中的经验，阐述了高中物理力学问题教学中对于解题方法的研究。 一 物理学定律的理解 物理力学的学习不仅仅是学习牛顿运动三大定律，在后期的学习过程中，还要学习动量守恒定律、万有引力定律、机械能守恒定律等，这些内容在解题过程中，往往相互关联与串接.如果没有清楚地理解每个定律的定义，就容易在解题过程中发生混乱.例如，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大圆环上的质量为m的小环（可视为质点），从大圆环的最高处由静止滑下，重力加速度为g.当小圆环滑到大圆环的最低点时，求大圆环对轻杆拉力的大小.在本题中，就需要同时使用牛顿第二定律、力的平衡、机械能守恒定律等.物理的解}需要对物理定律有充分的理解与掌握，一些学习能力不强的学生，对于物理的学习常常感到吃力，其原因之一就是对于物理定律的概念模糊不清，在解题过程中常常发生混淆，答案也就往往是错误的.对于物理定律能有较好的理解也是物理解题方法的关键之一。 二 准确使用物理学语言 在物理力学问题的分析中，画图解题是重要的解题方法之一，而物理语言的准确使用对于物体的受力图的正确分析有着无可替代的作用.物理语言的规范使用，需要教师在教学过程中重点强调和培养.第一，教师要时刻规范自己板书的书写，对于学生物理语言的不规范使用应该及时加以纠正.第二，教师在阅卷过程中，对于学生物理语言的不规范使用应该进行严格的扣分，以督使学生养成良好的使用物理语言的习惯.物理语言的规范使用，可以为物体受力图的正确分析奠定良好的基础，物体的受力分析图对于物理力学问题的解答具有重要作用。 三 加强解题思维的关联能力 对于物理力学的解题，学生要具有必要的分散与关联的思考能力.一方面，在物理力学的分析中，需要对物体进行整体的力学分析，再对每个小物体进行单独的个体受力分析来解题.另一方面，在力学分析过程中，物体的运动状态可能静止，也可能是匀加速直线运动、变加速直线运动等，学生要将物质运动的规律与受力情况进行联合分析.学生解题的关联思维还表现在物理力学中常常出现一些陌生的题目，此时学生要利用关联思维将该题转化为常见的习题模型，找到相似的规律解题.学生解题思维的关联能力对物理力学的学习来说十分重要，教师需从以下三点培养学生思维的关联能力.第一，培养学生的抽象思维能力.学生能对题目给定的情景联系生活实际进行想象，并画出简单的示意图.第二，要培养学生对于物理题目的关联思维，教师可以让学生多做一些相似度较高的题目，让学生找出其中的规律，并找到解题的诀窍.最后，学生要有对于物理公式的关联思维.教师在授课过程中要加强对公式的讲解，促进学生对于公式的理解，使学生在解题过程中能够熟练联系各种公式，求出未知量。 四 重视基础知识积累 基础知识是所有学科学习的关键所在，在记忆课本知识的基础上，学生应该主动积累来自例题以及参考资料上的物理知识的有关信息，这些信息可能来源于插图，可能来源于题目内容，可能来源于阅读资料。在积累资料的过程中，学生应该学会归纳总结，找出知识点的相同点以及不同点，进行相关的整理，以便于记忆。记忆与遗忘是共同存在的，所以在日常的学习过程中，学生应该反复地记忆知识点，使得知识更加全面系统，使知识与定理的内容联系更加充分。高中考试注重的是学习的透彻性，知识的基础性。在高中物理学习中，尤其是力学学习中，学生应该熟记相关的基础知识以及相关结论。刚开始学习的时候，学生往往会忽略基础知识的学习，认为理科学习、物理学习不需要死记硬背知识点，结果导致在期末复习时，能熟记基础概念的学生少之又少。所以，学好物理、学好力学的前提就是熟记物理概念，例如：什么是“机械”。只有熟记物理概念，才能更好地学好高中物理，掌握物理的学习技巧。 五 重视物理模型的建立 在物理力学的解题过程中，物理模型的建立使物理的解题过程变得简单.物理力学题目纷繁复杂，运动情况千变万化，建立恰当的物理模型，对于简化物理题目有着重要作用.建立物理力学模型时需要做以下工作：第一，需要对物体进行运动分析，分析其受力情况；第二，需要对物体进行整体分析和隔离分析，分析物体间力的作用，然后进行解题判断；最后，判断物理模型并进行归纳建立.物理模型的建立，对于物理力学的解题十分必要.例如，在求物体受到弹簧弹力大小，弹簧在振动过程中能量损失多少等问题中，就应该想到弹簧振子模型，根据具体情况再决定使用其竖直型还是水平型.教师应重视物理模型的建立，在例题讲解过程中，分析其对应的物理模型，让学生在脑中对于各类题目进行简单分类，避免在解题过程中产生混乱.总之，在理科考试中，物理的力学问题是考试的热点问题.教学中教师有必要对力学问题的解题方法进行分析并总结.物理语言的准确使用、对于定律的良好理解、解题思维的关联能力以及物理模型的建立是物理解题过程中常见的重要方法。 小结：综上所述，在力学学习中，只有归纳整理，学生才能找到知识间的联系，找到学习物理的兴趣，在物理学习过程中，从简单到复杂，从听懂到熟能生巧，这样才能从根本上提高物理成绩。 高中力学论文:基于“轻绳、轻弹簧的力学分析”为例探讨高中物理解题模型设计 【摘 要】在“轻绳、轻弹簧的力学分析”物理知识的模型建设时，要按照模型建设的原则来进行，能够在简化理论知识的基础上，构建理想模型。教师在建设模型时，要将物理题中的干扰项排除，找出实际求解条件，设计统一的模型来进行答题，提高物理教学水平。 【关键词】高中物理；模型构建；力学 现代教育不仅是教授学生知识，更将学习内容与生活相连，满足社会对人才的需求，高中物理也是如此，教学知识的实践性增强，就目前高中物理教学现状观察，教学的实践性不断增强，主要表现在物理题解的模型构建上，通^构建模型，将理论化知识应用在具体实践过程中，利用立体化物理模型，降低物理知识难度，将抽象化的知识形象化，在学生脑海中构建知识模型，提高物理学习的效果。高中物理力学知识教学中，构建模型是最常见的解题方法，尤其是在轻绳、轻弹簧的力学分析上，将抽象化的“力”通过模型形象化，将力的相互作用表现出来。 一、高中物理知识模型的构建 高中物理知识模型的构建主要是将抽象的物理知识形象化，降低抽象理论的理解难度。模型构建是受到学生想象力的限制作用，现代教育要求发散学生的思维，使学生能够在模型构建的过程中，不断丰富自身的空间想象力和逻辑思维能力，同时要注意构建模型并不是毫无原则，模型的构建要遵守以下几个原则： 首先，模型的构建要突出主要问题。物理模型构建的主要目的是要实现物理解题，在构建模型时，要注意将最基本的知识简化为模型，能够通过构建的模型经要解决的问题表现出来。在构建模型时，注意区分干扰因素，尽可能构建关键词，减少不必要词语的干扰，尽量简化模型，简化物理问题。 然后，模型的构建是客观存在的。物理知识的严谨性很强，在模型的构件上，应该将模型与知识相关联依附于问题本身，不能使构建的模型脱离实际问题；还有在构建模型时，切忌主观臆测，凭借主观判断进行模型构建，这种做法导致模型无法发挥本身的解构作用，最终造成模型构建不准确。 最后，模型构建遵循科学原则。模型本身的构建过程就是科学实践的过程，在模型的构建上，要注意不违背科学原则，不能够追求降低知识难度，忽视客观理论。 二、轻绳力学分析的模型构建策略 构建“轻绳”模型首先要了解力学的相关知识，对于相关假设进行模型构建和分析，物理力学知识的相关假设有：力量传递介质的自身质量忽略不计的前提下，弹力或拉力方向与轻绳或轻弹簧平行；轻绳不会受自身拉力影响，不会出现弹力的变化，长度变化的情况，一般都是在可控范围内，能够随意改变轻绳的自身的拉力、弹力。 关于轻绳的结点问题，若无结点，那么拉力在同根绳任何位置上恒等；若有结点，则将轻绳看作两条独立的绳，拉力的大小则要看实际数据。 1.轻绳无结点，拉力恒等 模型如图1所示： 解析：作用于弹簧秤的两个外力不相等，拉力做匀加速运动，隔离外壳及弹簧秤钩，其秤钩及弹簧是轻质的，M=0，弹簧的手里作用如图6所示： 具体的运动过程如下： F1-T=Ma=0 计算T与F2的关系，计算公式为T-F2= ma，由于ma=0，将0带入式子中可得T=F2，由此可知弹簧两端的作用力皆为F2，同根弹簧各张力点的作用力相等。 结语 在现代物理解题中应用模型解构，降低物理知识的难度，有效的实现知识的实践化，能够将物理知识与模型实践结合起来，提高物理学习的质量。模型构建的用途之一就是力学的相关知识，通过轻绳、轻杆和轻弹簧的理想化模型的构建，解决力学问题。 高中力学论文:高中力学解题技巧研究 摘 要：解析高中物理力学题时，在推理逻辑力、抽象思维力和判断力方面给高中生提出了较高的要求，所以在解析力学时，掌握解题技巧才能够快速准确地求出结果。就从基础概念打实、细分知识点和仔细审题这三个方面来阐述解题的技巧，希望能够给予高中生一些力学解题上的帮助。 关键词：基础概念；解题技巧；推理能力 物理这门学科在高中时期属于难度较大，也非常重要的一门课程，由于在这门学科中还牵扯化学和数学的知识，因此它是综合能力强、涵盖广泛、有较大灵活性的一门学科。高中物理学中力学是重要的内容之一，只有将高中时期所有力学知识点融会贯通，并且掌握解题的技巧才能够顺利、正确地完成物理试题。然而力学试题不同也就有会有不同的解题技巧，所以在进行解题技巧归纳时，一定要理清题目的本质，这样才能在解题时起到事半功倍的效果。 一、打实基础概念，使学生的物理思维得到发散 物理概念作为物理学之根本，学生理清全部物理概念才能够为学习物理打下基础。假若学生不能搞清楚物理概念或者对于每个物理概念不能明确掌握，那么解题时必然会出现这样那样的问题。为了能够让学生牢牢掌握物理概念，应采取以下方法：（1）明确物理概念的定义。大多数物理概念乍一看差不多，然而其实质意义却大相径庭。例如“加速度”和“速度”二者之间只相差一个字，却是完全不同的两个概念。加速度是描绘物体在运动时速度变化快慢的一个物理量，而速度则是描绘物体运动得快还是慢，当速度在零的状态下，而加速度有可能不是零，所以学生将这些基础概念掌握好，才能够在解题时理清题意，不至于出错。与上述情况相同还有“速率”与“速度”的概念，“动量”与“动能”的概念。另外“功”与“能”在很多时候有相同的单位，但是“能”用来表示状态，功来表示过程，所以在物理量上大不相同。（2）重视物理量之间的相关性。各种物理量在力学的范畴内不是单独的，而是密切相连并可以相互推导的。只有使学生本身的物理思维发散出来，才能够使其在解题时保持解题的创新性，使举一反三的能力加强。 二、仔细审题，使学生的解题思维得到发散 在物理试题所给出的条件中，有的是互为关联的两个或者两个以上物体，有的则是单独的一个物体，还有的会将整个物理过程给出，当然也会将物理过程中的很少一部分提供给学生。学生想要找到求解此类试题的方法，仔细审题十分必要。在展开审题时，（1）要分析物理系统是怎样受力的，同时将全部单位均变换成国际上认可的统一单位，然后再将数值代入加以核算，这样就可以评断得出的结果是否能符合逻辑。（2）在研究试题中的对象时，实行抽象思维，同时在特定环境下将该类对象画成物理图，这样学生在对对象进行研究分析时变得更加直接，运动规律也就在此呈现出来，从而会快速地将解题方法找出来。此外，学生在物理学的范畴内，使物理过程向物体状态转变，要明确物体只是处在非平衡和平衡两种状态，这样学生的求解方式也就更为确切和明晰。（3）学生在求解时，有的题目需要用示意图的方式描述给出的条件，这时就应当根据试题给出的意思，将受力状况或者各个阶段的运动形态在示意图上标注出来，这样一来，学生可以更加形象、直观地认识到物体的运动节奏，使给出的条件和求解的最终目标完成相互转化。 三、将知识点细分，头绪理清，使推理能力得到提高 万有引力定律、牛顿运动定律、能量和动量守恒定律、动量定理、动能定理等定律定理是高中物理学中最为重要的定律和定理，而考试题目中针对力学的考核，不是拿出一个定理来考查学生，而是将几个定理综合在一起考核其知识点掌握情况和认知度，从这些定律的考核中查看学生的推理逻辑能力、判别力和抽象思考力。在综合的力学试题中，一般要分析繁琐的受力原理，这是力学学习的难点也是重点。学生在解这一类题目时，应当掌握分阶段探讨的能力，也就是肢解力学知识点，看看是考查的哪几个知识点，将试题的思路弄清楚之后，这个试题也就顺理成章地解决了。一般在遇到对瞬间关系和加速度进行求解的问题时用牛顿定理，解位移和功形成变力的试题时一般使用功定律和能定律，在解与时间相关和冲量的问题时使用动量定理。 此外有的问题具有综合性，一两个定理无法满足，就必须用两个以上的定理来解决。在对试题展开分析时，一定要将守恒定律放在考虑的首要位置，一般最为简单的解题技巧就是用守恒定律来解决，不过在使用这一定理时必须是在守恒条件满足的前提下展开，如果不展开试题的分析就胡乱地用守恒定律，那么解出的答案必然是错误的。特别是在动量守恒中如内力远远大于外力，是指在研究系统时，两个物体之间的作用力要大于外界给系统的动力。诸如此类特殊的例子，学生应特别注意。学生对试题中已经给出的条件进行探析时，应重视物理过程的分析，同时构建特定环境下的物理意境。在物体运动的动态过程中，所处的环节不同也就会展现出不同的规律，只有明确其中的规律，才能够找到适合的解题技巧。值得关注的是，物理过程在大部分情况下会变化出很多形式，不过都是以一定的规律为依托。也就是说大多数物理过程之所以改变，只是以一个物理过程为基础，将假设方式和基础条件做出改变，然后形成一道性质各异的试题。因此，想要解决这类题目，只要掌握求解的规律，也就会用最短的时间来解决这类问题。 全面掌握力学体系中的基础知识，不漏掉每一个知识点，也不能有猜题和押题的偷懒心理，踏踏实实地掌握好全部基础知识是解析力学试题的关键要素，因此高中生在学习力学时，应当以基础为主，再运用以上三点解题技巧，才能够更为准确快速地解析试题。所以解析力学题目，无论哪种思路或者技巧都要以扎实的基础为依托，希望以上的各种解题技巧在学生解析力学试题时有一定的帮助。 高中力学论文:高中物理力学问题教学中解题方法的研究 物理力学是高中物理的重点，也是高中物理的基础.在物理力学教学过程中，对力的平衡状态的分析是物理力学教学的难点之一.本文结合物理力学传统教学中的不足与力学解题方法中的思维方向以及教学过程中的经验，阐述了高中物理力学问题教学中对于解题方法的研究. 一、物理语言的准确使用 在物理力学问题的分析中，画图解题是重要的解题方法之一，而物理语言的准确使用对于物体的受力图的正确分析有着无可替代的作用. 物理语言的规范使用，需要教师在教学过程中重点强调和培养.第一，教师要时刻规范自己板书的书写，对于学生物理语言的不规范使用应该及时加以纠正.第二，教师在阅卷过程中，对于学生物理语言的不规范使用应该进行严格的扣分，以督使学生养成良好的使用物理语言的习惯.物理语言的规范使用，可以为物体受力图的正确分析奠定良好的基础，物体的受力分析图对于物理力学问题的解答具有重要作用. 二、物理定律的精准理解 物理力学的学习不仅仅是学习牛顿运动三大定律，在后期的学习过程中，还要学习动量守恒定律、万有引力定律、机械能守恒定律等，这些内容在解题过程中，往往相互关联与串接.如果没有清楚地理解每个定律的定义，就容易在解题过程中发生混乱. 例如，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大圆环上的质量为m的小环（可视为质点），从大圆环的最高处由静止滑下，重力加速度为g.当小圆环滑到大圆环的最低点时，求大圆环对轻杆拉力的大小.在本题中，就需要同时使用牛顿第二定律、力的平衡、机械能守恒定律等.物理的解题需要对物理定律有充分的理解与掌握，一些学习能力不强的学生，对于物理的学习常常感到吃力，其原因之一就是对于物理定律的概念模糊不清，在解题过程中常常发生混淆，答案也就往往是错误的.对于物理定律能有较好的理解也是物理解题方法的关键之一. 三、加强解题思维的关联能力 对于物理力学的解题，学生要具有必要的分散与关联的思考能力.一方面，在物理力学的分析中，需要对物体进行整体的力学分析，再对每个小物体进行单独的个体受力分析来解题.另一方面，在力学分析过程中，物体的运动状态可能静止，也可能是匀加速直线运动、变加速直线运动等，学生要将物质运动的规律与受力情况进行联合分析.学生解题的关联思维还表现在物理力学中常常出现一些陌生的题目，此时学生要利用关联思维将该题转化为常见的习题模型，找到相似的规律解题.学生解题思维的关联能力对物理力学的学习来说十分重要，教师需从以下三点培养学生思维的关联能力.第一，培养学生的抽象思维能力.学生能对题目给定的情景联系生活实际进行想象，并画出简单的示意图.第二，要培养学生对于物理题目的关联思维，教师可以让学生多做一些相似度较高的题目，让学生找出其中的规律，并找到解题的诀窍.最后，学生要有对于物理公式的关联思维.教师在授课过程中要加强对公式的讲解，促进学生对于公式的理解，使学生在解题过程中能够熟练联系各种公式，求出未知量. 四、重视物理模型的建立 在物理力学的解题过程中，物理模型的建立使物理的解题过程变得简单.物理力学题目纷繁复杂，运动情况千变万化，建立恰当的物理模型，对于简化物理题目有着重要作用.建立物理力学模型时需要做以下工作：第一，需要对物体进行运动分析，分析其受力情况；第二，需要对物体进行整体分析和隔离分析，分析物体间力的作用，然后进行解题判断；最后，判断物理模型并进行归纳建立. 物理模型的建立，对于物理力学的解题十分必要.例如，在求物体受到弹簧弹力大小，弹簧在振动过程中能量损失多少等问题中，就应该想到弹簧振子模型，根据具体情况再决定使用其竖直型还是水平型.教师应重视物理模型的建立，在例题讲解过程中，分析其对应的物理模型，让学生在脑中对于各类题目进行简单分类，避免在解题过程中产生混乱. 总之，在理科考试中，物理的力学问题是考试的热点问题.教学中教师有必要对力学问题的解题方法进行分析并总结.物理语言的准确使用、对于定律的良好理解、解题思维的关联能力以及物理模型的建立是物理解题过程中常见的重要方法. 高中力学论文:有关高中物理力学实验学习的几点思考 摘要：高中物理的力学实验需要不断提升学生参与教学的自信心，教师设置更多的生活化的问题，情境教学，情感教学的不断融入，从而实现高中物理力学实验学习质量的有效提升。 关键词：物理；力学；实验；教学；生活化 一、引言 力学内容是高中物理实验教学的重要内容，是高中物理教学的起始，也是现代高中物理教学的关键环节，对后面的物理知识的学习有着启发作用，只有不断拓展实验教学，才能实现学生对力学的相关知识的理解，很多定律和公式都可以通过物理实验得到相关的验证，更好的满足现代物理知识的掌握。由于物理力学实验需要突出学生参与的主动性、独立思考、动手能力，这样都是需要在相应的教学过程中融入更多的新的方法和手段，引导其教学的有效开展。 二、鼓励学生开展实验的自信心 高中生更加需要关注，他们在成长的过程中需要有人不断的关注他们，这样他们才能有自己的存在感[1]。在高中物理力学的教学中，教师的表扬和鼓励对学生来说不仅是最大的关注，更是对自己行为的一种肯定，这样可以大大鼓励学生更好地完成相关的教学任务。教师需要关注到学生平时在上课和课下的行为。在学生独立的或者在团队协作下完成了相关的任务，教师需要第一时间提出表扬和肯定，这样对学生及时鼓励可以大大提高他们的自信心，在今后的任务完成的过程中更加具有信心，这是完成工作任务的基础和前提。具体的激发方法很多，鼓励性班级氛围营造就是一种比较重要的鼓励教育。教师在言语上需要经常性的鼓励和肯定。在学校里，教师是孩子们最为信任的人，他们在孩子们的心里有着很高的地位。因此，教师需要在遇到学生一些成绩的取得之后，需要及时在言语上加以鼓励和肯定：“你很棒。”当遇到学生出现实验困难的时候，也需要及时鼓励他们：“你是最我们心中的最厉害的人，继续想想吧，你一定能做出来的。” 三、设置情境生活化的问题 高中物理力学实验教学的主要内容相对比较简单，都是我们生活中必须使用的力学知识，在教学内容上具有实践性。这也为我们开展教学内容的生活化改造提供了基础和前提。这些物理力学的知识直接教授给学生的时候，由于学生的抽象思维还没有完全建立，学生对那些抽象的问题的认识还缺乏必要的理解和认识，将这些理论知识的抽象问题使用一些生活化的案例进行铺垫，从具体到抽象，从简单到复杂，这就符合了高中生认识事物的一般规律，也是物理力学实验教学的质量提升的前提和保证。因此教师需要对教材中平时学生反映比较强烈的问题，加入大量的生活化的案例，从具体的问题开展讲解，在学生对这些具体问题有所认识之后，教师在进行相关概念、公式、定理的讲解。例如：牛顿第一定律的实验验证教学过程中，教师可以设计一系列生活化的例子进行教学，小球上坡的时候，运动速度越来越慢，下坡的时候，运动速度则是越来越快，其中的主要原因可以设置给学生，让他们进行思考。这种生活化的案例思考，更加具有具体的实际意义，可以实现学生理解和亲和力，满足学习的需要。 四、情境教学融入 教师在教学方法的选择上有着十分重要的作用，没有教不好的学生，只有不会教的老师，这就是说教师的教学方法对学生理解相关知识的重要性。在设计问题情境过程中，教师应有与生活联系的实践教学，实现学生参与高中物理力学实验教学的积极性和主动性，这样可以进一步激发学生对力学问题的理解和认识。生活化的实践教学不仅可以激发学生参与教学的积极性，同时在学生理解相关问题上有着很大优势，理论联系实际，是学生对抽象问题应用实践上的再认识，是认识上的一种升华。具体来说，可以将学生分组不同的小组，将相关的教学内容设置出一定的问题，让小学生实践操作，从而得出最终的力学定律和结论。这种实践操作的教学可以激发学生的独立思考、动手的能力，学生对学习的有效性有所认识。例如在牛顿第二定律的实验教学中，将实验所需要的相关设备配置到位之后，让学生分组进行自主进行实验验证活动，教师在其中只是起到引导的作用，这种情景式的教学可以帮助学生更好的理解牛顿第二定律的基本条件。 五、情感教育融入 高中生一般都是十几岁的孩子，需要物理教师投入更多的精力和情感，实现高中生在心理上的过渡，使得他们更快的适应现代高中快节奏的学习生活，这样才能有利于高中生的健康成长。物理力学实验课程就是解决学生思想问题的，因此在物理力学的实验教学过程中更多的关注学生情绪变化，融入更多的情感教育，是十分必要的[2]。具体来说，教师需要关注班级中每一个孩子的心理情况，对于那些沉默不语，不习惯与其他同学一起玩耍的学生需要重点关注，引导他们参与物理力学实验的教学，在课堂上经常性的让这些学生参与相关教学任务的完成。让他们在任务教学的过程中与一些性格开朗的孩子分在一组。让性格开朗的孩子来影响这些性格内向的孩子，这些都是需要教师付出更多的精力进行观察班级每一个孩子的心理变化，同时也需要教师在情感上付出更多，实现与孩子们彼此信任感、依存感的建立。这种信任感建立之后，学生参与物理力学实验方法的主动性就被有效激发。 六、结语 随着课程改革的不断推进，物理力学实验教学内容的应用性凸显。教学过程中，需要不断注重学生的自主学习的能力，不断构建学生学习数学的氛围，实现他们参与教学的积极性实现。物理力学具有一定的抽象性，学生接受起来难度有点大，在教学过程中有效融入生活化的教学内容、问题情境化的教学方式，让学生参与物理力学实验的动手能力提升，他们在接受相关抽象知识点的过程中难度将大大降低，物理力学实验教学的有效性将大大提升。 高中力学论文:高中力学计算方法的探讨 高中力学部分是物理学的基础，是物理学的重点，力的概念较为抽象，不好理解，而且在做计算时往往无从下手，有些公式只是机械的应用却找不出理论依据，由于寻找不到源头，不敢合理外推，加以扩展.对于公式没有从根本上理解它的来龙去脉，在应用时往往力不从心，本文针对这种情况，把多年的教学经验总结出来供大家参考，作用是抛砖引玉，不对之处希望大家不吝指教. 1 力是矢量，矢，就是箭 成语“有的放矢”就是有目标射箭.矢量就是有方向的量，既有大小又有方向的量才是矢量，但有大小和方向的量不一定是矢量，如电流.对于一个矢量如何去标记？用一个带箭头的线段来表示，旁边加一个字母，如：加“F”表示力如图1所示. 要考查一个矢量需从大小和方向两方面去考查，大小是指线段的长度，方向在平面图中就是指与水平线或竖直线的夹角.具体在实例中，力的方向是定的，这里需补充一个概念，即一个矢量在平移的过程之中与起点没有关系（这个特点能让我们可以把共点的力变成共面的力，又能将共面的力变成共点的力，共点力与共面力可以根据需要自由转化），因为平移能保证线段的长短不发生变化，即力的大小不变，而且是平移那么保证了与水平方向的夹角不变（或与竖直方向的夹角不变），即方向不变，这样一来对于一个力来说其大小和方向都不变了，就保证了力不变.那么计算之时需要满足的方法是矢量法则，具体在力学之中就是平行四边形法则和三角形法则，这两个法则其实是一个法则，将平行四边形的一边平行移动就成为三角形.二力合成用平行四边形法则来做就是对角线，如果用三角形法则合成，合力就是从初指向末的一条有方向的线段. 平行四边形法则（三角形法则）只能粗略的计算，要精细的计算还得用正交分解法（指两直线垂直相交就是正交了，说白了就是直角坐标系）.运用正交分解法的前提是先得把所有的力让其共点，如何才能共点呢？通过平移的办法，平行四边形的两对边就是互相平移的结果，不过在力学中是带箭头的线段，平行四边形中是不带箭头的线段.如上图所示将三角形倒回去就将共面力变成了一个共点力. 2 力的合成和分解的区别 高中教材中的力学讲解中，力是按性质来分类的，力可以分为重力、弹力、摩擦力，电场力、磁场力等.力的合成是把各种性质的力作用于同一个物体，合成一个力，这个力其实是一个“大杂会”，说得好听点是梁山的英雄好汉 “群英荟萃”，说的不好听就是乌合之众，一丘之貉，这种合力是没有名字的.那么力的分解就不同了，同一种性质的力不能分解出别的性质的力，弹力分解出的一定是弹力，摩擦力分解出的一定是摩擦力，有点像王家分家，不管你分成几家都是姓王的，不可能王家分出来一家姓李的，例如放在斜面上的物体，重力只能分解成沿斜面向下[TP3GW26.TIF，Y#]的重力G2和垂直于斜面的重力G1，所分的这两个力都是重力，重力不可能分解出弹力、摩擦力来.如图3所示. 3 有关力的合成计算 物体的状态分为平衡状态的计算和不平衡状态的计算. 平衡状态从状态角度来看是指物体处在匀速直线运动和静止状态.从受力角度来看是指物体所受合力为零.从正交分解法角度看是分解到x轴的左边的合力和分解到x轴右边的合力大小相等，分解到У轴上半轴的合力与下半轴的合力大小相等，x轴合力为零了，y轴合力为零了，所以最后合力为零.从构图角度来说，当物体受三个力平衡时这三个力能顺次首尾能构成一个封闭的三角形，那么物体的运动状态要么是匀速运动要么是静止状态.做图证明如下：物体A（将物体等效为质点）受三个力平衡时，如图4（1）所示那么先平移F1，保持别的力不变如图4（2）所示，再平移F3，如图4（3）所示，根据三角形法则， 高中力学论文:例谈假设法在高中物理力学教学中的应用 假设法是科学研究的重要方法，在物理教学中有着广泛应用。在高中物理教学中应用假设法，有助于忽略次要因素抓住事物本质，提高教学效率。本文将从运用假设法判断弹力的有无；运用假设法判断静摩擦力的方向；运用假设法建立理想化模型三个方面，结合自己的教学通过大量例子阐述假设法在高中物理教学中的应用。 一、运用假设法判断弹力的有无 弹力是高中物理的重点内容，而判断弹力的有无又是学生学习的难点。根据弹力的定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，就会对与它接触的物体，产生一个力的作用。得到弹力的产生条件是接触、弹性形变。如果用弹力的产生条件去判断弹力有无，在实际问题中很难作出判断。因为很多时候物体发生的弹性形变是微小形变，用肉眼很难分辨，这时运用假设法则可以很容易作出判断。 具体操作：假设相互接触的两个物体中的一个不存在，看另一个物体会不会“动”，若会“动”则两物体间有弹力，不会“动”则两物体间无弹力。 例1.如图1，用两段绳子a、b将小球分别悬挂于天花板和墙壁上，处于静止。a绳子竖直，b绳子水平。判断a、b两段绳子对小球是否有拉力。 解析：分析过程中的难点在于水平绳子是否有拉力的判断。运用假设法，假设绳子a不存在，小球会往下掉，说明绳子a对小球有拉力；假设绳子b不存在，小球静止不动，说明绳子b对小球无拉力。 例2.如图2，在斜面a和水平地面b之间放置一个小球，小球和斜面a、水平地面b均接触。判断在斜面a和水平地面b与小球之间是否存在弹力。 解析：分析过程的难点在于斜面a对小球是否有支持力。运用假设法，假设斜面a不存在，小球静止在b上不动，所以斜面a对小球无支持力；假设地面b不存在，小球会沿斜面a往下滚，所以地面b对小球有支持力。 例3.如图3小球B用竖直绳子C悬挂于天花板上，让小球B与斜面体恰好接触，判断绳子和斜面对小球是否有弹力。 解析：分析难点在于斜面对小球是否有弹力的确定。运用假设法，假设斜面不存在，小球被绳子吊着不会动，所以斜面对小球无弹力；假设绳子不存在，小球会沿斜面向下滚，所以绳子对小球有拉力。 二、运用假设法判断静摩擦力的有无及静摩擦力的方向 1.用假设法判断静止物体是否有静摩擦力及其方向 判断的关键，在于判断有无相对运动趋势。判断方法是：假设两物体间接触面光滑，看物体是否会运动起来，如果会则运动起来说明有相对运动趋势，且假设光滑时物体运动也就是相对运动趋势的方向，说明此物体间有静摩擦力，且静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。反之，假设物体间接触面光滑，物体仍然静止则物体间没有静摩擦力。 例4.将物块A，静止放在粗糙斜面上，判断A与斜面间是否有静摩擦力，静摩擦力的方向。 解析：假设斜面光滑，A与斜面间无摩擦力，A将不会静止，而是要沿斜面向下滑动，所以A有相对运动趋势，A与斜面间有静摩擦力，且静摩擦力的方向沿斜面向上。 2.用假设法判断运动物体是否有静摩擦力及其方向 此类问题通常涉及到连接体共同运动，如果凭直观经验判断容易出错。运用假设法，假设存在或不存在静摩擦力，用牛顿运动定律结合运动情况，则可以作出明确判断。 例5.如图5所示A、B叠放在水平地面上，用水平向右的力F拉着B，A、B以共同速度v向右做匀速直线运动，判断A、B间是否有弹力及弹力的方向。 解析：假设A、B间存在弹力，不论向左或是向右，对A进行受力分析，A受重力和支持力平衡，就无其他力与静摩擦力平衡，所以合力不为零，根据牛顿运动定律，A不可能做匀速直线运动，与题目条件矛盾。所以A、B间不存在静摩擦力。 例6.如图6所示A、B叠放在水平地面上，用水平向右的力F拉着B，A、B以共同加速度a向右做匀加速直线运动，判断A、B间是否有弹力及弹力的方向。 解析：假设A、B间存在弹力，对A进行受力分析，A受重力和支持力平衡，还剩静摩擦力平衡，所以合力等于A所受静摩擦力，根据牛顿运动定律，A做匀加速直线运动，静摩擦力的方向必然与加速度a的方向相同，所以A受水平向右的静摩擦力。 三、运用假设法建立理想模型、进行理想实验 理想化模型是对物理研究过程，进行科学的抽象，忽略其次要因素，抓住本质简化成直观易于理解的模型。例如高中物理力学中所涉及到的质点、单摆、弹簧振子、自由落体运动和平抛运动等。 理想实验则是先提出猜想，再进行实验来验证猜想的合理性。在实验的基础上进一步忽略次要因素进一步推想，进而得到理想化的必然结论。例如高中物理中涉及到的伽利略理想斜面实验、验证机械能守恒定律实验等 总之，教师在教学中合理应用假设法，可以取到化难为易，变复杂为简单的效果，有利于学生理解和接受，从而提高课堂教学效率。 高中力学论文:高中物理力学教学策略探析 摘 要：在高中物理教学过程中，力学部分因其理论内容多，知识抽象，是学习难度较大的内容，学生对此部分内容的学习面临的困难较大，导致学生对学习力学知识的积极性不高。但学好力学知识是学好物理的基础，如何使学生更加有效地进行力学知识的学习，是教师需要思考解决的问题。 关键词：高中物理；力学教学；教学策略 力学部分在高中物理课本中占有很大的比重，学好这一部分的内容是学好物理的基础，因其教学难度大，学生对力学的兴趣不高，学习起来也很吃力，所以物理教师应该采取积极有效的教学策略，高质量地进行力学教学，全面提高力学教学的质量，确保学生对力学知识学习的有效性。 一、高中物理力学教学的难点 1.知识点抽象 由于力学是非常抽象的自然哲学，同时需要理论与计算相结合，就连教师也很难在教学时解释清楚一些公式计算的原理，从而导致学生认为物理力学知识“太难学”“太难懂”，从而打击了学生学习物理的自信心，也打击了学生学习物理力学知识的积极性。 2.学习压力大 力学是研究物质机械运动规律的学科，又称经典力学，运用极为广泛，但用途如此之大的力学知识，却是学生不喜欢的科目之一，究其原因，要从学生与力学的初次接触――矢量计算说起。矢量计算的结果往往充满着不确定性，这一现象让学生不知所措，而矢量计算是学生学习力学的基础入门知识，这也就使学生在入门时便认为物理力学知识是一门难以学好的学科，从而导致巨大的学习压力的产生，同时也使学生对力学学习产生了畏惧，甚至自我逃避力学的学习。 二、高中物理力学教学策略 1.实现力学知识点的形象化 教师在高中物理力学的教学活动中，需要将理论知识与实践相结合，使学生感受到物理力学知识与生活的息息相关，从而达到让学生重视力学的目的。信息技术时代下，教师可利用多媒体手段，激发学生学习力学的兴趣。 例如：在“超重与失重”的新课导入时，可以让学生在课前用相机录制一段视频，反映电梯升降过程中的超失重现象，从而增强课堂的趣味性，提高学生的学习兴趣。录制视频时，教师指导学生带上一个家用体重秤，在电梯升降的过程中记录下体重计的示数变化，注意在录像时最好选择观光电梯，以便体现出电梯的升降情况。录制好的视频在新课上播放，引导学生观察电梯上升过程中，体重秤的示数先增大，后恢复，再减小的特点，从而得出物体先超重，后平衡，再失重的规律。如此一来，既可以锻炼学生的动手能力，提高学生的学习兴趣，又能把物理的力学分析与生活有机地结合起来，使教学过程更加形象生动。 生活中处处皆是力学：跷跷板、荡秋千、体重计等等，教师可利用这一点，开发学生的思维能力与想象力，借此提高学生对力学的学习兴趣。 2.增加力学知识的趣味化 物理力学是探索宇宙万物运动规律的学科，生活中处处充满物理力学，事实上，物理力学并不是学生所想象的那么受局限，恰恰相反，在整个物理学科中，力学占据着举足轻重的地位。教师需要引导学生重视物理力学，在教学过程中多运用生活小实验，提高学生对力学的正确认知。 例如：学习摩擦力的时候引入筷子提米的实验，事先准备好筷子和装满米的杯子，将筷子插入米中，压紧，逐渐往杯子里注水，等待一小时后提起筷子，结果筷子把杯子和米一起提了起来。杯子提米的实验简单易操作，但是可以让学生对摩擦力有更直观的认识，从而认识到学习物理也是一件非常简单而有趣的事情。 3.注重力学分析的规范化 受力分析贯穿整个高中阶段的物理学习中，教师从开始教学生受力分析时，就要注重培养学生养成良好的受力分析习惯。笔者认为按一场力，二外力，三接触力的分析顺序，将会大大减少学生受力分析时出现的错误。其中，场力包括重力、电场力和磁场力，接触力包括弹力和摩擦力，一个接触面最多产生一个弹力和一个摩擦力，并且同一接触面的弹力就是该接触面上产生的摩擦力的正压力。受力分析时从这一角度出发，结合牛顿第三定律即可清楚地解决问题。 例：如图1所示，A、B同时匀速向右运动，F作用在B上，试对A、B进行受力分析（各接触面均不光滑）。 解析：叠体问题采用先整体，后隔离；先简单，后复杂的分析顺序。 （1）把AB整体进行受力分析。由于AB整体一起匀速向右运动，因此AB整体受力平衡。受力分析如图2所示： 水平方向：F=f，竖直方向：N=Mg。AB作为一个整体，只与地面有一个接触面，因此只产生一对接触力。 （2）隔离A、B，由于A只有一个接触面，B有两个接触面，所以A更容易分析，因此，我们可以先分析A。A受力分析如图3所示： 隔离A后，A与B之间只有一个接触面，在这个接触面上可能产生一对接触力。竖直方向：NBA=mAg。水平方向：用假设法判断，假设B对A有摩擦力，则A在水平方向上无法保持平衡，故可以判断，B对A没有摩擦力。 （3）隔离B，受力分析如图4所示。对于B而言，有两个接触面，B与地面的接触面可参考对AB整体的受力分析，如图2所示。B与A的接触面可参考对A的受力分析，如图3所示。根据牛顿第三定律，A、B间的弹力与摩擦力都存在相互作用力，大小相等，方向相反。B对A没有摩擦力，故A对B也没有摩擦力。 通过这样的分析，学生能很快理解这一类问题，并且掌握做题思路和学习方法。除了注重培养学生良好的受力分析习惯外，在初学时，教师应该严格选题，选择具有代表性的题目，从浅入深，层级递进，逐步培养学生的解题能力和做题思路，从而树立学生对学习物理力学的自信心。 由于学生对力学的一些错误观念，导致学生在学习物理力学时感到非常困难。教师作为引路人，要发挥好自身的作用，引导学生找到正确的前进方向，激发学生的学习兴趣。在日常生活中到处存在物理力学知识，教师要善于利用这些生活现象，结合力学知识，帮助学生更好地理解力学的知识点，转变学习观念，自觉主动地学习物理，为促进自身发展打下良好的基础。 高中力学论文:浅谈高中物理力学的有效学习方法 【摘要】高中物理学习中力学一向是重头戏，其会对高考成绩产生较大影响，高中物理力学知识具有抽象性强的特点，理解起来难度相对较大，但是如果在学习中掌握其中的学习技巧及一般规律，可以有效提高物理力学的学习效率及学习效果。文章结合笔者的实际经验，分享几点高中物理力学的学习方法。 【关键词】高中物理 力学 学习方法 一、养成用物理思维思考问题的习惯 物理思维的锻炼不是一蹴而就的，而是需要通过日常学习点点滴滴的积累，在学习过程中要做好课前预习，提前梳理一遍新知识，联系旧知识，课堂上认真听讲，尤其是不能错过重点、难点知识，课后进行详细的复习，认真完成老师布置的各项作业。此外，要养成良好的物理思维，还要注重细节问题，具体表现在以下几个方面：首先，各种物理符号要规范书写，不能一味追求快而忽略了物理符号本身所具备的、表达物理表象中本质内容的意义，物理符号是物理语言，规范书写各种物理符号，尤其是各种大小写及下标的含义要准确表达出来，以养成正确使用物理语言的习惯。其次，规范书写方程式及重要演算步骤，解题思路是通过方程式表达出来的，因此工整、规范的演算步骤有助于老师了解解题思路，帮助我们及时发现问题，及时追本溯源。最后，要抱着挣得一分是一分的心态。力学题目比较难，有时解题时没有清晰的思路，尤其是试卷的压轴题，针对这种情况要仔细读题，并罗列出解题时可能用到的定理定律及公式，并做进一步的计算与推导。 二、加强基础记忆，打好基本功 高中物理力学知识的学习过程中，各种基础知识、结论、概念的记忆是解决各类力学问题的前提条件，物理课程也有很多需要死记硬背的知识点，熟记基础概念，才能准确的理解题意，合理分析各种受力关系。力学中常用的定律包括牛顿第二定律、动量守恒定律、能量守恒定律等，比如在解决关于物理量的瞬时关系时，首先考虑牛顿第二定律，如果所解题型是单一物体相关的，则可重点考虑能量守恒定律及动能守恒定律等。只有熟练掌握这些基础力学定律，才能更好的解决力学问题。 三、掌握解题技巧 （一）仔细审题，理解题意 高中物理力学问题的类型多种多样，题目中往往包含着复杂的条件，拿到题目后要认真的审题，才能更好的理解题意，确定正确的解题思路。力学的研究对象既可以是单个物体，也可以是一个系统，整体作为研究对象可以处理整体以外物体对整体的相互作用，简化计算过程；而单个的物体主要处理物体内部之间的相互作用，解决问题过程中选择合适的研究对象可以避免走弯路。认真审题可以明确问题的含义及目的，根据题目要求找到已知条件，确定题目属于力学知识中的哪个模块；留意题目中的隐含条件，综合已知条件与隐含条件进行简要推理与分析，分析变量与不变量，最终理清解题思路，以免出现南辕北辙的错误。 （二）合理归纳 确定题意即确定研究对象后，就要对研究对象进行受力分析，这也是力学学习的重点内容。正是由于物体存在不同的受力情况，其才处于各种不同的运动状态，因此正确的受力分析是解决力学问题的前提条件。单个的研究对象可采用“隔离法”进行分析，整体作为研究对象是研究整体以外的物体对整体的作用力，可以无需分析内力，注意不能缺失相关力，受力分析时可以按照“重力-弹力-摩擦力”的顺序进行分析，除了真空状态下，任何物体都有重力，弹力与摩擦力均为需要接触面的接触力，要准确、深入了解这些力学的基本概念，重点分析每个力的大小、方向，作出受力图，检查每一个力是否有施力物体可避免“多力”，或按照一定的顺序画出受力图，以避免“漏力”。 （三）解决力学综合问题的常用思路 力学综合问题解题时涉及到物体、系统，要明确问题的物理状态、物理过程及物理情境，正确分析物体的受力图景、运动图景及能量图景，力学的主要物理规律包括共点力的平衡条件、运动学的基本规律、牛顿运动定律、动能定理、机械能守恒定律、动量定理、动量守恒定律等等，而分析力学的基本规律，可以总结几点解题的基本思路，上文中稍作介绍，下文作详细介绍。首先，诸如匀变速运动等恒力作用下物体的运动问题，适用牛顿运动定律并结合运动学规律，而变力作用下的复杂运动则不适用于运动学规律。其次，变力作用下的复杂变化，比如打击、碰撞、爆炸等瞬时作用，动量是状态量，动量守恒不涉及物体的过程量，故这类题目可以基于动量角度出发，运用动量定理及动量守恒定律来解决；此外，还可以基本动量的角度解决恒力的持续作用问题。最后，还可以基于能量的角度运用动能定理及机械能守恒定律解决问题。动能、势能、机械能均为状态量，因此动能定理及机械能守恒定律不涉及具体过程及过程量，其只涉及物体的始末状态，解题过程中无需分析过程量，大大简化了解题过程。由此可见，动能定理及机械能守恒定律适用于恒力或变力、持续作用或短暂作用、直线运动或曲线运动等，并且无法应用牛顿定律及运动学规律解决的复杂性问题，可以应用能量定律简单的解决。 （四）图像法的应用 应用图像法可以将物理量之间的变化关系通过建立坐标系的方法描述出来，图像法更加直观，尤其是在解决追击相遇的问题中，直观的图像更易于理解，并且图像法在电磁学中、热学中的应用也十分广泛。物理力学学习中应用图像法要注意，看图像要先看清纵横坐标所表示的物理量及单位，才能更好的理解图像的物理意义，明确图像的函数关系及物理公式之间的联系；还要进一步了解图像的斜率、截距、面积、交点、拐点等所代表的物理意义等。总之，在力学知识学习中熟悉图像的特性，针对图像问题打下扎实的基础，可以更好的应用图像法解决力学问题。 四、结语 总之，高中物理力学的学习是有一定技巧与方法的，日常学习中要有意识的养成用物理思维考虑问题的思维习惯，打好基本功，了解常用的力学规律，解决问题时要明确研究对象，挖掘题意深度，做好受力分析，不断总结解题技巧及方法，加强练习，才能更好的提高学习效率及效果。

生物力学论文:击剑运动员膝关节的生物力学分析 1前言 弓步技术是击剑比赛中运动员得分的主要技术［5］。研究表明，在击剑比赛中，男子运动员平均每23．9s使用一次弓步，女子运动员平均每20s就会使用一次弓步［2］。弓步的质量直接关系比赛胜负，弓步速度是评价弓步质量的重要指标，也是评价击剑运动员竞技水平的重要依据［5］。有研究发现，击剑运动员弓步速度与弓步动作中后腿伸膝最大角速度显著相关，后腿的蹬伸速度是弓步速度的主要决定因素之一。舒建平［4］采用APAS系统对击剑弓步动作进行分析后认为，运动员弓步动作中双侧膝关节角度变化大小是决定击剑弓步速度的主要因素。在击剑弓步动作中，运动员前腿和后腿执行不同的运动模式，后腿伸肌群快速收缩使后腿蹬地为弓步动作提供驱动力，而前腿快速伸膝带动小腿向前踢出［14，15］。在弓步动作开始后，前腿的快速摆动能获得较大的冲力，延长后腿蹬地的时间，配合后腿蹬地带动人体总重心前移，且前腿向前摆动时膝关节的伸展程度能够对弓步深度产生影响。另外，有研究报道，弓步速度和前腿膝关节最大功率到达时间及平均功率存在关联［6］。综合已有研究可以发现，下肢双侧膝关节在击剑弓步动作中的运动表现是影响弓步速度的重要因素。然而，已有研究大多集中在运动员双侧膝关节在弓步动作中的生物力学表现与弓步速度的关系方面，而不同水平运动员双侧膝关节在弓步过程中的生物力学表现差异对弓步质量的影响鲜见报道。本研究通过比较一般运动员与优秀运动员双侧膝关节在弓步过程中生物力学表现的差异，探究影响击剑弓步速度的生物力学因素，为提高击剑运动员弓步质量提供参考。 2研究对象和方法 2．1研究对象上海市男子重剑队运动员7人，其中，运动健将4人，一级运动员3人，为优秀运动员；某体育学院运动训练专业及附属竞技学校男子击剑二级运动员9人，为一般运动员。 2．2研究方法 2．2．1实验方案测试之前受试者进行5min慢跑，跑步机速度设置为6．5km／h。慢跑完毕后再进行5min拉伸活动。测试时受试者面向剑靶，前后脚分别位于两块测力台上，剑靶与受试者的距离根据受试者身高进行调节，使靶面距运动员后脚脚尖水平距离为1．5倍身高［17］。要求受试者持剑以最快速度弓步刺靶（图1），每名受试者试刺5次。每名受试者正式测试成功采集至少6次，选取其中峰值速度最大的3次弓步动作进行分析。 2．2．2所用仪器和评价参数测试设备采用瑞士生产的KISTLER三维测力台（型号9287B，长×宽：90×60cm，内置信号放大器，采样频率1000Hz）和英国生产的16台VICONT40镜头红外高速运动捕捉系统（ViconMotionAnalysisInc．，Oxford，UK，采样频率100Hz），对运动员弓步动作地面反作用力（GRF）和运动学数据进行同步采集。 2．2．3数据处理将VICON系统中预处理过的数据（C3D文件）导入Visual3D（C－Motion，Inc．，Germantown，MD，U．S．A．）软件。运动学数据和GRF滤波采用4th－orderButterworth低通滤波，截止频率分别为12Hz和100Hz［18］。在Visual3D中构建14环节人体模型［11］，根据人体惯性参数［20］确定人体重心位置，以人体重心在水平方向上的速度代表弓步速度。在Visual3D软件中计算下肢3维运动学和动力学数据（采用右手法则）并导出。力矩、角速度、功率指标，膝关节屈为负值（－），伸为正值（＋）。弓步动作起点定义为前脚离开地面瞬间（前脚GRF＝0），动作终点定义为前腿膝关节伸膝达最大角度。 2．2．4选取指标1）弓步过程中受试者水平方向重心速度峰值（Hori－zontalPeakVelocityofCenterofGravity，HVmax），单位为m／s；2）经体重标准化后的受试者弓步过程中后腿蹬地产生地面反作用力的水平方向分力峰值（GRFmax），单位为体重（BW）；3）膝关节角度（KneeJointAngle）为小腿向量与大腿向量的夹角（°），大腿向量由膝关节指向髋关节，小腿向量由膝关节指向踝关节，下肢直立位膝关节角度为180°；4）膝关节角速度峰值（PeakAngularVelocityofKneeJoint）为伸膝阶段膝关节角速度最大值，单位为°／s；5）前腿伸膝时间（TimeofExtensioninLeadingKnee）为自前腿膝关节最小角度至最大角度所用时间，单位为s；6）通过逆向动力学计算关节力矩峰值（PeakJointMoment），关节功率峰值（PeakJointPower）为关节力矩与关节角速度乘积的最大值（均在Visual3D软件中直接计算）。力矩和功率峰值均为根据体重进行标准化后的结果，单位分别为Nm／kg和W／kg；7）前膝关节功率峰值到达时间（TimetoPeakPowerofLeadingKneeJoint）为自动作起点至前腿伸膝功率达峰值所用时间，单位为s。 2．2．5统计学处理选取每名受试者峰值速度最快的3次弓步动作，计算相关指标的平均值和标准差。采用独立样本t检验（Inde－pendentttests）比较两组受试者弓步动作过程中膝关节动力学、运动学相关指标及HVmax、GRFmax之间的差异，显著性标准设定为α＝0．05。统计软件为SPSS20．0。 3研究结果 3．1不同水平运动员弓步表现优秀运动员弓步过程中HVmax（P＝0．001）和GRF－max（P＝0．016）均显著高于一般运动员（表2）。 3．2不同水平运动员弓步动作前腿膝关节生物力学指标两组运动员弓步动作中前腿膝关节运动学和动力学指标如表3所示。两组运动员屈膝程度均为正值，可见运动员前腿膝关节屈膝末膝角小于初始膝角，说明在弓步开始时运动员前腿伸膝前首先屈膝。不同水平运动员前腿屈膝程度不同，优秀运动员屈膝程度显著低于一般运动员（P＝0．037）。在随后的伸膝阶段，两组运动员伸膝程度无显著性差异（P＝0．293），但优秀运动员伸膝末膝角显著大于一般运动员（P＝0．018），伸膝角速度峰值显著低于一般运动员（P＝0．029）。在弓步过程中，两组运动员前腿膝关节伸膝力矩峰值（P＝0．056）和功率峰值（P＝0．074）均无显著性差异。 3．3不同水平运动员弓步动作后腿膝关节生物力学指标优秀运动员弓步动作后腿伸膝末膝角与一般运动员无显著性差异（P＝0．079），但优秀运动员后腿膝关节伸膝力矩峰值（P＝0．030）显著高于一般运动员，后腿伸膝功率峰值到达的时间显著小于一般运动员（P＝0．021）；运动员弓步动作中后腿伸膝角速度峰值组间无显著差异。 4讨论与分析 国内、外对击剑弓步动作的研究多以运动员弓步重心平均速度、最大速度以及弓步距离作为评判弓步质量的主要指标［12］。在多数研究中，只要求受试者以最快速度做弓步动作，并未设置弓步目标和距离，且受试者未持剑，这可能会使不同受试者在测试时选择不同标准的弓步距离，而运动员在做长距离大幅度弓步和短距离快节奏弓步时速度可能并不相同。在征求运动员和教练员建议的基础上，结合击剑运动员比赛状态下发动弓步的距离，本研究将剑靶设置在距运动员准备姿势后脚脚尖1．5倍身高处［17］。这一距离下的弓步为长弓步［17］，要求运动员持剑尽力做快速弓步刺靶，将弓步动作中身体重心最大水平速度定义为弓步速度［9，10，16］。结果显示，优秀运动员弓步水平方向重心速度峰值（2．64±0．16m／s）显著高于一般运动员（2．32±0．13m／s，P＝0．001）。可见，以弓步速度作为评价运动员弓步质量的指标，本研究优秀运动员弓步质量高于一般运动员。 在击剑弓步动作中，后腿蹬地获得的水平方向地面反作用力是弓步向前的驱动力，其大小是弓步速度的决定性因素［1，8，12］。本研究优秀运动员弓步动作后腿蹬地水平方向地面反作用力峰值（0．91±0．10BW）显著高于一般运动员（0．78±0．08BW，P＝0．016），说明优秀运动员弓步向前的驱动力高于一般运动员。目前有研究认为，运动员后腿膝关节伸肌力量是影响弓步驱动力大小的重要因素。Guilhem等人［9］对优秀击剑运动员双侧下肢主要肌肉进行等速肌力测试，另外对其在弓步过程中的活动进行肌电测试，结合运动员弓步表现进行分析后发现，弓步后腿膝关节伸肌最大等速肌力与弓步速度峰值显著相关（r＝0．60～0．81）；在弓步加速阶段，运动员后腿伸肌的活动水平与此阶段运动员的重心平均速度相关，运动员弓步后腿臀大肌、股直肌、股外侧肌、比目鱼肌、腓肠肌外侧的收缩对弓步速度贡献明显。另外，Cronin等人［6］对击剑运动员膝关节伸肌进行等速肌力测试后发现，弓步速度与弓步后腿膝关节伸肌最大等速肌力的相关系数为0．62。通过已有研究可以发现，运动员弓步后腿膝关节伸肌是贡献弓步向前驱动力的主要肌群之一，其爆发力及在击剑弓步动作中的运动表现能够对弓步速度产生重要影响。 本研究结果显示，优秀运动员弓步过程中后腿膝关节所能达到的力矩峰值（2．87±0．27Nm／kg）显著高于一般运动员（2．37±0．38Nm／kg，P＝0．030），后腿伸膝功率峰值到达时间（0．45±0．06s）显著小于一般运动员（0．59±0．13s，P＝0．021），且优秀运动员后腿伸膝功率峰值（12．21±0．27W／kg）在统计学上有高于一般运动员（10．16±2．28W／kg，P＝0．082）的趋势。可见，优秀运动员弓步后腿膝关节在短时间内能产生更强的关节功率，反映出优秀运动员具有更强的膝关节伸肌爆发力。本研究认为，优秀运动员弓步速度大于一般水平运动员的重要原因是优秀运动员弓步后腿膝关节伸肌具有更强的爆发力，在蹬地时能产生更大的水平方向地面反作用力，而这个力是弓步向前的驱动力，弓步驱动力的增大必然有利于弓步速度的提高。在对弓步后腿膝关节运动方式的研究中，彭道福等人对影响12名击剑运动员弓步速度的生物力学因素进行灰色关联分析后认为，后腿膝关节角度变化越大，对运动员弓步速度的影响也越大，降低重心减小弓步动作膝关节初始角度有利于弓步速度的提高。另外有研究表明，在击剑运动员弓步动作中后腿膝关节最大角度平均在170°以上，后腿基本接近伸直。然而，不同水平击剑运动员在弓步准备姿势中的后腿膝关节角度以及弓步动作中后腿膝关节最大角度是否存在差异尚不清楚。本研究结果显示，优秀运动员和一般运动员弓步动作中后腿膝关节初始角度、伸膝末角度均无显著性差异（P＞0．05）。可见，优秀击剑运动员与一般水平击剑运动员在弓步动作中后腿膝关节运动方式基本相似，弓步后腿膝关节的运动方式可能并非导致不同水平击剑运动员弓步速度差异的原因。近年来，前腿膝关节在击剑弓步中的运动方式引起了研究者的注意，有研究发现，不同水平运动员弓步动作中前腿膝关节运动方式存在差异［7］。 Gholipour等人［7］使用高速摄像机分别采集优秀击剑运动员和击剑初学者的弓步动作，对比分析后发现，弓步开始后受试者前腿膝关节并非直接开始做伸膝动作，而是先屈膝后伸膝，优秀运动员屈膝程度（20°±12°）显著低于初学者（38°±15°，P＜0．05）。研究结果显示，两组受试者在弓步准备姿势时前腿膝角无显著性差异（P＞0．05），在弓步启动后所有受试者前腿膝关节先做屈，优秀运动员屈膝程度（13．86°±6．52°）显著低于一般运动员（25．35°±11．84°，P＝0．037），优秀运动员屈膝末膝角（113．64°±12．57°）显著大于一般运动员（100．26°±10．66°，P＝0．037），与Gholipour等人的研究结果相似。本研究认为，一般运动员在弓步动作中增大前腿伸膝之前的屈膝程度，使前腿股四头肌初长度被拉长，为之后的加速伸膝积蓄了能量，有利于小腿向前加速摆动。结果显示，一般运动员前腿伸膝角速度峰值（428．50±135．13°／s）显著高于优秀运动员（287．08±82．31°／s，P＝0．029），说明一般运动员前腿伸膝过程中小腿向前摆动的速度更快。从本研究的结果看，一般运动员后腿蹬地水平方向地面反作用力峰值显著小于优秀运动员（P＜0．05），推测一般运动员因后腿蹬地为弓步提供驱动力不足，故通过增大前腿伸膝前的屈膝程度来提高伸膝角速度，使前侧小腿向前快速摆动带动身体总重心前移，以代偿后腿蹬地力量的不足，试图将弓步速度维持在较高水平。另外，一般运动员前腿伸膝之前较大的屈膝程度可能会对弓步效果产生不利影响。运动员弓步启动时前腿离地，后腿迅速蹬地产生向前的地面反作用力。本研究认为，优秀运动员前腿由于屈膝程度较小，能更早地配合后腿蹬地进行伸膝，并迅速向前踢出小腿完成弓步；而一般运动员前腿屈膝程度较大，可能会延长屈膝时间，导致前腿伸膝与后腿蹬地衔接较慢，表现为前腿伸膝动作更加仓促。本研究结果显示，在前腿伸膝阶段，优秀运动员前腿伸膝时间（0．39±0．09s）显著长于一般运动员（0．27±0．05s，P＝0．005），与上述推测一致。提示，相比于优秀运动员，一般运动员因为前腿膝关节伸膝动作开始较晚，故需要更大的关节角速度在更短的时间内完成伸膝动作。这可能会造成一般运动员弓步动作不如优秀运动员更加舒展、有效，表现在前腿的过分使用，并可能对弓步末期前腿的落地造成不利影响。从战术角度考虑，优秀运动员前腿更加宽松的伸膝时间可为最终的出剑和下剑选择创造条件，而一般运动员前腿较快速的伸膝和落地反而会造成出剑和下剑选择较少，难以做到根据对手反应适时改变剑的落点。此外，优秀运动员前腿伸膝末膝角（169．35°±4．51°）显著大于一般运动员（160．61°±7．66°，P＝0．018），说明优秀运动员前腿在相对宽松的伸膝时间内得到了较充分的伸展，前腿摆动幅度更大，有利于增加弓步距离［4］。综上，优秀击剑运动员弓步速度高于一般水平运动员，主要原因与弓步动作中后腿膝关节动力学表现的差异有关。优秀运动员弓步后腿膝关节动力学表现优于一般运动员可能是由于优秀运动员后腿膝关节伸肌爆发力强于一般运动员。运动员弓步启动后前腿首先屈膝后伸膝。在后腿提供驱动力相对较小的情况下，一般运动员弓步启动时通过增大前腿伸膝前的屈膝程度来增大小腿摆动速度，带动身体重心前移，以代偿后腿蹬地力量的不足，试图将弓步速度维持在较高水平。但是，一般运动员弓步动作中前腿伸膝前相对较大的屈膝程度可能会限制弓步距离，同时，对出剑选择及弓步落地后续连接动作产生不利影响。 5结论与建议 后腿膝关节在弓步动作中的动力学表现是决定击剑运动员弓步速度的主要原因。不同水平击剑运动员弓步动作中后腿蹬地能力的差异导致了前腿膝关节运动学表现的差异，一般运动员通过增加前腿伸膝前的屈膝程度，增大伸膝阶段的小腿摆动速度，带动重心前移来代偿后腿蹬地为弓步提供驱动力的不足。在击剑运动员力量训练中，加强后腿膝关节伸肌爆发力训练，有利于提高运动员弓步动作中后腿蹬地提供的驱动力。减小弓步启动时前腿伸膝前的屈膝程度，提前伸膝动作，可减少前腿在弓步动作中的负担，有利于提高弓步动作的有效性。 作者：管延飞 郭黎 吴娜娜 郑加财 刘海瑞 单位：上海体育学院 生物力学论文:探索生物力学融入高院体育教学实践的研究 随着国家对人才培养由“应试教育”向“素质教育”转轨之际，笔者认为学校体育教育改革应在充分尊重学生人格，注意个体差异，重视个性发展，培养学生自主创造能力的基础上，将培养学生的生理健康、心理健康、道德健康和社会适应力等内化到全体学生的体育素质同步向前发展的目标之中。本文从教育学角度出发，提出将运动生物力学知识融入体育教学实践中并加以分析、探讨，旨在为高校体育教育改革拓宽思路，更好发挥学校体育在实施素质教育过程中的价值和功能。 一、高校体育教学中存在的问题 我国学校体育教育是在前苏联学校体育教育体系的基础上形成和发展起来的，基本满足了当时社会发展与建设的需要；随着我国教育与体育事业的不断发展和经济体制改革的日益深入，传统的学校体育教育已与社会对现代人才培养的需要相互脱节，程式化、强制化、成人化、训练化的体育教育，严重影响着学生身心全面发展。 当前学校体育教育中存在着“身体素质+专项课（选项课）+理论讲座”的状况，其中理论讲座占全部授课内容的不到10%，学生对运动技术的掌握、对运动知识的获得缺乏系统性和科学性。“大学的牌子、中学的形式、小学的内容”——高校课程教材内容与中小学体育课教材内容重复率达63%，高校远没有形成符合自身规律和特色的理论、实践体系。 随着高校不断地进行扩招，体育教学班的人数也在不断增加，加上受场地、器材，师资力量等因素制约，40、50人一个教学班现象很普遍。教学方法、手段、内容得不到及时有效的改善，已远不能满足学生对良好锻炼效果和渴望掌握更多体育知识的需要。 体育首先要让人感到身心愉快，而现行体育课是按“大纲”，“计划”授课的，因而具有严格的计划性和约束性，教师只能按部就班地格式化组织教学，简单地将体育课变成‘达标课’、‘技术课’、‘纪律课’，使体育课丧失应有的休闲、娱乐成分，导致学生失去对学习的兴趣和自信心，造成学生产生厌学、恐惧、惧怕失败的心理。 二、将运动生物力学融入到高校体育教学实践中的可行性 体育教学是富有时代性的实践活动，有特定的教学思想、内容、方法。在不同历史时期有不同的育人目标，同时也就形成了具有时代特征的体育教学合理性标准。特别是在现代社会里，如果体育教育仍停留在竞技教学和身体素质教学这种简单模式之中，不善于按照时代要求变革体育教学实践，机械地传承过时的实践活动或照搬他人的经验，它的地位只能日益下降，既谈不上质量，也更谈不上什么效益，只能成为教学改革的落伍者。 大学生年龄一般都在18～22岁之间，他们的兴趣爱好趋于稳定、集中，他们已不满足被动受教的学习方式，他们更热衷于开放、活泼、主动参与的体育锻炼形式。另外从锻炼的基础来看，大学生经过12年的体育教育，具有良好的体育意识、基础与经验，能在较高的起点上选择符合个人需要的学习内容与形式。 运动生物力学是将体育动作技术，赋予生物学和力学的观点及方法，使复杂的体育动作技术奠基于最基本的生物学及力学规律之上，并以人体解剖学、力学、生物学及体育技术原理的形式加以描述。如能适时地、有针对性地在相关学科的体育教学中将运动学与运动生物力学理论知识相互结合进行教学，不仅可以调动学生学习的兴趣，还可潜移默化的使学生加深对自己本学科知识的理解与巩固。 三、运动生物力学在教学实践中的运用 （一）加强基础理论讲授，提高大学生体育文化素质 体育教育的根本基础在于体育文化，没有文化就形成不了体育，没有文化也发展不了教育。在体育教学中理论与实践相结合的文化科学素质的培养，主要是通过基础理论知识的学习、基本技术的掌握、基本技能的形成过程进行智能教育，培养学生学会学习、创造、求真。将运动生物力学运用到教学实践中，实际上就是加强对学生体育文化素质的培养。比如，每个学期停课前的最后一个月，根据现在的教学大纲要求室外课居多，炎热和寒冷往往使学生没有兴致上课，教师既怕学生中暑、冻伤生病同时又担心完不成教学计划，只好在两相矛盾中硬着头皮上课。与其这样，还不如索性将课改到室内上，最大限度的消除由于环境气候等外在因素带来的安全隐患，教师可就室外课的技术动作结合运动生物力学知识进行分析、讲解。如足球运动中对转身速度的要求很高，为什么有人与人之间对同一动作的结果却不相同？此时教师以运动生物力学中的人体惯性参数中转动惯量原理加以分析、讨论。 根据转动惯量公式可知，转动惯量与质量的大小、质量的分布及作用点离轴的远近有关，学生很快就会明白自己在转动时的错误，并能自行改正甚至指导他人的实践，培养学生脑体结合、综合使用脑力和体力的能力。 （二）运动生物力学在不同学科中的运用 在体育教学实践中根据高等学校文、理、医、工等学科专业的区别，有针对性地在相关学科的学生中，运用运动生物力学知识讲解、分析体育运动技术动作的原理、结构特点，对于技术动作的掌握将起到积极的作用和高效率的结果。如在对理工类学科的学生做足球停球技术动作的教学中，教师不要急于去做示范，先用简单的启发性语言要求学生用弹性碰撞、非弹性碰撞的原理去理解停球技术，让学生自己凭着对停球技术动作的一些感性认识尝试着去做练习、体会。练习完毕，组织学生根据自身的实践，总结技术动作要领，各抒己见，即使有点错误的观点也是可贵的。由于学生专业本身使然，很快便掌握了技术动作。以上例子不是讲解、示范与学生练习教学顺序简单的调换，而是观念的转变，让学生自我实践、自我思维这一过程大大地发挥了学生的主体作用，学生不再是传统体育教学中教师背后的机械模仿者，创造能力是体现学生主体作用的一个重要方面。 （三）运动生物力学在不同人群中的运用 教师应充分认识到学生在个体、运动喜好，体质等方面存在着差异。实际教学中采用因材施教区别对待的教学原则，将那些先天残疾、不适宜参加正常体育锻炼以及渴望掌握更多体育理论知识的学生组织在一起单独进行教学。不要因为他们与生俱来的生理和身体上的一些问题，就疏远他们、抛弃他们，他们拥有和其他学生一样受教育和运动的权利。授课中，教师应充分利用现有设备如多媒体、图片资料等，使学生通过这些渠道对由于自身受限而难以企及的技术动作加深感性认识，从而对这些技术动作不再陌生或者一无所知。同时，再结合运动生物力学的知识，向他们讲解、分析、讨论这些技术动作的运动生物力学特点、原理等。在教师的启发下学生可以凭借自身的认知程度去思维、去实践（能力许可的范围）。让他们以丰富的体育理论知识，充实自己的头脑，从而满足不同学生对体育知识的兴趣与渴望。 （四）加强运动生物力学同相关学科之间的交流，建立健全体育教学 运动生物力学是以人体解剖学、人体生理学、力学的原理与方法，研究人体运动器系的生物力学特性和人体运动动作的力学规律以及器械机械运动力学规律的学科。因此必然带有数学、力学、生物学等学科的痕迹。长期以来高等学校中文、理、医、工等学科专业相互之间缺乏必要的交流、渗透与融合，学生知识的获得与消化局限于一个狭窄的领域。 四、运动生物力学融入到体育教学实践的意义 高校体育教师要不断提高自身的体育理论水平和业务素质，加强教育理论、体育理论的学习与思考，以自己高尚的道德情操和渊博的才华学识来赢得学生的尊敬和信任。 将运动生物力学融入到体育教学实践中，可以使教师在教学中有利于选用教材和教法，并根据学生体质的实际状况，重点发展其较为薄弱的环节，让他们得到全面均衡的发展，为终身体育打下坚实的基础，从而适应素质教育的要求。 将运动生物力学融入到体育教学实践中，使学生从观念上改变对运动知识性与科学性认识，有利于激发学生的学习兴趣，充分满足不同学生对体育知识的渴望，发展学生个性，通过身体、心理多方面素质的培养，促进学生的正常生长发育，提高身体活动机能，培养学生脑体结合能力，最终学生自己可根据个体差异及不同的需要开出运动处方。 将运动生物力学融入到体育教学实践中，通过生物力学作导向和指导，使相关专业、相关学科有机的结合在一起，相互促进、教学相长，建立健全体育教学，最终使高校体育教学真正成为培养大学生综合能力的实践课堂。 生物力学论文:种植义齿下部结构生物力学探究论文 摘要摘要:种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿的远期成功率的主要因素之一。本文从种植材料、种植体形态、种植体表面结构、种植数量、种植体在颌骨内的排列和分布、受植区颌骨的形态结构等方面对种植义齿下部结构的生物力学特性作一综述。 自Branemarkr提出骨结合理论以来，种植义齿已成功地应用于临床，解决了以往传统义齿的固位、舒适等新问题，取得较好的修复效果。但临床上仍常出现种植体四周骨组织吸收、种值体断裂、松动、脱落等新问题[1，2。许多学者认为种植义齿的生物力学相容性是影响种植义齿远期成功率的主要因素之一。本文对种植义齿下部结构生物力学探究概况作一综述。 1种植材料对种植义齿生物力学的影响 Nishihara等[5通过动物实验探究表明种植体四周骨内的应力分布和种植材料的性质、材料的弹性模量关系不大，而是更多的和种植体的形态、颌骨的形态及结构有关。Rieger等用三维有限元法（finiteelementmethod,FEM）分析，也得出相类似的结果。但从生物力学的观点来看，不同材料和不同弹性模量的种植体对应力在种植体骨界面的分布是有影响的。邹敬才等[4用有限元法在5种不同弹性模量、相同的负荷条件下，对单个螺旋形种植体骨界面的应力分布规律作比较，结果表明种植体的弹性模量越高，种植体颈周骨内应力越小，而根端骨内应力越大；种植体弹性模量越低，种植体和骨界面的相对位移运动就越大。适宜的种植体的弹性模量在70000MPa以上。 目前，由于金属及金属合金材料具有优良的生物力学性能而被广泛应用于种植体的制作，其中钛和钛合金等被认为是最合适的种植材料。近年来许多学者探究了用生物陶瓷作为种植材料[5，认为生物陶瓷种植体在植入后的始阶段可以获得较钛及其合金更好的生物相容性，但在行使功能后终因生物陶瓷本身力学上的易碎性导致生物陶瓷种植体生物力学的相容性较差，Glantz等[6通过实验也证实了陶瓷种植体和陶瓷涂层的种植体因生物力学上有较差的相容性导致种植后较高的失败率。 2种植体的形态对种植义齿生物力学的影响 Victor[7用三维有限元法对3种不同种植体系统（Branemark系统、Bud系统、IMZ系统）的不同形态的种植体，在不同的加载条件下，种植体四周骨内的应力分布情况进行了探究。结果表明3种不同种植体四周骨内最大应力均位于种植体颈部四周和种植体翼的下方，且越近种植体根尖部，骨内应力越小。种植体的翼可以减少应力在种植体及其四周骨内的分布，去掉翼不但增大种植体颈部骨的应力，而且将改变整个应力分布的情况。在其他因素不变的情况下，增大种植体颈部直径，种植体四周皮质骨内应力大大降低，故认为种植体颈部的直径对种植体四周的应力分布水平影响最大，两者呈负相关。岑远坤等[8对叶状和柱状种植体支持的全下颌种植覆盖义齿在不同牙位下应力分布的情况进行了探究，结果表明叶状种植体和柱状种植体应力分布的基本规律相似，种植体颈部以及其四周的骨皮质界面均为应力集中区。但叶状种植体在其颊舌面和近远中面交界的尖锐线角处，应力集中更明显，其骨界面的应力峰值均大于柱状种植体。Holmgren等[9探究认为圆锥形种植体比圆椎状种植体更有利于种植体骨界面的应力分布，黄辉等[10探究认为螺旋形种植体螺旋顶角的改变可以导致种植体在支持组织内应力分布水平的变化，并指出螺旋顶角为60%26ordm;的种植体应力分布最合理。 3种植体的表面结构对种植义齿生物力学的影响 有学者从生物力学角度探究认为表面有微孔的种植心得形成更好的种植体-骨界面结合，当孔径为50-200%26micro;m时可获得最佳的结合强度。陈安玉[11探究表明由于表面微孔的存在，可在种植体骨界面形成机械的锁结功能，从而改变微界面应力的功能方式，使得在大界面上每一个区域均有小界面的压应力存在，使拉应力和剪应力转变为压应力；另一方面微孔增加了界面的接触面积，降低了平均应力水平，从而更有利于应力的合理分布。 近年来许多学者提出种植体表面的生物活性涂层可以诱导骨性结合。Michael等[12经临床观察报告HA涂层种植体成功率（7-8年）达97.5%,Adell认为HA涂层种植体有利于早期愈合。有学者探究表明BTG钛基复合种植体植入颌骨内后，早期固位优于钛种植体，具有较高的界面结合强度，并且在界面上可产生化学结合、金属结合、机械结合3种方式。但也有资料提示随着种植体接受功能负荷时间的延长，成功率下降，临床上亦出现涂层和钛芯结合强度不足导致涂层剥落者。 4种植体的数量以及在颌骨内的排列和分布对种植义齿生物力学的影响 种植义齿由多个种植体支持时，应力分布情况由种植体的数量，种植体在颌骨内的方向、排列所决定。一般认为种植体的数目越多，每个种植体上承担的应力就越小。Skalak探究认为多个种植体支持的种植义齿当受到水平方向力功能时，力量可以较均匀地分散到各个种植体，且分散到每个种植体上的力量要小于总功能力。当垂直方向力功能于种植义齿时，力量不会均匀地分散到每个种植体，越靠近功能力点的种植体受力越大。 对于全口种植义齿，Skalak认为4-6枚种植体即可支持全口固定种植义齿。Bschwartzman探究表明4个或5个种植体支持的全颌种植义齿在应力分布规律上无差异，并认为当垂直负荷功能于全颌种植义齿远端悬臂梁时，最靠近悬臂梁端的种植体产生的应力最大。Davis通过实验探究得出相似的结果。Osier[13用静态工程原理分析进一步指出最靠近悬臂梁的种植体所承受的负荷通常是总负荷的2.5-5倍，是非悬臂梁状态的1.75-3.5倍，主要承受的是压应力，而远离悬臂梁端的种植体主要承受张应力。悬臂梁越长，末端种植体所受的应力越大，故认为在种植义齿设计时，应尽量避免使用悬臂梁，如一定要使用悬臂梁时，种植体应尽量离散，且悬臂梁的长度不能超过种植所能承受的范围。 Federick等[14用光弹法探究了由2个种植体支持的全颌种植义齿的应力分布，结果表明种植体在颌骨内应垂直于牙平面并平行放置，以利于牙力通过种植体垂直传递，减少种植体的力矩和界面过大应力。但临床上为取得共同的就位道，往往使种植体之间形成一定角度，Naert等[15指出在同一牙弓中种植体之间的相互偏差角度不宜超过20%26ordm;，以使负荷没种植体长轴传导。Hertey等[16探究表明，种植体在颌骨内的分布呈曲线型排列较直线型排列者界面的应力要小，种植体为直线型排列缩小了其后方向的分散程度，导致游离臂和抗力臂比例增大。 5受植区颌骨的形态结构对种植义齿生物力学的影响 从生物力学观点看，颌骨是一种多相的、各向异性的、非均质性的、多孔的复合体。人类的颌骨是具有一定屈曲性的弹性体[17，可以承受一定的压力，但其皮质骨和松质骨都有一定的抗张力和抗压力的极限，当颌骨受力水平高于其极限值时，就会产生微骨析，最后导致骨质吸收破坏。 Lundgrens[18指出种植体的成败和颌骨骨皮质的密度、厚度、颌骨的宽度以及受植床血供等直接相关。Jensen指出受植区的颌骨形态和结构较整个颌骨的形态和结构对种植义齿的应力分布影响更大，一个理想的受植区颌骨至少要能提供10mm的骨性结合区，其水平宽度至少为6mm。Victor等[7用三维有限元法探究了由3种不同厚度皮质骨的颌骨支持的种植体在不同的负荷下，种植体及其四周骨内的应力分布，结果表明3种情况下种植及骨界面应力分布的规律基本相同，最大拉应力、压应力均位于种植体的颈部四周。但最大拉应力、最大压应力的值却有显著差异。皮质骨越厚，种植体及其四周皮质骨内的应力越小。但在垂直瞬间加载时，最大拉应力位于种植体颈部，最大压应力位于种植体底部，当种植体的颈部和底部同时位于皮质骨内时，可以明显降低种植及其四周骨内的应力。Papavasilion[19也指出当皮质骨缺乏时，可导致种植体骨界面的应力增高，从而导致种植体四周骨的微骨折。 生物力学论文:大学生不良步态的生物力学特征及影响因素 关 键 词：运动生物力学；步向角；足底压力中心；等动肌力；功能性动作筛查；大学生 随着社会的发展，人们对不良步态的关注程度越来越高，不仅成为儿童青少年家长关心的热点问题，也备受在校大学生的关注，这在经济发达地区尤为明显。2011年9-10月，本研究团队在广州市各大医院儿童足科跟随测试的结果表明，200名3～10岁儿童中被确定为内八步态的有46名，占23%，其中90%以上的家长有矫正的愿望。本研究团队2014年对450名文科、理科、体育学院在校大学生进行问卷调查的结果显示：80%以上大学生认为不良步态会影响理想就业，甚至降低择偶标准；超过60%的人对不良步态的认识存在误区；最不能接受的不良步态依次为O型腿（68.8%）、内八步态（60.1%）、X型腿（58.5%）[1]。然而，国际上对内八步态的研究主要集中在下肢骨骼关节的解剖学特点和矫形器矫正治疗方面，把内八步态看作与下肢形态相关的疾患，由医院诊断并运用矫形器进行矫正，而对内八步态形成的生物力学原因及机制尚未达成一致意见。有人认为随着年龄的增长，多数内八步态会自行改善，有人认为不采取矫正措施会导致其他不良姿态的形成[2-3]。本研究运用足底压力、等动肌力、功能性动作筛查等方法，对在校大学生进行步态、下肢等速肌力及功能动作筛查等方面的测试，旨在探讨内八步态形成的生物力学因素及机制，为内八步态的预防和矫正提供理论依据。 1 研究对象与方法 1.1 受试对象 2014年1-12月，在华南师范大学大学城校区随机对124名在校大学生进行步态测试，从受试者中募集内八、外八、正常步态男女各10名，进行下肢等动肌力、功能动作筛查、动态平衡等测试。经单因素方差T检验表明，受试者在年龄、身高、体重方面没有显著性差异。 1.2 研究方法 1）步态测试。 平放于地面的RSscan测力板（0.5 m，300 Hz），上铺延长EVA辅道，防止受试者刻意踏板而改变步态。首先，让受试者目视前方在测力板辅道上行走，进行适应性练习，直至步态自然；然后，正式测量左、右足3次的有效数据。测试指标：步向角、足底压力等。 步向角（Progresive angle）：行进方向直线与足跟中点和第2跖骨连线形成的夹角，“+”表示足向外偏离行进方向，“-”表示足向内偏离行进方向[4]。受试者个人步向角取3次有效数据的平均值。 足部分区：为了便于对比分析，按国际惯例将足部分3个区域：FF（足前部）、MF（足中部）、RF（足后部）。 2）下肢等动肌力测试。 受试者穿运动鞋、裤，5 min热身后，由经验丰富的实验员指导，在Cybex-NORM 等动肌力测试系统上进行适应性练习，直至受试者感觉动作自然流畅，然后进行正式测试。受试者平躺于测试床，膝关节伸直，用固定带固定身体，足跟对准仪器轴心，足底贴合仪器，测试左、右踝关节旋内、旋外角速度分别为30（°）/s、120（°）/s时的等动肌力指标。每个角速度重复测试5次，取平均值，两种速度测试之间间隔20 s以上，左右侧测试时间间隔10 min以上。 3）功能性动作筛查（FMS）。 受试者依次完成7个基本动作（举棒深蹲、肩扛棒跨栏、弓步下蹲、肩部灵活性、单侧直腿上抬、躯干稳定性、旋转稳定性）和3个确认动作。由经过培训且有评分经验的2名测试人员分别从被试者的正面和侧面进行观察，根据评分标准[5-6]进行评分，并详细记录被试者动作模式特点。 4）动态平衡测试。 测试在安静、光线均匀、宽敞的房间进行。受试者正式测试前进行适应性练习，熟悉踏步节奏。如图1所示，受试者双脚并拢，标记两足跟与足尖的初始位置，分别连接左右足跟中点A和B，左右足尖C和D，左足跟中点A与右足尖D、左足尖C与右足跟中点B，把两线段AD和BC的交叉点O设为原点。然后让受试者站在初始位置，戴上眼罩和耳机原地踏步1 min（播放频率为120 Hz的节拍器节奏的MP3，与耳机连接，夹在被试者背后腰部附近，以不影响动作为原则）。受试者踏步结束，耳机提示受试者保持静止不动，等测试人员在地面标记。测试者按照以上程序重新标记左右足的位置，确定O′的位置。然后用量角器测量AB和A′B′延长线的夹角α，用钢卷尺测量OO′的长度（位移大小）。角度方向规定：向左旋转逆时针为“+”，向右旋转顺时针为“-”。每人测量3次，取3次中偏移角度和偏移幅度最小值。期间不暂停，不受外界声、光等因素干扰。 5）数理统计法。 排除受试者标准：年龄小于18岁，近6个月有下肢病症者或下肢有外科手术史者。3种步态分析前，剔除数据不全者4名，采用SPSS19.0软件进行相关统计学分析。组间差异用独立样本T检验或单因素方差分析，数据用均数±标准差（ ±s）表示，百分比的显著差异性用卡方检验。P 0.05差异具有显著性，P 2 研究结果及分析 2.1 内、外八步态发生率 124名在校大学生的步态测试结果显示：在校大学生的步向角度为（7.5±8.4）°。按照Chin-Shan对正常步态的界定（步向角的正常范围为平均数加减1个标准差）[3]，本研究以单侧或双侧步向角小于-1°为内八步态，大于16°为外八步态；左右侧不对称性以每人左右两侧步向角差值是否超过标准差8.4?为依据。测试结果显示：（1）在校大学生内八步态有35名，发生率为28.2%，外八步态33名，发生率为26.6%。（2）男、女大学生步向角均左侧大于右侧，不具显著性，但左右不对称比例分别为12.8%和43.6%，具有非常显著性。（3）男、女大学生步态性别差异非常显著。一方面，男生步向角左右侧均大于女生，导致男性外八步态发生率高，女生内八步态发生率高；另一方面，女生左右不对称发生率显著高于男生（见表1）。 研究表明，在校大学生步向角范围为（7.5±8.4）°，与Chin-Shan[3]对7岁左右儿童的研究结果基本一致，说明7岁左右步态基本定型。比课题组前期研究成果，儿童内八步态23%的发生率、大学生28%的内八步态发生率偏高，间接说明在没有干预的情况下，儿童内八步态自我矫正的几率几乎为零，如果生活、学习中有不良动作习惯，还会导致内八步态发生率提高。 本研究还发现，步态特点性别差异存在非常显著性：（1）男生双侧步向角均大于女生且有非常显著性，这一结果与张秀丽等[7]“男性大学生步向角较大，外八步态发生率较高；女大学生步向角较小，内八步态发生率较高”的观点相一致。儿童步态特点与发育特点有关，大学生步态特点的形成与中国传统文化、观念及由此产生的行为习惯密切相关。一般认为，男性走路时足外展是男子汉、霸气的象征，女子走路足内收则是淑女、有修养的象征。（2）左右不对称发生率较高，且女生明显高于男生。人体是一个整体关节链，左右侧步向角不一致会造成身体其他部位的不对称，如果进行高强度的运动，那么急、慢性损伤风险就会增加。因此，左右侧步向角差异程度较大的学生需要进行矫正。 2.2 不同步态足底压力特征 1）足底压力中心（COP）移动轨迹特征。 图2中虚线为COP轨迹（实线为步向角的判断标志线，足跟中点与第2跖骨的连线），展示足底压力步行支撑阶段不同时相的形状特点。（1）整体形状：正常步态的COP移动轨迹成平滑的弧弓，外八步态弧弓更大，且压力轨迹不如正常步态平滑，内八步态呈直线状态，没有弧度或弧度很小。（2）后跟着地时相：正常步态COP移动轨迹呈现“勾”状弯曲，内八步态无“勾”。（3）全足支撑阶段：正常步态COP移动轨迹呈平滑弧线型从足跟向足外侧转移后，又回到足前中部，内八步态则呈直线状态过度到中足，压力中心轨迹较陡直，外八步态的弧度较大且不如正常步态平滑。（4）蹬离地面时相：正常步态COP移动轨迹平稳过渡到前足中部后转向第1趾，内八步态在第3跖骨处有一个明显的折角，之后转向第1趾，外八步态在该时相与正常步态类似。 图2 内八（左）、正常（中）、外八（左）步态COP移动轨迹 2）足底冲量特点。 行走过程中，足底各区域所受冲量是重点关注的指标。但由于体重等个体性差异较大，本研究中足前、足中、足后部的冲量用相对于全足的相对值表示。如表2所示，内八步态足前部冲量比显著低于正常步态和外八步态，但正常和外八步态之间的差异不具显著性；内八步态足中部冲量比高于另外两组，与正常步态相比差异不具显著性，与外八步态差异有显著性。足后部占比，内八步态高于另外两组，与正常步态相比有显著性差异。 内八与外八步态同属不良步态，其相同点：足底压力中心移动速率峰值均较正常步态大，出现较晚且均在支撑阶段65%处。不同之处：（1）足跟着地阶段，正常步态和外八步态较相似，其压力中心移动轨迹较长且呈曲线，移动速率较大，使得足跟部压力更为分散；内八步态压力中心移动轨迹较短，移动速率较小，其足跟部压力更为集中。（2）全支撑阶段，正常步态压力中心移动轨迹是一条平滑的弧线，分布更为均匀，以较小且稳定的速率从足跟部平滑过渡到足中及前部，而内八步态是直线过渡到足中及前部；以较大速率过渡到足前部后速度突然降低，压力中心在足前部处缓慢移动，不能充分利用足底内外侧纵弓的缓冲作用。（3）足底不同区域所受冲量有合理的比例，相比正常步态和外八步态，内八步态足跟处尤其是足跟内侧冲量及峰值压强都较大，而外八步态的足底冲量分布特点与正常步态相似。 2.3 不同步态下肢等速肌力特点 1）下肢等速肌力力矩。 如表3所示，内八步态30 （°）/s旋内峰力矩，平均力矩均小于正常步态且差异具显著性；旋外峰力矩与旋外平均力矩内八均小于正常和外八步态，且具非常显著性；内八步态120 （°）/s旋内峰力矩、平均力矩小于正常步态，且差异显著，旋外峰力矩、旋外平均力矩小于正常步态和外八步态，且平均力矩都具有显著性；外八与正常步态相比无显著性差异。 1）与正常步态比较，P 2）下肢旋内、旋外等速肌力矩比例特点。 表4数据表明，在测速速度为30（°）/s时，内八步态峰力矩比值、平均力矩比值均值在3组中最大，且和外八步态比较具有@著性差异。外八步态峰力矩旋内旋外比值和平均力矩旋内旋外比值小于正常步态，且具有非常显著性。在测试速度为120（°）/s时，峰力矩旋内旋外比值、平均力矩旋内旋外比值，内八步态大于正常和外八步态，都具有显著性；正常步态均大于外八步态，但差异没有显著性。 以性别作为控制变量，对旋内、旋外等速肌力矩比值与步向角度进行相关性分析，结果显示：在测试速度为30（°）/s时，平均力矩比值与步向角度的相关系数为-0.290（P 3）下肢旋内、旋外关节活动幅度。 如表5所示，下肢关节在旋内、旋外关节活动幅度总体中比较，正常步态最高，内八步态次之，外八步态最低，但差异均不具显著性。旋外关节活动幅度方面，内八步态低于正常步态且具非常显著性，而旋内关节活动幅度3组之间差异不具显著性。 本研究显示：相比正常步态，（1）内八步态旋内和旋外等速肌力矩，不论是在30（°）/s还是在120（°）/s测试速度时都较小，且差异具有显著性，这和本课题组的前期相关研究结果一致：内八步态下肢肌力比正常步态肌力更为孱弱[7]；而外八步态30（°）/s和120（°）/s角速度的旋外、旋内力矩均与正常步态接近，但均没有显著性差异。（2）内八、外八步态旋内或旋外力矩比值均与正常步态有显著性差异。相关分析结果表明，步向角与30（°）/s和120（°）/s两种角速度旋内或旋外平均力矩比值呈弱相关（R=-0.287和R=-0.290）且存在非常显著性。（3）内八步态的下肢关节旋外关节活动幅度较正常步态小，且差异具非常显著性，外八与正常步态的差异不具显著性。建议：对内八步态的矫正，一方面，应注重旋内、旋外肌力同时加强的基础上提高下肢旋外肌力；另一方面，需要采取有效方法提高下肢各关节旋外关节活动幅度。 2.4 劝瞬教FMS评分特点 表6显示：（1）正常步态FMS总分显著大于内八和外八步态，内八和外八步态之间无显著性差异；（2）正常步态举棒深蹲、肩扛棒跨栏、弓步下蹲3个动作评分均显著高于其余两组；（3）躯干稳定性动作评分，正常步态高于内八步态且具非常显著性，但与外八步态没有显著性差异；（4）内八步态单侧直腿上抬动作评分显著高于正常和外八步态。 FMS以日常生活、休闲娱乐、体育项目等身体运动中的基本动作为主要内容，以受试者完成动作模式是否符合生物力学原理为评分标准，通过7 个基本功能动作判断人体运动链中存在的薄弱环节，发现潜在的伤病风险，为进行个性化体育锻炼和训练提供依据。本研究显示，内八、外八同属不良步态并表现出相同特点：功能性动作筛查评分分别为13.4分和14.5分，与正常步态16.9分具显著性差异。这一结果表明：一方面，内八、外八步态的形成不仅与下肢因素有关，而且与人体更多的薄弱环节相关，通过矫正动作提高FMS评分可以作为内、外八步态改善的方法之一；另一方面，如果参加同样强度的体育活动，内、外八步态者发生伤病的可能性更大。 与正常步态相比，内八步态者有5个动作的评分较低，分别是举棒深蹲、肩扛棒跨栏、直线弓步下蹲、单侧直腿上抬和躯干稳定性。其中，举棒深蹲、肩扛棒跨栏、直线弓步下蹲3个动作，包括日常生活及各种体育活动中下肢支撑完成的3种模式：双足左右站立、单足站立及双足前后站立，单侧直腿上抬反应髋屈灵活性，躯干稳定性反应核心力量的强弱。 深蹲动作以双足左右支撑站立完成，是日常生活中的基本动作元素。该动作要求下蹲过程中身体保持稳定，棒置于头上，膝关节不出现内扣现象，前移不超过足尖。内八步态的均分为1.8分，外八步态为2.0分，均显著低于正常步态的2.8分。内八低分的原因主要是下蹲过程中双膝内扣，这会导致髌骨和膝关节附属韧带负荷较重，软骨及半月板受力不均，在时间延长或外部负荷加大的情况下，急慢性运动损伤风险会增大。肩扛棒跨栏步以单足支撑站立完成，要求躯干正直、身体平衡稳定的同时，对侧下肢抬起一定的高度并能控制地还原，日常生活中的走、跑、跳等都以这个动作为基础。内八和外八步态的均分均为1.8分，显著低于正常步态的2.4分。低分的主要原因多为摆动腿膝关节内扣或外展，躯干左右摇晃或肩部左右旋转。直线弓步以双足前后分立支撑完成，要求受试者下蹲过程中身体稳定，头、躯干、骨盆保持功能解剖中立位，对核心力量和下肢关节灵活性有一定的要求。内八和外八步态分别为2.2分和2.4分，显著低于正常步态组的2.8分。内八步态者低分的主要原因是动作完成过程中躯干不能保持稳定，左右摇晃。 综合肩扛棒跨栏和直线弓步下蹲两个动作特点可以推断：相对正常步态者，内八和外八步态者完成有单足支撑动作任务的经济性和表现力可能会较差，如相同时间内跑步距离、相同距离跑步用时、相同时间和距离以及受伤几率等，均有待于进行后续研究。 躯干稳定性要求受试者做一个标准俯卧撑，即要求受试者躯干保持平板的情况下，双臂肘关节伸直撑起。内八步态均分仅为1.0分，低于正常步态2.4分，差异非常显著，说明内八步态的形成不仅是下肢因素所造成，核心力量强弱、躯干稳定性大小也是主要原因。与其他动作评分结果不同，单侧直腿上抬动作内八步态评分显著高于正常和外八步态，即相对于正常和外八步态，内八步态者的髋关节屈曲灵活性较好。由于缺乏这方面的研究资料，尚不能对这一现象做出解释，有待进一步深入探讨。 2.5 内八步态动态平衡特点 如表7所示，内八步态动态平衡能力较正常步态和外八步态差，表现在闭眼1 min原地踏步走过程中的偏移和旋转均较大。偏移距离，内八步态最大，正常步态次之，外八步态最短，但无显著性差异；旋转角度方面，内八步态也是最大的，且与正常步态具有显著性差异。 1 min闭眼原地踏步属于无干扰自动态平衡检测，在排除视力情况下对受试者动态平衡能力进行测试。影响人体平衡能力的因素很多，可分成内因和外因，重心、稳定角和支撑面等为外因，性别、体重、年龄、视觉、前庭感受器、本体感觉和骨骼肌力量等为内因。本研究中1 min闭眼原地踏步受试者均为医学上的健全人，体重、性别、年龄差异均不具显著性，戴眼罩排除了视觉因素，走路对肌肉力量要求不高。因此，本研究的动态平衡测试检测的主要是受试者的本体感觉和前庭感受能力。内八步态者动态平衡能力较正常步态者差，主要体现在偏移角度；3种步态方面，内八步态最大，与正常步态相比差异具显著性。在踏步的过程中，主观意识在保持踏步动作的完成一致性，但是本体感觉及前庭功能的薄弱，致使每一次踏步之间产生的微小差异不易被感知到，导致踏步持续偏转和偏移。 综上所述：一方面，外八与内八步态同为不良步态，有相同的特点，如足底压力中心移动速率峰值出现较晚，功能性动作筛查评分均较低等。另一方面，两者的生物力学特点不是简单的相对或相反，外八的很多特点与正常步态相似或相近，如足底冲量分布、下肢肌力、关节灵活性、动态平衡稳定性等。这也意味着影响外八的生物力学因素及形成机制与内八步态不同，需要更多的深入研究。 生物力学论文:白内障手术精细化,数据“描绘”角膜生物力学特性不可少 “身处在医改大潮中，很多y解的医学课题需要我们去攻克，除了科研问题，在当前医改工作当中，不管是公立医院或是民营医院，如何解决好看病难看病贵的问题，是当下作为一名医师和医院管理者必须要做好的一件工作。” ――天津市眼科医院院长汤欣 过去几年中，对角膜组织的生物力学特性及其对角膜疾病影响的研究越来越多，成为预防和评价相关眼科疾病关注的话题。 在精准医学・创新学术论坛暨2017济南协和眼科中心高峰论坛上，中华医学会眼科学分会常务委员、天津市眼科医院院长汤欣教授从临床思考的问题出发，深入阐述了白内障手术中角膜生物力学特性。汤欣教授从4个方面揭示了角膜生物力学性能测量在角膜疾病诊断、角膜屈光手术效果预测及眼内压测量等方面的重要意义――应用可视化角膜生物力学分析仪（Corvis ST）测量老年人角膜生物力学参数，分析了角膜生物力学特性；观察白内障超声乳化术后轴性高度近视患者角膜生物力学变化；同时分析了不同手术切口方式的生物力学改变；并比较了飞秒激光辅助的白内障手术与超声乳化手术术后角膜生物力学变化。 汤欣教授首先介绍了力学的基本概念。他指出，力的效应是指在人体内广泛存在力对介质、组织和器官的运动效应。生物体内应力应变与细胞生长的关系就是应力与生长关系的理论。应力作用于单位面积上的表面力。在力学中按受力后是否形变分为刚体和变形体，角膜属于变形体。 生物力学研究对角膜有何意义？ 生物力学是指应用物理力学的方法和理论来研究生物和人体在宏观和微观水平上的力学性质和行为。它是分析发生在生命活动过程中的各种力学现象和过程，也是了解生物和人体一部分及相对于另一部分，以及整个机体在空间和时间上发生位移和运动的力学规律。 角膜与青光眼、屈光密切相关。与生物力学相关的角膜组织结构特点有：角膜从前到后分为上皮细胞层、前弹力层、基质层、后弹力层、内皮细胞层5层。角膜组织是人体典型的粘弹性组织，其5层结构有其不同的与组织结构相关的生物力学特点。白内障的摘除手术，主要经历三个阶段，首先是撕囊，在晶体前囊膜开一个圆形的口子；然后进行超声乳化，将白内障的晶体核震荡成小碎块吸出来；最后，植入人工晶体。以前眼科医师对角膜的生物力学特性了解不多，只是看看角膜是否透明，十几年前白内障手术被视为复明手术，如今白内障手术已经归结到屈光手术，需要我们更多地了解影响屈光手术疗效的因素。 角膜整体抗张强度主要来自含有胶原纤维的前弹力层和基质层。了解到这一点，对我们设计手术切口十分重要。前弹力层结构特点如下：8～12μm无细胞透明结缔组织，由直径20～20μm的胶原纤维以非束状且无规则方式排列而成，人眼角膜各层组织结构中其黏附性抗拉强度最大。基质层粘合力：角膜基质层间黏合力最强至最弱的区域依次为周边前部1/3基质、中央前部1/3基质、周边后部2/3基质、中央后部2/3基质、后弹力层。（王雁，赵堪兴，《飞秒激光屈光手术学》，人民卫生出版社，2014，北京）。 手术切口如何设计才是合理的？很多医师为节省时间，行白内障手术是一刀直接插入，但我们始终行三平面透明角膜切口，对黏合度、术后的密闭性和预后更好。阶梯状隧道切口切断板层组织相对更少，对术后角膜切口的张力强度更有益。手术切口设计优劣的衡量标准主要有两条：一是减少术后角膜源性散光，二是避免术后可能造成的切口严重感染。 弹性（Elasticity）是指材料变形后恢复原有形状的能力。弹性模量为描述角膜弹性材料特性指标之一，弹性模量=应力/应变，弹性模量值越高，代表材料越硬。人角膜应力-应变关系呈现非线性的特点。黏性（Viscosity）是指流体受到剪切力或拉伸应力时抵抗形变的能力。黏性是流体的固有属性，描述流体黏性大小的物理量为黏度，也称粘滞系数。黏弹性（Viscoelasticity）：材料在变形过程中同时表现出弹性和黏性，产生蠕变，应力松弛和滞后。各向异性（Anisotiopy）是指材料特性在各方向上不具有一致性。角膜不同部位胶原纤维交联不同角膜，中央板层之间的黏合力明显小于周边部，下方层间黏合力小于上方、鼻侧及颞侧周边。 以往对角膜的注意点如下：角膜的非对称Q值：非球面IOL，手术导航系统/角膜后面表面的散光：Toric IOL。角膜切口的构型，密闭性和生物力学性能。角膜作为人体最重要的软组织之一，对其特性的完整描述除了角膜厚度、曲率等形态学指标，还应包括角膜在受力时表现出的生物力学特性。角膜生物力学特征颇为复杂，且不是固定不变的。临床眼科中角膜的微观结构发生变化，角膜生物力学属性也会随之发生变化，且随年龄增长呈现下降趋势。 角膜生物力学性能的测量主要包括离体测量和活体测量两类，前者包括角膜轴向拉伸法、角膜膨胀法、离体全眼球膨胀测量法等，不能真正反映活体角膜生物力学特性，临床医师很少使用。后者可包括激光共焦显微镜、超声弹性显微镜、眼反应分析仪（ORA）、可视化角膜生物力学分析仪等进行测量。 Corvis ST是一种新型的活体角膜生物力学性能的仪器，可以客观地显示这一过程。全球第一台可视化角膜生物力学测量仪，可快速、非接触、自动化采集。其原理是通过超高速Scheimpflug拍摄技术，以每秒4330帧，空气脉冲后在31毫秒内可捕获140幅图像，拍摄范围为水平方向8mm。初始状态（Original state）是角膜未接触气压脉冲。中央角膜厚度（CCT）即角膜顶点处角膜前后表面垂直距离。第一次压平包括时间、速度和长度。第一次压平时间（First applanation time）是指角膜由初始状态至第一次压平经过的时间；第一次压平速度（Velocity in）是指第一次压平时，角膜顶点压陷的速度，方向为正值。最大压陷是指角膜顶点处于最大变形幅度时。最大压陷时间指的是角膜由初始状态至最大压陷经过的时间。反向曲率半径是指最大压陷时，角膜前表面曲率半径。峰距是指最大压陷时，角膜非变形部分最高点之间的距离。变形幅度是指角膜由初始状态至最大压陷，角膜顶点产生的垂直距离。 第二次压平（applanation2）是指角膜中央0.5mm区域形态由凹面向凸面转变的瞬间，包括时间、速度和长度。第二次压平时间是指角膜由初始状态至第二次压平经过的时间。第二次压平速度（Velocity in）是指第二次压平时，角膜顶点反弹的速度，方向为负值。第二次压平长度是指第二次压平时，角膜前表面压平部分的长度。 眼轴长度、角膜曲率：对角膜生物力学参数有无影响？ 汤欣教授介绍，我院的第一项研究是应用可视化角膜生物力学分析仪，Corvis ST测量不同眼轴长度和角膜曲率的老年人角膜生物力学参数，分析探究其生物力学特性。研究收集拟接受白内障手术术前人群，共220人（426只眼睛），平均年龄为69.97±5.81岁（60-80岁）。依据不同性别分组，眼轴长度（AL）在22～24mm，角膜k值在42～44D之间：男性44眼，女性49眼，依据不同眼轴长、不同角膜曲率分组，观察不同眼轴长组间的生物力学是否有变化，同时进行正常眼轴长的不同角膜曲率组建的生物力学对比分析。结果显示，不同性别的组间角膜生物力学没有明显改变。 我们对不同角膜轴长进行分组（角膜k值42～44D）：第一组为22～24mm，平均数22.92，标准差0.53，共53例；第二组为24～26mm，平均数24.64，标准差0.52，共54例；第三组 26mm，平均数28.64，标准差1.76，共54例。同时在不同角膜曲率分组中发现，角膜曲率越大，角膜越陡峭，需要更大的力量来压平。角膜达第一次压平时，在同一气压脉冲的作用下，第一压平长度越小。第二压平状态中，此过程的作用力主要包括角膜黏弹性、眼内压和逐渐减小消失的气流。角膜曲率越大，可能会导致角膜本身的黏弹性降低，角膜在返回原始状态时所受的回弹力相对小，导致第二压平长度越小。 不同眼轴长的组间分析结果显示，随着眼轴的变长，角膜变陡峭，角膜曲率增大，角膜本身的黏弹性降低，角膜在返回原始状态时所受的回弹力相对小，导致第二压平长度越小。眼轴长度增加到一定长度时，眼球整体扩张而角膜厚度也会随之变薄。角膜的厚度增加角膜的硬度，相应的具有抗变形和快速修复的功能。眼轴越长，角膜厚度明显变薄，导致角膜在气压脉冲的作用下发生形变过程中角膜抗压强度小，相应的最大合莘度变大。用生物力学测量的眼压，是修正了角膜厚度和硬度的因素得到的，因此更为准确。随着眼轴长度的增加，眼内压有逐渐增高的趋势，且眼轴长度大于26mm，眼压增高的幅度最大，与本研究中眼压随眼轴长度的变化趋势一致。眼内外受压后的变化速度与角膜的黏弹性有关；眼轴长的角膜厚度薄，抗压能力也就变弱，在同一压强的条件下，抵抗力弱的角膜达第一压平状态所用的时间也就越长。 高度近视的白内障患者手术切口要精细 第二项研究是应用Corvis ST测量仪观察白内障超声乳化术后轴性高度近视患者角膜生物力学变化。Valbon等研究发现超声乳化术（PHACO）会引起角膜厚度增加及角膜生物力学性质减弱，从而导致角膜生物力学特性发生改变。随眼轴的过度增长及高度近视的发展，角膜的微观结构会随其发生变化，引起角膜损害，从而导致角膜生物力学特性发生改变。 轴性高度近视角膜和正常人角膜在进行Phaco手术前后，角膜生物力学参数的变化是否一致？我们设置了实验组与对照组两组。年龄54.85±4.78 vs.56.41±5.29，性别（男/女）18/16 vs.15/19，眼轴29.04±1.72mm vs.23.04±0.37mm，角膜曲率45.34±1.31 vs.44.48±1.42。晶状体核硬度Ⅱ级核16例，Ⅲ级核18例，Ⅱ级核15例，Ⅲ级核19例。研究结果显示，术后1周变化值与眼轴长度有正相关关系。 随着眼轴变长而眼球扩张胡使角膜变薄。角膜的生物力学特性大部分由基质层体现，组成基质层的胶原纤维的结构及成分决定了角膜的弹性性能，超声乳化术（PHACO）术后基质层角膜细胞密度明显增加。术后1周角膜不同程度的水肿及角膜基质层细胞的增加，使角膜抗压强度增强，在同一气压脉冲的作用下使最大压陷深度减小，由于角膜厚度增加，最大压陷深度减小从而导致峰距增大。正常眼轴组术后中央角膜厚度呈先增厚后逐渐恢复，主要是由于术后暂时性、可逆性的角膜水肿引起，角膜生物力学的相关参数也随角膜水肿的消退而恢复到术前水平。随着高度近视眼轴长度的增加，后部巩膜出现葡萄肿而变薄，通过力的传导作用，对角膜产生向周围的牵拉作用，使角膜的基质层发生细微的生物学变化，角膜的生物力学也会随之发生一定的改变。长眼轴组生物力学参数在术后一周的变化量要比正常组大，且长眼轴组术后1月与术前相比变化量要比正常眼轴大，且结合手术各个时间点的变化趋势图可以看出，长眼轴组术后角膜生物力学更易发生变化且恢复速度较正常组慢。 在相关性分析中发现高度近视组术后1周中央角膜厚度的变化量、矫正眼压的变化量、最大形变幅度的变化量与眼轴存在正相关性，而正常人组与眼轴均无相关性，从另一方面证明了角膜生物力学及眼压会受到眼轴的影响。本研究的结果提示我们，对于高度近视的白内障患者，在进行手术中，手术切口的设计和制作要更加精细，隧道的长度应适当延长，尽力避免外切口边缘的豁口。此外，由于手术后恢复的时间延长，手术后验光配镜的时间应适当延长。 飞秒激光与超声乳化术，术后角膜生物力学有何变化？ 第三项研究是应用Corvis ST测量仪，比较飞秒激光辅助的白内障手术与超声乳化手术术后角膜生物力学变化。飞秒激光技术在临床上应用越来越多，但在白内障手术的辅助作用也存在争议，目前比较认可的是飞秒激光撕囊更精确。对手术技术好的眼科医师而言，飞秒激光的性价比有限，但在精准方面有一定的优势。飞秒激光对每个患者角膜切口的结构能实现一致性，撕囊口更居中，直径大小完全一致，更加精准。对于普通硬度的白内障晶状体核，飞秒激光术后预后好，但对于更硬的晶状体核，飞秒激光术后角膜水肿的情况反而会加重。白内障晶状体核硬度越大，需要采用的超声能量越大、时间越长，对角膜组织内皮细胞的影响越大，角膜水肿越明显。这也提示我们，要根据实际情况进行先进设备的临床应用。发达国家的白内障患者应用飞秒激光效果很好，因为晶体核硬度普遍不高，碎核容易；我国白内障患者晶状体核往往硬度很大，飞秒激光碎核的效果就不太理想。 传统超声乳化白内障手术的对象和方法是，应用前房穿刺刀在11点方向作一透明角膜缘隧道切口，大小约3.0mm，辅助切口位于角膜缘2点方位。飞秒激光白内障手术应用LenSx飞秒激光系统进行环形截囊、晶状体核裂解、透明角膜隧道切口的制作，在11点方向做角膜缘隧道切口，参数大小均设为3.0mm，辅助切口均位于透明角膜缘2点方位。 超声乳化术（PHACO）组术后1周第一次压平长度变大，第二次压平长度变小，术后1个月恢复至术前水平。飞秒激光超声乳化手术（FLACS）组第一次压平长度、第二次压平长度术后1周、术后1个月较术前无明显变化。术后1周PHACO组第一次压平长度比FLACS组大、第二次压平长度比FLACS组小，两组术后1个月均恢复至术前水平，无统计学差异。 PHACO组术后一周峰距、最大形幅度变大，术后1个月恢复至术前水平。FLACS组峰距、最大形变幅度术后一周、术后1个月较术前无明显变化。术后1周PHACO组峰距、最大形变幅度距比FLACS组大，两组术后1个月均恢复至术前水平，无统计学差异。 PHACO组术后1周的角膜生物力学还是有一定的变化。手术切口的构型不确定，第一次压平长度变大、第二次压平长度变小、峰距变大、最大形变幅度变大，但到术后1个月，随着术后伤口的愈合，角膜生物力学参数就恢复到术前水平。超声能量使用过大，导致角膜水肿，术后1周角膜中央厚度（CCT）变厚，眼内压（IOP）升高。术后1个月，随着术后伤口的愈合，角膜生物力学参数恢复到术前水平。 角膜是一种非常复杂的各向异性（anisotropic）组织。中央角膜的强度取决于层间蛋白多糖结合，角膜基质板层间的黏合力和胶原纤维交联作用在前部及周边的角膜基质层分布较大，可以向下方板层传递向心的作用力，从而提高角膜的抗张力与韧性。角膜生物力学描述角膜组织对施加到它们的力的反应，包括外部施加的力和角膜固有性质之间的相互作用。 角膜的基质层约占角膜总厚度的90%，包含了约200～250个胶原纤维板层，相邻的纤维板层之间有相互交联的胶原纤维束，为角膜板层间剪切阻力，以及板层间张力负荷的传递，提供了重要的结构基础。而且前部的角膜基质板层排列比后部更加致密，具有更多的倾斜分支和交联。因此前部的角膜基质层较后部基质层承担着更大的生物力学作用。此外，周边部角膜的基质也比中央区具有更强的延展性，即更强的的韧性与张力。 汤欣教授介绍，最近我们还在开展阶梯状隧道切口（微切口）和普通切口的临床分析研究。初步发现1.8mm的微切口组和2.8mm的普通切口组两组间无明显差异。提示我们，在手术中一味追求微切口，以至于对不同硬度的晶状体核都采用微切口是不可取的。用微小的切口去处理更硬的晶状体核，使用的超声能量会越大，时间会越长，因此在临床中应根据具体情况应用不同的切口方法。比如，对于Ⅴ级（极硬核），传统的小切口白内障囊外摘除术（ECCE）能给予非常好的处理，术后第一天角膜非常透亮，而用超声乳化或飞秒激光可能角膜水肿严重。在手术切口制作方面的临床研究结果显示，阶梯状隧道切口好于单面隧道切口，隧道切口不能过短，切口两侧不能有豁口，隧道上层不能过薄，外切口位置不要位于角巩膜处，避免球结膜水肿，影响手术操作。 他最后强调，随着医疗检查诊断技术的发展，眼生物力学性能的重要性被逐渐认识，角膜生物力学性能测量，在角膜疾病诊断、角膜屈光手术效果预测及眼内压测量等方面都具有非常重要的意义，需要引起临床研究者更多的关注。 生物力学论文:竞技武术散打踹腿技术的运动生物力学分析 摘 要 众所周知在武术散打运动项目中，腿法技术训练质量越高，运动员成绩越好，在瞬息万变的激烈比赛中腿法技术运用的实效性越好，运动成绩越好。在散打技术中，蹬腿和侧踹腿是遏止国外运动员擅长的重拳及近身搂摔打法的实效技术。在训练中要针对性的提高其动作速度和攻击威力，对于运动员反守反击意义重大。我们通过生物力学软件对前腿侧踹这个具有代表性的动作进行客观而系统的分析，从而归纳其内在的运动生物力学特点和规律，对今后的教学与训练提供科学的理论依据，对提高散打运动员的成绩有十分重要的意义。 关键词 竞技武术 散打踹腿技术 运动生物力学 分析 1绪论 根据散打的动作特征和技术要求，每一个踹腿动作过程中都要经历提膝、翻小腿和踹击三个阶段，而踹腿动作中的翻小腿和踹击往往是同时进行的，所以我们将其分为提膝和翻踹两个阶段。同时为了叙述方便，我们将为完成技术动作支撑人体重心的腿称为支撑腿，而进攻击打目标的腿称为攻击腿。运动技术水平的表现跟腿法技术密切相关，自古就有谚语“手是两扇门，全凭腿打人”，这充分说明了腿法技术在散打运动中的重要作用。根据马学智对1999年全国武术散打锦标赛的研究表明：在进攻技术中，腿法比拳法的运用次数多。而在众多的腿法中踹腿是直线性腿法的典型代表，又有“先锋腿”之称。因它在技、战术上具有能攻善守之优点，且在打击力量、打击速度等方面明显优于其它腿法动作故被运动员视为进攻得分的主要动作之一，是散打中运用率较高的腿法。马莉芳、韦海峰对武术散打王争霸赛腿法技术的运用进行分析得知，侧踹腿共运用544次，占整个腿法使用总数的24.8%，仅次于横踢腿，是有效的得分手段之一。从现场观察统计来看，侧踹腿攻击部位多在胸腹部，缺乏高、中、低位的变化，攻击距离也有一定的局限性。梁亚东、肖红征对“第5届世界武术锦标赛”散打决赛腿法技术运用进行分析，结果表明：运动员掌握腿法技术的好坏直接影响其比赛成绩。腿法技术训练质量越高，在瞬息万变的激烈比赛中运用的实效性越好。蹬腿和侧踹腿是遏止国外运动员擅长的重拳及近身搂摔打法的实效技术。在训练中要针对性的提高其动作速度和攻击威力。对前腿侧踹这个具有代表性的动作进行客观而系统的分析，从而归纳其内在的运动生物力学特点和规律，对今后的教学与训练提供科学的理论依据将有十分重要的意义。 2研究现状 查阅《体育与科学》、《中国体育科技》、《体育文史》及北京体育大学、上海体育学院等12所体育院校的学报，《浙江体育科技》、《辽宁体育科技》等14家体育科技期刊近十年来有关散打运动方面的研究文献以及武术领域专著和论文后得知，国内学者对散打运动训练方法、战术应用、营养卫生及赛制改革等方面的研究取得了一定的成绩，但真正对散打运动技术动作进行深入研究还显得不够，运用运动生物力学的研究方法进行探讨散打动作技术的成果还非常有限，其文献报道寥寥无几，更谈不上综合分析和量化指标。关于竞技武术散打踹腿术的生物力学分析这一课题目前尚属缺乏。武术对抗性项目的开展，从武术套路的攻防含义中彻底地分离出来，形成了具有实用性技击对抗的体育项目――竞技武术散打。它是两人按照一定的规则，运用武术中的踢、打、摔和相应的防守等技法进行徒手格斗对抗的现代竞技体育项目。是中国武术的重要组成部分。武术是中华民族文化的瑰宝，在几千年的发展过程中，由于科学技术不发达，没有先进的实验仪器和科学的理论支持，没有条件对拳理、拳法做科学的分析研究。因此，前辈武术家在练拳习武的过程中，只能由感而发，将拳理、拳法中的一些原理及规律以感性认识的方式记录下来，以指导后人习练武术，少走弯路。理论源于实践，理论反过来又能指导实践，促进实践更好地发展。竞技武术散打作为一项体育运动，已经推向世界，如果没有坚实的理论为基础，它的发展就不容乐观。所以，竞技武术散打的发展需要有一系列的科学理论为其奠定基础，对散打基础理论的科学化、系统化研究已经成为摆在我们面前亟待解决的问题。运动生物力学作为体育运动的基础理论，也是散打技术改M和提高的重要依据之一，故用运动生物力学原理对散打技术动作进行分析具有重要意义。人体任何合理的动作都要遵循运动生物力学原理，竞技武术散打运动也不例外。任何合理的散打技术动作都必须符合人体解剖学、运动生物力学原理、运动学规律和武术技击原理。运动生物力学是散打运动存在和发展的最重要的理论依据之一，散打任何技术动作都是在人体自身的内力与外力整体作用下完成的，运动生物力学原理贯穿在散打每个技术动作中。竞技武术散打与运动生物力学原理交融渗透、密不可分。竞技武术散打作为一项体育项目，其动作技术有着自身内在的规律性，如果不对这些规律进行科学把握，没有一个标准化的通用技术，竞技武术散打就不可能更好地发展下去，甚至难以让世人接受。竞技武术散打要想走向世界，和西方体育运动相互融合，共享一个“蛋糕”，就必须与现代科学知识相结合，走科学化的发展道路。本人在查阅了大量的文献资料发现在散打中有关技法的论述较多，但大多是基于经验介绍，缺乏应有的理论依据。运用生物力学手段对技术动作进行诊断和评价的报道极为鲜见，即使有也是零星的缺乏理论深度的或者研究方法和测试仪器已经不能适应现代体育运动发展要求的。从目前运动生物力学动作技术研究的方法和范畴分析，已经深入到通过三维测试分析系（下转第146页）（上接第144页）统等来评价和诊断动作技术，但在竞技武术散打运动中还很少见到。 3研究方法 本人采用QUALISYS-MCU500红外远射测试系统与三维测力平台测试系统对散打腿法中较为常用的前腿踹腿技术进行研究，对不同水平运动员（优秀组与非优秀组）每组10人，共20人的踹腿技术进行髋、膝、踝关节角度测试、速度测试，并分析，力求找出前踹腿技术的运动生物力学特点及内在的规律，为进一步丰富、完善散打技术理论、优化动作技术、规范技术规格、预防损伤和科学选材作前瞻性探索。 5结论 建议散打运动应该更加科学化地发展，对动作技术的研究应该多借助一些运动生物力学、解剖学、生理学的研究方法和手段，并采用当今先进的实验仪器进行测试与分析，使散打理论得到科学的验证与补充，不断丰富散打理论，以推动其更好的发展。 生物力学论文:攀岩中“侧拉”动作的生物力学分析 摘 要 采用文献计量方法对中国知网上发表的关于攀岩训练中动作分析的论文进行了研究重点的分析。研究主题包括肘关节屈伸肌的力学特征、肘关节等速肌力评定和“侧拉”生物力学分析。侧拉技术的生物力学合理性表现为侧对岩壁时人体重心更靠近岩壁，重力产生的倾倒力矩小；膝关节的屈伸不会把人体顶离岩壁；人体重心在形成侧拉两关节点的连线附近，几乎不产生使人体翻转的力矩，可以使另一手臂和腿做较大幅度的自由运动，分析得出最合理最省力的侧拉动作。 关键词 攀岩 生物力学 侧拉动作 技术分析 本文运用文献资料法对动作技术的分析加以概括，特别是关于运动生物力学的研究分析。很多研究中都运用到了运动生理学的相关指标，如肌电测量分析法，当然生物力学的实验研究少不了，如平面定点摄影测量法。这些方法均是为了找出优秀动作的运动学参数指标，寻求该动作过程的运动学特点，揭示运动员完成合理动作的规律和技术动作要领，并制定针对性的科学训练方法，促进运动员快速掌握动作技术，进而提高攀岩运动的竞技水平。 1侧拉的分类 侧拉动作 1：开始动作时运动员身体正对岩壁身体重心离岩壁远而不利于完成动作。 侧拉动作 2：开始动作时运动员身体侧对岩壁，但支撑腿（左）和岩壁之间的角度太大。 侧拉动作 3：开始时运动员身体侧对岩壁，支撑腿的外测尽量贴近岩壁。 2平面定点测量的结果分析 2.1攀岩时人体重心的特点 人体重心是人体各环节所受重力合力的作用点，攀岩时只有手和足附着在岩壁上人体其它部分均在岩壁之外，由岩壁与人体的位置关系可知，攀岩时人体重心在岩壁之外，重力不仅对人体产生向下的作用力，同时还产生使人体向外倾倒的力矩，因此重力是破坏人体平衡的主要作用力，人体重心的位置对攀岩时人体的平衡非常重要。 2.2保持平衡所需力量 人体重心的位置对攀岩时人体的平衡非常重要。动作1和动作2在做起始动作时重心在两支点连线的左方但中间动作时在两支点连线的右方，在这个过程中为了保持身体的平衡手臂做了很多的功也就是手的拉力用了很大的劲，而动作 3 的起始动作时重心在两支点连线的右方，所以在完成动作时很省力，动作是科学的。 3三种侧拉动作的力学分析 侧拉动作1和侧拉动作2在起始动作时重心在两支点连线的右侧，但中间动作时在两支点连线的左侧，在这个过程中为了保持身体的平衡，克服重力给人体带来的转动效果，手臂的拉力起了主要的作用，用了很大的力量。而动作3的起始动作时重心在两支点连线的右方，人体重心主要是垂直方向的运动，所以在完成动作时比较省力。同时侧拉3的动作特点是身体侧对岩壁，身体对侧手脚接触岩壁，另一只腿伸直用来调节身体平衡。人体重心更靠近岩壁，倾倒力矩小。另外支撑腿在由屈到伸的过程中人体重心只是向上移动，不会被顶离岩壁，倾倒力矩不会增加，随人体重心提高侧对岩壁可以使右臂仍然可以向下拉，抵抗倾倒的力矩不会减小，平衡维持比较容易，同时可以利用全身的高度去抓握上方支点。 4采用侧拉技术动作合理性（侧拉动作3）的力学分析 侧拉动作3的特点是身体侧对岩壁，身体对侧手脚接触岩壁，另一只腿伸直用来调节身体平衡。力学合理性表现为两个方面，一是由于侧对岩壁，人体重心更靠近岩壁，倾倒力矩小。另外支撑腿在由屈到伸的过程中人体重心只是向上移动，不会被顶离岩壁，倾倒力矩不会增加，随人体重心提高侧对岩壁可以使右臂仍然可以向下拉，抵抗倾倒的力矩不会减小，平衡维持比较容易，同时可以利用全身的高度去抓握上方支点。 另外，侧拉时人体重心点一直在左手和右足攀登附着点的连线附近，由于力臂很小，这样在人体上升用右手触摸下一点时人体重力几乎不产生绕纵轴的使人体翻转的转动力矩，这样右手就可以比较自如的去触摸和把握下一点，左腿也可以进行较大幅度的活动。 5不同类型侧拉技术肌电测试结果的分析 在三种侧拉动作的对比中侧拉动作3的膝关节角度开始变化时肱二头肌还没开始发力，股外侧肌是促使身体向上移动的主要发力肌肉。 另外，在三种侧拉动作的对比中侧拉动作3的发力顺序间隔明显股外侧肌――腓肠肌――背阔肌――肱二头肌，说明在侧拉动作3的过程中股外侧肌是最先参与发力的而且发力而且持续时间长，贡献的力量最大，是主要用力肌肉，相反肱二头肌的参与时间晚，持续时间短，贡献的力量最小。不同侧拉动作各肌肉发力大小比较可以看出侧拉动作3的肱二头肌积分肌电值最小，股外侧肌积分肌电值最大。 在难度攀岩中如何合理的应用技术动作调整身体平衡，节约上肢力量直接决定运动员的比赛成绩，从以上对比看出侧拉动作3是这三种动作中最合理的动作，同时也提醒我们在日常训练中不要单单注重上肢力量的训练，下肢力量的训练也是很有必要的。 生物力学论文:不同专项特征动作中足部运动的生物力学研究 摘要：本文采用文献资料法，结合前人研究结果和方法，对网球、足球两个专项的特征动作的足部运动进行了生物力学分析，研究结果表明：1. 足部承担离地蹬伸任务时前足承担主要载荷，中后足受力不显著，足部承担落地缓冲任务时，后足和中足受力增大，前、中、后足共同承担身体载荷。2.足球项目前足内侧压强峰值最大，网球相对较小。3.网球运动中，趾区的压强峰值超过第一跖趾关节区；足球运动中，第一跖趾关节区和趾区压强峰值大。 关键词：足底压力分布、踝关节、专项运动 生物力学的研究范围包括整个人体，足部生物力学的研究是其中重要的一部分。由于体育运动中，运动损伤的多发性使其成为众多科研项目的焦点内容。其中，踝关节损伤是所有运动损伤中最常见的运动损伤之一。这类损伤经常发生在篮球、排球和足球等通常需要迅速敏捷地跑动、急停和跳起的项目中。因此，不同专项足踝部的伤病发生机制与防治已成为学术界研究的热点。此外，随着专项运动员和教练员对专项运动鞋的防伤能力和功能表现力的要求越来越高，对不同专项动作中足踝部的生物力学特征研究就显得尤为紧迫和重要。本文在阅读大量相关文献的基础上，应用目前最先进的足底压力分布测试系统，对网球、足球2个专项的6名男子大学生运动员进行了2个特征动作的足部的生物力学分析。试图通过不同项目指标的对比分析得出不同专项的足底压力和运动学特征，从而为足踝部损伤研究和运动鞋专项化的相关领域提供实验依据和理论基础。 1.研究方法： 1.1文献资料法 1.2实验法 1.3对比分析法 2.研究对象：本研究选取湖北大学体育学院6名本科生为研究对象，其中三名为足球专项，3名为网球专项。6名受试者均无下肢足底足踝病痛史。 3.实验器材：1.Novel Pedar system （鞋垫式足底压力测量系统）――垂直压力测量/静止状态和运动状态. 2.身高、体重测量器 4.实验步骤： 4.1.进行Novel Pedar system 足底压力分布测试系统的连接和调试。 4.2要求受试者均穿着运动服装、体操鞋，测量受试者身高、体重后登记受试者情况。 4.3选择符合各受试者鞋内底尺码的测试鞋垫，确保测试鞋垫边缘无折痕，鞋垫大小与鞋内底边缘吻合，配戴测试设备后，受试者进行3-5分钟适应性动作练习。 4.4采集网球、足球2个项目运动员各自专项特征动作的足底压力分布数据，共2个特征动作分别是网球项目中网前急停反手截击球（右手执拍）， 足球项目中的急停转身跑左转90度，每人每个动作测试三次，2次动作间隔2分钟。 5.测试指标： 压力峰值：分区内所有传感器在测试阶段内受到的最大合力。 压强峰值：分区内每个传感器在测试阶段内所受压强的最大值。 压力峰值百分比：某分区压力峰值占前中后足的压力峰值总和的百分比。 6.实验数据处理： 6.1采用Excel进行数据分析。 6.2选取网球和足球受试者三次动作取平均值进行分析。 6.3将每只鞋垫分为前足区、中足区、后足区三个分区，这三个分区覆盖了整个足底，此外在定前足区内义了三个特定区域，第一跖趾关节区、趾区、除趾外其他四趾^。 7.实验结果与分析： 7.1网球（网前急停反手截击球） 在网球急停反手截击动作中从跑动、急停到最后的截击步仍然以前足的承载为主趾区的压力峰值尤其显著、后足尤其是支撑脚后足的受力从跑动截击过程有不断增大的趋势，中足几乎不受力，支撑脚的足底压力峰值普遍大于发力脚，急停和截击步足底受力大于跑动步。 7.2足球（急停左转向跑） 由跑动到急停，足球运动员的前足受力面积变小，前足受力集中到前足的局部。 在跑动步离地蹬伸阶段，趾对身体向前移动起着举足轻重的作用，但在急停步的落地缓冲阶段，趾的作用减弱，其他四趾对地的制动作用增大。我们从左脚和右脚的跑动步和急停步对足球急停左转向跑动作的足底压力进行分析可以看出从跑动步到急停步，前足压力峰值明显降低后足的压力峰值明显增大，但前足内侧的压强峰值始终维持较高的水平。 两个项目足底压力分布的对比： 1.第一跖趾关节和趾的足底受力模式。第一跖趾关节区和趾区是前足受力明显的两个特殊区域，这两个位于前足内侧的区域通常是各个动作中前足压力峰值和压强峰值发生的区域。此外，比起缓冲阶段它们在足部主动发力的离地蹬伸阶段起着更重要的推动人体向前的作用。 2.网球运动中，趾区的足底压力峰值表现显著，显示了网球运动中趾作为推动人体重心移动的最后一个小关节，其支撑稳定性和关节力量比起第一跖趾关节更为重要，足球运动中不论是第一跖趾关节区还是趾区都表现出2个项目动作中最大的压强峰值。比较2个项目前足内侧压强峰值情况，可以得到足球项目动作前足内侧压强峰值较大，网球项目动作较小。 3.对比网球急停反手截击球和足球急停转向跑动作，从跑动到急停时后足均有受力增大的变化趋势，因此急停阶段后足明显的受力增大趋势是由于急停阶段为了增大身体重心向后的加速度，运动员必须增大对地受力面积以增大对地反作用力从而达到急停的目的，尽管后足受力增幅较大并且分担了前足载荷的很大部分但是从压力峰值百分比上仍然可以看出，前足依然是急停阶段最主要的承载区域。 8.结论： 8.1足部承担离地蹬伸任务时前足承担主要载荷，中后足受力不显著，足部承担落地缓冲任务时后足和中足受力增大，前、中、后足共同承担身体载荷。 8.2足球项目前足内侧压强峰值最大，网球相对较小。 8.3网球运动中，趾区的压强峰值超过第一跖趾关节区，足球运动中，第一跖趾关节区和趾区压强峰值大。 9.建议： 综上所述我们从运动生物力学的角度出发，对2个专项的运动鞋设计提出以下建议： 9.1网球运动网前截击等动作需要其专项鞋考虑到指在网球特征动作中的重要作用和影响应当增大鞋底跖趾关节部位的灵活性以及趾区域足底支撑的稳定性，以利于趾部位在网球动作中更好的充当最后关节支撑面的作用。 9.2足球运动专项鞋应当具备良好的前足减震缓冲能力并提供稳定性来抵抗踝关节在跖屈位置时的内翻力，通过对鞋面材料进行加厚和加固以增加运动员踢球的舒适度同时提供正常的距下关节灵活性。 生物力学论文:运动生物力学在高尔夫球运动中的运用 摘 要：本文基于运动生物力学的应用性特点，结合高尔夫球这项高雅运动的性质，联系高尔夫球运动的发展趋势，以及目前高尔夫球专项运动的发展需求，使运动生物力学的应用性与高尔夫球的技术需要相结合，为高尔夫球运动的发展核技术提高提供借鉴。 关键词：运动生物力学 高尔夫球 "高尔夫"是荷兰文kolf的音译，代表的是"有绿地和新鲜氧气中的美好生活"。所以说高尔夫球是在优美环境中，一项高尚娱乐性运动。一些国家叫"贵族球"，主要是因为此项目所要求的设备相对贵。以前高尔夫球运动，被称为贵族运动的代名词，甚至是身份阶层的代表，但相传，当时在苏格兰，牧羊人无事时候经常用驱羊棍击石子玩，比谁击的远准的娱乐活动。从高尔夫球的英文单词GOLF可以看出来：G-绿色（green）；O-氧气（oxygen）；L-阳光（light）；F-友谊（friendship）。可以说是一种把享受大自然乐趣、体育锻炼和游戏集于一身的运动。 1860年，最早的高尔夫球比赛也是出现在英格兰。19世纪，此运动传入美国。1922年，第一次国际性比赛是"沃克杯"，英国对美国的对抗赛。在20世纪初这项高雅的运动才开始进入我国。 随着我国社会经济的发展，高尔夫球这项高雅的运动，不仅仅是中上流社会的运动项目，特别是近几年这项运动在我国发展相当快，在未来的发展过程中，高尔夫球也必将成为一项重要的健身娱乐性项目，随着科学技术的发展，新型材料的应用，这些对高尔夫球技术的发展或多或少起着不可忽视的作用，这些我们可以间接的从高尔夫球的远度以及杆种的变化看出。 时间摧移社会发展，运动生物力学相关知识的不断丰富和完善，其研究手段和方法也在不断的更新，在内容和层次上也不断加深且更加系统化。[1]其在认识运动项目的规律性和提高运动技术的水平上，都起到了显著的作用，而其在高尔夫球运动中的研究还不够系统，不够深入。 1.运动生物力学在高尔夫球运动中的 高尔夫球运动是一项非常特殊的运动，球员利用手中的杆和肢体的动作进行配合，利用身体的扭转，带动球杆以一定的速度、弧度、动量、动量距击打静止的固定球，球获得动能后，以一定的速度、弧度飞向目标洞。飞出球与目标洞的偏离角直接影响其运动成绩好坏，我们利用现在生物力学的三维摄像技术，对高尔夫球运动技术进行诊断，从中找到球员转体的最佳角速度、最佳关节角度、最佳身体转动角度以及球杆运动过程中的最佳轨迹，以及在接触球瞬间的最佳触球面。还可以结合三维测力台，对运动员击球动作过程中脚下的力量大小、方向进行分析，与三维摄像技术进行结合分析，找到最佳的技术动作。利用体表肌电测量技术，对运动员的肌肉启动顺序先后、肌肉的用力大小进行研究，为运动员运动技术和预防运动损伤进行指导借鉴。 2.力学理论研究方法在高尔夫球运动中的应用 运动生物力学是以力学理论为基础研究人体机械运动的规律。[2]人体运动是在神经控制下的非常复杂的运动，各个环节的运动都在神经系统的控制下协调、有序的进行。主要的对人体运动仿真性的简化、抽象的模拟。一般包括的步骤；首先根据动作的特征建立相应的目标函数；然后根据模型选择确定相应的刚体自由度；随后建立相应的运动动力学模型；再根据实测的已知道的数据求解；最后根据求解的数据结果对运动规律作出解释，也就是将所得到的数学规律化成体育的专业语言，从而进行合理的指导[4]。为找到更好的击球技术动作或者对相应的辅助联系器械进行改进，可以利用力学的研究方法对相应运动的关节力和关节力矩进行摧算得到。从而丰富、优化高尔夫球动作的技术的相关数据，为练习者教练员提供参考指导。 2.3运动生物力学实验仪器在高尔夫球的应用发展分析 2.31运动生物力学在高尔夫球项目中的应用 随着信息时代的不断发展，不同学科不同专业之间的信息知识的共享和借鉴成为主流，交叉学科，综合学科已经成为现代社会科学技术发展的主力军。高尔夫球同样可以借鉴其他运动项目中的运动生物力学仪器进行相关性的研究。利用三维测力台，我们可以直接测的球员在击球过程中，球员与地面的作用力大小和方向。利用脚底压力鞋垫，我们可以在运动员打球过程中，测的脚底的压力分布，利用得到的数据，对用动员的鞋子设计或者改进提供参考，间接性质的为球员技术提供服务。高尔夫球是近似于围绕身体垂直轴的运动，在扭转过程中我们利用肌电仪器，进行肌肉活动顺序和肌肉强度测量，利用此我们可以详细的知道参与活动的主要肌群和辅助肌群，从而为专项力量训练天提供参考。 2.32同步测试 随着运动生物力学的不断完善和发展，多机同步测试是现在研究的主要手段，随着高尔夫球的不断发展，科学技术的不断进步，运动学、动力学、肌电测量、人体生物力学测量必将趋向多维度的视角同步测试。这将会对高尔夫球运动有更实效、更准确、更全面的指导性作用。 2.3.3运动技术测试仪器反馈的专项化、快速化 运动生物力学的仪器的发展的完善，技术测试仪器的专项化、反馈快速化，将在运动技术中得到体现，高尔夫球也不例外。近年来运动运动学、动力学、生物力学，测试仪器的质量、功能、效率都在其他专项运动中不断出现。这也将为高尔夫球运动技术的诊断提供参考，可以将速度加速度传感仪器做到很小的情况下，安装在高尔夫球和高尔夫球球杆上，可以对球飞行及球员挥杆击球过程中受力进行监测，得到瞬间的运动学和动力学参数，这些专项化、快速化的技术仪器的运用，也将为高尔夫球运动的理论和实践，带来更快捷和真实的帮助。 2.4运动生物力学的理论研究和时间研究也得紧密结合 首现理论研究是实验研究的前提和基础，没有科学的、扎实的理论研究，实验研究就缺乏科学的理论依据，实验研究就可能误入歧途；理论来自于实践，特别是科学实验。实验研究为理论研究提供可靠的论据，使理论更站得住脚，因此在高尔夫球运动中运动生物力学的理论研究与实验研究应相结合。理论为高尔夫球提供了运动的普遍规律，对分析有理论指导意义。实验为理论研究和时间应用架起桥梁，能是理论更好的结合实际，为实际服务。 3总结 随着科学技术的不断进步，运动技术得更加规范规律化，在运动技术诊断、提高方面，借助于科学的仪器和专业性的设备尤为重要。在高尔夫球这项优雅的运动中，利用和开发研制先进的科学仪器，对运动技术进行分析、进行有效的训练、损伤机理的预防和研究领域有为重要。而运动生物力学或与相关技术的结合恰恰能为此做出服务，为高尔夫球的运动技术提供技术服务。 生物力学论文:桡骨头三维有限元模型建立及生物力学分析 【摘要】 目的：构建起肘关节三维有限元模型，借助三维有限元法对桡骨头在各种损伤程度下、各种位置上及肘关节各种屈曲程度下生物力学改变的情况进行分析，为研究桡骨头病理形态及生理功能变化提供实验依据。方法：将1名身体健康的成人志愿者作为研究对象，不考虑肘部的所患有的疾病，前薄层扫描CT图像扫描右肘及前臂，在软件中导入Mimics、ANASY、LS.DYNA97数据以构建起肘关节三维模型，开展装配、分配网格、将属性赋予材料以及有限元计算等工作。结果：所构建起来的肘关节三维有限元无限接近实体解剖标本，对桡骨头实际解剖状态与生物力学行为进行了全面真实的体现，同时与CT切片图相对比以验证了其精确性。结论：借助三维有限元模型将生物力学模型可以为桡骨头正常力学行为以其病变、损伤的临床诊疗提供病理形态及生理功能变化基础，为临床诊疗奠定更坚实基础。 【关键词】 桡骨头； 肘关节； 三维模型； 有限元分析 锕峭返纳理功能具体指的是传递应力以及保持肘关节外侧处于稳定状态，在维持肘关节稳定与功能方面发挥着举足轻重的作用[1]。桡骨头骨折属于一种关节内部发生骨折，相当于肘部骨折的30%左右，其骨折过程实际上是肘关节所在的部位稍微弯曲、前臂旋转到前位过程中手掌以较大力度与地面贴合在一起，引发肱骨小头与桡骨头受到猛烈碰撞而导致骨折[2]。对于桡骨头的治疗手段，从刚开始的非手术治疗逐步演变到在内部固定、切除桡骨头、以人工假体进行代替等，但治疗方案的选择大多以临床实践为基础，治疗后常遗留较为严重的后遗症[3]。近年来，有限元法在骨科领域的研究越来越多，国内外学者也提出了不少腕关节的数字模型[4-7]，其基本原理是根据几何外形、材料性质以及受力条件等因素将弹性物体划分成有限数量且互相连续的单元，在不伤害身体组织的前提下重新创建复杂构建的构造、外形、所能承受的重量以及材料力学性能，使传统实验生物力学能够重复与不具有可比性、对身体组织造成伤害的缺点得到较大弥补。所以，本实验在建立肘关节三维有限元模型的基础上，立足于各个层面对桡骨的生物力学做了全面深入的研究与分析，而且通过多个侧面给出了治疗桡骨骨折的手段，同时为更加深入地探究做好铺垫，现报道如下。 1 材料与方法 1.1 研究对象 将1名身体健康的成人志愿者作为研究对象，男，31岁，身高：175 cm，体重：74 kg，不考虑肘关节与前臂受到的损伤及其他疾患。该研究已经伦理学委员会批准，患者知情同意。 1.2 设备与软件 Philips 64排螺旋CT扫描机。软件为Mimics 16.0（比利时Materialise公司）、Hypermeshl 0.0（美国Altair 司）和LS.DYNA971（美国LSTC公司）。 1.3 数据获得 志愿者身穿防护铅衣，应当借助64排双螺旋CT分别实施0°、30°、60°、90°以及120°弯曲度的薄层扫描，并以DICOM格式保存，并将数据导入Mimics 16.0。 1.4 建立肘关节的三维模型 在三维软件Mimics中导入CT数据，对图像进行仔细筛选，将四周组织图像完全剔除，同时设定目标图像的阈值，重新构建肘关节、肱骨下部、桡骨、尺骨上部以及环形韧带的三维图像，而且将边界坐标完全对外输出。借助普遍使用的Auto CAD造型软件Unigraphics NX当做实体搭建模型的平台。导入由Mimics产生的轮廓数据，进而形成三维实体模型，提高模型的光滑度，将它承受重力的一面与接触面都成为平面。此外借助Hypermesh软件把相对的肘关节轮廓线I GES线条全部连接以后成为平面，再将几何模型的表面以单元大小1 mm为单位进行面网格划分，最后采用四面体实体网格划分技术生成四面体，也就是在对模型的线条、平面以及体进行有关操作的基础上得到肘关节三维有限元模型，同时划分有限元网格，构建起有限元网格模型。 1.5 将材料属性赋予有限元模型 开展有限元分析与计算，将密度、弹性模量、泊松比等各种材料属性都赋予有限元模型中的所有单元，进而成功搭建起材料性质非均匀特点的有限元模型。本实验把模型所包含的组织材料都精简成具有相同属性的均匀弹性材料。按照相关文献资料开展材料属性赋值，从而构建起肘关节三维有限元模型，见表1。 1.6 负荷加载实验 为了对模型的有效程度进行检验，针对模型实施负载实验，把获得的结果和过去得到的实验数据相互比较对模型的有效性进行验证。固定好模型肱骨一端，通过腕关节对尺骨施加100 N垂直负载，将有限元计算软件LSDYNA971导入以后对前臂旋前位肘关节进行0°、30°、60°、90°以及120°弯曲角度下肘关节桡骨与尺骨关节面承受力与力量分布进行分析，见表2。 2 结果 利用计算机辅助技术手段与软件Mimics、Hypermesh，完成了肘关节与桡骨三维有限元模型构建，也就是获得在各种肘关节弯曲程度下，肘关节的五大有限元模型。成功建立模型以后通过肘关节各种程度旋转的纵向负载实验获得有关数据，与实际解剖的结果比较接近，从而对模型的有效性进行了科学检验。本研究借助即时扫描与保存的方式，有效地防范了收集数据过程中核心信息的流失，而且保证了以全数字化方式构建模型，使模型的建立更加精准。 3 讨论 3.1 构建桡骨三维模型的意义 桡骨远端骨折在临床常见，约占所有骨折10%，且随着老龄化加剧，骨质疏松患者增加，更加剧了桡骨远端骨折的趋势，故对这方面的研究也显得更加必要[9-13]。尤其对于不稳定类型的桡骨远端骨折，手术行复位治疗是最佳选择，但是各种并发症也屡见不鲜[14-18]。过去人们对骨骼骨折与固定的相关情况实施有限元分析过程中，由于形态不规整大部分只做简单处理，把骨的形状看作圆柱体，同时将其等同于一个刚体来分析它的应力，导致骨骼腔的存在被忽视，分析得到的结果将不可避免地存在偏差，并且与其相关的骨折或内部固定的探究与分析都需要重新审视[19]。为了保证计算模型体现现实状况，本论文将桡骨的物理外形作为分析目标，以构建起肘关节三维有限元模型，而且通过实验获得的桡骨负载的重力，按照桡骨的真实部位在桡骨模型上进行添加，进行有限元分析，具有精度高、成本低、可重复等优点，为桡骨头的生物力学分析及疾病治疗等奠定基础。 3.2 桡骨受力的分析 通过本实验分析研究可得到以下结论：肘关节在0°、30°、60°、90°以及120°弯曲角度下，桡骨头的负荷分别是57.8 N、59.8 N、55.1 N、47.3 N、49.5 N。桡骨头传递应力的大小由于肘关节位置不同而有所差别，如果位于前臂旋转伸轴时，桡骨头将发挥杠杆功能，对肘关节负载的重力进行传递，同时对肘关节加以固定，在肘关节传递应力与保持肘关节外侧稳定性方面，桡骨头有着非常关键的作用。桡骨头在很大程度上决定了肱尺迟关节外侧应力的传递，而且肱尺关节外侧面深受桡骨头的作用，二者相辅相成、紧密联系。肱尺关节内侧面与尺骨鹰嘴中间嵴应力传递的变化并不明显，发挥分散和平衡肘部应力的功能，其他国家的研究人员在对负荷容器传导器与肱桡关节之间的应力传导情况进行分析研究的基础上，获得的结论是：肘关节在0°～30°前臂向前旋转时通过桡骨头传导的应力最大，当前臂向后旋转与肘关节弯曲角度提高时通过桡骨头传导的应力逐步削弱，如果肘关节完全处于水平状态时，肘关节接触面积超过弯曲时的接触的面积，经桡骨头传导的应力亦较大[20]。说到稳定性，如果内侧副韧带抗外翻稳定性是最重要的结构，那么重要性紧随其后的就是桡骨头，其在维护肘关节后外侧旋转稳定性方面同样发挥着重要作用[21]。另外，桡骨头的尺寸也关系到前臂轴向稳定性，在置换人造关节时，假体尺寸必须与桡骨头完全吻合[22]。Takatori等[23]为代表的研究人员利用触感传感装置、压力敏感膜、三维有限元分析法对肱桡关节之间应力的分布情况进行分析，得到的结论是当桡骨头前臂向后旋转时应力大部分分布在桡骨头外侧，当前臂向前旋转与保持在中间位置时应力大部分分布于桡骨头内侧。同时我国学者对肘关节处于水平位置r桡骨头应力传导的情况作了研究与剖析[24]，切除桡骨小头以后，肘关节负载的应力全部加载到肱尺关节上，肱尺关节外侧将发生较为突出的应力集中的现象，继而使其退变更加严重。这有力验证了在肘关节传导应力过程中，桡骨头发挥着重要作用，其对保持肘关节稳定性的关键作用。 3.3 本研究的意x 对于发生桡骨头骨折以后是否需要切除，人们并未形成一致认识，站在解剖学与生理学的立场进行分析，功能完善的肘关节可以更顺利地发挥它的功能和作用。本论文以三维重新构建与有限元分析作为切入点，有力地证明了在维持肘关节的功能方面，桡骨头发挥着举足轻重的作用。 总之，本论文构架起的肘关节三维有限元模型接近于人体解剖的现实情况，肘关节有限元接触模型能够对各关节之间接触范围与应力的调整进行更科学地分析与计算。对肘关节进行力学分析可知桡骨头在肘关节的应力传导及稳定性方面起到重要作用，应避免在肘关节屈曲0°～60°时受到较大暴力，或者受到外力作用时应当采取相应的保护措施加以保护，防止损伤关节或造成骨折，临床上出现的多种桡骨头损伤应当尽量重构建桡骨头，预防由于桡骨头损伤引发相应的并发症，将肘关节的稳定与完整性恢复到正常水平。 生物力学论文:滑行技术的革命:速度轮滑双蹬技术的运动生物力学研究 摘 要：采集速度滑双蹬技术的运动学与足底受力参数，定量分析其技术动作原理与规律，为高效滑行技术推广与专项训练指导提供科学依据。方法：13名速度轮滑运动员，采用双蹬技术按规定路线以慢速和快速各完成一次直道滑行，2台摄像机分别从侧面和正面拍摄一个完整的复步动作，足底压力分布系统同步采集8 s足底压力数据，提取滑行时间、距离与速度，足底压力的压力时间变化、中心位移变化及足底各区着离地起止时间等参数。结果：随滑行速度的提高，单脚支撑滑行时间变短，平刃滑行时间与路程比例降低，内外刃动力推进时间与路程比例大幅度提高；且各时相的平均速度内刃要高于外刃动力推进阶段，单脚高于双脚支撑阶段。一个单步滑行包括内外刃2次蹬动动作，且外刃蹬动时间长，内刃蹬动时间短。足底压力中心变化幅度单脚大于双脚支撑阶段，内刃大于外刃滑行阶段；滑行速度越快，压力中心变化幅度越小，且前移趋势越明显。结论：速度轮滑双蹬技术一个右单步可分为右平双、右外单、右平单、右内单与右内双5个连续阶段，右脚外刃蹬地有利于保持速度，内刃蹬地是滑速提高的主要动力源，双蹬技术能充分发挥体重蹬地的技术优势，是一种高效的滑行技术。 关键词：速度轮滑；双蹬技术；滑行技术；时相；足底压力 我国速度轮滑与国际轮滑竞技水平相比有很大的差距，主要制约因素为滑行技术的落后，速度轮滑双蹬技术在我国选手中的使用率还很低[1]；然而，关于双蹬技术动作原理研究的文献极少，仅有的相关报道也只停留在定性分析层面，因此，本研究拟采用三维摄像法与足底压力分布测试系统获取速度轮滑双蹬技术动作的运动学与足底受力参数，定量分析双蹬技术的动作原理，为把握其特征与规律提供科学依据，努力为先进高效的滑行技术推广，并对其他滑冰类项目提高专项训练水平提供借鉴。 1 研究对象与方法 1.1 研究对象 受试者均为经过多年系统训练的速度轮滑运动员，经病史询问与健身检查，身体健康且运动能力良好。其中：男子，国际健将2人，健将4人，一级2人；女子，国际健将1人，健将2人，一级2人。受试者的基本情况见表1。 1.2 研究方法 1.2.1 实验方法 受试者身高、体重等基本指标的测量在实验室内完成。运动学与动力学参数测试工作在温暖、无风的12块并连的室外篮球场内进行（场地长约130 m，宽约80 m），用2根标志杆提醒拍摄区域。要求受试者穿着运动服装、轮滑鞋，戴轮滑帽。2台摄像机（日本松下，型号为NV-MX300EN/A）分别从运动员运动方向的侧面和正面，拍摄运动员完成双蹬技术时一个完整的复步动作。2台摄像机的主光轴夹角为75 °，拍摄频率为50 Hz，具体摆放位置如图1a所示。以2台摄像机同时捕捉网球击打彩色平板的方法实现影像同步，以便后期影像的采集处理。运动员滑行前和滑行后分别在运动员滑行区域中央进行2次三维标定拍摄，如图1a阴影区与图1b所示。 选择符合受试者鞋内底尺码的测试鞋垫，确保鞋垫边缘无折痕，鞋垫大小与鞋底边缘吻合，配戴测试设备后，连接与调试Foot Scan足底压力分布系统（比利时产，每只鞋垫共325个传感器，密度为4个/cm2，采样频率500 Hz）。确保受试者配戴的测试设备不影响动作技术的完成，受试者进行3 min左右的适应性练习，正式测试时要求受试者采用双蹬技术按照规定的路线直道滑行，以慢速和快速各完成一次滑行。受试者进入影像拍摄区域前，足底压力分布系统即开始采集数据，采集卡数据记录时间8 s，每人次滑行后及时把数据导入电脑储存，以备分析。 1.2.2 数据处理与分析 1.2.2.1 动作阶段划分 以右腿为例，双蹬技术一个完整的单步为（如图2a所示）：右脚用外刃从后位中心位置向身体左侧蹬至最远处，随后从左侧最远处向后位中心位置拉；过后位中心位置时左脚着地，右脚开始用内刃向右侧推。两腿交替滑进，滑行路线呈正弦曲线式，且前进方向与中线吻合。据影像资料中运动员动作变化特征与足底压力的时间变化特征，以右脚为例，将一个单步分为5个时相（如图2b所示）：右脚平刃滑行双支撑阶段（右平双，RGD，right foot glide double support）、右脚外刃蹬地单支撑阶段（右外单，ROS， right foot outside blade single support）、右脚平刃滑行单脚支撑（右平单，RGS， right foot glide single support），右脚内刃蹬地单支撑阶段（右内单，RIS， right goot inside blade single support）和右脚内刃蹬地双支撑阶段（右内双，RID， right foot inside blade double support）。其中，右平双和左内双同属一阶段，右外单、右平单、右内单与左脚浮动摆腿阶段（左浮摆，LFW， left foot float wiggle）同属一阶段，右内双和左外双同属一阶段[2]。 1.2.2.2 数据处理与统计学分析 实验测试所得影像资料，经艾利尔（Ariel）影像解析系统进行影像的捕获、同步等一系列影像转化数字处理，模型选用松井秀志人体模型。数据平滑采用低通滤波法，截断频率6 Hz。提取每位受试者快速和慢速滑行条件下，一个单步5个时相的滑行时间、路程，位移，速度及P节角度等运动学参数。足底压力数据经Footscan Software7.00软件处理，导出足底压力的时间变化、中心位移变化、足底各区着地与离地时间等动力学参数。 应用SPSS17.0统计学软件进行数据处理，数据的正态性检验应用单样本K-S检验，连续性变量以均数（标准差）或中位数[四分位差（25%～75%）]表示；采用双向分类方差分析（Two-Way Classification ANOVA）对速率（高速、低速）与性别两因素（男、女）及两者的交互作用进行分析。组间比较采用SNK-q检验，并参考Bonferroni法与Tukey法检验结果，统计学显著性水平定为P 2 研究结果 2.1 双蹬技术动作的运动学测试结果 2.1.1 双蹬技术一个单步时间、路程及速率的运动学参数结果 在Ariel解析系统中，以时间、位移和速度等作为关键词提取X轴方向，即运动员滑行前进方向的一个右单步的时间，路程和速率等运动学参数，之后对每名运动员每个时相对应的数据进行统计处理，结果见表2。从各时相占整个单步滑行时间的比例关系来看，低速与高速滑行时，均以右外单最高，右内单最低。低速滑行时，男、女单脚支撑时间占整个单步滑行时间的61.3%、57.1%，平刃滑行时间占整个单步滑行时间的41.9%、40.9%，内外刃单脚蹬地时间占整个单步滑行时间的40.9%、38.1%。高速滑行时，男、女单脚支撑时间占整个单步滑行时间的56.4%、52.8%，平刃滑行时间占整个单步滑行时间的33.3%、34.1%，内外刃单脚蹬地时间占整个单步滑行时间的43.6%、40.3%。即随着滑行速率的提高，单脚支撑时间变短，平刃滑行时间比例降低，但内外刃动力推进时相所占的时间比例则大幅度提高（P 从各时相滑行路程占整个单步滑行路程的比例关系来看，低速与高速滑行时，均以右外单最高，右内单最低。低速滑行时，男、女单脚支撑滑行路程占整个单步滑行路程的65.2%、62.9%，平刃滑行路程占整个单步滑行路程的42.0%、44.4%，内外刃单脚蹬地滑行路程占整个单步滑行路程的43.6%、39.4%。高速滑行时，男、女单脚滑行路程占整个单步滑行路程的58.9%、55.0%，平刃滑行路程占整个单步滑行路程的32.2%、33.1%，内外刃单脚蹬地滑行路程占整个单步滑行路程的46.2%、42.5%。即随着滑行速率的提高，单脚支撑滑行时间变短，平刃滑行路程比例降低；但内外刃动力推进滑行路程所占的比例则有大幅度提高（P 从各时相内的平均速率来看，低速与高速滑行时，男女各时相平均速率从大至小的顺序皆为右内单、右外单、右平单、右平双、右内双，即内刃动力推进阶段的平均速率要高于外刃动力推进阶段，且单脚支撑阶段的平均速率要高于双脚支撑阶段；但从整体看，各时相的平均速率变化不大。另外，低速与高速滑行时皆为男性大于女性，且具有显著性差异（P 2.1.2 双蹬技术滑行腿一个单步髋、膝、踝3个关节的角度变化轨迹 慢速状态下支撑腿关节角度变化的数据能够较好地分析双蹬技术的身体姿态情况。图3中3条线分别代表男女支撑腿踝关节、膝关节和髋关节变化轨迹。从所测数据可知，男子踝关节最小角度为65.1 °，最大角度为113.9 °，女子踝关节最小角度为64.9 °，最大角度为114.6 °，都出现在右内双阶段；男子膝关节角度最大为153.2 °，女子最大为154.6 °，均出现在右内双阶段，男子最小膝关节角度为99.8 °，出现在右平双阶段。女子最小膝关节角度为100.1 °，出现在右外单阶段；男子髋关节最小角度为67.0 °，最大角度160.0 °，分别出现在右内双开始时刻和结束时刻。女子最小角度为66.1 °，出现在右内单时相的前部，最大角度为150.2 °，同样出现在右内单阶段的结束部分。 2.2 双蹬技术动作的动力学测试结果 2.2.1 足底压力的时间变化规律 受试者慢速与快速滑行时足底压力的时间变化曲线如图4所示。由图可知，不同滑速下足底压力时间变化曲线的形状大致相同，且均呈双峰形。从一个完整的单步5个时相来看，首先，第1个波峰之前的一段时间内，足底压力随时间延长呈现较小的增幅，此为右平双阶段。接着，足底压力时间变化曲线出现第1个波峰，且波峰的形成时间较长，为右外单阶段。其次，足底压力在较短的时间内由波峰快速降至波谷，为右平单阶段，此时足底压力的波谷值出现低于受试者体重的现象。随后，足底压力在较短的时间内由波谷值快速升至第2次波峰值，为右内单阶段。尤其是受试者快速滑行时，足底压力时间曲线的第2次波峰值明显高于第1波峰值（右内单阶段）。最后，足底压力由第2波峰值又迅速下降至脚部刚触地时水平，此为右内双阶段，且此时恰好对应左平双阶段。即一个完整的单步滑行动作包括内外刃的2次蹬动动作，由此获得了2次推进力。而且，由外刃主导的第1次蹬动动作的作用时间较长，起到维持现有速度与延长单脚支撑时间的作用；由内刃主导的第2次蹬动动作的作用时间较短，下肢运动环节爆发用力，因而获得了更大的前进速度。受试者足底压力的时间变化曲线与双蹬技术的动作结构相符。 2.2.2 足底压力中心位移变化 足底压力中心（center of foot pressure，CFP）随支撑时间变化往复移动会在支撑期形成一条足底压力中心（如图5所示），足底压力中心变化规律可反映不同运动状态下足底受力的位置变化与压力分布特征[3]。 受试者低速与高速滑行时足底压力中心的位移距离（X轴与Y轴位移）变化见表3。由表3可知，男女受试者右单步与五时相的足底压力中心X轴、Y轴位移距离，低速滑行时均大于高速滑行时，且具有显著性差异（P0.05）。各时相足底压力中心位移距离相比，男女受试者X轴与Y轴位移变化幅度从大至小的顺序皆为右内单、右平单、右外单、右平双、右内双，即足底压力中心位移距离单脚支撑阶段大于双脚支撑阶段，内刃滑行阶段大于外刃滑行阶段。 2.2.3 足底压力各区的着离地时间特征 为便于研究足底压力的分布与传导特征，通常将足底分为前、中、后3个区。进一步细分为：足后区外侧（1区）与内侧（2区），代表足跟部；足中区（3区），代表足弓部；足前区外侧（4区，代表第4、5跖趾关节部）、中部（5区，代表第2、3跖趾关节部）与内侧（6区，代表第一跖趾关节部）。反映足底不同区域着地与离地顺序的足底特定区域着地与离地时间测量值见表4。由表4可知，低速与高速滑行时，男、女受试者足底各区开始着地时间，以1区测量值最小，2区测量值其次，3区测量值与4、5、6三区中某两区的测量值接近。男、女受试者足底各区开始离地时间，以2、3区测量值最小，1、4区测量值接近且居中， 5、6区测量值最大。即速度轮滑一个完整的单步首先是足跟部着地，之后由足中区过渡至全足；离地时足部先内翻，前脚掌外侧离地，之后内侧离地。 3 分析与讨论 3.1 双蹬技术动作的运动学特征分析 3.1.1 双蹬技术动作的技术特征分析 由图4可见，支撑腿关节角度变化规律基本接近。在右平双和右外单阶段，运动员长时间基本维持身体姿态，各关节角度变化不大，此时运动员需要很好的保持各关节的稳定性。在右外单结束时刻，各关节角度开始产生变化，进入右内单阶段，各关节角度迅速变小，继而在进入右内双阶段出现最大的转折，各关节角度迅速变大，直到达到最大值。尤其是髋关节和踝关节变化最为明显。右内单和右外单2个时相中，各关节角度剧烈变化说明，此时运动员为主要产生动力阶段。右外单阶段，各关节数据也出现明显变化，但相比之下，变化较小。 滑行类运动项目均强调运动员合理地利用体重来完成技术动作[4-5]。传统滑冰运动员任何有效的动作均是通过冰刀刀刃与光滑冰面的相互作用得以实现，在技术使用时要求滑行腿着地后按照一个方向一直蹬下去，直至离开地面，强调“极限”效果，即深蹲远蹬，从右内双阶段的各关节变化曲线也能看到此趋势；但速度轮滑的滑轮在摩擦力很大的地面上滑行时，这种可能性就会受到限制。原因在于：深蹲远蹬至一定程度时，运动员无法获得类似冰刀蹬冰一样的理想动力，反而会增加无用功的比例。另外，与传统滑行技术相比，双蹬技术滑行时支撑腿不仅要支撑身体，它还增加了一个外刃蹬地的动作，滑行腿在右外单阶段脚落地后经外刃向另一条腿方向蹬后，又有一个向内拖拽的阶段，以便经平刃滑行转至内刃蹬地，再离开地面。这个向另一条腿蹬的动作产生一个更靠近或超过身体中线的推力（此腿的反方向）直至最大位移处，弥补了轮滑滑行很难完成的、传统的、较为费力的低膝屈曲动作，因而提升了滑行效率。这种下肢各关节角度“非极限性”的蹬伸做功能较好地调控身体姿态，以应变变化性极大的轮滑比赛，从而做出符合轮滑鞋这种特殊器械下做出最大限度地蹬动幅度和滑行位移。运动员在不用有意进行深蹲远蹬的情况下，就能有效地增加蹬动距离，进而把消极的自由滑行阶段变成积极的加速阶段[3，6]。 3.1.2 双蹬技术动作的时空参数变化分析 随着滑行速度的提高，单脚支撑时间与滑行时间均变短，平刃滑行时间比例降低，但内外刃动力推进时相所占的时间与路程比例均大幅度地提高，尤其是内刃蹬地的增加幅度更为明显。单脚支撑时间的缩短和双脚支撑时间的相对延长，能够在某种程度上说明为了追求更快的速度，双脚需要提高步频来实现更多的动力形成时间，自然导致双脚支撑时间比例相对增大。传统思想认为右平单阶段是一个非常快速地由外刃滑行向内刃滑行过渡的阶段[7]，但从本研究的测试结果来看，这一阶段所占的时间比例并不小。尤其是当运动员运动速度较低时，此时相占整个单步的时间比例会更大。分析认为，应该是运动员为了维持身体平衡，转换身体重心，合理利用体重蹬地造成的，而且，当运动员想要滑得更快时，需要外刃快速变内刃，以便快速形成身体对地面的更大的推力，这样就自然减少了平刃滑行这一非动力获得阶段的时间比例。低速状态下单脚支撑外刃变内刃时，运动员外刃蹬地阶段略长于内刃蹬地阶段，且随着速度的提高，双蹬技术对内刃蹬地技术的应用则在提高，即内刃蹬地（push）在滑行技术中越来越重要，外刃蹬地（under push）这一技术环节则在提高速度时较内刃蹬地起到的作用小。前人研究也认为，在强调提高速度时，传统蹬地动作在滑行技术中发挥着主导作用，而外刃推地则对滑行速度的保持起到一定作用。即其一方面维持发力，一方面对肌肉放松和协调整个身体起一定作用[8]；另外，右内单时间在慢速状态下和快速状态下的鲜明对比能够说明，单脚支撑更有利于运动员的肌肉放松，而在高速状态下右内单时间的显著延长，进一步证明了内刃蹬地是双蹬技术的主要动力来源[9]。 通过对运动员各时相的速度变化分析，内刃动力推进阶段的平均速度要高于外刃动力推进阶段，且单脚支撑阶段的平均速度要高于双脚支撑阶段。整体来看，各时相平均速度的变化不大，说明与传统滑行技术的速度化相比，双蹬技术表现出相对较小的振幅[10]。双蹬技术中支撑腿在滑行时外刃和内刃的2次蹬地能使身体获得相对均匀的推进力，有利于保持和增加速度，并且速度相对稳定，从而有利于运动员保持身体动态平衡状态，便于根据比赛情况的变化调整相应的滑行方案[11]。 3.2 双蹬技术动作的动力学特征分析 3.2.1 双蹬技术动作的力学分析 轮滑运动员滑行时，尽管身体总的前进方向是固定的，但身体重心即刻速度方向是动态变化的。即轮滑的技术特性决定了浮足着地后的滑行方向是可以选择的[12]。对速度轮滑双蹬技术进行力的分解与合成研究，有利于将该项目动态复杂的技术动作简化。由图6可知，右脚外刃静摩擦力f右外1与左脚静摩擦力f左内1的方向相同，是f左内的延续。这个动作相当于弯道的开步动作，只是不连接交叉步，滑行的主要动力是f左内。从右脚的滑行轨迹上看，从右平双到右外单阶段，身体在f左内和f右外的连续作用后相对于滑足向右移动，而右脚则向左后方蹬地。这2个阶段是轮滑双蹬技术动作与传统轮滑技术动作的最大区别阶段，即右脚外刃向左偏后方向蹬地阶段。此时的身体重心在外刃蹬地静摩擦力的作用下，由右脚的上方相对于右脚向右移动，同时推动身体向右侧前方做加速运动[13]，然后，身体获得的动能在右平单阶段进行释放。尽管f右外数值较小，但它的存在改变了右脚着地后只能做减速惯性滑行的局面，这也是双蹬技术的优势与合理性的关键所在。右平蹬阶段是外刃转平刃克服阻力惯性滑行阶段，即2次蹬地后的惯性滑进阶段，此时身体重心从右脚的右方相对移动到右脚的上方。此阶段与传统滑法的外刃着地后向平刃转换并克服阻力滑行是一样的。右平单阶段，由于右腿肌群的弹收，使轮子对地面的压力减少。右内单和右内双阶段，身体重心从之前的右脚上方向左移动，此时和传统滑法的平刃转内刃蹬地动作是一样的。由于右腿肌群的弹蹬，使轮子对地面的压力增加。f右内和f左内是左右脚对称的内刃蹬地时对应的静摩擦力。 3.2.2 双蹬技术动作的足底压力变化分析 速度轮滑项目中复杂多变的技术动作的改变，是经受试者足部与地面间相互作用力的改变而得以实现的[14]。在足底压力时间曲线上，第1波峰与第2个波峰时间差为受试者的单脚支撑时间长度，这一时间长短可反映受试者滑行步频的快慢。通过对图6中2个速度下2条曲线的分析可知，同一名运动员随着滑行速度的增加，峰值压力减小，单支撑时间缩短，步频增加，说明与步长这一因素相比，步频是提高速度轮滑双蹬技术滑行速度的主要因素。另一方面，“一蹬（外刃蹬地）”作用的时间较长，主要起到维持现有滑行速度的作用，并延长单脚支撑的时间；“二蹬（内刃蹬地）”作用时间较短，能充分发挥下肢肌群的爆发力，进而获得比“一蹬”更大的加速。由此说明，双蹬技术以“二蹬”为主[5]。在“一蹬”与“二蹬”之间有一个低于体重的力值波谷，这种低谷式的体重压力减少了地面的摩擦力，有利于降低“一蹬”与“二蹬”之间的速度损失，维持已有的滑行速度，同时也是运动员轮滑变刃的重要调整阶段。此时，需要运动员合理地利用腰腹力量，产生类似身体轻微“滞空”的滑行状态，这也可以解释在速度轮滑训练中体重蹬地这一技术的重要性。即在蹬动结束时要迅速降低体重压力，开始蹬动时又要迅速增加体重压力。在单支撑阶段，人体各部分既处于用力蹬地的绝对运动状态，又处于调整身体重心的相对运动状态[15]。 运动员滑行速度越快，足底压力中心的变化幅度越小，身体重心越趋于稳定，且足底压力中心的前移趋势越明显。说明运动员在追求速度时，不是通过更多的远蹬，而是依靠频繁的变换内外刃蹬地来完成，这完全符合双蹬技术的特点，也为轮滑项目提高速度时不必深蹲远蹬找到了好的解决方案，从而验证了双蹬技术在轮滑项目中的合理性[16]。另外，由各时相内足底压力中心X轴与Y轴位移变化幅度可知，运动员单脚支撑时变化幅度相对较大，有利于运动员快速蹬地，形成动力；然而，在双脚支撑时，运动员身体重心不便转化太快，自然蹬地幅度也会相对变小。内刃滑行时压力中心变化位移较外刃滑行时大，说明内刃滑行时身体能够做出更大幅度的动作变化，有利于产生更大的身体推进力。足底各区着、离地时间特征表明着地时，首先是足跟部，之后由足中区过渡至全足，离地时足部先内翻，前脚掌外侧离地，之后内侧离地。这验证了双蹬技术动作时相划分的科学性，也为轮滑运动员学习双蹬技术提供了理论参考。 3.3 双蹬技术动作的生物学特征分析 传统技术的自由滑行时，下肢肌群不仅为推动身体前进提供动力源，而且过多地处于支撑体重的静力紧张状态下，这种肌群的等长收缩会在不提升滑行速度的情况下进行代谢，过早地消耗很多的能量，并导致乳酸的堆积，从而产生疲劳[13]。通过对下肢关节角度变化分析可知双蹬滑行时下肢静力支撑的时间比例相对较小，运动员下肢肌群进行有规律的，收缩与舒张交替放松的动态工作，从而能够延迟肌肉疲劳的产生。同时，双蹬技术延长了浮动摆腿的时间，可以使部分肌群，尤其是大腿部肌群做功后有相对更长的放松时间，从而能有效地缓解肌肉疲劳[17]。当然，这也要求运动员具备良好的协调和控制能力，使沿运动轴呈对称分布的肌群做快速的、要求相对力量较高的收缩。由于完成2次蹬动，使用双蹬技术时参与做功的腿部肌群要比使用传统滑行技术时多。由外刃蹬地经平刃自由滑行到内刃蹬地，下肢小腿和大腿部要做一个内收再到外展的过程，而传统的滑行在滑行脚着地后很少会做踝部内收和大腿内收的动作。这就要求运动员下肢除了做传统滑行时的屈伸和外展，踝部和大腿部内收肌群也要提高参与主动做功的比例。肌肉的这种工作方式不仅有利于肌肉弹性能量的发挥，还会发生类似肌肉牵张反射的生理学效应，有利于神经肌肉系统兴奋与抑制的转换，对运动员肌群的随意放松起到很好的调节作用[18]。综上所述，双蹬技术在要求运动员具备很高的身体协调能力的基础上，能够使运动员有效地发挥体重蹬地技术产生动力，并能充分利用动能势能良性转化和共振原理，用较少的能量摆动，保持与获得更快的滑行速度。 4 结论 速度轮滑双蹬技术具有明显的2次蹬动技术特征，与传统滑行技术相比，尽管内刃蹬地使运动员获得加速度的效果更加明显，但额外的外刃蹬地不仅能使运动员克服传统技术惯性滑行时的身体降速现象，还能够产生有效的动力加速。另外，运动员通过提高内外刃滑行时间占单步滑行总时间的比例和增加步频来更好地利用体重产生蹬地动力，从而节省体能消耗，延缓疲劳的产生，因此，双蹬技术是一种既高效又节能的滑行技术，其它滑行类项目训练时可从中寻求借鉴。 生物力学论文:优势侧和非优势侧跑步支撑期的生物力学偏侧性研究 摘要：探讨无损伤男性受试者跑步支撑期优势侧与非优势侧下肢生物力学的差异性。方法：选取普通健康无损伤男性受试者12名，采用Vicon红外高速运动捕捉系统和Kistler三维测力台对受试者跑步支撑期的运动学和动力学指标进行同步采集。结果：1）优势侧跑步支撑期髓关节最大伸和膝关节最大屈曲角度小于非优势侧（P0.05）；在额状面的关节角度两侧差异均无统计学意义（P 0.05）。2）跑步支撑期，内侧地面反作用力峰值优势侧大于非优势侧，而到达峰值的时间晚于非优势侧（P0.05）。3）根据垂直地面反作用力峰值和第1载荷率计算的对称性指数显示两侧存在不对称性。结论：1）在跑步支撑期，优势侧与非优势侧矢状面内髋膝角度存在差异性，提示了在跑鞋、鞋垫及下肢矫形器等设计和临床研究中，不能仅仅选择一侧来评价跑步的整体感觉、损伤风险和康复效果。2）跑步支撑期在内外地面反作用力峰值存在的差异性、第1峰值和载荷率所表现出的偏侧性，结合膝关节屈曲角度的差异性可能会增加优势侧损伤的风险。长期积累，有可能会造成优势侧胫骨应力性骨折、足底筋膜炎及ACL的损伤。 关键词：优势侧；非优势侧；生物力学；偏侧性；损伤；跑步支撑期 学者们对跑步损伤的机制研究了近30年，但是其损伤的病因一直是专家和临床医生研究的难点，且近年来损伤的概率一直在增加。流行病学研究报告指出，每年有高达70%的跑步者忍受着因跑步损伤带来的痛苦。有研究对1583名老年人进行调查，结果表明膝骨性关节炎发生在右侧（优势侧）的概率高于左侧。如果损伤经常出现在一侧肢体，这可能与下肢不对称性相关，也就是说下肢偏侧性或不对称性可能是造成一侧持续损伤的重要原因之一。此外，下肢不对称性或偏侧性已被证明是影响损伤发生率的因素。为此，了解跑步时下肢优势侧和非优势侧的生物力学的偏侧性对预防和治疗下肢损伤具有重要的作用。 偏侧性是Broca首次提出的，并指出人体在左右两侧的运动组织和大脑功能不同。研究表明偏侧性10%～20%取决于遗传，80%～90%取决于后天的环境因素，性别、工作的复杂性及发育特征也扮演着重要的角色。相对于步态分析，偏侧性在其他科学领域如神经生理学和运动控制研究已久，但是偏侧效应或不对称性与跑步相关的损伤并未引起学者们的广泛关注。一些研究者只选择优势侧进行研究来代表下肢整体感觉，或是将损伤者与无损伤者进行对比_，也有的学者甚至将左右两侧的数据进行平均来比较。上述研究者并没有考虑受试者优势侧与非优势侧是否存在差异性，这在一定程度上就默认了优势侧与非优势侧肢体生物力学特征的对称性。关于无损伤者跑步过程中优势侧与非优势侧是否存在差异性，学者们对他们的优势侧与非优势侧跑步时所穿跑鞋的舒适性、受试者生物力学特征等方面的对称性或差异性进行了研究；但是上述研究得出两侧的对称性程度存在不同程度的差异性，并未达成共识。考虑到不同的性别对下肢力学影响机制的不同及无损伤男性受试者跑步支撑期下肢两侧生物力学的偏侧性鲜见研究者探讨。 鉴于此，本研究采用Vieon红外高速运动捕捉系统和Kis-tier三维测力台无损伤男性受试者跑步支撑阶段优势侧与非优势侧的运动学、动力学特征进一步对比分析，并结合与损伤相关的载荷率指标等探究两侧下肢在跑步支撑期是否存在一定的偏侧性，以期为指导运动员训练及预防运动损伤提供重要的借鉴价值。 1研究对象与方法 1.1研究对象 本研究选取普通健康无损伤者男性受试者12名，年龄（23.0±1.1）岁，身高（173.5±2.1）cm，体质量（63.9±4.7）kg。受试者在实验前进行问卷调查，并确认其在实验前24 h之内没有进行过大强度运动，在过去的1年里没有下肢损伤，没有进行过手术，身体各方面机能良好。 1.2实验仪器 本研究采用英国生产的Vicon红外高速运动捕捉系统（包括8台型号为MX13的红外摄像头、PC主机和标准配件等）采集下肢髋、膝、踝关节运动学数据，采集频率为200 Hz；根据Vi-con系统中的下肢模型（PlugInGait），将16个Marker球精确地贴在人体下肢各环节的标志点上，如图1所示。 支撑期的力学指标使用瑞士生产的Kistler三维测力台采集，如图2所示，采样频率为1000 Hz，经转换模块将Kistler力台与Vicon进行同步。 1.3实验流程 1.3.1测试方法 实验前利用跑步机进行5 min左右的热身活动，利用踢球法来判定受试者的优势侧与非优势侧，踢球时左右两侧均采用原地踢球。实验之前，首先让受试者熟悉此动作，正式测试时，每侧各进行3次踢球动作，记录每一次的成绩，分别选取两侧最远的成绩进行评定，踢球距离最远的一侧评定为优势侧。这是国内外常用的一种判定下肢优势侧与非优势侧较为简便有效的方法。 要求受试者统一身着实验室的紧身短裤，赤脚站立，与肩同宽，此时对受试者的身高、体重、腿长、膝宽、踝宽等形态学指标进行测量。正式测试前，要求受试者赤足在长约8 m的木质地板上（力台安放于之间）试跑几次，调整起始步位置使测试足完全踏在力台上面，使受试者足底适应接触的力台，减少测试仪器对受试者跑步动作的影响，直至受试者感觉自己可以正常测试为止。要求受试者在此跑步过程中“无视”力台的存在，避免出现跨步、踮脚、忽快忽慢等现象，要求受试者的跑速控制在（3.5±5%）m/s。跑速的测试仪器采用苏大自主研发的光电感应计时系统，主要包括起点触发设备、终点采集设备、电脑控制端。将起点触发设备放于8 m距离的起点，终点采集设备放于8 m距离的终点。受试者从2采集器中间穿过，仪器结束采集并自动计算受试者穿越起点和终点设备的时间，计算跑速。正式测试时，每个受试者的两侧各按要求做3次动作，每次动作间隔2 min，以避免疲劳对研究结果的影响。 1.3.2指标选取 1）运动学指标包括髋、膝、踝关节在矢状面和额状面内的角度。矢状面包括：足跟着地时刻、足趾离地时刻的髓、膝、踝关节角度；踝关节最大背伸角度；膝关节最大屈曲角度；髋关节最大屈角度和最大伸角度。额状面包括：足跟着地时刻、足趾离地时刻的髋、膝、踝关节角度；踝关节最大外翻角度；膝关节最大内翻角度；髓关节最大内收和外展角度，单位是（°）。 2）动力学指标主要是经体重标准化处理后的三维地面反作用力峰值。包括：垂直方向的第1和第2地面反作用力峰值（FGRF and SGRF）；内外方向上的地面反作用力峰值（MGRFand LGRF）；前后方向的加速力峰值和制动力峰值（peak accel-eration GRF and peak braking GRF，AGRF.and BGRF）。如图3所示。 3）经支撑期总时间标准化处理后的着地时刻至地面反作用力峰值的时间Δt。 4）载荷率（LR），单位是kg/s，公式为：垂直方向的第1载荷率=第1地面反作用力峰值除以到达第1峰值的时间；垂直方向的第2载荷率=垂直第2峰值减去波谷值再除以两力值之间的时刻差。 5）对称指数（SI），本研究主要计算垂直地面反作用力和载荷率对称性，公式如下： SI是由Robinson等首次提出的，用来量化左右两侧的差异，当SI=0时表示两侧完全对称，SI≤10%时，表示两侧比较对称，SI越大说明两侧对称性越低。其中XD（Dominant）代表优势侧，XN（Non-dominant）代表非优势侧。本研究未对内外和前后方向的地面反作用力对称指数进行计算，主要是因为SI不适合较小数值的运算。 1.3.3数据处理 本研究采用SPSS 17.0统计学软件包对实验数据进行处理，数据以均数±标准差表示。优势侧与非优势侧的各指标差异进行配对t检验，检验水准选α=0.05。 2研究结果 2.1优势侧与非优势侧跑步支撑期的运动学特征 从跑步支撑期优势侧与非优势侧关节角度（见表1和表2）可以看出：优势侧与非优势侧跑步支撑期额状面内的髓、膝、踝关节角度两侧比较差异无统计学意义（P 0.05）；在矢状面，非优势侧膝关节最大屈曲角度大于优势侧（P 2.2优势侧与非优势侧跑步支撑期的动力学特征 2.2.1优势侧与非优势侧跑步支撑期的地面反作用力峰值特征和对称指数 优势侧与非优势侧支撑期地面反作用力峰值见表3，垂直地面反作用力峰值及到达峰值的时刻两侧差异比较无统计学意义（P 0.05），前后地面反作用力峰值及到达峰值的时刻两侧差异比较无统计学意义（P 0.05）。内侧地面反作用力峰值优势侧大于非优势侧，而到达峰值的时间晚于非优势侧（P 地面反作用力峰值对称指数如图4所示，其中FGRF（21.62+11.37）均值大于10%，SGRF（6.47±4.56）均值小 2.2.2优势侧与非优势侧跑步支撑期的载荷率特征和对称指数 跑步支撑期载荷率特征如图5所示，跑步支撑期优势侧与非优势侧载荷率特征两侧差异无统计学意义（P 0.05）。第1载荷率（34.92±28.48）和第2载荷率（20.95+17.44）对称指数均值大于10%，如图6所示。 3分析与讨论 本研究发现在跑步支撑期，非优势侧与优势侧相比仅在矢状面内的膝关节最大屈曲角度和髓关节最大伸角度表现出差异性（P0.05）。关于无损伤者跑步支撑期优势侧与非优势侧下肢关节角度的研究较少，Brown等对研究指出无损伤女性受试者跑步时优势侧与非优势侧运动学参数未表现出差异性，性别和所选指标的不同可能是导致上述结果不同的原因。此外，有学者对优势侧和非优势侧单腿下落着地的生物力学偏侧性进行研究，指出非优势腿落地时膝关节和髋关节在矢状面活动范围较小增加了非优势腿在单侧动态运动时的损伤风险；而有研究对两侧连续纵跳的生物力学进行了分析，指出非优势侧可能在屈伸与外旋方向进行了较大的运动限制，减小了其下落损伤的风险。上述研究说明了不同的运动形式表现出不同的下肢对称性，其易损伤的机制可能就有所不同；因此，在不同运动形式中所呈现出的下肢不对称性及损伤的机制有待学者们进一步探索，对下肢损伤与康复具有重要的作用。本研究所呈现出的运动学差异性，提示了在跑鞋、矫形仪器以及临床康复治疗时，不能只选择一侧来代表整个下肢的感受或康复效果，需要考虑其存在的差异性。 优势侧和非优势侧在跑步支撑期所表现出的运动学差异可能与下肢僵硬程度有关。Brauner等对单腿跳跃时优势侧与非优势侧腿部僵硬程度进行了研究，并指出优势侧较大的肌肉力量可能会导致其腿部僵硬程度较高；但研究结果却表明两侧的腿部僵硬程度相似。De等指出赤足跑与穿鞋跑相比，在支撑期腿部更加僵硬。本研究受试者赤足跑步支撑期优势腿与非优势腿是否存在不同的僵硬程度，有待进一步研究。此外，下肢屈伸肌肉力量也可能是造成上述\动学差异性的原因之一，Lanshammar等对159名健康女性（非运动员）下肢优势侧和非优势侧屈伸肌力量进行了对比，指出优势腿的屈肌弱于非优势腿，伸肌力量强于优势腿。Rahnama等也指出足球运动员优势腿膝关节屈肌较弱。优势腿较弱的膝关节屈肌可能是造成膝关节最大屈曲角度较小的原因。由表1和表2可知，髋、膝、踝关节无论是在矢状面还是额状面，在足跟着地时刻和足趾离地时刻两侧角度的差异比较均无统计学意义（P 0.05），在跑步支撑期相似的着地和离地角度。说明无论是优势侧还是非优势侧在着地和离地时刻分别采用了相同的控制策略，间接反映了两侧在此时刻的控制机制的相似性。此前已有研究指出跑速会影响跑步时运动学参数的变化，由于本研究对受试者的跑速进行了控制，那么随着跑速的增加，在着地和离地时刻或者说在整个支撑期的关节角度是否会因跑速的增加表现出不同的差异性，今后的实验研究中可以考虑跑速的变化对两侧下肢运动学参数偏侧性的研究。此外，从研究结果还可以看出：矢状面内的髋关节最大伸角度和膝关节最大屈曲角度两侧差异具有统计学意义（P0.05），从足跟着地时刻过渡到支撑中期再到足趾离地时刻，神经机制是如何在控制下肢运动，使得矢状面两侧髋膝角度在支撑期经历了相似、差异、相似的过程，未知而复杂的神经控制机理可能是学者和临床医生对跑步损伤的原因研究多年，还一直有所困惑的重要原因之一。 在跑步支撑期，优势侧与非优势侧主要在内外地面反作用力峰值存在差异性，内侧地面反作用力峰值优势侧大于非优势侧，外侧地面反作用力峰值非优势侧大于优势侧（P 由图3可以看出：垂直方向的地面反作用力呈现出“两峰一谷”的特征，其中的第1峰值（A）出现在足着地期为冲击力峰值，而第2峰值（C）出现在蹬地时刻为推动力峰值，也有学者将第2峰值称之为活跃峰值。本研究中的第1峰值和第2峰值两侧相比差异没有统计学意义（PI 0.05），但是优势侧和非优势侧的第1峰值（冲击力峰值）对称性指数SI（21.62±11.37）大于10%，说明两侧在脚着地后所受的冲击力值出现了偏侧性。脚着地初期所受到的较高的、较快的冲击力一直被认为是造成下肢损伤的重要原因之一。相比非优势侧，优势侧在跑步支撑期较小的膝关节屈曲角度和髓关节伸角度，却承受与非优势侧相似的冲击力，较小的膝关节屈曲角度，使得膝关节内部承受的压力增大，瞬间表现出ACL张力增加，以及两侧在脚着地后所受的冲击力值的偏侧性，都说明了优势侧膝关节更容易损伤。有研究指出，在支撑相前50%的时间内较小的膝关节屈曲角度，此时主要股四头肌的长头腱在维持膝关节的稳定，膝关节易损伤就预示着前交叉韧带（ACL）损伤的概率大幅提高，甚至会出现ACL断裂的现象，提示了优势侧膝关节ACL容易损伤。冲击力峰值出现在脚着地之后，此时冲击力主要是通过足跟垫、跟骨、距骨然后转移到腿部，将冲击力转移到骨也是一种缓冲震荡的机制，也可能代表了骨的载荷。Lieberman等指出冲击力转移出现在足跟着地后的前50 ms，而冲击力转移和垂直载荷率及胫骨冲击相关，可能造成骨和软组织损伤（应力性骨折和足底筋膜炎）。本研究中的第1载荷率和第2载荷率两侧相比差异无统计学意义（P 0.05），如图5所示。结合图6有关计算的载荷率对称性指数可知，其对称性指数均大于10%，说明两侧在跑步支撑期的载荷率并不对称。有学者指出载荷率反映了垂直地面反作用力需要多长r间可以达到第1峰值，也可以称为冲击载荷，其主要指身体在单位时间内吸收地面反作用力的快慢，单位时间内吸收的能量越多，其损伤的风险就越高。长期劳损积累，可能会造成优势侧胫骨应力性骨折和足底筋膜炎。从图5所得到的数据可以看出优势侧第1载荷率均值高于非优势侧，其对称性指数（34.92±28.4）大于10%。说明第1载荷率偏向于优势侧，不对称的载荷率，再一次说明了在跑步支撑期优势侧较易损伤。目前，关于跑步载荷率的研究主要集中于冲击载荷（第1载荷率），主要是因为冲击载荷与跑步常见损伤相关。 4结论 1）男性跑步者在跑步支撑期，优势侧与非优势侧矢状面内髋膝角度存在差异性，提示了在跑鞋、鞋垫及下肢矫形器等设计和临床研究中，不能仅仅选择一侧来评价跑步的整体感觉、损伤风险和康复效果。 2）跑步支撑期在内外地面反作用力峰值存在的差异性、第一峰值和载荷率所表现出的偏侧性，结合膝关节屈曲角度的差异性可能会增加优势侧损伤的风险。长期积累，有可能会造成优势侧胫骨应力性骨折、足底筋膜炎及ACL的损伤。 生物力学论文:模拟脑组织生物力学环境下温敏脐带间充质干细胞的分化特性研究 [摘要] 目的 模M脑组织弹性模量制备相应二维培养基，比较亚低温联合温敏脐带间充质干细胞（tsUC）与常温下脐带间充质干细胞（UC）的分化特性。 方法 应用单、双丙烯酰胺的聚合作用，制备弹性模量为0.5 kPa的聚丙烯酰胺（PA）水凝胶，用于模拟脑组织的生物力学环境，并测其弹性模量。从新生儿脐带中分离培养脐带间充质干细胞，通过感染携温度敏感型猿猴病毒40大T抗原（ts-SV40LT）基因的逆转录病毒来制备tsUC。实验分为3组：UC+常温+玻片组（A组）、UC+常温+0.5 kPa组（B组）、tsUC+亚低温+0.5 kPa组（C组）。动态观察各组细胞的生长情况和形态变化，并于7 d后行细胞免疫荧光检测各组细胞的分化水平并计算分化神经元的轴突长度。 结果 PA水凝胶弹性模量的检测结果为（0.50±0.03）kPa。B、C两组部分细胞出现细长的胞突，并存在β-tubulin Ⅲ阳性细胞，A组细胞镜下无明显神经元形态，也无β-tubulin Ⅲ阳性表达。B、C两组的神经元分化率以及荧光下轴突长度均明显高于A组，但组间差异无统计学意义（P 0.05）。 结论 在模拟脑组织弹性模量的环境中，tsUC具有向神经元分化的能力，可应用于亚低温治疗下脑损伤修复的细胞移植研究。 [关键词] 温敏脐带间充质干细胞；聚丙烯酰胺水凝胶；弹性模量；生物力学 细胞生物学性能的调控机制与细胞的生物力学特性有关，包括细胞内部的收缩力、细胞与基质之间的牵张力、细胞与细胞之间的相互作用力等[1-2]。体外培养干细胞时，培养基质的弹性模量是细胞生物力学的一个重要体现，且对干细胞分化具有调节作用[3-5]。人脐带间充质干细胞（umbilical cord mesenchymal stem cells，UC）具有多向分化的潜能，在弹性模量为11～30 kPa的培养基中多向成骨细胞分化，在2.5～5.0 kPa的培养基中多向脂肪细胞分化，而在0.1～1.0 kPa的培养基中，则可能向神经元进行分化[4，6]。 本课题组前期已经建立了一种温敏脐带间充质干细胞（temperature-sensitive umbilical cord mesenchymal stem cells，tsUC）系，发现tsUC在亚低温（mild hypothermia treatment，MHT）作用下可促进创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）大鼠神经功能的恢复[7-8]，并对tsUC的增殖、温度敏感等特性进行了初步探讨[9]，但其生物力学特性尚不明确。本实验拟在体外对人UC进行扩增以及力学诱导，观察其在模拟脑组织硬度的培养基中的分化情况，从力学角度探讨MHT联合tsUC的分化特性。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 新生儿脐带（由武警后勤学院附属医院妇产科提供，已通过武警后勤学院附属医院伦理协会审查），携温度敏感型猿猴病毒40大T抗原（ts-SV40LT）基因的逆转录病毒（加利福尼亚大学，美国），神经元β-tubulin Ⅲ一抗及荧光标记二抗（Millipore，美国），UC流式细胞检测试剂盒（BD，美国），单丙烯酰胺（Amresco，美国），双丙烯酰胺（天津光复精细化工研究所），硝化纤维、苯基叠氮化物交联剂（sulfo-SANPAH）、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、二氯二甲基硅烷（天津鼎国生物技术有限责任公司），I型胶原蛋白（Sigma，美国）。 1.2 聚丙烯酰胺水凝胶的制备和检测 将单、双丙烯酰胺（0.03%～0.3%）按不同比例混合[10]，加入过硫酸铵（1/200 V）和TEMED（1/2000 V）置于凹槽中后盖以玻璃板。凝结后切取2 cm×1 cm×2 mm的样本，应用力学试验机（Instron 5865，美国）进行拉伸测试，重复测量10次，筛选出弹性模量为0.5 kPa的PA水凝胶。 1.3 模拟脑组织弹性模量二维培养基的制备 根据上述检测结果，配制弹性模量为0.5 kPa所对应的单丙烯酰胺和双丙烯酰胺混合液[11]。22 mm × 22 mm盖玻片表面均匀涂抹3-氨基丙基三甲氧基硅烷后浸泡在0.5%戊二醛溶液中，30 min后清洗、晾干，并在玻片表面涂硝化纤维以增加黏性。盖玻片均匀铺被25 μL混合液后加盖经二氯二甲基硅烷预处理的18 mm×18 mm盖玻片。待聚合完成后，暴露水凝胶并紫外消毒。将200 μL sulfo-SANPAH（50 mmol/L，pH=8.5）均匀滴在水凝胶表面，于无菌罩中紫外光活化5 min。将0.2 mg/mL的I型胶原蛋白均匀铺在水凝胶表面，0.2 mg/mL的I型胶原蛋白包被玻片作为对照组。 1.4 tsUC的建立与鉴定 从健康新生儿脐带中分离出UC，进行体外培养、扩增，用流式细胞分析仪（BD，美国）测定各类抗原的阳性率[6]。细胞融合率60%时，用含4 μg/mL聚凝胺的tsSV40LT病毒悬液对细胞感染48 h，并根据前期研究方法对细胞进行鉴定[7-9]。将感染成功的tsUC置于33℃培养箱中，余培养条件同UC[12]。 1.5 实验干预及分组 实验按培养温度和培养基弹性模量分为3组：UC+NT+glass组（A组）为玻片上常温培养UC；UC+NT+0.5 kPa组（B组）为0.5 kPa的PA水凝胶上常温培养UC；tsUC+MHT+0.5 kPa组（C组）为0.5 kPa的PA水凝胶上亚低温培养tsUC。各组细胞（5×103个/mL）均加入含有10%胎牛血清的DMEM培养基，置于含5% CO2的培养箱中培养，并定期在相差显微镜（Optic BD200-PH，美国）下观察细胞的生长情况和形态变化。 1.6 细胞免疫荧光 各组细胞培养7 d后进行免疫荧光染色以检测细胞分化情况。加入羊抗大鼠β-tubulin Ⅲ一抗和荧光标记的二抗，细胞核DAPI染色，于倒置荧光显微镜（Leica DMI4000B，德国）下观察。随机取10个位点计数，并计算各组阳性细胞占细胞总数的百分比，即为近似分化率。应用Image J软件测量神经元的轴突长度，计算各组神经元轴突的平均长度[13]。 1.7 统计学方法 采用GraphPad Prism 5.0软件进行统计分析，计量资料数据用均数±标准差（x±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验；计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验；以P 0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1 tsUCMSCs培养和鉴定 流式细胞分析结果显示，细胞表面标记CD90、CD105、CD73呈阳性表达，CD34、CD116、CD19、CD45、HLA-DR呈性表达。感染成功的tsUC呈漩涡状生长，类似于UC，形态多为梭形、多边形或成纤维细胞形态，大小均一（图1）。 2.2 以PA水凝胶为基础的细胞培养基 通过力学试验机的测量及筛检，最终得到弹性模量为（0.50±0.03）kPa的PA水凝胶。按相应比例于盖玻片上配制出该弹性模量的培养基。见图2。 2.3 光镜下细胞形态变化 各组细胞均贴于玻片生长，其中A组细胞在7 d内未发生明显变化，B、C组细胞的胞体大致呈圆形或椭圆形，与A组的细胞相比，胞体逐渐变小，并出现长而纤细的胞突。见图3。 2.4 细胞免疫荧光 B、C两组均有β-tubulin Ⅲ表达阳性的细胞，提示分化的神经元细胞；而A组无阳性表达。见图4。B、C组神经元总体分化率分别为11.3%和10.4%，差异无统计学意义（P 0.05）。 2.5 轴突长度分析 B、C两组细胞均有明显突起，B和C组分化的神经元轴突平均长度分别为（262.52±36.16）μm和（229.83±33.95）μm，差异无统计学意义（P 0.05）。 3 讨论 细胞生物力学已逐渐成为医学领域研究热点。在各种内外机械因素影响下，生物学信息可通过力学信号转导作用于人体细胞，影响细胞的生长、增殖和分化[14]。干细胞原位移植后，其周围不同弹性基质可诱导其分化为更接近宿主组织的细胞[15-16]。Engler等[6]研究证实，在弹性模量为0.1～1.0 kPa的培养条件下，间充质干细胞可向神经元分化。本研究以培养基弹性模量这一力学特性为基础，探讨了在模拟正常脑组织弹性模量的培养条件下tsUC向神经元分化的水平。在培养基的制备方面，本研究借鉴了Engler等[6]和Pelham等[11]的方法，根据单、双丙烯酰胺的不同混合比例，制备模拟脑组织硬度的PA水凝胶，并应用力学试验机对其进行检测，保证了培养基弹性模量的精确性，结合细胞培养液，制备二维培养基。 光镜下可见，在弹性模量为0.5 kPa的培养基中，tsUC向神经样细胞变化，胞体变小、胞突伸长，可见典型的轴突，这与相同培养基中UC的细胞形态变化类似，而玻片上的UC无明显形态变化。免疫荧光结果显示，神经元表达只在弹性模量为0.5 kPa的培养基中出现，且tsUC和UC之间无明显差异。上述结果表明，与UC相比，tsUC在亚低温条件下的分化能力基本不受影响，可向神经元分化。由此说明在亚低温的作用下，tsUC的生物力学性能并未发生明显变化。 生物力学在神经组织方面也有重要意义，正常脑组织的软基质能够诱导间充质干细胞向神经元分化，因此模拟脑组织能保证移植干细胞的存活率和分化率。TBI后不仅脑组织的理化性质受到破坏，而且脑细胞原本的力学微环境也发生相应改变，此时脑组织硬度明显增大[19-20]，这便影响脑组织的原位细胞以及损伤处移植干细胞的生长和分化水平。本文以细胞生物力学为基础，模拟脑组织弹性模量，证实了亚低温作用下tsUC具有稳定的生物力学性能和神经元分化能力，从生物力学角度为亚低温联合tsUC移植治疗TBI的研究提供了重要依据，并推动该项研究向临床应用的转化。 生物力学论文:基于运动生物力学的人体运动建模方法 摘 要： 针对当前关键帧运动数据捕获方法进行人体运动建模准确度低的问题，提出基于运动生物力学的人体运动建模方法。首先进行人体运动的生物力学数据分析和插值重建；然后构建运动状态方程进行人体运动建模关键数据的捕获和特征分析；最后进行仿真实验，结果表明，该方法提高了人体运动分析的准确率，对运动步行、跳跃、侧手翻等人体运动的重构能力好，结果具有一定的合理性。 关键词： 运动生物力学； 人体运动； 插值重建； 建模方法 0 引 言 人体运动是一个复杂的生物力学系统，对人体运动的建模分析将在指导体育运动训练、计算机游戏开发、虚拟现实仿真、影视特效表演等方面都具有重要的应用价值。对人体运动的建模过程就是对人体运动力学信息进行数据分析和提取的过程，通过捕获人体的运动生物力学数据，进行特征压缩、信息检索和重构，实现对人体运动过程的合成和编辑，达到人体运动骨骼重构的目的，研究人体运动建模方法，在指导运动康复训练方面也有重要意义[1]。 传统方法中，对人体运动建模的方法主要采用关键帧信息提取方法，结合运动图像分析实现人体运动重构[2]。比如，采用曲线简化方法把人体运动过程看作是一条运动轨迹曲线的关键特征点跟踪过程，人体运动的骨段曲线是高维空间中的一个行为轨迹。采用分层曲线方法进行行为重建[3?4]，取得了一定的成果，但是方法需要设定关键帧之间的分辨阈值，在存在较大的运动特征扰动干扰下，对人体运动重建的误差较大，人体运动建模的效果较差[5]。 针对当前人体运动建模准确度低的问题，提出基于运动生物力学的人体运动建模方法。仿真实验结果表明，本文提高了人体运动分析的准确率，对步行、跳跃、侧手翻等人体运动的重构能力好。 1 人体运动生物力学数据分析 1.1 人体运动生物力学数据的采集 常用的人体运动生物力学数据采集式有ASF/AMC （Acclaim Skeleton File/Acclaim Motion Capture data），BVH，HTR等，由于人体运动生物力学数据的非线性特性和随机分布性[6]，本文采用ASF/AMC的文件格式进行人体运动生物力学数据的表达，采用安装在人体上的生物传感器和振动传感器进行信息采集，设在[k]时刻安装于人体上生物传感器的运动状态信息输出为[ωk=[ωxωyωz]T，]采用加速度计和磁力计计算人体位姿信息的输出为[bak=[axayaz]T，]运动姿态角输出为[bmk=[mxmymz]T。]设参考坐标系为大地坐标系（不考虑磁偏角），则在重力矢量和地磁场矢量的作用下，在人体的生物运动高维空间中，通过精确的姿态估计，得到人体运动的力学测量数据分别为[ra=[00-g]T，][rm=][[hcosα0-hsinα]T，]其中[g]为重力加速度绝对值，[h]和[α]分别为传感器数据随着地磁倾角的随动误差。 当人体在做步行、跳跃、侧手翻等运动时，得到一个封闭人体运动生物力学的空间运动方程组为： 式中：[θ]为人体运动的跳跃倾角；[?]为人体在做跑步运动时的俯仰前倾角；[α]为人体在侧手翻运动中的垂直偏移；[x，][y]为人体运动中姿态的水平和垂直位置；[ωx，][ωy]为非加速运动状态时在坐标系[Ox1，][Oy1]轴的力矩；[δz]为任意姿态时的身体偏角；[e1]为纵向运动的控制误差；[m]为人体的质量；[X，Y]为人体在跑步运动和跳跃运动中的空气阻力、升力、侧向力；[Mz]为俯仰力矩；[Jz]为人体运动中随着坐标系变换的转动惯量；[Jxy]为人体运动空间模型对速度坐标系[Oz1]的转动惯量。 通过上述构建的人体运动空间分布特征方程，进行人体运动生物力学数据捕获，得到步行、跳跃、侧手翻运动下的生物力学数据捕获特征方程描述为： 步行： 通过以上原理，进行人体运动生物力学数据的采集和特征分析。 1.2 人体运动的插值重建 根据上述人体运动方程和数据捕获结果，进行人体运动的插值重建，得到全局搜索下人体运动的生物力学数据观测方程： 式中：[k]为采样时刻；[qk]为[k]时刻人体运动捕获数据在载体坐标系中的姿态分解四元数；[Φk]为姿态转换阵，通过[ωk]计算出两个相邻关键帧的运动数据；[Hk+1]为观测阵，通过[k]时刻得到体运动状态空间的递归值[bak+1]和[ra]或者[bmk+1]和[rm]；[εk]和[δbxk+1]分别为人体运动建模过程中的观测扰动；[Ξk]为扰动系数矩阵，通过原始运动序列和重构运动方程得到牛顿力学系数[qk]。 在人体运动状态方程重构中，采用姿态解算方法得到非线性运动姿态数据的表达方程： 为保证观测方程线性，通过二次滤波得到人体运动生物力学的捕获数据[bak+1]和[bmk+1，]由QUEST算法或者高斯牛顿迭代算法计算得出。读取穿戴在人体身上的传感器数据进行误差分析，通过插值重建方法[7?8]，在观测空间中得到人体运动特征信息的卡尔曼方程： 若人体的姿态变换过程中力学分解具有非线性，采用四阶龙格库塔法求解人体姿态变换的力学分解过程为[qi（t1）=[w1，x1，][y1，z1]，][qi（t2）=[w2，x2，][y2，z2]]，上述分解过程表示为两个单位四元数，[θ]为采样骨骼点的夹角，表示为： 球面线性插值输出的姿态变换信息能合理反应人体运动的生物力学信息，由此实现人体运动建模力学重构。 2.2 人体运动建模实现及质量评价 用重建误差表示人体运动建模的约束指标。重建误差为原始运动序列和重构运动序列的平均运动力学矢量度量。利用加速度计和磁力计计算含有[n]帧数据的原始运动片段[om，]以[om]的骨骼生物力学作为采样点，采用运动数据插值拟合方法重建得到重建运动片段[rm。]考虑各肢体部位的速率之差，设[om，][rm]分别为原始运动序列和重构运动序列，其关节作用力矩的序列长度均为[n，]得到人体力学重构误差定义为[9?10]： 式中：[Dp（om，rm）]描述人体运动过程中相对于世界坐标系的姿势位置误差；[Dv（om，rm）]表示关节速率之差；[u]为更新的步长。 根据前期的试验可知，关节速率之差所占比例很小，所以本文设为1，由此得到人体运动建模的重构生物力学方程为： 3 实验结果与分析 将加速度计、振动传感器和力学传感器佩戴在人体上进行原始的生物力学采集，采用步行运动、跳跃运动和侧手翻运动三种运动行为方式进行人体运动建模分析，当地地磁场强度为[h=0.45 gauss，]最大迭代次数设置为5 000。将分层曲线拟合方法、帧序列重构法、遗传算法和本文方法进行对比，进行人体运动建模，得到的结果如图1～图3所示。 由图1～图3得知，采用本文方法进行运动建模，能比较好地重构原始运动，本文方法能准确提取出边界帧，使得原始运动和重构运动差别较小。 不同方法进行人体运动建模的重建误差曲线如图4所示。分析得出，本文进行人体运动建模的重建`差远远低于传统方法，得到最优重建误差，表明本文方法进行人体运动建模具有合理性。 4 结 语 通过捕获人体的运动生物力学数据，进行特征压缩、信息检索和重构，实现对人体运动过程的合成和编辑，达到人体运动重构的目的。本文提出基于运动生物力学的人体运动建模方法，仿真实验的结果表明，本文方法提高了人体运动分析的准确率，可以对各种运动进行有效识别，具有广泛的应用前景。 生物力学论文:躯干不同负重方式对人体步行的生物力学影响 摘 要：研究|干采用不同负重方式时人体行走的步态特征，探讨躯干不同负重方式对步态的影响，为日常行走的负重方式的选择或仿生机器人的设计提供参考。选用10名普通男性大学生为受试者，佩戴特制负重架，分别进行躯干基础负重、躯干前负重和躯干后负重3种状态下的行走，采用Kistler三维测力台、Motion红外高速运动捕捉系统同步采集运动学、动力学数据。结果显示，在行走过程中与后负重相比，前负重显著增加了步宽、重心的水平摆动幅度、踝最大背屈角度、最大伸髋角度、最大伸髋力矩、髋正功、最大伸膝力矩、膝负功，显著减小了步长、躯干前后倾幅度、踝最大跖屈力矩。结论认为，人体前负重行走时，具有更小的步长和更大的步宽，会造成更多的能量消耗；躯干的向后倾斜，腰背部肌肉更容易疲劳，长此以往，更容易造成下腰痛的发生；同时，大腿肌肉用力增大，消耗更多的能量，长时间行走，大腿肌肉会更快疲劳；在设计前负重两足步行机器人时也应适当调整相应参数，增大驱动力，满足更多能量消耗。 关 键 词：运动生物力学；负重方式；步行；躯干 负重行走往往发生在人们的日常生活中，如上班、上学、登山、野外拓展、物品搬运、军人行军等。而负重行走时有负重物作用于人体，身体和重物的总质心必然会发生改变，从而人体会做出一系列的身体姿势调整，来保持身体的平衡及稳定[1]。长期负重行走，易导致足底损伤、应力性骨折、下肢关节疼痛和腰背肌肉损伤等[2-4]。对不同负重方式步态变化研究，可以更深入认识脊柱的稳定控制机理以及下肢关节的力学行为，进而减少损伤[4-7]。 现在，很多搭地铁、公交车的人，为了安全，会把双肩背包反过来背，放在胸前，相当于躯干前负重，而长期胸前负重是否会对身体有所影响呢？近年，两足步行机器人大量涌现，模仿人类对平衡稳定性的控制，机器人完成行走、站立等各种动作，均需要身体各部分的复杂配合；机器人在完成负重行走时，躯干和下肢的驱动模式也是不同的，比如胸前搬运重物行走、背负飞行器行走，而对人体负重行走的运动学和动力学分析，对于两足步行机器人的设计具有重要意义。 目前，国内外关于人体负重行走的生物力学研究还多集中于背部负重行走，有关躯干前负重行走步态的研究较少。躯干前负重步行方式，为保持行走的平衡和稳定，其步态必然会做出相应调整。本研究旨在对躯干前、后负重方式下的步态特征进行生物力学分析，用可靠的运动学、动力学参数来评价两种负重方式，一方面可以为仿生机器人的设计和控制提供依据，另一方面也对日常背包方式的选择、登山拓展负重方式以及军队负重行军等方面具有重要意义。 1 研究方法 1.1 受试者 10名普通男性大学生年龄：（22.8±1.9）岁；身高：（174.1±3.1）cm；体质量：（67.1±6.2）kg，均习惯穿欧码42的鞋，实验前24 h内未进行剧烈活动，且无神经系统和运动系统疾病。 1.2 数据采集与处理 本研究通过特制的负重架来改变负重方式（见图1）。负重架自重9.5 kg，前部扶手部位可固定受试者上臂运动，前后可固定杠铃片以制造负重效果同时改变前、后负重方式。受试者分别完成基础负重（仅佩戴负重架）、前负重（在负重架前方固定10 kg杠铃片）和后负重（在负重架后方固定10 kg杠铃片）3种方式行走。 采用8镜头红外高速运动捕捉系统（Motion Analysis Raptor-4，USA，200 Hz）与三维测力台（Kistler 9281CA，Switzerland，1 000 Hz）同步采集步行中的\动学、动力学数据。受试者身上共贴29个反光标志点（头顶点、头前和后点、右侧肩胛下角、第4、5腰椎之间、两侧肩峰、两侧肱骨外上髁、两侧尺骨茎突和桡骨茎突中点、两侧大腿前侧中部、两侧股骨外上髁、两侧股骨内上髁、两侧胫骨粗隆、两侧内踝、两侧外踝、两侧足尖和足跟）。 测试时，受试者佩戴负重架，双手约束在前部扶手上，距离测力台约10 m，听到口令后受试者在规定速度下（（1.5±0.2）m/s）自然走过测试区域（见图2），通过便携式测速系统（Newtest Powertimer，Finland）监控速度，两个测速仪红外发射装置置于测力台一侧，二者间距3 m。在规定速度下，受试者以正常步态、无任何步伐调整并以左脚着在台面上视为一次有效测试，按随机顺序完成3种负重方式下的测试，每种方式下采集3次有效数据。 采集的所有标志点三维坐标采用Butterworth低通滤波法进行平滑，截断频率10 Hz。数据用Cortex2.1.0.1103以及Microsoft Office Excel 2007、MATLAB R2009a等软件进行计算处理。根据标志点坐标建立人体环节坐标系[8]，其中膝关节转动中心为股骨内外上髁中点，踝关节转动中心为内外踝的中点，髋关节转动中心根据Bell等[9]的研究计算获得。采用欧拉角的方法计算髋、膝、踝的三维角度，采用逆动力学的方法[10]计算关节的三维净力矩，其中人体惯性参数采用DeLeva[11]修正后的Zatsiorsky-Seluyanovs人体惯性参数。关节功率为关节净力矩与关节角速度的乘积，采用梯形法计算关节功率对时间积分获得关节功。对于下肢关节运动学、动力学参数，本研究仅分析人体矢状面数据，对下肢动力学参数除以体重进行标准化处理，并对各指标按一个步态周期（左足跟着地到左足跟再次着地）进行标准化处理。 组间参数采用单因素重复测量方差分析进行比较，后续采用LSD检验方法，以P 2 研究结果 2.1 时空参数 前负重行走步长显著小于后负重行走（P 2.2 重心运动特征 前负重行走时重心水平摆动幅度显著大于后负重行走（P 2.3 躯干运动特征 前负重行走时躯干前后倾幅度显著小于后负重行走（P0.05），后负重行走时躯干的前后倾幅度显著大于基础负重行走（P 2.4 下肢运动学、动力学参数 1）前负重、后负重与基础负重行走时踝关节在矢状面的运动学、动力学参数检测结果（见表4）表明，与后负重相比，前负重行走时，角度最小值（踝最大跖屈角度）显著减小（P 不同负重状态行走时踝关节在一个步态周期内的矢状面角度、力矩、功率变化曲线如图3所示。 力矩、功率（n=10人） 2）前负重、后负重与基础负重行走时膝关节在矢状面的运动学、动力学参数结果（见表5）表明，与后负重相比，前负重行走时，角度最大值（膝最大屈角）显著增大（P 不同负重状态行走时膝关节在一个步态周期内的矢状面角度、力矩、功率变化曲线如图4所示。 力矩、功率（n=10人） 3）前负重、后负重与基础负重行走时髋关节在矢状面的运动学、动力学参数结果（表6）表明，与后负重相比，前负重行走时，角度最大值（最大屈髋角度）显著减小（P 不同负重状态行走时髋关节在一个步态周期内的矢状面角度、力矩、功率变化曲如图5所示。 3 讨论 1）在本实验中，前负重行走时，步长显著减小，步宽显著增大，步宽相比后负重行走与基础负重行走分别增加了28.69%、32.50%，因为本研究控制了步速，受试者为了保持固定的行走速度，通过步长的减小和步宽的增大来提高行走的稳定性，而后负重行走与基础负重行走在步长和步宽上差异没有显著性，说明后负重行走所带来的人体失稳的效应不如前负重强。 Donelan[12]认为，更大步态参数的变化会导致更多的能量消耗，例如减小32%步宽变化率，将会减小5.7%的能量消耗，分析其原因，步宽变化率的增大会增大每一步之间的转换所需要的能量，而积极的稳定需要适度的代谢成本。因此本实验中，前负重行走时，更大的步宽意味着有更大的能量消耗。有文献指出，步宽会随着负重的增加而增加，以加强行走的稳定性，这与本实验的研究结果相同。Menz[13]认为增大步宽可以避免将身体的线性动量转化为角动量影响躯干的稳定性，保持平衡。因此在设计前负重机器人的时候，适当减小步长，增大步宽，可以提高步态的稳定性，同时应加大驱动力，满足更多的能量消耗。Attwells等[14]通过实验证实，较高的载荷会使步长减小，这与本研究结果基本相同，前负重行走时步长显著小于基础负重行走，后负重行走步长小于基础负重行走，但不显著，推测当后负重重量增加，差异就会更加明显。也有学者认为负重对于步长的影响较小[15-16]，这可能与本实验对步速进行了控制有关。 前负重和后负重行走时支撑相百分比均大于基础负重行走，表明负重这一干扰因素会造成支撑期的增长和摆动期降低，这与Charteris[17]的研究结果相同。这是因为人体在负重过程中随着负重的增加，势必会利用更多的支撑相来维持稳定，而减小摆动期，由于摆动期的比例降低，摆动腿加速摆动着地，势必会造成步长的减小，这些变化使人体加快形成一个动态平衡体系。前负重和后负重的支撑相百分比没有差异，说明这两种负重状态并不会造成支撑相和摆动相的改变。提示在机器人仿真研发中，负重增加时，应该相应延长支撑相，而前负重和后负重时，不用改变机器人的支撑相和摆动相。 2）在本实验中，前负重行走会增大重心在水平面内左右方向的偏移，而后负重行走减小重心在水平面内左右方向的偏移，表明前负重行走时身体重心更趋于不稳，而在后负重行走时具有更强的稳定控制能力。分析其原因，可能是由于前负重行走时，躯干的旋转幅度增大，从而造成了重心左右摆动增大，也可能是由于下肢各关节的角度、力矩发生改变，致使重心产生波动，还可能与下肢各关节额状面和冠状面的运动学、动力学参数的改变有关。 3）在本实验中，躯干的不同负重方式造成了完全不同的躯干运动特征，前负重时，身体和负重物的总质心会向前方偏移，因此躯干通过后倾调整总质心位置，保持稳定，在本实验中，前负重时躯干始终处于后伸位；而后负重相反。前负重行走时躯干的前后倾幅度显著小于后负重，与基础负重行走相比没有差异，而后负重行走时躯干前后倾幅度显著大于基础负重行走。 Kinoshita[15]就不同负重方式对行走步态的影响研究发现，背部背包造成躯干更大的前倾，而躯干前后均匀负重可以大大减小不必要的前倾，并且更接近于正常行走，而本研究中前负重行走时躯干的前后倾幅度显著小于后负重，更接近于基础负重的行走，而后负重行走时躯干的前后倾幅度显著大于基础负重行走，这一结果，与Kinoshita就不同负重方式对行走步态的影响的研究结果一致。从解剖学的角度来分析，躯干后伸的能力本身就小于躯干前屈的能力，而前负重躯干又处于后伸位，因此相比后负重，躯干前后倾幅度会减小；另一方面，前负重时，躯干处于后伸位，此时躯干周围肌肉收缩力更强，放电更多，具有更好地稳定控制能力，但长时间的话，躯干的肌肉更容易疲劳。 Zetterberg等[18]研究证明，躯干试图前屈时主要是腹侧肌活动较强，背侧肌活动较弱；试图后伸时背侧竖脊肌活动最大，腹侧肌也表现出一定的活动。范帅等[19]研究发现外部负荷大小、位置不同时，躯干的神经肌肉控制也会不同，负荷在身体前方时，腰背肌为主要做功肌，而负荷在身体后方时，腰背肌和腹肌的贡献比率接近相等。因此，在前负重时，腰背肌为主要做功肌，更容易疲劳。本研究在前负重时，身体是处于后伸位的，黄强民等[4]研究躯干在不同位置下负重时的肌电活臃⑾郑外部负重物的位置对躯干稳定性影响较大，尤其在身体后伸位时，负重增加，腰部闪动次数增多，更容易造成下腰痛的发生。 前负重时，躯干会有更大的后倾角度，而后负重时躯干会有更大的前倾角度，躯干角度的相应调整的目的，均是使其重心更加靠近支撑面中心，提高步态稳定性，同时也可减小外部负重物的偏心力矩的作用。这也说明躯干的前倾和后倾对于保持步态稳定性具有重要意义。这也提醒我们，当机器人在进行前负重或者后负重的行走时，需要躯干的运动特征进行相应的调整。 4）在本实验中，前负重和后负重两种行走模式之间比较下肢各个关节角度、力矩后发现，在支撑末期，外部力矩使踝关节背屈逐渐增大，因此踝关节内部产生逐渐增大的跖屈力矩与之对抗，此时踝关节的跖屈力矩与踝关节的跖屈肌结构的被动拉长有关，而前负重行走时，踝关节最大背屈角度显著增大，最大跖屈力矩均显著减小，说明踝关节周围肌群收缩减弱。髋关节最大屈曲角度发生在摆动末期，随后脚跟着地，髋关节产生伸肌力矩拉动身体质心向前，此时髋关节的伸肌力矩与髋关节伸肌的向心收缩有关，而前负重行走造成髋关节最大屈曲角度显著减小、最大伸髋力矩显著增大，说明伸髋肌群收缩加强。 关节净力矩是与肌肉作用效果等效，肌力矩所做的功将影响系统的机械能，当关节净力矩与关节角速度方向相同时关节功率为正值，肌肉向心收缩做正功，意味着能量被肌肉产生出来并向肢体传递；当关节净力矩与关节角速度方向相反时关节功率为负值，肌肉离心收缩做负功，这时外力对肌肉所做的功为总功，意味着能量由肢体环节流向肌肉，被肌肉吸收。行走时负功主要使肢体在抵抗重力时吸收能量，正功使人体向前运动，不管是正功还是负功，肌肉收缩都要消耗能量。在支撑相的初期即足触地的缓冲阶段，外部力矩要让膝关节屈曲的时候，膝关节内部产生一个很大的伸膝力矩，与关节角速度方向相反，膝关节周围肌肉做负功吸收能量，前负重行走时的伸膝力矩最大值以及膝关节负功显著大于后负重行走，这可能造成膝关节承受更大的冲击力，膝关节损伤风险增大，同时伸膝肌群离心收缩更大，吸收更多能量，更容易疲劳。而在离地蹬伸阶段，力是通过下肢各关节肌肉收缩释放，肌肉做正功，其中髋关节做正功最多，释放能量最多，贡献最大。而前负重造成髋关节做正功显著大于后负重行走，伸髋肌群收缩更大、用力更多，可能造成髋关节蹬伸肌群更容易疲劳。因此在设计前负重机器人的时候，应加大下肢的驱动力，满足更多的能耗。 在设计前负重的机器人或者进行机器人前负重的时候，应该适当减小步长，增加步宽，躯干适当向后倾斜，从而增加稳定性，同时应加大下肢的驱动力，满足更多的能量消耗。对比躯干前、后负重的步态，人体前负重行走时，具有更大的步宽，会造成更多的能量消耗；而躯干的向后倾斜，长时间下去，腰背部肌肉更容易疲劳，更容易造成下腰痛的发生；同时，大腿肌肉用力增大，消耗更多的能量，长时间行走，大腿肌肉会更快疲劳。因此，建议日常生活中负重尽量选择在背部。

弹性力学论文:土木工程专业弹性力学课程教改思考 摘要：为提高土木工程专业弹性力学课程教学质量和效果，本文分析了土木工程专业弹性力学课程的教学相关问题，针对相关问题，探索了土木工程专业弹性力学课程的教学改进方法，为提高其教学质量和效果提供了参考意见。 关键词：弹性力学；土木工程；教学；探索 弹性力学是高等学校土木水利等专业的一门理论性与应用性都很强的基础课程，目前各高校很多学科根据本专业本科教育培养目标，实现宽口径、厚基础的教学基本要求，减少课时和精简内容。另外，土木类专业所面临的现代工程结构设计问题大多为非杆系的复杂结构体系，所以许多高等院校要求开设弹性力学和有限元课程，其目的是加强土木类本科生对复杂结构数值分析能力的培养，以提高他们从事科学研究和现代结构设计的能力。然而学生普遍认为弹性力学解决实际工程的能力远不如材料力学和结构力学，而且弹性力学理论抽象，数学推导麻烦，课程枯燥乏味，提不起学习兴趣。因此在现有的学时下如何保证教学的基本要求和基本内容，用什么方法和手段达到既增大信息量，减少教学时数，又能强化学生能力的培养，成为弹性力学教学中需要关注的问题。 一、高校弹性力学教学现状 为了提高结构力学和弹性力学的相关教学水平和研究成果，教育部高等学校力学教学指导委员会力学基础课程教学指导分委员会结构力学及弹性力学课程教学指导小组定期召开工作会议，2006年工作会议在武汉理工大学召开，2009年工作会议在成都西南交通大学举行，2014年10月工作会议在北京工业大学举行，各高校在每次会议中都对弹性力学的教学进行了教学改革成果和经验交流，对教学实践、课程建设和资源积累等问题进行了研讨。北京工业大学在弹性力学的教学中也进行了很多研究和改革，北京工业大学弹性力学课程的设置和教学与国内其他高校具有类似特点与问题。2006年之前弹性力学作为土木工程本科专业的必修或必选课，学时一般为40学时左右，使用教材以徐芝纶《弹性力学简明教程》为主要教学参考书。在2007版本科教学改革之后，弹性力学在土木工程专业本科中仍然设置为学科基础必修课，但学时改为16学时，考试时采用闭卷考试，对学生学习要求较高，较多学生仍然认为太偏重于理论，理论抽象，数学推导烦琐难以理解，并且其解决实际工程的能力远不如结构力学。在2012版教学计划后，课程性质以及学时都没变，但考试时采用开卷考试，对学生的公式推导要求降低。改为16学时时，教师和学生的感觉都是时间太紧张，学习压力大，所以在刚完成的2015版土木工程本科教学计划中，弹性力学进行了很多变化，首先课程性质发生了改变，由学科基础必修课改为学科基础选修课，让学生有选择的空间，其次学时增加为24学时，让选修弹性力学的同学能真正学习到弹性力学的主要内容。所以目前在现有的学时下，如何保证教学的基本要求和基本内容，用什么方法和手段达到既增大信息量，减少教学时数，又能强化学生能力的培养，成为教学中关注的问题，由此也产生了弹性力学教学内容多和学时少的矛盾。许多高校和研究者在弹性力学课程教学和研究上进行了教学改革，取得了较多有益成果，尽管如此，土木工程专业弹性力学课程在以下几方面尚有待研究与改革：（1）教学对象上，弹性力学通常主要在工程力学专业开设，需要充分考虑结合土木工程专业的特点。（2）教学思路上，仍然偏向工程力学方法，在内容选择上较偏向数学，主要是理论上的教学，对理论分析和数值分析结合对比方面缺少。（3）讲课内容中未能充分引入弹性力学领域的最新进展，尤其是与土木工程结构相关进展，因此在弹性力学课程的教学方式、教学内容、考试形式等方面需要进行一些思考和探讨，对弹性力学教学中的普遍与特殊问题进行研究与实践，将促进学校土木工程学科力学教学的发展。 二、尽可能地提高学生的“计算分析”理论水平 根据高等院校土木类专业本科指导性专业规范以及2015版培养方案规定的学时，需要考虑在既有学时下，使学生的理论水平能达到当今土木类专业的培养要求。 1.重点突出弹性力学分析思路和概念。 在教学中，在分析思路上，一般重点讲授弹性力学平面问题的相关问题，并且对弹性力学平面问题基本理论采取精讲的形式，对空间问题基本理论采取和平面问题基本理论相对比方法进行讲解。如果根据实际，直接从实际工程的三维问题，再到讲授二维问题可能更符合思维过程以及实际工程问题，使得思路更加自然，并且能节省教学课时。另外，在讲授方法思路中应突出思路、概念与结论。如弹性力学中的概念问题：弹性力学中应力的方向以及正负号的定义，平面应力问题和平面应变问题的区分，应力边界条件和位移边界条件的确定方法，处理局部边界条件的圣维南原理，等等，这些都是讲述平面问题基本理论中要熟练掌握的概念。 2.结合具体土木工程实例教学，附加一些分析程序和工具的介绍，拓宽学生分析方面的应用能力。 在介绍分析思路时，需要结合有实际工程背景的工程算例来分析，这样可以明确学习目的，激发学生的学习动力。在理论分析完成后，还可以介绍相应的数值分析方法，介绍Matlab计算程序或有限元分析工具，对理论分析过程数值化，让学生自己操作计算，分析结果。最后由于土木工程专业学生在实际工作中需要学会运用，可以结合一些设计规范进行学习，如：公路隧道设计规范（JTGD70-2004）建议采用弹性力学数值方法—有限元法计算围岩的隧道支护结构内力和变形等，通过在理论分析结果和数值分析对比的同时，还可以通过规范要求进行验算。 三、根据当今土木类本科生的培养要求，编写适合土木工程专业学生使用的教材 就目前而言，对于土木类本科生的弹性力学课程，各高等院校所安排的教学内容、教学时数及选用的教材均存有不同。换言之，对教学内容、教学时数及教材均没有统一的指定，仍处在各高校教师根据自己的教学经验进行不断地探索与总结。目前已出版的弹性力学教材有很多种，所使用的教材一般为《弹性力学简明教程》，徐芝仑编，高等教育出版社出版。这本教材所涵盖的内容较多、较全面，也比较深刻，对概念思路的解释较为简洁，但仍然有需要改进之处：（1）基本上从平面问题到空间问题最后到板壳一些特殊问题，分析讲解思路可以变化，让学生更快更容易的理解。（2）理论讲解较多，实际土木工程案例的分析较少。（3）理论推导比较多，数值分析对比较少，数值分析工具的应用较少等，另外学生学习的课余指导用书比较少。为此，编写更加适合土木工程专业的教材以及教材指导用书是有必要的。 四、改革单一的板书教学模式，研制《弹性力学》的CAI电子教案 作为一门强调理论与应用的课程，仅以单一的板书教学模式明显不足。例如，本课程中复杂的理论推导数学演示，这些均可通过CAI电子教案的教学来表述。此项教改工作的目的是在教学时数不足的情况下，就如何实现课堂教学气氛活跃、高效率地完成教学内容、突出理论联系实际等方面而为之。根据本课程教学大纲中教学内容的要求及依据更加丰富的教材，可以编制本门课程的CAI电子教案。在实际教学中，采用多媒体与板书相结合的教学模式，预期可以达到较好的教学效果，授课学生能给出较好的评价。另外，课内教学是本课程的主要任务。但由于本门课程在土木专业上的应用性较强，学生的课程设计、毕业设计均会遇到实际结构问题的数值分析，对此需要课外指导，因此建立教师学生互动平台和窗口也是有必要的。 五、结语 为了提高土木工程专业弹性力学课程教学质量和效果，本文分析了土木工程专业弹性力学课程的教学相关问题，并探索了土木工程专业弹性力学课程的教学改进方法。1.尽可能地提高学生的“计算分析”理论水平，使学生的理论分析水平达到当今土木类专业的培养要求。2.根据当今土木类本科生的培养要求，编写适合土木工程专业学生使用的教材。3.改革单一的板书教学模式，研制《弹性力学》的CAI电子教案，并建立教师互动平台和窗口。 弹性力学论文:《弹性力学基础》课程课堂教学探讨 摘要：弹性力学是工科专业学生必须掌握的一门理论性很强的专业基础课程，本文从帮学生搭建课程的总体框架、注重工程实例与理论知识相结合及注重课堂的教学氛围这三个方面提出了一些如何提高学生学习兴趣，提升课堂教学质量的教学措施。 关键词：弹性力学；课堂教学；教学方法；形象化教学 一、引言 弹性力学[1]，又称弹性理论，主要研究弹性体由于外力或温度改变等因素引起的弹性阶段的应力应变和位移，是固体力学的一个重要分支，是近代工程技术的必要基础之一，其相关理论在航空航天、建筑、机械、水利工程等工程领域具有广泛的应用[2，3]。 国内很多高等院校将其设置为工程力学、航空航天工程、土木工程、机械工程等工科专业的必修课程之一。《弹性力学基础》课程是本校飞行器动力工程专业的一门重要专业基础课程，它在专业培养过程中的作用是使学生在学习了《理论力学》、《材料力学》等力学课程的基础上，进一步系统地学习变形体力学的基本概念和研究方法，为学习诸如《航空发动机强度》、《弹塑性力学》、《疲劳与可靠性》等结构强度类后续专业课程打下坚实的力学理论基础。 从17世纪开始至今，弹性力学的发展经历了四个阶段：早期的基本规律探索阶段、理论体系成型阶段、工程应用阶段和分支发展阶段。无论从发展历史还是从理论体系上看，弹性力学都是一门理论性和应用性极强的课程：在理论上，它的研究方法非常缜密，基本概念和理论抽象、公式繁复，即使对一些经过简化的问题求解，也还需要大量地运用数学知识；在应用上，弹性力学引入了多种理论和分析方法，可以分析工程结构和材料受力之后的变形情况，需要学生对工程实践有一定的感性认识，能够将理论分析与工程实际联系起来，因此弹性力学对学生的数学基础和工程背景知识要求很高，属于难度系数较大的一门课[4]。目前，高等院校在弹性力学课程的教学中，大多从力学和数学的基本理论出发进行讲授，这种教学方式虽然具有理论性强、逻辑严谨等优点，但对学生（特别是工科学生）而言，课程内容存在直观性和趣味性差、抽象、难理解、与工程联系不足等缺点。不仅会让学生在学习中感觉内容枯燥深涩、解题过程复杂，进而丧失学习兴趣，同时也没有帮助他们建立起运用弹性力学知识解决工程实际问题的意识，大部分同学在学习完了弹性力学之后对其应用感到茫然。 笔者将结合个人教学实践，就如何有效激发学生的学习兴趣，提高课程的课堂教学效率，谈一些个人的理解和认识。 二、教学改革探讨 （一）帮学生搭建课程的总体框架 弹性力学中除了一系列基本方程外，还有大量的导出方程，这些方程的形式大多比较复杂，其推导对于本科生而言也比较烦琐，学生难以掌握每一计算公式。因此，在课程讲授过程中，需要梳理出一些让学生必须要掌握的重要基本方程，理解其物理意义。同时需要结合学生的认知，帮学生建立起弹性力学的总体框架，将弹性力学的基本公式串起来，可以让学生对一个知识点进行有针对性的学习，并培养学生对弹性力学问题的应用意识和思维能力。 以平面问题为例，首先让学生根据工程结构的特征判定属于何种平面问题，辨明已知条件和需求解问题；然后结合弹性力学的基本假设，从静力学、几何学、物理学三方面对弹性体进行分析，建立起三类方程，包括平衡微分方程、几何方程、物理方程，梳理三类方程之间的关联，并引入边界条件；最后让学生根据不同的基本未知函数和具体问题的特点提出相应的解法和步骤，弹性力学的基本解法有三种：按位移求解、按应力求解、混合求解，让学生掌握各类解法的特点和应用情况。 （二）注重工程实例与理论知识的结合 弹性力学是一门应用性很强的课程，在授课过程中不仅要考虑其数理逻辑的严谨性，还要兼顾到其与工程实际之间的联系，以达到提高学生解决工程实际问题能力的培养目标。本课程目前所选用的教材是高等教育出版社出版的由徐芝纶编写的《弹性力学简明教程》（第三版），该教材的优点是内容精炼、深入浅出，被许多工科院校所采用，但该教材中的工程实例较少，仅有的几个算例大多与水利工程相关，如压力隧洞等，缺乏与本专业密切相关的工程实例，这使得本专业的学生在课程学习中专业归属感不强，到处可见“数学”符号（实为力学物理量），学生常感觉弹性力学像数学，学习过程中找不到一个清晰的思路，理论知识与工程实际脱节严重。 为此，在教学的过程中，要注意将课程的知识点与本专业的工程实例结合起来，这样既可以提高学生学习弹性力学的兴趣，又可为后续的相关专业课程打下基础。如笔者在教学中，将航空发动机轮盘的强度计算这一工程问题穿插进课堂，引导学生从分析实际轮盘的结构特征和受载荷特征出发，如何将轮盘强度问题简化为一个运用弹性力学理论可以分析的简化模型，并介绍航空发动机轮盘设计中使用较多的“等厚圆环法”的基本概念。通过该算例的讲述，使学生不被弹性力学外表烦琐的数学公式和数学计算所迷惑，能在课程学习中抓住力学理论和概念的本质，不仅增加了学生学习本门课程的专业归属感，提升了他们的学习兴趣，培养了他们运用所学知识解决工程实际问题的意识和能力，还为他们后续的专业课程学习打下了基础。 （三）注重课堂的教学氛围 长时间面对那些枯燥无味的公式及繁杂的推导过程，很容易让学生或昏昏欲睡，或开小差，提不起学习的兴趣，降低了课堂学习效率。 笔者认为可以从以下两个方面来活跃课堂的教学氛围。 1.穿插历史小故事。弹性力学是一门具有丰富历史底蕴的传统学科，在整个发展史中，曾涌现出大量诸如纳维、圣维南、牛顿、柯西、虎克等著名科学家，他们的生平事迹和卓越成就往往引人入胜，在课堂教学时，可以将这些科学名人的生平趣事、人生历程、对力学发展的贡献等都融入相关知识点的讲解中。如笔者在介绍圣维南原理时，从纳维、柯西和圣维南三位同时期的法国科学家的人生轨迹和交集出发，引入圣维南原理产生的历史背景和对科学发展产生的巨大贡献，在讲述过程中，所有学生的注意力立刻被调动起来，大大激发了他们的学习兴趣，整个课堂氛围非常活跃。 2.引入形象化教学辅助工具。由于课时限制，教师不能安排试验环节，让学生较直观地认识课程知识点。为此，教师平时应多收集一些与课程内容相关的形象化的教学辅助工具，如某个试验的视频录像、某个软件的解决工程问题的模拟动画视频等。如笔者在介绍“常体力情况下边界条件和几何形状相同的材料的应力分布与材料无关”这一知识点时，就将光弹实验的原理、光弹实验过程的视频录像、运用有限元软件做的模拟动画在课堂上穿插着播放给学生看，大大提高了学生的学习兴趣，活跃了课堂氛围。 三、结语 弹性力学是工科专业学生必须掌握的一门理论性很强的专业基础课程，同时又具有很强的理论性、抽象性和高度概括性的特点，成为大多数学生眼中的一门既抽象、枯燥又难懂的“魔鬼课程”，本文从弹性力学课程的特点出发，结合自己多年的教学经验和对弹性力学这门课程的个人理解及认识，从帮学生搭建课程的总体框架、注重工程实例与理论知识相结合及注重课堂的教学氛围这三个方面提出了一些如何提高学生学习兴趣，提升课堂教学质量的教学措施，希望弹性力学的教学能向更好的方向迈进。 弹性力学论文:工程教育专业认证背景下弹性力学教改实践探讨 【摘要】随着我国与国际的工程教育标准紧密对接，这对弹性力学的课程教学发展提出新的要求;对弹性力学的教学质量提高和学习效果量化分析，对学生弹性力学理论知识的掌握程度、弹性力学对研究工程问题分析运用程度等方面的评价及其量化分析的关注度日渐提高。本文从作者参与专业认证和弹性力学的课程教学感受出发，阐述了结合工程教育专业认证探讨弹性力学课程教学要求，以“实现预期学习结果”为导向的教改实践措施，目的是提高学生对弹性力学的学习结果。 【关键词】工程教育专业认证 弹性力学 教改实践 预期学习结果 1.弹性力学的课程特点与授课现状 在大多数的工科专业中，弹性力学是培养学生分析和解决实际工程问题的重要基础力学课程，但从弹性力学课程特点和课程学习感受来看，由于弹性力学求解问题的需要大量的偏微分方程推导与计算，因此，弹性力学课程具有理论分析强、问题抽象、力学方程推导复杂且工作量大等特点，这些特点使得大多数的学生对弹性力学课程感觉到问题求解困难、学习枯燥、学习强度大的课程学习感受[1～2]。一直以来，针对弹性力学课程对专业培养的重要性，以及少课时且高难度的学习特点，广大高校教育工作者从自身教学工作角度出发，提出问题教学法、扩容教学内容、板书+多媒体+虚拟仿真、习题精讲等多种样式的教学手段和教学思路，旨在提高教学质量和学习效果[1～4]。尽管当前的弹性力学教学实践多样化，但对于弹性力学的教学质量提高和学习效果量化分析方面的工作仍有不足，对学生弹性力学理论知识的掌握程度、运用弹性力学对研究工程问题分析程度、弹性力学理论知识交流、弹性力学自学情况等方面的评价及其量化分析工作较少。随着我国2015年正式成为国际工程教育“华盛顿协议”成员国，我国将与国际的工程教育标准紧密对接，这对弹性力学的课程教学发展提出新的要求。 2.结合工程教育专业认证探讨弹性力学课程教学要求 “华盛顿协议”规定了工科毕业生12点独立的、可评估的毕业生要求：工程知R、问题分析、解决方案的设计与开发、调查研究、现代工具应用、工程师与社会、环境与可持续性、职业道德、独立工作与团队工作、沟通与交流、项目管理与财务、终身学习，旨在帮成员国制定出一套以学习结果为导向的认证标准[5～6]。按照工程教育专业认证的标准及要求，结合弹性力学课程的性质，科学合理地制定其教学目标，并对其进行分解与毕业要求的指标点相对应，使学生掌握弹性力学基础知识，能够将其用于解决采矿工程中力学计算与分析复杂工程问题的能力。在弹性力学课程教学过程中，如何实现对预期学习结果的可量化采集与可评估分析，如何以预期学习结果为导向完成对弹性力学课程教学的持续改进是当前教学的重要任务与难点。 3.以“实现预期学习结果”为导向的教改实践探讨 1）以预期学习结果为教学目的的知识讲授 在知识讲授的教学过程中始终贯彻将预期学习结果作为教学目的，尽量以实现学生学习效果为根本。在知识讲授的教学过程中，考虑到大多数学生对弹性力学课程感觉到问题求解困难、学习枯燥、学习强度大的课程学习感受，因此，在教学的过程中适当引入工程实例和生活中的工程力学趣味现象，引导学生有意识地去探寻其中的弹性力学机理，避免学生出现“学无所用”的盲目感受;充分发挥多媒体、视频动画的视听优势，既可以在较短的课时内完成所教学的弹性力学内容，同时视听教学可以提高学生对弹性力学中的微元体力学解析的空间抽象理解，提高学生的接受程度;对于重点及难点的力学解析以板书形式授课，这样可以加深对力学求解过程的理解和掌握;建立知识结构框架，将各个知识点的关联情况告知学生，既可以让学生明确各个知识点的内在联系，同时有利于他们个人和多人的自学与交流，提高学生对弹性力学的学习结果。 2）以实现预期学习结果为导向的运用知识教学 为了使弹性力学知识讲授的教学目的得以实现，培养学生对弹性力学知识的应用，用以分析工程问题、提出解决方案的缓解不可或缺，当前的大多数教学环节对于培养学生对所学知识的应用环节重视程度相对较低。以实现预期学习结果为导向的运用知识教学，本人认为：可以采取课堂提问的形式并对学生回答表现进行等级评定，目的是调研学生对所学弹性力学知识的掌握程度进行初步摸底，同时对有利于对知识讲授的教学过程的持续改进，提高对教学目标的完成度;注重课后答疑内容的汇总与整理，授课与课上提问时间有限，在学生对所学弹性力学知识进行复习时，不可避免的会产生一些问题，汇总课后答疑内容进而整理出学生对知识的掌握困难的节点，此时加以强调和疏导对培养学生对弹性力学知识的应用提高清除障碍的保障;课后作业布置以工程问题分析和解决为主要形式，在采矿工程专业学生进行弹性力学教学过程中，以高校教师的科研课题成果和工程实际案例为依托，和学生一起培养从实践中抽象出力学理论问题，比对力学理论问题进行分析和解答，然后指导工程设计并提出解决方案，这一环节的培养将有利于培养学生对弹性力学知识的应用能力，工程问题分析能力、方案解决与开发能力，提高学生对所讲授弹性力学知识的理解与运用效果。 3）注重学习结果的评价与教学过程的持续改进 课堂提问并对学生课堂表现进行等级评定，注重课后答疑内容的汇总与整理，课后作业精细布置与批改，注重对这三个环节对每位学生学习情况的掌握，进而对知识的掌握程度可以准确把握，在下一教学环节的教学内容和教学进度进行及时调整，将以往的静态且被动教学转变为“以学生为主”的动态且主动模型，提高教学过程对教学效果的可控程度，目的是提高学生对所讲授弹性力学知识的理解与运用效果，实现弹性力学的预期学习结果。 4）以“实现预期学习结果”为导向的教改实践过程 综上所述，提出以“实现预期学习结果”为导向的教改实践过程，如图1所示，目的是提高学生对弹性力学的学习结果和弹性力学教学质量。 图1以“实现预期学习结果”为导向的教改实践过程示意图 4.结论 1）在知识讲授的教学过程中始终贯彻将预期学习结果作为教学目的，尽量以实现学生学习效果为根本;为了使弹性力学知识讲授的教学目的得以实现，培养学生对弹性力学知识的应用，用以分析并工程问题、提出解决方案的缓解不可或缺。 2）课堂表现等级评定，课后答疑汇总分析，将以往的静态且被动教学转变为“以学生为主”的动态且主动模型，提高教学过程对教学效果的可控程度;通过课后作业批改与互评，使学生增加了彼此学习效果完成情况，同时也对自己的学习情况进行了自我评价与比较，有利于学生自学情况的提高和改善。 弹性力学论文:研究生学位课《弹性力学及有限元》的创新教学研究 摘 要：针对研究生学位课《弹性力学及有限元》理论性强，逻辑严谨、直观性差、抽象、难理解等基本特点，该文在教学内容、教学方法、教学手段三方面进行教学模式创新探索。将现代教学手段与传统教学模式有机结合起来，将专业知识与工程实例溶入到理论教学之中，使枯燥抽象的理论知识变得生动实际，从而激发学生的学习兴趣和创新能力。 关键词：弹性力学 有限元法 课程改革 教学研究 研究生学位课程《弹性力学及有限元》是一门理论性兼应用性极强的课程：一方面，理论性上，弹性力学的研究方法严密，基本概念及理论内容十分抽象，公式严谨难以理解，即使对一些简化的模型问题进行求解，通常需要大量的运用高数知识与理论，涉及微积分和常微分方程，更多运用偏微分方程相关思想与知识；另一方面，应用性上，弹性力学及有限元主要分析各种工程材料和工程结构在受力过后的变形状况，需要研究生对工程实例实践有自己的感性认识，能够将理论知识的分析与工程实际的例子联系起来。因此，该课程对研究生的高等数学的基础思想和工程背景要求高，属于研究生教学期间难度系数比较大的一门学科。 该课程是机械工程专业必修的主干基础课程。涉及弹性力学平面问题（平面应力与平面应变）基本理论、直角坐标及极坐标求解、差分法和变分法、有限单元法、空间问题的基本理论等方面的内容，综合性强[1]。随着计算机技术的飞速发展，为弹性问题有限元法及弹塑性问题有限元法应用到机械工程的优化设计、制造分析提供了崭新途径和高效手段。例如：采用先进的计算机数值模拟技术，人们可以在短短十几分钟之内完成手工作业需要花费数周时间才能完成的工作，大大缩短了设计和试制周期[2]。如今几乎所有重要的机械产品和机械装备在研发阶段都必须采用数值方法进行计算分析，这已经成为探知复杂对象本质规律的定量分析手段。数字化的“虚拟试验”在研发时做到了高效率与低成本的完美结合，其大规模巨容量的工程计算模拟在研发中起到核心支撑作用。可见有限元方法作为一种成熟有效的分析手段，在科学研究、工程设计与研发制造中发挥了其无可替代的巨大作用。实现这些技术的关键之一，就是采用了CAD/CAE，而有限元分析技术则是其中的核心。可见对研究生培养来说，《弹性力学及有限元》是一门非常高端，非常重要、非常专业的课程。因此，在新的科技发展形势下，该学位课怎样在内容和体系上突出拓宽基础、提高应用能力培养，怎样把课程建设建成拥有新理念、重基础、突出应用技术、容易自学等特点的精品课程，使理论、实践、素质、创新和现代教育技术有机地结合在一起，是该课程改革和建设的目标。经过此课程的基础教授、课外作业、计算机模拟、课堂报告等教学环节，首先加深基础理论知识的掌握，熟悉一般实际实践中出现的受外力影响、边界条件、温度改变等因素而引发的应力变化、应变程度和位移量分析；其次加深理论结合实际，使学生通过虚功原理的位移法、力法、混合法及有限元数值模拟方法掌握工作实践中应用的分析和求解能力，为接下来的专业课学习和学术研究做好充分准备。 在实践教学环节，由于没有足够的计算机实验教学平台，使得学生接触数值计算和参加实验的时间少、上课内容和实际工程没有直接联系，自然而然在学习过程中不能回避地产生一定困难，由于上述因素都很大程度影响和制约了研究生学习的积极性[3-4]。对于上述问题，除了教学中合理安排上课知识顺序、细致准备教案外，还应重点探讨教学模式的创新。可从以下几方面问题着手。 1 明确课程教学总体思路和目标 高等教育的根本问题是：“培养什么人，怎样培养人”。它的培养目标是教师进行创新教学工作的出发点和行动指南。创新教育使大家深刻认识到，弹性力学及有限元课程的教学目标不是培养上机实验员，而是应该向社会输送具有较强的实践能力和创新能力的工程设计制造人才。因此，只有注重学生学习能力、思维能力、创新能力的培养，创新教育才能获得成功。 创新教学课程《弹性力学及有限元》作为计算力学的主要方法已成为工程设计分析的最重要手段，大到航天飞机、船舶及海洋石油平台、重型机械、汽车制造业，小到产品结构设计分析、以及进行理论研究都需要使用这一成熟而又有效的方法。目前，就有限元分析本身而言，主要涉及以下几个方面：数值计算；力学基础；计算机应用；工程应用。因此，“物理建模+软件平台+工程应用对象”是弹性力学及有限元分析这门课的三个主要特征。因此，在教改中应努力做到：（1）力求反映上述三个方面的完整内容，达到“数值计算及力学基础工程概念有限元平台的使用解决实际问题”的目标。（2）使研究生在弹性力学学习及有限元的数学理论分析基础方面有较深刻的理解，着重于方法论的多元融合来分析复杂工程问题，实践应用有限元分析的最新研究成果，力求解决一些实际的工程问题。（3）整合优化课程体系、进一步拓展弹性力学及有限元课程的深度、广度及应用。通过该课程教学模式的创新，带动和推进其他相关课程的建设和发展，不断提高教学质量，培养研究生综合学习与开拓创新能力。 2 教学方法创新 （1）重新设计课程体系，依照弹性力学及有限元技术的最新发展趋势，修改完善教学大纲，努力实现理论教学与实践教学的融合。 （2）采用启发式的教学方法，要求该课程的教学内容应由“静态”向“动态”方向发展。“静态”指要求学生能够在理论层面上真正理解和掌握弹性力学及有限元方法；夯实基础知识，加大课程信息量；“动态”指要求学生能够在实践层面上利用计算机有限元模拟平台掌握分析实际工程问题的动态仿真过程，如：伺服压力机结构强度及整体刚度分析、折弯机床身变形模拟、板材冲压成形及回弹动态过程等；力争反映该领域较成熟的最新的实用成果，如：高精度方法（h-p adaptive）计算的误差控制及计算的可靠性及收敛性问题等。课堂上，结合弹性力学理论知识，在先进的有限元数值仿真平台上演示教学，并在工程实际实例中精选出具有典型教学代表意义和较大知识覆盖面的实例作为教学素材，设计出一些能够充分发挥学生创新能力的上机练习及考试试题。 （3）利用网络教学手段，把课堂教学内容的PPT、课本练习题的参考答案，常见的经典工程结构三维有限元动态仿真模拟动画、视频文件等相关教学内容放在网络上，学生可网上查阅，以了解该课程的各方面情况，同时也可从网上反馈有关信息。 （4）积极寻求校企联合、共同加入课程建设和教学的模式，积极与企业工程师共同创作部分与企业项目实际类似的课程设计题目，提高课程设计的实践性，缩小课堂教学与企业实际间的距离。使专业知识与工程实例融入到弹性力学及有限元的理论教学之中，让枯燥的抽象理论知识与实际的工程实践知识结合起来，调动了研究生的学习积极性，激发研究生的研究兴趣和创新能力。 （5）推进教学与科研相融合，高水平的教学与科研是有机结合、相互促进的，以教学促进科研，以科研充实教学，实现教学和科研的良性互动。在已有的包括国家自然科学基金、上海自然科学基金及上海教委创新基金在内的科研平台上，基础理论结合实际工程问题，来推进《弹性力学及有限元》课程教学改革纵深发展，以培养适应机械工程领域需求的具有创新精神，实践能力和创业精神的高素质研究生人才。 3 先进教学手段 3.1 进行创新能力与综合能力的培养 在教学活动中，以学生为中心，尊重学生的主体地位，教师起主导作用，引导学生创造性学习。例如：精选一些具有典型工程背景的有限元分析实例，从易到难，让学生自主物理建模、数值计算、数据分析和进行结果评判，以培养学生的综合能力，构思一些综合全面、兼具开放性的上机作业，以培养学生在有限元建模方面的创新能力，给学生充分发挥其创造性思维的时间和空间。 3.2 强调计算机平台、先进软件的应用和上机实践 该课题研究团队所在的金属板材曲面成形技术实验室已获上海市高等教育内涵建设“085”工程的资助，分别购置了500吨数控液压折弯机，200吨热成形伺服压力机，5吨超精密伺服压力机，SUN SPARC10工作站，ABAQUS、ANSYS有限元模拟分析平台。因此，可在高端工作站上，采用最先进的有限元建模系统作为分析平台进行教学和上机实践，采用UG/MECHANICA、ABAQUS、ANSYS、NASTRAN软件，以实际工程问题为背景，增加在实践中进行的教学环节，利于学生在实践中学以致用、增长才干[5]。 3.3 改革传统考试手段 考试不是目的，只是一种方式，了解学生对基本理论、技能知识的掌握情况，也是对上课效果的一次检验。长期以来，一提起考试，人们就想到闭卷，对于弹性力学及有限元这门理论性及实践性都较强的课程，闭卷考试存在种种弊端。繁杂的计算公式和典型结构考核迫使学生采用“穷尽式”的学习方法进行学习，这种学习方法与创新教育的思想大相径庭。为此采用了各种考试方法综合运用的措施，即考试内容的选择力求呈现综合性、灵活性和多样性，真实考查研究生灵活运用理论知识，创造性解决实际问题的能力。因此，采取综合作业题、上机数值分析以及卷面考试等多元化的考试方式。 3.4 构建网络教学平台 多媒体及网络教学是现在高校教学普遍采用的教学方法，但是对于弹性力学及有限元这样一门理论与实践性较强的学科，完全采用多媒体教学而不结合实例是不适宜的。现今正处于一个信息化的时代，信息的传播和交流是多元化的，为便于学生广泛参与研究学习，在校园网上专门建立了关于该课程教学及综合改革的主页，利用网络教学手段，将教材内容与CAD（计算机辅助设计）技术、FEA（有限元分析）仿真和CAI（计算机辅助教学）教学有机整合的课堂教学内容PPT，课本习题的参考答案，常见的经典有限元动态模拟仿真动画、视频文件等相关教学内容放在网络上，大家可网上学习，也可以网上提问和反馈信息，以熟悉该课程的全方面知识，为加强网络教学做好有利条件。 3.5 推进教学与科研的融合 高水平的教学与科研是有机结合、相互促进的，这在专业课和专业基础课的教学活动中更显突出。近年来，该研究团队先后从事了多项包括国家自然科学基金、上海自然科学基金及上海教委创新基金在内的科研项目，这些科研项目的开展对进行弹性力学及有限元课程教改起到了很好促进作用。 3.6 实现教学与工程实践的结合 在工程领域，课程教学与工程实践是紧密相关的。课题组近几年校企联合及横向科研活动中累积了一些具有代表性的工程结构有限元分析的实例，如：大尺度起重机吊臂板材零件的有限元分析、伺服压力机强度分析、折弯机机床床身变形的有限元分析、折弯机送料装置的三维有限元分析。将上述课题作为实训素材，使专业知识与实际工程应用融入到弹性力学及有限元的理论课程学习当中。这种多元化的课程建设和创新的教学模式，真实提高课程理论与实践教学质量。 4 结语 “弹性力学及有限元”教学创新体系的建立具有深远的教学意义。第一，它体现了创新教学的实际运用性。通过从教学内容、教学方法及教学手段三方面的创新研究，将课本基础内容与CAD/CAE技术和有限元数值模拟实践教学有机地结合起来，通过网络可实现资源共享，便于教师教学和学生辅助学习。在理论及实践环节，通过实际科研与学科教学、学科教学与工程实践的结合，培养研究生理论分析和处理工程上实际问题的综合能力，培养研究生创新能力。尽管该课程的教改还存在诸多不足之处，但坚信，通过课程改革继续摸索和推进、实践中不断完善和成熟，可以把该课程建设成开放的、具有较宽口径和较大覆盖面的、高水平的研究生学位课。 弹性力学论文:浅谈《弹性力学》双语教学 摘要：本文从老师进入弹性力学双语教学角色工作开始，首先介绍了双语教学的重要性和目标。其后介绍教材选用、授课形式、授课对象、授课方法、考核方式等为提高双语教学质量所采取的措施。 关键词：双语教学；教材；弹性力学；原版教材 随着中国开放搞活经济的不断深入发展，我国高等教育与国际接轨的程度越来越高，对高素质、高能力人才的需求越来越迫切。对专业与外语的统一，传统的外语教学已远远满足不了这种需求，要求寻找更有效、更能适应现代社会需求的教育形式和手段。采用双语教学在高校教育改革的过程中也必然成为热点和重点，是我国教育与国际接轨，迎接新世纪挑战和教育改革发展的必然趋势。 从2001年开始，国家教育部提出要求各高校在三年内开设百分之十到五十的双语教学，并引进原版教材以提高教师的教学水平。由于专业问题与其他问题，大量聘请外籍老师可能性较小。2003年，我们尝试在机械工程学院过控与机制两专业学生中，采用英文原版弹性力学教材进行双语教学试点。这不仅与国家教育部和国际科技交流日益频繁对人才提出的要求相一致，而且从另一方面看，本科三年级学生已经学习基础外语8年以上，他们已具备了一定阅读及查阅外文专业资料的能力。而弹性力学又是一门选修课，参加选修的一般是学习积极性比较高的学生，可以保证双语教学的切实可行。经过几年的教学实践，我们在《弹性力学》双语教学方面进行了如下一些有益的尝试和探索。 一、双语教学的意义、目的 真正理解什么是“双语”。有些学生以为在课堂上说了英语、教师在课堂上用英语作简单的陈述就算是双语教学了，其实不然，双语教学，其实际意义在于熟练运用两种语言进行专业的工作、学习、交流。我在采用双语进行本课程的试点教学之前，与学生已经形成这一共识：在教学中要始终把弹性力学教学放在首位，英语教学方式放在第二位。即学习《弹性力学》是课程内容要熟练掌握。在保证学生学好弹性力学课程的基础上用英语去听、去理解掌握、去交流。再有科技文献的阅读、写作能力也有要求，培养学生用英语和弹性力学分析和解决问题，用英语去“解读”力学。不片面强调课堂英语用语量，也就是说用英语带学生进入互动交流，在课堂实践中完成解读力学的飞跃。 二、选用原版教材的意义、目的 合理选择原版教材和国际通用教材是搞好弹性力学的重要保证。原版教材的语言是准确的、使用地道的英语，“双语教学”强调的是用英语在课堂上师生间的互动，通过互动使同学在简单的英语授课中在学习英语同时也学到了弹性力学的课程。由于学生的英语水平的不同，部分同学阅读原版英文教材还比较吃力，我们对部分教材进行中文注释，使同学在上课前就可了解课程内容，这样，上课就很容易互动了。为了提高教学效率，我们还做了一定量的生词表，以解决学生上课时查字典费时的问题。用多媒体教学，图文并茂，便于学生更好地阅读和理解教材内容，又可以促进学生学习弹性力学的兴趣。 通过原版教材也可以接触到世界前沿的科技知识，了解和掌握前沿的科技知识。为此，我们选用了国际著名图书影印版系列之一《Advanced　Strength　and　Applied　Stress　Analysis》（2001年）中的弹性力学的相关章节。内容按教学大纲要求选编，其章节编排与现行中文版教材章节编排大体一致。 三、拓展教学思路，洋为中用 由于原版教材在教育体系上与国内教育体系上的差异，我用徐芝纶编写的《弹性力学》为主干思路学，以国内传统教育为主要思想分析和解决问题的方法展开教。国内教材理论缜密严谨，逻辑性强；国外教材灵活多样化解决问题不失技巧。用两种不同的思路教授学生，使学生学到了不同以往的分析和解决问题的方式方法。如本教材所有问题都从空间问题入手，以平面问题为其例，由繁到简，徐芝纶编写的《弹性力学》从平面到空间，由简到繁，思路不同但解决问题答案唯一。直角坐标与极坐标转换、对应讲解等，理论推导层次分明，一切与解决工程实际为出发点，源于理论应用实际深入浅出，有利于学生消化理解基本概念。这些都对我们的学生很有启发。 四、教学多样化与传统教学的统一 在多样教学中，对重点、难点及开发新思路部分，以预留（以英文为主）问题课下解决，课上以中文为主进行讲授。对新概念较多的内容英文中文各半，学生对力学概念及以前学过的内容即熟悉的、容易理解的内容以英语为主讲授。中文部分，也要求学生课下读懂书上英文的内容。在课堂上，我尽量保证英语的发音准确和使用正确流利的英语，为学生提供用英语学习专业知识的环境。为了让学生更好地掌握学习内容，避免学生用英文理解问题而产生的偏差，例举大量我们日常生活遇到的有趣问题，并进行及时总结，把所学内容按基本英语含义掌握。这样使同学在专业和英语两方面都得到切实的提高。 对徐芝纶编写的《弹性力学》教材与我们选的《Advanced　Strength　and　Applied　Stress　Analysis》教材内容相同部分我们以《AdvancedStrength　and　Applied　Stress　Analysis》教材内容为主，这样便于学生掌握地道的英语。对教材内容不相同部分，按其内容的重点难点、大纲要求，以掌握专业知识为主，掌握英语学习为辅的原则。我们双语教学的重点是首要掌握弹性力学课程，其二英语学习。双语教学的另一形式是，在学生掌握一定的专业知识和英语知识后，聘请一位专业外籍英语老师做一堂专题报告，可与学生相互交流，这样可激发学生的学习热情和求知欲。 五、双语教学的考核形式 经过化工大学机械工程学院院领导批准，并参照同类一些院校的做法，本课程采用教学全程考核，按比例总评成绩的考核方式。 1.课堂参与成绩10%记入。根据学生的课堂表现、课堂反应、回答问题情况、出勤情况、学习态度等核定。 2.平时作业与定期测验成绩20%记入。精选每次课后作业（全部为英语习题），及时布置。要求按时、独立完成，要求解题正确、解题规范，以此作为评分依据。 3.期末考试成绩70%记入。在学生已逐步适应英语习题的基础上，考试全部采用英语试题，考试题量基本与传统教学相同。 这样我们可以纵观学生在学习过程中的各个环节，对他们实际的知识水平和能力给出一个综合、客观和全面的评价。 经过几年的尝试，双语教学取得了一定经验和一定的成果。我们的努力和所做的工作也得到院领导、相关部门及学生们的认可。但我们也清醒地认识到，无论语言环境，还是师质条件，外国都占有一定优势，国外的双语教学语言环境我们是无法相比的，我们的双语教学面临很多困难，都需要我们一一解决。我们的实践刚刚开始，要让学生专业知识和英语水平双丰收，需要教师和学生双方面的共同努力，也需要各方面的大力支持，特别是资金的支持。只有不断地探索，勇于实践和改革。作为初见成效的双语教学，后面的路还很长，我们还要继续努力，得以更大发展，以期完善和完美。 弹性力学论文:基于移动互联网技术的弹性力学教学新模式研究 【摘要】基于移动互联网技术，对传统的弹性力学与有限元教学模式进行改进，建立基于移动互联网技术+课堂教学的模式，选取本科5个班级，分成两组，分别开展新教学模式和传统教学模式下的教学工作，并对两者的教学过程和教学效果进行对比分析，结果表明新教学模式相比于单一课堂模式具有明显的优势。研究成果可以为大学本科力学课程的教学提供参考。 【关键词】移动互联网 教学模式 弹性力学 工学 课程 一、引言 《弹性力学与有限元》是工科类专业的本科教学的专业基础课，该课是以理论分析为基础，着重培养学生利用连续介质力学的思维，建立基本的力学方程、几何方程和物理方程，解决实际工程问题的能力，代表着本科力学教育的最高层次，是弹塑性力学，岩石力学等其他连续介质力学学科学习的基础，也是培养学生利用弹性力学的基本理论和有限元近似解法去处理复杂边界条件下的力学问题的创新能力。工科专业的学生通过学习弹性力学与有限元的最基本理论、基本假设。掌握求解一般力学问题的解析解和复杂问题的数值解的方法，为任意形状的变形体弹性力学问题的解决打下坚实的基础。目前对《弹性力学与有限元》的教学沿袭传统的教学方式，以课堂讲授为主的方式向学生传授理论知识，考试依然采用闭卷考试的形式，由于弹性力学本身的特点，在有限的时间很难通过1-2道计算题对学生的学习效果进行全面的考核，因此考试成绩很难体现学生对课程知识的掌握。目前，随着移动互联网技术的发展，下载app模式已经进入我们生活的方方面面，各种不同学习app软件也纷纷出现，比如驾校考试app学习、新东方托福、雅思、pets5英语学习app，广场舞app，平安好医生app等等，总之基于移动互联网技术的各类学习、生活app越来越丰富，也给我们学习方式和学习时间的安排带来了革命性的变化。基于这样的技术背景，笔者在学院和学校的支持下，开展了基于移动互联网技术的《弹性力学与有限元》教学模式改革的研究，申请获得了教研项目的支持。笔者通过建立教学QQ群，微信群，通过定期群讨论，学习资料，学习方法，计算案例及时共享等方面进行了大胆的探索，并结合传统的课堂理论教学和上机实践，对学生们的学习状况进行来全面的评估，通过“有无对比”原则，分析改革前后学生们的学习成绩，分析论证了基于移动互联网技术的《弹性力学与有限元》教学模式的合理性。研究结果表明，在新的教学模式下，学生们的学习热情和兴趣获得了很大的提高，期末考试成绩整体水平也获得了提升，关键是提升了学生们利用既有理论解决实际工程问题，特别是复杂工程问题的能力，提高学生的科研兴趣。 二、当前本科生弹性力学教学遇见的问题 （一）教材问题 弹性力学作为工科专业的一门重要理论基础课程，是一门不断发展的课程，目前本科教学所选取的教材本身也有很多需要补充的内容，比如国内高校所采用的弹性力学教材就还需要补充。 以徐芝纶编著的《弹性力学》为代表的弹性力学教材，一般都不采用张量表述。当前工程问题的专业问题多以以张量符号进行理论描述，所以应增加张量基本理论的教学内容。目前的弹性力学教材花了比较大的篇幅推导开尔文解、平面问题的各解析解，但是实际问题当中边界问题非常复杂，根本不可能得到解析解，对学生有限单元法掌握的考核比较困难，经典解析解的推导过程并不是本科教学的重点，而是要重点培养学生利用弹性力学与有限元的基本理论去解决具体实际问题的能力，总之，目前《弹性力学与有限单元法》的教材与复杂的工程实际问题联系并不紧密，使学生们在学习这门课程的时候，很难提起兴趣，对于重视实际应用的本科生而言更是如此，因此在教学的时候应该增加复杂工程问题的应用教学，而这样的教学内容收到教学课时和教学条件的限制很难在课堂开展，因此需要增加学生们的课余时间，这就牵涉到学生的学习兴趣问题。 （二）教学课时相对较少 目前功课本科专业基础课教学课时普遍较少是目前高校教育的客观事实，一方面为学生们提供了大量的课余时间去培养自己的兴趣，增大了学生们的自主性，另一方面也为教学提出了新的要求，课堂的ppt讲授可以为学生们灌输大量的知识信息，但是学生们需要花费比较大多的课外时间去消化，积累和巩固。学生在自己的课外时间有自己的选择权，他们愿意花费多少课外时间在一门专业基础课的学习上，取决他们兴趣爱好，但是如果停留在表面，《弹性力学与有限元》是一门艰涩、难懂的力学学科，要培养学生的课外学习兴趣仅靠课堂教学是远远不够的，因此，提高学生们的学习兴趣是《弹性力学与有限元》这门课教学的内在要求，也是提升教学质量的内在要求。 （三）基于移动互联网技术的教学应用很少 现代智能手机是高校本科生的必备之物，与移动互联网有关的活动成了高校学生生活重要组成部分，但是高校学生往往利用移动互联网浏览网页、打手游、看电视、购物消费等于专业学习无关的活动，传统的教学手段没有利用这一工具增加学生课外专业学习的时间。这是值得商榷的问题。可以说移动互联网技术架起了一座学生与老师沟通桥梁，通过从实践应用讨论，到具体工程算例资料共享以及各类专业类全国作品设计大赛的参与，全方位的激发学生的课外补充学习的乐趣，提高学生们的学习效率，充分利用移动互联技术提供的平台，提高学生利用互联网技术进行《弹性力学与有限单元法》的课外学习时间，这是该教学模式研究的重要方面。 三、基于移动互联网教学模式的教学评估指标的建立 基于移动网教学模式的教学评估指标与传统的单纯靠期末考试成绩的单指标评估不同，新教学模式的教学评估指标以期末考试成绩和其他指标相结合的综合评估指标，其他指标包括学生平均单日《弹性力学》课外学习时间、具有利用有限元分析软件对复杂边界条件的弹性力学问题能力的人数占总人数的百分比、平时成绩。四者的权重分别是考试成绩占0.5，满分100分，课外学习时间权重0.2，满分20分，商用软件熟练人数的百分比，权重0.1，满分20分，平时成绩权重0.2，满分30分。设综合评价指标为E，则评估指标计算如式（1）所示： E=Q1P1+Q2P2+Q3P3+Q4P4 （1） E-教学评估综合评分；Q1、Q2、Q3、Q4分别期末班级平均考试成绩、学生单日平均课外学习时间评分、商用有限元软件熟练人数占班级总人数的百分比所对应的分数、班级学生的平均平时成绩。P1、P2、P3、P4分别为4个单项评估指标的权重值。4个单项指标的评分标准，期末考试班级卷面成绩平均值，满分100分，不分档，平时成绩以到课率等为评判指标，分数以实际分数为准，总分30分，不分档。课外学习时间评分标准：1小时以下，8分，1-2小时，12分，2-2.5小时，16分，2.5-3小时，18分，3小时以上120分。商用有限元软件熟练程度评分标准：熟练人数占班级总人口的百分比10%，8分，10%―30%，12分，30%―50%，16分，50%-70%，18分，70%以上，20分。 四、基于移动互联网教学模式的设计与实施 （一）基于移动互联网教学模式的设计 基于移动互联网技术的教学模式为教师和学生之间架起了一做沟通的桥梁，老师可以通过QQ群，微信群等移动信息接受终端将学习资料、研究新动态、教案通过共享文件的形式实时有效的发到每一个同学的手机上，学生们可以及时下载学习。学生们也可以同过QQ群，微信群、电子邮件等方式将自己在学习中遇到的问题、想法第一时间的上传到网上，老师和其他学生也可以第一时间接受到这些信息，老师和学生们一起讨论，共同学习，共同进步。 （二）模式实施 笔者多年从事采矿工程和土木工程专业本科生的《弹性力学与有限元法》教学工作，分别选取采矿两个班，土木两个班进行新型模式和传统模式教育工作。两个班分开授课，教学大纲和授课内容基本一致，考试试题相同，都是采用闭卷的形式考试，两个专业的课堂授课课时和上机实验课时一致，前者通过新模式教学，提高了学生的学习兴趣，增加了课外时间，老师通过在QQ群交流平台上搜集同学们提出的问题集中回答，引导学生利用课外时间进行工程问题的数值建模计算，几个有兴趣的学生进行相应级别的数值建模大赛。另外一个专业的学生采用传统的教学模式开展课堂教学工作，通过布置课外作业，课堂集中答疑的方式进行，在上机课时进行有限元数值模拟软件的建模学习，通过布置课外作业，让学生们开展数值建模的练习工作。经过一个学期的，对两个专业的学生的的成绩进行对比，对比指标见第3节。通过对比分析两种模式下的弹性力学与有限元的教学效果，进一步分析基于移动互联网教学模式在弹性力学与有限单元法课程教学的可行性和实用性。 五、教学效果对比 期末考试两个专业教学成果的评估指标对比值如表1所示。通过对比，可以看出：新教学模式下，学生的期末考试卷面成绩明显高于传统的课堂教学模式下的卷面成绩。两种教学模式下的平时成绩也有比较明显的差距，平时成绩的评分标准主要是根据学生们的到课率和平时作业成绩，由此可以表明在新的教学模式下，学生们对《弹性力学与有限单元法》的学习兴趣得到了比较大的提升。这还可以从学生们课外学习时间和商用有限元软件的熟练程度的评分中得到体现。新教学模式下的学生在学习日的平均课外时间达到2个小时以上，这很大程度上提高了学生的学习成绩，通过调研，他们主要把时间花费在商用有限元软件数值建模的学习上，部分学生由于参加数值建模大赛，花费了更多的时间在弹性力学与有限元的学习中。通过对两个专业学生学生数值建模的作业模型的评分对比，以及相关建模大赛的成绩对比，得到了两种教学模式下的有限元商用软件的熟练程度的评分对比，根据式1计算得到两种教学模式下的教学评估综合评分分别为53.72分和46.2分，前者明显大于后者。综合评分对比也可以看出，新教学模式下的教学效果明显优于传统教学模式下的教学效果。 六、结论 1.随着移动互联网技术的发展和普及为艰涩枯燥的弹性力学与有限元的教学打开了新的思路，相比于传统的单纯课堂教学，基于移动互联网技术的新的教学模式，为老师和学生之间架起了一座课外学习的桥梁，通过QQ群，微信群建立起来的学生与老师的课外交流平台，并基于这样的交流平台建立的模式是对传统教学模式改进，大大提高了教师与学生的交流时间，温暖了师生关系。 2.通过两种教学模式的对比，新教学模式下，学生学习弹性力学与有限单元法的兴趣得到了很大的提高，主要表现在课堂到课率、课外学习时间以及商用有限元软件熟练程度三个方面，从期末考试成绩以及相关学生参加数值建模大赛的情况可以看出，新的教学模式相比传统的课堂教学模式具有明显的优势。该教学模式可以为其他力学课程的教学提供有益的参考。 弹性力学论文:经典弹性力学和应用力学方法相关性 摘要：本文通过对应用力学方法特点与经典弹性力学半反演法特点分析和对比，解释了应用力学的方法是从经典力学的半反演法演变而来的，并讨论了弹性力学的教学中与应用力学之间的联系，并能有效的提高教学质量和效率。 关键词：应用力学方法；经典弹性力学；半反演法 1.引言 力学的本意是通过数学强大的工具性建立分析方程，并通过数学解析的方法来分析和剞劂各种力学问题。但是面对复杂的工程力学，现有的数学方法遇到了困难。而应用力学就是从工程中提出力学问题，然后再用力学去分析和解决，巧妙的将力学简化成与数学分析相关的问题。本文就是分析应用力学方法和经典弹性力学半反演法特点的差异，分析应用力学的根本特点。 2.应用力学方法的特点 应用力学和数学力学方法有着明显的区别，数学力学只能够解决一些较为简单的问题并且得出精确解，而 应用力学是将原始问题转化成了数学模型，避开了很多无法解决的数学问题，同时利用了数学强大的工具性，满足了复杂工程的需要。应用力学有机的将力学分析、应用数学以及实现研究等组合在了一起，组成了一套能够有效的应对工程问题的处理办法。但是其分析力学问题的过程我们也能看出，实际上起到关键性作用的还是力学分析本身，也就是说首先要力学的角度充分的认识问题才有可能归纳和总结出数学模型，需要对力学问题有深刻的理解。在相关的力学问题建立数学方程后，并不是直接应用数学分析解决问题，而是对力学问题进行专门的、深入的和反复的研究，直到将工程问题转换成力学模型，避开了很多数学难题，这就应用力学的基本思路。而数学力学和应用力学之前的对比如图-1所示： 图-1数学力学和应用力学之间的对比 其中连接应用力学简化力学模型和数学力学求解方案中半反演法的箭头是我们后期加上去的，也是本文所要分析的重点。 3.经典弹性力学半反演法特点 分析经典弹性力学的著作我们不难发现弹性力学主要包括了三个主要内容，分别是基础理论、正解法、半反演法。三个主要的内容都很精细和深入，尤其以半反演法最为系统和庞大的部分。但是初学者往往并没有掌握正解法和半反演法的内涵，常常将两者合并起来进行分析，并简单的认为学习弹性力学就是分析数学在弹性力学中的应用，从而忽略了半反演法中汲取其解决问题的思想，将注意力放在了数学问题的分析和推导上。在经典弹性力学的发展中，为了解决直接求解三维弹性力学问题的难点，圣维南提出了半反演法并成功的解决了柱体扭转问题。圣维南半反演法基本的思想是：面对弹性力学问题的时候，首先假设某些对应力、应变以及位移等变量，同时也预留了足够的自由度从而适应弹性力学的方程和边界条件。而在经典弹性力学的学习中，分析经典弹性力学的半反演法和应用力学之前的相关性，可以让学习者发现两者在解决力学问题的时候的思想精华，而不仅仅是将弹性力学的学习看成是数学分析的过程。 4.半反演法的本质 这里从非圆截面轴的扭转力学问题分析半反演法的本质，首先根据材料力学的定义写出圆轴扭转的表达式。圣维南就曾经用材料力学对圆轴扭转的表达式处理过这个问题，但是得出的结果却与实验有出入，因此其在基本表达式外也加入了界面的翘曲位移，并假所有的截面翘曲是一致的，并结合协调方程分析每一个截面的扭转应力。从而将一个复杂的三维力学扭转问题进行了转换，所以就得到了一个和三维弹性力学同样严格准确的求解，也将扭转方程进行了简化。然而值得注意的是经典弹性力学的半反演法对复杂弹性力学的转化并不是纯数学的，其本质意义上是从简化的力学模型将弹性力学的数学方程简化了，但是得到了简化方程和弹性力学方程其实是等价的，然后通过数学方法解决这个弹性力学方程，从而得到精确的答案。 5.应用力学方法是一个近似的半反演法 通过上述对弹性力学和经典弹性力学方法特点的深入讨论，我们对两者进行了分析和比对，因此我们归纳出以下几点：弹性力学是通过简化的力学模型实现对弹性力学方程的简化的，两者等价因此简化的力学模型本身也是精确的；而应用力学的方法是通过简化的力学模型实现对弹性力学方程的简化，因此简化后的力学模型是近似的；弹性力学半反演法注重的严格精确解，所以必须要求简化方程和弹性力学等价；应用力学本身追求的是近似解，所以并不注重简化方程和应用力学方程保持等价，但同时也对精确度有着一定的要求。 综上所述，应用力学的方法和半反演法非常的相似，位移的差别就是两者对于解的精确度要求不同，也就是说我们完全可以从弹性力学的半反演法中去探索和发现和应用力学相通的精精微。因此我们其实可以说应用力学根源就是弹性力学的半反演法，但是弹性力学获得简化方程的过程显然要比应用力学难的多，但不可否认从弹性力学的学习中有很多对应用力学的有益的地方。同时也要明白经典弹性力学面对的是典型的弹性力学问题，但是应用力学面对的则是复杂的工程问题，问题的条件和假设要远远比弹性力学复杂，这就是为什么如此多的力学大师在应用力学中有独具见解的原因，学习经典的应用力学范例的时候同样要学习他们创造性的根源。 6.提高弹性力学课程教学的方法 由于弹性力学几乎全部是又数学推导组成的，因此有着一定的抽象性，很难把握到方法的本质。上文分析了弹性力学和应用力学之间的关系和差别，我们可以得出在教学中突出半反演法和应用力学之间的关系，可以有效的提高教学质量和效果。首先弹性力学解决的是典型的弹性力学问题，因此可以从中学习到简化方程的构建方法，学习其在简化力学模型中的创造思维，抓住分析问题的本质，从而掌握一种分析问题的思路和方法。 弹性力学论文:应用弹性力学对锚爪嵌入套管进行力学分析 摘 要 水力锚是一种油田生产井压裂酸化时用来固定管柱的井下工具，也可用于试油、找水、卡堵水等工艺管柱中。应用弹性力学方法计算锚爪在不同的压力下嵌入套管深度，本文研究结果为水力锚设计及优化提供理论基础。 关键词 锚爪 套管 弹性力学 套管深度 0引言 水力锚工作原理是当油套产生一定压差时，产生一个液压作用力，锚爪自动伸出，卡在套管内壁上，实现锚定油管柱的作用。锚爪在在液压的作用下，锚爪齿伸进套管，卡住套管内壁，实现锚定作用，在不同压力作用下，锚爪卡进套管深度不同，锚定力也不尽相同，所以研究锚爪牙齿卡进套管深度，清楚承受锚定力的大小，为采油行业压裂技术提供理论依据。 1应用塑性力学对锚爪嵌入套管进行力学分析 假设楔形体受均布载荷作用，接触面无摩擦，取单位宽度进行分析。 在这里，楔形体内任意一点的各应力分量决定于 ，q， 和 。根据量纲分析，各应力表达式只能取Nq的形式，其中N是 和 组成的量纲一的数量，所以在各应力分量的表达式中， 不可能出现。 2结论 利用弹性力学的方法得出了锚爪在不同压力下嵌入套管深度，以及单个锚爪的锚定力大小，为水力锚的设计提供理论基础。 弹性力学论文:关于弹性力学的绪论与总结课堂教学探讨 摘 要：弹性力学是变形体力学的重要组成部分，对本科生进一步学习其他固体力学课程起到奠基石的作用。笔者在课堂教学实践中发现，绪论部分和总结部分对于本科生从产生兴趣、积极思考、形成局部认识到整体认识等阶段起到关键作用。因此，笔者主要在绪论部分通过生动的介绍弹性力学发展史和具体案例与学生互动，让弹性力学吸引学生，调动学生学习的自主性和积极性。在总结课时，系统归纳弹性力学，让学生从局部认识提升到整体认识，提高课堂教学质量。让学生在学习弹性力学时从畏难和被动接受知识到主动思考，再上升到有兴趣学习此门课程。 关键词：弹性力学 绪论 总结 课堂教学 本科生 弹性力学是固体力学的一个重要分支，是高等学校力学、航天、机械、土木、材料、水利等专业的一门理论性与应用性都很强的基础课程。目前国内大多数院校的上述专业均将弹性力学课程作为本科学生的必修课，是一门既重要又难学的课程。近年来，随着高校的改革和专业调整，很多学科根据本专业本科教育培养目标、专业教育的基本模式和课程框架，实现宽口径、厚基础的教学基本要求，减少了课时和精简内容。在有限学时下如何保证教学的基本要求和基本内容，对教学内容和形式作相应的探索，研究用什么教学方法和模式达到强化能力培养，一直是弹性力学课程教学过程中的重要任务和认真思考的问题。关于弹性力学课程中具体的每个章节讲解的内容，由于弹性力学作为一门基础课程，有各类教学参考书和优秀教学网站提供给教师参考，如《弹性力学简明教程》、中国高校力学课程网等。在课堂教学方法上，又有多种多样的教学方法让教师运用，如启发式教学、互动式教学、多媒体与传统相结合教学、以及参与式教学等。这些优秀的资源和丰富的教学方法为现在弹性力学教学改革提供了基本保证。可是，笔者在弹性力学课堂教学实践感悟到，教师让学生学好弹性力学课程的基本要求是，学生在心理上对弹性力学“有兴趣、不畏难”，那么讲好绪论课部分有着至关重要的作用，教师应以讲好绪论为钥匙，帮助学生打开学习新学科的大门。 弹性力学课程是本科生接触到较早的专业基础必修课之一，能否学好这门课程不但直接影响到后续的塑性力学、计算力学以及变形体力学的学习效果，而且更重要的是关系到学生对上好专业课的兴趣和信心；通过学习本课程，建立力学解决基本工程问题的严密数学框架，掌握基本问题的基本解法，为后续专业课学习打下坚实的基础。该文重点是对弹性力学讲好开头的绪论部分和收尾的总结部分的课堂教学探讨。 1 弹性力学课程的学习现状 弹性力学课程对本科生一直是一门既重要又难学的课程，很多学生反映在学习弹性力学的过程中，发现弹性力学内容的表述方面具有很强的理论性和抽象性特点，而且求解过程对数学运算依赖性大，出现了大量的偏微分运算和公式的推导，让部分学生有“畏难”心理，很容易对学习弹性力学课程丧失兴趣。另外，学生在学完弹性力学课程之后找不到一个清晰的思路，比如学了按位移求解、按应力求解、按应力函数求解、逆解法和半逆解法、里茨法和伽辽金法等，这些方法之间存在什么关系，各自属于什么层次，又能解决什么样的问题，学生不是很清楚。原因在于学生在学完弹性力学课程后没有系统地从整体进行归纳梳理，只是有局部认识，各知识块之间产生混淆等原因造成的。但是，学生很渴望学完弹性力学课程后从整体层面知道这些关系与区别。 联合国教科文组织编写的《学会生存―― 教育世界的今天和明天》书中把未来教师角色描述为：现在教师的职责已经越来越少地传递知识，而是越来越多地激励思考。因此，如何从开始引起学生学习弹性力学课程的兴趣，激励学生积极主动地思考，同时课程结束后对知识进行系统梳理和归纳，让学生对弹性力学形成整体认识，这两点一直是教学过程中的主要任务和要探讨的问题。解决好开头和收尾这两个课堂教学环节，可让学生起到事半功倍良好效果。于是针对这种现状，在弹性力学教学的开始阶段，就要让学生了解所学知识的作用，学以致用是最好的动力，以激发学生学习该课程的兴趣。在产生了学习兴趣后，应该让学生了解它与材料力学、结构力学的区别与联系，懂得要进行复杂的工程结构设计，掌握弹性力学的重要性，变“要我学为我要学”。笔者在绪论部分通过生动的介绍弹性力学发展史和具体案例与学生互动，让弹性力学吸引学生，调动学生学习的自主性和积极性。在学完本课程之后，笔者进行总结，从基本概念、基本原理、基本方程、基本解法和基本问题等“五个基本”对弹性力学整体层面进行总结，让学生从局部认识提升到整体认识。让学生学习弹性力学时从畏难和被动接受知识到主动思考，上升到有兴趣学习此门课程，到学完后能整体把握知识结构，为后续力学课程奠定坚实基础。 2 讲好绪论课 绪论课是建立起课程整体概念的起步，面对刚刚接触新学科的学生，教师应以讲好绪论为钥匙，帮助学生打开学习新学科的大门，学生在全新的观念基础上去学习，后续许多章节的学习将会变得比较轻松，比较容易接受。教师在绪论部分除了介绍弹性力学的基本研究内容和基本假设之外，笔者认为也要重视弹性力学发展史，以及人们在长期生活实践中抽象出来的弹性力学模型。引出一些现实生活中问题，又生动地通过弹性力学模型巧妙予以回答。教师需要不断地查阅新的科学文献，关注研究的问题与学生学习弹性力学模型之间转换。让学生认识到学习弹性力学问题时不是纯粹的数学推导，而是有实际应用意义的问题简化求解。针对绪论部分内容特点，这部分的课堂教学方式上主要采用多媒体和与学生互动方式进行讲授。 2.1 讲好绪论树立学习课程的良好心理环境 弹性力学有着光辉的发展史，有众多为之奋斗的杰出科学家，如柯西、圣维南、拉梅、纳维、赫兹等；有多项具有重要科学意义的研究成果，如莱维问题解答、奇尔西问题解答、布希内斯克解答和赫兹接触问题解答等，也有许多待解难题。这些科学家的生平以及对力学的贡献都对学生产生强烈的吸引力，引起他们浓厚的学习兴趣。而且这门课程就可以与学生一起学习这些大师们精彩解法，让我们了解和掌握他们是如何找到问题的切入点，并如何对问题进行求解。比如介绍赫兹（Hertz），学生一定知道他是德国物理学家，因为频率的单位就是以他的名字命名。可是学生们不一定知道赫兹是接触力学的创始人，他在做两个透镜的光学实验时，发现了两个透镜的接触变形对光的传播产生影响，并在1880年的圣诞节期间完成了两弹性球体的接触应力问题，年纪才23岁，与本科生们是同龄人。而这门课中就要学习Hertz是如何解决这个接触问题，以激发学生学习的兴趣。 在教学过程中，教师调动学生的兴趣和热情，使学生产生努力学习、刻苦钻研的巨大动力，必将产生良好的学习效果。在绪论部分讲弹性力学的研究内容与理论力学、材料力学和结构力学等课程区别时，可简要通过生动的例子说明，比如一个矩形截面梁被两个圆柱支撑时怎么解决受力分析，三个圆柱支撑、四个圆柱支撑、以及一面墙支撑这个矩形截面梁呢？等等，简要直观的说明各力学基础课程的区别与联系。讲解这些问题应做到有理有据，恰如其分，一定要讲足讲透问题的背景、地位、任务、作用和缘由，使学生获得正确鲜明印象，激发起他们强烈的求知欲望，同时也增强了他们的学习动力，树立学习课程的良好心理环境。 2.2 绪论课的重要性在教学实践中得到了验证 在绪论课的教学实践中，我们需进行精心组织和认真准备。上绪论课之前，需要查阅和收集弹性力学相关问题的研究资料和工程实例，做成精致的幻灯片和影像视频。比如，2010年伊春空难中壳体机身在着陆时外力过大产生的断裂问题；1986年1月，美国挑战者号航天飞机发射失事，是由于助推器的密封橡胶圈在低温下产生塑性变形，导致燃料泄漏；1840年美国华盛顿州的塔克马大桥的塌陷问题；缠绕在匀速转动轴承上的弹性体内应力应变问题等。结合生活中的实际问题，简化为所学的弹性力学问题，激发学生的学习兴趣。 比如，我们生活中常用卷纸，每一段出现一系列圆孔，只要轻轻拉伸既可以实现纸张断开，这比同样材质没有圆孔要省很多力气，其原因正是弹性力学中圆孔的孔边应力集中问题。再比如介绍薄板问题时，我们知道当飞机降落后飞机机翼的阻流板要迅速向上打开，否则飞机就要冲出跑道，甚至造成机毁人亡的损失，这里阻力板就可简化为矩形薄板一边固支，板面受垂直作用均布载荷时的弹性力学问题。那么学生学习小挠度薄板问题之后，就可以基本解决这类问题。当然，学生们很想知道这些问题背后的答案，这激发了学生学习这门课的兴趣。上好绪论课的重要性在将会在实践中得到了很好的验证。 3 讲好总结课 上面介绍了讲绪论课，它对全书的基本内容作一简明扼要串讲，显示各章节内容的相互联系，相当于全书的“提要”，学生掌握了这一轮廓图有利于了解各章节错综复杂的内容。学完本课程之后，需要对全书的基本内容作一串讲，做好总结课，纠正学生头脑中的片面观点，使学生吐故纳新，建立弹性力学的基本概念、基本原理、基本方程、基本问题和基本解法，使学生对这门课形成整体的认识体系。关于弹性力学总结课，一方面是由于教学大纲也没有这方面的要求；另一方面是由于各章节已经进行总结，老师不重视。这就造成弹性力学总结课忽视。总结课的重要性在于，讲好总结课让学生系统地掌握各知识点，以及各知识点之间的关系，可让学生对本门课程从局部认识上升到整体，即从整体高度来领悟本课程，为今后学习后续课程奠定良好基础。本文针对中少学时的弹性力学课程，以高校本科阶段的弹性力学主流教材徐芝纶等编著的《弹性力学》为参考，鉴于课时安排，笔者在教学实践中总结课时间为15至25分钟，这部分的课堂教学方式上主要采用传统板书和与学生互动方式进行讲授。 弹性力学的重要知识点可按基本概念、基本方程、基本问题和基本解法进行系统总结。弹性力学的基本概念有外力、内力、应力、形变、位移、圣维南原理、一点的应力状态、主应力的性质等；基本方程包括平衡微分方程、几何方程、物理方程、拉梅-纳维方程、相容方程等；基本问题主要包括平面问题、空间问题、薄板的小挠度弯曲问题等；基本解法主要包括微分法和变分法，微分法又分为按应力求解和按位移求解，按应力求解可转换为按应力函数求解，这又可分为逆解法和半逆解法等。具体如图1所示。经过这样分类梳理各章节内容的相互联系，学生掌握了这些主线有利于掌握各章节错综复杂的内容，促进各章节知识的融会贯通。 4 结语 讲好弹性力学开头的绪论部分和收尾的总结部分是课堂教学中重要环节之一。绪论课是建立起课程整体概念的起步，教师应以讲好绪论为钥匙，帮助学生打开学习新学科的大门，让学生从畏难和被动接受知识，到激励学生主动思考，提升学习此门课程的兴趣。在学完本课程之后进行总结，从基本概念、基本原理、基本方程、基本解法和基本问题等“五个基本”对弹性力学整体层面进行总结，让学生从局部认识提升到整体认识，学生将对这门课形成整体的认识体系，这是提高弹性力学教学效果的一个行之有效的教学方法。

力学基础论文:基于高职学生文化基础背景下的建筑力学教学改革研究 摘要：本文依据高职学生反映《建筑力学》课程“难”学的现状，分析了其原因，并从指导思想、教学内容、教学理念、教学方法、考试方法等方面进行了教学改革，从而提高该课程的教学质量。 关键词：教学改革；难度；教学内容；建筑力学 《建筑力学》是土建类专业的一门重要专业基础课，由于该课程理论性强，数学推导、计算烦琐乏味，概念多，方法技巧性要求高，课程内容系统庞大，因此，高职院校的学生，尤其是二专学生，普遍感到难学、难懂。在《建筑力学》的教学过程中，只有充分结合学生特点，合理安排教学内容，重视教学实践过程中存在的问题，才能更好地开展力学这门课程的教学，为学生树立学习信心，打下学好其他专业课程的基础。笔者结合多年的教学体会分析了学生普遍感到难学、难懂的原因，并提出了解决这些问题的教学改革措施。 一、目前《建筑力学》教学存在的主要问题 （一）学生存在的问题 1.文化基础较差。随着中国教育的不断发展，高等教育已从精英教育走向大众教育，过去被录取分数线挡在校门外的学生将有机会进入高职院校学习，圆了他们的大学梦。这对提高整个民族的文化素质大有裨益，但也必然导致高职教育生源整体文化基础水平的下降和学生差异程度的扩大。主要表现在：一是学生成份复杂，既有普高生，也有职高生，还有参加成人高考的社会青年，而这些学生的学科基础都不是很好。二是有些专业文理兼招，这样出现的问题是相当一部分学生的文化基础较差。他们在高中阶段对未来的发展缺少自我设计和自主安排，自律和自控能力较差，考上高职以后，对学习缺乏自觉性和主动性，对本课程涉及的数学、物理等基础学科知识掌握不够，在新课程的学习上就感到吃力、难懂[1]。 2.消极心理较严重。在进入二专高职院校就读的学生中，不少学生都有强烈的失落心理，有一种自卑感：“我”的基础太差了，跟也跟不上，即使“我”比别人努力十倍，成绩也总是好不起来，与其好好地读，还不如“潇洒走一回”，反正船到桥头自然直。也有学生想好好学习，但又缺乏毅力。他们平时不是把精力放在学习上，而是上课不认真听讲、玩手机游戏、睡觉，课后亦不愿做作业，或者为了应付抄同学的作业。 3.学习目的不明确。学生普遍认为，高职院校的学习目的是掌握一门应用技术和实际操作技能，方便毕业后就业。因此，对基础课程理论学习重视不够。又由于高职院校学生毕业后一般不从事结构设计工作，所以对与结构设计联系紧密的《建筑力学》课程，学习积极性不高。 4.习惯中学时代的“填鸭式”学习方式。学生没有摆脱原来的学习模式，习惯中学时代的“填鸭式”学习方式，懒得自己动脑思考问题，更无创新可言。 （二）教师存在的问题 目前，高职院校大部分教师是本科毕业不久的年轻教师，他们普遍存在“三少”问题，即见得少、干得少和积累少。“见得少”是对实际工程种类、结构组成、构造特点、施工过程、管理运用等见得少，缺乏工程整体概念和相互联系。“干得少”是参与实际工程的勘探研究、规划设计、施工、运用管理方面少。“积累少”，是对工程的资料收集、归纳整理和运用方面少。因此，他们的教学方法以及内容上与高职教育往往不相吻合，一些教师的教育教学理念以及教学实践水平不符合高职教育的要求。还有不少教师并不了解社会对高职人才的实际需求，教学方式缺乏创新，讲课时不能身临其境和理论联系实际，授课照本宣科枯燥无味，缺乏形象性、生动性和吸引力。考试方式陈旧，且与实际工作相脱节，不适合高职学生特点，这些问题直接导致学生对上课不感兴趣，学习没有动力。 （三）课程本身的问题 《建筑力学》课程内容系统庞大，习题计算量大且烦琐，方法技巧性要求高，学生解题时缺乏耐心，容易急躁，不按教师的要求完成作业，抄袭现象严重。 二、解决《建筑力学》难学的对策 （一）改革《建筑力学》理论与实践教学体系，体现高教特色 1.注重因材施教，适当增删教材内容。《建筑力学》是土建类专业的一门专业基础课程，其课程体系和教学内容是以培养学生的职业岗位和工作过程为依据设定的。它是土建类专业学生学习“建筑结构、建设施工技术、专项施工方案、安全技术管理”等课程的前期最主要的基础课程，在完善学生知识结构、提高专业综合应用能力等方面起着“承上启下”的作用。 随着教学改革的不断深入，高等职业技术教育应以能力为本位的观念已得到大家的公认。以能力为本位的教育新理念应具体落实到课堂教学方法的改革中。为此，针对现在高职学生基础较差这一问题，更应特别注重因材施教。为适应高等职业技术教育的教学需要，在使用教材时，教师可依据教学大纲的要求酌情增删一些内容，力求把抽象的力学概念与人们的感性认识相联系，与建筑施工实际相联系，以便于学生掌握。在教学内容的选择上，以本课程和后继课程之“必须”为依据，在讲述深度上，以“够用”为度，例如对超静定结构的分析与计算，可删去超静定结构的理论计算，而着重讨论超静定结构的特性，能对常见的超静定结构做定性分析，并大体判断危险截面的位置。另外，在使用教材时，教师可依据教学大纲要求，酌情减少学生做练习题的数量，而对于思考题则给予一定的重视。 对于学生难以接受的概念性的理论知识应尽量联系实际，深入浅出，能避则避，能丢则丢。这就要求教师换个角度来考虑教学工作――从学生角度出发去深入研究教材，设计教学方法。当然，最终的目的是要达到为他们量体裁衣所设计好的教学目标。 2.强化《建筑力学》课程的实践教学。《建筑力学》课程中的理论知识，对于二专学生而言，普遍反应难以掌握，且对专业职业能力的形成无太大价值，单纯的理论知识已超越了高职学生的接受能力。所以，针对土建类专业及施工行业和市场的新变化、新趋势，该课程应构建以实践性教学体系为主体的工学结合人才培养模式。从专项职业能力出发，结合职业技能证书考证要求，将岗位能力分解整合为各个相对独立的实践教学项目。 （二）改革《建筑力学》的教学理念，适应职教形势的发展 1.改革教学指导思想，变应试教学为素质教学。高职《建筑力学》教学，应贯彻高职高专教育改革精神，突出职业教育特点，以能力素质的培养为指导思想，重视对学生工程意识和力学素质的训练和培养。由于大专生毕业后一般不从事设计工作，所以在《建筑力学》课程教学中，应弱化计算，强化学生的工程概念，加强建筑力学定性分析能力的培养。力学始于定性分析，终于定性分析；定性分析在先，定量分析在后；定性失准，定量准偏。 在教学中，应突出理论联系实际的特点，广泛联系实际工程，使学生通过学习，认识到《建筑力学》在实际工程中所起的重要作用，以激发学生学习《建筑力学》的积极性，做到有针对性地培养学生运用所学的理论和方法，分析和解决工程实际问题的能力。同时，这对拓宽学生的工程知识面、增强学生的适应性有很好的促进作用。 2.注重全面发展，承认个体差异的教学过程观。这种观念认为每个学生都有巨大的潜力，其潜力各不一样，兴趣也各不相同，学生的这种潜力需要合适的教育加以开发。传统的《建筑力学》课堂教学理念无视学生的个体差异对教学的不同需要，使得“吃不饱”、“吃不了”、“吃不好”的现象随处可见。要扭转这种教学的被动局面，教学必须正视课堂群体教学与学生个体差异之间的矛盾，打破传统《建筑力学》课堂教学的统一模式，根据学生实际水平实施分层教学，使不同层次的学生都能最大程度的掌握知识。对基础好的学生，考虑到这类学生具备一定的可持续发展能力，要求他们学完《建筑力学》的所有内容；对基础一般的学生，依据施工管理岗位对建筑力学的要求，要求他们掌握《建筑力学》的概念及各种结构的特性，了解各种结构内力、位移的计算方法，弱化定量计算；对基础差的学生，对《建筑力学》的要求是到工地上认识各种结构，定期联系典型工程进行专题讲座。 3.联系工程事故案例，培养学生的责任心。我常结合课程教学实际和社会上一些工程事故，提示启发学生思考，除客观因素外，从主观因素来说其成因是什么？如2009年6月27日上海“莲花河畔景苑”在建楼房倾倒。上海市城乡建设和交通委员会主任黄融介绍说，倾倒楼房结构设计符合规范，大楼用的管桩质量合格。其原因系大楼两侧堆土过高，地下车库基桩开挖造成巨大压力差，致使土体水平位移，最终导致房屋倾倒。通过典型工程事故，学生们都能很好的认识到什么是“不负责任”、“水平低”，由此认识到培养责任心的重要性。而培养责任心就应从现在做起，首先对自己的学习负责，认真学习才是负责任。同时，也只有认真学习，才能提高“水平”。通过这些事故工程，同学们对土建工程乃百年大计的质量意识以及“规程是用血写成，不能再用血验证”的安全意识也普遍有了很大的提高。 4.保护学困生的自尊心，激发他们的学习欲望。对待学习较差的学生要注意保护他们的自尊心，没有什么比伤害学生的自尊心更有害于他们的智力发展。教师应该主动去关心学生，抓住积极因素，不断对学生进行鼓励，在全体同学面前重树自身的形象，让学生在公开场合下多获得成功的满足，进而体会人格尊严和人生价值，从而用自身内在的积极因素去克服消极因素，点燃他们的希望之火，激发他们学习的欲望。 5.狠抓课堂听课率，提高学习效率。高职高专学生有别于本科学生，他们在入学时自身基础就可能较为薄弱，且学习的积极性和主动性不够高。大部分学生的课前预习工作不到位，而将知识的学习完全寄托于教师课堂的讲解。如果学生再不进一步重视课堂环节，就有可能在知识的理解和应用上存在严重的问题。因此，教师在课堂上必须狠抓听课率，务必让学生充分利用课堂的40分钟时间。在讲课过程中，教师可以不时地穿插提问、做小测验等互动环节，以吸引学生的注意力。同时教师自身也要提高个人素质，多联系实例，避免纯理论的空谈，让课堂充满趣味性。学生方面，通过平时成绩评定与平时的学习态度、课堂纪律、平时表现等挂钩，保证出勤率。以往的考试成绩也说明了大部分不及格的同学是经常旷课的[2]。 （三）改革《建筑力学》的教学方法，提高教学效果 《建筑力学》课程公式多，习题量大，解题方法灵活多变，经常出现教师讲时学生似乎懂了，但在做练习时却无从下手或错误百出。为此，在教学中，根据教材内容的不同和学生对基础知识的掌握程度，改过去的讲解法为讲练结合法进行教学，充分发挥教师的主导作用，以达到预期的教学效果。例如，在讲支座反力的求解时，学生似乎对平面一般力系的平衡方程容易理解，但在做练习时却出现许多问题：力偶在方程式中计算错误，忽略了力偶的单位及它在任意坐标轴上的投影为零；受力图上支座反力的方向不明确，正负号把握不准；不会进行三铰钢架的受力分析；对均布荷载的计算模糊不清；等等。对此，教师应在教学中及时指出，并让学生当堂练习，对典型例题详细讲解。在此基础上多做练习，使得学生可以举一反三，拓宽解题思路[3]。 传统教学从书本到书本、从概念到概念的教学方式教给学生的是运用概念解决问题的现成答案，学生大部分时间只能被动地接受知识。而案例教学注重对学生分析、解决问题的培养。工程案例是最好的现实素材，带有丰富的信息知识、经验教训和哲理智慧，能帮助学生了解力学与工程的关系，使学生感到工程中处处有力学知识，力学知识不再抽象，从而提高了对力学课程学习的兴趣与热情。 （四）改革《建筑力学》的教学手段，集中学生的注意力 随着信息技术的快速发展，多媒体教学手段已进人课堂教学活动中。PPT课件、CAI课件能使学生看到图文并茂、视听一体的交互式集成信息，它们以直观、生动、形象的特点，打破了沉闷的学习气氛，使学生更为顺利地理解信息，集中注意力，从而改变了过去只有“粉笔+课本”的单调教学模式。在《建筑力学》教学过程中，可用多媒体演示大量的工程示例，大大增加了学生的工程实感和学习兴趣。在课件中，可以制作精美的图片、大量的flash动画，通过超级链接的方式与课件相连。通过这些动画可以形象地演示自由度与约束、几何可变体系与几何不可变体系、实铰与虚铰等概念。 （五）利用教学创新，提高其教学水平 《建筑力学》计算方法技巧性多，且计算量大，为了提高学生的学习兴趣，教师必须有自己的简便方法和新方法，并根据自己的简便方法和新方法进行具有特色的教学活动。简便方法和新方法是教师的学识水平、理论造诣和教学经验的集中体现，是教师心血与智慧的结晶。教学实践证明，哪位教师学识水平高、理论造诣深、方法新颖，学生就喜欢哪位教师，由此学生可能就喜欢某一门课程。我在多跨静定梁内力图教学中，介绍了一种简便易学的方法，其特点是不取分离体、不画受力图、不列平衡方程、不求反力、不用截面法求内力，只需计算某些梁段荷载图、剪力图的面积及某些梁段弯矩图的斜率，便可画出多跨静定梁的内力图。学生对此感到很惊讶，画单跨静定梁内力图要求反力，而画多跨静定梁的内力图可不求反力。通过教学实践，学生常带着好奇的心理学习，学习积极性与学习成绩有了明显提高。 （六）改革传统的考试方法，以适应当前素质教育的形势 随着我国越来越重视对人才能力的要求，原有的考试模式重结果、轻过程，重分数、轻能力，严重地制约着力学教学改革的发展。近年来，随着我校在力学教学改革的深入进行，在成绩考核与考试方面进行了初步的尝试与探索。 首先，在考试内容上减少以再现书本知识为主的考试内容，加强对学生理解知识、应用知识，特别是综合性、创造性地应用知识能力的考核。考试内容改革是考试改革的重点，也是培养学生创新素质的关键所在。因此，我们在卷面上主要是出一些灵活性大、知识面宽、综合运用知识能力强的题目。如给定受力结构，让学生为各构件选取材料及截面形状和尺寸，并对该结构存在的问题谈自己的看法，并改革标准答案式的考试成绩评价方法，注重考查学生的解题思路和综合分析与解决问题的能力。 其次，在考核方式、方法上，应该有利于识别学生的创造力和实际操作能力，而不是只考学生的记忆力。我们改革了单一的闭卷笔试的方法，分别采用了开卷笔试、大作业、读书报告、课堂提问、实验操作等多种方法相结合，符合课程内容特点的考试方法。不仅减少了学生作弊现象的发生，还起到了促进学生学习的作用。 三、结语 要改变学生对《建筑力学》感到难懂、难学这种现状的方法有很多，主要涉及教师、学生两个关键因素，只要调动一切因素，发挥各方面的优势，便能使《建筑力学》课程的“教”与“学”达到事半功倍的理想效果。 作者简介：陈德先（1964-），男（汉族），四川西充人，副教授，研究方向：工程力学在土木工程中的应用。 力学基础论文:高职《土力学与地基基础》课程教学感悟 【摘 要】《土力学与地基基础》是高职建筑工程技术专业的一门专业基础课程，是为后续专业核心课程打基础的重要课程之一。在有限的教学课时内，教师要让学生既能理解土力学知识，又能运用到地基基础工程中去，同时还要培养学生自主解决问题的能力，这是一个值得深入研究的问题。 【关键词】《土力学与地基基础》 高职 教学改革 一、引言 《土力学与地基基础》课程的主要内容为土的物理力学性质和地基基础应用。土力学知识理论性强、教学难度大，而地基基础实践应用性强、实际操作性强，如何将这两部分内容有效地结合，使学生既懂理论又会实践，这成为本课程高职教学中的重要问题，而学生也普遍反映学懂学好本门课程比较困难。因此，如何根据课程性质，结合高职教育的要求，为《土力学与地基基础》寻找一条行之有效的教学方式，是高职《土力学与地基基础》教学的一个重要问题。 二、教学中的问题 1. 高职学生的特点 （1）学习自主性较差 现今，大部分学生家庭条件比较好，缺乏吃苦耐劳、刻苦钻研的精神，同时由于自身基础知识不扎实，对于土力学的理论内容学习起来比较吃力。绝大部分的学生自学能力不高，还无法摆脱高中时期的学习模式和思维方式，对学习中遇到的困难往往不能主动解决，不会主动向老师或同学请教。 （2）基础较差 与本科院校的学生相比，高职学生的入学分数相对较低，理论基础和学习能力相对较差，进一步学习《土力学与地基基础》时，就会比较费劲。 2.教学中的一些问题 （1）学时有限 《土力学与地基基础》实际为土力学、基础工程和地基处理三部分的组合，内容多，范围广。而一般本课程的课时安排为每周4课时，总共64课时，要想在有限的时间内把所有的知识及实验实践部分都涉及是不可能做到的。 （2）土力学部分的难度大 学生在课堂上无法理解相关知识，更不能结合实际理论对知识加深理解，不能理论联系实际。 （3）实践教学的落后 《土力学与地基基础》是一门实践性很强的课程，但是现在的教学方法大多偏重于课堂教学，都是老师在台上讲，学生在下面听，课外实践环节很少。这样就使得学生的学习效率不高，同时还有碍于培养学生的专业能力。 三、课程的教学改革与实践 1.调整教学内容 根据学生的自身情况和学科特点，在教学过程中要把握住重点难点，对一些内容点到为止，同时适当补充些新理论、新技术的相关简介，拓宽学生的知识面。针对《土力学与地基基础》课程知识点多、图形图表多、重要公式多、复杂例题多等特点，将传统的教学手段与现代信息技术手段有机结合，可获得较好的效果。 2.加强实验教学 实验在《土力学与地基基础》的学习阶段和学生毕业后能否较快地适应是非常重要的。所以要安排内容适当的实验课，将课堂讲授内容结合实际工程进行实验教学，这样可以从实验的原理、目的、操作、资料整理等方面，结合实际工程的实验数据把知识讲深讲透。在实验教学中注意加强教学研究，选择能反映本学科发展和研究的基本过程与基本方法，与实验方案设计、结果整理与分析方法方面的内容，让学生自己设计实验过程，从问题的提出、方案的设计到实施，以及结论的得出，完全由学生自己来完成，以达到良好的教学效果。 但是土工实验受实验设备精度、人为等不可避免的因素影响，其结果难免存在一定的误差。学生通过对实验成果进行整理与分析，可以提高分析问题、解决问题的能力。 3.加强实地学习与工程案例教学 组织学生参观学校附近正在建设的居民小区的施工现场，并请现场技术人员介绍工程设计及施工的技术要点，让学生对某些具体的施工方法、步骤有了更清晰的认识。教师也可以收集相关的工程实例，在课堂上对学生进行讲解，提高学生利用《土力学与地基基础》知识分析、解决实际问题的能力。这种方法能大大提高学生的学习兴趣，调动学生的积极性，可优化推广。 4.安排课程设计 在学生对本门课程系统地学习之后，通过课程设计对学生所学知识进行系统测试，考查学生理论应用于实践的能力。其中要求学生学会查规范，并严格遵守规范的规定和对所学专业知识进行设计计算，并要求学生能够全方位地考虑工程的实际状况，做到切实解决实际问题。学生完成课程设计之后，均有很大的收获，更重要的是增强了他们查阅资料、自主解决问题的自信心。 四、结论 笔者依据高职学生的特点，结合《土力学与地基基础》课程在教学中的问题，从教学内容的把握、教学实践的扩展、课程设计的强化等方面，进行实际教学，结果表明教学改革能够加深学生对理论知识的理解，提高学生对实际工程的处理能力，有效地提高了教学效果。 力学基础论文:基于方法论视角的基础力学课程教学思考 摘 要 针对基础力学课程理论性强、逻辑性强、概念抽象等特点，探索将科学方法论中的比较方法、类比方法、系统方法、抽象方法、理想化方法等应用于基础力学课程教学。这有助于学生学习方式、思维方式的转变以及学习能力、创新能力的培养。 关健词 基础力学 课程教学 方法论 1 方法论在基础力学课程教学中的应用 在基础力学课程教学中实施方法论教学，不是刻意、孤立地讲授方法，而是要把方法论渗透于基础力学课程教学之中。一方面，要密切联系课程教学体系，围绕教学内容所需选取适当的科学方法;另一方面，要把讲知识和讲方法紧密结合起来，使学生在学习知识的同时接受科学方法论的训练。①中国有句古话：“授人以鱼不如授人以渔”，从教学目的来说，学生学会学习、研究的方法比掌握定理、公式更为重要，②教师应更关注学生的学习能力、分析能力、创新能力的培养。 1.1 比较方法 比较方法是根据一定的标准，寻找两个或两个以上相互联系事物之间的异同，探求普遍规律与特殊规律的方法。其目的是寻求对象之间的异中之同或同中之异，以加深对对象规律性的认识。俄国教育家乌申斯基曾经说过：“比较是一切理解和思维的基础，我们正是通过比较来了解世界上的一切”。 例如，在教授材料力学课程杆件的轴向拉伸或压缩、扭转和弯曲等基本变形时，就可以采用比较方法。虽然各种基本变形的受力特征、变形特征、内力、应力及其分布规律截然不同，但是，它们的研究方法是相同的，都是采取实验与理论分析相结合的方法;求内力的方法是相同的，都是采用截面法;建立应力公式的方法是相同的，都是利用三关系法，综合考虑变形几何关系、物理关系及静力学关系进行推导;利用强度条件解决强度问题是相同的，都涉及校核强度、设计截面尺寸、确定许可载荷等三类。 总之，按照比较方法讲授课程，通过对比、辨析、比较相关知识点的共同点和差异性，不仅可以加深学生对知识的理解、巩固与深化，而且也有助于强化记忆，发展思维，提高课程教学效果。 1.2 类比方法 所谓类比，是指由两个或两类事物或现象的某些相同或相似的性质，推论出它们的其它属性或规律也有可能有相同点或相似点的结论。事实上，类比方法是解决陌生问题的一种常用策略，被誉为科学活动中“伟大的引路人”，它通过运用已有的知识、经验，将陌生的、不熟悉的问题与已经解决了的、熟悉的问题或其它相似事物进行类比，从而创造性地解决问题。德国哲学家康德曾经说过：“每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这个方法往往能指引我们前进”。 例如，在讲解理论力学课程质点系的动量和动量矩的概念及其计算时，就可以采用类比方法。平铺直入地讲概念及其计算，学生不仅不容易掌握，而且还会觉得抽象难理解，从而对动力学部分的学习产生畏难情绪。因此，不妨将这部分内容与学生相对更为熟悉的静力学中力系主矢和主矩的概念及其计算进行类比。具体地，质点的动量定义为质点的质量m与其速度的乘积，是矢量。可以想象：运动着的质点系，无论是离散的还是连续的，其上各质点的动量将组成一组与力系类似的矢量系，可以暂且称之为动量系。既然力和动量都是矢量，那么它们就应该遵循相同的数学运算规律。由于力系可以向任意一点O简化，得到力系的主矢和主矩，因此，动量系也可以向任意一点O简化，得到具有类似性质的（动量系）主矢和（动量系）主矩，这正是质点系的动量和动量矩。而在计算上，质点系的动量和动量矩也应该存在与力系主矢和主矩相类似的形式，只需将力系简化时得到的相应公式 中的力矢置换成动量矢。于是有 总之，按照类比方法讲授课程，着重于对事物间共性的展现，通过类比推理，把抽象的道理具体化。这样，学生即使暂时感性认识不足，抽象思维能力不强，也能较好地理解、掌握相关知识点。 1.3 系统方法 系统方法就是从系统的整体性出发，把分析与综合、分解与协调结合起来，恰当处理部分与整体的辩证关系，科学地把握系统，达到整体优化。 例如，在讲授理论力学课程静力学部分时，就可以采用系统方法。传统的讲授模式是依次针对平面（空间）汇交力系、力偶系、任意力系，按照“力系简化力系平衡”的模式讲授。但是，系统地分析，既然静力学主要研究受力分析、力系的等效替换或简化、物体（系）在各种力系作用下的平衡条件等三个方面的问题，那么，在讲授受力分析之后，完全可以突破传统的各种力系简化与平衡独立阐述的模式，将力系的简化与力系的平衡分开，先介绍平面（空间）力系的简化，再探讨平面（空间）力系的平衡问题。这样的讲授次序也恰如其分地体现了静力学三个方面的研究内容。 再比如，在讲授材料力学课程时，也可以采用系统方法。传统的讲授模式是依次针对杆件的轴向拉伸或压缩、剪切、扭转和弯曲四种基本变形，按照“受力特征变形特征内力应力变形”的模式讲授，并分析杆件（构件）的强度、刚度及稳定性。但是，系统地分析，既然材料力学主要研究强度、刚度、稳定性等三个方面的问题，那么，完全可以打破传统的每种基本变形分别独立阐述的模式，从构件的受力特点出发，统一阐述截面法求内力、绘制内力图和应力计算等与强度有关问题;从构件的变形特点出发，统一阐述与刚度有关的问题;以细长压杆为例，阐述与稳定性有关的问题。这样的讲授次序也很好地体现了材料力学三个方面的研究内容。 总之，按照系统方法讲授课程，既突出力学的基本理论和基本方法，又有利于形成有序的相互关联的教学单元，同时也避免了相同知识的重复阐述。这样，不仅有利于学生整体把握课程内容，也有助于学生理解知识点之间的内在联系。 1.4 理想化方法 理想化方法就是通过想象和逻辑思维，对具体的研究对象（即原型）进行理想化处理，有意识地突出主导因素，排除次要、无关因素，形成理想化的研究客体（即理想化模型），并借助于对理想化模型的研究，达到对原型特征和规律的认识。其本质是充分发挥想象力，分离事物的本质特性和非本质特性，把原型简化、钝化，使其升华到理想状态，以期深刻地揭示其特征和规律。爱因斯坦曾经说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉”。 例如，在讲授材料力学课程对变形固体的基本假设时，就可以采用理想化方法。众所周知，变形固体是多种多样的，而材料力学中通过连续性假设、均匀性假设、各向同性假设、小变形假设等基本假设把性质复杂的变形固体简化为理想材料模型。事实上，工程材料模型与理想材料模型并不完全相同，但是，材料力学只着眼于材料的宏观性能而并不关心其微观上的差异。实践表明，基于理想材料模型可以得到比较满意的结果，即使是对于铸铁、混凝土等均匀性较差的材料。 总之，按照理想化方法讲授课程，着眼于把复杂问题简单化，通过忽略次要因素，摒弃次要矛盾，使问题变得直观、形象、简单，以便于分析、解决。这有利于培养学生的想象能力，发展学生的逻辑推理能力，从而提高学生的创新能力。 1.5 抽象方法③ 抽象方法是深入现象的本质，排除对象次要的、局部的因素，通过思维去把握其固有的特征，以达到对于对象的本质和规律性的认识。科学抽象的过程，是“去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里”的过程。④列宁曾经说过：“当思维从具体的东西上升到抽象的东西时，它不是离开――如果是正确的――真理，而是接近真理”，“物质的抽象，自然规律的抽象，价值的抽象以及其他等等，一句话，那一切科学抽象都更深刻、更正确、更完全地反映着自然”。 众所周知，变形固体在外力作用下所产生的物理现象是千变万化的，为了研究的方便，常常通过某些合理的假设将研究对象抽象成一种理想化模型。例如，在理论力学课程中，忽略变形固体受力后的变形因素，就抽象出理想刚体的力学模型;不计摩擦对结构平衡状态的影响时，就抽象出理想约束的模型;在研究天体的运动规律时，突出物体的位置和质量特性而忽略大小、形状等因素，就抽象出质点的力学模型。正是这些抽象模型，简化了所需分析、研究的问题，同时也客观深入地反映了事物的本质和内在规律。但是，需要注意的是，抽象模型是有条件的、受限制的、相对的，它随所关注的问题不同而发生变化。例如，在材料力学课程中，研究普通工程构件（如杆、梁、轴等）时，可以先不考虑构件在载荷作用下的变形，研究作用于其上的力，达到一定的认识水平;进一步，考虑构件的变形，并假定变形是弹性的，研究其在载荷作用下的弹性变形情况，达到另一认识水平;更进一步，引入材料的塑性性态，研究其在载荷作用下的弹―塑性行为，就会得到更深层次的启发，当然，这已经超出了材料力学课程的研究范畴。 总之，按照抽象方法讲授课程，不仅可以加深学生对力学基本概念的理解与掌握，而且也有助于学生感悟如何运用抽象方法透过现象看本质，以达到解决问题的目的。 2 结束语 一花一世界，一课一洞天。虽然教无定法，但是，在基础力学课堂教学中，教师应善于将方法论融合到课程教学中，把讲知识和讲方法有机结合起来，使学生在知识学习的同时受到科学方法论的训练，在把握课程知识的基础上并能进行思维加工，或顺应或内化，从而突破思维的瓶颈，建立学习迁移，并培养自主学习的能力。 力学基础论文:“土木工程力学基础”模拟实验教学法应用 摘 要 “土木工程力学基础”是中等职业教育建筑专业国家指定的平台性课程。由于该课程概念抽象、计算多、逻辑性强的特点，中职学生普遍感到学习困难较大。模拟实验教学法是行动导向教学框架下适宜专业课教学的一种理实交融的模拟教学法，它按照中职学生形象思维优于抽象思维的认知特点，让学生在动手模拟实验中直观地掌握力学知识与及其应用。本文从中职土木力学教与学的现状调研入手，提出力学模拟实验教学改革的必要性，并结合具体实例说明模拟实验教学法的应用，以对比实验的方式分析模拟实验教学法应用效果，同时，对模拟实验教学中存在问题进行反思，以此来推动模拟实验教学法在“土木工程力学基础”课程教学中的成熟应用。 关键词 土木力学 模拟实验 改革 应用 传统的中职“土木工程力学基础”课程内容抽象、枯燥。教师不爱教，学生不愿学，课堂教学不佳。学校专门成立力学教学改革攻关小组，编写《土木工程力学基础》（多学时）模拟实验化教材，开展“土木工程力学基础”课程模拟实验教学改革，开发力学模拟实验教学用的教具和学具（实验元件），边改革创新边课堂实践，把模拟力学实验结合多媒体技术，将难于观察到的杆件受力与变形进行模拟再现，较好地解决了力学理论概念抽象、计算多、逻辑强的问题，同时，帮助学生克服理论与实践脱节的现象，实现知识到能力的顺利迁移，从而有效提高力学教学质量和效果。 1 力学模拟实验教学改革的缘由 “土木工程力学基础”是国家规定的中职土木水利类专业的平台性课程，是连接公共基础课与专业课之间的桥梁和纽带，它与其他专业课程相比，存在着概念抽象、计算多、连贯性强的特点。力学课程自身“难”的问题，使中职学生学习普遍感到困难，笔者曾对某年级建筑工程施工专业二百多名学生进行摸底，其中仅有10%左右学生能跟上教师进度，近60%的学生缺乏学习信心，力学期考卷面成绩及格率不到50%。同时，任课教师普遍感到自己像是在台上唱独角戏，无法体会教学的成就感和喜悦感。面对这一困境，如果教师只会发牢骚、怨天尤人，而不去从自身教学策略上找原因、想办法，将问题的原因归结于学生学习能力差、学习态度不端正等方面，那是永远无法突破力学教学的困境。因而，寻找一种既能适应力学学科特点，又能激发学习积极性的新的教学方法迫在眉睫。 为此，我们从中职学生认知特点和力学课程的学科特点出发，通过长期的研究和实验，总结出一种不同于传统教学的新方法――模拟实验教学。用实验来模拟构件的受力与变形、揭示力学原理，让学生从抽象思维中解放出来，激发学生学习兴趣，让学生体验学习的快乐。 2 力学模拟实验教学方法的特点 传统力学课堂教学往往以教师讲授为主，整个过程大部分学生在台下听、看和算，而学生学习的主动性与创造性难以发挥出来。因此，结合力学教学的特点，利用小实验模拟，并结合多媒体技术，将难于直观观察到的力学现象在课堂上直观展现出来，同时又能让学生动手模拟操作，这样既能解决力学理论抽象、枯燥、不易理解的问题，又能改变学生在学习过程中被动现象，激发学习主动性与积极性。 2.1 模拟实验直观地诠释力学原理 我们研发了与《土木工程力学基础》教材配套的模拟实验用元件盒（教具与学具），元件盒里面配备相应的力学模拟实验器件，通过力学模拟实验将构件受力变形效果放大（如图1、图2），这样结构构件受力与变形既能看得见又能摸得着，构件的受力原理就可以直观地呈现出来。同时，直观化教学符合中职学生直观学习优于抽象学习的认知特点，有助于降低学生学习难度，获得成功感，体验学习快乐，让学生们在课堂上抬起头，注意力不再集中在手机上，主动参与学习，真正“动”起来。 图1 纸板放上链条，纸板向下变弯，体现力与变形一致性原理 图2 对不同约束的钢片施压，来模拟不同支座约束与压杆变形的关系 2.2 模拟实验灵活地创建教学情境 除了利用实验元件盒中的元件进行模拟实验教学外，而许多模拟实验教学的器件取自日常用品，教师及学生可以结合自身教与学的特点，开发与利用身边的资源，进行创新设计，去模拟结构构件的不同受力方式，巧妙创建教学情境。例如学生学习“平面汇交力系合成与分解”时，教师可以设计这样一个模拟实验：用一根尼龙绳子绑住学生课桌，让学生设法借助教室里其他构件，使自己用最小的力气用绳子拉动课桌，这样的设计能激发学生去思考，去寻找要借助的东西，课堂气氛因此活跃了。这时，学生可以将绳子的另一端头绑在一个固定点上（例如教室的窗栅），然后从绳子中点垂直于绳子方向用力拉动，就能很轻松地移动课桌，通过这样的现场体验，学生对“力的合成与分解”概念及其应用有了初步认识，再深入学习该章节的内容就容易多了。 2.3 模拟实验巧妙地融合信息技术 中职学生普遍对于生活化、工程化的教学内容兴趣较大，对于理论化教学内容比较抵触，他们上课时经常会问这些内容学了有用吗？用在哪里？利用多媒体虚拟技术展现工程背景和模拟场景，形象地回答学生的学习疑问。同时，也能抓住中职年龄段学生普遍对虚拟技术感兴趣的特点，因势利导地将其兴趣与爱好迁移到学习上来。 2.3.1 影像技术再现真实场景 我们利用影像制品与动画仿真制作等手段，模仿构件受力现象，呈现隐蔽或微观变形。让学生置身于虚拟的工程生产场景中，打破学习在时间和空间上的约束，从而获得更多的直观性知识，同时也可避免学生在真实环境下不安全因素的影响。例如在介绍“低碳钢拉伸力学性能”时，由于受到实验室条件的限制，我们可以制作“低碳钢在拉伸过程的弹性、屈服、强化、颈缩、断裂等五个阶段强度及变形变化”动画，用动画再现真实情境，剖析低碳钢在拉伸五个阶段的受力特征与变形特点，同样取得真实效果，让学生既能直观地观察受力变形，又能提高学习的安全性。 2.3.2 动画技术实现反复学习 利用多媒体动画能实现反复学习，它可实现暂停播放的功能，这有助于教师对某个知识点进行详细的分析，有利于难点突破;同时学生可根据自己学习能力与掌握程度在电脑上进行自主学习，面向全体学生达到分层学习的目的。 3 模拟实验教学的应用 在实践教学中可以根据教学目标与任务的要求，合理应用模拟实验教学法，调动学生学习积极性，力求学习效果实现最优化。下面以“直杆轴向拉伸与压缩时的内力”教学为例，说明模拟教学法在“土木工程力学基础”课程教学中的应用（表1）。 4 模拟实验教学的成效 教学实践表明，模拟实验教学法不但能调动学生学习的主动性、创造性，而且更重要的是提高学生的自信心。模拟实验教学是让学生在模拟的情境下，通过实实在在的模拟实验操作，来学习和运用专业知识，让难以理解的专业知识变得直观、易学。它符合中职年龄段学生的认知特点，这个阶段学生的认识正处于从具体到抽象的过渡期，模拟教学法能在抽象思维培养与具体实践技能之间把握平衡，帮助学生实现认识形式上的过渡。我们采用非随机分派单组控制前、后测实验法，从2012级建筑工程施工专业中选择“土木工程力学基础”半期考成绩相近的两个班12（18）与12（20）为研究对象，恰巧这两个班级人数以及其它班级状况也比较接近（见表2）。 表2 2012-2013学年第一学期两个班的半期考成绩（前测） 用抽签的方法确定12（18）班为实验组，12（20）班为对照组。实验组和对照组由同一个老师担任土木工程力学课程教学，实验组用模拟实验法教学，而对照组仍按原来的模式教学。 经过半个学期实验，对比实验组与对照组的学习成绩，由于实验前实验组与对照组力学学习成绩接近，故暂不考虑前测差异的影响，直接对比实验组与对照组土木力学期考成绩。由表3可知，实验组的力学期考平均分比对照组高出14.3分，及格率提高15.7%。 表3 实验组与对照组2012-2013学年第一学期期考成绩（后测） 除了对比土木力学成绩外，实验期间课题组成员每个月以听课老师的身份对实验组和对照组进行课堂观察（每组各三次），并填写观察表，在观察表中设有“专业知识掌握情况”、“专业技能掌握情况”、“注意力集中状态”、“学习参与度”、“学习合作性”及“分析与解决问题能力”等六个观察项，为方便比较，每个观察项按“较好”、“一般”、“较差”分别赋予“3”、“2”、“1”分值。 由表4、图3可知，实验组学生的学习成绩及表现都明显地高于对照组。任课教师也反映，采用模拟实验法教学后，越来越多的学生注意力开始集中到课堂上，同时，每节课不同的实验，使学生学习的热情始终高涨，课堂上玩手机、睡觉的学生明显少了，且打破传统教学的局限性，使教学进入新的境界，学生容易学，教师容易教。 图3 实验组与对照组课堂学习状况观察对比 5 模拟实验教学反思 （1）中职学生自控能力较差，学生易活跃过头，导致整个教学过程不易控制，造成课堂秩序混乱，所以要求教师加强教学组织与引导工作。（2）学生长时间在课件环境下学习，影像与动画的画面快速变化，很容易产生视觉疲劳，影响学生的学习效果，所以教师要安排好多媒体使用时间，并重视加强教师和学生间的互动和交流。（3）部分模拟实验可进一步优化组合，在有限的时间内突出重点知识的学习。 力学基础论文:土木专业工程硕士研究生力学基础课程群建设构想 摘要：针对目前土木专业工程硕士研究生的力学基础和数学基础都较薄弱的现状，提出了土木专业工程硕士研究生的力学基础课程群建设的基本思路和措施，以面向土木工程实际应用为最终培养目标，强化对学生工程素质和工程理念的教育。 关键词：课程群；力学；知识模块；教学方法 近年来，随着我国高等教育规模的不断扩大，研究生的整体理论水平出现了明显的下滑现象，尤其是土木专业工程硕士研究生普遍的力学基础和数学基础都较薄弱，这给结构动力学与弹塑性力学等力学类基础课程的教学带来了很大的困难。而结构动力学与弹塑性力学都是土木工程专业硕士研究生的主要技术基础课程，理论性很强，在学生的知识结构中起着重要的承上启下作用。因此，如何提高力学类课程的教学质量，促进土木专业硕士研究生工程能力和素质的提高，是值得认真探索和研究的问题。 一、课程群建设的目标 由于课程群承载着技能培养目标、协调着课程之间的关系，使培养目标更明确化[1]。因此，为促进教学资源优化配置，提高土木专业工程硕士研究生的培养质量，强化教学效果，把课程体系中内在联系紧密的结构动力学和弹塑性力学等课程建设成力学基础课程群，以面向土木工程实际应用为目标，强化对学生工程素质和工程理念的教育。通过此课程群的学习，使土木工程的专业硕士研究生能够站在一定的理论高度，较全面扎实地掌握工程结构静、动力分析的典型方法及其原理，会应用所学力学知识解决实际的工程问题。 二、课程群主要建设思路及知识模块 结构动力学和弹塑性力学都是技术性很强的专业基础课程，涉及数学建模、演绎、计算方法和数值模拟等多个研究领域，它们的共同特点是公式多而冗长、计算难而复杂、求解繁琐而难以掌握、涉及面广而不易理解[2]。面对当今力学基础和数学基础都较薄弱的土木专业工程硕士研究生，这两门课程的建设与改革也应顺应时展的要求，以增强学生的工程应用能力为主线，合理采用现代化教学手段，优化教学内容，改进教学方法。例如，可以结合实际的工程项目，加强案例教学，激发学习兴趣，创造学有所用的良好氛围；除了安排必要的课程教学外，应留有对课程相关的内容及实际工程问题进行学习和讨论的余地，培养学生将所学理论知识用以解决工程实际问题的能力，从而激发学生的创新能力和创造能力。为强化对土木专业工程硕士研究生工程素质的培养，初步设想力学基础课程群由以下三个知识模块组成： 1.结构动力学模块：研究结构体系在各种动荷载作用下的力学行为。通过该模块知识的学习，使学生明确动荷载作用和静荷载作用的本质区别，牢固掌握结构振动的普遍规律和结构动力分析的基本研究及计算方法，为改善工程结构系统在动力环境中的安全性和可靠性提供坚实的理论基础，从而有助于在今后的工程设计和工程建设中减少振动危害，让振动为人类服务。 2.弹塑性力学模块：研究可变形固体受到外载荷、温度变化及边界约束变动等作用时，弹塑性变形和应力状态。通过学习，使学生牢固掌握固体变形的规律，掌握非线性变形与塑性变形的概念和分析方法，深入了解结构的承载力问题，会用弹塑性理论对工程结构的应力与变形进行准确地描述和计算，以解决工程中的实际问题。 3.有限元分析技术模块：有限元法是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具，在土木工程分析与设计中有非常广泛的应用。该知识模块要求学生掌握有限元方法的基础理论，了解有限元法的特点及有限元法的基本步骤，掌握梁、板、壳、三维实体和一些特殊单元的线性和非线性特性，会根据研究目的及研究对象的不同，选择合适的单元建立有限元模型。目前，各种专用的和通用的有限元软件已经使有限元方法转化为社会生产力。土木专业的工程硕士研究生在学习了结构动力学、弹塑性力学的基本理论知识和有限元分析的基本方法以后，应能采用大型有限元软件（如ANSYS、ABAQUAS等）计算分析实际的工程问题。 三、课程群教学研究 由于结构动力学、弹塑性性力学、有限元分析等课程内容的学习，涉及到材料力学、结构力学、高等数学、线性代数等许多先修课程中的重点和难点，综合性很强，要求学生有较扎实的力学和数学基础知识，而目前的土木专业工程硕士研究生此方面都较欠缺。因此，该课程群的教学要求应以面向实际应用制定教学计划，从原先以力学基础理论为主逐渐转变为以理论和实践并重的培养模式，强调以理论指导实践、在实践中检验理论并强化其应用和创新的螺旋式上升的学习过程。在教学安排上，应针对各校土木专业工程硕士研究生的实际状况，充分注意和本科阶段力学知识、数学知识相衔接，及时复习课程中涉及到的达朗伯原理、矩阵运算、Fourier变换、常微分方程的求解、偏微分方程等相关知识，并对传统的经典内容加以精选，根据重点引导学生关注工程问题、注重培养学生的力学概念和理论实践能力，对繁琐的公式推导和手算能力不做过高的要求，转而强调培养学生运用现代通用有限元软件进行建模、分析计算并能对求解结果进行对错定性判断的能力，在实践中较全面、系统、深入地掌握土木工程专业的基本力学理论和分析计算方法。在教学方法上可以将老师讲解和同学讨论相结合，采用启发式、讨论式、演示式等多种教学方式，营造师生互动的课堂氛围，激发学生从多角度去讨论问题，重点培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。为了提高学习兴趣、培养科研能力，可以将学生分成3～4人一组，每组设计不同的实际工程题目，让学生自行查阅文献、分工协作、集中讨论，在教师指导下有理有据地完成项目，同时撰写科研报告，并通过分组答辩评定成绩。 四、课程群建设的预期效果 通过力学基础课程群的建设，以适应面向实际工程应用的培养目标为主导，进一步修订完善力学基础课程群的教学内容，改进教学方法，使土木工程专业的工程硕士研究生，既能站在一定的理论高度，较全面地掌握实际土木工程结构分析的基本原理及其典型方法，又会借助有限元分析技术解决实际的工程问题，并为以后的科学研究工作打下坚实的力学基础。 力学基础论文:浅析基础力学教学中如何培养学生的创造力 摘 要：基础力学在培养学生的工程创新能力和创新意识方面有着关键的作用；从如何培养学生的学习兴趣入手，引导和激励他们自主学习，在实际工程中培养学生的创造力，提出一种培养学生创造力的新模式和途径。 关键词：基础力学 改革 创新 创造力 社会经济的快速发展和科学技术的不断进步带动了基础学科的发展。工程中的应用技术对基础力学的要求越来越高，传统的基础力学教学面临新的挑战和机遇；另外基础力学本身比较抽象和枯燥的特性也给基础力学教学工作带来很大难度[1]。如何在基础力学教学中提升和培养学生的创新思维能力，活跃课程气氛和提高学习效率，这也是国家素质教育发展目标的一部分。 1 基础力学教学中创新意识的培养 基础力学作为工科学生的基础课程，公式、公理、推论等比较多，与实践结合相对较少，学习较枯燥，造成大量的学生对于这门课程不够重视，所以必须改变现行教学方法以更好的激发学生的学习兴趣、创新意识和潜能。例如课堂教学中可以联系我国的神州运载火箭、交通碰撞事故等讲解动力学问题；在讲解静力学问题中的约束、物系平衡以及材料力学中的弯曲变形时，可以结合我国当前发生的桥梁断裂事故[2]。讲解典型案例不仅可以活跃课堂气氛，还能使学生广泛了解科学事件，激发大学生的潜在创新意识，指引他们寻找生活中的力学，促进他们更加注重对基础理论知识的理解和掌握，实现创新思维，构建合理的知识体系。 2 教学中培养大学生的创新思维 在基础力学教学中提高大学生的创新意识要从以下几个方面进行探索和改革。 2.1 结合工程实例，强化学生对工程概念的理解 基础力学中的公式和公理大都来源于实际工程，所以讲解时引进相关典型工程案例进行分析，特别是对灾难性事故的分析更能激发学生对力学的学习兴趣；另外，对于有些问题，要与学生共同互动探讨，强化学生对工程概念和意识的理解。 2.2 引导学生阅读参考文献，强化学生自主学习能力 基础力学课程的教材比较多，但是目前为止没有一本教材给出与其教学相关的参考文献。而学生的创新意识和能力必须是在对参考文献的收集、查找、阅读等过程中逐步培养的。为此，教师必须引导学生阅读一些高于课堂教学内容的参考文献。这样不仅开阔学生的学术视野，也能够强化学生的自主学习和创新能力。 2.3 培养学生利用计算机对工程计算的能力 随着计算机技术的发展，对一些力学问题的解决方法已由经典分析法转变为通过计算机模拟求解。引导学生充分运用数值模拟软件如FLAC3D、ANSYS、UDEC等[3]，可以提高他们的工程计算能力以及对计算结果正确性的判断能力。 3 利用力学基础知识，提高他们的创新技能 大学生的思想和价值观随着社会的发展而发生变化，其中“重理论，轻实践；重知识，轻能力”的思想充斥着学生的头脑。这就使得大学教师必须把以传授知识为主的教学理念转变为以培养学生能力为主。 3.1 鼓励学生参与各类力学竞赛 大学里的创新协会为每位学生提供了科技创新机会。鼓励和引导学生多参与科技创新活动和竞赛，能够激发学生的潜在创新意识和能力，全方位锻炼学生的综合能力。 3.2 积极参与教师的科研项目 高校每年都组织大学生创新基金项目的申请工作，针对基础力学的应用和学习，指导学生积极申报并在课题研究过程中不断帮助学生培养其创新能力；另外，寻找力学基础好的学生参与到教师的在研项目中，寻找力学的突破点，进行相关计算和研究，锻炼和培养学生的创新技能和意识。 4 结语 在基础力学教学过程中，要依托学科优势，不断改变教学方式方法。在教学过程中注重培养学生的创新能力，挖掘学生的潜在创新意识。要秉承优良的传统，开展研究型教学，将教学改革和科研成果转化为教学资源。在师生之间创造求知的好奇心以及宽松的学习环境，循序渐进的培养学生的创新能力。高校在不断提高教学质量的同时，应积极鼓励学生提升创造力，使我国的基础力学工作再上一个新的台阶。 力学基础论文:连续介质力学的物理基础 连续介质力学（Continuum mechanics）是力学当中的一个分支，是处理包括固体和流体在内的所谓“连续介质”宏观运动的力学。它是一门横断学科，其研究对象横向贯穿于众多领域之中。 这本《连续介质力学的物理基础》，会引起研究固体或流体宏观运动的工程师、数学家、物理学家的兴趣。不同于此学科通常意义上的工作，这本书从分子尺度上探究了连续介质模型所蕴含的物理假设。这样，通过同时强调它们的宏观来源以及对长度和时间尺度的敏感性，可以对相关概念和场的物理实质有一个清晰的理解。作者巧妙地将这种方法应用在混合物、广义连续介质、流过多空介质的流体等相关理论以及分子成分随时间变化的系统中。同时，也包含统计力学基础方面的内容用来做为对比，并且有两部分附录的内容来阐述相关的数学知识。 本书共分为15章：1.作者写作本书的初衷；2.连续介质力学的基础知识；3.与连续介质相关的概念；4.质量和动量的空间局部平均；5.引入速度场来生成相应的运动图；6.能量平衡的局部形式；7.通过考虑匹配时刻，得到了小尺度的关系；8.时间平均法；9.介绍混合物理论基础；10.小尺度范围的考量：动量、对偶应力、非均匀性和力能学；11.用单元平均法联系微观与宏观；12.对具体材料的建模；13.非局部平衡关系；14.经典统计力学基础知识；15.总结和对今后研究的建议。附录A介绍了向量和线性代数，附录B欧氏空间几何。 通过着重于解释连续介质模型所蕴含的物理内涵，为连续介质力学的内容做了很好的补充。书中独特而全面的内容，可以为此领域的学生和专家提供参考,适合力学专业、机械专业、材料加工专业的研究生、博士生和相关的科研人员、工程师阅读。 甘政涛，博士研究生 力学基础论文:土木工程分析的施工力学与时变力学基础 摘 要：这个经济快速发展的社会，带动了土木工程行业的发展，使得土木工程建设中的项目增多起来，其规模也在不断壮大，同时，伴随而来的是工程项目的复杂性，在施工的过程中安全事故问题也在逐渐上升。导致施工安全事故发生的一个最主要的方面，是由于在整个工程的设计中对于具体施工过程可能出现的情况考虑不全面。土木工程中对于施工力学和时变力学的提出，是对土木工程分析的规范，使得土木工程分析趋于科学性，降低了施工过程中安全事故的发生。 关键词：土木工程；施工力学；时变力学 随着经济的快速发展，土木工程中的项目规模不断扩大，比较大的工程项目包括高大的建筑、有相当跨度的建筑、地下建筑、大坝、海洋工程等都在不断增加，它们都是施工大规模、范围广、持续的时间长、过程复杂。在土木工程建设规模在不断增大的同时，伴随而来的是土木工程施工的过程中安全事故的增多，这严重给人民的生命财产安全带来了伤害以及影响了工程建设的效率。因此，对于土木工程的分析研究是有意义的。 一、土木工程分析中的施工力学 1、施工力学和数学基础 在土木工程这门学科中，时变力学是施工力学最基本的东西。这是由于在土木工程的项目中，施工力学研究的对象都是随着时间的流动而变化的。力学并不是一成不变的，它也是会随着时间而向前发展的，在这种变化中，同时还会出现新的想法。这些想法大部分的基础都是随着时间的变化而改变的，但是，力学的基本原理是不变的，也就是力学的构成要素是恒定的。但是，随着经济的发展，技术在不断的革新，一开始的一些想法已经跟不上现在的发展水平，导致现在对力学的研究更加注重其构成要素的研究，就在这种情况下，时变力学就诞生了。在现在得实际生产中，一些土木工程的项目依据的都是时变力学。 目前，对于土木工程的分析，还要参照数学方面的东西。在土木工程项目的具体施工过程中，那些关于土木工程内在因素的分析需要用到数学中的微积分，因此，在土木工程分析中，涉及到了时变性的数学知识。在具体的土木工程分析过程中，时变数学的施工分析难免会遇到很多困难，这就需要在具体的实际操作中，要注重分析和研究。 2、土木工程施工分析中的力学效应 土木工程施工分析中的力学效应包括两类，即时效和路效。第一类时效，说的是在相同结构的建筑设计中，由于选用了不同的设计方案，导致其最后的结果也是不同的，最终，力学所处的状态也是不同的。例如，在实际的施工过程中，建筑物材料的状态会随着时间的变化而变化，这就是产生了土木工程中施工力学的时效性因素。第二类路效，在实际的施工过程中，由于采用施工方案不一致，施工的过程和施工力学最终的结果有所不同，导致状态不同。在具体的土木工程施工过程中，原材料的几何性质等都能引起施工力学的路效。 二、土木工程分析中的时变力学 1、物性时变力学 在土木工程分析施工的过程中，有一些建筑材料的物理性质会随着施工的进行会发生改变，会发生这些变化的施工材料就属于物时性力学的范畴。例如，像施工的过程中用到的混凝土这样的建筑材料，在使用其后，过一段时间它的物理性质就会发生一定程度的改变，那么对其进行的施工方面的计算就属于物性时变力学分析的范畴。关于这一类的时变力学分析中，要特别注重对时间函数的区分，假如用到了时间函数那么就可以直接利用力学中的方程式进行分析研究。 2、线弹性时变力学 在土木工程分析的施工过程中，假如所选用的施工材料有线弹性和无热效应。在整个工程的施工过程中，施工的循环的时间远超出了系统自身发出振动是循环的时间，在这样的情况下，可以不考虑由于惯性产生的结果，运用静力学分析的方法，那么，对于土木工程分析的施工就属于线弹性时变力学。在以前的分析手段中，关于这类问题的分析一开始采用的是空间变量方程，但是在目前的情况下，因为物理方面的因素和几何范围方面的因素会随着时间的改变而改变，这就使得在实际的施工过程中要仔细的分析和计算，进而出现了时间上的变量参数。 3、粘弹性时变力学 在土木工程分析施工的过程中，所采用的施工材料很多，随着施工的进行就会有一些施工材料随着时间的改变而改变，拥有这种特性的施工材料具有一定的流变性。在土木工程分析的施工力学中，关于这类问题的分析就属于粘弹性时变力学分析的范畴。在实际的操作过程中，依据的是时间参数、物理参数、几何范围产生的时变耦联，把一开始的时间上的变量和空间上的变量转化为有参数变化的方程式。在现实的实际施工过程中，像混凝土、沥青和粘土等施工时用到的材料都具有这种流变的性质，对于这些原材料的施工分析就属于粘弹性时变力学分析的范畴。 4、非线性时变力学 在土木工程分析施工的过程中，在施工过程中用到的材料有一定的非线性，那么关于这部分材料的施工分析就包括在非线性时变力学分析的类别中。像建筑材料中的混凝土、岩土介质等都属于非线性特点的材料，在对其地基进行挖掘的过程中，可以利用粘弹性时变力学进行分析，另一个可行的方法就是利用积分转换。在不属于线性时变力学的计算范围内的，最终得到的结果影响因素是多方面的，包括一开始的使用过程、几何范围、物理因素等。实际上，在不是线性分析中，时变分析和传统分析方法所产生的最终结果是有区别的。 非线性包括了物理上的、边界上的和几何上的非线性，并且这三类中有细分为好多小的方面。在实际中的解决方法中，可以采用数学中的微分方程。 三、结语 （1）在土木工程分析施工的过程中，关于受力的分析属于比较大的工程设计计算中的一个不可或缺的内容。在土木工程分析施工中，需要全面的分析所设计的图纸和施工的整个过程两个方面，这样才可以保证工程顺利进行。 （2）在对施工力学进行分析时，极值或者最后的结果是与一般的非施工力学分析法是有很大区别的，这种差别小到一倍之差，大到三倍之差，所以需要加大对其的重视程度。 （3）如果所采用的施工材料有明显的粘性、非线性的特点或者施工中具有热效应，那么就需要通过更加专业的施工力学方法进行研究；如果在施工中改变的只是几何的范围或者所使用材料的特点，就需要依据施工过程中的不同参数进行多次常规分析组合。 （4）如果施工材料有很明显的粘性、非线性特点或者施工过程中有热效应的产生，那么工程结束后表现出来的力学最终的结果与施工的过程有联系，由此可以得出，采用施工力学手段，对施工的整个过程进行最优处理，使得在相同的工程条件下，使得最终的结果最优。 （5）在土木工程分析力学的施工过程中，依据的是时变力学，包括的对象有线弹性、粘弹性、非线性、热弹性及物性时变力学。为了突破土木工程施工力学分析中的问题，需要注重研究在施工过程中的时变力学数值的方法及其通用程序，来找到施工分析计算的好用的方法。 （6）在土木工程分析施工的过程中，应依据不同工程类型的特征分别进行研究，例如，结构工程、地基工程、地下工程、大坝工程、桥梁工程、海洋工程等。所属不同类别的工程要有不同的解决方法，把所有的人力和物力收集到一块进行研究，制定出只属于本类别的有效的解决方法、过程与制度，这在未来是急需要解决的。对土木工程分析施工力学的研究，将会在整个土木工程中产生深远的影响。 力学基础论文:应用型本科院校基础力学教学改革的实践探索 摘要：基础力学是土木工程、交通土建、机械制造等工科的专业基础课。文章依据应用型人才的培养目标定位，提出让学生“在探索的过程中学习、在自主的条件下实验、在工程的背景下实践”的基础力学教学新理念，从探究式教学的运用、分层次力学实验体系的构建、开放式工程训练情境的营造等方面对基础力学教学进行全方位的改革和实践。 关键词：应用型本科院校；基础力学；教学改革 在高等教育大众化的大背景下，应用型本科院校担负着为我国经济社会发展培养高素质应用型人才的重任。一般认为，应用型人才是指具备一定理论基础知识，具有较高的综合素质和较强的实践能力，在工业和工程一线岗位从事解决实际问题并维持正常生产的高等技术型人才[1]。对于应用型人才的培养，要以实践能力培养的系统性代替知识培养的系统性[2]，解决封闭的课堂教学与开放的人才成长工程环境相矛盾的问题，探索适合应用型人才成长的教学模式。 目前，国内很多高校在基础力学的课程体系、教学方法[3-4]和结合工程实际[5-6]等方面都做了有益的尝试。常州工学院是一所定位于“面向基层、服务地方和培养高素质的具有创新精神和实践能力的应用型本科人才”的本科高校，学校基础力学教学团队针对应用型人才培养的特点，对基础力学的教学进行了卓有成效的改革实践。精讲基本概念和基本方法，突出力学原理的工程应用，提出让学生“在探索的过程中学习、在自主的条件下实验、在工程的背景下实践”的教学新理念，在应用型人才的力学知识与能力系统的塑造培养方面取得了良好的效果。 一、基础力学在应用型人才培养中的定位与问题 在应用型院校中，理论力学、材料力学、结构力学等基础力学课程是土木工程、交通土建、机械设计制造等工科专业的专业基础课，是联系基础课和专业课的桥梁和纽带，在专业培养计划中占有十分重要的地位。学生对力学知识体系和基本概念的理解和掌握程度，直接关系到后续专业课程的学习以及就业后解决工程实际问题能力的养成。与应用型人才培养目标相适应，本科基础力学教学应定位于“培养运用力学基本原理处理工程问题的分析与计算能力”。 目前，传统的基础力学教学尚有一些与应用型人才培养不相适应的问题。如课堂教学中采用以传授知识为目的的“填鸭式”教学模式，扼杀了学生学习的主观能动性和创造性；力学分析局限于简化后的计算简图，只考虑力学模型而忽视构件（结构）原形；力学实验采取“课堂讲授公式，实验验证理论”的固有模式，实验项目局限于验证性实验，学生按固定的步骤机械地完成实验；重理论而轻实践，工程实践教学缺位，力学课程与后续专业课程脱节，学生不能学以致用。这些问题的存在很容易导致学生对力学的学习失去兴趣，难以达到理想的教学效果。 二、运用探究式教学，在探索的过程中学习 针对基础力学课程的特点和学生的接受能力，运用探究式教学方法。探究式教学以学生为主体，教师为主导，在教师的启发下，学生在已有知识和经验的基础上按照自己的思维方式去认知新事物，通过主动学习原始材料探索有规律性的知识。教师在教学过程中着重引导学生总结规律、提炼结论，学生体验到发现新知识的兴奋感和完成任务的成就感，就会潜移默化地提高学习力学的自信心和积极性。 比如，在理论力学关于“点的速度合成定理”的教学，可利用PPT展示工地上塔吊的工作视频，向学生提出问题：“如何求滑车相对于地面的速度？”进一步引出“绝对速度”、“相对速度”及“牵连速度”等力学概念，通过讨论与启发形成解决问题的方法，并提炼形成结论性的知识点――绝对速度等于相对速度和牵连速度矢量之和，最后通过列举工程案例将新知识应用于实践。在探究式教学过程中，可让学生完整地体验到用力学原理解决工程问题的思路和方法，锻炼了分析问题和解决问题的能力。 再如，在材料力学关于基本变形的教学中，当学生学会从几何、物理和静力学三个方面入手推导“单轴拉伸（压缩）”正应力公式后，学生头脑中已经形成一定的思维模式和认知规律，此后的“圆轴扭转”、“梁的弯曲”等基本变形下的强度和刚度计算公式，推导思路基本相同，教师在教学过程中可只起引导作用，不再面面俱到地详细讲解，把探究问题的过程真正还给学生，使学生在开放与自主性的教学活动中主动参与新知识构建的全过程。 基础力学的各门力学课程构成了一个严密的知识体系，课堂教学中要适时地引导学生从知识体系的角度探究规律，不断加深、丰富对力学基本概念的理解。如关于杆件受力分析的截面法，材料力学中矩形截面梁的正应力关于中性轴对称，结构力学中的平行弦桁架的上、下弦杆的内力也是对称的，可认为桁架是由梁衍化而来的结构形式，在对比分析各种工程结构形式的受力特点及技术经济优势中，让学生加深对力学基础概念的理解，培养综合分析能力。 探究式教学教师由单向知识传授转变为基于解决问题的互动式教学，学生由被动继承知识为主的学习转变为对未知事物的主动求索，从“知识本位”上升到“能力本位”，从“发现问题”递进为“应用理论”。 三、构建分层次力学实验体系，在自主的条件下实验 力学实验是工程设计和科学研究的重要手段，也是培养分析问题、解决问题和独立工作能力的重要环节。力学实验体系的改革也应突出学生的主体地位，充分调动学生的主观能动性。根据学生认知能力和兴趣差异，构建由基础性实验、综合性实验和创新性实验构成的分层次实验体系，从不同层面培养学生的动手能力和创新能力，将实验内容从基础性课内实验向综合性课外实验延伸，实验性质也由验证性向综合性和探索性转变。 基础性实验由演示实验和基础实验组成。演示实验用于课堂教学中引出问题和验证理论。通过视频、动画、图片引导学生从感性认识逐渐上升到理性认识，启发学生从中提出问题或发现问题，应用所学知识解释力学现象并进行力学分析。基础实验是将理论教学中的基本概念和方法直接用于实验分析中，熟悉和掌握重要知识点，培养熟练操作实验设备、独立完成实验的能力。 综合性实验综合应用一门课程的多个知识点或多门课程的相关知识点，体现所学内容的交叉与融合。这类实验注重综合性和自主性（自选题目、自选实验方案），以提高学生综合应用所学知识解决实际问题的能力。 创新性实验配合后续专业课程的学习，就专业相关实际工程中的力学问题提出力学模型、分析方法和实验方案。或从任课教师的科研项目中提炼与力学计算相关、难度适中的实验内容，指导学生申报大学生创新训练项目，历经调研、立项、实施、结题等科研活动过程，使学生经受系统的科研训练。 四、营造开放性工程训练情境，在工程的背景下实践 （一）力学教学着眼于解决工程问题 实践教学是对学生进行基本技能训练、培养学生创新能力的重要手段，也是基础力学教学的重要环节。对于应用型本科的基础力学教学，要在专业培养计划中强化工程的观点，优化整合基础力学与后续专业课程的教学内容，将解决工程问题的能力作为检验教学效果的根本依据。 （二）提供各种训练途径培养学生的实践能力 在基础力学课堂教学之外开辟第二课堂，营造开放性的工程训练情境，结合力学竞赛、横向课题、社团活动等课外实践途径，让学生在真实工程的背景下体会力学建模、力学分析和计算过程，在实践过程中加深对力学知识的理解，提高对力学知识的综合应用能力。 相比常规教学方式，力学竞赛具有趣味性、激励性和交流性，切合学生思维活跃、参与欲强的特点。结合定期举办的省级、国家级大学生力学（实验）竞赛，组织学习能力强的学生报名参赛，并给予系统的辅导和培训。对于获得比赛名次的学生，所在学期的基础力学课程可予免考，直接给予良好以上的课程成绩，激励学生投入更多的精力来学习力学。 依托学校工程教育中心和校外实践教学基地，让学有余力的学生参与横向课题项目，特别是与力学原理相关性强的内容（如现场检测玻璃幕墙拉结螺栓锚固强度、检测钢筋混凝土屋架强度、检测行车混凝土梁挠度等），让学生参与完成其中的力学分析、工程结构位移测试、材料及构件力学性能检测等工作任务。让学生在真实工程背景中意识到力学的实用价值，可起到事半功倍的教学效果。 组织学生成立“力学社”、“机械创新社”、“工程检测小组”等科技社团，开展经常性的工程实践活动，以“项目实现”作为工程实践的组织原则，发挥社团骨干成员的核心作用，以点带面地发动更多的学生参与工程实践，既锻炼了学生用力学原理解决工程问题的能力，又培养了沟通协作能力和团队合作精神。 应用型本科基础力学的教学应秉承“从工程实践来，再回到工程实际中去”的理念，改革基础力学“课堂传授知识、实验验证理论”的传统教学模式，营造工程情境，让学生“在探索的过程中学习、在自主的条件下实验、在工程的背景下实践”，激发学生学习的主观能动性，为培养高质量的应用型人才奠定基础。 力学基础论文:基于大土木工程观的土力学与地基基础课程改革 【摘要】基于大土木工程观，结合土力学与地基基础课程的特点，从教学内容、教材建设、教学方法、教学手段、师资队伍、实践教学等方面提出课程改革的建议。 【关键词】土力学与地基基础课程改革大土木 土力学与地基基础是大土木工程的一门通用的专业基础课。该课程的主要特点是内容丰富，应用广泛，但连贯性差，公式多，涉及学科多，假设条件多，知识体系松散。此外，答案往往不是唯一的，对同一个问题，可以有多种答案。而高职学生本身理科基础普遍较差，抽象思维能力和分析推导能力相对较弱，要在短短的64课时内掌握如此多的内容，还要考虑到不同的试验方法有不同的适用情况，难度可想而知。因此，如何根据高职学生的认知基础、接收能力和土力学的学科特点，在有限的课时内把知识讲活，并能联系实际工程，拓宽到其他工程领域，是该课程教师普遍关注的问题。本文基于大土木工程观，探讨土力学与地基基础课程的改革。 一、从绪论入手。提高学生的学习兴趣 “兴趣是最好的老师”，要从第一次课就吸引学生的注意，激发学生学习的兴趣，让学生由被动接受知识到主动求知。在上绪论时，可以首先提出问题：为什么学习该课程？本课程在大土木工程中的作用是什么？土力学理论掌握不好会带来什么严重后果？同时，介绍本地区地基基础工程成败的实例和国内外人们熟知的工程案例，如加拿大特朗斯康谷仓地基破坏的原因和处理方法、苏州虎丘塔和意大利比萨斜塔的倾斜原因和加固措施、美国Teton坝溃坝的整个过程，以上案例可归结为与土有关的强度问题、变形问题和渗透问题。这就使学生认识到土力学作为地基基础的理论基础，掌握其基本原理的必要性；基础作为建筑物的根基，在工程中的重要性。另外，地基基础工期长，通常占总工期的20%以上，造价高，可达总造价的30%，这些数据也会提高学生对课程的重视程度进而产生学习愿望。 二、基本大土木工程观，注重教材建设 教材是学生获取知识的主要途径之一，也是高职教育教学中的重要组成部分。目前，市场上土力学与地基基础的教材有几十种，大部分是按照各专业规范编写，摘录大段规范，专业特色非常明显。这样的教材学与用结合紧密，规范讲什么，就教什么，短期效果明显。但从长远看，学建筑的不懂高承台桩，学路桥的不明白弹性地基梁板。而市场经济下的学生面对的是土木工程各个领域，如通过对广西交通职业技术学院建筑工程技术2007级、2008级毕业生的跟踪调查，发现有近四分之一的毕业生未从事建筑行业，而是转向公路、铁路、市政等其他工程领域。其中，毕业生的反馈意见中提到：土力学知识应用广泛，但由于使用的规范不同，建筑依据的是《建筑地基基础设计规范》，路桥依据的是《公路桥涵地基与基础设计规范》，就出现了在专业术语、基本概念、计算参数和评定标准等方面的矛盾。还有，国家规范每10年左右修订一次，规范变化了，教材落伍了，要重新进行修订，但教材的修订总是滞后几年，常常出现在学校学的是老规范，在工地上用的是新规范。这就是现行教材与规范联系太紧密而忽略了基本理论教育的后果。 因此，教材的编写要基于大土木工程观，考虑到土力学与地基基础课程是一门大土木工程的专业基础课，内容上应面向工程共性，不应以某本规范为依据编写，要注重基本概念、基本方法和基本原理的教育。基本原理清楚了，“万变不离其宗”，不论规范如何变化，都可以从容应对，使学生具备较强的工程适应性。但同时也要考虑到高职学生理论基础比较薄、接受能力比较差的特点，还需要引入典型的工程案例对所学进行说明，帮助学生更好地掌握基本原理，理解各行业标准的异同。 三、运用多种教学方法，优化教学手段 在课程教学中，应针对不同的章节，不同的教学内容，采用不同的教学方法。探索传统黑板教学、多媒体教学、项目化教学及启发一发现式教学等多种教学方法结合的立体式教学模式。 第一，多媒体和黑板并行。多媒体课件把教学内容直观地展现在学生面前，能节约时间，丰富教学内容，增加信息量，弥补单纯理论教学的不足。如在讲土压力时，通过动画，可以很清楚地看出主动土压力和被动土压力中挡土墙的移动方向，帮助学生掌握两种土压力的概念；在讲到边坡时，通过播放某基坑边坡坍塌过程的录像，使学生对边坡的重要性产生深刻的认识。而在经典理论知识的讲解中，还是要发挥黑板教学的优势，采用板书推导重要公式。这种板书与多媒体相结合的教学方式，能够提高教学效率，加深学生印象。 第二，项目化教学。以项目为载体，充分调动学生学习的积极性。如第一章土的物理性质和土的工程分类，指标多，难以记忆，容易混淆，很多学生直到课程结束还没有搞清楚。所以，在上本章内容前，先介绍一份学生宿舍楼勘察报告，通过勘察报告介绍指标含义、表达符号和适用范围。再让学生对宿舍楼周围的地形及裸露地面的土进行观察，这样就可以加深学生对指标的记忆和理解，同时也可以培养学生现场调查的能力。而在地基处理教学中，选择典型的工程案例，介绍各种地基处理方法及其加固机理、施工步骤、质量检验；选择失败的工程项目，说明地基处理方法的适用范围和局限性、工程中的不确定性和地域性。 第三，启发一发现式教学。将启发法与发现法结合起来贯穿于教学全过程。从教师的教学方面看，是启发法，引导学生积极思考，教师不仅是“传道、授业、解惑”，还要是一个引导者，通过创建符合教学内容的情境，使学生跟随授课内容进行思考；从学生的学习方面看，是发现法，学生要在教师的引导下去发现；从“教”与“学”两方面看，是启发一发现式教学。启发一发现式教学是培养学生创造性思维的一种好方法，培养学生科学的学习方法和继续学习的能力。 第四，现场教学。由于地基基础属于隐蔽工程，很难看到建筑物的基础，因此，在施工条件允许的情况下，应尽量组织现场教学。如在学习桩基检测时，带领学生到校企合作共建生产性实训基地，了解基桩检测仪器，操作过程和数据处理方法等；在学习浅基础和桩基施工时，结合现场讲解基础的构造和施工方法，既使学生掌握先进技术，又激发学生学习的动力。但由于教学安排的固定性和工程的不确定性，并不是每一届学生都可以找到合适的工地进行现场教学。为了弥补这种缺陷，可以充分利用现代化教学手段，按照大纲需求制作精美的多媒体教学课件，通过图片、动画和施工录像将基础施工和试验过程展现出来。 四、“引进来、走出去”。构建“工程型”教学团队 教师能力的高低是教学成败的关键。作为高职教师，不仅要有扎实的理论基础，还应有丰富的工程经验。大多数高职院校的教师是本科院校的毕业生，有理论，但较缺乏实践。因此，应对教师进行培训。例如，广西交通职业技术学院定期对专业教师进行培训，选派中青年教师“走出去”，深入企业进行轮岗、顶岗锻炼，从课堂走向工地，直接参与生产实践，紧跟行业发展，从工程中找寻适合教学的项目，提炼出学生应掌握的知识点，进行针对性的教学，提高教学效果。此外，还鼓励教师参加注册岩土工程师执业资格考试，考试内容涉及建筑、路桥、港口、水利、地下工程等几十本行业规范，通过复习考试，帮助教师学习行业标准，扩充知识体系，有利于“大土木”教学。通过“引进来”，聘请高级工程技术人员担任兼职教师，将他们的工作经验和生产实践传授给学生和青年教师。 五、加强实践教学。开放实验室 实验教学是本课程教学的重要环节之一，土的基本指标即密度、比重、含水量、液塑限、压缩系数、压缩模量、凝聚力、内摩擦角等，都是通过实验测定的。所以，，在进行基础理论知识教学的同时，也要注意实验教学的改革。以前的实验课就像工人在生产线上生产产品一样，教师先分好组，再把实验内容、操作步骤、数据处理、报告形式讲清楚，学生只是按照教师的设定机械地完成操作，上交实验报告，就算完成整个实验教学，并没有经过独立的思考。针对这种情况，教师可以提前布置实验内容，学院开放实验室让学生利用业余时间熟悉实验设备，根据实验指导书进行预习。在实验课上，教师只作重难点讲解，其他的则由学生自己动手完成，教师只起到指导和监督的作用，并记录学生的实验参与过程，以此作为实验成绩评定的依据，鼓励数据不合理的学生重做实验，以此培养学生严谨细致的工作态度。同时，在实验内容方面，也应做到优化，在开设验证性试验的基础上，开辟设计性、综合性等提高性实验。 六、开展具有地方特色的教学活动 我国幅员辽阔，不同的地理环境、气候条件、地质历史，使各地土质具有不同的特征，如东北冻土分布广泛，黄土高原湿陷性黄土居多，膨胀土遍布广西境内。因此，各地区地基处理的方法、基础的类型存在一定的差异。在教学过程中。可以结合当地地质条件开展具有地方特色的教学活动。 综上所述，土力学与地基基础课程改革应考虑不同专业的共同点与差异性，注重基础理论教育，考虑实际工程应用，运用多种教学方法和教学手段，在有限的课时内让学生既能学到土力学基础知识，又能运用基本理论分析和解决实际问题。 力学基础论文:力学基础课程的教学改革 摘要：我校的理论力学为国家级精品课程，经过十几年的建设，已经形成了较为完整的课程体系和现代化教学体系。本文主要介绍我校理论力学课程的教学改革，为国内从事相关课程教学的教师提供参考。 关键词：理论力学；教学改革；课程 一、引言 理论力学是工科专业大学生必修的一门技术基础课程，它的基本任务是在学生已有的中学力学的基础上，培养学生具有对工程对象正确建立力学模型的能力，具备对这些力学模型进行静力学、运动学和动力学分析的能力，具备利用理论力学的基本概念判断分析结果正确与否的能力。我校的理论力学是一门面向全校开设的基础课程，授课采用两本教材，一本是洪嘉振教授等编著的《理论力学》，该教材从矢量力学出发对概念进行阐述，授课对象为机械类专业学生；另一门教材为刘延柱教授编著的《理论力学》，该教材从传统的结构力学出发进行描述，授课对象为船舶工程、环境、土木等专业学生。我校的理论力学于2003年被评为国家级精品课程，经过十余年的建设，已经形成较为完整的课程和教学体系。以下以机械类专业的理论力学为对象，介绍课程的教学体系与改革内容。 二、教学体系与改革 1.教学内容安排。本科生理论力学研究的对象为刚体，主要讲述平面问题，授课内容包括静力学、运动学与动力学三部分。我校机械类专业的理论力学授课学时为81学时，课程于大二上开设，学生人数500多人，由4～5名教师承担教学任务。课程内容安排为：绪论2学时，数学基础5学时，静力学12学时，运动学14学时，运动学计算机辅助分析8学时，矢量动力学基础10学时，刚体动力学8学时，分析力学14学时，动力学计算机辅助分析8学时。教学所用教材是从矢量力学对问题进行描述的，因此在正式进行理论力学教学内容前，安排了5学时的数学基础授课，介绍教材中所需用到的数学知识，并且统一符号表达。目前大型工程软件在实际工程中得到了大量使用，是现代工程设计的主要手段之一。运动学和动力学计算机辅助分析内容的教学目的就是为了与大型工程软件应用相接轨，让学生了解和掌握工程应用软件的理论构架和计算方法。理论力学中，静力学内容较为简单，难点在于摩擦平衡问题。运动学主要包含定点和动点的速度和加速度分析，其中动点问题是难点。动力学中，碰撞问题需要用到动量定理和动量矩定理的积分形式，拉格朗日第二类方程涉及到动能定理的内容，因此动力学内容的重点是碰撞问题、达朗贝尔原理、虚位移原理、拉格朗日第一类方程和第二类方程。课程安排有期中和期末考试，不占教学学时。期中考试内容为静力学和运动学，期末只考试动力学。因为动力学内容中需要用到静力学和运动学的知识点，例如采用达朗贝尔原理解题时需要用到静力平衡和运动学中的加速度分析等，因此期末考试事实上是对理论力学所有知识点的测试。 2.多媒体技术应用。目前多媒体技术已经在高校的授课中得到了大量使用。使用电子教案后，教师可以有更多的时间开展课堂讨论，实现启发式教学，从而提高教学效率。要达到此目的，教师应在电子教案的制作上和内容安排上做足功夫。以往板书教学的优点是学生可以有充分的时间理解和消化教学内容，有充足的时间做笔记，课后复习时对课堂内容的印象也较深。电子教案很容易使得教师讲课内容快和产生“走马观花”现象，导致学生来不及消化课堂内容。因此，电子教案的使用应当注意如下问题：一是电子教案的内容安排上应当尽可能地接近板书形式，前后内容进行有效关联，便于学生理解；二是进行电子教案和板书相结合的方式进行教学，关键知识点应该利用板书进行辅助；三是教师应当掌握好讲课速度和授课技巧，不断进行课堂师生互动，实时掌握学生对授课内容的掌握程度。要取得好的讲课效果，任课教师应当不断磨炼和提高个人授课技巧，提高电子教案的实用性，注重课堂教学中学生的参与度，只有这样才能真正达到理论教学与现代化教学手段相结合的目的。我校的理论力学电子教案多年来根据使用情况和学生的反馈不断得到完善。为了给学生一个直观认识，电子教案中针对教学内容的各个知识点开发有大量的动画显示，这在丰富教学内容的同时，也大大提高了教学效果。另外在教学中，针对航空航天和机械等系统，穿插了一些科研介绍，以提高学生的科研兴趣。多年的教学实践显示出，该电子教案在精简授课学时、激发学生学习兴趣、提高教学效果等方面取得了良好实效，能够取得很好的教学效果。开发电子教案的另一个目的，是可以为兄弟院校提供教学参考。 3.计算机辅助计算基础与应用。以往的理论力学课程较少涉及计算机辅助分析的内容。对于实际工程系统，目前计算机辅助分析已经成为现代工程设计的主要手段之一，而且已经开发有成熟的大型工程应用软件，这些软件是基于力学的基本原理进行开发的，在国民经济建设中发挥着重要作用。为了提高学生的知识结构和面向21世纪的高素质人才培养，我校的理论力学在课程教学中引入了运动学和动力学的计算机辅助分析内容，开发了《理论力学求解器》软件（在纸质教材中附有光盘），并且分别在运动学和动力学的计算机辅助分析理论教学内容结束后，安排学生上机实践，进一步理会理论力学的关键知识点，这样一方面可以让学生对大型工程软件的构造和计算方法等有一定的认识，领悟掌握好理论力学知识的重要性，另一方面可以为学生今后的工程服务打下基础。采用以上教学改革措施，可以达到理论教学内容与工程应用软件相结合的目的。 4.实验教学。我校的理论力学课程安排有实验内容，包括静力学、运动学、振动、、综合演示等实验。学生可以按学号登陆“工程力学教学基地”网站（http：//），网上察看选课办法和实验要求。实验教学要求学生在实验教师的指导下，在规定的时间段内利用业余时间独立完成实验，并且提交实验报告。实验教学由工程力学实验中心教师承担，不占理论力学的教学学时。实验作为理论力学教学的辅助功能可以加深学生对知识点的掌握，提高学生理论联系实际的能力，以达到理论教学和实验相结合的目的。近年来，工程力学实验中心对大量的教学实验进行了更新和改造，充分应用新的实验技术和结合工程实践，开发出了一批综合性和设计性实验，为提高学生的实验动手能力提供了条件，详见以上的教学基地网站。 三、结语 教学改革是一个长期和艰巨的任务，一门课程的体系与教学内容的完善需要在教学实践中反复锤炼，应根据科技的发展去除陈旧内容、补充新知识。理论力学是一门工科专业必修的技术基础课程，它是工程技术的主要基础之一，对于机械和航空航天等专业尤为重要。在面对新世纪创新人才培养的要求下，理论力学课程应当顺应科技的发展，不断在课程体系、教学内容、教学方法、教学手段等方面进行革新，实现课程教学与现代信息技术的整合，为培养合格的创新性工程技术人才做出贡献。 作者简介：蔡国平，男，上海交通大学工程力学系，博士，教授，博导，研究方向为结构振动与控制。 力学基础论文:《无机材料课程基础》动力学教学的启发式教学初探 摘要：本文以建构主义学习理论为指导，对无机材料科学基础动力学的启发式教学进行了探索。从动力学最基本的概念出发，根据常规的思维模式，以问题为中心，对无机材料科学基础动力学的知识体系进行了梳理。以生活常识和学生已有的知识体系为基础，通过设问和解疑，引导学生构建自己的知识体系。以辩证法为指导，引导学生积极思考，形成自身的开放性的知识构架，对培养学生的创新素质具有重要的意义。 关键词：无机材料科学基础；启发式教学；建构主义理论 建构主义认为，知识是学习者在一定的情境之下，根据情境中的线索调动头脑中事先准备好的多方面，多层次的先前经验，通过主动积极思考，对新信息进行解答并赋予它们具有学习者自身特色的意义，然后以此为原材料，形成自己的知识构架。教育的问题，其本质是促进学生思考，形成新的知识体系。因而，作为教育主体的老师，其角色也要发生重大变化，由原先的知识传播者转变为思想的传播者。其主要的使命，是以所要传播的知识为媒介，教会学生去思考，并得出具有自身特点的结论，从而形成具有特色的知识的结构。教育的目标不再是向学生“移植”单纯标准化知识体系，而是要让学生建立在标准化知识体系基础上的开放的思维体系。在这样一种体系中，学生具有系统的基础知识，但又对所获得的知识具有深度的思考甚至质疑。相比单纯的标准化知识体系，在标准化知识体系基础上开放的思维体系在当今的社会中，显得更为重要。而如何建立一个思维体系，以问题为中心的教学法则为我们提供了一个很好的思路。在几年的无机材料科学基础的教学中，笔者所在教学团队以建构主义为指导，开展以问题为中心的无机材料课程教学实践。本文将对无机材料科学基础动力学部分的教学实践谈谈体会，和同行进行交流，以期提高教学水平。 一、问题体系的梳理是以问题为中心的教学的关键 爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力而且标志着科学的真正进步。”显然，问题是认识的起点，是兴趣的表征，是创新的开始。在学习过程中，也是区分主动学习和被动学习的标志。开篇伊始，需要回答的第一个问题是：什么是无机材料动力学？根据无机材料科学基础教材的精神，笔者的理解是无机材料制造过程中材料组成原子移动的科学。以此为出发点，根据常规的思路，就可以提出进一步的问题：原子移动的方式是什么？原子移动的动力是什么？原子移动的阻力是什么？（促进）原子移动的目标是什么？如何提高过程的时间效率？从本质上来讲，无机材料动力学所解决的问题就是这五大问题。以下根据这五大线索对课程内容进行梳理：通过“原子移动的方式是什么？”这一问题，可以解决课程中关于原子移动的基本概念：扩散、粘（塑）性流动等，溶解沉淀、蒸发凝聚。其中前二个概念为较高层次的概念，扩散为介质中单个粒子的移动，而流动则是粒子群体移动。而溶解沉淀则是一处的固体（晶体）溶解于液体（熔体），在液体（熔体）中扩散，然后在另一处的固体表面沉积。蒸发凝聚则是固体蒸发，扩散或流动，然后又凝结的过程。以这样一个线索，就很容易将无机材料科学基础动力学过程中的各章内容―扩散、固相反应、相变和烧结中的原子移动概念很好地进行梳理。对“原子移动的动力是什么？”这一问题的回答，也可以贯穿无机材料科学基础的全部内容。从本质上来说，原子移动的动力就在于其起始位和目标位的化学位差异。而化学位的差异可以由浓度（活度）差异、凹凸面差异和颗粒大小差异、体系中不同组分之间的相容性差异、以及温度差异和压力差异所影响和决定。由于不同部位的化学位差异的存在，在一定条件下，体系的不同部位的化学位将趋向于均衡。就如处于不同高度的液体在连通的情况下要处于同一平面一样，由化学位所表示的“位能”也将在一定条件下趋向于均衡到同一位能值，从而导致粒子的移动。这样，利用化学位的差异以及体系不同部位化学位在一定（动力学）条件下趋于均衡化的原理，就可以很好解释正扩散、逆扩散、蒸发-凝聚、溶解-沉淀以及烧结过程中的晶体长大和二次再结晶、热压烧结的流动机理等各种知识。对“原子移动的阻力是什么？”这个问题的回答，可以很方便地理解液固相变和液液相变的机理问题。均一体系形成的新的界面所产生的附加能量，成为液固相变过程成核-生长过程的过冷问题。对原子移动的阻力这个问题另一个角度的涉及无机材料的制备问题，在温度较低时，原子的运动受到环境（由化学键力形成的制约）的制约原子难以移动，只有在温度升高时，环境的制约相对减小，原子才得以移动。无论扩散还是流动的原子迁移模式，无不受这个规律所影响。对于“原子移动的结果和目标是什么？”的回答，与无机材料课程中谈到的烧结问题密切相关，由此可延伸出收缩、气孔率、实现设计的相结构以及材料的最终性能等。就如我们在处理日常生活问题所必须考虑的一样，过程的时间效率非常重要，具体体现为速率和效率。围绕速率，动力学就有一系列数学表达式，如Fick第一、第二定律、杨德方程、金斯特林格方程、相变中成核生长速度、晶体长大速度以及烧结过程中的颈部尺度和时间的关系、气孔率和时间的关系等。而为了提高效率，陶瓷制造之所以要用粉体为原料、制造微晶玻璃为何要用晶核剂等问题也得到在这个角度的答案。通过将上述五个基本问题进行解答和梳理和扩展，可以涵盖无机材料科学基础动力学的基本内容。在教学中，在尊重原教材的前提下，利用建构主义思想，以学生已有的生活经历、基础知识，以辩证法和认识论为指导，通过构思新的问题，可提高学生的兴趣，启发学生思考，取得较好教学效果。 二、生活知识和基础知识是构建知识构架的初级原材料 就无机材料而言，由于其普通而传统的特性，无论是水泥、玻璃还是陶瓷，大学生们在生活中都已经形成不同程度的接触并形成一定程度的认识。另外大学的基础课程如物理化学、物理学和化学等也为无机材料科学基础动力学的教学奠定了一定的基础。也就是说，对无机材料科学基础动力学的知识体系而言，学生在学习本门课程之前，就已经有了一个原始的、初步的知识体系，但这个知识体系可能是模糊的、若隐若显的。具体体现在一些问题上知其然，而不知其所以然。在一些在专业人士看来，非常具有系统性和连贯性的知识，在学生那里是离散的，缺乏有机联系的。因而，如何在这样一种模糊的、离散的知识体系的基础上，构建一个明确的、牵一发而动全身的知识体系或称为网络，恐怕是任课教师的一个主要任务。在学生已经有的知识体系的基础上，以问题为出发点，启发学生进行思考，引导学生得出自己的结论，可能是完成本项任务一个可行的方法。下面举两个例子加以说明。其一为破碎瓷器的断面，大学生中，很少有人没有过打破碗的经历。部分好奇心很强的学生可能也观察过陶瓷的断面，尽管模糊，但对断面的形貌肯定有一定的概念。通过老师提醒，对破瓷断面很容易形成如下的知识：粗糙的、不吸水、很硬。在这样一个基本概念的基础上，我们就很容易提出如下一系列问题：为什么是粗糙的？为什么不吸水？为什么饭碗的表面不粗糙。为什么泥菩萨不能过河而古代贸易中沉船中的陶瓷几百年后仍然完好？通过这样一些设问，启发学生思考，通过讲解，就较为容易地能把扩散、流动、烧结的内容揉合到一起，使学生的专业知识得到升华，形成自己的知识体系。其二是液固相变的问题。学生们已经在先学课程的物理化学中得到如下的知识，平衡状态下，化学反应自发进行的条件是体系的自由能（焓）ΔG≤0。从这个角度，很容易引导学生接受这样的概念：相变自发进行的必要条件也是ΔG≤0。以这样一个基本的规律，就可以引导学生提出如下问题：为什么是小于等于0？等于0意味着什么？小于0意味着什么？以学生已经根深蒂固的基础知识――水在0℃结冰为基础，就很容易引导学生形成这样的知识：ΔG=0，就是指0℃时冰水混合物的自由焓差。在这样一个基础上，学生自然就会想到ΔG 三、辩证法是学生梳理知识体系和形成开放性思维的思想武器 无论我们是否意识到，在日常生活中，大家都有利用辩证法思考的经历。诸如“站在对方的立场上考虑一下”“设身处地地想一想”“换个角度思考一下”，都有辩证思维的影子。大学生们在马克思主义哲学中对辩证唯物主义的系统学习，更有利于他们以辩证法为思想武器，促进自身知识的构建，并使知识体系具有更加开放的特性。以对立统一规律为例，如前所述，在考虑颗粒移动的促进作用的同时，对立统一规律就可以引导学生去思考什么因素可以阻止粒子的移动，使学生形成新的思考。课程中很多具有极值的曲线，如晶体生长速度和过冷度的关系等，就可以很好地利用对立统一规律加以解释。举一反三，很多问题学生就可以很好地理解、掌握和延伸。在学生掌握了利用这一思维方法的基础上，再传授给学生在二分法（非此即彼）基础上的多元体系复杂性的认识，也就是说一果多因或一因多果的认识。使学生课程知识有一个很好的梳理，对课程体系有更好的把握。质量互变和否定之否定规律同样也可在教学中得到很好的应用。同样，以辩证法的思维模式，也可以引导学生发现很多教科书上没有涉及的内容。如在成核-生长的液固相变的描述中，书中只告诉我们由于在纯粹的液相体系中形成新的固相，界面能需要用液相变为固相放出的潜热补偿，因而，需要成核。但并未解决成核后在过冷状态下液相变为固相后放出的潜热对体系温度的影响。诸如此类，利用辩证法的思想工具，还可以引导学生发现很多问题。有些问题，可能是能够得到答案的，有些问题，可能本身就是现有科学体系没有解决的。因而，通过学习，学生所构建的新的知识体系是并不完美的，是尚存悬疑的，可以引导学生进一步深入探索。相比自我封闭的知识体系而言，这样一个体系无疑是具有活力的。 以问题为中心，可很好地对无机材料科学基础动力学的内容进行梳理，关联无机材料科学基础各部分知识，形成以问题为中心的网络体系。以学生原有的生活常识和先修课程，可引导学生通过思考和重组，建构自己的知识体系。以辩证法为指导，可引导学生进行开放性的思维，引导学生不断创新，探索未知，提高自身的创造素养，则对其未来发展具有重要意义。 力学基础论文:“任务驱动”教学法在高职《土力学与地基基础》课程中的实践应用 【摘要】实践证明，以任务为驱动的教学方法在高职教育中能够起到良好的效果。本文以《土力学与地基基础》课程教学为例，阐述了在教学中采用“任务驱动”教学法如何设计“任务”、如何引导学生完成“任务”，以及如何评价“任务”完成情况及需要注意的问题。 【关键词】土力学与地基基础 “任务驱动”教学法 高职教育 在高等职业土木类专业的教学中，必须实施和贯彻以任务为驱动的学习活动，任务驱动法正是符合高职类的项目化教学要求，符合以能力为导向的教学目标。任务教学法的核心是：在教学中以任务驱动教学，以学习任务为中心，使学生在完成任务过程中，自主进入学习过程，自主深入社会，独立或协作运用相关知识，完成学习的任务设计。 《土力学与地基基础》是道路桥梁工程技术专业的一门专业必修课程，由于课时的限制，将原来的《土质与土力学》与《基础工程》这两门课程合并，对于高职学生来说，偏重于实践，而对于大量的计算要求做了简化，重在培养学生能够解决现场实际问题的能力。这门课程需要学生有一定的力学基础、识图基础以及工程材料基础。而对于目前高职学生的现状，学生个人基础差距比较大，对基础知识的掌握和对现有知识的理解水平相差悬殊，而且很多学生本身对理论计算存在反感，但对实际操作却能够有一定的兴趣。基于这样的现状，本人采用“任务驱动”教学法设计《土力学与地基基础》课程，在实际教学中收到了良好的效果。 一、精心设计学习任务 对于土木类专业，限于其工程量大、实践场所有限、实践设备与耗材投入量大、实践周期长等特点，很难采用真实工作场景中的任务教学手段。因此在教学过程中，为使教学更贴近实践，课程的任务设计应以职业情境中的典型职业活动为基础，模拟施工工作环境。课程任务的设计应遵循基于工作过程导向的课程开发基本思路，着眼于“行动领域”的开发和典型工作任务的确定，在此基础上描述“学习领域”课程方案并使之细化，形成“学习领域”课程方案再具体化于若干“学习任务”中。 通过到施工现场进行调研，我们认识到，施工单位对于高职毕业生的要求为：需要对一般的工程结构有所认知，对工程施工过程有合理的安排，对工程施工图能进行正确识图从而进一步计算工程量。因此，基于这样的需求，我将课程进行了项目化处理，每个项目中都包括对工程结构的认知、施工过程的安排以及工程图的识图。为了与工作过程紧密联系，我将原来土力学和地基基础两部分内容融为一体。在项目中以解决问题、完成任务的目的而去学习土力学的知识。这样，学习的目标性和兴趣会进一步提高。 二、细致引导任务进行 “任务驱动”教学法的核心思想是“以任务为主线、教师为主导、学生为主体”，因此，任务展示后，要充分调动学生的主动性与积极性，引导学生去讨论、分析任务，让学生思考要完成这些任务需要做哪些事情，具备哪些方面的知识。师生共同讨论完成方案。 在这个过程中，要模拟工作过程，就需要让学生本身的身份也进行转化，这时可以以分组的形式完成任务，每个小组要有项目经理、技术员、安全员、资料员、质检员等不同身份的成员。在完成任务的过程中，虽然每个人都参与了，但是每个人的侧重点不同，到下一个任务时，再进行身份的交换。这样做，一方面深化了学生对职业的认知，提高了责任感与凝聚力；另一方面可以充分发挥每位同学的特长，同时在角色互换中与同学之间汲取经验。 在引导学生完成任务的过程中，根据学生自学水平和解决问题的能力不同而采用不同的引导方式，如对于“识图”环节，可以通过让学生自己搜集资料，教师补充施工照片等方式辅助完成任务，加强感性认识，具体的算量工作由学生自己完成。而对于需要一定理论要求的“地基强度和沉降验算”环节，根据学生的能力水平不同，有的小组以自学为主即可解决问题，而有的小组则需要通过老师系统性的知识补充才能完成任务，此时，就需要综合考虑班级的状况而进行引导方式的选择。在学生拟定施工方案时，可以由学生自己进行地基情况的假设，也可以由老师给出地质资料，施工方案中不仅要有施工的流程，还要有施工中易发生的问题的解决方法、施工需要哪些材料和机械、对于材料的要求、施工中的安全注意事项、环境保护措施等。通过这些环节，可以突破本门课程的范畴，将课程延伸到《工程材料》、《施工组织设计》、《工程监理》、《工程识图》等多门课程中去，从而将知识系统化，更加符合现场作业情况和作业流程。 三、积极总结评价任务 任务完成后，检验和考核任务完成情况是对学生学习成果的肯定，学生可以通过幻灯片展示、角色扮演、模拟会议等方式进行。每一个任务或子任务完成后，要求学生进行成果展示，要尽可能要求每位同学上台展示或操作，为每位同学提供锻炼的机会，增强学生的自信心，进一步培养专业兴趣。 “任务驱动”教学法完成的课程，最终的成绩评定可以不完全以考卷为准，甚至可以抛弃考卷，而主要以学生在完成任务中的表现来考查学生的学习情况和能力，由于每位学生本身的能力和水平不同，有的理解能力较强，有的综合搜集资料能力较强，有的人际统筹能力较强，不论侧重于哪个方面，不论他扮演的是什么角色，只要学生在课堂中认真参与了项目的完成，得到了教师和学生的认可，都可以认为他完成了教学要求，而不必拘泥于过去教学要求中掌握哪些知识或技能。 四、“任务驱动”教学法要注意的问题 在《土力学与地基基础》这门课程中应用“任务驱动”教学法固然收到了较好的效果，但是仍然存在一些需要注意的问题。如土木工程的特殊性决定了模拟的有限性，虽然试图模拟工作过程，但有时未免显得纸上谈兵，因此，需要更多的教学辅助手段，甚至有条件的话到现场进行实地参观效果更好。另外，正确合理的任务设计是保证学生掌握技能及正确应用技能的前提，这就需要教师经常性地到现场进行锻炼，了解与掌握现场施工过程、施工要点等，注重教学水平和教学手段的提高，使自己的教学水平更适合职业教育的需要，真正成为社会需要和学生需要的技术技能型人才。

经典力学论文:论经典力学范围内现行的惯性观 摘要: 对经典力学范围内现行的惯性观提出了不同的看法,认为对于惯性要区分:个别研究对象的性质与存在的性质;保持某种状态的性质与改变某种状态的性质;物理学规律的动力学特性与审美性。 关键词: 惯性;存在;时间;空间 惯性是经典力学中的一个基本概念,同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念,并且惯性问题也是经常被物理学界讨论的一个话题(1)。可是,尽管经典力学经过了漫长的发展时期,大部分的物理教师在此问题上还存在着很多的混乱性(2),本文试从几个方面对惯性进行了讨论,望引起大家的共识。 一、惯性的意义 大家知道,惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质(3)。一个物体,只要不受外力作用,原来静止的就会一直静止下去,而原来运动的则会一直作匀速直线运动。这里的问题在于:惯性是否是物体的性质?依据牛顿第一运动定律,任何物体均具有惯性。因而,看来惯性不是被研究物体的性质,因为这一性质是一切物体所具有的,也就是说它与物体的个别特征无关。因而,惯性只能是存在的一个特征,是被研究对象周围的环境在此对象上的表现。换一句话说,它是存在于物体周围的一种条件,一种约束。 二十世纪初,德国数学家诺特尔(4)证明了:空间平移对称性导致动量守恒、空间转动对称性导致角动量守恒、而时间均匀性导致能量守恒。事实上,物体的惯性是时间均匀性与空间对称性的必然结果。因而它与个别的特殊研究对象无关。惯性不是个别存在物的性质,个别存在物只是惯性的显现者,惯性的本质与个别存在物的特性无关。从而我们就不能用反映个别存在物性质的量(例如质量)来测度惯性。因为惯性作为存在的一种显现,并无大小可言,它只是存在之状态的表达。 二、惯性与物体运动状态变化的难易程度无关 通常认为质量是物体惯性大小的量度是据于这样的理由:质量大的物体在相同的力作用下其运动状态不容易改变。这是由牛顿第二定律所得到的基本结论。而事实上物体运动状态是否变化,物体运动状态的变化是难还是容易是与惯性无关的。惯性所揭示出的物体之性质不在于其使(或抗拒)物体运动状态的改变或代表改变的难易程度的能力,而在于它的保持某种特定状态(静止或匀速直线运动)的本领:在最相似的物之间,错觉说着最巧妙的谎;最小的罅隙是最难度(5)。因而惯性与物体的质量无关。倘若惯性与物体的质量有关的话,则我们也可以说力与惯性也有关系。因为对于相同质量的物体而言,力越小其运动状态就越难改变。因而,也即力越小物体的惯性越大。事实上,在惯性概念发展的最初时期,牛顿就将惯性与力进行等价的思考,当然现在大家知道牛顿的把惯性等同于力的思想是错的了。如果要说质量与惯性确有联系的话,作者以为也只能从这样的一个视角来看:惯性是由其表现物体周围存在着的与时空有关的天体质量分布情况决定着的性质。这是因为,根据广义相对论,空间的性质是由天体质量的分布所决定的。至于时间,自从奥古斯丁(6)提出“什么是时间?”以来,人们还没有认清它的真面目,也因而从更深的层次上而言,人们只认识到什么是惯性而还没有搞清惯性是什么。 惯性不是一种由个别物体自身所具备的原因(诚然,所有物体均会表现出惯性),它不是我们的一种吃力的、需要支撑的、痛苦感的反映,事实上,它是存在之美感的绽开。因而“惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗的性质”(7)这样一种说法就是不当的。因为这一注释还是从对牛顿第二定律的基本分析而来的,在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价的认同感。其实,惯性是一种令人十分安全的、舒适的、和谐的存在之性质,它使物体的存在行为非常简单,而人们也往往由于常见到这种存在的简单性而忽视了它的深层含义。静止的永远静止,运动的永远作匀速直线运动,惯性就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。凡是背离了这两种物体的存在情况而用惯性去解释其存在原因的,作者以为均属一种不当的诡辩行为。可是这种诡辩行为不仅麻木了人的脑神经而且充斥着各种各样的教科书(8),我们来看一些下面的例子。 例1.惯性也有不利的一面,高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成交通事故。所以,在城市的市区,对机动车的车速都有一定的限制,以利于行车安全。(9) 在这里,不能及时制动是由于惯性还是由于制动力不够大?略作思考,读者就可判断出是由于后者。将惯性看成一种破坏力是十分荒唐的。而发生交通事故的真正原因是,由于车辆质量较大,而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小,不能使车辆很快地减速,从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大,那么作者认为还是可以在一定的时间内制动车辆的。 并且,这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。这对于初学者来说是一个很大的误导。 例2.把斧柄的一端在水泥地面上撞击几下,斧头就牢牢地套在斧柄上了,这是什么缘故呢?(10) 通常标准答案是这样的:开始斧头和斧柄同时向下运动,当斧柄遇到障碍物时突然停止,而斧头由于惯性保持原来的运动状态,这样斧头就牢牢地套在斧柄上了。 事实上,斧头在斧柄上套牢是由于斧头克服了阻力相对于斧柄运动了一段位移,而惯性不是克服某种阻力使斧头运动的原因。在此问题中的一个效果是斧头相对于斧柄产生了某种(克服一定力的)运动,因而我们必须以斧柄为参照系来考察此种运动的实质。当以斧柄为参照时,实际上斧柄在撞击的过程中是一个非惯性系,它相对于惯性系有一个向上的加速度。因而斧头在此参照系中必受到一个向下的“惯性力”,正是此力与斧头的重力克服了斧头与斧柄之间的弹力与摩擦阻力使斧头相对于斧柄前进了一段位移,从而使斧头在斧柄上套牢。如果一定要以地面为参照系来看斧头在斧柄上套牢的问题,那么可以这样认为:虽然斧头在斧柄上向下套牢的过程中没有受到除重力以外的向下的另外力,但相对于地面而言斧头具有一定的动能和重力势能,正是这个能量克服了阻力作功从而转化为内能。所以从效果上看,一是斧头相对于斧柄向下移动了一段位移,二是斧头与斧柄的接触面上在发热。 如果仅从动力学的角度来看,斧头在斧柄上套得牢不牢是由其受到的作用力大小与作用时间(或所通过的位移)所共同决定的,也就是说它和斧头相对于斧柄的动能或动量变化有关。斧柄在“水泥地面”上“撞击”这两个条件只是使斧柄产生了相对于水泥地面的较大的动量变化率,从而也使斧头具有了相对于斧柄的惯性力。但是,虽然这个惯性力构成了斧头套牢在斧柄上的直接原因,可严格地说,斧头在斧柄上套得牢不牢的原因还和斧头的重力及斧柄的弹性和斧头与斧柄的摩擦力大小均有关系。并且斧头在斧柄上套得牢不牢和作用时 间也大有关系,因而,撞击“几下”也是一个非常重要的条件。 例3.小车上竖直放置一个木块,让木块随小车沿着桌面向右运动,当小车被档板制动时,车上的木块向右倾倒。这是怎么回事呢?(11) 教科书上的答案是这样的:小车突然停止的时候,由于木块和小车之间的摩擦,木块的底部也随着停止,可是木块的上部由于惯性要保持原来的运动状态,所以木块向右倾倒。 事实上,本例中小车上木块的倾倒是由于力矩作用的缘故。若以地面为参照物,小车对木块的摩擦力对木块的重心而言有一个顺时针旋转的力矩,从而木块向右倾倒。若以小车为参照物,小车被档板制动时已是一个非惯性系,作用在木块(重心)上的“惯性力”对木块的底端也产生一个使木块作顺时针旋转的力矩。 需要指出的是,在上述例2和例3中,斧头在斧柄上套牢和木块在小车上倾倒已是一个涉及物体在非惯性系中的动力学的问题。其中例2是非惯性系中的质点动力学问题,而例3则是非惯性系中的刚体动力学问题。可是,在非惯性系中,我们通常意义上所论述的牛顿第一定律已不成立,从而也失去了此两例的代表意义。也就是说,这两个例子不仅是不准确的解释而且是不适当的例子。在涉及惯性的问题上我们必须分别那些是属于惯性现象,而那些则不属于惯性现象——即为动力学现象。牛顿的例子,毫无疑问是正确的(12),但我们许多的物理学工作者却将惯性对事物的解释范围作了相当随意而并不恰当的扩展或扭曲。其实在讲述惯性时,用不着举更新鲜的特别例子,倒是需指出惯性使我们对事物常态的存在方式太熟视无睹了。这里问题的关键在于,惯性不是使物体改变运动状态(使火车制动、使斧头套牢在斧柄上、使小木块倾倒)的原因。严格地说,这些原因和物体的惯性无关,只和力有关,而至于火车制动得及时不及时,斧头套在斧柄上牢不牢,小木块倾倒得快不快,则不仅与力有关,还和物体的质量、形体、初速度有关。但即使如此地与质量和初速有关却也与惯性无关。 惯性,这个我们通常认为是由物体内在因素决定的性质,其实是物体存在方式的一种条件性:“试取汽车为参考系统来研究‘当汽车急剧刹车的时候,车中乘客有向前倾倒的倾向’这个问题,在汽车急剧刹车前,相对于汽车而言,乘客是静止的,在汽车急剧刹车时,乘客突然向前倾,这就是说,以汽车为参考系统,乘客由静止而突然向前倾,并不保持其静止状态,并不表现出惯性”(13)。这个条件就是:物体要表现出惯性,它必须处于惯性参考系中。而“事物的存在顽强地延续维持不变,无论运动是快是慢抑或停止。”(14)也只在惯性系中才成立。在研究物体的运动学与动力学问题时,惯性系总有着特殊的地位。可是,这个特殊地位的存在并不单单是人类抽象理性的功劳,并不是人类贪懒和间集化的一个报应,惯性系的存在有其形而上的基础:自然之美的呈现及人对自然之美呈现体认的同一性。如果没有了存在的时间均匀性与空间对称性,我们选取的相对于地面作匀速直线运动的参考系对研究动力学问题而言也就将成为一个畸形的怪胎。惯性系不仅在计算上向人类提供了联系物体的相互作用与相对运动的便利方式,其更根本的是它使人与存在的关系成为审美性的。惯性定律给我们的启示是:存在是美的。而惯性系则是自然对人的一个馈赠。也因而,我们应当从审美的视角来看待惯性,而不应当将它看成一个恶魔或一件便宜货。 所有的老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈,可是当我们的老师用动力学的观点来看待惯性——也就是说,把惯性与牛顿第二定律混为一谈的时候,对学生的这一期望是合适的吗?其实这是一个误区:当教完一些物理学的基本概念与规律以后,就要求学生用它们解释自然现象。事实上,物理学中有些基本概念与规律不是要求我们去解释自然现象,它没有这个功能,它只是告诉我们要去感受些什么,它提供给我们的不是一种推理的方式,而是一个判断的原则 :它促成我们的判断更接近于自然之美的呈现。 三、惯性定律与牛顿第二定律的关系 当物体所受的合外力为零时,从牛顿第二定律可知物体处于静止状态或作匀速直线运动。可是,仅依据这一点却不能认为牛顿第一定律是牛顿第二定律的一个特例。因为这两个定律的论述对象其实是不一样的。牛顿第二定律的研究对象是一个物体,而牛顿第一定律论述的是整个存在的性质。惯性——这个任何物体均具有的性质其实不是我们的个别研究对象所具有的性质,因为这个“任何物体”,包括了天地间的万物,而万物的总称(15)即是宇宙:“四方上下曰宇,古往今来曰宙”.也即任何个别的物体都不可能无条件地具有惯性:惯性是存在的特性,是存在着的时空的特性,是宇宙的特性。 其次,牛顿第二定律是关于个别物体因果性的规律,而牛顿第一定律却与个别物体的因果性无关,它是存在之状态的表述,它的表述是与具体的特定的时间无关的、瞬时性的。正是这种非时间性(16)构成了牛顿力学的本质特征。也正是牛顿第一定律所成立的时间均匀性与空间对称性构成了惯性系的特殊地位,从而使我们可以在牛顿第二定律的意义上来研究物体的动力学关系。因为毫无疑问,物体的运动性质和规律与采用怎样的空间和时间来度量有着密切的关系(17)。由此可见,不仅牛顿第一定律不是牛顿第二定律和特例,恰恰相反,现行的动力学规律正是牛顿第一定律所揭示的存在之性在具体的个体事物上的展现。惯性定律比牛顿第二定律具有更强的基础性。也就是说,正是惯性现象,构成了牛顿动力学所以成立的操作平台。由于物体在不受外力作用下保持其速度不变,因而物体运动速度的变化才跟物体的受力相关。 最后,牛顿把惯性定律放在三个运动定律的首位也是与其对自然的信仰因素有关的。因为在文艺复兴之前的绝大部分思想家继承了亚里士多德关于物体运动内在决定论的观点。但在牛顿看来,基本的物质粒子完全是惰性的,没有任何自发的运动,而电、磁、光这些‘非物质’的力量则成为神在自然中的行动的载体(18)。也就是说,惯性定律内隐含着牛顿否定亚里士多德运动观的内在目的论从而建立新力学的形而上基础。 四、惯性与具体物体的质量无关 从上面的讨论可以看出:“质量是物体惯性大小的量度”这个论题,在几个角度去看都是错误的。第一,质量不是物体惯性大小的量度。个别研究对象的质量与其所揭示的惯性毫无关联。因为这两者从数量上来看是一对无穷大的关系,从内容上来看是个体与存在的关系,在它们之间,人类的理性不可能找到逻辑上的因果链。第二,“物体(的)惯性”这样的说法缺乏依据,因为惯性不是物体的性质。物体只是作为惯性的表现者而存在的。第三,“惯性(的)大小”这样的说法也缺乏依据,因为惯性没有大小,惯性只是存在的一种表达方式,一种特定状态的显现。第四,既然惯性并无大小,我们也不可去进行量度,事实上,任何一本教科书上也没有指出惯性与质量的函数关系,因为这一函数关系并不存在,它只是人们的一个虚假的逻辑推测,谁也不能证明质量与惯性成正比或不成正比 ,更不能得出它们之间的比例系数,因为这些关系均是虚假的。因而,物理学界流传的物体的惯性等于它的质量(19)只是人们一个随心所欲的错误言说。 由于物体质量与惯性无关,所以,将牛顿第二定律中的质量称为惯性质量就是不当的,质量的确对物体运动状态的改变有一种象力一样的阻抗作用,质量在改变物体运动的状态上而言似乎有一种“消解”、“抗拒”力的性质。因而作者认为可将现行的“惯性质量”改称为物体的“抗性质量”。正如牛顿所说:“物体只有当有其他力作用于它,或者要改变它的状态时,才会产生这种力。这种力的作用既可以看做是抵抗力,也可以看做是推斥力。(20)”因为质量与物体运动状态的变化快慢有关,它事实上具有动力学特征,当一个物体的质量大时,它对运动状态改变的阻抗能力就越大。 从逻辑上而言,我们只有将惯性从物质的内在因素中解除出来,才能完全地克服牛顿时代的机械论自然观与牛顿第一运动定律之间存在着的深刻矛盾。也就是说,这样才能使牛顿第一定律恰如其分地建立在由文艺复兴所形成的机械论而不是亚里士多德的目的论的形而上学基础之上。 五、惯性定律的表述方式 牛顿第一定律是动力学定律的基础,但它本身并不表征物体的某种动力学性质,它是关于人类体认自然之美、自然之和谐的陈述。据于上面的论述,对牛顿第一定律的陈述方式作以下的要求是并不过分的:反映时间的均匀性,空间的对称性 ,及自然之美对人的呈现。可是,现行的许多教科书中对牛顿第一定律的陈述是很不一致的。当然,这种不一致性用老眼光来看是无伤大雅的,但以今天的眼光来看,这种差异性就成为值得商讨的了。 例如:一个物体,如果没有受到其他物体的作用,它就保持自己的静止状态或匀速直线运动状态(21)。这样的陈述可能离惯性定律的本义较远,因为这一陈述的方式是在动力学的维度上来进行的,陈述的对象是“一个物体”。这和牛顿第二定律的研究对象是一致的,这样方式的陈述毫无疑问地可以把惯性定律认为是牛顿第二定律的一个特例,因为“如果没有”这几个字就表达了陈述事件的某种特殊性。 另外一种常见的陈述方式是:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。(22)这样一种表述比前一种完整多了,它几乎就是牛顿的原义,但这里的“一切物体”应当换成“任何物体”(23)。因为在此论述中的“任何物体”实际上是对一切物体的否定,而“有外力”应当换成“其它物体的作用”,因为惯性定律是不涉及力的,操作意义上的力这个动力学的基本概念与惯性无关。 作者试着这样来陈述惯性定律:存在着的宇宙有这样一种性质,它使任何物体在没有受到其它物体作用的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态。或许,这样的一种陈述方式是较明晰的陈述方式,它强调了惯性与惯性的表现者(个别研究对象)的严格区分,这个陈述的主语是性质,这样的陈述才可称为关于“惯性”的定律。而我们也应当将惯性定义为:使物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。 六、人们误解惯性的来源 人们在惯性问题上所犯的错误认识,既来源于历史上人们对于和惯性概念相联结的力与物体运动关系的一贯表达方式,又来源于牛顿的表述与对于牛顿力学理解上的偏差。“事实上,牛顿似乎注定要被人误解”。(24) 在牛顿所陈述的第一定律中:(25)“每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态,除非有外力作用于它迫使它改变那个状态(Every body persists it's state of rest or of uniform motion in a straight line until it is compelled by some force to change that state.)”。牛顿对“除非有外力作用于它迫使它”作出了对应的理解,即认为保持其静止或匀速直线运动状态的物体是由内部原因的,这个内部原因即称为惯性:“vis insita,或物质固有的力,是一种起抵抗作用的力,它存在于每一个物体当中,大小与该物体相当,并使之保持其现有的状态,或是静止,或是匀速直线运动”。(26)在牛顿时代,作出这样的判断是无可厚非的:“一个物体,由于其物质的惰性(现称惯性——译者注),要改变它的静止或运动状态就极其不易。因此这种固有的力可以用一个最确切的名称‘惯性’或‘惰性力’来称它。”(27)因为在牛顿时代是无法判定惯性的本质的。从牛顿的这一段话我们大致可以判断出,他几乎是在第二定律的意义上来领会惯性的,因而他才认为(惯性)大小与该物体的运动和质量有关。 这一观点可以追踪到亚里士多德,它影响了包括牛顿在内的一大批科学家的思维方式。在牛顿之前的开普勒也就惯性说过(29):“如果天体不赋有类似于重量的惯性,要使它运动就不需要力,最小的动力就足以使它有无限的速度,但由于天体公转需要用一定的时间,有的长些,有的短些,因此非常明显,物质必须具有能说明这些差别的惯性”;“惯性,或对运动的阻力是物质的一种特性,在给定的体积中,物质的量愈多,惯性愈强。”由此我们也可见,在开普勒那里已经有惯性等同于力与质量的观点了。 从上面的论述可以看出,人们对于惯性的错误理解主要是由历史原因所造成的,这个原因主要在于:人们普遍地认为事物外在的状态是有其内在原因的。当人们在物体之外找不到令人信服的可感觉的原因的时候,就只能把它归因于物体的内部。牛顿将惯性归因于物体的内部,把惯性看成阻碍物体改变其静止或匀速直线运动状况的内力,他假设的惯性非常接近布里丹的冲力——即:惯性作为一个内力,在缺乏外部动力或阻力时,会引起无定限的直线运动(30),另一方面,牛顿的惯性观又来自于他对古希腊关于自然具有灵魂观念的继承,我们可以从他的着作中强烈地感到,他具有自然界的物体与人一样会在受到作用时产生反作用这样一种强烈的思想意向。显然,在现代人看来,自然界的物体是与人具有本质区别的。 在牛顿以后,欧拉则将牛顿关于vis insita 的比较隐晦的注释作了同牛顿之前的有些科学家的直感一样的有一定危险性的表白:“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力.....惯性的大小与质量成正比例。”(31) 可是现在看来,这种危险性中是带有错误的。从那以后到现在,人们对于惯性的理解基本上是庸俗性质的。随着现代物理学的发展,特别是诺特尔之后,我们可以认识到使物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因并不在物体的内部、也跟力无关,而是由于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说,我们必须对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解,牛顿的vis insita(惯性是一个消极的本原,靠此本原物体维持它们的运动或静止,按照作用力的大小接受运动,按照受到阻力的大小抵制运动。(32))可以深入为两个层面的结论:在没有外力的作用下,一个物体,它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性,即时间均匀性与空间对称性;在同样大小的力的作用下,一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性,即它的质量较大。 经典力学论文:论经典力学范围内现行的惯性观 摘要: 对经典力学范围内现行的惯性观提出了不同的看法，认为对于惯性要区分：个别 研究 对象的性质与存在的性质；保持某种状态的性质与改变某种状态的性质；物 理学 规律 的动力学特性与审美性。 关键词: 惯性；存在；时间；空间 惯性是经典力学中的一个基本概念，同时它又是人们日常生活中的一个基础性观念，并且惯性 问题 也是经常被物理学界讨论的一个话题（1）。可是，尽管经典力学经过了漫长的 发展 时期，大部分的物理教师在此问题上还存在着很多的混乱性（2），本文试从几个方面对惯性进行了讨论，望引起大家的共识。 一、惯性的意义 大家知道，惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质（3）。一个物体，只要不受外力作用，原来静止的就会一直静止下去，而原来运动的则会一直作匀速直线运动。这里的问题在于：惯性是否是物体的性质？依据牛顿第一运动定律，任何物体均具有惯性。因而，看来惯性不是被研究物体的性质，因为这一性质是一切物体所具有的，也就是说它与物体的个别特征无关。因而，惯性只能是存在的一个特征，是被研究对象周围的环境在此对象上的表现。换一句话说，它是存在于物体周围的一种条件，一种约束。 二十世纪初，德国数学家诺特尔（4）证明了：空间平移对称性导致动量守恒、空间转动对称性导致角动量守恒、而时间均匀性导致能量守恒。事实上，物体的惯性是时间均匀性与空间对称性的必然结果。因而它与个别的特殊研究对象无关。惯性不是个别存在物的性质，个别存在物只是惯性的显现者，惯性的本质与个别存在物的特性无关。从而我们就不能用反映个别存在物性质的量（例如质量）来测度惯性。因为惯性作为存在的一种显现，并无大小可言，它只是存在之状态的表达。 二、惯性与物体运动状态变化的难易程度无关 通常认为质量是物体惯性大小的量度是据于这样的理由：质量大的物体在相同的力作用下其运动状态不容易改变。这是由牛顿第二定律所得到的基本结论。而事实上物体运动状态是否变化，物体运动状态的变化是难还是容易是与惯性无关的。惯性所揭示出的物体之性质不在于其使（或抗拒）物体运动状态的改变或代表改变的难易程度的能力，而在于它的保持某种特定状态（静止或匀速直线运动）的本领：在最相似的物之间，错觉说着最巧妙的谎；最小的罅隙是最难度（5）。因而惯性与物体的质量无关。倘若惯性与物体的质量有关的话，则我们也可以说力与惯性也有关系。因为对于相同质量的物体而言，力越小其运动状态就越难改变。因而，也即力越小物体的惯性越大。事实上，在惯性概念发展的最初时期，牛顿就将惯性与力进行等价的思考，当然现在大家知道牛顿的把惯性等同于力的思想是错的了。如果要说质量与惯性确有联系的话，作者以为也只能从这样的一个视角来看：惯性是由其表现物体周围存在着的与时空有关的天体质量分布情况决定着的性质。这是因为，根据广义相对论，空间的性质是由天体质量的分布所决定的。至于时间，自从奥古斯丁（6）提出“什么是时间？”以来，人们还没有认清它的真面目，也因而从更深的层次上而言，人们只认识到什么是惯性而还没有搞清惯性是什么。 惯性不是一种由个别物体自身所具备的原因（诚然，所有物体均会表现出惯性），它不是我们的一种吃力的、需要支撑的、痛苦感的反映，事实上，它是存在之美感的绽开。因而“惯性是物体对任何改变其运动状态的外来作用的阻抗的性质”（7）这样一种说法就是不当的。因为这一注释还是从对牛顿第二定律的基本 分析 而来的，在这一注释中已经隐藏了牛顿第二定律及对惯性与物体质量等价的认同感。其实，惯性是一种令人十分安全的、舒适的、和谐的存在之性质，它使物体的存在行为非常简单，而人们也往往由于常见到这种存在的简单性而忽视了它的深层含义。静止的永远静止，运动的永远作匀速直线运动，惯性就是将存在如此单调而重复地显现在人们眼前。凡是背离了这两种物体的存在情况而用惯性去解释其存在原因的，作者以为均属一种不当的诡辩行为。可是这种诡辩行为不仅麻木了人的脑神经而且充斥着各种各样的教科书（8），我们来看一些下面的例子。 例1．惯性也有不利的一面，高速行驶的车辆因惯性而不能及时制动常造成 交通 事故。所以，在城市的市区，对机动车的车速都有一定的限制，以利于行车安全。（9） 在这里，不能及时制动是由于惯性还是由于制动力不够大？略作思考，读者就可判断出是由于后者。将惯性看成一种破坏力是十分荒唐的。而发生交通事故的真正原因是，由于车辆质量较大，而相应的制动力在如此质量的物体上所产生的加速度很小，不能使车辆很快地减速，从而在短时间内停下来。倘若对于质量较大的车辆来说制动力也允许更大，那么作者认为还是可以在一定的时间内制动车辆的。 并且，这个例子中的“高速行驶的车辆”及“对机动车的车速都有一定的限制”的字句很容易使学生认为惯性和物体的运动速度有关。这对于初学者来说是一个很大的误导。 例2．把斧柄的一端在水泥地面上撞击几下，斧头就牢牢地套在斧柄上了，这是什么缘故呢？（10） 通常标准答案是这样的：开始斧头和斧柄同时向下运动，当斧柄遇到障碍物时突然停止，而斧头由于惯性保持原来的运动状态，这样斧头就牢牢地套在斧柄上了。 事实上，斧头在斧柄上套牢是由于斧头克服了阻力相对于斧柄运动了一段位移，而惯性不是克服某种阻力使斧头运动的原因。在此问题中的一个效果是斧头相对于斧柄产生了某种（克服一定力的）运动，因而我们必须以斧柄为参照系来考察此种运动的实质。当以斧柄为参照时，实际上斧柄在撞击的过程中是一个非惯性系，它相对于惯性系有一个向上的加速度。因而斧头在此参照系中必受到一个向下的“惯性力”，正是此力与斧头的重力克服了斧头与斧柄之间的弹力与摩擦阻力使斧头相对于斧柄前进了一段位移，从而使斧头在斧柄上套牢。如果一定要以地面为参照系来看斧头在斧柄上套牢的问题，那么可以这样认为：虽然斧头在斧柄上向下套牢的过程中没有受到除重力以外的向下的另外力，但相对于地面而言斧头具有一定的动能和重力势能，正是这个能量克服了阻力作功从而转化为内能。所以从效果上看，一是斧头相对于斧柄向下移动了一段位移，二是斧头与斧柄的接触面上在发热。 如果仅从动力学的角度来看，斧头在斧柄上套得牢不牢是由其受到的作用力大小与作用时间（或所通过的位移）所共同决定的，也就是说它和斧头相对于斧柄的动能或动量变化有关。斧柄在“水泥地面”上“撞击”这两个条件只是使斧柄产生了相对于水泥地面的较大的动量变化率，从而也使斧头具有了相对于斧柄的惯性力。但是，虽然这个惯性力构成了斧头套牢在斧柄上的直接原因，可严格地说，斧头在斧柄上套得牢不牢的原因还和斧头的重力及斧柄的弹性和斧头与斧柄的摩擦力大小均有关系。并且斧头在斧柄上套得牢不牢和作用时间也大有关系，因而，撞击“几下”也是一个非常重要的条件。 例3．小车上竖直放置一个木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车被档板制动时，车上的木块向右倾倒。这是怎么回事呢？（11） 教科书上的答案是这样的：小车突然停止的时候，由于木块和小车之间的摩擦，木块的底部也随着停止，可是木块的上部由于惯性要保持原来的运动状态，所以木块向右倾倒。 事实上，本例中小车上木块的倾倒是由于力矩作用的缘故。若以地面为参照物，小车对木块的摩擦力对木块的重心而言有一个顺时针旋转的力矩，从而木块向右倾倒。若以小车为参照物，小车被档板制动时已是一个非惯性系，作用在木块（重心）上的“惯性力”对木块的底端也产生一个使木块作顺时针旋转的力矩。 需要指出的是，在上述例2和例3中，斧头在斧柄上套牢和木块在小车上倾倒已是一个涉及物体在非惯性系中的动力学的问题。其中例2是非惯性系中的质点动力学问题，而例3则是非惯性系中的刚体动力学问题。可是，在非惯性系中，我们通常意义上所论述的牛顿第一定律已不成立，从而也失去了此两例的代表意义。也就是说，这两个例子不仅是不准确的解释而且是不适当的例子。在涉及惯性的问题上我们必须分别那些是属于惯性现象，而那些则不属于惯性现象——即为动力学现象。牛顿的例子，毫无疑问是正确的（12），但我们许多的物理学工作者却将惯性对事物的解释范围作了相当随意而并不恰当的扩展或扭曲。其实在讲述惯性时，用不着举更新鲜的特别例子，倒是需指出惯性使我们对事物常态的存在方式太熟视无睹了。这里问题的关键在于，惯性不是使物体改变运动状态（使火车制动、使斧头套牢在斧柄上、使小木块倾倒）的原因。严格地说，这些原因和物体的惯性无关，只和力有关，而至于火车制动得及时不及时，斧头套在斧柄上牢不牢，小木块倾倒得快不快，则不仅与力有关，还和物体的质量、形体、初速度有关。但即使如此地与质量和初速有关却也与惯性无关。 惯性，这个我们通常认为是由物体内在因素决定的性质，其实是物体存在方式的一种条件性：“试取汽车为 参考 系统来研究‘当汽车急剧刹车的时候，车中乘客有向前倾倒的倾向’这个问题，在汽车急剧刹车前，相对于汽车而言，乘客是静止的，在汽车急剧刹车时，乘客突然向前倾，这就是说，以汽车为参考系统，乘客由静止而突然向前倾，并不保持其静止状态，并不表现出惯性”（13）。这个条件就是：物体要表现出惯性，它必须处于惯性参考系中。而“事物的存在顽强地延续维持不变,无论运动是快是慢抑或停止。”（14）也只在惯性系中才成立。在研究物体的运动学与动力学问题时，惯性系总有着特殊的地位。可是，这个特殊地位的存在并不单单是人类抽象理性的功劳,并不是人类贪懒和间集化的一个报应，惯性系的存在有其形而上的基础： 自然 之美的呈现及人对自然之美呈现体认的同一性。如果没有了存在的时间均匀性与空间对称性，我们选取的相对于地面作匀速直线运动的参考系对研究动力学问题而言也就将成为一个畸形的怪胎。惯性系不仅在 计算 上向人类提供了联系物体的相互作用与相对运动的便利方式，其更根本的是它使人与存在的关系成为审美性的。惯性定律给我们的启示是：存在是美的。而惯性系则是自然对人的一个馈赠。也因而，我们应当从审美的视角来看待惯性，而不应当将它看成一个恶魔或一件便宜货。 所有的老师都要求学生不要把惯性与惯性定律混为一谈，可是当我们的老师用动力学的观点来看待惯性——也就是说，把惯性与牛顿第二定律混为一谈的时候，对学生的这一期望是合适的吗？其实这是一个误区：当教完一些物理学的基本概念与规律以后，就要求学生用它们解释自然现象。事实上，物理学中有些基本概念与规律不是要求我们去解释自然现象，它没有这个功能，它只是告诉我们要去感受些什么，它提供给我们的不是一种推理的方式，而是一个判断的原则 ：它促成我们的判断更接近于自然之美的呈现。 三、惯性定律与牛顿第二定律的关系 当物体所受的合外力为零时，从牛顿第二定律可知物体处于静止状态或作匀速直线运动。可是，仅依据这一点却不能认为牛顿第一定律是牛顿第二定律的一个特例。因为这两个定律的论述对象其实是不一样的。牛顿第二定律的 研究 对象是一个物体，而牛顿第一定律论述的是整个存在的性质。惯性——这个任何物体均具有的性质其实不是我们的个别研究对象所具有的性质，因为这个“任何物体”，包括了天地间的万物，而万物的总称（15）即是宇宙：“四方上下曰宇，古往今来曰宙”.也即任何个别的物体都不可能无条件地具有惯性：惯性是存在的特性，是存在着的时空的特性，是宇宙的特性。 其次，牛顿第二定律是关于个别物体因果性的 规律 ，而牛顿第一定律却与个别物体的因果性无关，它是存在之状态的表述，它的表述是与具体的特定的时间无关的、瞬时性的。正是这种非时间性（16）构成了牛顿力学的本质特征。也正是牛顿第一定律所成立的时间均匀性与空间对称性构成了惯性系的特殊地位，从而使我们可以在牛顿第二定律的意义上来研究物体的动力学关系。因为毫无疑问，物体的运动性质和规律与采用怎样的空间和时间来度量有着密切的关系（17）。由此可见，不仅牛顿第一定律不是牛顿第二定律和特例，恰恰相反，现行的动力学规律正是牛顿第一定律所揭示的存在之性在具体的个体事物上的展现。惯性定律比牛顿第二定律具有更强的基础性。也就是说，正是惯性现象，构成了牛顿动力学所以成立的操作平台。由于物体在不受外力作用下保持其速度不变，因而物体运动速度的变化才跟物体的受力相关。 最后，牛顿把惯性定律放在三个运动定律的首位也是与其对 自然 的信仰因素有关的。因为在文艺复兴之前的绝大部分思想家继承了亚里士多德关于物体运动内在决定论的观点。但在牛顿看来，基本的物质粒子完全是惰性的，没有任何自发的运动，而电、磁、光这些‘非物质’的力量则成为神在自然中的行动的载体（18）。也就是说，惯性定律内隐含着牛顿否定亚里士多德运动观的内在目的论从而建立新力学的形而上基础。 四、惯性与具体物体的质量无关 从上面的讨论可以看出：“质量是物体惯性大小的量度”这个论题，在几个角度去看都是错误的。第一，质量不是物体惯性大小的量度。个别研究对象的质量与其所揭示的惯性毫无关联。因为这两者从数量上来看是一对无穷大的关系，从 内容 上来看是个体与存在的关系，在它们之间，人类的理性不可能找到逻辑上的因果链。第二，“物体（的）惯性”这样的说法缺乏依据，因为惯性不是物体的性质。物体只是作为惯性的表现者而存在的。第三，“惯性（的）大小”这样的说法也缺乏依据，因为惯性没有大小，惯性只是存在的一种表达方式，一种特定状态的显现。第四，既然惯性并无大小，我们也不可去进行量度，事实上，任何一本教科书上也没有指出惯性与质量的函数关系，因为这一函数关系并不存在，它只是人们的一个虚假的逻辑推测，谁也不能证明质量与惯性成正比或不成正比 ，更不能得出它们之间的比例系数，因为这些关系均是虚假的。因而，物 理学 界流传的物体的惯性等于它的质量（19）只是人们一个随心所欲的错误言说。 由于物体质量与惯性无关，所以，将牛顿第二定律中的质量称为惯性质量就是不当的，质量的确对物体运动状态的改变有一种象力一样的阻抗作用，质量在改变物体运动的状态上而言似乎有一种“消解”、“抗拒”力的性质。因而作者认为可将现行的“惯性质量”改称为物体的“抗性质量”。正如牛顿所说：“物体只有当有其他力作用于它，或者要改变它的状态时，才会产生这种力。这种力的作用既可以看做是抵抗力，也可以看做是推斥力。（20）”因为质量与物体运动状态的变化快慢有关，它事实上具有动力学特征，当一个物体的质量大时，它对运动状态改变的阻抗能力就越大。 从逻辑上而言，我们只有将惯性从物质的内在因素中解除出来，才能完全地克服牛顿 时代 的机械论自然观与牛顿第一运动定律之间存在着的深刻矛盾。也就是说，这样才能使牛顿第一定律恰如其分地建立在由文艺复兴所形成的机械论而不是亚里士多德的目的论的形而上学基础之上。 五、惯性定律的表述方式 牛顿第一定律是动力学定律的基础，但它本身并不表征物体的某种动力学性质，它是关于人类体认自然之美、自然之和谐的陈述。据于上面的论述，对牛顿第一定律的陈述方式作以下的要求是并不过分的：反映时间的均匀性，空间的对称性，及自然之美对人的呈现。可是，现行的许多教科书中对牛顿第一定律的陈述是很不一致的。当然，这种不一致性用老眼光来看是无伤大雅的，但以今天的眼光来看，这种差异性就成为值得商讨的了。 例如：一个物体，如果没有受到其他物体的作用，它就保持自己的静止状态或匀速直线运动状态（21）。这样的陈述可能离惯性定律的本义较远，因为这一陈述的方式是在动力学的维度上来进行的，陈述的对象是“一个物体”。这和牛顿第二定律的研究对象是一致的，这样方式的陈述毫无疑问地可以把惯性定律认为是牛顿第二定律的一个特例，因为“如果没有”这几个字就表达了陈述事件的某种特殊性。 另外一种常见的陈述方式是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（22）这样一种表述比前一种完整多了，它几乎就是牛顿的原义，但这里的“一切物体”应当换成“任何物体”（23）。因为在此论述中的“任何物体”实际上是对一切物体的否定，而“有外力”应当换成“其它物体的作用”，因为惯性定律是不涉及力的，操作意义上的力这个动力学的基本概念与惯性无关。 作者试着这样来陈述惯性定律：存在着的宇宙有这样一种性质，它使任何物体在没有受到其它物体作用的时候总保持静止状态或匀速直线运动状态。或许，这样的一种陈述方式是较明晰的陈述方式，它强调了惯性与惯性的表现者（个别研究对象）的严格区分，这个陈述的主语是性质，这样的陈述才可称为关于“惯性”的定律。而我们也应当将惯性定义为：使物体保持静止或匀速直线运动状态的性质。 六、人们误解惯性的来源 人们在惯性 问题 上所犯的错误认识，既来源于 历史 上人们对于和惯性概念相联结的力与物体运动关系的一贯表达方式，又来源于牛顿的表述与对于牛顿力学理解上的偏差。“事实上，牛顿似乎注定要被人误解”。（24） 在牛顿所陈述的第一定律中：（25）“每个物体都保持其静止、或匀速直线运动的状态，除非有外力作用于它迫使它改变那个状态（every body persists it's state of rest or of uniform motion in a straight line until it is compelled by some force to change that state.）”。牛顿对“除非有外力作用于它迫使它”作出了对应的理解，即认为保持其静止或匀速直线运动状态的物体是由内部原因的，这个内部原因即称为惯性：“vis insita,或物质固有的力，是一种起抵抗作用的力，它存在于每一个物体当中，大小与该物体相当，并使之保持其现有的状态，或是静止，或是匀速直线运动”。（26）在牛顿时代，作出这样的判断是无可厚非的：“一个物体，由于其物质的惰性（现称惯性——译者注），要改变它的静止或运动状态就极其不易。因此这种固有的力可以用一个最确切的名称‘惯性’或‘惰性力’来称它。”（27）因为在牛顿时代是无法判定惯性的本质的。从牛顿的这一段话我们大致可以判断出，他几乎是在第二定律的意义上来领会惯性的，因而他才认为（惯性）大小与该物体的运动和质量有关。 这一观点可以追踪到亚里士多德，它 影响 了包括牛顿在内的一大批 科学 家的思维方式。在牛顿之前的开普勒也就惯性说过（29）：“如果天体不赋有类似于重量的惯性，要使它运动就不需要力，最小的动力就足以使它有无限的速度，但由于天体公转需要用一定的时间，有的长些，有的短些，因此非常明显，物质必须具有能说明这些差别的惯性”；“惯性，或对运动的阻力是物质的一种特性，在给定的体积中，物质的量愈多，惯性愈强。”由此我们也可见，在开普勒那里已经有惯性等同于力与质量的观点了。 从上面的论述可以看出，人们对于惯性的错误理解主要是由历史原因所造成的，这个原因主要在于：人们普遍地认为事物外在的状态是有其内在原因的。当人们在物体之外找不到令人信服的可感觉的原因的时候，就只能把它归因于物体的内部。牛顿将惯性归因于物体的内部，把惯性看成阻碍物体改变其静止或匀速直线运动状况的内力，他假设的惯性非常接近布里丹的冲力——即：惯性作为一个内力，在缺乏外部动力或阻力时，会引起无定限的直线运动（30），另一方面，牛顿的惯性观又来自于他对古希腊关于自然具有灵魂观念的继承，我们可以从他的著作中强烈地感到，他具有自然界的物体与人一样会在受到作用时产生反作用这样一种强烈的思想意向。显然，在 现代 人看来，自然界的物体是与人具有本质区别的。 在牛顿以后，欧拉则将牛顿关于vis insita 的比较隐晦的注释作了同牛顿之前的有些科学家的直感一样的有一定危险性的表白：“惯性是物体保持静止或保持匀速直线运动的能力．．．．．惯性的大小与质量成正比例。”（31） 可是现在看来，这种危险性中是带有错误的。从那以后到现在，人们对于惯性的理解基本上是庸俗性质的。随着现代物理学的 发展 ，特别是诺特尔之后，我们可以认识到使物体保持静止状态或匀速直线运动状态的原因并不在物体的内部、也跟力无关，而是由于物体所处的时间均匀性与空间对称性。也就是说，我们必须对牛顿意义上的惯性作出更开放性与发展性的理解，牛顿的vis insita（惯性是一个消极的本原，靠此本原物体维持它们的运动或静止，按照作用力的大小接受运动，按照受到阻力的大小抵制运动。（32））可以深入为两个层面的结论：在没有外力的作用下，一个物体，它能保持静止状态或匀速直线运动是由于惯性，即时间均匀性与空间对称性；在同样大小的力的作用下，一个物体它的运动状态较难改变是由于它的动力学特性——抗性，即它的质量较大。 经典力学论文:浅谈高中生如何学好高中物理之经典力学 【摘 要】经典力学，作为高中物理的重要章节之一，在考试中也占据着较高的分值。那么，如何让高中学生学好物理的经典力学是我们教师一直在关注的话题。就此，本文针对高中生如何更好地学习高中物理之经典力学的学习方法提出相关建议。 【关键词】高中物理 经典力学 学习方法 建议 力学贯穿着整个高中物理的学习，学生学好经典力学的板块，有利于他们今后在物理方面的深入学习，让他们后续的物理学习变得更加容易。当然，要学好某种知识讲究的是方法，方法对了，自然离成功也就近了，下面就来分享我经过多年教学而提炼出的针对高中生对经典力学的学习方法及相关建议。 一、理解掌握概念，巩固基础知识 对于理科学习，如果仅仅靠死记硬背来学习理科知识的办法是不可取的。尤其对于我们的物理学科，学生需要的是理解和记忆。只有这样两项结合，学生才能把基础知识学的更扎实，才能得巩固所学的知识，只有基础知识掌握牢固了，才谈得上更深入的学习。 就拿学生学习摩擦力来说，学生首先要掌握的是摩擦力的定义：“两个互相接触的物体，当它们要发生或已经发生相对运动时。就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫做摩擦力”。其次通过定义需要总结出物体之间产生摩擦力必须要具备的条件：第一，物体间有相互接触、挤压；第二，接触面必须要粗糙；第三，物体间有相对运动趋势或者是相对运动。我们不需要学生硬性的去记住这些定义以及摩擦力产生的条件。但是，学生需要通过理解的方式来掌握我们所讲解的知识点。再者，学生可以通过生活中的一些例子，去感受摩擦力的存在，领悟产生摩擦力所需要的条件。比如，人在走路时，鞋底与地面的摩擦，在我们前进的时候也相对于地面发生了位移，也就是与地面发生了相对运动，而且地面也是粗糙的。这样的例子既贴近生活，而且也包含了学生需要掌握的知识。让学生通过生活中的事例，理解知识，进而掌握知识，是学生在物理知识的学习上应该具备的能力。 二、掌握相关解决经典力学试题的典型方法 （一）整体隔离法在物理上的有效运用 所谓的整体法就是把多个物体看成一个整体的大物体。当学生对物体进行受力分析时，就不需要去考虑物体之间的内力，就只需要考虑外力对于物体的作用效果。在使用整体法时，学生省去对内力的求解。在一定程度上，让学生在做题时计算量减小，而且更容易理解物体的运动情况。当然，学生在使用整体法的时候需要注意以下这些方面：首先要明确研究的系统的运动状态、过程；其次画出系统的受力示意图；最后根据相关的物理知识，进行列方程并求解。 隔离法就是把需要我们分析的物体从一个体系中隔离出来。这时需要我们学生的想象，把我们隔离出来的物体想象成单个物体，通过对隔离出来的物体进行分析。此时，不用考虑其他的物体对该物体的作用力。对于隔离法的使用，学生应该注意的是：首先要明确隔离的对象，其次对隔离出的物理运动状态加以分析，再画出物体的受力示意图，最后在运用相关的物理知识列出方程求解。 在物理经典力学中，连接体处使用整体隔离方法 ，可以让学生的计算量简化，并且对于物体的受力分析更清楚。计算量的简化在考试中能节约学生的时间，也让结果的正确率也提高了很多。 （二）改变研究对象法在经典力学上的运用 在我们的物理试题中连接体的试题是非常常见的。这类题会让学生求出其中一个物体在克服摩擦方面做了多少功。往往要分析清楚该物体的运动情况对于高中学生来说并不容易，而且也很容易出错，而与此物体连接的另一个物体的受力情况、运动情况是很容易分析出来的。这时我们便可以通过改变研究对象来解决此题。就比如说，一个放在粗糙的木板的A物体经过一根细线，再通过一定滑轮连接一竖直静止的B物体（通过手捧住，保证物体最先处于静止状态），当松手后，B物体往下运动的过程中，求物体A的内能如何变化？对于该问题，当我们只对A分析时，过程是比较复杂，如果我们更换研究对象。对于体系来说，B物体的机械能的减少也就等于A物体的内能增加。对于这类题，当我们改变研究对象，把复杂的运动过程简单化，让我们的物理解题速度加快，正确率也会提高。 （三）模型法在高中物理之经典力学上的运用 所谓的模型法就是通过模型去揭示原型的本质特征。在物理上通过模型法，去解决试题的运用是相当广泛的。我们有理想化模型质点、点电荷，有想象模型电场线、磁感线……，总之模型法在我们物理上运用是比较多的。在遇到的试题中，同样有可以采取模型法去解答试题，比如我们常考的板块模型。学生可以通过老师讲解板块模型的基础知识去应对考试中改编版的板块模型试题。 三、端正态度，学习物理 （一）端正态度学习物理的好处 有了前面介绍的对高中物理经典力学的学习方法后，学生还应当作的就是端正学习态度。态度是决定做好一件事情的因素之一，有了好的学习物理的方法后，学生还要端正态度去对待物理的学习，这样才会让学生在物理学习方面取得更高的成就。 （二）课前预习，课中听课，课后温习 我们要求学生对所学知识提前进行预习，是让学生带着目的听课，学生不可能一节课都做到全神贯注，所以让学生有目的地，可以提高听课效率，课堂中我们要求学生是在他们困惑之处认真听，当然，课后的温习可以加深学生对课堂知识的印象，再者，在温习时去发现上课没明白的地方，通过问老师或者同学，可以把知识点弄明白。 （三）学会归纳总结 对所学过的知识进行归纳、总结，再比较知识点之间的差异，是学生学习每一科都很实用的方法。对于我们物理的学习，学生在学完一个章节时，把所学的知识分类，通过对比找出各知识点间的差异。这样不仅可以锻炼学生的归纳能力，而且利于学生对知识点的掌握。因为在物理的力学学习中，有些概念学生并不容易区分，如果他们自己通过去归纳，而找出其中的不同，这样能帮助他们在易混淆的概念上区分清楚。 总之，对于高中学生学习物理经典力学的板块是有一定难度的，然而经典力学却伴随着整个高中物理学习。只有学生采取正确的学习经典力学的方法时，才能更好地学习力学部分。以上是我根据多年的教学而感悟出的学习高中物理经典力学的方法。我还将继续探寻如何让学生更好地学懂经典力学知识的方法，也希望其他物理老师能提出相关的建议，让我们的学生更好地学习物理。 经典力学论文:高中物理中关于经典力学局限性的思考 摘 要： 在实际高中物理教学中，从高一《万有引力与航天》这一章开始就遇到一些关于经典力学局限性的问题，高三复习时也有此类问题。本文立足高中物理教学就经典力学的局限性问题做了初步讨论。 关键词： 高中物理 经典力学 局限性 经典力学的基础是牛顿运动定律，随着科学的发展和社会的进步，牛顿于1687年在《自然哲学的数学原理》中发表了万有引力定律，牛顿运动定律和万有引力定律在宏观、低速、弱引力的广阔领域，包括在天体力学的研究中经受实践的检验，显示出牛顿运动定律的正确性和经典力学的魅力。但是，再伟大的科学理论，也不会穷尽一切真理，经典力学也有自己的局限性。那么经典力学的局限性究竟在哪里？要搞清楚这个问题，我们首先了解一下宇宙。 一、宇宙 1.经典的时空观 在《自然哲学的数学原理》中关于时间，牛顿写道：绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定，自身均匀地流逝，与一切外在事物无关，又名延续；相对的、表观的和通常的时间是可感知和外在的（不论是精确的或者是不均匀的）对运动之延续的量度，它常被以代替真实时间，如一小时、一天、一月、一年。 关于空间，牛顿写道：绝对空间，就其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构，或是绝对空间的量度，我们通过它与物体的相对位置感知它；它一般被当做不可移动的空间。也就是说，时间自宇宙中均匀的流逝着，而空间就好像一个容器，两者之间没有联系，也不与物质运动发生关系。 牛顿的时空观与我们的经验是那样吻合，以至于我们会情不自禁地认为时间和空间的概念太浅显了，而探索“时空究竟是什么”似乎成了一个多余而天真的问题。 然而，在1905年的时候，爱因斯坦提出了一种崭新的时空观念。他指出，在研究物体的高速运动（速度接近真空中的光速）时，物体的长度即物体占有的空间，以及物理过程、化学过程、甚至还有生命过程的持续时间，都与它们的运动状态有关。这样，时间和空间不再与物体及其运动无关而独立存在了，世界在世人面前翻开了新的一页。 2.爱因斯坦的时空观 （1）狭义相对论的时空观 爱因斯坦的侠义相对论是建立在两个基本假设基础之上的。一是相对性原理，即物体运动状态的改变与选择任何一个参照系无关；二是光速不变原理，即对任何一个参照系而言，光速都是相同的。 从这两个基本假设出发，爱因斯坦得出以下主要结论：（1）长度收缩，即运动物体在运动方向长度缩短；（2）时钟变慢，即运动着的时钟要变慢；（3）光速极限，即任何物体的速度都不可能超过光速；（4）同时性是相对的，即在一个惯性系中同时发生的事情，在另一个惯性系中测量便不是同时发生的；（5）如果物质运动的速度比光速小得多，相对论力学就变为牛顿力学，因此相对论比牛顿力学具有更普遍的意义。 时间和空间的相对性和统一性，是狭义相对论的核心思想。狭义相对论从数学关系上精确地揭示了空间和时间的统一性，所谓孤立的空间和孤立的时间在自然界是不存在的。爱因斯坦的这一新的时空观由他的大学数学老师闵可夫斯基（MinkowskiH，1864―1909）做了重大发展。他在通常的三个空间坐标系以外，又引入了新的第四个坐标，从此人们才弄清楚，原来自然界的每一真实事件，都只能在四维时空连续区才能作出全面描述。 （2）广义相对论的时空观 爱因斯坦对于1905年提出的相对论并不满意，因为其中只涉及了相对做匀速运动的参照系，而没考虑到加速运动，所以并不完备。这也是今天我们称它为“狭义”相对论的原因。1915年，爱因斯坦进而把相对性状原理从匀速运动推广到加速运动，完成了广义相对论的表述。1916年，他写成总结性论文《广义相对论的基础》，宣告了广义相对论的诞生。 广义相对论基础的两个基本原理：（1）广义相对性原理；（2）等效原理。广义相对论实际上是关于空间、时间与万有引力关系的理论，它指出空间、时间不可能脱离物质而独立存在，空间、时间随物质分布和运动速度的变化而变化，揭示了时空与物质的内在联系。广义相对论进一步指出，由于物质的存在，时间和空间会发生弯曲，万有引力实际上是时空弯曲的表现。 对这两种时空观有一个基本的认识后，我们再讨论一下经典力学适应的领域。 二、惯性系和非惯性系 描写物体的运动，可以考虑研究问题的方便，而任意选择参考系。一个乘客在加速的火车车厢里行走，描述他的运动，可以用地面作参考系，也可以用车厢作参考系。但是，确定运动和力关系的牛顿运动定律，却不是对任何参考系都成立。 我们生活在地球上，通常是相对地面参考系研究物体运动的。伽利略的理想实验及高中物理里做过的研究运动和力关系的实验，都是用地面作参考系的。在地面上所做的许多观察和实验表明，牛顿运动定律对地面参考系是成立的。 那么，除了地面参考系外，牛顿运动定律还对什么参考系成立呢？ 1632年，伽利略发表了《关于两种世界体系的对话》一书，他对于在船舱里观察到的现象有一段生动的描述：“……船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比另一方向用更多的力。你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同。当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右的摆动，你将发现，所有上述现象都没有丝毫变化。你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动……” 伽利略的这段描述说明：在相对于地面做匀速直线运动的船舱里进行的力学实验和观测，与地面上的力学实验和观测，结果并没有差异。这就是说，以相对于地面做匀速直线运动的物体作为参考系，牛顿运动定律也是成立的。 那么，在相对于地面做变速运动的参考系中，牛顿运动定律是否成立呢？ 先设想有一辆做匀速直线运动的车厢，在车厢的桌面上放一个小球。相对于车厢参考系来说，小球保持静止，小球所受的合外力为零，符合牛顿运动定律。现在设想车厢开始向右做加速运动，在车厢里观测，小球将向左做加速运动，而小球并没有受到其他物体的作用力，所受的合力仍为零。这说明：在相对于地面做变速运动的车厢里，牛顿运动定律不再成立。 在物理学中，把牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系。研究地面上物体的运动，地面参考系通常可认为是惯性系，相对地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性系。在高中物理中，我们一般以惯性系作为参考系。 经典力学在处理宏观物体的低速运动问题时（如上面提到的各种宏观物体的运动），是完全适用的。20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦（1879―1955）提出了狭义相对论，改变了经典力学的一些结论。在经典力学中，物体的质量是固定不变的，而相对论指出质量要随速度的增大而增大。即 m=■ 式中m■是物体静止时的质量，m是物体速度为v时的质量，c是真空中的光速。 按照上式计算，在低速运动中，如地球以3×10■ m/s的速度绕太阳公转时，质量的增大十分微小，经典力学完全适用。当速度接近光速c时，如速度v=0.8c时，质量约增大到原质量的1.7倍。这时，经典力学就不适用了。 19世纪末20世纪初，物理学的研究深入微观世界，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学说明。20世纪初期，建立了量子力学，它能正确地描述微观粒子的正确性，并在现代科学技术中发挥重要作用。这就是说，经典力学也不适用于微观粒子。 综上所述，我们可以发现，经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子。 经典力学论文:对经典力学和时空理论以及重力理论的思考 【摘要】梁氏（笔者）对经典力学的思考发现其基本定律（公理）是牛顿――梁氏定律，对时空理论的思考发现其基本方程是梁氏变换，对重力理论的思考发现重力场场强的相对性和物体重力的相对性。 【关键词】牛顿――梁氏定律；梁氏变换；牛顿――梁氏力学；梁氏相对论 1. 对经典力学的思考经典力学是实验科学，其概念、方程、定理、定律、原理等等都直接来源于实验（实验可重复，实验结果可观测）。牛顿力学引入不可观测（找不到）的惯性系和不可测量（不可作实验检验）的惯性力是错的，不是实验科学的概念。经典力学理论之公理只有一条，即牛顿――梁氏定律。经典力学之基本方程（即数学基础）是牛顿――梁氏定律数学表达式，经典力学之基本定理是动量定理、动量矩定理和动能定理（这些定理的数学表达式均由基本方程导出），这样的经典力学称为普适经典力学或牛顿――梁氏力学。普适经典力学适用于任何一个参照系，地面参照系S上的经典力学称为S上的普适经典力学（其基本方程是牛顿――梁氏定律在S上的表达式F=ma ，此式被迄今物理学误认为是牛顿第二定律表达式〔1〕），相对于S匀速平动的参照系Sv上的经典力学称为Sv上的普适经典力学（其基本方程是牛顿――梁氏定律在Sv上的表达式Fv=mav，相对于S变速运动的参照系S`上的经典力学称为S`上的经典力学（其基本方程是牛顿――梁氏定律在S`上的表达式 F`=ma`），天宫一号实验室S*上的经典力学称为S*上的普适经典力学（其基本方程是牛顿――梁氏定律在S*上的表达式 ΣFi=ma*）。若将F=ma ， F=mav ， F`=ma`和ΣFi=ma*统一表为F合=ma 合（即质点所受合力等于质点质量乘以质点加速度），则牛顿――梁氏定律表达式就是F合=ma 合 。因此，迄今物理学将S上的经典力学称为牛顿力学成为历史性错误。牛顿力学基本定律只有一条牛顿第二定律，因其基本方程 F=ma 与牛顿第一、三定律无关，故牛顿第一、三定律不是牛顿力学之公理。公理愈少的理论体系愈好。值得指出，经典力学的应用其实就是牛顿――梁氏定律的应用， F=ma 的应用被误认为是牛顿定律应用，天空一号上的质量测量实验被误为是牛顿定律实验。还值得指出， Fv=mav证明伽利略相对性原理不成立（随之狭义相对性原理不成立）；因为实验方程 包含 ，所以 反映的物理定律不能称为梁氏定律而只能称为牛顿――梁氏定律，随之经典力学不能称为梁氏力学只能称为牛顿――梁氏力学（又称普适经典力学，其中普适之意不言自明）。到此可见，牛顿――梁氏力学才是名符其实的实验的经典力学。 2. 对时空理论的思考以时间空间变换式（简称时空变换〔2〕）为基本方程（即数学基础）的理论称为时间空间理论，简称时空理论。洛伦兹变换是两坐标系（参照系）相对匀速平动的时空变换，因此狭义相对论是匀速平动情况的时空理论（简称为匀速平动时空理论或匀速平动相对论）。两坐标系的普遍的相对运动是变速运动，于是梁氏发现了变速运动情况的时空变换――梁氏变换〔2〕，以梁氏变换为基本方程的时空理论称为变速运动情况的时空理论，简称为梁氏时空理论或变速运动相对论或梁氏相对论。洛伦兹变换和梁氏变换（以及超光速梁氏变换）均可由光速不变性原理推导出来，说明时空理论基本原理（公理）仅一条光速不变性原理。由时空变换导出钟慢关系式、尺缩关系式、质速关系式、质能关系式、能量动量关系式等等有无实际意义（称为物理意义）均由光速不变性原理有无物理意义来决定。因为物理学是实验科学，物理学理论（例如牛顿力学）之公理（例如牛顿第二定律）必须是可作实验检验的公理（不符合公理可以不证明之说），可见牛顿第二定律是实验定律（误认为牛顿第二定律是理想定律而不是实验定律成为历史性错误）。无法证明光速不变性原理（找不到实验证明，也找不到数学证明），因此时空理论肯定没有物理意义，其数学意义是有的，数学理论之公理不用证明，例如欧氏几何、非欧几何只有数学意义而无物理意义。到此可见，时空理论（相对论）不是物理理论而本质是数学理论。值得一提，广义相对性原理不是物理学原理（无实验依据），等效原理同样不是物理学原理（爱因斯坦用理想实验证明等效原理成立，其实是用“理想实验”概念偷换物理学的“实验”概念，爱因斯坦无道理将惯性力说成引力随之将广义相对论说成引力论）；另外，广义相对论构不成逻辑体系，不但不成物理学理论，而且不成数学理论。到此可见，爱因斯坦的地位比牛顿（世界最伟大的自然科学家）低一个层次是合理的，将爱因斯坦说成“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”不成立（评价过高）。另外，值得一提，怀疑一种理论，首先应思考其公理，再到基本方程（凭空想出来的方程――例如爱因斯坦重力场方程，根本没有意义），再到其他（例如概念，爱因斯坦用理想实验或称思想实验证明的同时性的相对性完全没有实际意义即物理意义）……。还值得一提，梁氏将梁氏相对论称为普适相对论意在强调变速运动的普遍性，将普适相对论称为爱氏――梁氏相对论意在借爱因斯坦这位假神促使人们相信梁氏变换，其实狭义相对论就是爱氏相对论，普适相对论就是梁氏相对论。 3. 对重力理论的思考众所周知，地球附近的物体的重力就是地球的吸引力或其一个分力，万有引力定律是重力理论的唯一基本定律。我们将哥白尼日心说推广为宇宙旋转说：地球绕太阳转，太阳系绕银河系中心转，银河系中心绕银河系集团中心转，……。于是，我们可以说明地球附近的物体其重力虽然是宇宙所有其他物体对它的吸引力之合力，但是太阳对它的吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力、银河系中心对它的吸引力恰好提供它跟随银河系中心绕银河系集团中心公转所需向心力，……，因此它的重力只能由地球吸引力产生。同理，月球上物体的重力只能由月球吸引力产生。根据万有引力定律和力的分解，很容易得到地球附近各种参照系上的重力场场强方程，这些方程表明上述参照系S、Sv和S`上的重力场场强（即重力加速度），分别为 g、gv和g'且gv≠ g'≠g （此不等式反映了重力加速度的相对性）。重力加速度的相对性导致物体重力的相对性：质量为m的同一物体，对S、Sv、和 S`而言有不同的重力，分别为 mg、mgv 和mg'。迄今物理学没有认识到重力加速度的相对性和物体重力的相对性，误认为同一物体不管在S上还是在Sv上还是在S`上的重力都一样。这一错误导致引入惯性力这种鬼力，于是有所谓质点相对运动动力学基本方程，于是误导爱因斯坦将数学当成物理学。 4. 梁氏相对论的应用经典力学的应用，归根结底是牛顿――梁氏定律的应用（本文文献〔1〕有几个应用之举例，天空一号上的抛体运动是运动学）。梁氏相对论的应用，归根结底是梁氏变换的应用。应用梁氏变换可解释双生子佯谬、转动参照系上钟慢、 μ子实验、1971年原子钟环球飞行实验、光谱线红移和本文文献〔1〕中设想王亚平带原子钟环球飞行实验，都证明动钟变慢；应用梁氏变换可解释迈――莫实验、水星近日点运动、火车进入隧道的争论、转动参照系上尺长，转盘圆周率大于π ，都证明静尺缩短。文献〔2〕应用梁氏变换给出了双生子佯谬、 μ子实验、1971年原子钟环球飞行实验、水星近日点运动、光谱线红移、迈――莫实验、火车进入隧道的争论、光线弯曲和平面弯曲的数学解释，显示了梁氏相对论是比狭义相对论更普遍和更好的相对论。 5. 结论 （1）牛顿――梁氏定律是经典力学唯一基本定律，它导致了牛顿力学的修正，随之要改写经典物理学史。 （2）梁氏变换是最普遍的时空变换，它导致了爱因斯坦相对论的修正，随之要改写近代物理学史。 6. 后语梁氏希望世界物理学家以本文及本文文献〔1〕〔2〕来思考牛顿――梁氏定律和梁氏变换，公开发表评论，欢迎推倒它从而制止来自中国大陆（广西桂平市）的物理学大地震。 经典力学论文:浅谈对牛顿经典力学的认识 【摘要】牛顿是物理学家、数学家、天文学家，他在科学上的贡献是非常巨大的，写成了伟大著作《自然哲学的数学原理》一书。 【关键词】三大运动定律 万有引力 牛顿（1643～1727）是英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的创始人。幼年时代就喜欢制作机械玩具。1665年发现二项式定理。 1667年他进入三一学院当研究生，次年获硕士学位。 1689年和1701年，牛顿两次以剑桥大学代表的身份被选入议会。 1703年起担任英国皇家学会会长。1727年3月20日逝世于伦敦。 牛顿在科学上的贡献是非常巨大的。1686年底，牛顿写成《自然哲学的数学原理》一书。 这部科学史上伟大的著作在1687年出版。牛顿在这部书中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力）和基本定律（运动三定律）出发，运用他所发明的微积分这一数学工具，不但从数学上论证了万有引力定律，而且把经典力学确立为完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。 在当今人类继续享受牛顿经典力学给我们带来的科技与文明成果的同时，我们也有必要追寻三大定律所包含的物理规律之深刻的本质意义。本文就牛顿在经典力学方面的杰出贡献简要谈谈自己的认识和理解。 一、牛顿第一运动定律 300多年前，伽利略认识到：运动物体受到的阻力越小，它的运动速度减小得就越慢，他运动的时间就越长。他还进一步推理得出，在理想情况下，如果水平表面绝对光滑，它的速度将不会减慢，这时物体将以恒定不变的速度永远运动下去。 1675年的著作《解释光属性的解说》中，牛顿假定了以太的存在，认为粒子间力的传递是透过以太进行的。）并把以太作为绝对理想的参考系的前提下产生的，牛顿曾经说过：“我是站在巨人的肩膀上才成功的。”这句话就是针对伽利略的。所以牛顿概括了前人的研究结果，总结出了著名的牛顿第一定律。 一切物体在没有受力的作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态。这就是牛顿第一定律。 物体都有维持静止和作匀速直线运动的趋势，没有外力，它的运动状态是不会改变的。物体的保持原有运动状态不变的性质称为惯性 ，惯性的大小由质量量度。所以牛顿第一定律也称为惯性定律 。 需要我们注意的是： 1.惯性运动是理论上的、概论性的物理现象，在宇宙中，不存在纯理论上的惯性运动，牛顿第一定律是通过分析事实，再进一步概括、推理得出的。我们 不可能用实验来直接验证这一定律。牛顿动力学基本定律是建立在绝对运动的基础上， 但是，宇宙中的任何物体都是运动的，根本不存在绝对静止的空间，自然也找不到绝对静止的惯性坐标系。 然而，从定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，牛顿第一定律已成为大家公认的力学基本定律之一。 2.惯性系的必然条件，是它相对于另一个系统，特别是一个更大的系统而表现为匀速直线运动或静止的状态。判定地表或地球是否是惯性系统，显然必须站在太空的角度。牛顿第一定律并不是在所有的参照系里都成立，实际上它只在惯性参照系里才成立。（地球是惯性系吗？）因此常常把牛顿第一定律是否成立，作为一个参照系是否是惯性参照系的判据。 二、牛顿第二运动定律（惯性定律） 物体在受到合外力的作用时会产生加速度，加速度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小正比于合外力的大小与物体的惯性质量成反比。 如果用m表示质点的质量，F和a分别表示作用于质点上的力和质点的加速度，我们只要选取适当的单位，则第二定律可表示为：F合=ma 定律给出了质点运动的加速度与其所受力之间的瞬时关系，说明作用力并不直接决定质点的速度，力对于质点运动的影响是通过加速度表现出来的，而速度的方向可完全不同于作用力的方向。 同时，这个定律说明质点的加速度不仅取决于作用力，而且与质点的质量有关。若使不同的质点获得同样的加速度，质量较大的质点则需要较大的力，这说明较大的质量具有较大的惯性。由此可知，质量是质点惯性的度量。由于平动物体可以看作质点，所以质量也是平动物体惯性的度量。牛顿在万有引力定律中引入了引力质量以显示物体产生和接受引力的强弱，他定义的惯性质量与引力质量是等价的。 同样，在应用牛顿第二定律时需要我们注意的是： （1）F=ma是一个矢量方程，应用时应规定正方向。 （2）牛顿第二定律是力的瞬时作用规律。 （3）根据力的独立作用原理，用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时，可将物体所受各力正交分解，在两个互相垂直的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式：Fx=max，Fy=may。 三、牛顿第三运动定律 两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。 表达式： F1=-F2 说明：牛顿第三定律中力的特点，在于揭示的是内力的作用规律，是牛顿第一定律和牛顿第二定律的内部作用机制。要改变一个物体的运动状态，必须有其他物体和它相互作用。物体之间的相互作用是通过力体现的。并且指出力的作用是相互的，有作用必有反作用力。 在应用时需要注意的是： 1.作用力和反作用力成对出现，同时产生、同时消失。 2.这一对力是作用在不同物体上，不可能抵消。 3.作用力和反作用力是同一性质的力。 4.相互作用力区别于平衡力 。 5.牛顿第三定律是动量守恒定律在经典力学中的表现形式.牛顿第三定律有两个前提条件，即“直接性”和“瞬时性”。“直接性”是指两物体之间由于接触（即：两物体之间的距离可忽略）而产生的相互作用；“瞬时性”是指相互作用的两物体在某一时刻分别受到对方施加的力。 四、万有引力定律 在牛顿以前，天文学家一直无法圆满地解释一个问题：为什么行星要按照一定的规律围绕太阳运行？在牛顿发现万有引力之前，已经有许多科学家严肃地考虑过这个问题，比如开普勒就认识到，要维持行星沿椭圆轨道运动必定有一种力在起作用，这种力像磁石吸铁一样。1659年，惠更斯从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。 1673年，惠更斯推导出向心力定律；1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。 牛顿自己回忆，1666年前后，他在老家居住的时候已经考虑过万有引力的问题。最有名的一个说法是：在假期里，他常常在花园里小坐片刻。有一次，像以往屡次发生的那样，一个苹果从树上掉了下来…… 1679年，胡克曾经写信问牛顿，能不能根据向心力定律和引力同距离的平方成反比的定律，来证明行星沿椭圆轨道运动，但是他不擅长数学计算 。牛顿没有回答这个问题。牛顿高明的地方就在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。1685年，哈雷登门拜访牛顿时，牛顿已经发现了万有引力定律：两个物体之间有引力，引力和距离的平方成反比，和两个物体质量的乘积成正比。 当时已经有了地球半径、日地距离等精确的数据可以供计算使用。牛顿向哈雷证明地球的引力是使月亮围绕地球运动的向心力，也证明了在太阳引力作用下，行星运动符合开普勒运动三定律。 牛顿在临终前对自己的生活道路是这样总结的：“我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就像是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，而对于展现在我面前的浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。” 这当然是牛顿的谦逊。 1727年3月20日，伟大的艾萨克？牛顿逝世。同其他很多杰出的英国人一样，他被埋葬在了威斯敏斯特教堂。他的墓碑上镌刻着： 让人们欢呼这样一位多么伟大的人类，荣耀曾经在世界上存在。 经典力学论文:对经典力学和时空理论以及重力理论的思考 【摘要】梁氏（笔者）对经典力学的思考发现其基本定律（公理）是牛顿——梁氏定律，对时空理论的思考发现其基本方程是梁氏变换，对重力理论的思考发现重力场场强的相对性和物体重力的相对性。 【关键词】牛顿——梁氏定律；梁氏变换；牛顿——梁氏力学；梁氏相对论 1. 对经典力学的思考 经典力学是实验科学，其概念、方程、定理、定律、原理等等都直接来源于实验（实验可重复，实验结果可观测）。牛顿力学引入不可观测（找不到）的惯性系和不可测量（不可作实验检验）的惯性力是错的，不是实验科学的概念。经典力学理论之公理只有一条，即牛顿——梁氏定律。经典力学之基本方程（即数学基础）是牛顿——梁氏定律数学表达式，经典力学之基本定理是动量定理、动量矩定理和动能定理（这些定理的数学表达式均由基本方程导出），这样的经典力学称为普适经典力学或牛顿——梁氏力学。普适经典力学适用于任何一个参照系，地面参照系S上的经典力学称为S上的普适经典力学（其基本方程是牛顿——梁氏定律在S上的表达式F=ma ，此式被迄今物理学误认为是牛顿第二定律表达式〔1〕），相对于S匀速平动的参照系Sv上的经典力学称为Sv上的普适经典力学（其基本方程是牛顿——梁氏定律在Sv上的表达式Fv=mav，相对于S变速运动的参照系S`上的经典力学称为S`上的经典力学（其基本方程是牛顿——梁氏定律在S`上的表达式 F`=ma`），天宫一号实验室S*上的经典力学称为S*上的普适经典力学（其基本方程是牛顿——梁氏定律在S*上的表达式 ΣFi=ma*）。若将F=ma ， F=mav ， F`=ma`和ΣFi=ma*统一表为F合=ma 合（即质点所受合力等于质点质量乘以质点加速度），则牛顿——梁氏定律表达式就是F合=ma 合 。因此，迄今物理学将S上的经典力学称为牛顿力学成为历史性错误。牛顿力学基本定律只有一条牛顿第二定律，因其基本方程 F=ma 与牛顿第一、三定律无关，故牛顿第一、三定律不是牛顿力学之公理。公理愈少的理论体系愈好。值得指出，经典力学的应用其实就是牛顿——梁氏定律的应用， F=ma 的应用被误认为是牛顿定律应用，天空一号上的质量测量实验被误为是牛顿定律实验。还值得指出， Fv=mav证明伽利略相对性原理不成立（随之狭义相对性原理不成立）；因为实验方程 包含 ，所以 反映的物理定律不能称为梁氏定律而只能称为牛顿——梁氏定律，随之经典力学不能称为梁氏力学只能称为牛顿——梁氏力学（又称普适经典力学，其中普适之意不言自明）。到此可见，牛顿——梁氏力学才是名符其实的实验的经典力学。 2. 对时空理论的思考 以时间空间变换式（简称时空变换〔2〕）为基本方程（即数学基础）的理论称为时间空间理论，简称时空理论。洛伦兹变换是两坐标系（参照系）相对匀速平动的时空变换，因此狭义相对论是匀速平动情况的时空理论（简称为匀速平动时空理论或匀速平动相对论）。两坐标系的普遍的相对运动是变速运动，于是梁氏发现了变速运动情况的时空变换——梁氏变换〔2〕，以梁氏变换为基本方程的时空理论称为变速运动情况的时空理论，简称为梁氏时空理论或变速运动相对论或梁氏相对论。洛伦兹变换和梁氏变换（以及超光速梁氏变换）均可由光速不变性原理推导出来，说明时空理论基本原理（公理）仅一条光速不变性原理。由时空变换导出钟慢关系式、尺缩关系式、质速关系式、质能关系式、能量动量关系式等等有无实际意义（称为物理意义）均由光速不变性原理有无物理意义来决定。因为物理学是实验科学，物理学理论（例如牛顿力学）之公理（例如牛顿第二定律）必须是可作实验检验的公理（不符合公理可以不证明之说），可见牛顿第二定律是实验定律（误认为牛顿第二定律是理想定律而不是实验定律成为历史性错误）。无法证明光速不变性原理（找不到实验证明，也找不到数学证明），因此时空理论肯定没有物理意义，其数学意义是有的，数学理论之公理不用证明，例如欧氏几何、非欧几何只有数学意义而无物理意义。到此可见，时空理论（相对论）不是物理理论而本质是数学理论。值得一提，广义相对性原理不是物理学原理（无实验依据），等效原理同样不是物理学原理（爱因斯坦用理想实验证明等效原理成立，其实是用“理想实验”概念偷换物理学的“实验”概念，爱因斯坦无道理将惯性力说成引力随之将广义相对论说成引力论）；另外，广义相对论构不成逻辑体系，不但不成物理学理论，而且不成数学理论。到此可见，爱因斯坦的地位比牛顿（世界最伟大的自然科学家）低一个层次是合理的，将爱因斯坦说成“人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星”不成立（评价过高）。另外，值得一提，怀疑一种理论，首先应思考其公理，再到基本方程（凭空想出来的方程——例如爱因斯坦重力场方程，根本没有意义），再到其他（例如概念，爱因斯坦用理想实验或称思想实验证明的同时性的相对性完全没有实际意义即物理意义）……。还值得一提，梁氏将梁氏相对论称为普适相对论意在强调变速运动的普遍性，将普适相对论称为爱氏——梁氏相对论意在借爱因斯坦这位假神促使人们相信梁氏变换，其实狭义相对论就是爱氏相对论，普适相对论就是梁氏相对论。 3. 对重力理论的思考 众所周知，地球附近的物体的重力就是地球的吸引力或其一个分力，万有引力定律是重力理论的唯一基本定律。我们将哥白尼日心说推广为宇宙旋转说：地球绕太阳转，太阳系绕银河系中心转，银河系中心绕银河系集团中心转，……。于是，我们可以说明地球附近的物体其重力虽然是宇宙所有其他物体对它的吸引力之合力，但是太阳对它的吸引力恰好提供它跟随地球公转所需向心力、银河系中心对它的吸引力恰好提供它跟随银河系中心绕银河系集团中心公转所需向心力，……，因此它的重力只能由地球吸引力产生。同理，月球上物体的重力只能由月球吸引力产生。根据万有引力定律和力的分解，很容易得到地球附近各种参照系上的重力场场强方程，这些方程表明上述参照系S、Sv和S`上的重力场场强（即重力加速度），分别为 g、gv和g'且gv≠ g'≠g （此不等式反映了重力加速度的相对性）。重力加速度的相对性导致物体重力的相对性：质量为m的同一物体，对S、Sv、和 S`而言有不同的重力，分别为 mg、mgv 和mg'。迄今物理学没有认识到重力加速度的相对性和物体重力的相对性，误认为同一物体不管在S上还是在Sv上还是在S`上的重力都一样。这一错误导致引入惯性力这种鬼力，于是有所谓质点相对运动动力学基本方程，于是误导爱因斯坦将数学当成物理学。 4. 梁氏相对论的应用 经典力学的应用，归根结底是牛顿——梁氏定律的应用（本文文献〔1〕有几个应用之举例，天空一号上的抛体运动是运动学）。梁氏相对论的应用，归根结底是梁氏变换的应用。应用梁氏变换可解释双生子佯谬、转动参照系上钟慢、 μ子实验、1971年原子钟环球飞行实验、光谱线红移和本文文献〔1〕中设想王亚平带原子钟环球飞行实验，都证明动钟变慢；应用梁氏变换可解释迈——莫实验、水星近日点运动、火车进入隧道的争论、转动参照系上尺长，转盘圆周率大于π ，都证明静尺缩短。文献〔2〕应用梁氏变换给出了双生子佯谬、 μ子实验、1971年原子钟环球飞行实验、水星近日点运动、光谱线红移、迈——莫实验、火车进入隧道的争论、光线弯曲和平面弯曲的数学解释，显示了梁氏相对论是比狭义相对论更普遍和更好的相对论。 5. 结论 （1）牛顿——梁氏定律是经典力学唯一基本定律，它导致了牛顿力学的修正，随之要改写经典物理学史。 （2）梁氏变换是最普遍的时空变换，它导致了爱因斯坦相对论的修正，随之要改写近代物理学史。 6. 后语 梁氏希望世界物理学家以本文及本文文献〔1〕〔2〕来思考牛顿——梁氏定律和梁氏变换，公开发表评论，欢迎推倒它从而制止来自中国大陆（广西桂平市）的物理学大地震。 经典力学论文:经典力学为何难以说明意识问题 摘 要 以经典力学为理论基础的二元论和唯物主义，在相反的立场上对意识的说明是心物关系问题日益复杂的重要原因之一。经典力学作为传统心物关系理论的固有范式，在说明意识的整体性等问题上存在困难。量子力学有可能为意识研究开辟一条新的研究路径。 关键词 心身二元论 经典力学 观察者 意识 意识涵盖了大部分的心理现象，它既是我们体验到的对心理状态的复杂的内省，又等同于“觉醒”的状态，或者感知状态。因此，在给意识下定义时就会出现困难，它所涉及的分支众多，难以用一个单一的定义将意识所包含的方面全部囊括其中。意识的核心问题是“现象性”，理解意识的关键在于弄清楚现象性本身的本质及其起源。在早期西方哲学历史上，意识问题是以“心身问题”为标志开始的，意识是“心灵”的一个特征。从最早时期开始，意识与死亡相关联，人们希望并且相信，意识是与物质性的身体相区别的东西。因此，对意识的研究首先要回溯到早期历史上的心身问题。 自从笛卡尔提出“心身二元论”，赋予“心灵”以实体地位以来，对于心灵是否存在、怎样存在、如果存在，心灵该如何与身体相互作用等问题的争论延续至今。笛卡尔认为，心灵与物质是独立的两个实体，物质具有广延的属性，却不能思考，心灵能够思考却不占有空间。从对日常经验的内在主义素朴描述出发来看，心灵与身体之间和谐地相互作用，促使人们能够相信，心灵必然有其独特的存在地位。为了说明两者如何互动作用，笛卡尔提出“松果腺”这一概念。但是“松果腺”的提出，却恰恰暴露出笛卡尔的心灵观念存在的矛盾。 从内在主义的角度看，心灵确实与物质相互作用，意愿、欲望能够促成行为的发生，导致行为对象的改变等。但是，由于心灵不具有广延且不占有空间的属性，又导致人们无法运用在经典力学基础之上形成的认知图式，来理解和说明心灵的存在形式，心灵怎样与物质相互作用更成为了一个难题。如果承认心灵的独特实体地位，则有悖于经典力学的科学原则，如果依照唯物主义的基本观点，把心灵与物质等同起来，用大脑内部的物质之间的相互作用来说明意识活动，则导致无法说明为什么存在主观体验和感受的问题，这显然又违背了人类体验的直觉。因此，无论是坚持二元论还是唯物主义一元论，心物互动问题都面临着极大的理论困难，坚持内在主义观点，就必须说明心灵有别于物质的本体论地位以及心身互动的作用机制；坚持唯物主义的观点，就必须说明为什么人会有主观体验和感受。本文认为，除了上述两种对心物关系的说明之外，存在第三种对心物关系的思考，即对经典力学原则在说明心灵问题上是否具有适用性的质疑：经典力学的原则是万能的吗？它是否能够作为评判心灵是否存在以及怎样存在的标准？心物关系问题难以有所进展，是否因为我们用来评判心灵存在的标准出了问题？量子力学能否作为新的研究范式来推进心灵的研究？ 随着人们认知程度的提高，自然科学的发展，对心灵问题的讨论更加如火如荼。古老神秘的“心灵”概念也逐渐以“意识”这一崭新的形式出现在哲学、神经科学、心理学、计算机科学等多学科的交叉研究视域中。本文将以“意识”这一概念来论述笛卡尔心物二元论中所提及的“心灵”。 “有一种古老的观点：自然由两部分组成，一部分包含感觉和思想，另一部分在运动中包含有物质对象。这个观点在笛卡尔的时代复活，并成为经典物理学的基础。”①1687年，牛顿出版了著名的《自然哲学的数学原理》一书，掀起了科学的革命。在这本书中，宇宙被描述成一个遵循严格规律的大机器，依照数学的精密性在空间中运动。一切事物都可以被还原成遵循严格规律运动的物质实体，作为因果决定链条上的一环，按照既定的规律运行。因此，经典物理学的世界被冠以具有决定论和客观性的特征。但是在涉及到微观世界的对象时，经典物理学的基本原则就失效了。 意识问题是当代哲学、神经科学、心理学、计算机科学等多个交叉学科进行跨学科研究的热点难题。众多学科关注意识的原因在于，它是关乎人的本性根基和人与外部世界关系的根本性问题。不论是唯物主义立场，还是二元论立场来看待意识，都有不可回避的理论困难。 以上两种立场在说明意识问题的过程中，会遭遇到困难的原因，除了意识问题本身的复杂性之外，另一个重要的原因是，唯物主义和二元论均把研究宏观事物低速运动规律的经典力学，作为思考意识问题的理论基础。二元论产生的部分原因是迫于经典力学的还原论和客观性压力，人们无法调和与说明物质活动和意识之间存在形式的不协调，但是却又难以违背自己体验的常识，放弃意识的主观性特征。唯物主义则恰恰相反，它遵循经典力学的客观性、决定论、还原论等根本规律，把物质放在优先地位，试图用经典力学的规律来同化或拒斥意识的主观性特征。在一定程度上，二元论与唯物主义这两种相对立的立场都是以经典力学的原则为根本依据，朝着各自相反的方向建构自己的理论，但是，二元论从理论内部割裂了意识与物质的关联，而唯物主义又混淆了意识与物质的差别。 以牛顿运动定律为主要内容的经典力学在20世纪以前被称为最美的物理学，它通过把“意识”排斥在研究范围之外来实现其理论的完备性。它假定时空的绝对性和依据初始值可进行精确预测等特征，为人类认识自然、了解自身的本性描绘了一幅因果封闭、清晰可测的蓝图。世界上的任何物理系统都能够被分解为各个组成元素，各个组成元素只能够与彼此相邻的元素发生相互作用，物理系统遵循着严格的物理因果封闭定律，根据一定的可观测的物理量，能够做出无限精确的预测。经典力学的唯物主义世界观已经否定了意识是有别于物质，具有独立存在地位的实体。大脑是世界上最为精密且复杂的整体系统，它作为意识活动发生的场所已经是毋庸置疑的科学事实。按照经典力学的观点，大脑与意识同样应该遵守经典力学的根本原则，但显然意识的诸多属性以及对应的神经活动的规律都无法用经典力学来说明。 神经科学的研究成果已经表明，意识活动的发生受到大脑整体活动的控制，它并不是固定发生在大脑的某一个区域。同样，大脑的某一部分神经通路也不是意识发生的场所，完整的意识的出现，需要调动大脑内部不同脑区的神经元进行放电。不同的意识场景所对应的神经元活动的组合也不一样。就目前的神经研究成果而言，神经科学只能够对意识活动的说明进行基于科学经验上的描述，而不能够进行充分的因果说明。经典力学中的整体可以分解成部分的组合的原则，无法说明意识的高度统一性；相邻部分的因果互动原则更加无法解释不同脑区的神经活动，怎样能够作为单一的意识活动的组成部分。发生在个体大脑中的意识转瞬即逝，难以捕捉，甚至毫无规律可循。大脑内部呈现的意识场景为什么具有统一整合性和动态的分化性，归属于不同脑区的神经元为什么能同时放电而形成单一的意识场景，控制这些神经元活动的机制是什么？这些问题，对于研究宏观事物运动规律的经典力学而言存在困难。经典力学中不需要涉及对微观事物的化学过程的说明，而这一点对于大脑研究来说，则非常重要。 如果从大脑内部和大脑外部两个维度，来对意识进行一种描述上的区分，从大脑外部，引入一个“观察者”，那么对意识就可以做出两种不同的描述。这两种维度的描述之间的区别也表明，经典力学难以说明意识。 按照经典力学的原则，每个脑区的神经元只能够与它紧邻的神经元发生互动，并根据所处的大脑区域的定域性而非全局性来表征意识场景。对意识的内在描述不是从外在的“观察者”或者元素集合所体现出的整体功能性角度进行描述，而是对这些独立的神经元描述的组合的描述。“根据经典力学，对物理系统和它的动力学的状态的描述，能够在内在的层次上表达出来。但是人们怎样来理解经验的整体思想的发生呢？”② 外在描述是在引入一个外部“观察者”之后而做出的描述，观察者知道大脑内部描述是由诸多元素所构成，但是，他能够从外在维度对内部元素进行整合，使内部元素组合起来具有整体的表征属性。同时，外部的观察者能够从整体的功能性角度出发来进行整体表征，在观察者的意识中形成的整体性描述，不会受到各个不同脑区神经元活动的区域性限制。总之，这个外在的观察者不仅具备“知道”大脑内部是由多个元素组合的能力，还具备把这些元素集合成整体的能力。因此，在内在描述层次上的独立元素的集合，在外在层次上可以被称为是一个单一的整体。 从功能的角度出发，大脑被看作是一个功能性的整体，但是在经典力学的框架中，功能基本上不具备任何实际的意义，因为大脑的过程受到不同脑区神经活动的控制，然而，大脑部分与部分之间的相互作用不可能实现大脑的整体性功能作用。从根本上来说，一个从外在层次所描述的功能性整体，所表现出来的整体性含义要比逻辑上独立的要素的简单集合要复杂得多，而这一点恰恰是与经典力学的根本原则相悖。因此，意识的整体功能性概念在经典力学框架中也无法得到合理的说明。 依据经典力学的法则，整体可以被分解为独立的局部要素的集合。“功能性”对于物理因果封闭定律而言是无效的，因而不具备任何存在的理由，唯一承认它的理由就是方便我们从外在层次对它进行直接的理解。 灵感与顿悟是经常出现在人类思考过程中的真实存在的心理现象，在艺术和科学研究中表现尤为明显。它们具有突发性、偶然性、丰富性、瞬息变化等特征，它们常常会受到当下场景或意识内容的刺激而产生，但是其产生的机制与结果却远远超出了人对当下对意识的研究水平。按照经典力学的可预测性原则，依据一定的可观测的物理量，就能够对事物做出精确的预测，但是在灵感和顿悟这类具有突发性的心理现象上，经典力学的根本原则显然不适用。 根据经典力学的根本原则来解决意识问题面临诸多的理论困难，意识的高度整合性和高度的分化性、主观体验的整体性和动态多样性、从外在的功能角度所描述的大脑的整体功能性特征、灵感和顿悟这类突发性的心理现象都无法从经典力学理论中得到科学合理的说明。 斯塔普（Henry Stapp）认为，对于经典力学而言，意识和行为之间的紧密关系不可能从逻辑上推导出来，相反，这恰恰意味着经典力学的不完整性。经典力学不能够蕴含意识的现象性方面，除非意识是一种副现象。但是，如果意识是副现象，则显然有悖了直觉。如果经典力学控制自然的整个动态过程，那么作为人类大脑高度进化发展结果的意识就是一个令人怀疑的神话。经典力学的动态原则既不蕴含现象实在的存在，也不能够对它们怎样从简单形式进化到高级阶段提供一种自然的动态说明。在经典力学的理论框架当中，人类的体验既没有存在地位，它也无法对大脑的动态作用提供充分合理的自然说明，那么我们就应该放弃用经典力学的整体逻辑结构来研究意识，并转而寻求一种能让我们的体验充分发挥动态作用，且完全不同的逻辑结构的模式，这一模式就是量子力学。 量子力学的诞生打破了人类对经典力学关于世界的固有认识，传统的物质观念、物理封闭因果定律、决定论和连续性观点都遭到了破坏。量子力学重新为人类描述了一个新奇的、感官不可知、反常识的世界。量子力学的理论框架内，大脑被看作一个量子系统。 意识与大脑之间的紧密联系已经是一个不争的科学事实，虽然经典力学在说明意识问题上存在许多的理论困难，但是科学的发展趋势表明，我们始终要在科学的框架内来说明意识。因此，意识研究必须转换一种新的研究范式。目前，最有希望将意识重新纳入到物质世界的科学理论只有量子力学。“冯诺依曼、诺伯特维纳和霍尔丹指出，自然的量子力学方面似乎是为了将意识重新纳入我们现有的物质概念而为意识量身定做。”③ 经典力学与量子力学的不同之处在于，量子力学引入了“观察者”因素，测量结果不再是具有绝对的客观性。尤其是在对意识进行研究的过程中，“观察者”本身也作为物理系统的一部分而参与和影响着对意识的测量结果。由于意识具有高度的分化性，各种心理事件瞬息万变，每一次对意识的测量都会取得不同的结果，为了对意识现象做出完备的描述，每一次的测量结果彼此之间呈互补关系，这种互补性取消了在经典力学框架内应该具有的严格因果律，意识呈现出非因果性的特征。 当代著名的心灵哲学家查默斯也多次在其著作中谈到意识可能与量子力学有紧密的关系，但是对此他常常又持一种怀疑的态度。作为提出“意识的困难问题”而闻名于世的哲学家来说，他始终关注的是意识的主观经验问题，但是，在他看来，量子力学与经典力学相比，在意识问题上具有一定的优势，但是即便如此，这一范式目前还未能说明为什么会有主观感受的发生。“问题在于物理理论的基本元素都要归结到两点：结构和物理过程的动力学，但是从结构和动力学出发，我们只能获得更多的结构和动力学，而有意识的经验仍然没有被涉及。”④尽管如此，量子力学在意识研究上仍有许多探讨的空间。 经典力学论文:地方师范院校经典力学课堂教学的几点思考 【摘 要】新形势下，地方师范院校面临着两方面的任务：一是培养能胜任素质教育的中学教师；二是培养具有创新意识的科研型学习人才。而当前地方院校的转型已经落后于素质教育的推广和高中新课改的全面实施。因此，改变传统的课程定位、教学模式、教学目标势在必行。本文讨论了经典力学课堂教学在学生角色转变、职业技能培养和科研能力培养等方面的作用。 【关键词】地方师范院校 课堂教学 桥梁作用 教师职业技能 科研创新能力 进入21世纪，特别是在素质教育全面实施、高中新课改全面推行、本科教育面向大众化的新形势下，地方师范院校的人才培养目标也将发生相应的调整。一方面需立足于地方性和师范性，担负起为地方培养素质教育合格人才（中学教师）的任务；另一方面，由于本科教育已经面向大众化，研究生教育已经是一种趋势，因此，地方师范院校还承担着为研究生培养输送合格的科研型学习人才的任务。所以，地方师范院校的课堂教学既不能实行单一的知识讲解和理论灌输，也不能完全脱离教学的师范性，将地方师范教育转变为考研加工厂。下面笔者以经典力学为例，谈谈课堂教学的几点思考。 一 在课堂教学中发挥力学教学的桥梁作用 地方师范院校的力学课程往往是在大学一年级开设，此时，学生在学习方法和认知能力等方面还停留在高中阶段，对物理学科的认识往往有很大的偏差，对物理学习的整体印象还停留在强化记忆、定量计算上，不习惯或不能够对物理对象做完整而详细的定性分析，不习惯用物理语言、数学语言去描述物理现象和运用数学手段去解决物理问题。因而教师在课堂教学中，应该注重培养学生的科学素养，养成用学术语言去定义物理概念，用物理语言去解释数学公式，用数学手段解决物理问题的物理思维，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，调动学生学习的积极性和主动性，逐步引导他们从中学物理的学习方式转变到大学物理的学习方式上来，逐步适应大学的课堂教学方式，从而充分发挥经典力学课堂教学在学生角色转变上的桥梁作用。力学教学的另一桥梁作用体现在力学课程中蕴含的物理规律、科学思维、研究方法等对后续经典物理学基础课程的影响，经典物理学中电磁学、声学、光学、热学等基础物理理论的建立无一不与经典力学理论有着密切的联系，在学习方法和思维模式上深受经典力学的影响。电磁学的学习首先是从电场和磁场力的属性及能量的属性开始的，库仑定律、麦克斯韦方程组等理论的建立无一不是类比或借鉴于经典力学理论。在声学中声音被视为是弹性介质空气中的机械振动。在热学理论中，热运动被归结为分子无规则机械运动的统计表现，能量守恒被引入到热力学三定律的建立之中，而光学中光电效应爱因斯坦方程恰是功能关系的体现。可以说，整个经典物理理论均渗透着经典力学的痕迹，因而，在经典力学的课堂教学中，教师应该引导学生了解力学与其他学科的关系，发挥经典力学在物理学知识体系中的桥梁作用，激发学生的学习兴趣和积极主动性。 二 在课堂教学中培养师范类学生的职业技能 在素质教育和新课改全面推行的新形势下，对教师的职业技能要求越来越高，地方师范院校传统的职业技能训练往往采取的是学生分组试讲、教师单独指导，这一模式由于受时间短、试讲课堂虚拟化、教师指导理想化等客观因素的限制，很难将学生培养成为一名合格的素质教育工作者，因而在日常的教学活动中不仅要传授知识，更应该让其参与到教学活动中来，积极学“教”。但在物理学的很多课程中由于受课时少、教学任务重、知识内容相对较难等因素的影响，要想让学生站在“准教师”的立场参与到教学中来，是一件不容易的事情。而经典力学由于在知识层面上有很大一部分与高中知识点相重叠，课程相对较简单，因而在力学的课堂教学中，教师可以积极引导学生参与到教学活动中来，鼓励他们以“准教师”的立场去讨论和理解在中学阶段曾经接触过的物理问题，培养他们基本的职业技能，从而改变传统的教学模式，真正让学生参与到教学中来，在日常的教学活动中学习“教”，逐步培养和提高他们的教师职业素养。 三 在课堂教学中培养学生的科研创新能力 本科教育已经走向大众化，地方师范院校完全的师范性教育既不能满足学生的发展需要，也不能促进学校本身的发展。因而，如何以科研促进教学，积极培养合格的“准研究生”已经是当前地方师范院校面临的难题之一。合格的“准研究生”不仅要求学生具有系统而扎实的专业基础，还应具备自主创新的学习能力和科学探究能力，对本专业的前沿知识和发展前景均应有所了解，这些知识技能的获得，要经过长期的学习和熏陶，逐步积累和总结才能习得。所以，教师在日常的课堂教学中，必须把握和贯彻这一理念。经典力学作为师范类专业学生进入大学后较早接触的专业基础课之一，是整个物理学的基石，其课程内容具有基础性和实用性的特点，经典力学概念及其理论从形成到发展，都蕴含了丰富的物理学思维。经典力学研究问题的方法对学生认知能力的培养起着不可替代的作用。经典力学的研究手段是整个物理学乃至自然科学的常用手段之一。经典力学课程的这些特点是课程本身的精华所在，在教学中，教师应积极引导学生去把握、探究这些科学思想、思维方式和研究方法，逐步养成研究式的学习方法，而不是单纯地接受知识。教师在教学中，应该加大介绍物理学发展的前沿理念和科学技术的力度， 拓展学生视野，帮助他们理清物理的学习思路，引导他们走上物理学习和研究之路。 地方师范院校的教学改革，已经远远落后于素质教育的推广和高中新课改的推行，作为衔接中学物理和大学物理桥梁的基础物理课程，特别是物理学基础课程之中的核心课程——经典力学，其教学改革和教学模式的好坏直接影响着地方师范院校在人才培养方面能否取得长足进步，因而，探讨和推行经典力学课程教学改革具有举足轻重的作用。 经典力学论文:论经典力学的局限性 摘要：人类从愚昧走向文明，从神学走向科学，在认识自我的过程中，物理学起到了绝对重要的作用。而物理学的第一次颠覆时刻就是经典力学的建立。但创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约，重点论述了经典力学的局限性。 关键词：经典力学；牛顿；局限性 在高中阶段，我们所学习的力学知识主要是以牛顿运动定律为基础的经典力学。那么经典力学是如何形成的、它的局限性表现在哪些方面?让我们一一解答。 一、经典力学的形成 17世纪牛顿力学构成了体系，可以说，这是物理学的第一次伟大综合。牛顿建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律，并发展了变量数学微积分，具有了解决实际问题的能力。他开创了天体力学这一科学，海王星和冥王星的发现就充分证明了这一点。 二、经典力学的主要观点 牛顿力学三定律构成了近代力学的基础，也是近代物理学的重要支柱。牛顿对于力学最重要的贡献则是万有引力的发现。 牛顿的力学三定律和万有引力定律把天体运动定律与地上物体运动定律统一起来，建立起经典力学的理论大厦。牛顿把他的力学理论应用于太阳系，解决了天体力学中的一系列问题。他拿出了计算太阳质量和行星质量的方法，证明了地球是一个赤道凸出的扁球，解释了岁差现象，说明了潮汐的涨落，分析了彗星运动的轨迹和天体摄动现象等。 18世纪及以后的一系列事实，证实了牛顿力学的真理性，从而得到了广泛的承认。对证实牛顿万有引力定律有重要意义的事实，一是哈雷彗星的发现，二是地球形状的证实，三是关于行星摄动现象的证实。此外，如关于引力常数G的测定等，也都证实了万有引力定律。 三、经典力学的局限性 创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约，牛顿当然也不例外。由于受到时代的局限，牛顿创立的经典力学的基本概念和基本原理存在着固有的局限性，主要表现在以下几个方面： 1.引入了绝对时间、绝对空间等基本概念 按照牛顿的说法，绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着。绝对空间就其本性而言，是与任何外界事物无关、永远是相同的和不动的。绝对运动是一个物体从某一绝对处所向另一绝对处所的移动。 莱布尼兹、贝克莱、马赫等先后都对绝对空间、时间观念提出过有价值的异议，但却没有证据能表明牛顿绝对空间的存在。爱因斯坦推广了上述的相对性原理，提出了狭义相对论。在狭义相对论中，长度和时间间隔也变成了相对量，运动的尺相对于静止的尺变短，运动的钟相对于静止的钟变慢。在广义相对论中，时空的性质不是与物体运动无关的：一方面，物体运动的性质要决定于用怎样的空间时间参照系来描写它；另一方面，时空的性质也决定于物体及其运动本身。 量子论的发展，对时间概念提出了根本的问题。量子论的结论之一就足：对于一个体系在过去可能存在于什么状态的判断结果，要决定于在现今的测量中做怎样的选择。这种现在与过去之间的相互关系，是与因果顺序概念十分不同的，暗含于时间概念中的因果序列要求过去的存在应是不依赖于现在的。 因此，用时间来描述事件发生的顺序，可能并不总是合适的。空间与时间是事物之间的一种次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一种近似。 2.在经典力学中，物体的质量是恒定不变的，它与物体的速度或能量无关 在相对论中质量这一概念的外延被大大地扩展了。爱因斯坦著名的质能方程E=mc2使原来在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来，成了统一的“质能守恒定律”，它充分反映了物质和运动的统一性。质能方程说明，质量和能量是不可分割而联系着的。一方面，任何物质系统既可用质量m来表志它的数量，也可用能量E来表志它的数量；另一方面，一个系统的能量减少时，其质量也会相应减少，另一个系统接受而增加了能量时，其质量也相应地增加。 3.经典力学定律只适用于宏观低速世界 经典力学定律只适用于宏观低速世界，对于可与光速相比的高速情况和微观世界的适用问题，当时没有涉及也不可能涉及。1905年，出生于德国的美籍物理学家阿尔伯特·爱因斯坦发表了狭义相对论。这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度，其他任何事物——速度、长度、质量和经过的时间，都随观察者的参考系而变化。 同样，纳入力学框架中的光的波动论也难以自圆其说。按照波动论，光被解释为充满宇宙空间的以太的振动。由于光是横波，因此以太必须具有承受切应力而不承受压应力的能力，又由于以太对可称量物质并不产生可观察到的阻力，它又必须具有极小的密度。为此，人们绞尽脑汁，臆想出种种以太模型。这种无所不能、无奇不有的以太反倒使人如坠雾中。 经典力学的基本概念和基本原理在热力学中也遇到了一些麻烦。1865年，克劳修斯确立了热力学第二定律，该定律揭示出与热现象有关的物理过程具有不可逆性。在经典力学中，从未发现类似的情况，力学过程的可逆性是由普遍的力学原理作保证的。可是热力学第二定律也是普遍成立的，因此，这个矛盾是无法用力学的基本观念予以解释的。 四、广义相对论的提出 由于牛顿定律给狭义相对论提出了困难，即任何空间位置的任何物体都要受到力的作用。因此，在整个宇宙中不存在惯性观测者。爱因斯坦为了解决这一问题又提出了广义相对论。 狭义相对论最著名的推论是质能公式，它说明了质量随能量的增加而增加，它也可以用来解释核反应所释放的巨大能量，但它不是导致原子弹诞生的原因。而广义相对论所预言的引力透镜和黑洞，与有些天文观测到的现象符合。 传统上，在爱因斯坦刚刚提出相对论的初期，人们以所讨论的问题是否涉及非惯性参考系作为狭义与广义相对论分类的标志。随着相对论理论的发展，这种分类方法越来越显示出其缺陷——参考系是跟观察者有关的，以这样一个相对的物理对象来划分物理理论，被认为不能真实地反映问题的本质。目前，一般认为，狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力(弯曲时空)，即狭义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题，而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学的。用相对论的语言来说，就是狭义相对论的背景时空是平直的，即四维平凡流型配以闵氏度规，其曲率张量为零，又称闵氏时空；而广义相对论的背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。 事实上，物理学在每一个历史时期都有它自己的基本概念和基本原理，而继后的时期人们又往往夸大它们的作用，不适当地把它们误用到其所能及的范围之外。为了消除这种误用，每--W历史时期都需要一种新的启蒙，正是这种永不止息的启蒙精神，才使科学不致变为僵化的教条。 (作者单位　山西省大同市农业机械化学校) 经典力学论文:再议经典力学的成就与局限性 我们对物理这门学科并不陌生，早在17世纪，伟大的物理学家伽利略就曾想出用理想斜面来研究力和运动的关系。他开创了“观察实验、科学思维、与数学相结合的研究方法”，发现了惯性定律、自由落体规律、力学相对性原理，从此奠定了动力学的基础。而天才的物理学家牛顿将研究方法发挥到极至他在前人研究的基础上，采用归纳演绎、综合分析的方法，总结出牛顿运动定律和万有引力定律，建立了完整的经典力学。同时也确立了他在物理学界至高无上的地位,并被称为经典力学之父。但是人创造了历史必然也会受到历史的制约，因此经典力学有其巨大的成就性，但其也存在着局限性。 一、经典力学的成就 经典力学理论体系的完美和实用威力的强大使物理学家相信,天地四方,古往今来发生的一切现象都能够用力学来描述.许多科学家宣称物理学的大厦已基本建成，留给后人的只是补充与完善。经过三次革命，第一次,是一位年轻的物理学家几乎仅靠单枪匹马之力引发的。他就是伟大的理论物理学家，阿尔伯特•爱因斯坦。19世纪末科学家们发现,当研究有关光的问题时,用经典物理的理论解释一些相关现象,就会产生尖锐的矛盾.为了解决这一矛盾,爱因斯坦于1905年提出了狭义相对论；第二次革命的导火索是物理学史上的三大发现：伦琴发现X射线、汤姆生发现电子、贝克勒耳发现天然放射线 ,使物理学的研究从宏观领域进入了微观世界,人们发现,微观粒子所表现出的现象用经典物理理论根本无法解释，为了克服这一困难,德国物理学家普朗克大胆提出了量子的观点,爱因斯坦等物理学家又将量子论进一步丰富、发展，形成了现代量子力学理论.因此对其做出阐述是：经典物理对物理学思想和科学方法作了重点总结，它只适用于宏观低速的物体，相对论和量子论则适用于微观高速粒子的运动。因此，相对论和量子力学的建立,并不是对经典力学的否定。 二、经典力学的局限性 （一）绝对时间、绝对空间等基本概念引入。按照伟大的物理学家牛顿所阐述的是，绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着。绝对空间就其本性而言，是与任何外界事物无关而永远是相同的和不动的。绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所的移动。但是莱布尼兹、贝克莱、马赫等先后都对绝对空间、时间观念提出过有价值的异议，指出过，没有证据能表明牛顿绝对空间的存在。爱因斯坦推广了上述的相对性原理，提出狭义相对论。在狭义相对论中，长度和时间间隔也变成相对量，运动的尺相对于静止的尺变短，运动的钟相对于静止的钟变慢。在广义相对论中，时空的性质不是与物体运动无关的：一方面，物体运动的性质要决定于用怎样的空间时间参照系来描写它另一方面时空的性质也决定于物体及其运动本身。另一方面量子论的发展，对时间概念提出了更根本的问题。量子论的结论之一就是：对于一个体系在过去可能存在于什么状态的判断结果，要决定于在现今的测量中做怎样的选择。这种现在与过去之间的相互关系，是与因果顺序概念十分不同的，暗含于时间概念中的因果序列要求过去的存在应是不依赖现在的。因此，用时间来描述事件发生的顺序，可能并不总是合用的。空间与时间是事物之间的一种次序，但并不一定是最基本的次序，它可能是更基本的次序的一种近似。 （二）牛顿虽然对引力作了抽象的、纯粹数学形式的概括，把它实际看作是一种直接的、即时传递的超距作用力。爱因斯坦的广义相对论对万有引力做出一种解释，就是时空本身是有弹性的，可以弯曲、伸展。当一个有质量的物体置于某一空间时，空间就会弯曲变形，质量越大，空间弯曲变形就越严重。那么，空间为什么会在有质量的物体周围弯曲呢？爱因斯坦也没能给出答案。所以，爱因斯坦的弯曲空间理论也没有说明引力的本质是什么。量子力学关于电荷间的电磁力和强子间的强相互作用力的传递原理的解释也没有说明引力的本质是什么。认为引力是通过引力场或引力子来传递的观点也未得到肯定，因而至今科学家也没有找到传递万有引力作用的引力子。 （三）在经典力学中物体的质量是恒定不变的，它与物体的速度或能量无关。在相对论中质量这一概念的外延就被大大地扩展了。.爱因斯坦著名的质能方程E=mc2使到原来在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来，成了统一的“质能守恒定律”，它充分反映了物质和运动的统一性。质能方程说明，质量和能量是不可分割而联系着的.一方面，任何物质系统既可用质量m来标志它的数量，也可用能量E来标志它的数量；另一方面，一个系统的能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统接受而增加了能量时，其质量也相应地增加。爱因斯坦从力学的观点出发，考虑两个球体的弹性碰撞，利用动量守恒定理和相对论速度相加定理能够导出著名的质速度公式 ，该式说明，物体的质量不再是与其运动状态无关的量，它依赖于物体的运动速度。当物体的速度趋于光速时，物体的质量趋于无穷大。 （四）经典力学定律只适用于宏观低速世界，对于可与光速相比的高速情况和微观世界的适用问题，当时没有涉及也不可能涉及。 （五）在经典物理学中，最难使人满意之处恐怕莫过于对光的描述了。如果微粒说是正确的，那么人们不禁要问，当光被吸收的时候，组成光的粒子变成了什么呢？而且为了既表示可称量物质又表示光，必须在讨论中引入不同的实体，这无论如何也不能使人心安理得。 同样，纳入力学框架中的光的波动论也难以自圆其说。按照波动论，光被解释为充满宇宙空间的以太的振动。由于光是横波，因此以太必须具有承受切应力而不承受压应力的能力，又由于以太对可称量物质并不产生可观察到的阻力，它又必须具有极小的密度。为此，人们绞尽脑汁，臆想出种种以太模型。这种无所不能、无奇不有的以太反倒使人如堕五里雾中。在1865年，克劳修斯确立了热力学第二定律，该定律揭示出与热现象有关的物理过程具有不可逆性。在经典力学中，从来也未发现类似的情况，力学过程的可逆性是由普遍的力学原理作保证的。可是热力学第二定律也是普遍成立的，因此，这个矛盾是无法用力学的基本观念予以解释的。 总之，物理学在每一个历史时期都有它自己的基本概念和基本原理，而继后的时期人们又往往夸大它们的作用，不适当地把它们误用到其所能及的范围之外。为了消除这种误用，每个历史时期都需要一种新的启蒙，正是这种永不止息的启蒙精神，才使科学不致变为僵化的教条。

地质力学论文:大型地下水电站厂房洞群三维地质力学模型试验 摘要：本文对拟建的超大型水电站地下厂房洞室群三维地质力学模型试验作了综合介绍，包括采用离散化多主应力面加载和控制系统，解决了复杂三维初始应力场的模拟难题；采用机械臂和步进微型掘进机技术、微型高精度位移量测技术、声波测试技术、光纤测量及内窥摄影技术等，解决了三维试验中的隐蔽开挖模拟及内部量测等关键技术问题。试验结果表明拟建水电站地下厂房洞室群的总体布置、洞型设计、洞室间距是合理的，推荐的支护方案对洞室整体性的加强有明显的作用，对设计方案起到有力的支持和验证作用。 关键词：大型水电站 地下厂房洞室群 三维地质力学模型试验 研究岩体稳定问题通常采用的方法有工程类比法、地质结构分析法、数值模拟仿真分析法和地质力学物理模型试验法等[1，2]。对于中小型工程，一般只采用前几种方法进行研究，但对于大型或超大型工程，地质力学物理模型试验则是必要的。模型试验尤其是三维模型试验与数值方法相比有它的弱点，如尺寸效应、试验难度大、费用高。然而，物理模型则由于是真实的物理实体，在基本满足相似原理的条件下，则更能真实地反映地质构造和工程结构的空间关系，更准确地模拟施工过程和影响。试验结果能给人以更直观的感觉，使人更容易从全局上把握岩体工程整体力学特征、变形趋势和稳定性特点，以及各洞室或结构之间的相互关系，从而做出相应的判断。其次，也可以通过物理模型试验，对各种数值分析结果进行一定程度上的验证。与研究坝体、坝基和坝肩及边坡稳定性的三维地质力学模型试验[3～6]相比，地下洞室群的岩石力学物理模型试验则有很大的差距。据文献检索，只有少数几个平面模型试验[7～11]和小型三维试验[12]。这些试验均未模拟洞室的施工过程。其原因主要是模拟地下洞室施工过程的三维模型试验难度太大，如三维地应力场的模拟原理和技术、洞室群开挖尤其是内部洞室隐蔽开挖技术的实现、内部物理量测量等。本文作者提出并研制了离散化多主应力面加载和控制系统，成功解决了复杂三维初始应力场模拟的难题；采用机械臂和步进微型掘进机技术、微型高精度位移量测技术、声波测试技术、光纤测量及内窥摄影技术等，解决了隐蔽开挖模拟及内部量测等关键问题，完成了水电站复杂洞室群模型试验。这一试验成果可应用于今后我国大西南地区的其它超大型地下水电站的研究。 1 工程简介 溪洛渡水电站位于四川和云南视壤的金沙江峡谷中[13]。电站总装机容量12600MW，共计18台700MW的水轮发电机组。该工程地质条件复杂，地下洞室群布置复杂、纵横交错，尤其是左岸地下厂房轴线与最大主应力呈较大角度相交，对厂房洞室稳定不利，而且厂房又位于高地震烈度区(高达Ⅷ度)，如此超大规模的地下洞室群在施工期和运行过程长期安全稳定问题，都是前所未遇的。电站厂房采用全地下式，分左、右岸地下厂房，各布置9台机组。左岸地下厂房布置在大坝上游山体内，总装机容量为6300MW.厂房轴线为N24°W，三大洞室平行。 图1 左岸地下厂房洞室群布置方案 主厂房尺寸为318.03m×31.9/28.40m×75.10m(长×宽×高)，厂房总长度426.0m.主变室长325.52m，宽19.8m，高26.5m.尾水调压室长300.0m，宽26.5/25.0m，高95m，中间设两条岩柱隔墙，厚18.0m。如图1所示。 左岸厂房顶拱围岩由P2β4、P2β5、P2β6层玄武岩组成。岩体新鲜较完整，无大的断层切割，层间错动带一般不发育。层内错动带以P2β6下部及P2β4、P2β5层内相对较发育，错动带一般宽5～10cm，挤压紧密，为岩块岩屑型。裂隙以陡裂和缓裂为主，中倾角裂隙一般不发育。 2 模型相似条件设计 经过与设计单位协商，确定模型的几何比尺为1/100，材料容重比尺为1.之所以这样确定，主要是考虑到开挖模拟的可操作性，以及相似物理量之间换算关系的简化。根据试验相似理论和上述几何比尺，进行了如下的模型相似条件设计：用下标p代表原型，下标m代表模型，K代表相似比尺，L为长度，u为位称，E为弹性模量，G为剪切模量，γ为容重，σ为应力，σo为初始地应力，ε为应变，ν为泊松比，φ为摩擦角，C为粘聚力，Rc为抗压强度，Rt为抗拉强度。如设实际岩体的容重为γp，模型材料的容重为γm，则容重相似比尺为： 与应力有相同量纲的物理量均有与应力相同的相似比尺，即材料弹性模量、剪切模量、抗压强度、抗拉强度、粘聚力，初始地应力和面力荷载的相似比尺均为100. 3 试验要点及关键技术 本试验研究对象为左岸地下厂房洞室群，包括主厂房、主变室、尾水调压室、母线道和尾水管。 3.1 模拟范围 地下厂房顺水流方向的上下游各取三大洞室最大开挖跨度的1～1.5倍长度，实际各约为1.27倍，总长度为620m；沿高程方向的下方取到洞室高度的1～1.5倍，实际取为1.45倍～1.85倍，达到海拔200m；上方取到地面，实际模型作到海拔670m，其上部作为荷载加在模型顶面；沿主厂房的纵轴线方向取3个机组段长度(自5号机组中心线至8号机组中心线)，为102m.因为模型几何比尺为1/100，所以岩体模型尺寸为长×高×宽＝6.20m×4.70m×1.02m. 3.2 地形及地质条件模拟 对模型试验范围内的地形、地貌、地质材料和三维地质构造如层间和层内错动带进行了模拟，模型基本满足几何、物理、力学相似条件。 3.3 初始地应力场模拟 三维原始地应力的模拟是本试验的关键和难点。经过研究、论证和试验，本试验中首次提出并研制了“离散化多主应力面加载及控制系统”，成功地模拟了三维地应力场，保证了试验的初始条件。离散型三维多主应力面加载系统，是在地质力学模型仿真试验中，首次提出使用的一种能近似模拟复杂三维空间地应力场的加载系统。 它的基本思路来源于有限元、边界元、离散元等将研究域离散化进行数值分析的原理，把需要模拟的复杂变化地应力分布场，离散为有限多个微小的单元应力场，并认为此单元应力场为一个等效的均匀应力场。用一组垂直于该单元应力场主应力矢量的微小主应力面，代替原来的斜截面，并在这一组主应力面上按照等效主应力的大小施加法向力，就达到了模拟这一单元应力场的目的(如图2).对各个离散的单元应力场均进行这样的操作，就可以完成整个试验域复杂变化的应力场的模拟。 图2 离散化多主应力面加载原理示意 这一加载系统由高压气囊、反推力板、限位千斤顶、垂直立柱、封闭式钢结构环梁、支撑钢架和空气压缩机组成。此外还有压力监测和报警辅助系统，以保证试验期间的压力稳定。 3.4 开挖过程模拟 按照数值计算优选的开挖步序(如图3所示)，对试验范围内地下洞室群的隐蔽开挖进行了模拟。本试验中隐蔽性开挖的洞室包括尾水管和母线廊道，尾水管的隐蔽开挖长度为125m，而且为渐变的城门洞形断面，母线道断面也为城门洞形，但是靠近主变室一侧13m一段断面加大，造成母线道断面突变。这些都给开挖模拟带来极大困难。隐蔽开挖无法采用一般的手工钻进方法，需要设计专门的钻凿机具。经过反复研究试验，开发出隐蔽开挖机器臂和微型步进式掘进机，以及与之配合使用的隐蔽洞室内窥系统，成功解决了这一技术难题。如图4所示。 图3 地下厂房洞室群开挖分期设计 3.5 支护方案模拟 按照数值计算优选的支护方案，对锚固支护(包括三大洞室的喷混凝土、锚索)进行了模拟。按照设计支护方案，锚索按实际位置模拟并施加预应力。系统锚杆与喷混凝土联合模拟为挂金属丝网涂浆。锚索模拟材料采用金属铝线或细铜丝束，用建筑胶浆固结，以螺旋加载方式施加预应力。 3.6 施工模拟过程中的多种方式洞室内部收敛变形及破坏形态量测 在主厂房、主变室、尾调室三个主要洞室中，采用预埋多点位移计方式进行了内部收敛以及洞周围岩深度变形量测；采用光导纤维进行了内部变形的量测；采用超声波测量方法进行了洞周围岩屈服松动区的量测；采用内部摄影方式进行了内部破坏形态的观测。 3.7 内部应力场分布量测 在主厂房、主变室、尾调室围岩中的适当位置，预埋三向应变计、应变花，进行了应力场分布量测。在重要位置，预埋光纤传感器，与应变片测量相比较，测量应力场分布。 图4 隐蔽洞室开挖微型步进TBM示意 4 试验过程和结果 试验自2000年5月开始各项前期工作，包括场地准备、试验台设计和施工、模型材料设计和试验、模型制作和传感器埋设、地应力场生成和监控系统研制、隐蔽洞室开挖系统研制和试运行、测量仪器的研制和准备等。2001年7月15日正式实施洞室开挖模拟，量测系统进行同步量测，采集数据，至2001年8月18日完成洞室群开挖。试验得出的洞群围岩变形、应力应变、屈服区分布等情况如下。 4.1 位移 主厂房顶拱最大下沉为37.5mm，主变室顶拱下沉为23mm，尾水调压室顶拱为34mm.各个洞室顶拱的变形随开挖量的增加均以下沉为主，开挖后期伴随有少量的上抬。这与同时进行的数值计算相比顶拱位移偏大一些，这是由于模型试验中准确地模拟了层内错动带的影响，而计算中则有所简化。尾水调压室边墙比主厂房边墙高20多米，初估最大水平位移应该更大些，但尾水调压室中间隔墙起到了限制变形的作用，从而减少了水平位移值。主变室与尾水调压室之间岩柱的上下游方向水平尺寸有所增大。 图5 地下厂房洞周围岩位移分布 而主厂房与主变室之间的岩柱在上下游方向则有所压缩，是由于母线道对这部分岩柱削弱较多引起的。试验中所揭示的各个方向的位移量均不大，分布合理。除三大洞室顶拱位移比计算值略大之外，其它与计算值都很接近，洞周没有发现明显的开裂或位移突变。图5给出了洞周围岩位移分布。 4.2 应力 主厂房上游拱肩和拱脚处、尾水调压室上游拱肩和拱脚处均有拉应力出现。尾水调压室下游边墙5m范围内的岩体大部分存在拉应力，10m之外则呈现为压应力。随开挖的进行，洞室交叉部位产生应力集中，凡是压应力的则压应变值为原来的1.5～2.2倍。产生拉应力的部位则给出了很大的拉应变值，明显不大合理，可能是粘贴应变片的块体发生破裂造成的。但是可以从中判断是出现了拉应力。拉、压应力分布范围与计算结果接近。光纤传感器量测的结果比较有规律，随尾水调压室高边墙的逐渐形成，边墙表面岩体应力松驰，压应力降低甚至产生拉应力，而压应力分布有向深部岩体传递的趋势。 4.3 超声波测量 试验中采用超声波测速与位移沿岩体深度分布规律相结合的方法判断屈服松动区。洞周岩体波速最低处为尾水调压室的底部和顶拱，波速比未开挖前降低了40%～50%.三大洞室顶拱的岩体波速，主变室顶拱最高，达900～1000m/s，主厂房顶拱次之，为800～900m/s，尾调室顶拱最低，为400～500m/s.与地质剖面相比较可以看出，这一结果恰恰和这些洞室所在地层及地质构造相吻合。根据声波测量和位移测量结果的综合比较和分析，得到各洞室周围屈服区的范围(图6). 图6 地下厂房洞周屈服区分布 4.4 锚固支护系统 根据地下工程围岩稳定性分析的经验，洞室围岩越稳定，围岩的整体性越好(早期喷锚支护可以增加这种整体性)，则在后期开挖过程中，洞室上抬的趋势越明显。XA-22支护方案在主厂房顶拱埋设的两排锚索，穿过了层内错动带，增加了顶拱的整体性，是很必要的。虽然本试验中尚不能定量地比较这种锚固的作用，但定性上已经可以说明模拟的锚固系统对增加洞室围岩的完整性和整体性，起了明显的作用，这是数值计算中没有反映出来的。通过对模型锚索应力的测量，反映出对目前的开挖方案，锚索应力有明显增加。因为尾调室是上下先开挖然后中间再挖通，高边墙有一个突然形成的过程。虽然这一情况因为中间隔墙的存在而减弱，但对离隔墙远一些的部位仍有一定的冲击作用。考虑到这一点，尾调室上下游边墙锚索的预应力施加应有所控制，而隔墙的加固应适当提前。 5 结论 (1)本试验是首次大规模三维仿真模拟地下洞室群的施工过程。它成功模拟了高容重岩体材料和岩体构造，容重比尺1比1；研制了离散化多主应力面加载系统，使模拟复杂三维初始地应力场得以实现；研制了用机械臂和步进微型掘进机，仿真模拟了施工过程；研制微型多点位移计，采用声波测试、内窥技术等多种测量手段进行了内部物理量的测量。(2)试验结果验证了在厂区特有的地形地貌、地质构造和地应力条件下，该水电站地下厂房洞室群的总体布置、洞型设计、洞室间距是合理的。主变室滞后主厂房和尾水调压室开挖一期的施工方案以及锚固支护方案，保证了洞室安全成洞。在试验开挖过程中，洞室群保持了总体稳定，主要洞室周边未出现明显的开裂及变形突变。洞周围岩屈服松动区分布，与厂区地质条件和洞室断面情况及空间相对关系有较好的吻合。推荐的支护方案对洞室整体性的加强有明显的作用，并有效地控制了松动区的发展。(3)试验结果表明，对条件复杂的超大型地下洞室群进行三维地质力学模型试验可以从全局上把握地下洞室工程整体力学特征、变形趋势和稳定性特点，并对数值模拟结果进行验证和校核。 地质力学论文:坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的岩体工程地质力学研究建议 论文作者：曾钱帮 王思敬 彭运动 刘明虎 陈晓东 樊敬亮 摘要：针对施工图设计阶段，提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的岩体工程地质力学研究建议，包括：锚碇围岩工程地质条件研究、锚碇围岩工程力学特性研究、锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究、锚碇及其围岩相互作用三维数值模拟研究、锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验、锚碇锚固系统试验和大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究。 关键词：悬索桥 隧道式锚碇 施工图设计阶段 岩体工程地质力学 研究建议 1 前言 坝陵河大桥离拟建贵州省镇宁至胜境关高速公路起点约21km，地处黔中山原地带。高速公路在关岭县东北跨越坝陵河峡谷，峡谷两岸地势陡峭，地形变化急剧，高差起伏大，河谷深切达400～600m。桥址区属构造剥蚀、溶蚀中低山河谷地貌。岩石建造类型以碳酸盐岩与陆源碎屑岩互层，以碳酸盐岩构成峡谷谷坡，以碎屑岩互层构成谷底及缓坡为基本特征。坝陵河流向与区域地质构造线方向(NW)基本一致。河谷西岸地形较陡，地形坡度40～70°，近河谷一带为陡崖。桥位区西岸（关岭岸）锚碇地段处于斜坡中部，出露的岩层有三叠系中统竹杆坡组第一段（T2z1）中厚层状泥晶灰岩和杨柳井组（T2y）中厚层状白云岩[1,2]。弱风化岩体直接出露于地表，微新岩体埋深30～50m。 坝陵河悬索桥主跨1068m，桥面总宽度24.5m，东岸锚碇采用重力式锚，西岸锚碇采用隧道式锚。西岸隧道式锚碇在技术设计中全长74.7m，最大埋深78m，主要由散索鞍支墩、锚室（34.7m）和锚塞体（40m）三部分组成，两锚体相距18～6.36m。锚塞体和锚室为一倾斜、变截面结构，上缘为圆形，下缘为矩形，纵向呈楔形棱台，矩形截面尺寸为10m×5.8m～21m×14.5m。西岸每根主缆缆力（P）约为270MN，水平夹角约26°。锚体中设预应力锚固系统，主缆索股通过索股锚固连接器与锚体中的预应力锚固系统连接。 悬索桥锚碇在承受来自主缆的竖向反力的同时，主要还承受主缆的水平拉力，是悬索桥的关键承载结构之一，其总体稳定性和受力状态直接影响到大桥的安全和长期使用的可靠性。坝陵河悬索桥是镇宁－胜境关高速公路的重要节点，针对该大桥施工图设计阶段，本文提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的工程地质力学研究建议。鉴于锚碇型式受到地形、地质条件的限制，国内外采用隧道式锚碇的大跨悬索桥为数较少[3－7]，见诸文献报道的更少，本研究建议有不适当之处，请专家批评指正。 2 岩体工程地质力学研究建议 2.1 锚碇围岩工程地质条件研究 西岸隧道式锚碇坐落于边坡浅表弱风化～微新岩体中，弱风化～微新岩体的工程地质条件关系到锚碇隧洞的成洞条件及锚碇体系在主缆拉力荷载作用下的整体稳定状态。 边坡浅表部中存在卸荷岩体。岩体卸荷带是伴随河谷下切过程或边坡开挖过程中，由于应力释放，岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形，能量的释放导致斜坡浅表一定范围岩体内应力的调整，浅表部位应力降低，而坡体更深部位产生更大程度的应力集中。由于表部应力降低导致岩体回弹膨胀、结构松弛，破坏岩体的完整性，并在集中应力和残余应力作用下产生卸荷裂隙。岩体应力的降低最直观的表现是导致岩体松弛和原有的裂隙发生各种变化，形成新环境下的裂隙网络。这些裂隙一部分是迁就原有构造裂隙引张扩大经改造形成[8]，有一些是微裂隙扩展后的显式裂隙，也有在新的应力环境和外动力环境下形成的裂隙。在岩体卸荷、应力降低的过程中，随着新的裂隙系统的形成，也为外动力或风化营力提供了通道，加速岩体的风化和应力的进一步降低。风化岩体裂隙的增多，是岩体卸荷和风化共同造就的。 西岸锚碇边坡岩体在浅部节理裂隙发育，岩体透水性较好，渗透系数高；随着深度的增加，透水性逐渐减弱。深部的岩溶发育情况有待研究。 据初步设计阶段工程勘察资料，西岸锚碇边坡出露的灰岩和白云岩的产状为：倾向50～80°，倾角48～87°。主要发育三组优势节理：①155°∠57°；②220°∠34°；③333°∠46°。在岩层层面、不利结构面组合切割和深部岩溶发育情况下，在主缆巨大拉力下，不能够排除存在深部拉裂滑移面威胁西岸锚碇边坡整体稳定性的可能性。 锚碇围岩工程地质条件研究内容包括： （1）研究从边坡表部至深部岩体中裂隙的分布密度及张开度变化，揭示岩体的卸荷程度，为锚碇施工期和运行期边坡岩体质量评价以及岩体质量变化趋势提供可靠基础资料； （2）在岩层层面和不利结构面组合切割下，由于锚碇工程荷载，研究岩体中形成的潜在不稳定块体的安全度以及西岸锚碇边坡的整体稳定性； （3）采用地球物理勘探方法，研究边坡深部溶蚀裂隙与溶蚀洞穴的分布规律及其发育特征。 2.2 锚碇围岩工程力学特性研究 主悬索的巨大拉力通过索股、锚杆传人隧道中填充的（预应力）混凝土，再通过（锚塞体）混凝土与隧道岩体的摩阻力和粘结力传递给周围的岩体。隧道式锚碇在巨大主缆拉力荷载作用下，不仅要维持自身的抗拔稳定，同时还要将自身承受的主缆拉力传递到锚碇围岩中，以充分利用围岩的承载能力，使锚碇和围岩共同作用形成一个整体的承载体系。 锚碇围岩工程力学特性研究包括三个方面： （1） 锚塞体与岩体之间的抗剪摩擦力学性能[9，10]和粘结特性试验研究； （2） 锚碇下部及两锚体之间的岩体处于复杂的拉剪应力状态，研究锚碇围岩在拉剪应力下的变形及强度特性，尤其是弱风化～微新围岩在拉剪复杂应力下的变形、强度及疲劳试验研究，模拟其破坏现象和破坏过程，从而掌握其破坏机制； （3） 岩体在中度～轻度工程爆破开挖扰动下的力学性能研究。 锚碇围岩工程力学试验目的是确定锚碇边坡岩体力学参数建议值，供设计和三维数值仿真采用。建议在设计锚碇区域附近开挖一试验斜硐，采取岩样，并在硐壁打适量钻孔，进行室内岩石力学试验和原位岩石力学性质及配套的各项试验研究工作。主要包括室内岩石力学三轴剪切试验、节理（裂隙）测量、岩体变形特性（静载）试验、岩体抗剪（抗剪断）试验、岩体抗拉试验、混凝土与基岩胶结面抗剪和摩擦等试验和硐室声波普测、硐室地球物理勘探、含水量测试、钻孔声波测试、钻孔压水试验等试验研究工作。锚碇系统的摩阻力由基岩与锚碇系统接触面的正应力与摩擦系数来决定，摩擦系数一般由相似原理进行模型试验或现场测试得到。硐室地球物理勘探是查明锚碇围岩（主要是锚碇下部及两锚体之间的岩体）中的岩溶发育情况。 试验资料的整理应通过对现场和室内大量试验数据的综合分析，结合现行有关行业规范（规程）和工程经验的类比，提出西岸隧道式锚碇边坡区域岩体力学参数建议值，供设计采用。 2.3 锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究 坝陵河悬索桥西岸锚碇围岩为弱风化～微新的灰岩和白云岩，属于易溶蚀化岩体。锚碇边坡地段地下水主要为（节理）裂隙水、岩溶裂隙水和岩溶孔（洞）穴水。西岸隧道式锚碇锚体混凝土浇筑后，在边坡岩体中形成不透水体（阻渗体），从而改变锚碇边坡的地下水渗流场。可以预见，地下水将从锚塞体混凝土边缘绕渗，因此锚塞体与围岩的交界部位岩体更易遭到溶蚀，削弱锚塞体混凝土与围岩之间的摩阻力和粘结力。锚碇围岩渗透特性的研究应着重锚塞体与围岩的交界部位岩体的渗透性能与抵抗溶蚀的能力的试验研究。 为防治锚塞体与围岩交界部位岩体的溶蚀危害采取的工程措施，主要是加强锚碇边坡坡面的排水工程。 2.4 锚碇及其围岩相互作用三维数值模拟研究 由于悬索桥安全是依靠锚碇固定桥的体系，锚碇发生移动将严重影响桥梁体系，甚至导致桥体破坏，因此研究西岸隧道式锚碇的锚块及其围岩在主动拉力作用下的稳定性、瞬时变位与长期变位是相当重要的。应建立真实反映隧道式锚碇锚体和围岩二者相互作用、考虑施工过程非线性、地质结构面影响等的三维数值仿真模型，对锚碇稳定性及变位进行预测[11]。 2.5 锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验 根据西岸隧道式锚碇为倾斜、变截面的工程特点，需研究锚碇隧道的钻爆开挖以及支护的施工技术[12－14]。在隧道式锚碇施工过程中，自始至终都要注意严格控制围岩的完整性，尽量避免对围岩产生过大的扰动。为保证主缆等硐内钢结构的使用寿命，锚碇的防水按GB50108－2001二级标准进行控制，要求较高。施工开挖后应对围岩中的塑性变形带进行挤密压浆处理，以使锚塞体混凝土与围岩紧密结合。 2.6 锚碇锚固系统试验 试验目的是验证用于坝陵河大桥锚碇锚固系统的各产品力学性能是否满足设计要求。试验内容包括锚拉杆组件静载试验、疲劳试验及锚具组装件静载试验和疲劳试验[15]等。 2.7 大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究 坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体混凝土浇筑量约2×12143.322m3。锚碇结构混凝土浇筑量大，强度高，对施工工艺及养护维修提出了更高的要求；而大体积混凝土浇注施工由于受多种因素影响，若措施不当，很容易出现裂缝，影响到锚塞体混凝土的整体性强度以及钢筋的耐久性和实用性。西岸隧道式锚碇锚塞体大体积混凝土浇筑防裂技术从混凝土原材料选取和配合比的选择、降低原材料温度和控制混凝土拌和物温度、合理选择浇筑工艺和保证整体质量、有效控制混凝土内外温差到对混凝土温度进行监控及时掌握混凝土温度变化动态等一系列技术措施[16－22]，都可借鉴汕头海湾悬索桥、宜昌长江公路大桥和重庆鹅公岩大桥的做法。 3结语 针对施工图设计阶段，提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的岩体工程地质力学研究建议，包括：锚碇围岩工程地质条件研究、锚碇围岩工程力学特性研究、锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究、锚碇及其围岩相互作用数值模拟研究、锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验、锚碇锚固系统试验和大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究。 地质力学论文:岩体地质力学下水利水电勘察的应用 摘要：随着经济的发展和社会的进步，用电量、用水量的需求大幅增加，急需新建大量利水电工程，而水利水电工程场地及其周围环境的岩体工程地质情况对水利水电工程的工程质量和工程安全影响很大，所以急需对岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用进行研究。本文将对岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用进行相关的阐述，并提出了一些相应的建议，希望对相关参与者与研究人员带来一定帮助。 关键词：岩体工程地质力学；水利水电工程勘察；岩体结构；高坝坝基；地质构造稳定性 1引言 经济在发展，社会在进步，人民群众的用电量、用水量急剧增加，从而导致了水利水电工程也随之急剧增加，水利水电工程场地及其周围环境的岩体工程地质情况，对水利水电工程的质量和安全影响很大，进行水利水电工程勘察时，要运用岩体工程地质力学知识，对水利水电工程场地及其周围环境的岩体工程地质情况进行详细勘察，所以急需对岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用进行研究。本文将对岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用进行相关的阐述，希望对相关参与者与研究人员带来一定帮助。 2岩体工程地质力学基本知识 岩体工程地质力学的研究对象是工程场地附近的岩体结构。岩体，由一种或多种不同的岩石组合而成，受到形成环境以及后期构造影响后，岩体内会呈现各种各样不同的结构面。在实际环境中，岩体会被各种各样不同的结构面切分成为不同的结构体并出现破裂带。进行岩体工程地质力学等地质研究时，必须先研究岩体结构。进行水利水电工程地质勘察时，依据相关规范并结合实际工程经验对岩体结构类别进行量化和细化，岩体主要分为5类。Ⅰ类岩体，主要为厚层状或整体块状结构；Ⅱ类岩体，主要为中厚层状或块状结构；Ⅲ类岩体，主要为镶嵌状或互层状结构；Ⅳ类岩体，主要为碎裂状或薄层状结构；V类岩体，主要为散体状结构。在具体工程中，可以根据工程区域的具体地质条件以及影响岩体质量的因素，进行适当调整，从而结合工程区域岩体的具体特性，制定相应的岩体质量分类或岩体工程地质分类，以及结构面分类，用于实际工程情况下的边坡、坝基、地下洞室围岩等结构的岩体具体分类，赋予相应结构面岩土体以及岩类物理力学参数值。高地应力等因素会对岩体分类造成影响，其对岩体分类造成的影响，有待进一步研究。 3工程区域的地质构造稳定性以及地震研究 汶川大地震以后，国家相关部门十分重视地震对水利水电工程的影响，相关部门专门发文要求，进行大型水利水电工程设计时，必须要进行工程防震抗震设计，并必须专门接受审查。在地震研究中，活断层的判别标志有：（1）地震断裂带中构造岩或者被错动脉体是晚更新世；（2）错断晚更世以来的地层；（3）沿着断层存在历史地震，或者存在现代中、强震的震中分布，或者存在密集而频繁的近期微震；（4）经现代化监测表明，沿着断层存在地形变和地位移；（5）经地质构造上的证实，被发现的断层与已知的活断层有着共同或共生的关系。在工程地质勘察规范中，工程场地岩体中活动断层的年龄被限定在十万年以来存在过活动的断层。水坝等主要水工建筑物应该尽量避免跨越活断层或者与活断层有构造活动联系或相关联的分支断层，特别应该注意尽量避开晚更新世晚期以来有过地质活动的断层。水坝选址不适宜选在地震等级为6级及以上的震中区或者地震的基本烈度为Ⅸ度及其以上的强震区。如果在上述两种情况下建水坝，需要专门进行论证。汶川特大地震后，地震灾区的大部分大中型水电水利工程，虽然有不同程度的损坏现象，但却没有一个水电水利工程在地震中发生重大次生灾害，这有力说明工程地质勘察规范中所规定的区域构造稳定性的技术标准、工作方法、评价原则是正确的，能经受大地震考验。 4高坝坝基工程地质研究 我国的水坝高度有些已达到了300米，成了俗称的“高坝”，水荷载和坝基荷载对高坝坝基岩体质量的要求非常严格。主要有以下技术要求：（1）高坝坝基岩土体在长期被水渗透和作用的前提下，必须保持力学、化学及物理性质的稳定，并要确保坝基的渗透压力和渗漏量维持在允许的范围内，以免发生渗透破坏；（2）在各项不同荷载作用下，高坝坝基各个部位的变形和应力值应该确保在允许范围内，以免出现不均匀变位或局部应力集中的现象而影响大坝安全运行；（3）高坝坝基岩土体在其所承受的荷载作用下确保不会产生滑移失稳。如果高坝采用混凝土坝基，需要先对坝基岩体工程地质进行分类以及对岩体质量进行分级，要重点对影响坝基抗滑稳定性的软弱结构面的性状以及它们的不利组合的边界条件进行勘察，并需要根据岩体的软弱结构面类型选定它们的强度参数和变形参数以适合工程建设的需要。要对影响高坝坝基不均匀变形与应变的弱化岩体进行详细勘察以避免其对水利水电工程的工程质量带来安全隐患。如果进行高坝建设时采用当地采挖来的工程材料将坝基建在深厚的覆盖层上，必须对覆盖层的结构和详细分层、埋藏谷的范围、河床深槽的范围等相关地质资料进行详细勘察，特别要对漂孤石层、架空层、粉细砂层、软土层的物质组成、渗透特性、分布范围进行详细勘察，同时要详细准确地评价地震作用下的地层不均匀沉陷可能性、地层渗透稳定性、砂层液化程度，这是为了给水利水电工程建设时采取合适的防地层渗透、抗砂层液化、防地层不均匀沉陷等措施提供科学的依据。 5结语 本文通过对岩体工程地质力学基本知识、工程区域的地质构造稳定性以及地震、高坝坝基工程地质进行阐述与分析，对岩体工程地质力学在水利水电工程勘察中的应用进行了初步探究，提出了一些相应的建议，对相关参与者与研究人员起到了一定帮助作用。 地质力学论文:岩体工程地质力学研究论文 摘要：针对施工图设计阶段，提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的岩体工程地质力学研究建议，包括：锚碇围岩工程地质条件研究、锚碇围岩工程力学特性研究、锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究、锚碇及其围岩相互作用三维数值模拟研究、锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验、锚碇锚固系统试验和大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究。 关键词：悬索桥隧道式锚碇施工图设计阶段岩体工程地质力学研究建议 1前言 坝陵河大桥离拟建贵州省镇宁至胜境关高速公路起点约21km，地处黔中山原地带。高速公路在关岭县东北跨越坝陵河峡谷，峡谷两岸地势陡峭，地形变化急剧，高差起伏大，河谷深切达400～600m。桥址区属构造剥蚀、溶蚀中低山河谷地貌。岩石建造类型以碳酸盐岩与陆源碎屑岩互层，以碳酸盐岩构成峡谷谷坡，以碎屑岩互层构成谷底及缓坡为基本特征。坝陵河流向与区域地质构造线方向(NW)基本一致。河谷西岸地形较陡，地形坡度40～70°，近河谷一带为陡崖。桥位区西岸（关岭岸）锚碇地段处于斜坡中部，出露的岩层有三叠系中统竹杆坡组第一段（T2z1）中厚层状泥晶灰岩和杨柳井组（T2y）中厚层状白云岩[1,2]。弱风化岩体直接出露于地表，微新岩体埋深30～50m。 坝陵河悬索桥主跨1068m，桥面总宽度24.5m，东岸锚碇采用重力式锚，西岸锚碇采用隧道式锚。西岸隧道式锚碇在技术设计中全长74.7m，最大埋深78m，主要由散索鞍支墩、锚室（34.7m）和锚塞体（40m）三部分组成，两锚体相距18～6.36m。锚塞体和锚室为一倾斜、变截面结构，上缘为圆形，下缘为矩形，纵向呈楔形棱台，矩形截面尺寸为10m×5.8m～21m×14.5m。西岸每根主缆缆力（P）约为270MN，水平夹角约26°。锚体中设预应力锚固系统，主缆索股通过索股锚固连接器与锚体中的预应力锚固系统连接。 悬索桥锚碇在承受来自主缆的竖向反力的同时，主要还承受主缆的水平拉力，是悬索桥的关键承载结构之一，其总体稳定性和受力状态直接影响到大桥的安全和长期使用的可靠性。坝陵河悬索桥是镇宁－胜境关高速公路的重要节点，针对该大桥施工图设计阶段，本文提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的工程地质力学研究建议。鉴于锚碇型式受到地形、地质条件的限制，国内外采用隧道式锚碇的大跨悬索桥为数较少[3－7]，见诸文献报道的更少，本研究建议有不适当之处，请专家批评指正。 2岩体工程地质力学研究建议 2.1锚碇围岩工程地质条件研究 西岸隧道式锚碇坐落于边坡浅表弱风化～微新岩体中，弱风化～微新岩体的工程地质条件关系到锚碇隧洞的成洞条件及锚碇体系在主缆拉力荷载作用下的整体稳定状态。 边坡浅表部中存在卸荷岩体。岩体卸荷带是伴随河谷下切过程或边坡开挖过程中，由于应力释放，岩体向临空面方向发生卸荷回弹变形，能量的释放导致斜坡浅表一定范围岩体内应力的调整，浅表部位应力降低，而坡体更深部位产生更大程度的应力集中。由于表部应力降低导致岩体回弹膨胀、结构松弛，破坏岩体的完整性，并在集中应力和残余应力作用下产生卸荷裂隙。岩体应力的降低最直观的表现是导致岩体松弛和原有的裂隙发生各种变化，形成新环境下的裂隙网络。这些裂隙一部分是迁就原有构造裂隙引张扩大经改造形成[8]，有一些是微裂隙扩展后的显式裂隙，也有在新的应力环境和外动力环境下形成的裂隙。在岩体卸荷、应力降低的过程中，随着新的裂隙系统的形成，也为外动力或风化营力提供了通道，加速岩体的风化和应力的进一步降低。风化岩体裂隙的增多，是岩体卸荷和风化共同造就的。 西岸锚碇边坡岩体在浅部节理裂隙发育，岩体透水性较好，渗透系数高；随着深度的增加，透水性逐渐减弱。深部的岩溶发育情况有待研究。 据初步设计阶段工程勘察资料，西岸锚碇边坡出露的灰岩和白云岩的产状为：倾向50～80°，倾角48～87°。主要发育三组优势节理：①155°∠57°；②220°∠34°；③333°∠46°。在岩层层面、不利结构面组合切割和深部岩溶发育情况下，在主缆巨大拉力下，不能够排除存在深部拉裂滑移面威胁西岸锚碇边坡整体稳定性的可能性。 锚碇围岩工程地质条件研究内容包括： （1）研究从边坡表部至深部岩体中裂隙的分布密度及张开度变化，揭示岩体的卸荷程度，为锚碇施工期和运行期边坡岩体质量评价以及岩体质量变化趋势提供可靠基础资料； （2）在岩层层面和不利结构面组合切割下，由于锚碇工程荷载，研究岩体中形成的潜在不稳定块体的安全度以及西岸锚碇边坡的整体稳定性； （3）采用地球物理勘探方法，研究边坡深部溶蚀裂隙与溶蚀洞穴的分布规律及其发育特征。 2.2锚碇围岩工程力学特性研究 主悬索的巨大拉力通过索股、锚杆传人隧道中填充的（预应力）混凝土，再通过（锚塞体）混凝土与隧道岩体的摩阻力和粘结力传递给周围的岩体。隧道式锚碇在巨大主缆拉力荷载作用下，不仅要维持自身的抗拔稳定，同时还要将自身承受的主缆拉力传递到锚碇围岩中，以充分利用围岩的承载能力，使锚碇和围岩共同作用形成一个整体的承载体系。 锚碇围岩工程力学特性研究包括三个方面： （1）锚塞体与岩体之间的抗剪摩擦力学性能[9，10]和粘结特性试验研究； （2）锚碇下部及两锚体之间的岩体处于复杂的拉剪应力状态，研究锚碇围岩在拉剪应力下的变形及强度特性，尤其是弱风化～微新围岩在拉剪复杂应力下的变形、强度及疲劳试验研究，模拟其破坏现象和破坏过程，从而掌握其破坏机制； （3）岩体在中度～轻度工程爆破开挖扰动下的力学性能研究。 锚碇围岩工程力学试验目的是确定锚碇边坡岩体力学参数建议值，供设计和三维数值仿真采用。建议在设计锚碇区域附近开挖一试验斜硐，采取岩样，并在硐壁打适量钻孔，进行室内岩石力学试验和原位岩石力学性质及配套的各项试验研究工作。主要包括室内岩石力学三轴剪切试验、节理（裂隙）测量、岩体变形特性（静载）试验、岩体抗剪（抗剪断）试验、岩体抗拉试验、混凝土与基岩胶结面抗剪和摩擦等试验和硐室声波普测、硐室地球物理勘探、含水量测试、钻孔声波测试、钻孔压水试验等试验研究工作。锚碇系统的摩阻力由基岩与锚碇系统接触面的正应力与摩擦系数来决定，摩擦系数一般由相似原理进行模型试验或现场测试得到。硐室地球物理勘探是查明锚碇围岩（主要是锚碇下部及两锚体之间的岩体）中的岩溶发育情况。 试验资料的整理应通过对现场和室内大量试验数据的综合分析，结合现行有关行业规范（规程）和工程经验的类比，提出西岸隧道式锚碇边坡区域岩体力学参数建议值，供设计采用。 2.3锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究 坝陵河悬索桥西岸锚碇围岩为弱风化～微新的灰岩和白云岩，属于易溶蚀化岩体。锚碇边坡地段地下水主要为（节理）裂隙水、岩溶裂隙水和岩溶孔（洞）穴水。西岸隧道式锚碇锚体混凝土浇筑后，在边坡岩体中形成不透水体（阻渗体），从而改变锚碇边坡的地下水渗流场。可以预见，地下水将从锚塞体混凝土边缘绕渗，因此锚塞体与围岩的交界部位岩体更易遭到溶蚀，削弱锚塞体混凝土与围岩之间的摩阻力和粘结力。锚碇围岩渗透特性的研究应着重锚塞体与围岩的交界部位岩体的渗透性能与抵抗溶蚀的能力的试验研究。 为防治锚塞体与围岩交界部位岩体的溶蚀危害采取的工程措施，主要是加强锚碇边坡坡面的排水工程。 2.4锚碇及其围岩相互作用三维数值模拟研究 由于悬索桥安全是依靠锚碇固定桥的体系，锚碇发生移动将严重影响桥梁体系，甚至导致桥体破坏，因此研究西岸隧道式锚碇的锚块及其围岩在主动拉力作用下的稳定性、瞬时变位与长期变位是相当重要的。应建立真实反映隧道式锚碇锚体和围岩二者相互作用、考虑施工过程非线性、地质结构面影响等的三维数值仿真模型，对锚碇稳定性及变位进行预测[11]。 2.5锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验 根据西岸隧道式锚碇为倾斜、变截面的工程特点，需研究锚碇隧道的钻爆开挖以及支护的施工技术[12－14]。在隧道式锚碇施工过程中，自始至终都要注意严格控制围岩的完整性，尽量避免对围岩产生过大的扰动。为保证主缆等硐内钢结构的使用寿命，锚碇的防水按GB50108－2001二级标准进行控制，要求较高。施工开挖后应对围岩中的塑性变形带进行挤密压浆处理，以使锚塞体混凝土与围岩紧密结合。 2.6锚碇锚固系统试验 试验目的是验证用于坝陵河大桥锚碇锚固系统的各产品力学性能是否满足设计要求。试验内容包括锚拉杆组件静载试验、疲劳试验及锚具组装件静载试验和疲劳试验[15]等。 2.7大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究 坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇锚塞体混凝土浇筑量约2×12143.322m3。锚碇结构混凝土浇筑量大，强度高，对施工工艺及养护维修提出了更高的要求；而大体积混凝土浇注施工由于受多种因素影响，若措施不当，很容易出现裂缝，影响到锚塞体混凝土的整体性强度以及钢筋的耐久性和实用性。西岸隧道式锚碇锚塞体大体积混凝土浇筑防裂技术从混凝土原材料选取和配合比的选择、降低原材料温度和控制混凝土拌和物温度、合理选择浇筑工艺和保证整体质量、有效控制混凝土内外温差到对混凝土温度进行监控及时掌握混凝土温度变化动态等一系列技术措施[16－22]，都可借鉴汕头海湾悬索桥、宜昌长江公路大桥和重庆鹅公岩大桥的做法。 3结语 针对施工图设计阶段，提出坝陵河悬索桥西岸隧道式锚碇及其边坡的岩体工程地质力学研究建议，包括：锚碇围岩工程地质条件研究、锚碇围岩工程力学特性研究、锚碇围岩渗透及抗溶蚀特性研究、锚碇及其围岩相互作用数值模拟研究、锚碇隧道钻爆开挖及支护的施工技术试验、锚碇锚固系统试验和大体积混凝土浇筑防裂的施工技术研究。 地质力学论文:三维地质力学模型管理论文 研究岩体稳定问题通常采用的方法有工程类比法、地质结构分析法、数值模拟仿真分析法和地质力学物理模型试验法等[1，2]。对于中小型工程，一般只采用前几种方法进行研究，但对于大型或超大型工程，地质力学物理模型试验则是必要的。模型试验尤其是三维模型试验与数值方法相比有它的弱点，如尺寸效应、试验难度大、费用高。然而，物理模型则由于是真实的物理实体，在基本满足相似原理的条件下，则更能真实地反映地质构造和工程结构的空间关系，更准确地模拟施工过程和影响。试验结果能给人以更直观的感觉，使人更容易从全局上把握岩体工程整体力学特征、变形趋势和稳定性特点，以及各洞室或结构之间的相互关系，从而做出相应的判断。其次，也可以通过物理模型试验，对各种数值分析结果进行一定程度上的验证。与研究坝体、坝基和坝肩及边坡稳定性的三维地质力学模型试验[3～6]相比，地下洞室群的岩石力学物理模型试验则有很大的差距。据文献检索，只有少数几个平面模型试验[7～11]和小型三维试验[12]。这些试验均未模拟洞室的施工过程。其原因主要是模拟地下洞室施工过程的三维模型试验难度太大，如三维地应力场的模拟原理和技术、洞室群开挖尤其是内部洞室隐蔽开挖技术的实现、内部物理量测量等。本文作者提出并研制了离散化多主应力面加载和控制系统，成功解决了复杂三维初始应力场模拟的难题；采用机械臂和步进微型掘进机技术、微型高精度位移量测技术、声波测试技术、光纤测量及内窥摄影技术等，解决了隐蔽开挖模拟及内部量测等关键问题，完成了水电站复杂洞室群模型试验。这一试验成果可应用于今后我国大西南地区的其它超大型地下水电站的研究。 1工程简介 溪洛渡水电站位于四川和云南视壤的金沙江峡谷中[13]。电站总装机容量12600MW，共计18台700MW的水轮发电机组。该工程地质条件复杂，地下洞室群布置复杂、纵横交错，尤其是左岸地下厂房轴线与最大主应力呈较大角度相交，对厂房洞室稳定不利，而且厂房又位于高地震烈度区(高达Ⅷ度)，如此超大规模的地下洞室群在施工期和运行过程长期安全稳定问题，都是前所未遇的。电站厂房采用全地下式，分左、右岸地下厂房，各布置9台机组。左岸地下厂房布置在大坝上游山体内，总装机容量为6300MW.厂房轴线为N24°W，三大洞室平行。 图1左岸地下厂房洞室群布置方案 主厂房尺寸为318.03m×31.9/28.40m×75.10m(长×宽×高)，厂房总长度426.0m.主变室长325.52m，宽19.8m，高26.5m.尾水调压室长300.0m，宽26.5/25.0m，高95m，中间设两条岩柱隔墙，厚18.0m。如图1所示。 左岸厂房顶拱围岩由P2β4、P2β5、P2β6层玄武岩组成。岩体新鲜较完整，无大的断层切割，层间错动带一般不发育。层内错动带以P2β6下部及P2β4、P2β5层内相对较发育，错动带一般宽5～10cm，挤压紧密，为岩块岩屑型。裂隙以陡裂和缓裂为主，中倾角裂隙一般不发育。 2模型相似条件设计 经过与设计单位协商，确定模型的几何比尺为1/100，材料容重比尺为1.之所以这样确定，主要是考虑到开挖模拟的可操作性，以及相似物理量之间换算关系的简化。根据试验相似理论和上述几何比尺，进行了如下的模型相似条件设计：用下标p代表原型，下标m代表模型，K代表相似比尺，L为长度，u为位称，E为弹性模量，G为剪切模量，γ为容重，σ为应力，σo为初始地应力，ε为应变，ν为泊松比，φ为摩擦角，C为粘聚力，Rc为抗压强度，Rt为抗拉强度。如设实际岩体的容重为γp，模型材料的容重为γm，则容重相似比尺为： 与应力有相同量纲的物理量均有与应力相同的相似比尺，即材料弹性模量、剪切模量、抗压强度、抗拉强度、粘聚力，初始地应力和面力荷载的相似比尺均为100. 3试验要点及关键技术 本试验研究对象为左岸地下厂房洞室群，包括主厂房、主变室、尾水调压室、母线道和尾水管。 3.1模拟范围地下厂房顺水流方向的上下游各取三大洞室最大开挖跨度的1～1.5倍长度，实际各约为1.27倍，总长度为620m；沿高程方向的下方取到洞室高度的1～1.5倍，实际取为1.45倍～1.85倍，达到海拔200m；上方取到地面，实际模型作到海拔670m，其上部作为荷载加在模型顶面；沿主厂房的纵轴线方向取3个机组段长度(自5号机组中心线至8号机组中心线)，为102m.因为模型几何比尺为1/100，所以岩体模型尺寸为长×高×宽＝6.20m×4.70m×1.02m. 3.2地形及地质条件模拟对模型试验范围内的地形、地貌、地质材料和三维地质构造如层间和层内错动带进行了模拟，模型基本满足几何、物理、力学相似条件。 3.3初始地应力场模拟三维原始地应力的模拟是本试验的关键和难点。经过研究、论证和试验，本试验中首次提出并研制了“离散化多主应力面加载及控制系统”，成功地模拟了三维地应力场，保证了试验的初始条件。离散型三维多主应力面加载系统，是在地质力学模型仿真试验中，首次提出使用的一种能近似模拟复杂三维空间地应力场的加载系统。 它的基本思路来源于有限元、边界元、离散元等将研究域离散化进行数值分析的原理，把需要模拟的复杂变化地应力分布场，离散为有限多个微小的单元应力场，并认为此单元应力场为一个等效的均匀应力场。用一组垂直于该单元应力场主应力矢量的微小主应力面，代替原来的斜截面，并在这一组主应力面上按照等效主应力的大小施加法向力，就达到了模拟这一单元应力场的目的(如图2).对各个离散的单元应力场均进行这样的操作，就可以完成整个试验域复杂变化的应力场的模拟。 图2离散化多主应力面加载原理示意 这一加载系统由高压气囊、反推力板、限位千斤顶、垂直立柱、封闭式钢结构环梁、支撑钢架和空气压缩机组成。此外还有压力监测和报警辅助系统，以保证试验期间的压力稳定。 3.4开挖过程模拟按照数值计算优选的开挖步序(如图3所示)，对试验范围内地下洞室群的隐蔽开挖进行了模拟。本试验中隐蔽性开挖的洞室包括尾水管和母线廊道，尾水管的隐蔽开挖长度为125m，而且为渐变的城门洞形断面，母线道断面也为城门洞形，但是靠近主变室一侧13m一段断面加大，造成母线道断面突变。这些都给开挖模拟带来极大困难。隐蔽开挖无法采用一般的手工钻进方法，需要设计专门的钻凿机具。经过反复研究试验，开发出隐蔽开挖机器臂和微型步进式掘进机，以及与之配合使用的隐蔽洞室内窥系统，成功解决了这一技术难题。如图4所示。 图3地下厂房洞室群开挖分期设计 3.5支护方案模拟按照数值计算优选的支护方案，对锚固支护(包括三大洞室的喷混凝土、锚索)进行了模拟。按照设计支护方案，锚索按实际位置模拟并施加预应力。系统锚杆与喷混凝土联合模拟为挂金属丝网涂浆。锚索模拟材料采用金属铝线或细铜丝束，用建筑胶浆固结，以螺旋加载方式施加预应力。 3.6施工模拟过程中的多种方式洞室内部收敛变形及破坏形态量测在主厂房、主变室、尾调室三个主要洞室中，采用预埋多点位移计方式进行了内部收敛以及洞周围岩深度变形量测；采用光导纤维进行了内部变形的量测；采用超声波测量方法进行了洞周围岩屈服松动区的量测；采用内部摄影方式进行了内部破坏形态的观测。 3.7内部应力场分布量测在主厂房、主变室、尾调室围岩中的适当位置，预埋三向应变计、应变花，进行了应力场分布量测。在重要位置，预埋光纤传感器，与应变片测量相比较，测量应力场分布。 图4隐蔽洞室开挖微型步进TBM示意 4试验过程和结果 试验自2000年5月开始各项前期工作，包括场地准备、试验台设计和施工、模型材料设计和试验、模型制作和传感器埋设、地应力场生成和监控系统研制、隐蔽洞室开挖系统研制和试运行、测量仪器的研制和准备等。2001年7月15日正式实施洞室开挖模拟，量测系统进行同步量测，采集数据，至2001年8月18日完成洞室群开挖。试验得出的洞群围岩变形、应力应变、屈服区分布等情况如下。 4.1位移主厂房顶拱最大下沉为37.5mm，主变室顶拱下沉为23mm，尾水调压室顶拱为34mm.各个洞室顶拱的变形随开挖量的增加均以下沉为主，开挖后期伴随有少量的上抬。这与同时进行的数值计算相比顶拱位移偏大一些，这是由于模型试验中准确地模拟了层内错动带的影响，而计算中则有所简化。尾水调压室边墙比主厂房边墙高20多米，初估最大水平位移应该更大些，但尾水调压室中间隔墙起到了限制变形的作用，从而减少了水平位移值。主变室与尾水调压室之间岩柱的上下游方向水平尺寸有所增大。 图5地下厂房洞周围岩位移分布 而主厂房与主变室之间的岩柱在上下游方向则有所压缩，是由于母线道对这部分岩柱削弱较多引起的。试验中所揭示的各个方向的位移量均不大，分布合理。除三大洞室顶拱位移比计算值略大之外，其它与计算值都很接近，洞周没有发现明显的开裂或位移突变。图5给出了洞周围岩位移分布。 4.2应力主厂房上游拱肩和拱脚处、尾水调压室上游拱肩和拱脚处均有拉应力出现。尾水调压室下游边墙5m范围内的岩体大部分存在拉应力，10m之外则呈现为压应力。随开挖的进行，洞室交叉部位产生应力集中，凡是压应力的则压应变值为原来的1.5～2.2倍。产生拉应力的部位则给出了很大的拉应变值，明显不大合理，可能是粘贴应变片的块体发生破裂造成的。但是可以从中判断是出现了拉应力。拉、压应力分布范围与计算结果接近。光纤传感器量测的结果比较有规律，随尾水调压室高边墙的逐渐形成，边墙表面岩体应力松驰，压应力降低甚至产生拉应力，而压应力分布有向深部岩体传递的趋势。 4.3超声波测量试验中采用超声波测速与位移沿岩体深度分布规律相结合的方法判断屈服松动区。洞周岩体波速最低处为尾水调压室的底部和顶拱，波速比未开挖前降低了40%～50%.三大洞室顶拱的岩体波速，主变室顶拱最高，达900～1000m/s，主厂房顶拱次之，为800～900m/s，尾调室顶拱最低，为400～500m/s.与地质剖面相比较可以看出，这一结果恰恰和这些洞室所在地层及地质构造相吻合。根据声波测量和位移测量结果的综合比较和分析，得到各洞室周围屈服区的范围(图6). 图6地下厂房洞周屈服区分布 4.4锚固支护系统根据地下工程围岩稳定性分析的经验，洞室围岩越稳定，围岩的整体性越好(早期喷锚支护可以增加这种整体性)，则在后期开挖过程中，洞室上抬的趋势越明显。XA-22支护方案在主厂房顶拱埋设的两排锚索，穿过了层内错动带，增加了顶拱的整体性，是很必要的。虽然本试验中尚不能定量地比较这种锚固的作用，但定性上已经可以说明模拟的锚固系统对增加洞室围岩的完整性和整体性，起了明显的作用，这是数值计算中没有反映出来的。通过对模型锚索应力的测量，反映出对目前的开挖方案，锚索应力有明显增加。因为尾调室是上下先开挖然后中间再挖通，高边墙有一个突然形成的过程。虽然这一情况因为中间隔墙的存在而减弱，但对离隔墙远一些的部位仍有一定的冲击作用。考虑到这一点，尾调室上下游边墙锚索的预应力施加应有所控制，而隔墙的加固应适当提前。 5结论 (1)本试验是首次大规模三维仿真模拟地下洞室群的施工过程。它成功模拟了高容重岩体材料和岩体构造，容重比尺1比1；研制了离散化多主应力面加载系统，使模拟复杂三维初始地应力场得以实现；研制了用机械臂和步进微型掘进机，仿真模拟了施工过程；研制微型多点位移计，采用声波测试、内窥技术等多种测量手段进行了内部物理量的测量。(2)试验结果验证了在厂区特有的地形地貌、地质构造和地应力条件下，该水电站地下厂房洞室群的总体布置、洞型设计、洞室间距是合理的。主变室滞后主厂房和尾水调压室开挖一期的施工方案以及锚固支护方案，保证了洞室安全成洞。在试验开挖过程中，洞室群保持了总体稳定，主要洞室周边未出现明显的开裂及变形突变。洞周围岩屈服松动区分布，与厂区地质条件和洞室断面情况及空间相对关系有较好的吻合。推荐的支护方案对洞室整体性的加强有明显的作用，并有效地控制了松动区的发展。(3)试验结果表明，对条件复杂的超大型地下洞室群进行三维地质力学模型试验可以从全局上把握地下洞室工程整体力学特征、变形趋势和稳定性特点，并对数值模拟结果进行验证和校核。 地质力学论文:关于工程地质力学应用过程中常见问题的分析 摘 要：社会经济的进步，极大促进了工程地质力学的发展，工程地质力学是研究地质体变形状况的科学，地质体具备多形态的特征，为了满足工程地质的实际要求，进行地质体存在状态、力学特性、地质体演化过程的分析是必要的。 关键词：工程地质学；地质体；演化过程；力学特性 1 地质体的力学特性 （1）地质体产生于一定的地质环境，地质体是由地质环境中按照某些结构排列的岩石、水等构成的，其具备非均匀性、非连续性的地理特征，无论是初始状态特性，还是流-固耦合特性都充分体现了地质体的独特性，区别于传统力学的研究对象。 地质力学界对地质体特性的研究并没形成一个统一的描述方法，其中依旧存在很多的问题需要深入研究，这需要做好相关的室内试验，进行精细性的分析，获得丰富多样的本构关系，掌握地质力学的特殊规律。地质体是一个比较复杂的系统，仅仅通过局部的岩石试样，并不能代表其整体的特性，岩石试样缺乏典型代表性，岩体试样不能脱离地质体本身，否则其会丧失处于母体中的作用。在某些状况下，获取试样，会导致其内在特性的改变。为了更为深入地研究地质体的整体特征，需要深入了解地质体的局部特性，在此基础上，进行地质体整体特性的描述及探测，从而满足实际工作的要求。 （2）地质体的特性与地质构造运动、地质环境密切相关，从而影响到地质体的一系列的力学行为。通过对力学分析方法的应用，不能取得定量化的结果，为了获得地质体的初始状态，需要应用工程地质力学的应用方法，从而解决实际工程问题，地质体的特性具备多样性，比如非线性特性、非弹性，这些特性与岩体结构面的特性密切相关，温度效应、时间效应是固体材料的常见特性，地质体的特征与温度、天气等密切相关，其中外界因素的变化，导致其出现更为复杂的力学过程。 2 工程地质力学所面临的常见问题 （1）地质工程主要分为两类问题，地下工程问题，比如水电工程的地下隧道、地下核肥料、地下矿藏等区域的采空区，地质体的活动断幼纯觥⑷硌易纯觥⑼杆状况等，对于工程的稳定运作产生一系列的影响，与工程建设、工程造价密切有关，这类问题主要涉及到高地应力前提下的地质体的变化状况。第二类问题是地面工程，涉及到一系列的基础工程建设，铁路公路边坡、矿石开采，主要引发的问题为滑坡、泥石流等，我国的边坡工程规模日益庞大，其也引发了一系列的自然灾害，存在的主要力学问题是水、地震等作用下的破坏状况。 一项合格的工程建设必然要经历选址、勘察、设计等几个模块，在不同的工作模块中，由于其工程阶段的不同，工作目的的差异性，其工作的侧重点也不一样。地质工程是一个整体性的工程，其内部各个阶段间互有联系，密切相关，为了解决实际工作需要，工程地质力学的应用要因地制宜，灵活应用，切实解决地质工程中的问题。 （2）在地质工作中，避让是非常重要的原则，避开危险区域，是地质工程工作的重点。为了达到这一目的，必须首先明确哪些区域存在着危险状况，获得相关的地质资料后，再针对山体的稳定性进行判定，这种可靠性关系的判断与地质工程的顺利开展密切相关。建筑工程的顺利开展，需要建立在良好的地质条件基础上，如果将良好的地质条件误判为不稳定，将会造成地质工程工作资源的巨大浪费。 在地质工程实践中，有些地质问题依赖于工程师的工作经验，比如利用边坡稳定判断方法进行滑面参数的分析，这些参数的确定依赖于丰富的工作经验，在这个过程中，有些工作步骤需要利用有限元进行计算，这些可靠的地质工程分析方法都离不开大量的工程实践工作。 3 地质体力学特性探测的一般方法 （1）在地质工作中，选址是一门重要的工作，在选址过程中，地质人员需要依据地质条件、环境等，进行工程建设可行性的判断，这需要进行工程建设地点、线路等的综合性分析，需要做好一系列的地质勘察工作，进行地质条件的深入了解，从而判断出工程建设状况。通过各种工程手段获得工作资料将作为下续工作的依据，一般来说，勘察过程中获得越多的资料，其工程设计的可靠性也就越大。在实际工作中，地质勘察的手段诸多，受到实际工程状况的影响，地质资料的获取比较困难，工程设计往往要进行多次设计。 为了实现地质工程造价的优化，必须最大程度地降低工程成本，而又获得最大的工程效益，在最优成本的前提下，获得丰富的地质材料。地质力学研究不仅仅需要获得给定条件的结果，也要最大程度创造地质工作的良好条件，这通常需要进行表面位移监测、波动等方法的应用，进行地质体力学特性的探测。这些方法具备良好的工程合理性。 上述方法运用得当，可以进行某工作区域某点特征的获取，而又不破坏地质体的原本形态，它的探测成本也是比较低的，目前来说，我国的地质勘察体系并不健全，缺乏丰富的理论体系支撑，计算机应用技术体系尚不健全。 （2）相比于工程结构，地质体的可容许变形更大，工程结构与地质体之间的相互作用比较复杂，远甚于单纯结构的变形分析，在这个过程中，为了给出合理性的工程设计，必须进行地质体初始状态、地应力场状况的深入分析，从而给出恰当的工程设计方法，进行工程涉及到优化。在地下工程工作中，岩体分类技术是常见的工程设计方法。 目前来说，我国的岩体分类技术理论体系尚不健全，通过对这种岩体分类问题的论证，能够满足我国复杂环境区域工作的要求，进行复杂性地质工程可行性的判断。工程岩体分类是比较笼统的，它主要适应于工程的初步设计阶段、工程预算阶段、招投标阶段，这种方法与一般工程的力学计算方法存在较大差异性，有些精密、复杂、大型的地质工程，需要精细化的岩体分类技术方法，这需要具体问题具体分析，提出适宜的工程方案，满足实际地质工作的需要。 （3）在地质工程工作中，力学、地学是密不可分的，这两者的结合都是为了创造更大的工程建设效益，这与力学基本理论体系的发展密切相关，需要满足工程建设工作的需求。通过对力学研究工程的应用，模拟复杂性的地质结构状况，通过科学性的建模，满足复杂的工程需要，这也需要工作人员的综合性判断，实现工作经验与计算机数值计算结果的结合，确保力学及地质学的相互渗透、相互结合，从而进一步解决工程常见问题。 （4）在实际工作中，地质工程师凭借丰富的工作经验，能够进行某地区地层的直接判断，从而有利于地质调查工作的开展，进一步节省工程成本，如果不能确保地质判断的准确性，将会导致工程实践的失败，也不能获得正确的力学分析结果。为了满足实际地质调查工作的要求，需要进行力学分析手段的补充，进行地质体力学参数的获取。 通过对力学手段定量化的分析，可以实现地质体的准确判断，再通过一系列的力学理论方法，做好工程的定量分析工作，为工程设计提供丰富的信息依据。这就需要进行地质环境定量化的分析，进行地层的辨认、定性地分析，进行地层几何特性的分析，这都离不开地质勘查工作的开展，需要做好相关的现场监测工作。 4 结束语 工程地质力学与地质工程密切相关，其实现了工程学科、力学、地学的结合，地学是地质工程的基础，力学是重要的工作研究手段，以此为标准，实现工程工作的高效化，通过对不同学科的结合、研究、分析，实现工程地质力学的长远发展，解决实际工作问题，满足工程的实际需要。 地质力学论文:超大断面隧道软弱破碎围岩渐进破坏过程三维地质力学模型试验分析 【摘要】超大断面隧道在软弱破碎围岩的施工中具有很大的难度，软弱破碎围岩的不良地质条件，加上隧道断面的扩大，极大的影响了隧道的稳定性。软弱破碎围岩的渐进破坏过程，由最初的开挖改变围岩应力重分布的情况，可以发展到应变弱化过程中逐渐发生破坏。本文采用三维地质力学模型，从模拟试验的建立、相似材料的选择等方面着手，对超大断面隧道软弱破碎围岩的渐进破坏过程进行了试验分析。 【关键词】隧道；破碎围岩；渐进破坏过程；三维地质力学模型 一、三维地质力学模型试验内容 （一） 实验参数 本文选取某隧道工程为试验背景，该隧道的主要特征是，穿过极破碎地层，薄片状岩层在节理表现上呈碎块状，并伴有少量裂隙出水现象，隧道开挖后，岩层粉末化。同时，围岩岩体破碎完整性较差，还会在与水接触时松散软化，稳定性较差，容易发生坍塌。本研究将所选取的隧道工程相关工程数值与相关规范进行对比，统计了该隧道软弱破碎围岩的基本物理力学参数： （二）模型初设 选取尺寸为 2.0 m长×2.4 m宽×2.4 m高的三维三维地质力学模型，其应力相似比、几何相似比为 1∶50。使模型边界满足相关条件，在模型的中间位置进行开挖，其实际的开挖面积为 110m2 ，为超大断面铁路隧道。模拟试验的开挖长度为2米，由台阶法支护试验、全断面支护试验、全断面无支护试验以及掌子面保留超载段四个阶段组成。四个阶段中按顺序依次开挖，有效进行超载破坏试验。 二、三维地质力学模型模拟材料选择 模拟材料应该与实际的修筑情况较为相似，模拟材料包括锚杆、初喷混凝土等支护结构以及软弱破碎围岩所采用的材料。 （1）支护体系相似模拟材料 尽可能通过相似材料的选用，避免出现混凝土与围岩间不良特殊效应，保障模拟试验与实际的隧道施工中混凝土初喷的原料情况相近。因为实际的隧道施工混凝土的来源是爆破围岩碎石，可以选取C 2 5初喷混凝土，其抗拉强度、抗压强度以及弹性模量较为相似。根据隧道刚度与面积要求，首先让聚四氟乙烯满足锚杆的基本物理条件要求，其次将胶结剂涂抹在聚四氟乙烯材料的表面，最终与黏结石、英砂共同完成围岩的模拟，这一过程有效实现锚杆模拟材料。以初喷混凝土相似材料举例来说，其力学参数对比表如下： （2） 软弱破碎围岩相似模拟材料 本次三维试验的隧道，其主要的岩层构成为炭质千枚岩、上统千枚岩，整体岩质都较容易破碎，而且具有一定程度的流变性，即其岩层的状态容易受到外力的作用而改变。根据这种情况，模拟试验可以采用重晶石粉、精铁粉、石英砂，结合以松香溶液胶结剂进行相似材料的配偶。并通过相应的流变装置对其力学参数进行有效的测验，测试结果表明，当情况为过载时，慢速蠕变、稳定蠕变和加速蠕变是相似材料的三个变形过程，最终会出现破坏现象；当情况为小额载荷时，也就是受低应力影响下，相似材料有慢速蠕变和稳定蠕变两个变形过程。与此同时，针对千枚岩，相似材料在蠕变测试中，压缩应力增大，其蠕变性随之增强，这一测试表明，千枚岩软弱破碎围岩同样具有蠕变性。 三、三维地质力学模型试验 三维地质力学模型试验中隧道的修筑方法为夯实填筑法，首先依照科学的等比进行材料配置，并保证材料能充分满足试验需要，搅拌均匀后在模型框架内从下往上进行分层铺设，在设计方案的标高部位预设测量仪器，之后继续填铺，到模型顶部后停止铺设。隧道模拟试验的埋深为200米左右，模型开挖步骤为：先从隧道口开始每隔0.5米连续进行台阶法支护开挖、全断面支护开挖、全断面无支护开挖，之后在掌子面的前0.5米处进行超载破坏试验，对不同围岩段的渐进破坏现象进行观察分析。4阶段的深挖中围岩都受到有规律的破坏：当埋深增加至400米时，局部的拱顶围岩有拉剪破坏，且最早出现裂缝甚至掉块现象的是掌子面邻近的全断面无支护开挖段，一般是在隧道拱顶集中表现；当埋深增加至700米时，拱顶、边墙都有大量的材料脱落与破坏现象；当埋深增加至800米时，台阶法支护开挖方法下，局部拱顶支护材料出现开裂与破坏；当埋深增加至1000米时，支护与围岩均出现大面积破坏现象，隧道面临整体坍塌。 四、分析结果 超载情况下，围岩的破坏区域会随着开挖深度的增加渐进扩大，最早发生破坏的是全断面无支护段周边围岩，然后是全断面支护段与台阶法支护段的初喷混凝土。拱顶上方区域是主要的破坏集中区，既是衬砌结构出现破坏的主要源头，也是造成围岩坍塌的主要原因；隧道侧部的边墙也有局部的破坏，破坏程度从边墙的上部到边墙的拱脚逐渐加剧。同时，随着埋深的增加，无支护段围岩位移增长情况多于支护段围岩位移增长情况，说明支护结构具有明显的承载力，这一过程中荷载与应力的增长呈反向；随着围岩破坏深度的增加，拱部出现变化性的压力拱现象，这说明在顶部进行加固有一定可行性，是改善超大断面隧道软弱破碎围岩渐进破坏现象的有效探索方向。 结束语 采用三维地质力学模型试验对在隧道逐渐深挖过程中软弱破碎围岩的渐进破坏情况进行试验，所展现的超大断面隧道软弱破碎围岩渐进破坏全过程与实际情况极为贴近，有利于掌握超大断面施工过程中可能出现的问题，为提高隧道稳定性的方法探究提供有效的参考依据。 地质力学论文:地貌地质力学及其最新进展 第一部分 中国地貌的基本特征及其形成机理 一、中国地貌的形态特征 我们伟大祖国群山纵横，高原雄伟壮丽，江河源远流长，平原一望无际。青藏高原在大西南屹立，喜马拉雅山高耸成为“世界屋脊”。大西北地区巨大的山脉环绕着巨型盆地。中国东部平原辽阔和丘陵起伏。主要河流自西向东注入海洋，反映了我国地势西高东低的特点。随着地势向东逐级递减，大致沿青藏高原东北部边缘，大兴安岭―太行山―雪峰山东缘和洋陆边界三条巨大界线，出现四个地形阶梯。这就是人们所熟悉的西高东低、梯级分布、形态多样和山区广大等我国地貌的四个显著特点。然而，这只不过是中国地貌外在的形态特征，还没有揭示中国地貌的展布规律和形成机理。 二、中国地貌的展布特征 经研究发现，定向纵横的群山、巨大而规则的洼地和受山脉控制的江河，是我国地貌重要的展布特征。具体而言： 1）三道纬向“长城”：由横亘于北纬40o―42o的阴山和天山山系、北纬32o30―34o30的秦岭和昆仑山系，以及北纬24o―26o的南岭山系等5条山系组成的三带巨大山岭。它们每个带各自大约占2个纬度，彼此之间大致间隔7―8个纬度，其展布特征十分引人注目（图1）。 2）三带濒洋山岭：在东亚河我国东部濒太平洋地区，大致平行海岸线出现有三条巨大的北北东向山系（图1）。第一带是“岛弧山系”，由千岛群岛、日本列岛、琉球群岛和我国的台湾列岛等所组成。第二带是“沿海丘陵山地”，包括长白山、胶辽丘陵和东南沿海丘陵。第三带是“内陆山脉”，由大兴安岭、太行山和大巫山组成。这三带山系也有一定的等间距性。 3）东西对称山岳：我国西北地区，存在这一系列北西向山系，如阿尔泰山和祁连山等。它们和东部地区展布的北东向山系有遥相对应之势，显示了镜向对称的特征。 4）巨大弧形山川：我国西南部，由青藏高原及其周缘山脉，组成一个向东北突出的巨大弧形。喜马拉雅山、冈底斯山、喀拉昆仑山等大致东西延伸，向东迅速转折为近南北走向，在那里出现了横断山脉。再向南延出国境，经中南半岛到印度尼西亚后又转为东西向，形成一个异常庞大的反S形山系（图1）。在国境内，澜沧江、怒江和金沙江径流于其高山峡谷之中，形成一个“巨大弧形山川”。 5）大型横向水系：由于纬向山系的持续横亘，我国的大江大河，如黄河、长江和珠江等，尽管其局部流向反复多变，但大都在其间广阔的东西向洼地中径流。因此，纬向山系就成为我国主要水系的分水岭。东西方向的阴山，分隔了东北水系和华北水系。阴山与秦岭之间为黄河流域，黄河流向几经反复大角度转折，但一般不跨越阴山和秦岭山系。昆仑一秦岭山系和南岭山系之间则是长江流域，长江在两带山系之间汹涌奔腾。南岭山系以南还有珠江水系。这些山系总的流向和山系的走向基本一致，由西向东径流，明显受到中国地形西高东低和纬向山系的控制。 6）纵横行列洼地：“洼地”一词是各种“负向地形”（即是下降而形成的各种地形）的统称，包括平原、草原、沙漠，以及由下降堆积而形成的“黄土高原”等。负向地形和正向地形是相辅相承、彼此伴生、又相间出现的，它们沿一定走向规律地展布在山系两侧。在我国有一系列“纵向洼地带”和“横向洼地地带”： 纵向洼地带：在东亚濒太平洋地区，平行三带濒洋山岭相应出现三个大型洼地带，向东而西：第一带是由鄂霍次克海盆、日本海盆和东海海贫组成的“浅海洼地带”；这些近海海域不过是被海水淹没了的洼地，从地质结构来看，它们基本还是大陆型的地壳。第二带是由松辽平原、华北平原、长江中下游平原和北部湾盆地组成的“平原洼地带”。第三带是呼伦贝尔草原，陕北盆地和四川盆地组成的“盆地洼地带”。 横向洼地带：自北而南，第一带为天山一阴山纬向山系以北的准噶尔盆地、蒙古―呼伦贝尔草原、松辽平原和鄂霍次克海盆。第二带为天山一阴山和昆仑一秦岭两个纬向山系之间的塔里木盆地、柴达木盆地，河西走廊、阿拉善沙漠、陕北盆地、华北平原和日本海盆。以及第三带的四川盆地、长江中下游平原和东海盆地等。 这些洼地规律地分布着，形成“横成行，竖为列”排列十分有序的地貌格局。 归纳起来，①三道纬向“长城”；②三带濒洋山岭；③东西对称山岳；④巨大弧形山川；⑤大型横向水系；⑥纵横行列洼地，是中国地貌的六个展布特征。 三、中国地貌的展布规律 事实表明，我国地形复杂而又有规律地分布着。经认真研究，可以将中国地貌展布规律概括为：1）成群地带出现（群带性）：无论山脉、盆地或平原都成群、成带展布；2）山川定向纵横（定向性）：表现为定向纵横的群山，以及受山脉控制的水系；3）保持一定间隔（等距性）：无论山脉和洼地，都以一定间距重复出现；4）东西镜向对称（对称性）：中国东部北北东向的山脉和洼地与西部北西西向的山脉和洼地，有遥相对应之势；5）正负地形相向（伴生性）：上升的正地形总是和下降的负地形相间、相伴出现；6）重叠形成网络（交织性）：不同方向的正地形带和负地带相互交织，彼此阻割与干扰，形成我国独具特色、丰富多彩的地貌景观。 四、几个有趣地貌景观的解析 1）问：既然我国东部濒太平洋地区有北北东向的“三带濒洋山岭”，为什么不形成三条连续的山脉，却被一一分隔？而中国的洼地带，又为什么“横成行、竖为列”规则而有序地分布呢？ 答：地貌地质力学揭示，正是由于“三道纬向长城”的顽强横亘，阴山山系和秦岭山系，不仅把“三带濒洋山岭”，也将与其伴生的“三条洼地带”一一分隔，致使北北东向的山脉和洼地被分割成为不同段落，并分别冠以不同的地理单元名称。 2）问：为什么在东亚出现独特而美丽的花彩列岛，它们又为什么形成大小相若的一系列弧形，而不是一个巨大的弧形呢？ 答：地貌地质力学指出：东亚花彩列岛中的每两个相邻弧形交接处的“结”，都正处于中国大陆纬向山脉向东的延长线上；也正是由于顽强横亘的纬向山系控制了花彩列岛的“结”，才形成了一系列美丽的岛弧。关于东亚岛弧形成的假说众多，没有哪一个比这一说法更具雄辩力了。 3）问：为何在东亚出现两类不同形态的“弧形山脉”？即濒太平洋地区出现一系列向东南突出的“不对称单突弧形”？而在中国大陆内部却呈现一系列S形（即“对称的双突弧形）山脉呢？ 答：地貌地质力学认为：大陆内部，两侧均为大陆型地壳，岩石性质彼此均一的条件下，在南北向相对扭动作用时，左侧向南推挤而出现向东南突出的弧形时，右侧必然相对向北推挤而产生向西北突出的弧形，所以形成“S”形（即“对称的双突弧形”）山脉。而在濒太平洋地带，一侧为大陆型地壳（由古老的多层地壳组成的很厚的大陆型地壳），另一侧为大洋型地壳（由年轻的单层地壳组成很薄的大洋型地壳），在南北向相对扭动作用时，大陆一侧向南扭动而出现向东南突出的弧形时，大洋一侧因为缺失巨厚的上层物质，就不能形成向西北突出的弧形，结果导致“不对称单突弧形”的形成。 五、中国地貌的形成机理 1）揭示了地貌规律性，还不能明了它们的成因。毫无疑问，一个正确的地貌假说必定能够完满地解释中国地貌的展布特征和展布规律。地貌的形成和演化起因于地球内营力的地壳运动，而地球外营力导致的地表风化、剥蚀、搬运、堆积作用，以及崩（塌）、滑（坡）、（泥石）流等，也时刻改变着地表地貌景观。简言之，地球内营力是一种“造形作用”，使地表地形出现起伏；地球外营力则是一种“毁形作用”，使地形差异趋于消失，起填平补齐的作用。可见，地貌形态是地球内、外营力共同作用结果；地壳运动则是其矛盾的主要方面，正是地壳运动铸就了地貌形态的基本格架。 2）因此，探讨地貌的成因离不开地壳运动，研究地壳运动又离不开力的作用，力是一切地貌形成的源头。研究形成地貌过程和方式，就要根据地质构造的力学性质和位移方向，反演形成它们的构造应力场及其动力来源。深入研究揭示，我国东部和西部都经历了两个发展阶段：第一阶段，中国大陆整个向南推挤，在“纬向协和函数”控制下，形成等距分布的纬向构造带；继之，由于分别受到太平洋和印度地块的顽强阻抗，中国大陆中部相对向南移动，致使中国东部发生反时针扭动；中国西部则为顺时针扭动，从而分别形成了深及地幔的巨型挤压性的北北东向和北西西向构造带，铸成了中国大地构造格架”，成为中国现代地貌的基础。在第二阶段，由于构造运动大大减弱，在“弹性回返”（由于第一阶段和第二阶段构造的强度和幅度显著由强变弱，所以用“弹性回返”比整个区域外力改变来解释，更为合理）作用下，构造运动动力让位于重力作用，在重力均衡作用主导下，深及地幔的构造带产生明显差异升降，在地幔坳陷带（即“山根”）强烈上升成为山脉，在地幔隆起带持续沉降形成盆地（或平原），由此形成了中国现代地貌格架。 第二部分 有关几个重要地貌问题的新理论 一、造山―成盆统一形成新机制 1）造山带与盆地是经久不衰的两个研究热点，但其形成机理至今仍然没有一致的看法。地质学家一向强调造山作用是构造运动结果，板块构造说更直接视为两个板块碰撞使然；地理学家则根据“山根”的普遍存在，更多地认为重力均衡作用是山脉不断隆升的主要原因。直至目前尚未见到一个能够统一说明构造运动和重力均衡作用在造山过程中各起着何种作用的理论或假说。从事盆地研究的学者，向来认为盆地主要是强烈拉伸作用的结果；专注山脉研究的学者，则强调山岳主要是强烈挤压作用的产物。其实，山脉不是在单一的挤压作用下形成的：其一，根据“平衡剖面法则”，造山过程中平面上的缩短，远远不足以使山脉上升到如此高度；其二，更不可能使山脉持续上升至今，挤压只能造丘（陵），而不能造山。实际上，一切地貌现象都不是孤立存在的，盆地和山脉、正地形和负地形、隆起和沉降是对立的统一，彼此相辅相成、相依存在和相伴而生，共同组成有成生联系的“地貌体系”。它们的形成是在一个复杂的地壳运动过程中，由不同构造运动体制（而不限于一个“挤压体制”或一个“伸展体制”）相继作用的结果。 2）根据我国主要造山带和青藏高原典型地区的深入研究揭示，它们具有共同的五个显著特征，即①中生代经历强烈挤压并未上升为高山或高原；②山脉与盆地同步形成，新生代以来升降幅度已近万米；③山前和高原边缘都发育新生代巨型交角度正断层，确切表明山脉隆升与盆地沉降是在新生代以来拉张作用下以“断块”完成的；④中生代挤压构造上，普遍叠加了新生代张性构造；⑤秦岭上升和渭河盆地同步下降以及青藏高原隆生的过程中，都受到强烈的拉张作用。 3）任何正确的造山一成盆理论，必须能够说明我国的地质实际。我们提出的“挤压后效―拉张、断块、均衡造山一成盆统一新机制”可以给予完满解释：①中生代历经强烈构造运动挤压，波及地下深部，形成巨型“幔隆带”和“幔坳带”（即“山根”）；②构造运动挤压作用大大减弱，在重力均衡作用主导下，导致幔坳带隆升成山和幔隆带沉降成盆；③新生代造山作用和成盆作用，在拉张作用下以“断块”形式表现出来。同时，这新机理还可以合理说明“后造山作用”形成的一系列伸展构造现象（诸如：山前平缓正断层、变质核杂岩、造山带塌陷作用和造山侵蚀作用等）。 4）挤压后效一拉张、断块、均衡造山一成盆统一形成新机制有三个显著特征：①把多元造成山一成盆作用因素（挤压作用、拉张作用等构造运动，以及重力均衡作用等）纳入统一模式；②用诸多因素主导作用有序转化，来解释造山一成盆的演化过程及其形成机制；③将造山（带状山脉）造高原（面状山脉）和成盆作用的形成，有机地联系起来。 5）两个推论：①“挤压与伸展”、“开与合”互相转换，是地壳运动的普遍现象。中国大陆“中生代挤压”的“燕山运动”和“新生代伸展”的“喜马拉雅运动”，并非如目前被公认的是两个独立的“构造运动施回”，它们实际是同一个构造旋回的两个阶段。因此建议更命为“燕山一喜马拉雅运动旋回”。进言之，更古老地质年代的“加里东运动”、“海西运动”、“印支运动”等等，都被视为强烈的挤压运动旋回。其实不然，它们都是由“早期挤压”和“晚期伸展”两个阶段所构成；人们对第二阶段的“伸展运动”知之甚少，是因为张性构造形迹叠加在强烈挤压构造之上，很难把它们一一辩认出来的缘故罢了！ ②根据山脉不断强烈隆升、盆地持续沉降，以及强震、活火山不断发生等一系烈地质现象，许多学者断言：当今处于地壳运动强烈的时期。否！这种结论过于武断了！ 按照我们的观点，第一，如前所述，当今处于地壳构造运动相对微弱、重力均衡作用居于主导地位的地质时期，山脉的隆升和盆地的沉降并非构造运动所致，乃是重力均衡作用的结果；第二，地震和火山的活跃期和宁静期的短周期，与地壳运动的超长周期是无可相比拟的。因此可以认定：当今正处于地壳运动相对的和缓时期，而不是地壳运动强烈的阶段。 二、中国大陆构造带的“向洋迁移”和对板块学说的置疑 1）关于形成中国大陆构造的动力来由，至今存在着重大争论，集中体现在动力是来自印度板块和太平洋板块向欧亚板块（中国大陆）的碰撞推挤？还是源于中国大陆中部向南―南东的挤压？ 2）地质学家所公认的地质事实是：无论是中国东部还是中国西部，至少中生代以来地壳运动存在“定向迁移”的规律：①中国东部北北东向的三个沉降带，自西而东，它们形成的时代分别是三叠纪的印支运动、侏罗―白垩纪的燕山运动和新生代的喜马拉雅运动；构造带的形成时代也与此相一致；②中国西南部则更为明显：从华力西运动的昆仑带开始，向南依次出现甘孜印支折皱带、藏北早燕山折皱带，藏中晚燕山折皱带和藏南喜马拉雅折皱带；与此同时，岩浆岩带、变质带以及海水退出的方向，也清楚地显示这种规律。 中国大陆东部和西部两个方向“定向迁移”，有一个共同特征，就是“向洋迁移”规律。板块说断言：这是裂解于“古陆”的板块，在地质历史时期，自北向南依次碰撞而形成的；令人不解的是：在漫长的地质历史时期，若干板块依次向北漂移，第一，只有在后一板块恒比前一板块速度更快时，才能依次逐一碰撞。试问，有什么动力可以使后一板块比前一板块速度更快呢？第二，在每一板块经历了不同距离的漂移和不同角度的转动之后（这已由古地磁所证实）而逐一碰撞拼合，其碰撞缝合线却“严丝合缝”，平滑而光洁，既没有“棱棱角角”，也不见“碎裂地体”？第三，所有碰撞缝合线分布彼此平行、协调，就像同一个时期形成的一套弧形一样？难道这不有点近似于“天方夜坛”吗？显然，这种向洋迁移规律不能用板块构造向北―北东向碰撞推挤，或俯冲给出理论说明。 3）合理的解释是：依据力学上的“近极强原理”，动力来自北方，在接近动力源的部位，首先受力变形并促发构造运动、岩浆活动和变质作用。板块构造学说立足于海洋，令人信服地解决许多重大地质问题，取得了骄人的成就。但它在大陆地质中遇到到了许多难题，这正是它之所以不能顺利“登陆”的重大难题之一。 三、重要的“三新理论” 现代地貌、地表构造带和各种地球物理界面的现在形态等三类现象，都是很新地质时代形成的。 1）新地貌：地质学家认为，中生代燕山运动（205―137百万年）奠定了我国大地构造格架，中国盆地格架也随之形成。但是不要因此就认为我国现代地貌（盆山格架）就是中生代铸就的。实事上，中生代形成的盆地格架已久经变迁，当时的山脉也几经夷平。深入研究表明：①青藏高原是新生代上新世（5.3百万年）以来强烈隆升的；②全国的现代地貌也主要是上新世以来，也就是“新构造运动”时期才形成的。 2）新构造带：地质学家一贯强调构造继承性是中国地质构造的基本特征，认为现在地表出露的大型构造带，都是久远地质年代，甚至是吕梁运动（18亿年前）所形成，并持续活动至今的。其实这是一个很大的误解。深入研究揭示：“构造新生性”是主导的，“构造继承性”是次要的。中国的地质实际地说明，仅仅在燕山运动（205百万年）以来，存在着显著的构造继承性，而不会跨越“构造运动旋回”恒久地继承活动下去。这不仅因为古老构造已相继老化固结；更重要的是彻底的活动论告诉我们，各大陆不仅逐渐改变着自己的位置，也改变着自己的方向，作用于它的构造运动也会因而改变，无论从理论上和地质实际看，上述看法都是没有道理的。恰恰相反，现在持续延伸的构造带都是很新的，都有很明显的现代活动性。对此，我们可以多方面加以论证，仅就一点而言：因为没有新的活动它们就会被不同方向构造切载，因一段隆起、一段沉降而不连续。可见，一切现代地表持续延伸的构造带都是“新构造运动”时期以来正在活动着的，一般不会老于燕山运动的构造带。 3）新地球的物理界面：地球内部存在许多地球物理界面，例如古登堡面、莫霍面、康拉德面等，使地球成为具有层状构造的球体。它们形成于不同的地质年代，有的很为古老。有人认为这些形成时代久远地质年代的地球物理界面，其现在空间分布的形态也是古老的。这显然是不对的。因为这些古老界面受到各种动力作用，在整个地质演化过程中，不断改变着自己的位置和形态。例如，在强烈构造运动作用下，会形成新的上地幔隆起（幔隆，即山根）和上地幔坳陷（幔坳），即使地壳和上地幔分界莫霍面形成隆起和坳陷。这些古老的界面和它新的形态的关系，正如“老砖盖新房”。 这就是有关现代地貌、地表构造带和地球物理界面形态的“三新理论”。 第三部分 结语 一、在传统的中国地貌形态特征的基础上，通过展布特征、展布规律和形成机理三个层次跨越式的深入研究和总结，地貌地质力学把中国地貌研究从形态归纳分析，提高到论理的新阶段。 二、掌握了中国地貌展布特征，人们不仅可以直接掌握我国地貌格局和主要地貌单元的分布，容易地把它们绘画成图并铭记在心；更重要的是，可以由此进一步揭示中国地貌的展布规律。 三、懂得了中国地貌展布规律，不仅为我们理解纷繁而多样的地貌现象之间的内在联系和依存关系，铺平了道路；还为深入探讨中国地貌形成机理打下基础。 四、中国地貌形成的新机理告诉我们：和其他许多事物一样，各种宏观地貌格架的形成不是一蹴而就的。中国地貌的演化经历了两个发展阶段。第一阶段在构造运动主导下，形成了“中国大地构造格架”；第二阶段在重力均衡作用下，在大地构造格架的基础上，构建了“中国地貌格架”。 五、造山一成盆统一新机制把造山、造高原和成盆作用、构造运动和重力均衡作用，以及挤压和伸展作用巧妙地结合起来，纳入统一发展演化模式；创造性地运用不同地质阶段主导作用有序转化，合理地解释了盆山构造的形成机理。这一理论具有普通适用意义。 北京地质学会副理事长、中国科学院地质力学研究所研究员。大地构造学家、石油地质学家和地震地质学家。政府特殊津贴获得者。历任地球科学大辞典副主编、中国地质大学客座教授、地质力学专业委员会秘书长、国家地震局基金委评委、长期代表地矿部参加全国地震趋势会商会，中国地质科学院高级职称评委等职。主要学术成就：（1）提出《造山一成盆统一形成新机理》；有“半隐伏构造带”等诸多新发现；对中国大地的构造特征做出全新理论概括。（2）发现冷湖工业油田；以“隐伏东西亚带”双重控油新理论，指导发现陕北大气田。（3）大三线选址中，纠正了攀枝花基地的否定理论，肯定了二滩水电站，否定了牛郎坝基地等。（4）最早填制第一张三峡沿江1/万地质详图，首次填出断裂带，解决了“谷底深槽成因”等三个关键工程地质难题，充分肯定了建坝地质条件。（5）总结出一套中国活动构造特征及其控制地震分区的创新理论；最早编制“填图规范”，开创了“区域地震地质填图”新途径。（6）担任常务副主编，二十多年合作编就《地球科学大辞典》等一系列重要专著。 地质力学论文:滑坡变形规律的地质力学模型试验研究 摘 要 本试验主要研究毕威高速公K86+800截面分别没有支护和有支护的情况下在开挖路堑后降雨的工况下边坡的稳定性，坡体可能的破坏模式等，利用试验结果验证对比验证边坡支护结构对坡体稳定性起到的作用大小，以及相同支护条件下开挖路堑与降雨作用分别对边坡位移影响大小比较。 关键词 滑坡变形；地质力学模型；相似原理 1 试验内容 1.1 开挖路堑与降雨工况对边坡变形及滑动影响作用对比 通过对相同条件下的边坡（有支护或者无支护）在开挖路堑与降雨两种工况作用下边坡坡面位移与坡体内部位移的监测，对比位移在开挖路堑期间坡面与坡体内部位移变化速率与累计变化量的大小来比较两种不同工况对边坡位移与滑坡规律的影响大小。 1.2 边坡支护与否在开挖路堑与降雨工况下的变形滑动规律对比 分别对支护与没有支护的边坡在相同工况作用下（开挖路堑+降雨）表面位移、内部位移监测，通过对比两者相同位置测点的位移变化趋势，对边坡支护结构作用作出定性的评价。 1.3 试验特色及创新 1）利用相似性原理模拟试验模型及试验参数，选用的模型经过不断重复的对比性试验，选用了与实际相似度较高的试验材料及配合比，有利于试验现象进行观察，为得到一个较为准确的结论做好铺垫。 2）对坡体表面及内部位移分别采用电阻应变式传感器和全站仪经行测量，达到试验数据有科学性、正确性、准确性的目的。 3）正确选用试验模拟工具和方法。雾化喷头及坡体锚固结构，相对尺寸与实际相似度较高有较强的相似性、说服性。 4）合理运用控制变量法、夹逼法进行试验，有效评估了有、无支挡结构的不同破坏程度，对得出试验结论提供了重要的依据。 2 试验原理 2.1 模型相似原理 模型相似原理是指在模型上重现的物理现象应与原型相似，即要求模型材料、模型形状和荷载等均须遵循一定的规律。它们的几何特征和各物理量之间必然互相保持一定的比例关系。 根据弹性理论，可以写出原型和模型之间的平衡方程、相容方程、物理方程、几何方程、边界条件。由此可得到模型的相似判据。 2.2 相似常数的确定 本试验中主要考虑几个控制性相似常数。分别为：几何相似常数CL，应力相似常数 ，材料容重相似常数 。根据以上相似常数可以计算出相应的相似常数。 2.3 相似材料 相似材料除应满足相似关系外，还应做到成本低、性能稳定；受环境变化的影响小；便于加工等。考虑以上因素，本试验用到的相似材料分别有：石英砂、膨胀土、木条、塑料网、铁丝等。用以上材料，按照相似关系制作模型试验中的边坡材料和抗滑桩钢筋网等。 3 试验参数确定 3.1 试验截面的选取 在实验中选择坡体高度最大，危险性相对较大的截面作为研究对象，进行模拟试验。 3.2 相似比及模型尺寸的确定 综合考虑实验的可操作性与实验结果的准确性，确定本试验选择几何相似比CL=90，能满足试验要求。主要考虑重力场的影响，由此确定材料容重相似比为 =1，其余物理量力学指标的相似比按照相似理论导出。 3.3 相似材料的配置 鉴于岩土性质的离散太大，且模型尺寸较小，因此尺寸效应对实验影响较大，单纯采用相似原理反算土体材料参数（C、Φ）并不容易达到理想效果。为了达到试验目的，采用夹逼法进行实验材料的配置。坡体材料采用石英砂与膨胀土两种材料进行配置。 依次采用五组不同的重量配比进行试验。试验条件为对制作好的无支护边坡模型进行路堑开挖和降雨作用，对边坡表面与内部进行位移监测。 通过实验我们选用材料配比为“石英砂：膨胀土=300：75”作为后续试验所采用的材料配比。 4 对比试验 4.1 试验条件模拟方法 1）开挖路堑模拟，路堑开挖阶段模拟采用小规格铲子由上至下的顺序对路堑进行开挖，开挖过程尽量不对坡体产生扰动，分层、有序开挖。 2）降雨作用的模拟，降雨的模拟采用雾化喷头对坡体进行降雨，分次进行降雨，降雨过程流量控制在60 L/h，每次降雨时间控制在10 min～15 min。并且保证无支挡与有支挡情况下对边坡降雨的总时间是一样的。从而使两者降雨总量是一致的。 4.2 试验测试内容及测点布置 试验测试内容包括坡体表面位移，坡体内部位移。坡体内部位移测点有三个，坡体表面位移测点在有支挡时有10个，无支挡时有12个。 4.3 量测系统及原理 表面测点位移测量采用全站仪进行测量，通过全站仪观测预先安装在坡面的铁皮测点来确定实验过程中相应测点位移变化量的大小。 内部位移的测量主要是借助于电阻应变式传感器进行数据采集，并通过北京波普公司生产的数据采集箱进行信号转换。 5 结论 1）在降雨时间控制在一定范围内时，不管是边坡位移变化速率，还是位移变化累计量，路堑开挖所造成的影响都远小于降雨作用的影响，因此开挖路堑对边坡产生滑坡并不是其主要作用。 2）通过边坡加设支挡与不架设支挡进行比较可以发现，加设支挡之后的边坡稳定性得到了明显的提高，内部位移与表面位移变化量都大大降低，坡体几乎不发生滑动，坡体支护起到了良好的效果。 地质力学论文:五里堠煤业地质力学测试及其特征分析 摘 要：煤岩体地质力学参数是一切工程研究、设计及施工的基础，采用小孔径多参数耦合地质力学快速测试系统对五里堠煤业进行了测试。测试表明测试区域应力场类型为σH σh σv型，即水平应力控制型，量级上属于中等偏低应力区；顶板岩层结构及强度存在差异，第一测点顶板较为坚硬，第二测点相对软弱；顶板结构相对稳定，部分层位存在破碎段及裂隙。 关键词：地质力学参数；小孔径多参数耦合快速测试；五里堠煤业；水平应力控制型 1 前言 煤岩体地质力学参数可分为应力参数、变形与强度参数及结构参数，是一切与岩体力学有关的理论研究、工程设计及施工的基础，准确了解煤岩体地质力学参数是岩体力学最基本的一项工作，是认识研究对象必不可少的环节，具有不可替代的重要作用。 煤岩体地质力学参数测试可分为实验室试验和现场测试。实验室试验的岩块已经脱离岩体，在进行试验时很难比较准确地模拟和反映煤岩体在井下的实际状态，如应力环境、结构面分布及其他井下环境因素。因此实验室岩石力学数据往往与井下煤岩体的实际情况出入很大。现场测试在井下煤岩体中进行，在实际的井下环境中测试，测试数据更接近实际。 五里堠煤业为潞安集团整合矿井，之前未进行过系统的地质力学测试，各种基础力学数据缺乏，工程设计随意性较大，不利于矿井的高产高效。为解决这一问题，五里堠煤业采用新开发的小孔径多参数耦合地质力学快速测试系统进行了系统的地质力学测试。 2 测试方法与测试系统 2.1 地应力测试 相比较应力解除法、应力恢复法等测试方法，水压致裂法有以下优点：（1）能测量较深处的绝对应力状态；（2）它是最直接的测量方法，无需了解和测定岩石的弹性模量，甚至连岩石的抗张强度也可以用水压曲线求出；（3）水压致裂测量应力的空间范围较大，受局部因素的影响较小；（4）不需要套芯工序，可利用其它工程的勘探孔进行压裂；（5）井下测量速度快，成功率较高。 鉴于水压致裂法的上述优点，选择水压致裂法为地质力学快速测试系统的地应力测量方法。水压致裂法地应力测量在现场巷道围岩钻孔中进行。在打好的钻孔中用一对橡胶封隔器封闭选定的钻孔段，然后对封隔器之间的岩孔进行高压注水，直到将围岩压裂。根据压裂曲线和裂纹方向确定最大水平主应力、最小水平主应力及最大水平主应力的方向。垂直主应力由上覆岩层重量求得。 2.2 巷道围岩强度测试 岩体强度原位测量方法有大尺寸压剪试验、冲击锤法、声波探测法、钻孔钻进法及钻孔触探法等。钻孔触探法是一种比较适合煤矿井下巷道围岩强度的测量方法。它具有以下优点：（1）测定结果比较接近岩体；（2）能够测出井下不能取样的软弱破碎煤岩体的强度；（3）能够测出钻孔不同深度、不同层位煤岩体的强度及分布；（4）仪器操作比较简单，可实现快速测量；（5）与现场原位大尺寸压剪试验相比经济得多。 通过比较分析，确定钻孔触探法为地质力学快速测试系统的围岩强度测量方法。钻孔触探法测量钻孔内表面岩壁的强度。在需要测试的煤岩体中打钻孔，利用钻孔触探仪对钻孔孔壁加压进行测试。钻孔触探仪的一个最重要部件是探头，在液压系统液体压力作用下，从探头壳体伸出一个平头探针，压紧钻孔孔壁。继续加压，直到孔壁被压裂，同时记录临界压力值。通过简单的换算，即可得到煤岩体的单轴抗压强度。大量的现场实测表明，该方法可快速、准确地测定煤岩体的单轴抗压强度。 2.3 巷道围岩结构测量 岩体结构观察与测量的方法有很多。在岩体被揭露的地方，岩体的结构暴露出来，可以通过肉眼直接进行观察和描述。对于没有被工程揭露的岩体，要想了解岩体结构，就必须在岩体中打钻孔。 钻孔法有钻孔裂缝压印法、完整岩芯采取法、钻孔壁观察法等。其中，钻孔壁观察法利用钻孔窥视仪观测钻孔壁上的不连续面分布情况。采用钻孔窥视仪，可借助锚杆、锚索孔进行观察，方便、快速、成本低，适用于煤矿井下巷道围岩结构大面积、快速观察。因此，确定钻孔窥视仪孔壁观察法为地质力学快速测试系统的围岩结构测量方法。 3 测试结果及分析 3.1 地应力 共布置两个测点，第一测站位于030210回采面的运输巷中，距离老切眼28m，埋深约为247m。第二测站位于集中回风下山巷道，距2#轨回联巷70m，埋深约为229m。 孔壁岩石的压裂曲线如图1和2所示，测量结果如表1所示。 结果表明，两测站地应力场形式为σHh，即σH σh σv。在二个测站中，第一测站σH较大，为14.03MPa；第二测站σH较小，为11.18MPa。二个测站侧压系数σH/σV分别为2.84、2.44。二个测站最大水平主应力方向分别为N41.34°W和N22.11°W。最大水平主应力方向大致为北偏西方向，两个测站一致性较好。 根据理论和数值模拟研究，水平主应力对巷道顶、底板的影响作用大于对两帮的影响，垂直应力主要影响巷道的两帮。σH σh σv应力场情况下，巷道最佳的布置方向为巷道轴线沿最大水平主应力方向，该结论可以作为现场设计和施工的参考。五里堠煤业旧系统3#煤工作面巷道布置方向大部分为N75°E和N80°E之间，这与最大水平主应力之间的夹角为45-60°之间，对巷道顶底板的稳定性极为不利，现场设计应考虑加强顶板的支护。 3.2 围岩强度 （1）顶板岩层。顶板岩层强度（顶板以上10m范围）如图3和4 所示。 图3 第一测站顶板岩层强度第一测站顶板钻孔围岩强度测试结果见图5，该测点顶板10m范围内岩体平均单轴抗压强度为52.63MPa，但强度分布不均，在2.2~6.4m范围内，围岩单轴抗压强度较大，平均为75.36MPa，而在0~2.2m及6.4~10.0m范围内围岩强度相对较小，仅为32.42MPa。这是因为在2.2~6.4m范围内，巷道顶板主要以砂岩为主，围岩强度较大，而在0~2.2m及6.4~10.0m范围内，岩层是由泥岩、砂质泥岩组成的，岩层强度较小。 图4 第二测站顶板岩层强度第二测站顶板钻孔围岩强度测试结果见图6，该测点顶板围岩单轴抗压强度整体分布较均匀，钻孔10m范围内平均单轴抗压强度为35.12MPa，只在局部段有围岩强度出现极值，如1.0m处围岩单轴抗压强度较小，为23.61MPa。 （2）煤体。两帮煤体10m范围内的强度如图5和6所示。 图5 第一测站煤体强度第一测站煤帮钻孔围岩强度测试结果中，钻孔10m范围内岩体平均单轴抗压强度为7.18MPa，但由图可知煤体强度整体分布较均匀，只在局部段围岩强度相对较大，如34m处，围岩单轴抗压强度较大，为9.4MPa。 图6 第二测站煤体强度第二测站煤帮钻孔围岩强度测试结果中，钻孔10m范围内岩体平均单轴抗压强度为7.09MPa；因此，在76~88m段煤体单轴抗压强度相对较小，平均值为5.16MPa，其余各测站都落在7.09MPa线附近。 综合分析两个测点数据，顶板结构有一定差异，第一测点有一层厚度约2m坚硬层，强度达到100MPa，坚硬层上下并有厚度4.5m左右的中硬岩层，强度范围为50-80 MPa；第二测点顶板强度相对较弱，但也相对分布均匀，平均为35MPa，最大为50MPa。两个测点的媒体强度相当，平均略超过7MPa，为软弱煤层。 3.3 围岩结构 对顶板测试孔围岩结构进行钻孔窥视，选取第一测点0-10.8m范围内窥视为例，如图7所示。 第一测点顶板测孔围岩窥视结果中，结合矿区综合柱状图分析可知：该测孔大部分较完整，但局部段有明显的破碎带，孔壁粗糙疏松，围岩空洞破碎，如7.5~7.8m、985~10.35m等处，此外还伴有裂隙、离层、夹层等结构，如065m、5.9m、6.4m、6.6m、6.8m等处。 因此，该测点附近顶板岩层相对结构简单，顶板5.8m范围内基本没有结构弱面，但5.9-6.8m范围内发育多条横向裂隙，以及7.5~7.8m、9.85~10.35m两处较大的破碎段等都大大影响围岩的长期稳定性。 图7 第一测点顶板0-10.8m围岩结构展开图4 结论 （1）巷道围岩地质力学测试是与岩石力学工程的一项最基本的工作，进行巷道布置、支护设计之前，应进行全面、详细的地质力学参数测试，为巷道布置优化和支护设计提供准确、可靠的基础参数。 （2）小孔径单孔多参数快速测试方法，仅采用一个钻孔，就可完成地应力、围岩强度、围岩结构的测量工作，测量速度大幅度提高。 （3）地应力测量结果表明，五里堠煤业两测站地应力场形式为σHh，即σH σh σv。σH 分别为14.03MPa和 1118MPa；侧压系数σH/σV分别为2.84、2.44；最大水平主应力方向分别为N41.34°W和N22.11°W，一致性较好。从量级上划分五里堠煤业测试区域地应力水平属于中等偏低应力区。 （4）从两个测站的围岩强度测试结果来看，五里堠煤矿巷道围岩的平均单轴抗压强度分布不均，由于裂隙和破碎带的存在，不同位置围岩体的强度差异较大。从巷道顶板来看，顶板以砂岩、砂质泥岩和泥岩为主。砂岩岩层围岩单轴抗压强度较大，如第一测站顶孔中部的砂岩岩层，强度达到100MPa；而砂质泥岩或泥岩岩层，裂隙和破碎带较发育，加之岩层本身的特性，围岩单轴抗压强度相对较小，平均为35MPa；两测站帮孔煤岩单轴抗压强度总的分布较均匀，平均值在7.1MPa左右。 （5）从两个测站钻孔窥视的结果来看，五里堠煤矿巷道顶板围岩整体较为稳定，但有一定的破碎，有的破碎带挺严重，孔壁伴有一定的裂隙、离层、夹层等结构，两测站中巷道围岩主要为灰色、灰黑色的砂岩、砂质泥岩、泥岩，局部处有煤线、岩石夹层、斜交裂隙等。 地质力学论文:对我国地形分布规律及成因的地质力学分析 摘要：祖国大地上，巍峨耸立的高山，连绵起伏的峻岭，纵横交织的江河，星罗棋布的湖海，塑造了多姿多彩的壮丽河山，构成了我国特有的地形分布特点。作者尝试以地质力学的观点剖析我国网格状地形分布的规律及成因。 关键词：地形；分布规律；地质力学；分析 我们伟大的祖国，山脉纵横，河流交错；丘陵起伏，高远辽阔；平原坦荡，盆地巨硕。它们纵横交织，形成了我国地形的网格状分布特点。 本文试从地质力学的角度．剖析我国网格状地形分布的规律及其成因。 一、我国网格状地形分布的概况 所谓网格状分布的地形。是指构成地形骨架的山脉．互相交织，把大地刻划成一个“棋盘”，在“棋盘”的网格中间分布着高原、平原、盆地和海洋的大陆架等相对低洼地。 当打开中国地形图时．乍一看去．映人眼帘的全国大大小小的山脉和相对低洼，纵横交织，似乎难以找到规律。但仔细观察，就会发现山脉与洼地，在排列上具有方向性展布的规律。归纳起来主要有：东西向、北东――南西向、北西――南东向和南北向；同时，山脉与洼地都是相问分布的，具体情况如下： 东西向山系和低洼地我国东西向山系主要有三条．自北至南依次有：横亘于北纬40-43度之间的天山――阴山山系：展布于北纬32-34度之间的昆仑一秦岭山系：坐落在北纬24-26度左右的南岭山系。这三条山系，彼此之间都是相隔7-8度，而山系两侧都分布着规模巨大的相对洼地。例如，在天山――阴山山系北侧有准葛尔盆地、内蒙古高原；南侧有塔里木盆地、河西走廊、黄土高原。在秦岭与南岭之间，有四川盆地、长江中下游平原。在南岭以南也有大片低洼地存在。这种山系与洼地相问的分布的现象，虽然各具特色，但它们分布的规律总是隆、凹相问，平行排列，具有明显的方向性特点。 北东向山系和低洼地主要展布在我国东半部和东亚岛弧地区，其延伸方向大致与海岸平行，具体也有三条巨大的山系，自东向西：第一条为岛弧山系，由千山岛群岛、日本群岛、琉球群岛和我国台湾岛所组成：第二条是沿海山系．包括长白山地和东南沿海低山丘陵；第三条是大兴安岭、太行山、巫山和雪峰山等。这些山系彼此之间，也保持着一定的距离，山系的两侧为相对低洼地。例如。在第一条山系东侧有一系列海沟。这里有世界最深的马里亚纳海沟；在第一、二条山系之间，分布着一系列浅海盆，自北而南有鄂霍次克海、日本海、黄海、东海和南海等；在第二、三条山系之间，由松辽平原、渤海盆地、华北平原和江汉平原分布；在第三条山系西侧，是由呼伦贝尔巴音和硕盆地、陕甘宁盆地和四川盆地所组成的沉降区。可见，北东向的山系与洼地，也是相问分布，其中，洼地长期持续地沉降，地形较为开阔并具有封闭性特点，接受了大量的沉积物，成为我国石油生成盆地和油田的分布区。这些北东向山系与洼地和东西向山系相交．是我国东半部的地形呈现出明显的网格状展布的特点。 北西向山系和低洼地展布于我国西北地区的主要山系有阿尔泰山和祁连山，它们和我国东半部的北东向山系遥相对应，显示出来镜像对称的特点。北西向山系之间，也有相对低洼地，不过这些低洼地因受东西向山系的联合挤压作用．多呈近东西向的长条菱形洼地。 南北向山系和低洼地主要山系有贺兰山、六盘山、大凉山及横断山脉等。它们已成为我国中部的一条重要地理分界线。在这些山脉之间也有低洼地分布．特别是横断山脉出现了明显的高山与峡谷相问分布的形势。 上述的山系和低洼地相问排列。构成了网格状分布的地形．这在我国东半部表现的尤为明显．东西向和北东――南西向山系互相叠加，形成了比较规则的格子状山系，致使我国东部的洼地形状多呈南北长得菱形。而西部由于受东西向山系的制约，其洼地形状往往多呈东西长得菱形。东部和西部之间，贯以南北向的山系．这就是我国网格状分布的地形格局 二、我国网格状地形分布的成因 我国网格状分布的地形。其成因有多种解释．现以地质力学观点来加以阐述。 地壳运动的基本形式有两种：一种是水平运动；另一种是垂直运动。所谓水平运动即地壳物质在力的作用下沿着地球表面作切线方向运动。所谓垂直运动，即地壳物质在力的作用下沿着地球半径方向作升降运动。这两种运动形式在地壳中虽然共存，但地质力学认为地壳运动是以水平运动为主。在水平运动影响下引起垂直运动。我国的主要山脉，就是在地壳水平运动中，受到水平挤压力而不断隆起形成的。 我国东西向的山脉，都是在南北向水平挤压力的作用下，伴生隆起而形成的；南北向的山脉，是在东西向水平挤压力的作用下，伴生隆起而形成的；北东向的山脉和北西向的山脉，则是南北向水平挤压力发生不均衡时，产生扭动而造成的。地壳不是一个均质体．所以对作用到地壳上的力的阻抗也就不同．从而引起刚柔性不同的地块．其运动速度也不同．这样的地块之间便产生了力偶，也就是方向相反，但不在一条直线上的两个力，导致快慢两个地块发生扭动，形成北东向或北西向的斜列山地与洼地。例如，我国东半部就是在这种力偶作用下形成了北东向的三列隆起与洼地。这主要是由于亚洲大陆地壳上部主要由硅铝层组成，具有柔性；而太平洋洋底上部地壳主要是由硅镁层组成，具有刚性，所以运动速度不同。当亚洲大陆向南运动时，太平洋洋壳起阻挡作用，引起北向的力，便产生了反时针方向的扭动，形成了北东向的三隆三凹。同样道理，在我国西半部，由于亚洲大陆在向南滑动中受到了印度板块的阻抗．这样使地壳中又产生了不均衡的力偶作用．出现了顺时针方向的扭动．形成了一系列北西向的山地与洼地。可见，我国的山脉，都是由南北向水平挤压力和东西向水平挤压力作用的结果。 既然我国的山脉形成是与南北向和东西向的水平挤压力有关，那么这些力是怎样产生的呢?地质力学认为，这与地球自转速度的变更有关。 当地球自转时．除两极外．地壳任何一点都会受到离心力的作用。该离心力可以分解成两个分力，其一是垂直地面的垂直分力，这个力因受地心引力的抵消，对地面物质运动不起作用；其二是平行地面，指向赤道的水平分力。当地球自转速度加快时，正是这个水平分力使地壳物质沿着经线方向．从高纬向低纬推挤．引起某些大陆块的滑动．形成了东西向地质构造和与之相应的山脉与洼地。在地球自转速度发生变化时，便会产生东西向的纬向惯性力。特别是地球自转由慢变快时，纬向惯性力的方向由东指向西，减慢时相反，由西指向东。正是这个力造成地壳上层物质东西方向的运动．从而产生了南北向的地质构造和与之相应的山脉及洼地。在上述两种力的作用下，如果在地壳的某些地段发生不平衡，便导致了各种扭动构造体系的产生，我国北东向、西北向的地形就与之有关。 三、结论 我国地貌形态呈网络状分布的根本原因．就在于地球自转速度变更时产生的离心力的水平力(即南北向水平挤压力)和纬向惯性力(即东西向水平挤压力)共同作用的结果。 地质力学论文:浅析地质力学模型试验技术的研究与应用 摘要：当前，大型地下洞群所处的地质环境愈加复杂，尤其是在深埋、高地应力条件下，洞群围岩的稳定性状况、破坏形态和破坏机制等问题急需解决，而地质力学模型试验是解决这类问题的主要研究方法。该文主要分析了模拟材料、组合式模型试验装置、量测技术等问题，并介绍了模型试验的工程应用。 关键词：地质力学 模型试验技术 工程应用 引 言 地质力学模型试验是根据一定的相似原理对特定工程地质问题进行缩尺研究的一种方法，主要用来研究各种建筑物及其地基、高边坡及地下洞室等结构在外荷载作用下的变形形态、稳定安全度和破坏机理等。2l世纪是中国工程建设快速发展的世纪，水利、水电、能源、交通等大型工程的开发已成为我国经济建设的重点。对这些复杂的问题，一方面要借助理论分析、计算机数字模拟方法去研究；另一方面，更多地要借助地质力学模型试验手段来解决。大量的工程实践证明，地质力学模型试验方法是研究大型岩土工程问题，特别是地下工程问题的一种行之有效的方法。 1 模型材料 根据相似理论，模型的几何尺寸、边界条件、荷载及相似材料的容重、强度及变形特性等方面必须与原型相似。一般根据要研究问题的性质，寻找满足主要参数相似的材料。例如，对于沿夹层滑动的稳定问题，夹层材料的相似性必须严格满足，而岩体的某些材料参数的相似性可以适当放宽。 目前国内外最常用的是采用石膏、重晶石粉、石英砂等材料配合而成的，具有代表性的是韩伯鲤等研制的MSB材料和马芳平等研制的NIOS相似材料,这2种材料都具有较好的性能,但都具有不足的地方。酒精易于挥发，干燥时间短，可缩短试验周期；没有任何毒副作用，不会对人体造成伤害：压制成型的砌块易于切割，能满足模型拼装砌筑的工艺要求；容重高、抗压强度和弹性模量低；性能稳定，不生锈，有很高的绝缘性；由于各种材料拌和后未产生化学反应，因此试验后的材料可重复使用，提高了材料的利用率和使用寿命等优点。 2 组合式模型试验装置 2.1组合式试验台 张强勇等研制的组合式三维模型试验装置，采用分体式设计，其主要由底盘、箱体、加载系统组成(见图1)。其中，钢台架体由盒式铸钢构件通过高强度螺栓连接组合而成，而盒式铸钢构件采用25 Mn材料在铸造钢厂一次制模整体铸造而成。钢台架底盘由8块长250 cm、宽50cm、厚8 cm，其上带有螺栓槽的型钢钢板并列拼接而成。另外，在隧洞部位，采用具有隧洞尺寸形状的箱体拼装，可并且采用钢化玻璃覆盖，这种设计即保证了模型的侧向刚度，又可在试验过程中可以观察到隧洞的破坏部位和形状。 1――底盘；2――盒式台架；3――引线透气孔；4――连接螺栓； 5――高强拉杆；6――刚肋；7――隧洞模型；8――钢化玻璃 图1 新型模型试验装置 该模型试验台具有刚度大、整体稳定性好、组装灵活方便、尺寸可任意调整的特点，箱体根据不同的试验要求组合成不同的形状和尺寸。液压加载系统的油管和测试导线易于引出，材料容易干燥。 2.2液压加载系统 采用的液压加载控制系统可实现自动控制液压，并能长时间的(至少15d)保持设定的压力值。该系统主要由液压控制台、41个吨位为300 kN的液压千斤项、高压油泵、油箱、液压排气系统、液压传感器等组成。模型项面模拟垂向重力荷载、左右两个水平方向模拟梯级加载，各设5个千斤顶；底座与模型之间设有10个液压千斤项；洞室轴线方向的4个梯级荷载在背面共设有16个千斤顶。此项模型试验系统已申报国家发明专利。（见图2） 图2 加载装置系统 3 量测技术 模型试验一般测量的数据为应变和位移。模型变形测量方法大体可归纳为3类：机械法、电测法和光测法。计算机技术和自动化技术的应用保证了试验结果测量的自动化和可靠性。 实验力学发展最快的领域是量测和数据采集技术，每一项新的量测技术的诞生都会推动实验水平的提高，地质力学试验技术同样如此。模型观测的主要内容为应力、应变、位移、裂缝和破坏形态，测量的主要方法有电阻应变片和应变仪、 位移传感器、激光散斑、云纹、摄象录象等。在三维模型中，地质构造（如断层或夹层）内部相对位移的测量十分重要，而内部位移传感器并没有现成的产品。长江科学院研制出一种高精度位移计，采用等强度梁的结构形式，用厚的磷铜片制成，在梁上、下部共贴 片电阻片，组成全桥电路，使用时将其埋设在构造面的下盘，其上埋一个固定桩，这样就可以测量结构面上、下盘的相对位移。在数据采集技术上，目前已实现自动采集、实时监测和自动绘图等全自动化流程。 4 模型试验的工程应用 4.1大坝坝基抗滑稳定问题 对于大坝基岩抗滑稳定，尤其是深层抗滑稳定问题，地质力学模型可以比较全面地模拟地质构造及其组合，在加载过程中可以直接观测到地质构造的变形及对大坝的影响、坝基破坏的路径和超载安全度，尤其对于地质构造沿坝轴线方向有视倾角的三维问题，用模型试验更有优势。例如，葛洲坝二江泄水闸抗滑稳定、 三峡左厂房坝段整体稳定和铜街子厂房坝段稳定等问题都通过地质力学模型进行过大量的研究。 4.2拱坝坝肩抗滑稳定问题 拱坝坝肩稳定问题是典型的三维问题，尤其是存在复杂的地质构造和地形形态时，模型试验有着不可替代的优点，它可以直观地展现出坝肩岩体在拱推力作用下的变形和破坏过程以及大坝超载安全度。国内大多数大中型拱坝都采用模型试验方法研究坝肩稳定问题，象龙羊峡、清江隔河岩、二滩、小湾、东风和李家峡等工程的拱坝。 4.3边坡开挖和稳定问题 用试验方法可以比较方便地研究边坡在原始地应力作用下开挖卸荷作用， 也可以通过改变边坡坡角的方法研究边坡抗滑稳定安全储备问题。例如在三峡永久船闸开挖边坡、 清江隔河岩厂房高边坡和三峡库区链子崖危岩体边坡等进行过这方面的试验研究。 4.4 地下洞室开挖及围岩稳定问题 地下洞室分级开挖、围岩稳定性、洞室群之间的相互关系及喷锚支护等加固措施的研究是地质力学模型试验的重要研究领域， 国内许多地下厂房或地下防护工程都采用过模型试验研究围岩稳定问题。 5结论 在模型材料方面，结构面相似材料大部分已解决，但结构体相似材料方面还有大量工作要做，还要寻找在保证重度和变形模量相似情况下，同时满足各项强度指标和应力应变关系的相似材料，只有这样才能模拟断裂、流变和强度破坏等材料非线性特性。对于大变形模型要发展非接触的测量装置并自动转换成数值信号。

建筑力学论文:高职建筑力学课程教学法论文 一、教学现状与原因分析 目前，土建类高职院校学生对该课程掌握的情况并不理想。很多同学基本的力学题目也不会做，对稍难一点的，稍灵活一点的题目，情况则更糟。建筑力学课程的教学现状，着实令人忧心。经分析研究发现，学生掌握情况不好的原因主要有三点。首先，学生的基础较差，这是决定性的原因。大部分学生读高中时，学物理就很吃力，而建筑力学基本上是以高中物理静力学部分为基础，进行具体和深化研究。因此，他们学起建筑力学来肯定感到很吃力，并且必然会逐渐对这门课程失去兴趣。其次，符合高职学生特点的教材，还在不断探索中，并不成熟。目前，很多高职类院校的教师，已经认识到照搬照抄本科生的教材不合理，部分教师正在努力编写适合高职教育目标的教材，但很少有教师从高职学生认知能力水平的角度出发，去编写一本适合高职生的教材。再次，教师队伍也比较年轻，经验不足。由于我国的高职教育刚刚起步，大部分教师从事教育事业的时间都较短，并且，在相对短暂的教学时间内，往往要讲授几门课，从而花费在建筑力学这门课程上的时间和精力就显得更少，最终导致经验严重不足。因此，建筑力学教学改革迫在眉睫。 二、教学改革方向 鉴于建筑力学课程教学效果较差的三个主要原因，教学改革应该针对它们展开，主要包括合理确定教学目标、整合教学内容、加强师资队伍建设等方面。 （一）合理确定教学目标 应该根据学生的认知水平、未来职业生涯知识需求，合理确定建筑力学的教学目标，不能将本科的教学目标照搬照抄过来。对于建筑力学中一些基本的概念、基本的公式，以及与后续课程有着紧密联系的知识，比如：什么是内力？什么是外力？什么是约束？以及常见静定结构在常见荷载作用下的内力图绘制，一点的应力状态等，学生必须掌握好，因为这关系到他们今后的长足发展；对于那些较抽象、较复杂、计算量比较大的知识，比如：位移计算、力法、位移法等知识，则只要求学生理解，不要求他们必须掌握，但要求他们必须能够定性分析，例如：超静定结构在各种荷载作用下的内力图，同时必须能用常用软件进行计算，例如：清华大学袁驷教授主编的结构力学求解器。这样，学生的学习“负担”就减轻了很多，同时又不影响他们日后的发展。由于需要必须掌握的知识少了，学生就能够用相对较多的时间来集中精力学习必须掌握的知识，这样，他们的学习成绩自然能够提高，同时与后续课程的知识衔接也会相对容易。 （二）整合教学内容 教学目标确定后，就应该对教学内容进行合理整合。由于我国高职教育起步较晚，适合高职学生认知特点的建筑力学教材还在不断探索中，因此，我们不能完全按照现有建筑力学教材的内容进行授课，而应该根据我们针对不同专业的学生确定的教学目标，合理选取并整合教材中的内容。比如：在课程绪论部分把力学科学史、科学家传记和科学新成就介绍给学生，结合图片说明建筑力学中常用的结构构件——梁、柱、索、膜、拱、扳、壳和桁架等在建筑工程中的应用，使学生对力学由陌生进而产生兴趣。同时，调入结构计算简图，使学生在开始学习时就对工程结构的概念有所了解，明确建筑力学的任务及其与工程结构计算的关系，引起学生对该课程的兴趣，调动学生的学习积极性。在刚体静力学部分，应该将力、力偶、约束、平面力系的简化、平面力系的平衡等基本概念详细讲述，并通过大量的练习加以巩固，尽量确保每名同学都能掌握。在静定结构的内力计算部分，首先，详细介绍拉压、弯扭等基本内力计算内容和计算方法；其次，系统讲授静定梁、静定平面刚架、静定平面桁架和组合结构等静定结构的内力计算和内力图的绘制，这部分要多安排一些课时，给学生更多的练习和与教师面对面交流的机会，确保学生熟练掌握这部分知识。在构件的应力和强度部分，要将抽象的应力状态理论讲清讲透，确保学生能够理解应力状态理论，并能够进行一些简单的计算；要将平面图形的几何性质以及构件的强度计算放在一起讲解，同时，给予学生较多的练习机会。对于压杆的稳定计算、结构的位移计算、超静定结构的内力计算部分，重点是让学生能够理解，能进行定性分析，能够用清华大学袁驷教授编写的结构力学求解器进行求解。总之，根据前面确定的教学目标合理整合教学内容，确保必须够用，让学生带着浓厚的兴趣来学好建筑力学。 （三）加强师资队伍建设 教师是知识的直接传播者，教师的水平很大程度上决定着学生的掌握程度。因此，加强建筑力学师资队伍建设，对提高建筑力学的教学效果有着重要的作用。师资培养的方式很多，比如同时讲授建筑力学课程的有关老师可以建立建筑力学课程组，大家经常以座谈会的形式聚在一起讨论如何讲授每一堂课；或者建立老带新制度，有多年建筑力学教学经验的老教师带一个新教师，老教师经常听新教师的课，然后给新教师提一些意见和建议，新教师也经常去听老教师的课，从中学习一些经验教训等。最终，将建筑力学授课教师的整体水平提上来，为建筑力学教学效果的显著改善提供保证。 三、结语 本文深入分析了目前高职院校建筑力学课程教学效果普遍偏低的根本性原因：学生基础较差、教材不适合、教师经验不足。同时指出了切实提高建筑力学教学效果的改革方向：合理确定教学目标、整合教学内容、加强师资队伍建设等方面。只要从以上几方面进行深入改革，建筑力学的教学效果一定会有显著改善。 作者：刘中辉 单位：浙江工业职业技术学院 建筑力学论文:高职建筑力学教学创新初探 一、教师要素问题 事物问题的形成和产生都不是单方面的，高职建筑力学教学中的两个主体———学生和教师都存在问题。不少高职建筑力学教学教师始终抱着传统的较为陈旧的教学理念，教学观念老化，没有清醒地认识到包括教育对象在内的各个教学要素都在发生变化，始终以传统的一把尺子衡量不同学习基础、不同学习能力、不同时期的学生，始终采用传统的陈旧的教学方法和教学模式，不能很好地跟上信息时代的步伐，不会充分利用现代化教学手段。结果，教学要求脱离社会现实、脱离具体时代背景、脱离因地制宜、因材施教，导致学生学习非常吃力，听不懂、想不明白、理解不深入，最后失去学习兴趣。 二、教材要素问题 当前，在许多高职院校中，建筑专业所使用的建筑力学教材基本上都是依据传统的学科建设体系编写的，普遍存在学科涉及的知识比较零散琐碎，同时存在知识面涉及过于宽泛等问题，这常常导致学生在具体的学习实践中无从下手，找不到学习该学科的方法。教材过于重视内容的完整性与严谨性，过于强调对学生解题能力、计算能力的培养，不够重视学生的实际操作能力、应用能力和实践能力的培养，导致许多学生错误地认为建筑力学是学纯理论性的知识，实际指导作用不大，不能很好地调动起学生的学习积极性，导致建筑力学的实用性和教学效果大打折扣。 三、高职建筑力学教学改革策略探析 1.以案例为引导，注重调动学生参与意识。通过精选案例调动学生学习的主动性，可以让学生通过个人阅读、小组分析、合作探究和集体交流的形式激发学习兴趣，不断提高查找问题、提出问题、分析问题、应对问题和解决问题的能力。例如：讲授压杆稳定的问题时，安排学生课前了解某些建筑工地发生的事故，并让学生在课堂上提出来，进而结合所学压杆失稳的知识，有针对性地对事故原因进行分析与讨论，分析得出事故发生的原因有哪些，这样可以充分发挥学生的主体作用，让学生在工程实例中掌握力学知识点，有力地提高学习热情。 2.优化重组知识体系，注重解决教学重点。在改革职业教育的具体实践中，要对现有的教学状况进行“辩证的否定”，然后在此基础上，优化、重组和开发教学实践活动。建筑力学的教材大致可以划分为静力学模块、材料力学模块和结构力学模块三大模块，静力学模块主要研究力的平衡，分别研究合成与平衡两个大问题，显然比较抽象和繁杂，较难让学生迅速理解和掌握，对此可以先从基础的力、力偶等基本概念入手，继而讲解受力分析，进而讨论一般力系及其简化、合成和平衡等，这样重点清晰、难点突出，使得学生的学习思路更加明确，大大增强教学效果。 3.充分利用多媒体技术手段。多媒体在教学领域有广泛的应用，它可将抽象内容形象直观地进行展现，可以增加课堂教学信息量，提高学生学习兴趣，调动学生的主动性、积极性和创造性。如：针对建筑力学知识点多、公式多、图形多、图表多的特点，引入多媒体技术，用图文并茂的形式将教学内容展现出来，促使学生可以更加形象、直观和具体地获取有关知识，增强教学效果。 四、结语 推进建筑力学教学改革是实现教学目标的要求和完成教学任务的必然选择，也是实行素质教育的内在需求，同时又是一项长期而复杂的系统工程，需要在教学方法、措施等多方面整体思考，不断总结经验。 作者：踪万振 单位：江苏广播电视大学 建筑力学论文:高校建筑力学与结构教学优化实践 本文作者：陶 莉 戴庆斌 单位：温州职业技术学院 一、《建筑力学与结构》课程教学中存在的几个问题 1.教材层面———教材针对性不强、教学内容零散欠整合《建筑力学与结构》课程具有跨度大、覆盖面广、知识点密集等特点，是一门综合性很强的课程，而好的教材是教学成功的基础。该课程教材产生之初，主要是将三大力学和四大结构直接嫁接组合，课时较多，难度偏大。近几年项目化教学教材的开发较多，但内容多、课时少、难度大之间的矛盾仍然很突出，针对高职类建筑设计专业学生而编制的该课程教材更少。教师又忽略了设计专业学生理科基础薄弱的特点，教学时没有对教材内容进行合理整合与取舍，从而导致讲授缺乏一定的连贯性与主线，教学质量难以保证，教学目标和要求难以达到。 2.学生层面———学生重视程度不够根据我院这几年招生情况分析，建筑设计专业的学生每年平均有2/3是文科毕业。加上入学专业教育的粗泛化，使学生对专业本质认识较浅，因此大部分学生会把学习重点放在建筑设计类课程上。由于从思想态度上的不重视，加上基础薄弱、课时少、学习过程中存在畏难情绪，学习主动性缺乏，反过来也影响教师教学的积极性，最终导致教学效果不理想。 3.教师层面———教师教学设计不够翔实教师主要的授课对象是工程技术专业的学生，培养方案中给的课时较多，教师会在两年内完成整个知识的传授，讲授知识较多较细。但该课程对建筑设计专业来讲是专业基础课，课时安排较少，教师对这种少课时低基础的教学本身不太重视也不太适应。加上随着教学改革的深入，教师除从事正常的教学工作外，还要完成专业建设、实训室建设、教改科研等多项工作。教师投入教学的精力略显不足，教学设计不够详尽，教学方法缺乏创新，课时分配存在随意性。最终导致学生学习的激情和兴趣不浓，学生应用所学知识解决实际工程或设计问题的能力得不到培养。主要问题表现在以下几个方面: (1)重模型分析、轻实际联系。建筑力学模型是建筑结构的高度抽象化，教师教学时容易忽视对理论模型与实际结构联系的深入讲解。如果教师不能主动将理论模型与真实建筑对接起来，会使学生对力学、结构、建筑设计之间的关系认识不够深入，进而严重挫伤学生的学习积极性。 (2)重解题技巧、轻规律总结。结构出身的授课教师往往更注重解题方法和技巧，追求解题过程和结果的正确性，忽略建筑设计专业对力学基本概念及规律的认识和总结要求。这不利于学生对力学与结构规律的认知与掌握，更不能灵活应用所学知识为建筑设计工作服务。 (3)重定量计算、轻定性分析。目前选用的《建筑力学与结构》教材主要强调学生能够技巧性地解题，重视结构的量化求解，忽略了定性判断能力的培养。由此减弱了学生对力学现象和力学规律的认识分析能力，进一步影响学生对结构选型的判断，影响了建筑设计的质量。 (4)重知识传授、轻表现手段。由于授课教师本身专业的限制，而忽略了结构与建筑关系的分析，忽略了建筑专业学生“天生”对美学的需求。课件制作、授课方法与方式的单一，加上理科技术的枯燥，都会使学生处于被动学习状态，易使学生产生厌学情绪，学生状态反过来会影响教师的教学情绪，影响教学质量。 二、基于建筑设计专业的《建筑力学与结构》课程教学改革 1.教学内容改革(1)根据职业岗位能力需求确定教学目标。建筑设计专业学生必须掌握一定的力学和结构知识，才能完成建筑设计工作，这是成为合格的建筑师所必须具备的基本能力。在实际工作中，建筑师工作的范畴主要是分为建筑概念设计、建筑方案设计、建筑实施三个阶段。建筑设计专业学生毕业后，若干年内都会参加国家注册建筑师执业资格考试，而其中力学与结构部分一向是考试的难点内容。因此，该课程的教学目标确定为既要满足毕业后进行正常的设计工作需要，还要满足学生中期参加注册建筑师考试的需要，并且使学生所学知识通过后序适当拓展，可以满足成为优秀建筑师的目标。根据职业岗位能力需求确定的教学目标更加清晰、易于教师执行和把握。(2)根据教学目标确定教学内容。确定教学目标并认真听取建筑专业教师的意见后，基于建筑设计专业知识需求特点，教师确定详讲、略讲与删减内容，紧紧围绕“适用”原则，把所需内容和知识点进行有机重组和整合，使其更加合理化和系统化。结合职业岗位需要选定的授课内容，明显提高了学生的求知欲望和动力。为便于教学，组织相关专业教师进行教材和具有特色的案例习题编写工作，让教学内容更加清晰明了。 2.教学创新设计(1)教学模式创新设计。高职学生本身素质偏低，随着扩招力度的加大，生源整体质量正逐年下降，他们对纯理论的专业知识掌握较差。为了提高教学效果，我们主要采用“教、学、做、训、考”于一体的“4+1+1”和“X+1”相结合的教学模式，来完成专业知识传授和岗位能力培养的过程。“4+1+1”指前4个学期进行“X+1”教学，第5个学期进行专业集训，第6个学期进行毕业设计和顶岗实习;“X+1”是将一个学期划分成四段，每一段由3—4周的课堂教学加上1周的停课集训构成，形成校内的“学习工作交替”。当一个教学单元完成后，再进行下一个教学单元学习与工作，不断重复着校内的“学做交替”，最终完成课程的学习。该课程采用“X+1”教学模式能更有效地提高学生的学习积极性、提高应用所学专业知识解决实际工作问题的能力。(2)教学方法创新设计。一是建筑设计项目引领。建筑设计的创意过程需融入文化内涵和美学追求。力学本身含有美的要素，在教学时融入对国内外代表性建筑从力学角度上的分析和介绍，可开阔学生的视野和思路，培养学生空间想象能力。课程首先根据建筑设计专业学生岗位知识需求，将课程内容整合成八个项目，每一项目由若干任务构成，每一任务的传授都以一个相关的建筑设计工作任务作为引领。讲授时将专业知识点融入实际案例中，通过实例分析讲解，完成专业知识传授。二是结构工作任务驱动。“设计引领”只完成了调动学生学习兴趣的第一步，“任务驱动”进一步引导学生完成专业知识的掌握。首先要求学生按照教师要求，对给定的结构工作任务进行资料查阅与分析，然后教师通过讲授、设问与指导，学生通过听讲、提问与讨论等方式共同分析问题和解决问题。这个过程就是学生掌握专业知识的过程。这种教学方法既实现了学生掌握专业知识的目标，又培养学生自主学习、分析解决问题的能力以及团队合作意识，为以后走上工作岗位打下坚实的基础。 3.教学考核方案设计教学考核是教学过程中最重要的一个环节，是检查教学效果、巩固学生所学知识、改进教学工作和促进学校教育目标实现的重要手段，以“考”促“学”，督促学生查漏补缺。为使考核客观和科学，本课程的考核采用过程考核与期末考核相结合的考核方式。期末考核命题和评分要减少随意性。考核形式可多样，可开卷作答，规定学生通过参照或查找指定资料，提出解决实际问题的思路和方法。项目专业知识考核、项目应用考核、最终考核的比例按3∶4∶3来分配，突出能力培养。考核方案(笔者另撰文)构建坚持“能力、过程、结果”的评价原则。 三、结束语 通过对高职建筑设计专业的《建筑力学与结构》课程进行教学改革与实践，提高了学生学习的积极性和学习热情及教学质量，学生对专业知识的掌握和实际工程应用能力都得到有效提升。随着高等职业教育的发展的需要，不断改革课程教学方法，坚持以素质和实际应用能力培养为主线，真正实现力学与结构为建筑服务的理念。 建筑力学论文:高职建筑力学课程改革论文 一、高职建筑力学课程概述 建筑力学课程是高职建筑类专业的一门专业基础课，一般包括理论力学、材料力学和结构力学三部分。该门课程要求学生通过相关知识学习对基本结构的内力和位移计算等问题具有一定的分析能力，能对一般的建筑工程问题进行初步分析。（一）课程设计理念高职课程以工学结合为切入点，以建筑工程项目实施为导向，突出基础能力目标，以学生为主体，以真实的工程项目为载体，设计有利于培养学生可持续发展的学习能力、适用当前工程技术的应用能力，服务专业课程、服务工程实际的课程模式，从理论和实践两方面进行课程设计，实行单元化教学。（二）课程学习目标。建立准确的力学概念，熟悉基本原理和基本方法，具有熟练进行静力平衡计算的能力，具有能够进行杆件的强度、刚度和压杆的稳定性分析计算的能力，能够熟练完成材料力学的基本试验项目；培养学生抽象、推理、分析和综合的逻辑思维能力，充分调动学生学习的自主性和积极性。（三）课程性质和作用。通过建筑力学课程的学习，结合施工现场实际需要，学生可以获得较为系统的力学知识和基本的分析能力，这些知识和能力是毕业生在工作岗位上灵活运用知识技能完成工作、解决问题的有力保证，在教与学中对提高学生的职业素养及协作能力起到促进作用。一方面它是后续钢结构、钢筋混凝土结构、土力学与地基基础、结构抗震等专业课的必备的基础理论知识；另一方面又可以解决工程中简单的力学问题，在整个建筑类课程体系中处于承上启下的核心地位。 二、基于BPR理论与管理方式实施高职建筑力学课程改革 课程改革就是重新设计和安排教学的整个过程，使之合理化，即通过对原有教学过程的各个方面、每个环节进行全面的调查研究和细致分析，对其中不合理、不必要的环节进行彻底变革。在具体实施过程中，可以按以下程序进行。（一）对现有课程进行全面的功能和效率分析，发现其存在问题。1．课程过分追求系统、完整，造成内容庞杂，知识脉络隐晦不清。高职建筑力学课程涵盖了理论力学、材料力学和结构力学的内容，知识覆盖面非常广，但其教学体系与内容基本上是在20世纪90年代中期形成的，课程普遍存在重理论、轻应用，重分析、轻综合等问题，对于力学作为应用学科的实用价值没有给予充分的重视。结果是：过分追求力学知识的系统性和完整性，使得教学内容重复、庞杂，逻辑推理过程和论证方法烦琐，学生学习倍感吃力。2．教材内容不实用。从近几年高职建筑力学教材的使用情况来看，主要存在以下几个问题：一是有些教材仅仅是本科教材的简单压缩，教材各部分内容联系不紧密。二是与中职使用的力学教材差异不大，没有突出高职教材通俗易懂和实用性的特色。三是教材内容的论述条理不清晰，符号不规范，如外荷载、约束、内力和应力的符号等都未与后续专业课中的符号统一起来。四是习题设置缺少实践性，不能突出高职院校的专业特色。3．教学手段单一，教学方式落后，难以提高学生的学习兴趣。很长时间以来，教师大都已习惯了“粉笔+黑板”或是“白班+PPT”的教学方式，课堂教学基本采用灌输式，不生动、缺乏新意，缺乏对学生的思想和学习方法的指导。同时，对学生的差异性缺乏重视，甚至不重视，教学一刀切，不能有效地调动学生学习力学课的兴趣和积极性。4．实验、实训内容过于单一，缺乏综合性实验。实验及实训的任务主要是验证经典理论、增加感性认识，是高职教学的必不可少的环节，但不少高职院校对于实验教学的重视程度远远不足，开展的实验项目单一，缺乏综合性实验（试验），结果是：学生在学习抽象的力学知识时，不能将知识点联系起来，也不能与实际联系起来。（二）设计新的课程改革方案，并进行效果评估。为了设计更加科学、合理的课程改革方案，必须群策群力、集思广益。在设计新的方案时，需要考虑：1．编写适合高职教育和学校实际的课程教材，改革授课内容。优秀的教材是教学质量的重要保证，高职教材内容不能求全，应围绕培养应用型人才的目标，注重基本概念、基本理论、基本方法，强调知识的实用性，避免涉及过多的交叉问题，尤其是要合理控制内容的难度和跳跃性，讲究循序渐进。编写教材时，采用单元模式设计并分配各单元的学时（见表1），教材在内容安排上力求符合认知规律，由工程或生活实例引入，应用数理方法抽象、推理、综合，再将理论应用于实际工程中。尽可能地应用工程实例进行说明、验证，将理论和实际有机地穿插在一起，强化应用。除让学生掌握建筑力学的基本知识外，还要让学生掌握应用知识分析问题、解决问题的方法，即将知识转化为能力。2．改革教学模式。在教学中，采用“授—导—融—解—议”的教学模式，改革思路如图2所示。具体做法：传授知识—导出任务—提出情境—解决问题、完成任务—讨论、总结。教学从简单到复杂，从单一到整体，以实际工程项目结构构件实体为切入点，从结构设计、材料选择、施工准备、施工工序、质量检测、维修加固、成本比较等一系列工作过程导出实际工程项目任务，让学生带着任务自主地学习，直到解决完成相关任务、完成学习过程，随后，再通过集体讨论，将一个问题的解决进行推广、拓展，真正达到任务驱动，自主导学的教学目的。实训培养应用能力理论指导实践客观现象举一反三解决问题研讨纠偏分析推理鼓励引导课堂教学现场培养观察能力加深感性认识实验培养动力能力增强理性认识图2教学模式改革思路3．改进教学方法。建筑力学课程以“情境—启发式教学”为主体，穿插模拟教学法、案例教学法、设问讨论法等多种形式的教学方法，突出课程内容对学生的吸引力。其教学思路是：结合学校内的典型建筑物，围绕其中主要构件的施工过程，建立教学情境，使理论学习与工作能力协调一致，在学习中糅合施工图识读、施工、质量评测、加固等一系列工作过程，真正做到“教、学、用”一体化。4．调整课程教学周时数，强化课程的实践教学。为了实现“教、学、用”一体化的目标，将原来的理论教学分为两个阶段，前段课时6周左右讲授静力学，后段12周左右讲授材料力学，在两段教学中间插入1-2周的实验教学及现场实训教学，带领学生走访一线施工现场。实验教学安排包括四个项目：材料的拉压实验；弹性模量测定，冷作硬化；剪切和扭转实验；梁的应力测定。现场实训教学包括：现场观察，认识构件、结构、支座，观察变形、破坏；观察构件的四种基本变形及组合变形，观察破坏现象，感受压杆的失稳严重性。（三）建设与课程改造方案。相配套的师资结构随着教学改革的不断深入，需要对原有的师资结构进行必要的调整和充实，并统一教学理念，从而推进课程建设的发展。教师结构的重组，包括学缘结构、年龄分布、学历层次、工程经验等诸多方面，具体操作时，可从以下几个方面进行：其一，制订科学合理的师资队伍建设规划和年度计划，激发教师自我发展的积极性；其二，加强岗前培训，重视师德培养，提高教师的思想道德水平；其三，实施试讲制和导师制，发扬以“老”带“新”的协作精神，提高新进教师的教学能力；其四，组织教师参加科研活动，把握本学科的发展方向，提高教师的专业素质；其五，创造条件、鼓励教师参加社会生产实践，丰富实践经验，拓宽视野，提高职业技术能力。（四）组织实施。具体的实施步骤如下：第一步，加强师资队伍建设，组建结构合理、业务水平高、实践经验丰富的教学团队；第二步，完善“启发式教学”的课程标准，强化工学结合；第三步，改革教学方法，充分调动学生的学习积极性、自觉性；第四步，加强现有教材的修订，完善实验、实训任务书指导书；第五步，开发多媒体教学课件，增强学生的自主学习能力，利用移动互联技术开发网络课程，建好互动式课程学习环境；第六步，完善校内实训基地，改善实验条件，进一步扩大校外实训基地。三、改革效果总结课程改革有助于促进教师不断提高教学质量、改进教学方法以适应社会生产力的发展，能够使学生从课程改革中最大化地吸收知识的养分，培养满足现实社会需要的人才。借鉴BPR思想及管理方式，应用于建筑力学课程的改造和教学过程中，取得了很好的效果：第一，在BPR理论的指引下，传统课程的改革效率大大提高，建筑力学课程改革的建设周期是其他同类课程的50%。第二，在授课安排上，较之以往的传统教学，拥有更大的灵活性和更好的教学体验感，学生普遍感到建筑力学其实不是很抽象，它确实可看、可用、有用、能用。第三，重组后的教学提升了学生的理论分析和计算能力，改善了学生的思维模式，在毕业实习反馈中，受到用人企业的好评。 总之，随着高职教育的不断发展和行业对人才需求的变化，课程建设必然是一个持续改进的过程，这就需要与之配套的指导思想，将BPR的基本理论与课程改革相结合，是一条可行的课程改革之路。 作者:孔祥刚 江怀雁 单位:广西建设职业技术学院 建筑力学论文:土木工程建筑力学课程教改 土木建筑工程，无论是设计、施工，还是科学研究，事故分析，都与工程结构的力学问题相关。建筑结构技术是建立在土木工程建筑力学上的学科，建筑力学知识掌握的好坏会直接影响到建筑结构选型技术的学习和在实践中的应用。过去我们的建筑力学与建筑结构技术课程教学环节严重脱节，落后的教学模式和教学方法已经造成了建筑设计与结构设计间存在技术空白，直接影响到建筑师创造力的发挥。为填补这一空白，土木工程专业学生在大学的四年必须学好力学课程。 一、运用现代教学理念进行课程改革 1．针对不同的培养目标优化力学教材。在《建筑力学》中，建筑学专业的两门重要技术基础课是建筑力学和建筑结构选型课程，前者是后者的铺垫和准备。以前大量的建筑学专业力学教材，都是把建筑结构工程中理论力学、材料力学和结构力学教材加以删减、精简、浓缩、改写而成，却极少考虑两个专业的学习目的和要求，有的甚至几个专业共用同一建筑力学教材。为了适应社会发展的需要，有些学校教师着手进行教材改编，打破了以结构专业特点所形成的分类界限，并把所需各课程内容有机地融为一体，形成新的体系，这样教材内容围绕以掌握概念为基础，以强化力学在结构中的实际应用为重点，教师在教案编写和课件制作中，就能在教学内容上合理取舍，并可以联系建筑结构工程实际选讲有特色的例题、习题和思考题让学生掌握。 2．做好备课工作。力学相对其他课程来讲理论性比较强，教师授课时要结合工程实例来讲解就会提高学生的学习兴趣。本来力学教材中的理论知识都是经过实践总结出来的，而又为实践所用，因此，要求教师在授课时尽量把抽象的概念、理论与实际的建筑工程联系起来。如在讲结构的内力分析时可以教室的结构为例，让学生分析梁、板、柱的荷载、内力，梁的截面尺寸。在讲到结构的稳定性时，可以以施工现场脚手架的搭设、脚手架的倒塌问题等，让学生试着用力学的方法思考解决问题，学生本来对自己的专业就很期待，当发现这门课程可以用在实实在在的建筑物上时，便能真正体会到力学这门课程的重要作用，体会到力学与生活息息相关，明白作为一名工程师掌握力学的重要性。这样，即大大的提高了学生的学习兴趣又培养了他们分析问题解决问题的能力，活跃课堂气氛，实现教学互动。除此之外，教师可采用多种方式与学生交流，如当面交流、论坛交流、E－Mail等。好的互动效果不一定就只能在课堂上体现，学生需要及时向老师反馈信息，而老师也应主动地虚心地向他们咨询意见，了解如何上课才是他们最容易接受的方式，找到自己还有哪些地方需要改进，这样，师生距离拉近了，学生学习变轻松了，教师的教学水平也无形提高了。 二、改革教学观念和方法 1．激发学生创新思维和学习兴趣。在教学中激发和培养学生的创新思维能力是实施素质教育的重要内容。要为学生提供创新思维的天地，培养学生的创新能力和对未来世界的探索精神。树立教育的主要目标是造就能创新的而不是简单重复前人所做过的事的人，浓厚的学习兴趣，强烈的求知欲望是直接推动学生学习的内动力。首先教师要创设条件，激发学生学习的兴趣。在《建筑力学》的绪论课上，充分利用多媒体教学展现从古代建筑到现代建筑、从国内著名建筑到国外著名建筑，从民用普通建筑到大跨度和超高层的标志性建筑的受力分析和结构造型特点，阐明建筑力学知识的正确应用是这些建筑的成功原因之一，从而给学生后续的学习留下了期待和想象的空间。 2．发展学生的发散性思维。发散性思维要求对每一问题从不同角度不同方向思考，从多方面寻求多样性答案。培养学生的发散性思维，为他们的终身自学提供了有利的保证。在《建筑力学》课中培养学生的发散性思维，首先要培养学生养成“多看多想”的好习惯，建筑物的设计千变万化各有特点，但万变不离其宗。在课堂讲解知识点的时候通常是多举工程案例，然后要求学生课下自己触类旁通，再通过自己对身边建筑的观察在现实中去寻找。 3．在实践中培养学生的创新能力。学生通过自身的实践，能更深刻地理解课堂知识，并在实践中创造性的学习，以检验自己知识的正确性。《建筑力学》课程的实践性较强，在教学过程中，注重学生的实践活动，创造实践条件，引导同学们参与社会实践。比如在讲解“约束和约束反力“这一内容时，向学生举出在身边处处形成的各种约束及特点，借此培养学生由抽象到具体，再由具体回到抽象的思维方式，大大提升了学生们的学习能力。总之，在实施素质教育的过程中，要建立一种良好的教学模式，以学生为主体，充分发挥教师的主导作用，培养学生的创造性思维。为学生提供更多的创新机会，让学生得到充分的发展，从而激发起他们浓厚的学习兴趣、创造的灵感、创新的能力。 4．通过多媒体课件展示。利用结构模型、电子课件、仿真试验软件、多媒体教学设备、计算机网络等现代数字技术，建立一整套系统科学的建筑力学多媒体教学体系，应充分利用多媒体的信息多样性，多媒体软件的交互性、集成性、智能型和实时性等特征。在多媒体教学软件的阐述方式上力求浅显简明，少用高深的数学，力求用大量的图解方式来说明建筑结构的力学作用，充分展示力在不同结构中的荷载方式、力的分解方式、约束力的产生方式、应力状态、力的改向、力的分散、汇集及传递方式。以图表、图书或示意图的方式结合动画来表达抽象的思考，培养学生对于空间及建筑物的想象能力和分析解决问题的能力。 建筑力学论文:窑居建筑力学构造研究分析论文 [摘要]通过对三门峡等地的生土窑洞进行实地调查,介绍了生土窑居的营造技术,以研究其结构和力学原理。 1生土窑居概述 生土窑居是世界上少有的,最具地方特色的建筑,是在原始土中经人工挖凿而形成的穴居居住形式,迄今已有几千年的历史,我国目前仍有3000万人口居住在窑居中[1]。生土窑居具有因地制宜、施工简便、造价低廉、适应气候、可再生性强等特点;深藏于土层之中,充分利用地下热能和覆土的储热能力“冬暖夏凉”,具有保温、隔热、储能、调解洞室小气候的功能,符合生态原则,是天然的节能建筑[2]。 1•1窑居的结构特点生土窑居的结构体系完全由挖凿成型的纯原状土拱体作为窑居的自支承体系,没有任何其它支护。窑居建造大多以当地匠人的经验为依据,对所选窑址的土质特征和力学性质没有经过理论分析;对窑居没有进行正规设计;窑居力学结构性能更是缺乏科学计算。但却能够居住百年甚至数百年而不坍塌,即使在地震多发区(我国在役窑居大多分布于地震多发地带,45%的窑居区地震烈度在7度以上),建造年代百年以上窑居也很普遍。其建造经验具有长久的保存价值。 1•2窑居面临的问题生土窑居也存在一些弱点如交通不便、公共设施缺少;窑居室内通风不良、自然采光不足、潮湿阴暗;缺乏整体抗震措施,部分窑居存在安全隐患等。因此,近期很少建造,窑居营造工艺濒临失传。 1•3生土窑居的分类 1)靠崖式位于山坡、土塬沟崖地带,平伸挖掘形成窑洞。从侧面看,呈靠背椅的形式。窑门在山崖边,窑身在崖里,前面有较开阔的平地。窑洞依山势随等高线布置;也有随台梯层层后退布置几层窑洞,下层的窑顶就是上层的前厅。 2)下沉式也称为地坑院式窑洞或天井式窑洞。利用黄土的边坡稳定性,就地向下挖一个方形的地坑,形成四面封闭的地下四合院,再沿四壁向里挖横穴。这种窑洞从远处看不到,就像是平地一样,只有走近才能看到地上一个个的凹坑,向坑里一看,下面是一户户的人家。下沉式窑洞是窑洞最为奇特的一种。 3)独立式实质上是一种掩土的拱形房屋,常见的有土基土坯拱窑洞和土基砖拱窑洞。主要材料仍为黄土,类似于国外的半地下掩土建筑。在土崖高度不够的情况下,保留原状土作窑腿和拱券模胎,砌半砖厚砖拱后,四周夯筑土墙,窑顶再分层夯土1~1•5m厚。也称为人造土堡式窑洞。 2生土地坑窑居建造的几个关键问题开挖窑洞十分讲究,从开挖到建成,大致要经定方位、挖界沟、整窑脸、画窑券、挖窑、修窑、上窑间子、装修等过程。 2•1窑院的方位建窑之前,要请当地擅长天文地理的先生根据八卦上的方位依“风水流脉”来确定窑院主方向的朝向。根据每个院落周围区域的地形高度和地貌特征来确定院落的方位。2•2窑院的布局一般情况下,正窑的对面为下正窑;背对主窑,左手位置的角部部位为进出口通道,右手位置的角窑为卫生间。出入通道要包抄着院子,只要不存在通道路线“翘尾巴”、“甩尾”现象,走向可以自由布置。窑院的通道是在窑洞成型后由下向上开挖的。窑院通过渗井排水,渗井直径1m左右,根据经验,深度和地坑院的深度相等。例如,6m深的地坑院渗井打6•5m深,多出的0•5m用煤渣铺底,这样可以加速地坑院的污水雨水渗漏,获得较好的渗水效果。 2•3窑居的构筑尺寸常见的窑院深度一般为6m,院坑平面尺寸为12m×12m及8m×12m,其中前者窑坑内可挖12孔窑洞,后者挖10孔或8孔窑洞。正窑比其他窑洞要宽大,洞口高3•2m,宽3•5m;后部高3m,宽3•2m;其他窑洞口高2•8m,后部约2•6m;洞口宽3•0m,后部2•8m。窑洞的深度一般7~8m,可根据需要和宅基大小确定。窑腿尺寸的大小受窑院大小(宅基地)影响。窑腿尺寸和窑脸的关系:3m窑脸,窑腿最小2•5m;3•5m窑脸,窑腿最小3m。窑背厚度≥3m,厚度太小的话,则不能承受上面的车辆荷载。最小厚度为2•7~2•8m。太厚也不好,窑洞可能比较潮湿,通风、采光会存在问题。相邻两孔窑自洞口窑脸开始向两侧倾斜,使得窑腿的宽度沿进深方向越来越大,这样有利于受力。 3窑居的开挖过程建造前,按照道家阴阳平衡原理选方位、定座向、下线桩,择吉日奠基之后动工。 3•1挖院坑开挖时,比预先定好的院坑稍小一点的尺寸开始往下开挖。院子的其中一边要留成斜坡,以便往外运土。在挖到4m深之前都是用人挑土从坡道往上运土;挖至4m以下时,在院坑边支起一个绞车装置向上提土。对于较小的院坑,可整体开挖,边开挖边整理,对于较大的院坑,从安全和缩短工期方面考虑,在院面上划好院坑范围后,可分次开挖,先沿边开挖3m宽的深槽,直到所需深度,然后修整外侧土壁,开挖中心环岛。院坑大致挖成后,开始进行表面修理平整。 3•2打窑打窑的过程由打窑、剔窑和泥窑3部分组成。1)打窑窑院挖好土壁晾干后,便可打窑,所谓打窑就是把窑洞的形状挖出。窑匠先在坑壁上起券,券的形状有抛物线形、半圆形、尖券形,还有方、圆结合形,是由当地窑匠根据窑址的土质条件根据经验确定的。打窑时,窑匠先挖一个样板,深约50cm左右,接着由主家沿着窑匠起好的券形往里挖,开挖的洞口只能比券形小,不能大,但不必整齐。当挖到2~3m后停下,将洞晾一段时间,使洞壁新土风干坚硬。晾干之后,再继续往深处挖2~3m,再晾。重复2~3次,直到窑洞尺寸接近预定深度。打窑时不能操之过急,否则洞壁土中水分大,容易坍塌。2)剔窑依照窑券小尺寸开挖,窑洞粗挖完成后,洞壁凹凸不平,且略小于窑匠最初画的券形,这时还要请窑匠来,从窑顶开始进行修削剔出券形,然后把窑帮刮光,使内壁平整。这个过程叫做“剔窑”或“铣窑”。3)泥窑等窑洞晾干之后,接着用黄土和碎的麦草和泥用来泥窑。 3•3安门窗、扎山墙窑洞的多数部位都有特定的名称:窑口的前脸称窑脸,窑口的门、窗及窗下土坯槛墙统称为窑间子,起封护窑洞的作用;窑洞深处称窑底,窑洞之上的黄土崖体称窑背,窑背厚度通常≥3m。1)修窑脸打窑完成后,首先砌窑洞的前墙———窑脸。通常窑脸用一层砖包砌,上面还挑出一层砖或形成完美的线脚等。墙面用砖拼成图案,清晰美观。由于窑脸略向后倾斜,砖面很稳定,拼砌砖花也要由专业窑匠做才能平整美观。2)安门窗窑脸的窗下墙建起后,安装门窗抱框、门槛、中槛等,然后装上门和窗。窗多以木条订成几何形窗棂,或镶玻璃,或以纸糊窗花。门多为木框板门无任何雕饰;还有实板门、上部为透空的窗格式的门,门的上部有做成实板横批,也有做成格栅的横批,并与窗连成一体;有的窑洞对门墙稍作处理。3)扎山墙由于地坑院较深,考虑到安全方面以及防止雨水流向地坑院内,窑顶上沿崖壁边缘筑有80cm高的护墙,称之为拦马墙。拦马墙有实墙,也有镂空花的。一般情况下,主窑的拦马墙要比其他四面墙体高出一皮砖左右,并且墙上有起装饰作用的圆形构造,根据这个特点可以快速判定主窑的位置及宅院的类型。 4生土窑居的维护(以地坑窑为例)窑居建成后,需要经常维护。维护得好,可住上一二百年,维护不好,住上十几年就废了。 4•1窑背的维护黄土窑洞最怕水患和潮湿,因为黄土多为垂直肌理,在此肌理下,水的渗透能力比水平渗透力要大50倍,因此对水患要慎之又慎。通常的做法是使窑背上面与窑洞进深相同的宽度内不再种树、耕作;窑洞顶部需要经常或定期用石磙碾压,不能有杂草生长,尤其是在雨季;且使窑背向窑外方向有所倾斜,便于排水。一般情况下,麦收前碾压2~3次,用做晒场;每下一次雨就碾压一次,并且及时清理上面的杂草。公务员之家 4•2裂缝的处理窑洞在使用过程中可能会出现和窑脸平行方向(垂直于进深方向)的裂缝,这种裂缝相当危险,它使土体有向院内倒塌的倾向,可能堵塞出口,因而危险性较大。采用类似于基坑支护的方法来约束土体的移动,限制裂缝的发展。用若干短槽钢焊接在一长槽钢两侧,分别在窑洞前面拱顶土层的中间部位以及窑洞后部的相应位置开槽,再用钻打洞,穿入钢筋。钢筋两端过丝,一端和槽钢相连,另一端和窑洞后部埋入土体中的锚固构件相连,拧紧螺栓使土体夹紧,同时给土体施加预应力,再对开槽、洞位置作相应技术处理即可。 4•3局部发生坍塌的处理如果只是洞口部位或者洞内局部倒塌,则可以通过修复解决。具体方法:清理后先用大约40cm长、26•67cm宽,3•33cm厚的土胚,用掺加秸杆的泥做浆体砌筑出窑腿,上部弧段用楔形土坯做出拱顶,然后用掺加秸杆的泥拱顶表面涂抹一层,再往上面加层土以便使砌好的拱圈均匀受力,再往上面加土,逐层夯实。到窑顶标高附近时,采用上面叙述过的方法处理窑顶。最后再对窑洞内部进行美化处理即可。对于大面积坍塌的窑洞,可以整体填平后,恢复为耕地。此外,窑洞的小修年年有,如鼠、虫都爱在黄土中打洞,造成向窑内注水的孔道,因此需及时补豁、堵洞,补砌土坯,重新抹面。 5结语 生土窑居作为一种民居建筑形式,其营造合理、构筑巧妙、存在自然、居住和谐,体现了劳动人民的智慧,带给我们的不仅是丰厚的建筑文化,更是一种生态精神。虽然它的存在受制于当地的科学技术和生产力水平,且受到当今城镇增长和社会经济发展的挑战,但是其中蕴含的生态学思想和宝贵的建筑经验,以及特定的文化传统却具有长久的价值,值得继承和发扬。 建筑力学论文:建筑力学课程案例教学的研究与实践 摘要：建筑力学是高职高专土建类专业的一门核心专业基础课，该课程理论性比较强，内容缺乏趣味，是土建类专业课程体系中教与学难度均大的一门课程。案例教学在高职土建专业建筑力学课程教学中的运用，不仅可以打破传统教学方法的局限性，还能将力学理论与工程实际相结合，能提高学生解决实际工程中力学问题的能力。 关键词：建筑力学；案例教学；实践 案例教学于20世纪80年代由美国引入中国高校。案例教学法是指由教师提炼的现实生活中已经发生的一些典型案例，让学生把自己纳入案例场景，通过讨论来进行学习的一种教学方法。建筑力学课程是一门集理论分析、工程应用于一体的专业基础课程。将案例教学应用于建筑力学课程教学，能因地制宜，因材施教。在很大程度上保证教学效果，提高学生积极性，培养学生的动手动脑能力。 一、建筑力学教学引入案例教学的必要性 近年来，随着我国社会和经济的快速发展，对技术应用型人才的需求不断增加，使职业教育大众化的进程不断加快，同时，也为职业教育的发展带来了新的契机。由于单招生招生人数的增多，职业教育出现了新的隐患，大部分单招生文化基础知识薄弱，自主学习能力和组织纪律性不强，旷课现象频繁，沉迷网络，自我约束能力较差，自卑心理较重，学习的积极性不高，影响了人才培养的质量。建筑力学课程的理论性比较强，课程内容包含三大力学，该课程公式推导涉及诸多数学知识，是大家公认的一门教与学难度均大的课程。目前建筑力学理论教学课时大幅度缩减，以前建筑力学教学主要是教师讲，学生听，学生刚开始学习这门课程时，因教师介绍了该门课程的重要性，学生开始兴趣还比较高昂，由于教学过程中缺乏师生互动，不让学生自己思考、分析与总结，学生会慢慢感觉无聊、枯燥。以前的坏毛病又体现出来了。因此，在建筑力学的教学工程中如何使复杂的力学理论深入浅出，如何提高学生分析问题和解决问题的能力，如何激发学生的学习积极性，是本课程在教学过程中要解决的主要问题，而案例教学正是解决这一问题的最有效方法。 二、建筑力学教学中引入案例教学的作用 1.案例教学为学生提供自主学习的机会。传统教学从书本到书本，从概念到概念的教学方式教给学生的是运用概念解决问题的现成答案，学生大部分时间只能被动地接受知识。案例教学将学生置身于真实的实际工程案例场景，改变了以往教师讲学生听的教学模式。案例教学十分注重学生学习的主体性与积极性。它通过师生互动，一起分析和讨论工程案例，运用所学的力学知识解决案例中的力W问题，从而使学生获得了自主学习的方法和机会[1]。 2.案例教学能培养学生的责任心。学生缺乏学习自觉性，根本原因是缺乏责任心，而责任心是每个社会成员尤其是工程技术人员必须具备的一种基本素质，对学生进行责任心教育也是学校进行素质教育的一个重要内容。建筑力学的任务是解决结构安全与经济的矛盾，该课程有关内容对学生进行责任心教育有其独特的优势。工程事故案例，能提示启发学生思考，除客观因素外，从主观因素来说其成因是什么？通过典型工程事故案例，学生们都能很好的认识到：“不负责任”，“水平低”。由此认识到培养责任心的重要，而培养责任心就应从现在做起，首先对自己的学习负责，认真学习才是负责任。同时，也只有认真学习，才能提高“水平”[2]。 3.案例教学能将理论与实践相结合。建筑力学课程不但要求学生要正确理解基本概念，而且要求学生要学会用所学内容解决工程中的各种力学问题。建筑力学的主要任务可概括为解决工程结构安全与经济这对矛盾。工程事故案例包含有丰富的力学知识，它能帮助学生了解力学理论与实际工程的联系，使学生认识到工程结构的不同型式、结构的不同几何形状与尺寸等均与力学知识有关，从而使学生明确学习目的，提高了对力学课程的学习积极性。 4.案例教学是专业教师成长的阶梯。案例教学过程中，虽然学生活动是处于主要地位，但教师却起到了引导作用，如果没有高水平的教师指导，学生独立探讨问题可能费时过多，亦容易产生盲目性和失去主动性。因而案例教学就要求教师具有精深的专业知识，具有丰富的教学与实践经验，懂得将理论与实践融会贯通。所以，作为教师的我们，不能把视野仅仅局限于教材，应该利用身边一切有益的媒体充实自己，不断接受新知识、新理念，重视与外界交流[3]。 三、建筑力学案例教学应注意的问题 1.案例教学作为建筑力学教学的一种教学方法，其本质是为建筑力学教学目的服务的，案例教学应与建筑力学的理论知识有直接联系，如果案例与建筑力学内容不相符，那么这样的案例就没有任何价值，这一点是建筑力学实施案例教学的前提条件。 2.由于很多高职生沉迷网络，所选案例应具有新颖性，对所有学生应具有吸引力，能够吸引所有学生积极参与其中，这样才能让所有学生很好的掌握所学内容，为今后的实践打下扎实的理论基础。 3.由于高职学生文化基础水平较差，选择的案例要注意案例中所涉及的力学知识不能太难，要让每位学生都能参与分析与讨论，让他们从中体验到学习的快乐。 四、典型案例分析 案例一：2008年1月，贵州及长江中下游地区长时间连阴雨雪，部分地区持续冻雨天气，降雪降雨最终转化为冰凌，随着时间的推移，冰凌一层又一层地包裹高压电线，致使电线上冰的厚度都超过了电线直径的两倍，最终被电线拉断，铁塔倒塌。 问题：连阴雨雪为何压塌高压线铁塔？ 分析：由于铁的密度是7.8g/cm3，冰密度是0.9 g/cm3，而冰的厚度超过了电线直径的两倍，所以电线的自重相当于增加了0.5倍，电线的实际承受荷载超出了它的许可荷载而最终被拉断。支撑高压线的铁塔被厚厚的冰块包裹，加大了自重，并承受着比平时高若干倍的高压电线拉力，而最终倒塌。 电线拉断是轴向受拉破坏：电线因结冰而沿轴向的拉力增高若干倍，而电线由于热胀冷缩已经超出设计限度，抗拉强度大大降低。 铁塔压垮的主要原因是局部压杆失稳造成的：铁塔是钢结构的桁架，主要由受拉构件和受压构件组成。受压构件受到的轴向压力不断增加，超过其临界力而局部失稳，从而导致整座铁塔倒塌[4]。 案例二：甲乙两队进行拔河比赛，为了获得比赛的胜利，各队负责人在选择参加比赛的队员时，首先选择一批力气大的队员，目的是有足够大的拉力把对方拉过来；然后在力气大的队员中选择体重大、鞋底表面较粗糙的队员作为最后的参赛队员，目的是有足够大的摩擦力使脚不打滑。 问题：除了上述条件外，为了赢得比赛，为什么人体用力姿势要往后倾斜？（如图1所示） 分析：物体在力作用下，除产生移动效应外，还会产生转动效应。力使物体产生转动效应是用力矩来度量，力矩的大小等于力的大小与力臂的乘积。本案例中摩擦力足够，脚不打滑，只能保证人体不产生移动，但不能保证不输。因为当作用在人体上的拉力与人体自身的重力不变的前提下，人体如果直立，则拉力的力矩大，重力的力矩小，由于力矩不平衡而导致人体向前倾斜（即转动）。所以为了增大获胜机会，人体用力姿势必须适当往后倾斜。 案例三：四川汶川地震造成了大量砖混结构严重破坏（如图2所示）和人T重大伤亡，令人痛心。从建筑和结构上来说，砖混结构建筑由于墙与梁、柱的相互约束较弱，这就决定了此类建筑强度低，抗震性能较差。 问题：同样地震烈度下为什么砖混结构破坏严重，而刚架结构却较少破坏或局部破坏？ 分析：对结构进行力学分析与计算前，为了使计算简便，需将原结构进行多方面的简化，得到一个代替原结构的结构计算简图，砖混结构的内部杆件相互约束较弱，杆件连接处通常简化为铰链连接（即铰结点），铰结点的受力特点是，不能承受弯矩与传递弯矩，所以对结构强度起决定作用的内力―弯矩分布不均匀，结构上最大弯矩较大，由于梁横截面上的正应力与该截面上的弯矩成正比，所以结构最大正应力大，应力越大，越接近材料的极限应力，强度就越低，材料就越容易破坏。刚架结构中梁与柱用钢筋混凝土现浇相连接，这种连接点称刚结点，其特征是，杆件连接牢固，结构变形前后，汇交点处各杆之间的夹角不变。因此，结点可以承受和传递弯矩，因而在刚架中弯矩分布较均匀，最大弯矩相对于同样尺寸的砖混结构要小。所以其强度大于砖混结构，不易破坏。实际工程中的刚架结构，杆件用刚结点连接，属于高次超静定结构，具有若干多余约束，该结构局部破发生破坏，一般不会引起结构整体破坏。 五、结语 教学实践证明，将案例教学应用于建筑力学课程教学，能让学生饶有兴趣地在工程实例中发现问题，思考问题并最终获得答案，它能激发学生的学习热情，有利于对力学知识的理解和应用，能有效地培养学生的思维能力和创新能力。 建筑力学论文:建筑力学对于建筑造型的影响 【摘 要】随着社会的不断发展以及经济的不断进步，我国的建筑行业也获得较为良好的发展空间以及广阔的发展前景。由于建筑学的发展与人类的生产生活的各个方面息息相关，并且地域建筑造型也是地域历史以及当地的文化以及精神风貌的重要表现方式之一。因此开展建筑力学对于建筑造型的影响研究，全方面的探究不同的建筑力学应用方式，对于建筑造型产生的影响，可以促使我国的建筑行业不断的推陈出新，设计出更多具有独特建筑造型和建筑风格的建筑。 【关键词】建筑力学 建筑造型 影响 随着建筑理念的不断更新，人们对于建筑的建筑造型的要求也在不断的改变。开展建筑力学对于建筑造型的影响探究，从而引导建筑造型设计人员。在应用建筑力学开展建筑造型工作的设计的过程中，设计的模式能够更加具有创新性和灵活性，从而促使我国的建筑行业所建设出的建筑造型，能够良好的保障建筑的美观性、实用性、独特性以及耐用性。 1 设计建筑造型的关键因素探究 开展设计建筑造型的关键因素探究，主要从建筑的形态、颜色以及材料的选择三个角度开展。 1.1 设计建筑造型的关键因素中的形状因素探究 建筑的形状使人们对于建筑的直接的视觉印象之一，因此建筑的形状的选择直接决定了建筑的造型是否能够成功的被人们所接受和欢迎。不同的建筑形状具有自身独特的风格以及艺术表现形式，例如杰内古城，以其独特的城堡形态设计，被人们誉为“尼日尔河谷的宝石”。 1.2 设计建筑造型的关键因素中的颜色因素探究 建筑的色彩直接决定了建筑所具有的建筑风格，不同的颜色可以使得建筑造型所表现出来的情感也不相同。例如俄罗斯的历代的皇宫--克里姆林宫，建筑的色彩主要以红、白为主，绿色为辅，使得建筑具有豪华和壮观的建筑风格。 1.3 设计建筑造型的关键因素中的材料因素探究 建筑造型中的材料因素是决定建筑给人们的视觉体验的重要因素之一。例如原木以及红砖可以给人以温暖古朴的感觉，而大理石则会给人以肃穆高贵的建筑视觉体验。 2 建筑力学对于建筑造型的影响探究 通过设计建筑造型的关键因素的研究结论，开展建筑力学对于建筑造型的影响研究。将建筑力学良好的应用于建筑造型的设计当中，可以有效的促使建筑造型的形状、颜色以及材质更能够良好的满足，人们对于建筑的，在精神和物质的两方面的需求[1]。由此可知加强建筑力学的科学性，将建筑力学合理的应用于建筑造型的设计当中，可以有效的保证建筑造型在建筑力学的应用下，美观性和实用性都能够得以良好的保障，促使建筑造型能够更好的满足，人们对于建筑在精神和物质的两方面的需求。 2.1 建筑力学对于建筑造型设计的正面影响 发挥建筑力学对于建筑造型的正面影响，可以有效的促使建筑的耐用性和美观性同时得以有效的保障。研究我国的建筑风格，很多建筑的建筑风格较为简洁，应用材料也较为厚重古朴，在从力学的角度保障了建筑的稳定性以及耐用性的同时，也使得建筑所具有的气韵更加良好的发挥出来。例如我国著名的古建筑--故宫，在建筑过程中应用建筑力学建设斗拱以及额枋，在体现了故宫建筑华丽、肃穆的风格的同时，也保障了建筑的结构的稳定性[2]。因此我国的古建筑故宫良好的实现了建筑力学与建筑造型的相互统一。同时在我国的现代建筑――2008年北京奥运会的鸟巢建筑中，这一建筑理念得到了良好的延续，建筑力学的应用，同样的起到了促使建筑风格更加丰富多彩的作用。 2.2 建筑力学对于建筑造型设计的负面影响 在开展建筑造型的设计过程中，也需要充分的从建筑力学上考虑造型设计的可行性。因此很多从美学上的角度思考，较为完美的建筑造型设计，由于建筑力学的实际关系，不能完全的应用于建筑的建设过程中，需要进行相应的改善，否则会使得建筑的稳定性明显的降低。例如在建筑学中的等截面横梁的应用则可以充分的体现出这一问题。在著名的古罗马建筑--宙斯神庙当中，设计者考虑建筑造型的美观性，在设计宙斯神庙的过程中，所应用的横梁设计则为等截面横梁设计，保证了宙斯神庙的造型具有简洁和美观性。但是由于等截面横梁设计下的横梁的耐力性较差，因此宙斯神庙的横梁已经出现了裂缝，然而如果应用变截面横梁设计，虽然能够从建筑力学上保证宙斯神庙的建筑结构的稳定性，但是神庙的简洁的美观性则不复存在[3]。因此在进行建筑设计的过程中，建筑力学与建筑造型也会存在着对立的状况，这也是建筑的理想设计和实际应用的冲突。因此在开展建筑设计的过程中，也应当充分考虑建筑力学对于建筑造型设计的负面影响，尽量选取适当的平衡点，将二者的冲突降到最低。 3 结语 开展建筑力学对于建筑造型的影响探究通过设计建筑造型的关键因素的研究结论，开展建筑力学对于建筑造型的影响研究，从建筑力学对于建筑造型设计的正面影响和建筑力学对于建筑造型设计的负面影响两个角度明确建筑力学与建筑造型的联系，可以有效的促使我国的建筑行业所建设出的建筑造型，能够良好的保障建筑的美观性、用性、独特性以及耐用性。 建筑力学论文:建筑力学课程教学改革的探索与实践 摘 要：工程管理专业学生的力学基础普遍比较薄弱，而建筑力学课程基本涵盖了理论力学、材料力学和结构力学的绝大多数内容，难度较大，这些严重影响了学生学习积极性，制约了建筑力学课程的教学效果。结合培养应用型人才作为普通本科院校的培养目标，从教材编写、教学内容、方法、手段和考核方式的角度，建筑力学课程教学改革进行了实践和探索，希望能为提高建筑力学课程的教学效果提供有益的帮助和参考。 关键词：建筑力学；教学改革；项目化教学；网络教学；模块化 0 前言 建筑力学课程作为工程管理专业学生必修的一门专业基础课，学好本课程将有助于提高学生逻辑思维能力，也可以为学生日后学习专业课程学习打下良好的基础。但是，建筑力学课程具有内容多、理论性强和内容趣味性差等特点。如果始终按传统的“满堂灌”的教学方法安排教学，结果往往是教师讲得很投入，但由于学生缺少兴趣、课堂缺少互动和讨论，从而导致教学效果不理想，考试及格率低。为了提高学生的学习积极性，提高教学效果。在教学过程中，针对应用型人才培养目标，我对建筑力学课程的教材编写、教学内容、方法、手段和考核方式都进行了改革和实践探索，取得较好的学习效果。 1 教学内容的改革 传统的建筑力学教材多是对理论力学（静力学部分）、材料力学和结构力学的主要内容进行精简、浓缩和改写后编写而成，在教学内容上存在着许多重复和内容衔接不合理的地方，教材普遍具有理论性强、知识点多和工程实例联系少等特点[1]。许多教材没有将具体的算例和工程实践有效结合，无法提高学生学习积极性，从而导致“教与学”的严重脱节。 针对工程管理专业的特点，我在建筑力学教材、教案编写和教学课件制作过程中，内容以学生掌握基本概念为基础，以强化建筑力学在具体工程结构中的应用为重点。将教材的重心转移到为后续的专业课程做铺垫和准备上。对现有教材的内容和讲授方式等进行合理取舍和整合，将教材内容划分为五个模块，分别为：静力学基本内容、静定结构内力分析、杆件强度计算、杆件的刚度和结构位移计算及超静定结构的内力计算，以便于学生掌握和理解。 2 教学方法的改革 教学过程中，教学方法应该与教育思想保持一致，而传统的教育思想都将教学的首要任务放在“传道、授业和解惑”上面，将教学的侧重点放在“教”上面。课堂教学采用以教师为主的满堂灌的“填鸭式”的教学方法[2]。以西京学院为例，通过“一师一优课”建设，结合本科应用型人才的培养目标，学校要求所有任课教师在授课过程中将“以教为主”的理念变为“以学为主”的理念，培养学生自主学习的能力和意愿，将教师为主导和学生为主体有机结合，加强互动式、讨论式和网络教学等方式，以引导学生形成创新式学习和探索式学习的能力，通过改变，使学生的综合素质得到较明显的提升。 为此，在建筑力学课堂教学过程中，我积极采用了“启发式”、“对比式”和“讨论式”等诸多教学方法。注意加强了课堂师生互动，提出一些工程实际问题采用学生分组讨论、老师总结点评的方式，将课堂教学重点转移到对学生的启发和引导上。在上课前，我收集了许多与与授课内容相关的案例、图片和施工录像，并对板书和PPT等都做了精心设计。通过课前自学、课堂讲授和讨论以及课后观摩和实践操作等多种教学方法形式的有机集合，使班级所有学生都能够积极参与课程教学的全过程中来，从而激发和促进学生的学习积极性和主动性，增强了学生在学习过程中的主体作用，取得了较好的教学效果。 3 教学手段的改革 建筑力学课程具有内容多、公式多、定理多和图形图表多的特点。在使用传统的课堂板书授课过程中，由于书写速度较慢，从而导致一些复杂公式的推导和抽象的力学概念讲解都很不方便[3]。所以，在教学中应该将多种教学手段综合运用，增加教学信息量，解决教学中遇到的难点、重点问题。我在建筑力学教学过程中对具体教学手段的应用分为以下几个方面： 3.1 项目化教学 与一般数学等基础课程不同，建筑力学课程的工程背景和工程应用性一般都很强。这就要求我们在具体课堂教学中，最好能将多个相互联系的力学问题有机的结合在一个大的工程项目中来讲解[4]。在讲授抽象的力学理论知识的时候通常是结合与所讲述知识点相关的工程案例来讲解，老师讲解完成后再要求所有同学分组带着任务讨论，讨论结束后由每组选出代表将讨论结果对全班同学做出汇报，最后由老师做出点评。例如，在讲授平面体系几何组成分析的相关内容时，我首先在课堂详细讲授几何组成分析的基本内容和三个重要规则，然后以工程施工中脚手架倒塌事故作为案例，让所有学生分组后结合课堂上所学的理论知识来分析原因及改进措施。课堂中，大家纷纷发表自己的见解，提出自己的疑惑和问题，我再做出点评和总结，取得了很好的效果。 3.2 网络教学和多媒体技术的应用 在教学手段上，充分利用计算机和网络优势，结合课程内容制作相应的多媒体课件，改变一支粉笔、一块黑板的传统教学模式，提高单位时间的知识传播量[5]。随着学校的网络系统的建立和不断完善，利用多媒体教学设备和网络平台建立起了一套完整、系统的力学教学体系。我将自己做好的电子课件、相关的习题及考试题等上传到西京学院网络教学平台上，所有同学都可以在任何地方登录后自主学习，教师在规定的时间段安排在线答疑，解决学生在学习过程中所遇到疑难问题。通过网络教学和多媒体技术的应用，在不减少教学信息量的同时既可以精简授课学时，又可以将学生复杂难懂的力学问题变得更直观核易于理解，在提高学生学习兴趣的同时又提高了教师的教学效果，得到了所有同学的欢迎。 3.3 仿真力学软件的应用 由于多数力学问题相对较为抽象且计算量大，数学基础要求高，故多数学生普遍缺少学习兴趣。为提高建筑力学课程教学效果，培养学生的学习兴趣，在一些力学问题不能在现场实验演示的情况下，在理论课程讲解之前，我首先使用力学仿真软件演示建筑结构或构件受力和变形的全过程，同时将一些试验全过程拍摄制成影像在课堂给学生演示。这种将课堂讲解和力学软件演示结合起来的教学手段，首先可以增加学生感性认识，激发学生的学习兴趣，其次再经过教师在课堂对理论知识的讲授，发现学生的学习积极性和学习效果都有了明显提高。 4 考核方式的改革 考核方式上必须考虑力学类课程的特点，单纯采用“一刀切”的笔试的评估模式，不但不利于学生创造力的培养和综合能力的提高，而且过关率较低，对学生学习力学类课程的积极性产生影响，故必须在考试的命题以及形式上做出必要的改革。 首先，对考试题型加以改革，针对课程的特点，建立建筑力学试题库，采用教考分离的方法，将试题的重点放在解决实际问题能力的培养上，多采用一些能发挥学生创新和实际应用能力的题型。其次，在考核方法上也必须进行大的改革，更加注重学习的过程化考核。具体做法是：将平时成绩所占比重提升为40%，采用多样化的形式评定。如作业、课堂回答问题、讨论及平时测验等；实验、实训考核权重占20%，其中实验实训态度、操作的动手能力和实验报告的撰写均占一定的比例；期末闭卷考试所占权重为40%，采用“一纸开”等形式重点考查学生对力学核心知识点掌握的全面程度。通过这种过程化考核方式的改变，不但可以提高学习积极性、减轻学生学习压力，全面地反映出一个学生的真实水平。 5 结束语 建筑力学作为工程管理专业一门重要的专业基础课，需要授课教师在教学过程中对教学方法和手段进行不断的改进、创新和探索，找到学生学习建筑力学课程的最佳途径和方法，使学生能够掌握建筑力学相关知识并将这些知识和实际中的建筑结构有机结合，为毕业后所从事的工作奠定良好的基础。 建筑力学论文:中职《建筑力学》课程教改探讨 【摘 要】通过分析中职的现状，从教学内容的整合、教学方法的深化、教学思路的更新三方面，探讨及归纳了属于中职特色的一些教学改革想法，旨在提高中职《建筑力学》的教学效果，为社会培养高素质的适应时代要求的复合型人才。 【关键词】现状，建筑力学，教学内容，教学方法，教学思路 《建筑力学》是建筑工程类专业一门重要的技术基础课，集理论力学、材料力学、结构力学三大力学于一体。就当前的中职教学状况看来，主要存在以下问题：①学生基础知识较差，对所学知识缺乏基本的了解和足够的兴趣。②教师教学理念、方式落后，无法很好的适应学生的实际情况。③教学内容繁复，课时不能被很好的利用。根据中职教育培养人才的特点，要实现从知识型向实用型培养目标的转变，《建筑力学》课程教学的改革创新势在必行。 1整合教学内容 随着各种新知识新课程的增加，《建筑力学》学时的减少已成必然，那么“学时少，内容新，范围广，效果好”则应是其课程改革的方向。我们可以按照课程心理学理论并结合社会需求的实际情况对《建筑力学》课程体系和教学内容进行了全面整合和改革。按学习目标、学习内容、学习时间，重新确定《建筑力学》理论的知识学习领域，依据相似的知识点将建筑力学划分为：①静力计算模块；②内力计算模块；③变形计算模块；④强度计算模块；⑤稳定性计算模块；⑥超静定结构模块；⑦几何组成分析模块；⑧动力计算模块等八个模块，以此增强知识模块间的联系，减少不必要的重复。如内力计算模块，在弹性静力学中，拉、压、弯、扭的内力分析方法相同，即都为“截面法”；变形计算模块，将几种基本变形的变形计算及刚架、桁架的变形计算放在同一章节中讲解；强度计算模块，结合前面讲的内力计算，套用既有的公式进行讲解，使教学能达到前后呼应的效果。 2改革教学方法 2.1多媒体与板书并用教学法 合理利用计算机辅助教学，是实现《建筑力学》课程教学手段创新的重要途径。多媒体课件以展示图片及动态图像为主，如将各种钢筋、工程中各种截面形式的构件、节点区配筋等拍摄下来插入课件，或将一些不方便用板书形式讲解的内容制成动画，以提高学生的兴趣和注意力。但是，如果教学皆采用多媒体进行教学，而忽略板书教学的重要性，那么就收不到预期的教学效果，甚至可能比完全采用板书教学的效果还差。因此除采用多媒体教学外，教学内容仍应以板书形式循序展开。通过板书，可以把教学内容形象精炼地呈现在黑板上，对学生理解教学内容、启发学生思维、发展智力起着重要的作用。板书能从视觉上强化对学生的刺激，有利于学生对知识的理解和记忆。即使在多媒体教学兴盛的今天，在课堂教学中，板书也不可能幻灯、投影等所完全取代，它在教学中的重要性是毋庸置疑的。 2.2案例教学法 由于传统教学的局限性，学生缺乏对工程实际的感性认识和实际了解。因此，应力求做到如下几点：①应用现有的模型、实物及实例帮助学生形成感性认识，找到实际问题与建立力学模型的结合点，清除学生的学习障碍。②用力学知识解释力学现象，在教学中，应注重引进工程案例进行讲授，如讲授压杆稳定时，引入施工中脚手架设计、现浇混凝土大梁模板支撑系统失稳等案例，引导学生结合所学的理论知识处理工程实际问题。由于学生对案例分析很有兴趣，一旦发现今后工作中的问题能够自己解决，将极大地提高学生的自信心与学习积极性，从而主动去查阅相关资料，通过自学加强对本课程的理解。既可培养学生工程意识和分析问题、解决问题的能力，又可加强理论知识在工程实际中的应用能力。 3更新教学思路 所谓“教学思路”，是对如何展开教学内容的“想法”，是指教师在设计课堂教学时所规划的、所要实施的教学流程。笔者认为教学思路应使教材内容的安排应避免繁琐化，简化头绪，突出重点，加强整合，注重知识能力之间的联系，致力于学生力学素养的整体提高。 3.1调整授课计划，实行立体式教学 解决好与中学物理课中有关力的基本概念和原理（如力矩、摩擦及牛顿三定律等）的重复问题。根据学生的知识程度，避免简单的重复工作，适当提高教学起点，培养学生的综合归纳能力和知识的融会贯通能力，减少教学时数，充分发挥学习迁移的作用。 3.2转移教学重点，简化求解过程 例如在讲授弯曲内力时通常是按列剪力、弯矩方程作剪力图和弯矩图，这种方法存在很多弊端，特别是当梁上作用荷载较多时，要分段列出多剪力、弯矩方程，再根据方程逐点描迹，显得很繁琐，既费时间又易出错，极大地挫伤了学生的学习积极性。针对这种现象，在教学中应对此部分只作简单介绍，而重点介绍根据载荷集度、剪力、弯矩的微分关系，找出梁上荷载、剪力图、弯矩图三者的关系，据此作剪力、弯矩图的方法，即“简易法”。 综上所述，对课程内容体系的整合是实现模块化教学的前提，对教学方法的深化改革则应贯穿于教学的全过程，对教学思路的更新则为展开教学内容体系注入新的活力。同时，《建筑力学》课程改革是一项长期而又艰巨的任务，要积极稳妥，循序渐进，其改革效果也不是短时间就看出来的。因此，应该有针对性地进行教学改革试点，在探索中不断总结经验，逐步完善。 建筑力学论文:基于现代学徒制的建筑力学教学探索 摘 要：传统建筑力学教学理论抽象、内容枯燥、计算繁琐，让学生入门时感到难以接受， 无法与高职教育以能力为本位的工学结合人才培养模式相匹配。因此，笔者试图通过现代学徒制人才培养模式解决高职建筑力学教学中的问题。如何将现代学徒制理论有效地应用于建筑力学教学，值得思考和研究。 关键词：高职教育 现代学徒制 建筑力学 教学 “建筑力学”是市政工程技术专业的专业基础课，它所涉及的后续课程最多，包括识图，结构设计等，这门课程是在传统的土建类的三大力学（即理论力学，材料力学，结构力学）的基础上，结合高职院校的应用情况，在坚持知识的“理论够用、结合实际”原则基础上，进行合理的删减和简化后形成的。 该校市政工程专业从2015年开始进行现代学徒制试点，生源均来自应往届的中职生，对中职而言，建筑力学已经修过，但知识浅显，达不到高职层次要求，针对这一情况，需进行独具特色的基于现代学徒制的建筑力学教学模式探索。 1 现代学徒制的特点 现代学徒制模式就是将企业学徒教育与学校教育相结合，学校与企业联合培养。这一模式最大的特点就是摆脱学校教育与社会实际需求相脱节，而企业需求的一线技术人员需要一定的学校专业知识，两者各取优势，合作共同培养。现代学徒制的突出特点即为“双主体，双身份”。意味着学校和企业共同育人， 其中以企业为育人主体，不仅全程参与到人才培养的过程中，同时根据行业企业的需求实时动态调整人才培养方案以及培养规格，弥补学校教育与动态的社会发展的脱轨现象。同时，学生兼有学徒和学生双重身份，即作为企业实践岗位的员工，又是学校的学生， 除了专业知识的学习外， 还要培养适应工作的各方面能力，比如：人际沟通，团队合作等。 2 “建筑力学”课程特点 “建筑力学”的内容包括力学理论和工程应用的计算方法，主要培养本专业学生的力学概念，为后续课程或工程应用中的结构设计及施工提供必要的基础，同时，工程类的注册证书考试内容中“建筑力学”是必备知识。“建筑力学”中有非常多的观察、假定及实验，同时公式相对比较繁琐，理论上，也需要学生具有一定的空间思维能力，以及对抽象理论及假定的理解能力，这让基础薄弱的高职入校生，尤其是以中职为基础的现代学徒制学生接受起来相对困难。 3 传统“建筑力学”教学模式面临的瓶颈 传统高职学生这一课程的开展面临以下困难。 （1）学生基础较薄弱，学习态度普遍消极。高职生的入学成绩较差，其中相当一部分的学生学习方法不对，思维不够敏捷，而学习缺乏主动性是最大的困难。学生对专业的了解不深，尤其对力学的作用认识不足。有的学生看到公式多，内容枯燥，失去兴趣；有的学生认为毕业做施工管理，不需要力学知识。现代学徒制的学生在专业的积累上相对来说，比普通高中毕业生稍强，但基础薄弱相对来说有过之，这是这一课程开展最大的困难。 （2）例题与实际工程结合不够。传统“建筑力学”课程教学仅仅注重习题的训练，脱离实际项目，吸引不了学生的注意力，花费非常多时间，效果却并不理想。面对如此之多的习题，学生本能会产生厌烦情绪，对课程排斥。同时，致使一些学生质疑建筑力学的重要性，认为纯理论，与日后工作无关，究其原因，无非是课程与学生互动性不够，没有从多方面告诉学生，建筑力学能干什么，将来怎么用，从而造成一系列连锁效果不佳。 （3）教学方法、手段不够丰富。建筑力学的教学方法主要是课堂讲解―习题训练，再加部分实验，满堂灌的方式收效甚微，学生并未参与进来，尤其结合现在的学生的特点，生于长于网络时代，追求自我个性，对传统的教学方式接受程度低。 （4）考核制度不尽合理。这一课程，通常采取的考核方式是用平时成绩加上期末成绩综合考查。这种方式不能考核学生实际的掌握程度，以及与相关工作岗位的应用能力，忽略了实践内容在实际工程项目上的灵活应用及创新能力。 4 现代学徒制模式下建筑力学教学改革 为了激发学生兴趣以及探索的潜能，将工程实际中的资源与教学内容相结合，从“力学”角度用浅显、形象、生动的案例，抓住学生的注意力。这一点对现代学徒制的学生而言是有优势的，因为它本身就是实际项目上的员工，能更深刻地体会“建筑力学”的用处，只有具备一定的建筑力学知识，才能读懂设计出来的施工图的要求，才能知道不同的施工工艺都适用在什么情况，才能确保工程质量，避免工程事故。同时，现场的施工机具和临时设施的设计工作，就是由施工技术人员来完成，没有力学知识，这些工作都无法开展。根据教学实践，笔者认为可以从以下几个方面培养学生对于“建筑力学”的兴趣。 （1）教学内容改革。①教学内容根据工作任务模块化。根据现代学徒制的工作岗位需求，把建筑力学的知识模块化，以“施工员”岗位中对脚手架的搭设为例，可以以一整套的脚手架计算书为任务，把“轴向拉压杆”“压杆稳定”等内容嵌入到计算书的讲解中，其他内容也以实际任务为目标，综合相关建筑力学知识点，以解决实际任务为目标。②融入BIM模型的教学内容设计。三维的建筑信息模型本身就对学生的兴趣提高有比较好的效果，可以在建筑力学知识中加入BIM模型，尤其对现代学徒制的学生而言，具有辅助理解比较难的理论部分，如：梁的受弯受剪中应力的分布等，都可以借助BIM三维模型辅助理解。③出具现场教学方案。结合现代学徒制学生的工作岗位，出具现场教学方案，同时发挥经验丰富的企业师傅的作用，采用“现场教学”，边学边做边用，以“脚手架的计算”为例，先学习理论部分，再用工地现场的脚手架让学生出计算书，搭设方案，在企业师傅把关的情况上，参与下一步的实践搭设，让学生对力学产生了夂竦男巳ぁ （2）教学方法改革。尝试从主要在以下几个方面着手：①课前预习法。建筑力学除学习力学知识外，还需要教会学生正确的学习方法，所以课程的开展，不仅是课堂时间，课前及课后都非常重要。课前利用“预习法”帮助学生掌握基本的知识，结合课程我们在网络平台上建立精品资源共享课程，学生可以在线学习，在资源库中，收集非常多的工程案例及视频，同时提前上传课件，让学生做好基础知识的学习。②课中案例教学。建筑力学本身虽然理论性强，但它的工程应用性也强，在课堂教学中，尽可能地从工程案例入手，引出知识点，如讲授材料的各向异性时，可以引导学生思考，劈材时，是顺纹还是横纹更容易，讲授压杆稳定时，可以引入一些工程事故做为案例，如现浇混凝土模板的支撑系统失稳等案例，不仅教会学生理解知识点，更重要的是教会学生观察力学现象，思考如何解决实际问题。③课后综合练习。阶段性学习后，布置综合案例练习，案例可以根据现代学徒制学生的工作岗位性质而定，这样贴近实际工程，学生的参与感及积极性都会得到提升，例如：简支梁桥的内力计算，涉及了荷载的计算、计算简图的选取、内力图的绘制方法等知识，学生得到际锻炼，也为后续课程打下基础。④岗位案例。针对现学徒制学生的岗位特点，设计针对性的岗位案例教学，不同的岗位所需要侧重的力学相关内容不同，不能一刀切，笼统教学，还需结合学生及岗位特点，有所侧重。 （3）考核方式改革。 现代学徒制学生的考核有别于传统的高职学生的考核，同时，传统的高职学生的考核方式也存在片面，不能充分考查学生的掌握程度的弊端，提出学校老师+企业师傅共同打分的方式，同时打分项，除期末的综合笔试外，还加入，综合案例练习、岗位案例练习还有企业对员工考核中的打分项，综合考查这一门课程学生的掌握程度及实践中的应用能力。 5 结语 现代学徒制的学习模式，应当成为教育的进步，对具体学科而言，应适应趋势发展，找到适合现代学徒制模式下，学生的特点而采取定制式的课程教学的新探索。建筑力学的革新，还需要结合经验，进一步来完善，通过多举措、-多方面改善现有的“建筑力学”学习方式。 建筑力学论文:高职院校《建筑力学与结构》课程改革的分析 摘要：《建筑力学与结构》是建筑工程技术一门重要的专业课程，是其他专业课的基础。力学、结构知识晦涩难懂，而且不能提高学生的技术水平，不符合高职院校的培养目标。为了在课程教学中，体现高职教育的实践性和职业性，本文浅析高职院校《建筑力学与结构》的课程改革的依据、思路、方法，希望能促进教学质量的提升。 关键词：高职院校；技术能力；课程改革 《建筑力学与结构》是高职院校建筑工程技术专业一门重要的专业课程，为学习《建筑工程施工》、《计量计价》等后续专业课程做铺垫，为学生在工作岗位中提供坚实的理论基础。工程上有句话叫“精施工须先通设计”准确的描述了《建筑力学与结构》的重要地位。然而《建筑力学与结构》概念多、原理多，规范难理解，课程难度大，传统的课程设置不能够使学生达到课程标准要求，因此《建筑力学与结构》的课程改革势在必行。 一、课程改革的依据 现阶段《建筑力学与结构》的教材力学部分主要介绍结构和构件在各种条件下的强度、度、稳定性等方面问题的能力；结构部分教学内容只是将《混凝土结构》、《钢结构》、《砌体结构》中知识摘录后进行重新排列，绝大部分篇幅在介绍结构构件的设计及计算。高职院校的学生主要就业方向是施工企业、监理单位等企业，因此这些知识对于高职学生就业帮助不大。 高职院校进行的是职业技术教育，以培养技术性人才为主要目标，是在完全的中等教育的基础上培养出具有大学知识又有一定专业技术和技能的实用型人才，而不是培养研究型学者。因此对高职学生的培养过程中可以弱化复杂难懂的理论教学，着重培养学生专业技术的实践能力，突出职教特色。 二、课程改革的思路 1.整合教材内容 现阶段使用的教材内容相对杂乱，知识内容没有跟上行业技术发展的步伐相对滞后，不符合高等职业教育的培养目标和培养模式。古语云“工欲善其事必先利其器”进行课程改革的第一步必须是做好教材建设工作。 2.调整教学方式 《建筑力学与结构》分为力学部分和结构部分，对于两部分内容要区别对待。力学属于基础科学，是结构计算的基本工具，力学的知识点讲解不可简化，为调动学生的学习积极性，只能在教学手段上进行改革。结构部分，现阶段教材中80%的篇幅是结构的设计计算，20%的内容是结构构造，为学生掌握专业技术的实践能力，需要调整设计计算与结构构造的比例，宜采用项目化教学方法。 三、课程改革方法 1.教材改革 组织有丰富教学经验的一线教师及企业技术人员进行深度探讨，了解行业技术发展水平，根据实际工程编写一本项目化授课教材，将力学与结构知识相融合，通过几个具体的项目使学生掌握力学知识、结构构造知识、构件设计计算方法，并且能够切实的将理论与实际结合起来。 2.方法改革 教学方法的改革分为力学基础知识讲解和结构构造设计改革两部分进行。（1）针对力学基础知识的讲授是不可省略的环节，但由于力学知识枯燥乏味、难理解，且现在高职招生范围扩大，自主招生、三校生（来自技工学校、中等专科学校、职业高中）学生原基础知识掌握一般，对于力学知识的学习感觉吃力。传统的以教师讲授为中心的教学模式，学生处于被动听讲状态，忽视了学生自身的学习力、创造力、分析力和解决问题的能力。因此需要改变教学思路，发挥学生课堂活动中的主体作用；转变教学方法，实现“玩中学”：例如，学习力的投影知识时，可以让学生自己用手电在纸上进行投影，了解投影理论，找出投影规律，在自己动手的同时掌握投影计算方法。整个课堂参与度提高，也不会因为听繁复冗长的理论而昏昏欲睡。（2）建筑结构部分应该采用项目化教学方式，将建筑结构知识和实际工程项目联系在一起，几个知识点融合在一个工程项目中，每次课完成项目的一个工作页，并由教师进行点评、打分，学生间相互评分，每次课程结束前由教师进行知识点总结。 3.工具改革 随着时代的发展，手机开始主导人类的生活，手机的使用是当代高职学生必不可少的生活环节，而教师仍旧使用黑板和粉笔传统教学工具及PPT这种多媒体教学工具进行教学明显已经落后于时代的步伐。教师应该在教学中多引入手机软件，开发手机教学课程，让学生在课堂上光明正大的拿手机进行学习，而不是偷偷摸摸的玩手机。 同时还可以采用模型教学，采购或购买结构模型，例如典型的基础配筋模型、楼板配筋模型、常用节点模型等等。还要引导学生自己动手，利用身边易得的材料进行简支梁配筋模型的制作：首先为学生介绍简支梁的主要配筋，其中受力钢筋、架立钢筋、箍筋等具体的配筋要求；然后让学生仔细观察真实钢筋骨架的构造；引导学生利用纸桥、筷子、吸管等物品替代钢筋，分小组制作模型，并在模型制成后教师检查、纠正错误、进行点评。学生自己动手制作，知道每根钢筋的特点，直观印象深刻，必然收到更好的教学效果。 4.地点改革 建筑工程技术专业有其自身的特殊性，不能像其他专业一样把工作地点搬入教室。为了让学生更好的感受施工现场氛围，深入了解建筑结构在工程中的应用，就不能做井底之蛙，需要带学生走出去看一看。大部分高职院校都会安排认识实习，让学生对建筑工程有一直观感受。笔者所在学院，积极推动土建实训场的建设，按照教师上课要求对实训场进行布置，方便上课期间带领学生在实训场进行深入观察，现场教学。同时，积极展开校企合作，开辟校外的实训基地，除计划校内课程实训外还开展工地现场的工程实训项目，充分融入企业内部，感受企业氛围，了解建筑力学与结构在实际中的应用。 5.成绩改革 注重学生学习过程，不以一张试卷定分数。在平时的教学中进行项目打分，学生互评；实训教学中，由实训教师根据实训表现评分，施工现场实训项目由企业技术人员进行专业评定，综合以上成绩及学生出勤、作业、考试成绩给出最终考核成绩。 三、结语 《建筑力学与结构》的教学改革由于其理论知识多，内容复杂，在以往的教学中与工程实际相脱节，教材内容相对滞后等原因导致它是课程改革的难点；然而该门课程在专业中又具有相当重要的作用，也是课程改革的重点。为推进教学内容与教学方法、手段的改革，落实专业培养目标，全面提高人才培养质量，着力提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创业能力，培养具备扎实专业理论基础和专业技术能力，具有良好职业道德和可持续发展基础能力的技术技能人才，除了上述几点改革内容，专任教师还需继续努力，不断探索改革方法适应当前教育形式。 建筑力学论文:高职《建筑力学》课程体系的改革与探索 摘要：本文分析了当前高职建筑工程专业《建筑力学》在教学过程中出现的问题，在此基础上提出了重构《建筑力学》课程体系的必要性，并依次提出了“二维一体”课程体系构建的依据、内涵和具体内容，最后还分析了实现该课程体系的几个保障条件，为《建筑力学》课程改革做了新的尝试和探索。 关键词：高职；建筑力学；课程体系；二维一体 在土木工程专业中，无论是本科教育阶段还是高职教育阶段，经过众多力学教师的探索和耕耘，在建筑力学的课程教学中已形成了一整套教学模式。然而，随着科技的高速发展，新结构形式、新材料以及新施工技术不断涌现，这些因素对力学课程的教学提出了新要求。 一、力学教学现状分析 《建筑力学》课程是建筑工程技术专业的技术基础课，是研究建筑构件及结构中普遍存在的受力、变形及破坏规律的学科。学习该课程的目的是进行工程计算，为工程设计和施工服务。建筑类专业力学课程内容主要包括三大力学，即理论力学、材料力学和结构力学。目前，在教学实践过程中出现了以下几方面的问题。（1）教学单元仍以单门课程为中心，对三大力学的知识相互渗透和衔接考虑得不够充分，力学体系的整体性和综合性被淡化了，甚至有部分内容存在重复的现象，不利于学生综合能力和创新能力的培养。（2）与工程实际联系不够，力学知识的应用环节较弱，不利于学生实践应用能力的培养。（3）力学课程的教学内容烦琐、计算复杂，传统的教学方法、手段和模式不利于学生掌握知识点，影响教学效果。（4）最新的科学前沿技术和创新知识没有被及时地引入到课堂内，导致学生因知识结构存在问题而不能迅速地适应现代化建设的需要。上述问题影响着课程教学效果和人才培养的质量。如何建立合理的力学课程体系，适应新形势，培养高技能人才，满足企业和社会的需求，是我们必须认真研究和探索的问题。 二、力学课程体系的构建 1.课程体系提出的背景。以目前我校使用的由肖燕主编的《建筑力学》教材为例，该教材为普通高等教育高职高专土建类“十二五”规划教材，教学内容主要包括三大篇，具体的内容如表1所示。 从表格的内容可以看出，《建筑力学》的内容基本涵盖了本科阶段的理论力学、材料力学及结构力学，第一篇对应的是理论力学，第二篇对应的是材料力学，第三篇对应的是结构力学。像这样编排教学内容的力学教材有很多，在此不一一赘述。这样的内容安排确实是把三大力学的重点都罗列进去了，与学科体系的课程内容相比，只是在深度和难度上有所降低，但不能满足职业教育的要求。如前述，力学以建筑结构及构件的受力、变形以及破坏作为研究对象，因此，力学在工程中应用时首先要提取出相应的工程计算模型，然后根据其计算模型确定要采用的手段。例如，属于杆系结构的工程对象可用材料力学、结构力学的手段进行分析。力学是一个分析与计算的工具，我们进行力学教学的目的是让学生在实际工程中能灵活运用这个工具，为解决实际的设计、施工的问题提供思路、方法和手段。基于此，本文提出了建筑力学“二维一体”的课程体系。 2.“二维一体”课程体系构建的依据。课程体系的构建必须以人才培养方案作为依据。 3.“二维一体”课程体系的设计。针对目前建筑力学在教学过程中出现的问题，根据近几年教学的实践和总结，在此提出建立“二维一体”课程体系，如表2所示。 从上表可以看出，课程体系以技能培养为核心，以工程结构或构件为载体，整合相关知识点，融“教与学”为一体，组织实施教学，突出知识在工程实际中的运用。在整个体系中，基础模块是整个力学学习的基石，介绍的是通用力学计算方法，是后续章节计算的基础；进阶模块是对建筑工程中常见的受力构件进行分析与计算，此模块要求学生掌握材料力学、结构力学的相关理论与计算方法，这是一个综合解决实际问题的过程，有利于学生形成工程概念，培养工程思维，掌握解决问题的方法；进修模块是超静定结构的内容，该内容可由教师或学生根据实际授课情况采取灵活的学习方式完成。 三、“二维一体”课程体系实施的保障措施 1.加强教学资源建设。要实现建筑力学课程的改革，首先是要有相应的教材以及与之配套的课件、题库等。 2.改革教学方法与手段。（1）改革传统的“以教师为主导”的课堂教学模式，灵活运用多种教学方法，激发学生学习兴趣。在教学过程中，应根据教学内容和学生的特点，因材施教，灵活运用探究式教学法、实践操作法，引导学生主动思考、积极探索，使学生由被动接受知识向主动探求知识转变，使老师由知识技能的讲授者向教学活动的设计者、组织者、引导者转变，从而使教学目标由传授知识、培养技能向使学生在知识、能力、素|等方面全面发展转变，不断提高学生的学习能力。（2）灵活运用各种教学手段，提高教学效果。对于力学类课程，在课堂上要注重演绎推理，对重点内容层层解析，学生才容易接受和理解。 3.改革教学评价。教学评价的目的在于激发学生参与学习的主动性与积极性，同时也为教师总结教学经验，以便更好地组织教学。建筑力学的考核以期中、期末考试卷面成绩为主。众所周知，卷面成绩并不能真实、全面地反映学生的能力，尤其是在职业院校，教师更不能把对学生的评价集中在一份份试卷上。建筑力学课程的教学评价体系应该遵循“过程与结果并重”的原则，在以学生为主的课堂上，教师应注重对学生在课堂上的过程性考核，对学生自主学习、团队协作、动手能力等表现及时地给予评价打分，再适当地与期中、期末考试成绩结合，综合、全面、客观地评价学生。 四、结论 建筑力学“二维一体”课程体系的建立是在《建筑力学》课程改革中所做的探索和尝试，符合学生认知成长规律，同时也能满足岗位职业要求，与工程实际联系紧密。但以此课程体系为依据编写建筑力学教材、制作与之配套的其他教学资源，还需要做进一步的研究和探索。 建筑力学论文:浅谈中职类建筑工程施工专业《建筑力学》课程 摘 要：建筑力学是中职建筑专业的基础课，但是学生对于建筑力学的学习很吃力，理解度不够。教师的教学方法是一个方面，教师对于学生们的态度是一个方面，学生在课堂上找不到归属感、胜任感、控制感也是一个方面。该文就教师如何教导才能让学生对建筑力学感兴趣这一问题进行探讨。 关键词：建筑力学 专业 教学 中职校对口单招班参加高考，建筑力学这门课是建筑专业班的专业基础课，并且是最能拉开分值的专业课。但是单招班建筑专业考取本科的越来越少，大多数能考取专科，还有一部分是落榜的，同学们辛苦三年没有得到他们希望中的回报，并且对中职学校而言在社会上的声誉也会变差，对学校的招生率会有一定的影响。 是什么原因导致建筑专业的中专生对建筑力学这门课没有兴趣，学不好呢？从教师，学生，家长三个方面考虑原因。 1 教师方面 上学期间，学生一天大多数时间都在学校，在学校老师对于学生来说就是家长，老师的一言一行都影响着学生的成长，所以才会有好老师带出好学生，坏老师迫害学生的说法。小学生将老师的话当做圣旨，初中生开始有顶撞老师的现象，而职校老师会有被学生欺负到哭的例子，因为老师对学生的态度变了，所以每个阶段的学生对老师的态度就会不一样。老师的鼓励和老师为学生设身处地考虑对学生来说太重要了，老师的一句话一个鼓励都能让学生感受到温暖感受到在乎，这样学生做任何决定前都会考虑一下老师的感受；如果老师不考虑学生的感受，学生就会有“既然老师不在乎我我干嘛要在乎“这样的想法，在乎都是相对的，老师在学生成长过程中真的是不可缺少且无法代替的，老师对学生真的很重要。 2 学生方面 学生进职校的目的各不相同，但是大多数同学是因为没有考取普通高校，在家没事干在外没有合适的工作，于是进了职校，所以学生对于自己的定义就是在学校里面混混日子。学生第一次接触专业课，如果开始没有学习好的话会越听越难，然后越难就越不想听，由此恶性循环下去学生就产生了厌学的情绪。再加上有的老师上课的时候遇到反应慢没有听懂的学生就会大声指责，这个时候学生就会觉得自己的自尊心受到了伤害，以后更加不想听课了，觉得这门课的老师是针对自己的，更严重的还会在这门课上和老师对着干，不仅影响老师的教学还影响了其他同学的学习。还有的学生对建筑专业本来不感兴趣，只是因为家长选了这个专业，那么学习的时候就提不起兴趣，并且觉得只是帮家长念书的。 3 家长方面 大多数家庭给孩子选择建筑专业都是因为觉得建筑专业毕业后方便找工作，或者家族中有做建筑这一行的，所以没有考虑到孩子的兴趣爱好。本来就对建筑专业没有兴趣再加上家长的做主使得学生会有厌学情绪。在进入中职学校之后，家长的放纵不管或者是管得过严也成了学生厌学的原因之一。身教重于言教，家长在学生心中没有魄力，学生就会有反抗的情绪，而这个情绪就会引起学生厌学。 知道学生不愿学习的因素，那么就可以从那几方面来制定改变计划，引领学生感受学习的乐趣。建筑力学这门课专业性比较强，光用文字或者口头解释无法让学生们很好地接受并理解的。普通的教学不能帮助教师将知识教授给学生，要用新颖的教学方法带动学生，让学生自己想学愿意学。不同的教学法可以达到不一样的效果，以下讲两种教学法及其对于建筑力学这门课的讲解所能达到的帮助。 （1）任务引领教学法。以工作任务逻辑来组织课程内容，基于工作任务情境来设计教学情境，让学生通过具体的任务处理来进行学习。布置学习任务：教师为学生提供学习资源，是为了促使学生自主学习和共同活动，使得新知识、新能力的习得成为可能。老师在其中担任的角色很重要，因为如果老师布置的任务脱离学习，学生将会无法完成，导致教学又变成老师讲学生听这样的一个模式。因此为了达到预想的课堂效果，老师在布置学任务的时候必须符合问题性、动机、情境、开放性、复杂度、意义这6个维度的特点。任务引领法的重点就是使教学任务与工作相对接，需要设置问题情境，学习任务设计教学情境是基于工作任务的情境的。 平面汇交力系所涉及到的物体平衡就可以采用这个教学方法，学生对于如何使物体保持平衡会有好奇心。任务引领教学法能够让学生在课堂中有成就感、胜任感，让学生觉得自己很重要，这样的自我感受能够督促学生自己主动学习。 （2）角色扮演法。设计特定的情境；扮演者在模拟的、真实的情境中，从所扮演角色的视角出发，处理可能出现的各种问题，获得一定的心理体验。老师确定学习目标和领域，向学生阐明角色扮演类型，对整体过程进行安排和分配，计划和组织扮演过程等。学生必须熟悉角色扮演的整个过程和角色扮演的目标，查找相关资料。将角色扮演法应用于教学时，特别要注意在一个规定的时间段内，与其他角色协同尝试着承担并实施。另外还需要注意的是，使用角色扮演法，学生才是主角，需要自己写剧本，老师的作用是检查学生写的剧本内容。角色扮演法比较有新意，在学生看来像是演戏，这样学生就会觉得这个不是回答问题、不是考试，自己可以展示一下，只要学生能够有这样的想法，班级的积极性就会被调动起来。 轴线拉伸和压缩杆件这一章就可以采用这个教学法，让学生安装老师布置的任务，扮演其中角色，自己感受拉杆和压杆，便于学生的理解并且能够调动学生的积极性。 教学方法再好都需要老师恰当运用，老师的作用是不可代替的。同时老师要多看到学生们优秀的一面、闪光的一面，谁都希望被表扬被鼓励，不是每个人生来就是蠢的，鼓励赞美可以使差学生变好学生，谩骂瞧不起会使好学生变差学生。 除此之外，家是学生一个坚强的后盾，家长的理解和表扬对学生也会重要，“干得漂亮”“你真棒”“我爱你”这样的话如此简单，家长却吝啬得不愿说出来。当家长和老师在指着学生的时候，有没有通过镜子看看自己的表情，有没有反思过是不是就是这样的表情让学生不愿意学习，这是值得家长和老师思考的问题。 以上是对中职专业课――《建筑力学》这门课的教学研究，不管是建筑专业课还是其他课程都存在这样的问题，要到什么时候家长和老师才能意识到这个问题呢，希望家长和老师在教育孩子成长的过程中早点重视。 建筑力学论文:浅谈中职建筑力学教学现状与改革 摘要：《建筑力学》是集理论力学、材料力学和结构力学为一体的建筑工程类专业基础课程,培养学生具有初步对建筑工程结构问题的简化能力，一定的力学分析能力和计算能力。它不仅是文化课与专业课之间的桥梁,而且是学好其他专业课的基础。因此《建筑力学》教学的成功与否，直接关系到该专业的整个教学成效, 影响到学生对该专业的学习兴趣。因此, 必须要适应新形势, 采取新措施，改革《建筑力学》教学体系,改变传统的教学方法和手段，实现中职教育的培养目标。 关键词：建筑力学；教学现状；改革措施 建筑工程专业作为当前社会的一个发展比较成熟完善的传统专业，同时也是一个紧跟时代步伐，高新技术日新月异，有着无限发展前景的热门专业。学本专业的每一个学生必须学好专业基础课。比如，建筑力学等。随着职业教育的发展，建筑力学已经成为建筑工程、道桥工程、水利工程、市政工程等工科类专业中一门不可缺少的基础课。但现在的中职学校的学生建筑力学教学中仍然存在一些问题，笔者将对建筑力学教学现状进行分析，并提出相应的改革政策。 一、 目前教学中存在的问题 （一）学生方面 底子薄。随着近几年中等教育入学率的不断提高，普高热持续升温，职业教育生源素质大幅度下降，学习的基础普遍较差( 尤其在数学、物理方面)，学习能力和自控能力较弱。 缺乏动力。大部分学生没有明确的学习目标,进校后注意力转移, 抱着混三年拿张文凭的心态,得过且过，从而缺乏学习动力。 学法不当。虽有部分学生想学点专业知识和技能, 但在学习方法上都有一个共同的毛病，就是不注重理解和掌握基本概念、基本定理和公式的内涵以及解决问题的基本方法，只是死记硬背，乱套公式。 （二）教师方面 观念陈旧。有些教师一辈子就是教授 《建筑力学》，总是拿着同一把尺寸去衡量不同时期、不同基础的学生, 就是抱着固有的观念去对待现实的学生，要求偏高，学生的学习基础持续下降，而教师为了应付上级的各项考核，取得好的成绩，在授课、作业、练习、考试中难度较大，这样既丧失了自己的信心，又让学生感到灰心，毫无成就感。 重教材的钻研，轻学生能力的研究。教师的备课往往十分重视备教材、备教法，而对备学生常常忽略，对学生的基础差异、个性差异、接受能力差异、学习力的差异等因素研究不足，致使学生无法掌握所授的知识。 重教学的系统性，轻内容的灵活性。授课时往往严格按照教材的章节内容，对复杂而严密的公式推导和理论较强的内容或数理要求较高的章节不加取舍，不能进行有机的整合，致使教学越教越难。 (三) 教材方面 目前的教材仍旧是按传统的学科体系而编写的, 十分重视系统本身的完整性和严密性，强调学生的计算能力和解题技巧，忽视了基本理论在工程实际中的应用，导致许多学生产生不搞设计力学课程无用的错误观念。不会运用力学知识解决工程中的实际问题，不利于学生综合职业能力的培养。 二、 改革措施 （一） 教师不断提高自身的业务水平 不断提高教师的业务水平是提高教学质量的前提，现代教育要求教师不仅具备专业水平，而且要掌握现代职业教育的教育特点和规律, 要求教师注重培养学生的基本素质、基本技能和解决问题的能力，改变单纯传授知识的倾向，注重专业教学内容的综合性,注重培养学生的自学能力。 （二）整合教学内容 高等职业学校的培养目标是培养生产、建设、管理和服务第一线急需的技术型、应用型的管理人员和操作人员, 这类人才既掌握一定的科学技术知识, 又具有很强的专业技能, 按照这一目标定位要求，教学内容应该剔除繁琐的推论，删去理论性强而工程实际中应用较少的章节，突出适用性、适应性，强化定性的分析。讲授的内容以“必须、够用”为度,让学生感觉它有用,而不是难,以增强学生学习的信心和兴趣,为职业技术课程学习和工作打下良好的基础。 （三）理论联系实际,激发学生学习兴趣 《建筑力学》课程不同于数学等基础课程，有很强的工程背景,且工程应用性强。在教学中，应突出理论联系实际的特点，广泛联系实际工程, 如讲物体受力分析、力矩的计算、平面平行力系塔式起重机起吊重物的确定等，引导学生结合所学的理论知识处理工程实际问题。由于学生对实际工程分析很有兴趣，一旦发现今后工作中的问题能够自己解决，将极大地提高学生的自信心与学习积极性，从而主动去查阅相关资料，通过自学加强对本课程的理解。这样既培养了学生工程意识，分析问题、解决问题的能力，又加强了理论知识在工程实际中的应用能力。 （四）改革教学方法和教学手段 (1)加强直观性和情境性教学。建筑力学虽然是研究工程实际中的各种构件和结构, 但受力作用后产生的内力、应力、应变却是看不见摸不着的，这就要求教师必须加强直观性教学，创设现场教学的情境。 (2)采用丰富多彩的教学形式。现代教育媒体的多样性, 教学原则的多重性, 使得教师有了更广泛、更先进的教学手段。如直观教学、多媒体教学、启发式教学、任务型教学、讨论式教学等等。 （五）改革评价方法 课程考试是检验教师教学和学生学习结果的主要手段，传统的评价方法是学生的平时成绩和期终考试成绩按一定比例折算，得到总评成绩，这种评价方法不能反映学生解决实际问题的能力。鉴于职业教育主要注重学生技能的训练和职业能力的培养，所以必须改革现行的考试方式，要将学生平时动手能力、实践能力、自学能力、探究能力、创新能力作为考核的内容。 总之，我们广大教师要不断提高教学水平，从教材的内容和学生实际出发，运用各种合理的教学方法和手段，培养和激发中职学生学习建筑力学的兴趣，调动他们学习的积极性 从而取得最佳的教学效果，提高教育质量。

量子力学论文:地方工科院校《量子力学》课程教法的探索与实践 量子力学是20世纪物理学取得的最伟大成就之一，也是物理类专业标志性课程。量子力学主要研究对象是原子、分子等微观客体的运行规律，由于它的出现，材料学在导电性、超导性、磁性领域都有了突破性的进展，除此之外它还对化学、生物学、天文等学科和许多近现代技术产生了深远的影响。 量子力学不同于以往力、热、光、电这些经典物理，它有自己独特而全新的理论框架体系，初次接触该课程的学生很难接受，量子力学的创建者之一波尔就曾说过“如果谁在第一次学习量子概念时不觉得糊涂，他就一点也没有懂”。本人从2011年开始讲授《量子力学》课程，先后教过5届学生，对于如何教好普通地方工科院校的学生，有一些体会。 1 讲授量子力学建立背景很重要 对于任何一门课程，只掌握书本里相关的公式、定律，能熟练地做课后题是不够的，这些只能让学生知其然而不知所以然。更何况正如波尔所说，初次接触量子力学的人本身就很困惑，如果刚开学直接讲授物质波、波函数的统计解释、不确定性原理，用薛定谔方程计算能级和波函数，学生会一头雾水，不知道这些知识是什么，有什么用？如果我们回顾一下量子力学产生过程：开尔文的“两朵乌云”、普朗克解释“黑体辐射”、爱因斯坦解释“光电效应”（包括康普顿散射实验的验证）、波尔的氢原子理论，物理学的发展还是有规可循的，有这些前期成果作铺垫，德布罗意物质波理论、薛定谔方程、波函数的统计解释容易被接受，再告诉学生势阱看做简化的原子模型，得到的能级与原子发光机理相联系，学生学起来就会明白一些。这样适当增加量子力学建立背景，使学生明白它不是凭空产生的，是人类认识世界到了微观层次，由实验和理论相互促进的必然结果，教学效果会好很多。 2 讲授数学知识储备和课本的组织框架很重要 量子力学中微观体系的状态用波函数来描述，每一个状态可以看成数学中的希尔伯特空间的一个矢量，线性代数中所学的矢量运算法则（如矢量的加法、数乘、内积等）成了量子力学中基本运算。在矩阵力学中，态和力学量又可以用一个矩阵来表示，矩阵的运算法则及相关概念也是掌握量子力学所必须的。薛定谔方程本身就是一个偏微分方程，量子力学中的期望值也需要与概率相关的知识。《量子力学》课程一般开设在本科大三年级，所有数学知识都已学过，同时学生也有所遗忘，如果在正式授课前带领学生复习一下相关数学知识，不仅使学生学习更轻松，也有助于一些考研同学的复习，起到事半功倍的效果。 学生在接触一门新课时，随着学习的深入很容易陷入“只见树木不见森林”的困境，所以讲授一些书本的理论框架也比较重要。我们使用的是周世勋的《量子力学教程》，该书浅显易懂，逻辑清晰，适合普通地方工科院校的学生作为量子力学的入门课本。如果学生明白课本的安排，包括这么几部分：描述一个状态及状态随时空的演化法则、状态中物理量的获取、微扰理论、自旋及多体，外加一独立成章的矩阵力学，学习起来会清晰许多，明白自己的学习进度，前后章节的联系，教学效果自然会得到提升。 3 讲授名人轶事，联系学科最新进展 和其他理论课程一样，《量子力学》抽象难懂、推导过程复杂，讲授会枯燥乏味。所幸量子力学建立的年代是上世界物理学发展的黄金时代，英雄辈出，群星璀璨。量子力学的缔造者如普朗克、爱因斯坦、波尔、德布罗意、薛定谔、海森堡、狄拉克、泡利等人身上都充满了传奇，从他们身上不仅可以学到知识、启迪智慧，每一个物理规律发现背后的故事、名人之间的师承门派还可以作为调节课堂氛围的资料，让学生感受到量子力学也是有血有肉的活生生的诞生在现实社会中，而不是如天外飞仙那般突然现世。学生有了这种亲近感，学习起来也会有动力。 尽管量子力学理论框架于20世纪30年代已经基本建立，成功的解释了很多实验现象，也影响了诸如化学、生物、材料等诸多学科的发展，但围绕量子力学基本概念、原理、物理图像的理解一直争论不断，随着实验手段的进步，诸如量子通讯、量子计算、拓扑绝缘体、量子霍尔效应、外尔半金属等许多新成果不断涌现，成为当今世界一个又一个的研究热点，不断提升人类认识物质世界的高度和深度。课堂上介绍这些学科的前沿进展，让学生感受量子力学的魅力和生命力，能极大的促进学生学习的兴趣。 4 合理实用多媒体课件教学 随着网络和计算机应用的发展，多媒体课件丰富了教学手段和内容，为教学带来了诸多便利。在讲授氢原子的量子理论时，公式繁琐、推导冗长，如果一一板书讲授，学生很容易听到后面忘了前面，如果提前做好课件，推导过程以幻灯片的形式播放，重点讲授推导逻辑和几个关键点，这样学生学习起来会省力很多。还有如果把电子衍射图像形成过程用动画演示的方式播放，学生对波函数统计解释的理解会加深很多。 多媒体教学会加强课堂上教学的交流、提高学生信息获取量，激发学生学习的积极性，但事物都具有两面性，多媒体课件能为教学引入很多便利，也有一些不足。如过分的使用多媒体课件，一张张的过幻灯片，除了信息量太多，学生还会被课件中动画、视频所吸引，忽视其中公式推导，及和老师的交流，这样学习层次很容易流于表面，不能深入；反之如果教授板书讲授，物理过程仔细推导，关键处点评交流，学生有时间去思考和参与讨论，能够加深对知识的理解，有利于构建他们的知识体系。总之“尺有所短寸有所长”，只有传统板书教学与多媒体教学有机结合，才能达到提高教学效果这一根本目标。 《量子力学》在物理专业的课程体系中占有重要的地位，对学生的发展更为重要，让学生更容易的认识、接收、理解、应用相关知识，让学生在学习过程中加深对物理学的热爱，是我们教学的最终目标，也是我们教师的责任。希望这些粗浅的思考能为其他地方工科院校的教学提供一些参考。 量子力学论文:《量子力学》理论教学与科研实践相结合的教学模式的思考 摘要：电子科学与技术是光电信息产业的支柱和基础，量子力学作为电子科学与技术专业最重要的必修课，其体现出的研究和对待新事物的思想和方法，对培养学生的探索精神和创新意识具有十分重要的启迪作用。论文围绕“科研融入教学、教学提升科研”的理念，提出拓展和更新量子力学理论课的教学内容，科研是充实教学内容、提高教学质量的源泉。同时，教师在提升教学效果的同时需要不断充实提升自己的科研水平，形成科研教学双促进，从而推动人才的培养和教学水平的提高。 关键词：电子科学与技术；量子力学；理论教学；科研实践 现代信息技术即将步入光子学新阶段，光子作为信息和能量的载体，迅速推动建立了一个前所未有的现代光电子交叉学科和信息产业。电子科学与技术是光电信息产业的支柱和基础，是多学科相互渗透而形成的交叉学科。量子力学在近代物理中的地位如此之重，但在实际教学中学生普遍感到量子力学理论性太强，公式众多，逻辑推理严密，太过抽象，难以理解，特别是跟实际生活联系不紧密，从而导致缺乏学习兴趣。作者在多年量子力学专业课程教学过程中，总结教学心得，提出了“科研与教学互进互促”的教学理念，建立了教学内容与科研课题相结合的量子力学专业课程教学模式。 一、介绍量子力学理论在现代科学技术中的实际应用，调动学生学习量子力学的热情 兴趣是学习一切知识的源动力，在绪论讲述中通过大量多媒体资源向学生们展示现代科技革命与量子力学息息相关，量子力学渗透到现代科技的方方面面，从电脑、手机到航天、核能，从科幻电影到工业4.0，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。同时针对学生们的喜好，科普《星际穿越》、《生活大爆炸》、《源代码》等热门影视中黑洞、虫洞、平行宇宙等量子物理的基本思想，以激发学生对量子论的求知欲，并向他们介绍一些关于量子力学的科普书籍，如曹天元的《上帝执骰子吗――量子力学史话》、霍金的《大设计》以及罗杰的《神奇的粒子世界》，并引用《上帝执骰子吗》中优美的开场向学生引出量子力学这一神秘和优美的故事，用生动有趣的方式讲述量子力学的发展史话，穿插每一个具有革命性大事记形成和建立的历史背景，相关科学家的简史和名人逸事，如德布罗意如何从一个纨绔子弟成长为诺贝尔奖获得者；牛顿和胡克还有其他科学家之间关于理论归属问题的争执；一个早期不受大家认可的爱因斯坦；二战期间参与研制原子弹，二战结束后大力促进核能和平利用的“哥本哈根学派”代表人物玻尔；以严谨、博学而著称，同时又以尖刻和爱挑刺而闻名的天才少年泡利；在建筑领域同样杰出的胡尔；爱打赌的霍金；等等。这些偶像级的人物在物理发展中就像一个个明星，你方唱罢我登场，一起连接起物理发展的恢弘历史，循序渐进地消除学生对量子力学的恐惧感，并且对于培养他们的科研品质有很大启迪。 量子理论的出现彻底地改变了世界的科技面貌，引发了许多的技术革命。用多媒体将最新的科技知识和高新技术全面融入到教学课程中，可以形象直观地表述量子力学与科学前沿的紧密联系，扩充学生们的知识和视野。如讲述电子自旋有两个取向这部分内容时，正好与计算机存储中二进制0和1相对应，这也正是量子计算机的基本原理，并展开介绍量子信息、量子通讯、量子计算机的基础理论均是遵从量子力学变量的分立特性叠加原理和量子相干原理。机械硬盘的原理是巨磁电阻效应，其本质是电子自旋相交的量子现象，医院里最先进的诊断技术――核磁共振，就是核自旋效应的典型应用。CPU逻辑单元CMOS中的核心部件――场效应晶体管，是量子力学在固体中的应用；集成电路生产用到的光刻机――其光源激光，航天领域对于GPS的系统误差校准以及尤其重要的卫星钟，也是量子力学的应用。没有量子力学，就没有以半导体占主导地位的现代化工业。让学生们切身感受到量子力学已经渗透到我们生活的方方面面，其影响巨大是以往所不能想象的。 二、根据电子科学与技术专业，优化教学内容和方法 教师在教学过程中，一方面给学生讲授了教材上的基本内容，另一方面通过PPT和视频的方式将国内外研究动态和研究成果固化到教学中来，以保证教学内容总是站在专业学科前沿。通过这种融入方式，形成理论水平高、实用性强、特色鲜明的课堂教学，理论联系实际，扩大学生的知识面，从而提高学生的学习兴趣和主动性。例如讲述微观粒子波动性中波长公式λ=h/时，通过比较电子和经典粒子的波长，说明为什么在日常生活中难以观测到粒子的波动性，并拓展引入透射电子显微镜的工作原理，当加速电压达到200kV时，电子的波长达到在0.1纳米量级，和原子的大小相比，由于透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，通过分析电子束的成像可以得到颗粒形貌、大小、位错、缺陷、成分和相组成等微观特性，进而介绍电子显微镜的结构、成像原理及电子衍射原理，加深学生对微观粒子波粒二象性的理解和掌握。同时，还鼓励学生自己动手制作相关动画，提升他们的动手能力和参与性，并通过保龄球视频类比描述双缝衍射实验，形象直观。 讲述一维薛定谔方程求解例题――一维势垒贯穿时，引入隧穿效应概念，并且引用一张经典的狮子“穿墙”追到墙对面高枕无忧人的配图，这在经典物理中完全不可能想象，形象的例子可以更好地理解量子遂穿效应，并且强调了量子论与经典物理的不同之处，进而向学生介绍隧穿效应在现代科学技术中的实际应用――扫描隧道显微镜，用视频和多媒体向学生们展示扫描隧道显微镜的工作原理及分辨率的影响因素，并与课本上遂穿透射系数公式相互验证，并给大家介绍用扫描隧道显微镜的最新研究进展以及自己科研工作中的相关实验结果。 通过让学生们接触这些仪器的工作原理，等同于提前接触了科研工作，对研究工作有了切身体会和形象了解，同时对课程的理论知识有了现实认识。教学中不断渗透专业前沿科学知识，不仅可以使量子力学富有生命力和时代感，而且培养了学生的科学素质，让学习目标更明确，这些都对学生今后的工作和考研打下了一定的实践基础。另一方面，活跃课堂教学气氛和建立讨论环节在教学中是十分必要的。课堂教学一定不能让教师唱独角戏，要充分引导和鼓励学生提出问题、分析问题和解决问题，这样有助于激发学生的思维能力，形成新的思维方式。同时要让学生占主导地位，将学习的决定权从教师转移给学生，可以鼓励学生分享量子力学理论在现代技术中的应用实例，通过查阅资料，动手制作多媒体的过程，充分发挥学生的学习自主能动性，以及增强学生探索性学习的能力和搜集信息的能力。 三、科研融入教学，教学提升科研 在课堂上，要想真正提高学生的学习积极性，加深对量子力学理论的认识，教师只讲授课本上的知识体系是远远不够的，特别是新知识日新月异，这些均需要授课教师不断吸取养分和了解本专业的前沿科学动态和研究进展，不断加强自身的科研水平，让教学和科研相辅相成，相互促进。 围绕“科研融入教学、教学提升科研”的理念，拓展和更新量子力学理论课的教学内容，在实施过程中，紧跟学科前沿发展，将自身的科研经历和成果，以及量子力学理论相关的学科前沿实例灵活融入教学内容的各个环节，形成水平高、前沿性强、内容丰富的课堂教学内容，这将会大大提高学生的学习兴趣。比如讲述海森伯测不准关系Δx・Δp≥？捩/2时，引入衍射极限这一物理问题，衍射极限本质上来源于量子力学中的测不准关系限制，是量子特性的一种宏观体现。 由于衍射极限限制了器件最小特征尺寸和加工分辨率，必须突破光学衍射极限才能进一步发展纳米光学和光子学，表面等离子体激元是目前解决这一瓶颈的唯一方案。进而系统地介绍表面等离子激元的基本原理，及其在光探测器、传感器、发光二极管及太阳能电池方面的应用。讲述电子自旋这一章节时，向同学们介绍材料界的新宠――电阻率超低、电子迁移速度极快，可以有效传导电子自旋的石墨烯，该材料卓越的性能令科学界普遍期待它能引领新一轮的电子元器件革命。引入科技巨头IBM公司制作的《一个男孩和他的原子》的微电影视频形象讲述自旋电子施法大数据存储，电子自旋的自由度得以被操控。当自旋电子学施展“魔法”，存储介质的体积将变得越来越小，而存储的容量却越来越大，甚至无限延展，真正一粒沙中存储一个世界。这种通过实实在在的研究案例让学生们清楚研究方法，加深对新知识点的理解，让枯燥的公式转换成形象的材料和器件，教学效果生动而富有启发性。 科研是充实教学内容、提高教学质量的源泉，同时也是培养创新性人才的必然需求。同时，教师在提升教学效果的同时，需要不断充实提升自己的科研水平，形成科研教学双促进，从而推动创新人才的培养和教学水平的提高。 量子力学论文:还原量子力学的真相 如果理性的科学家和有志于探索宇宙奥秘的人愿意抛开权威和传统的成见，冷静地思索以下内容，这将引爆人类科技时代的新思维且达到人类思想文明的大迁跃，这是历史的选择！当然了，追名逐利的人类从来就不缺少狂妄之徒，在网络和信息大爆炸的时代，一切都可能是幌子。拿什么来换取世人的理解呢？――天道自在人心。 量子力学和相对论是当代物理研究最尖端同时又是不可调和的两大理论。很多严谨的科学家和科技探索者已经发现目前世界最科学的物理学理论和实际的物理现象是格格不入的，甚至破绽百出。连牛顿和爱因斯坦这样的科学巨擘最终都陷入不可知论，在其学术后期都怀疑自己的理论并渴望从上帝那里获得最终解释。客观地讲，不仅相对论和量子力学，当今物理学绝大部分的科学悬疑，我都能够找到解密的突破口！几乎所有的读者都以为我在吹大牛，这是可以理解的。本人的物理学水平就是普通高中阶段甚至没有专业的学习背景。（曾经在跨学科的学术期刊发表过各类专业文章，都是如此）这一切是为什么呢？拥有一个崭新的宇宙观重新来审视我们的世界，一切就会变得简简单单。 现在切入本文的话题，量子力学的奥秘到底在哪里呢？一百多年前，自从普朗克提出光量子假说以来，世界上顶级的科学家们都在苦苦思索，量子现象的奇特性让所有的物理学家们不可思议，也无法解释。许多科学家提出不同的方案来解释这一切，如超玄理论、平行世界等等，都无法彻底圆融和贯通量子现象。更加有意思的是，一些科学人士借用佛学理论来解释所谓的量子现象，让佛学和量子力学越来越变的高度神秘和费解。哎！这到底是科学的无奈还是上帝的愚弄呢？ 以下，开解量子力学之答案。量子为什么有诸多神奇呢？只要知道量子的运行轨迹，所有的量子现象将会不攻自破。这可以让任何一个物理学爱好者立即明白。（真正的知识一定具有普适性）也就是说，量子现象非常之简单。我常常思考，为什么世界上那么多顶级的物理学家们都想不到呢？原因之一就是人类思维的固化，对前辈知识的盲目相信，潜意识里的思维定势导致无法认识到物质的真相到底是什么。还是感叹一句，量子现象一旦解密，物理学理论将会出现大面积的塌方，取而带之的是人类科技的日新月异。（曾经在【卷宗】（国家级科技期刊）上发表一篇文章“UFO的物理学原理和未来的发展空间”，并没有引起学者们的关注，实际上用新一轮的认识理论能够找到人类未来的新动力源以及宇宙飞船的动力核心。） 所谓量子只是一个物质微粒的表现体。科学家看到的量子只是一个显型模式，说到底量子的存在只是一种物质形式的存在表达，用微粒的说法只是更形象的接近观察到的现象。实际上说量子是微粒本身就是一个错误的概念诱导。（量子这个名称会让科学工作者潜意识中不自觉的带上思维定势，这也是量子力学的现象无法解释的原因。用既定的模式去寻找物质的真相，永远是死胡同。） 我们看到的量子运动，请注意了！到现在为至，人类物理学研究者都认为量子形成之后（或者说一个量子/光子被激发出来之后），在传导媒介里或者真空中继续以量子/光子的微粒-或者（微粒波）形式前进，而这就是所有科学家和物理学家的盲点。表面上看，科学仪器检测出来的现象是单个量子（或微粒波）在前进。是的，似乎看起来是单个量子在前进，而实际上根本不是！这就是颠倒乾坤的突破口。 胶片电影上的动画是连续的，而实际上是大量的胶片连接而成。检测到的单个量子现象在前进，其实是由不同的量子点组成的！（多么简单的事实！） 物理学家意识中一旦理解这个角度，量子力学的所有现象都会势如破竹。重点提示一下，实验中看到的量子现象都是被表现出来的，其实只是量子点的连贯状态。那么，量子是如何行进的呢？就像多米诺骨牌，量子也是一个个叠加出来的前进路线。无论量子和光子，在微观世界里都是统一的前进方式，这是宇宙变化的核心密码之一。（在天文学的宏观世界里呢？可怕的统一性还是存在的，只是时空的背景不同，变化也会不同）。 这里已经解开了量子力学的本质奥秘，余下的只是简单地和神奇现象一一对应。 量子和光子都是瞬间产生和瞬间消失的！！！？？光速是如何得来的呢？就是正负电子的撞击之后，产生一个能量波。而这个能量波可以推动下一个正负电子的撞击。（光子的形成有很多原因，但是都是被能量波冲击下的能量聚合反应。无论是正负电子撞击还是其它的原因，如当原子核电子外层电子从高能级跃迁到低能级辐射出来的光子，也是能量冲击波的效果。微粒世界的本质都是能量波的物理学语言的显示，而不是所谓的固态物质体的存在。也就是说无论正负电子、质子、中字、原子核都是物理学语言，而不是绝对量化存在。这个思维点要重新的认识）这么一假设，天大的物理学奥妙就解开了。其一 、光子之所以可以保持匀速运动的根本原因就破解了。其二 、光子的速度取决于两个光子之间的影响，所以才会有量子的速度远远超过光子的速度。量子的速度取决于单个量子形成模式，而绝不是和光子保持同样的速度。 一言以蔽之，所谓光速（或量子速度）取决于前一个光子/量子与第二个光子/量子之间的聚合速度。当然这种极其超短距离的聚合是无法检测出来的，但是可以从现象中推导出来。 爱因斯坦说光速是不变的和直线行走的，这都是假设出来的理论坐标。爱因斯坦无法想象光线的行进方式，无法解释光线在太空的弯曲现象，才利用时间弯曲而替代光线弯曲的说法。（爱因斯坦曾经说过引力会造成时空扭曲，光束接近高质量恒星就会发生弯曲。这里的只能先稍微说一点，所谓的引力不同就是物质的存在不同。引力既可以是波动的表达，也可以是物质的一种表达。实际上从爱因斯坦的质能守恒公式就可以看出来，物质本身就是一种引力。这个概念就是爱因斯坦本人和很多的科学家们没有意识到的思维转化，也是最需要体会之处――物质存在的真相）其实只要空间的密度不相同，或者光线行走的媒质不一样，光线的速度和方向就很有可能会改变。光速为什么在不同的媒介中速度不一样？是因为在不同的导体中光子的聚合难度和方式不一样，光纤中的光子路径就是明证。很多学者没有思考这些现象的根源，只是根据前人的思维来判定现象的合理性，当然无法给出确切答案。（物理学很多概念已经不适应未来科技的发展，这才是桎梏科技的最大瓶颈。） 光子/量子为什么有干涉现象，只有根据这样的推断才能够清清楚楚地解释出来。估计科学家们冷静地从这个角度去想一想，量子现象的神秘性都不需要更多的去解释了。 很多科学家和宗教家都在借用量子的随机性来神话量子的存在，似乎量子受自由意识支配，认为量子可以在任何一个点都有出现的可能。这是一个大错特错的逻辑无奈！量子出现在任何一个位置，绝不是取决于人脑的意识也不是取决于量子的自由意识，而是取决于观察者所给定的位置。如果给出量子可以到达的位置，量子就会以同样的状态出现，请注意了！这个量子是经过N个聚合生灭之后的量子，而不是刚刚被激发出来的量子。只要检测的位置到哪里，量子就会出现在哪里。再次重申！！检测位置是量子可以到达的位置，所以只要哪里检测，那里就会有量子！ 量子为什么有纠缠现象？量子纠缠就是量子波的形式对称，绝不是异想天开的意识控制。当第一个量子形成的时候，就已经决定最后一个量子的形成模式了。只要这个量子能量存在，就会永远纠缠。 量子为什么自旋？自旋是微粒冲击波聚合后的现象，微粒只有通过自旋才可以控制或者说被控制。（自旋可以改变量子波的状态，不同能量等级波之间会有引力大小区别）量子只有自旋才可以保持与其他微粒的距离和引力。任何的物质只有自旋才可以存在！其实一切存在都是自旋的。地球上的人也是自旋的，只不过跟着地球一起自转。而量子现象是一个终极的宇宙存在模式，不过是缩小板块而已。强调一点，任何物体只有自旋才可能存在，才可以在宇宙中保持和其它物质的区别。自旋的速度不同，才可以保持与其它微粒子之间的距离。通过这个现象，就能够轻而易举的揭开天体运动的规律。 再说个似乎天方夜谭式的假设――只要改变自旋的状态，就可以改变物质的存在形式。举个例子，任何物质只要靠近太阳，一切都会灰飞烟灭（太阳里的物质也只是检测出来的能量波形式）。这说明什么？一切的存在只是一种形式的组合，而绝不是物质的永恒不变性。无中生有的变化模式产生了一切。自旋的这种物理学意义一旦被关注，发明比导弹更快的飞行器只是个时间问题。自旋现象将又是一个科技的亮点，通过自旋还可以推导出物质存在的更多奥秘，这里就不多说了。 还要郑重说明一点，量子描述的微粒绝不是实际的物质，而是一种推算出来的现象点，也就是说量子世界到底是什么样的存在形式，我们人类是无法用感知觉直接观察出来的，而只是通过仪器检测出来的现象描述。这说明什么呢？所谓的量子（任何微观世界的微粒）只是存在（或者称为存在波）的运动凸显状态。量子是否可以再细分呢？当然是可以的，只要人类的科技不断的向前发展，一定还有更加细微的存在。（这与宇宙的边界有关）。现当代的物理学家们在思考问题中，无意识地以为量子是个物质化的点，这是潜意识的思维定势。如果看懂以上的意思，就会彻底解开量子/光子的波粒二象性问题。（任何现象都要有不同的时空背景来认识，才可以找到最终的解释） 任何微粒都是波动的形式，实际上地球上的物体乃至宇宙上的任何物体都是波动的形式。大家可能会笑话我，眼前的物体如果是波动的，一切不都混乱了吗？眼前物体的静止是因为我们同步处在地球上，如果将眼前的物体放大到宇宙的星系上去观察自己，我们就会跟随地球一起呈现波动的状态。（在时间和空间的大背景下，地球也会发生聚合生灭的。从这个点上说，地球的生命是可以推算出来的。常常异想天开，若是有科学家愿意同我合作，就能够推导出很多的物理法则来服务于全人类）量子力学的伟大在于可以观察到宇宙的核心秘密，因为量子态已经可以将宇宙的运动轨迹复述出来。不过，量子是瞬间消失和瞬间产生的，眼前的物质是相对稳定的状态。 再到微观的量子世界里去观察，所谓量子就是波动聚合的刹那生灭的过程。产生一个量子/光子，必须产生一个能量波来维持下一个量子的形成。从这一点说，佛学的宇宙理论和量子现象是契合的。但量子绝不会简单地受我们的意识控制。（意识是什么？需要看我写的书【宇宙的裂缝】，那里有简洁直白的体现） 客观地说，本人的物理知识是非常有限的，同时只要我看懂的量子现象基本都可以解释。其实只要理解上面所演示的量子形成模式和运行机制，这些问题科学家们一定可以比我有更加精准的认识。如著名的电子双夹缝试验，这是物理学历史以来最不可思议的现象。如果看懂以上的内容，就可以解开这个世纪之谜。任何内行的研究者一看就会明白！这里就不赘述了。（量子的特性告诉我们，量子只会自动用波动的形式寻找可行进的最近途径，与量子的随机性是一个道理。） 量子还有一些现象，比如说，对一个粒子的测量，可以导致整个系统的波包立刻塌缩，因此也影响到另一个、遥远的、与被测量的粒子纠缠的粒子，是需要解构物质存在的根本原理才可以更加精细的表达出来。这里只说明一点，微粒是系统的存在表达，只有波动形式的变化显示，而不存在单个量子的物质形态。提示一点，量子本身就是一种波的显示方式，所以任何的单个量子必须和周围系统状态保持统一场关系。一旦对单个量子测量，就会干扰到此量子的周围场力，自然立马塌缩的。（譬如，地球上的任何物体都受到磁场力的影响，只是这种作用明显和不明显而已。而量子之间有强大的影响力，是必须相互作用的。） 本文到现在为止，只是破解出一部分的量子现象，而更多的量子力学需要更加深层的理论基础的构思和重建，这里是不敢多说的。如果继续剖析下去，将颠覆所有的物理学概念。当然了，或许有很多人以为我在胡说八道，更多的科学家不屑于去认识这种新的宇宙观。可是这一种新的宇宙观能够解释几乎所有的物理现象乃至生命、文化，政治社会等等。如果有更大的讲台，我将从宇宙大爆炸的第一动力开始，推导出宇宙的边界，万有引力的理解，时间和空间的终极奥秘是什么？（本人更加希望可以直接面对科学家的提问和质疑），超越时空的认识能够为全世界的人类带来一轮新的意识流并在科技界带来翻天覆地的发展。举一个例子，如果知道地球的重力是什么？重力最终回归到哪里去？顺藤摸瓜地思考这些问题，就会推导出磁场力就是天然的反重力，而人类就可以找到和太阳能一样的取之不尽用之不竭的自然能。（这就是永动机的核心秘密） 不置可否，每个人的认识都有局限性，即便如此，也有理由相信以上有关量子力学部分的解析足以给科学界带来崭新的思路。为什么我可以推导出这么多奇怪的物理现象？或者有哪位科学家和宇宙探索者也想同样获得通天的启悟呢？这必须从宇宙的本质开始来分析，所有的答案才会有终结的解释。宇宙到底是什么真相呢？宇宙是意识的宇宙，宇宙是趋于和谐的宇宙，从这两个点出发，这个理论基础可以推导出宇宙和人类一切的奥秘。 量子力学论文:《量子力学》课程“问题导向型教学模式”探讨 摘要：掌握《量子力学》课程的基本理论和基本方法，是学生进入物理学前言问题研究和高新科学技术探索不可或缺的基础。文章结合这门课的特点以及人才培养的需求，在教学过程以“问题导向”作为切入口，将案例教学、视频、科研成果等融入教学过程，强化课堂小组讨论，推进实验教学，改进考核办法，从而为培养创新型物理电子应用人才打下良好基础。 关键词：量子力学；教学探讨；能力提高 1 引言 生产力的发展客观需要，推动人们探索微观世界的奥妙，掐指算来，量子概念的诞生已经超过整整100年。但随着科技日新月异的发展，可以毫不夸张地说，没有量子物理，就没有人们今天的生活方式。量子物理的应用已经渗透到现代化生产的许多方面，如半导体材料与器件，磁性材料与器件，原子能技术、激光技术等等。《量子力学》课程的学习已成为国内高等理工科院校“应用物理”“电子科学与技术”“光信息科学与技术”等专业的必修学科基础课。通过该课程的学习，培养学生辩证唯物主义世界观，独立分析问题和解决问题的科学素养，并为“固体电子导论”“光电子学”等后续课程的学习打下良好的基础。 2 对《量子力学》课程的探讨 《量子力学》涵盖了基础物理、数学物理方法、概率论、线性代数、矩阵等多个学科领域的内容，特别是基本概念、规律与方法与经典物理截然不同，不能凭借我们所熟悉的经典概念去证明。这些现状导致学生在该课程学习中感觉到难度更大。传统的课堂教学容易陷入纯粹的数学推导而忽略物理情景的建立。 种种现象表明，现存的“单纯授课式”教学方式不符合本课程的教学规律，无法实现其预定的教学目标，必须在各方面加以充分改进。目前，国内外对《量子力学》课程的教学方法已经作了大量的尝试和研究，提出了多种教学方法，如开发生动的多媒体课件、课堂分组讨论、模块化教学等。如何让学生在偏微分方程为主线的教学体系中，理解抽象的量子物理基本框架，并激发和保持学生的学习兴趣，是任课教师需要探索和实践的重要课题，值得花力气去研究。此外，随着时代的发展，量子物理所带来的新技术又层出不穷，大量前言研究成果脱颖而出，如量子通信，量子纠缠，量子密码等。如何将这些最近量子应用技术融入到日常课堂教学中，无疑对教师的教学能力、教学方法和综合素质以及学生的课程学习方式等都提出了更高要求。 问题既是学习的起源，也是选择知识的依据，又是掌握知识的手段，因此在教学实践的基础上，可以尝试以“问题导向”作为切入口，将案例教学、视频教学、科研成果等融入《量子力学》的教学过程，克服抽象的物理图景给学生带来的困扰，增强学生利用所学知识解释现实、分析问题、解决问题的能力，培养学生主动思考和实践创新能力，进而提高教学效果。鼓励学生根据自己的兴趣与基础，在教师的指导下进行专题研究，用现有的专业实验室条件，针对课程理论知识带着问题和专业的实践应用问题，在科研实践中加深知识的理解和运用，逐步提高其创新能力。 3 《量子力学》课程问题导向型教学实施建议 3.1 学习状态的调查与分析 量子力学可谓无处不数学，因此需要以无记名答卷调查和课间交谈方式，对学生的之前数学物理知识基础，学习兴趣等进行统计和分析，从而为制定合适的教学计划、选取恰当的教学内容和教学方式打下基础。如果没有对具体问题进行严格的数学推导，就无法真正深刻理解基本原理，量子物理的实际应用也就更无从谈起。课程系统学习之前，教师应该把知识点中可能运用到的数学知识梳理后作为参考资料发给学生，便于学生在平时练习中使用。 3.2 建立“问题为导向的交互式教学模式” 《量子力学》建立在众多假设基础上，抽象难懂，研究的是微观世界物质粒子的运动规律，与现实宏观世界差距较大，特别是一些规律与日常经验完全不同。不少同学甚至认为这门课程与今后自己的工作联系不大，毫无用武之地，因而在学习上没有积极性。这一情况的解决很大程度上取得于教师的问题引导设置是否有新意，是否足够吸引学生。教师需要精心设计，注重理论联系实际，强化知识的渗透和迁移。如从大家所熟悉的歌星周杰伦的成名曲《爱在西元前》改编版过渡到量子物理的发展，从太阳能电池过渡到知识点“光电效应”，从量子计算机过渡到知识点“态叠加原理”，从氢原子的斯塔克效应过渡到“微扰理论”等等。这些课堂问题的精心设计和引导从理性的角度让学生接受量子物理的基本思想，激发对课程的学习兴趣，在无形中培养他们理性思维、逻辑思维、创新意识和推理能力，也势必会加深学生对知识模块的理解。 采用提示启发与组织学生小组讨论相结合的方法，对本课程中重要的概念和有争议的问题进行研讨，多为学生提供自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，有利于学生知识框架的自我构建。教师在讲解过程中需要注重物理思想的阐述 量子力学论文:基于“PBL教学法”的量子力学课程的教学改革初探 【摘 要】以培养具有科学探索精神的创新型人才为目标，结合我校电子科学与技术专业的实际问题，分析了工科专业量子力学课程的教学特点，提出了基于“PBL教学法”的教学改革设计方案，讨论了量子力学课程教学改革方面所作的一些有益的改革尝试，极大地调动了学生学习量子力学课程的积极性，由过去的被动学习逐渐改为自主学习，并有效地提高了学生结合理论知识解决实际问题的能力。对于理论性较强的其他课程也可以起到示范作用，具有较强的理论指导意义和推广应用价值。 【关键词】PBL教学法；量子力学；电子科学与技术专业；教学改革 量子力学与相对论的提出，被称为20世纪物理学的两个划时代的里程碑。特别是量子力学的创立，揭示了微观物质世界中物质属性及其运动规律，造就了20世纪人类科学技术的辉煌，推动了原子能技术、航天航空技术、电子技术等方面的发展，并开辟了光子技术的诞生之路，将人类社会推进了信息时代。通过量子力学课程的学习，可使学生掌握量子力学的基本概念和基本理论，具有利用理论知识分析和解决实际问题的能力。量子力学课程的突出特点是理论性强、抽象难懂，在课程教学中需要特别把握好这些抽象理论知识的“入门教育”，把握得当，会达到事半功倍的效果。 根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》的文件精神，提高质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求。应适应经济社会发展和科技进步的要求，推进课程改革，提高课堂教学质量，充分调动学生学习积极性和主动性，提高学生的创新意识和创新能力。因此，在近几年量子力学课程的教学改革实践中，针对量子力学教学中出现的学生自主学习热情不高的现状，结合量子力学的课程特点，立足于提高学生学习积极性和培养学生科学探索精神及创新能力，提出了基于“PBL教学法”，即基于问题学习（Problem-Based Learning）、以学生为主体的量子力学课程教学改革的研究，摸索出一套行之有效的教学方案。 1 “PBL教学法”设计方案 “PBL教学法”是一种基于问题学习的教学方法，将学习置于复杂的有意义的问题情境中，激励学生积极探索隐含于问题背后的科学知识，实现知识体系的建构和转化，同时鼓励学生对学习内容展开讨论、反思，教师则以提问的方式推进这一过程，最终使学生在一个螺旋式上升的良性循环过程中理解知识，实现学习的不断延续，以促进学生解决问题、自主学习能力的发展，以及创新意识和创新能力的提高。具体设计模式如图1所示。 图1 “PBL”教学法设计模式框图 与传统教学方法相比，“PBL教学法”对教师备课和教学实施过程提出了更高要求。 1.1 PBL教师备课 （1）确定问题。问题是PBL的起点和焦点。问题的产生可以是学生自己在生活中发现的有意义、需要解决的实际问题，也可以是在教师的帮助指导下发现的问题，还可以是教师根据实际生活问题、学生认知水平、学习内容等相关方面提出的问题。 （2）提供丰富的教学资源。教学资源是实施PBL的根本保障。随着网络课程、精品课程体系的建设，教师可以利用网络课程为学生解决问题提供多种媒体形式和丰富的教学资源。 （3）对学习成果提出要求，给学生提供一个明确的目标和必须达到的标准。 1.2 PBL教学实施 （1）学生分组。学生分组后，要让每个小组清楚地知道自己所要承担的任务，问题解决所要达到的目标，也要确定好小组内每个成员具体的任务分工。 （2）创设问题情境、呈现问题。布朗、科林斯等学者认为，认知是以情境为基础的，发生在认知过程中的活动是学习的组成部分之一，通过创设问题情境可吸引学习者。 1.3 PBL案例分析 例如，在讲到微观粒子的波函数时，有学生认为波函数是经典物理学的波，也有学生认为波函数由全部粒子组成。这些问题的讨论激发了学生的求知欲望，可以通过分组进行小组内讨论，再将讨论结果进行小组间辩论，最后老师对各小组讨论和辩论的观点进行评述和指正，实现学生对一些不易理解的量子概念和原理的深入理解。 2 用量子物理发展的渊源吸引学生 量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系相距甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理截然不同，但它们之间又不无关联，许多量子力学中的基本概念和基本理论是类比经典物理中的相关内容得出的。因此，在量子力学教学中，一方面需要学生摒弃在经典物理学习中形成的固有观念和认识；另一方面在学习某些基本概念和基本理论时，又要求学生建立起与经典物理之间的联系以形成较为直观的物理图像，这种思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。此外，这门课程理论性较强，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。教学实践证明，针对以上教学中发现的问题，应特别注意用学科理论自身的魅力吸引学生，通过尽可能还原量子力学早期的发展过程，让学生自己去体会量子力学的基本概念是如何建立并逐步完善的，最大限度地激发学生学习本课程的热情，也有助于学生深入理解教学内容。 3 抽象理论形象化，与学生深入探讨 量子力学课程的突出特点是抽象难懂，对此我们进行了探索。例如在量子力学教学中，“任何实物粒子都具有波粒二象性”是教学中的难点和重点。如何理解波粒二象性？我们可以先从光的波粒二象性入手，通过“光电效应”实验引出问题，通过总结光电效应实验的特点，发现与经典理论之间的严重矛盾，并通过诸多矛盾引出了爱因斯坦的光量子理论和光电方程，进而深入探讨光的本性和实质。随着内容的深入，我们可以进一步提出：波粒二象性是光子和一切实物粒子的共同本质，而且波动性和粒子性这两方面必有某种关系相联系。并顺理成章的指出物质波的概念和德布罗意关系式，从最基本的假定出发作出类比推理，理论的独创性给人深刻的印象。 在此，还可以以学生的口吻提出两个问题。 问题1）物质粒子既然是波，为什么人们在过去长期实践中把它们看成经典粒子并没有犯什么错误？ 我们可以通过实物粒子子弹的德布罗意波长的求解找到答案，这是由于普朗克常数h是个小量，一般实物粒子的德布罗意波长λ=h/p很短，短到可以忽略不计。 问题2）在什么情况下可以近似的用经典理论来处理问题？在什么情况下又必须顾及运动粒子的波粒二象性？ 进而作出解答，一般来说，当运动粒子的德布罗意波长远小于该粒子本身的尺寸时，可以近似的用经典理论来处理；否则，需要用量子理论来处理。 这种层层深入，带着问题寻找答案的教学方法符合逻辑思维，学生很容易接受，将抽象而复杂的问题形象化、简单化。 4 联系量子力学的未来发展激发学生求知的渴望 尽管量子力学是以微观世界为研究对象，但它对我们日常生活的影响却非常大。例如，在当今科学界还提出了量子通信的新概念，是实现完全保密的最佳通信方式，直接导致引领现今量子信息理论和研究的热潮，代表着21世纪信息技术革命―量子通信技术的发展方向。教师可以鼓励学生对与量子力学紧密相关的实际应用技术进行调研，打消学生学习量子力学“无用化”的顾虑，激发学生自主学习的热情。 5 结束语 近几年，针对量子力学教学中出现的实际问题，结合量子力学的课程特点，我们提出了基于“PBL教学法”的量子力学课程教学改革的研究，取得了一些成效，对于理论性较强的其他课程也具有较强的理论指导意义和推广应用价值。 量子力学论文:量子力学一位实验家的探索 本书作者长期从事量子力学的实验研究。不同于传统量子力学教材中正规、抽象的讲述，作者倾向于进行生动、具体的物理学讲解，以便满足不同学科学生的需要和兴趣。作者善于使用直白的语言来解释一些难懂的概念。他考察了量子物理学的近展，包括贝尔不等式、位置、光子偏振的相关性、物质的稳定性、宇宙力、几何相、AharonovBohm和AharonovCasher效应、磁的单极、中微子振荡、中子的干涉测量、Higgs原理以及弱电标准模型等。本书自成一体，内容包括量子力学传统的课题，也包含了必要的原子和分子结构的基础知识。本书的主要内容来自作者在加州大学伯克利分校给一年级研究生讲课时编写的教材，该教材后来成为加州大学的通用教材，它包含了160多个具有挑战性的习题，通过这些习题阐明了一些物理概念，也向学生提供了检验他们知识和理解能力的机会，习题答案可以在网上（/commins）查到。 本书共25章：1. 引言；2. 数学综述；3. 量子力学的规则；4. 基本定律与和波动力学间的关联；5.量子力学规律的进一步说明；6. 一维波动力学的后续发展；7. 角动量的理论；8. 三维波动力学：氢原子；9. 对束缚态问题的时间无关近似；10. 微扰理论的应用：氢原子的束缚态；11. 相同粒子；12. 原子的结构；13. 分子；14. 物质的稳定性；15. 光子；16. 非相对论带电粒子与辐射间的相互作用；17. 微扰理论中的其它课题；18. 散射；19. 特殊相对论和量子力学：KleinGordon方程；20. 狄拉克方程；21. 相对论自旋-1/2粒子与外部电磁场的相互作用；22. 狄拉克场；23. 相对论电子、正电子和光子之间的相互作用；24. 弱相互作用的量子力学；25. 量子测量问题。每章的结尾有练习题。书的末尾有3个附录、引文的出处、参考书目和主题索引。 本书著者Eugene D. Commins是美国加州大学伯克利分校物理系的退休教授，是该校优秀的研究生导师。他的主要研究领域是实验原子物理学。他是美国国家科学院（NAS）院士，美国科学促进会（AAAS）成员，美国物理学会（APS）成员。他曾多次获得教学奖，包括2005年美国物理学教师协会颁发的奥斯卡金奖，这是对有杰出贡献的物理教师的最高奖。他发表过不少论著。不幸的是，本书出版后不久，作者去世了（1932-2015）。 本书的内容在许多方面与其它的量子力学教科书不同。传统的量子力学大多是在直角坐标或极坐标中讨论或展开量子力学问题，而本书较多地在希尔伯特（Hilbert）矢量空间探索量子力学问题，还利用了与传统量子力学的对应关系，数学工具不同，因此对量子力学各种关系的表征也不同。本书是物理系大学生和研究生的教科书和参考书。也是物理学家有价值的参考书。 刘克玲，退休研究员 （中国科学院过程工程研究所） 量子力学论文:意识与量子力学的内在关系 摘 要 量子力学与意识之间具有复杂的内在关联性，在量子力学中，意识被赋予了引发波函数塌缩的因果效力，并作为测量过程的初始条件由始至终地影响着对物理对象的客观描述。在意识研究中，建立在经典力学基础上的传统研究路径遭遇到无法摆脱的困境，需要引入量子力学来为自身提供全新的科学说明，这些说明形成了量子力学视域中的意识研究的三条主要路径。 关键词 意识 量子测量 波函数塌缩 神经活动 意识与量子力学原本分属于两个完全不同的学科，前者是心灵哲学与认知科学研究的对象，后者是物理学的前沿领域。随着意识问题在当代科学背景下，已经成为了哲学、心理学、物理学和认知神经科学等分科科学共同关注的焦点，意识问题的跨学科特征也日益突显。运用不同的学科方法来解释和说明意识问题，成为一种研究的必然趋势。许多的心灵哲学家和物理学家认为，意识和量子力学之间有着密切的关系。他们主张，不仅量子力学需要意识的参与以保证描述物理世界的完整性，意识研究也需要引入量子力学来突破现有的困境。 1 意识在量子力学中的位置 意识在量子力学中的作用主要表现两个方面，一是在量子测量中，意识作为测量过程的初始条件，由始至终地影响着对物理对象的描述，二是意识引发波函数塌缩理论。 第一，意识与量子测量。经典力学认为，只要在测量过程中，具备明确的初始值，根据一系列基本粒子的初始位置和速度，就可以实现对事件的准确预测，揭示出世界的真实状态，并且，其测量结果不会受到观察者意识的影响。因此，就某种程度而言，经典力学中观察者的行为同样是被决定和可准确预测的，观察者的心灵与观察者本身的原子构成的经典态被视为相等同。但是，在量子测量的过程中，这种测量过程和结果的客观严格决定性和确定性会发生改变。依据标准的量子力学思考，以玻尔、海森堡等人为代表的哥本哈根学派认为，测量和观察在描述物理实在的过程中具有十分重要的作用。在量子测量的过程中，测量的结果会表现出一定的不确定性，即每一次的测量结果都不相同。这种不确定性主要来自观察者的意识和测量工具在每一次测量过程中所产生的差异性影响。“量子力学并不描述物理实在本身，而是描述物理实在出现的概率，而这种概率取决于观察者的观察。”①量子力学的产生从根本上改变了观察者在测量过程中的地位。 测量问题研究的是一个处于经典态的观察者是怎样在一个量子世界里存在的问题，量子世界描述了不同态的叠加，但是人类主体对世界的知觉和描述却属于宏观层次上的经典态。所以，在维格纳、斯塔普（Henry Stapp）等物理学家看来，人类主体对经典世界的经验为什么以及怎样从量子世界中突现中出来，是量子理论要解决的根本问题之一。在量子理论中，人与微观领域的物质和能量同处于一个测量过程，观察者的意识会对测量的结果产生直接的影响，使测量结果表现出一种主客体不可分割的特征，正如海森堡所说，“自然科学不是自然界本身，而是人和自然界关系的一部分，因而就依顺于人。”②量子力学所揭示出的物理实在以几率波的形式呈现，并且只有在观察者的意识参与到测量过程进行观察时才会出现。在测量过程中，观察者的意识是量子力学所描述的物理实在本身的基本前提，自始至终都决定着测量的结果。因此，量子理论不是关于描述客观物理实在本身的知识，它从一开始就包含了观察者意识这一因素。量子理论实际上是由人类主体意识通过对物理对象的观察得到、并经过认知加工的知识。但是在经典力学中，情况则恰恰相反，人类主体同测量过程和测量结果截然分离，有意识的主体与客体对象之间有明确的边界。 第二，意识引发塌缩理论。冯・诺依曼在其1932年的著作《量子力学的数学基础》中首次提出“意识引发塌缩”理论（consciousness cause collapse proposal，简称CCCP），受到维格纳和斯塔普的支持。该理论认为，“测量”仅仅发生在有意识的观察者和波函数相互作用的基础上，所以仅从量子力学的角度来描述世界是不完整的，一个完整、科学、系统的描述应该包含意识状态对量子力学的影响，而塌缩就是在有意识的观察者的心灵同其它系统的纠缠中发生的。“量子力学的规律是正确的，但是有一个系统有可能要用量子力学来说明，这个系统就是整个物质世界。有一个不在量子力学之内的外部的观察者，这个观察者就是人类（和动物）的心灵，它在大脑上执行测量并导致波函数的塌缩。”③持这种观点的哲学家和物理学家，如查尔默斯（David Chalmers）和洛克伍德（Michael Lockwood）认为，“塌缩动力学为交互论说明敞开了大门”。④同时，他们也认为意识能够从某种复杂的大脑物理状态中突现出来，从而具有引发波函数塌缩的因果效力。 当然，“意识引发塌缩”理论实际上还面临许多问题。例如，意识引发塌缩是在什么时候发生的？是否仅在有意识的观察者参与的测量过程中，意识才会引发塌缩？根据现有的宇宙知识，早期宇宙的量子状态并不是一个意识的本征态（eigenstate），在宇宙产生的最初的三分钟里，也没有一个有意识的观察者在观察一切的发生。如果宇宙最初的那个状态是根据薛定谔所提出的规律而演化出的早期宇宙状态，那么一个与有意识的观察者的存在相关联的本征态就不可能产生。第一次的塌缩需要有意识的观察者出现才能产生，但是有意识的观察者的出现则需要更早状态的塌缩才能产生，塌缩与有意识观察者出现的先后顺序问题的不确定，直接导致意识引发塌缩不可能开始的结论。尽管，“意识引发塌缩”理论受到了许多科学性和哲学家的支持，但是他们并没有为该观点提供一种可靠的论证。并且，这一理论和作为主流说明的多世界理论相悖。多世界理论认为，波函数是对于整个宇宙的完备描述，它是一种基本的物理实体，从不塌缩;并且，量子测量不需要意识的参与，把意识引入到物理说明中，只会使实在论遭遇到危机。 尽管对于意识在量子力学中的位置尚无定论，但是已经有越来越多的物理学家和哲学家参与到这一争论中去，比如维格纳、斯塔普、查尔默斯等人，他们关于意识在量子力学研究中的作用的积极讨论，已经表明，意识是量子力学研究中不可忽视的一个重要问题。 2 量子力学视域中的意识研究 早期的量子力学研究者如普朗克、玻尔、薛定谔等人主张，意识研究应该引入量子随机性来解决与决定论之间的矛盾，此后，量子力学视域中的意识研究开始兴起。我们将首先说明为什么意识研究要引入量子力学，然后论述用量子力学研究意识的三条主要路径。 2.1 为什么意识研究需要引入量子力学 还原的唯物主义的观点以经典力学的决定论、还原论等原则为立论的基础。决定论认为，质点是真正的实在，只要给出质点的位置和动量，那么，依据一定的初始值，自然和人的行为就可以被准确地预测。还原论主张，一切高级运动形式都可以还原为低级、基本的活动形式，把这种方法运用到意识研究中就是把意识这种大脑的高级活动形式还原为最基本的大脑神经活动，以达到揭示意识本质的目的。传统的意识研究建立在这种理论基础之上，而意识问题的关键在于，意识的主观特征该如何进行有效的还原，并且使被还原为神经活动的意识仍然能够具有说明主观感受的完备性呢？这一问题被查尔默斯称为著名的“意识困难问题”。 “在经典力学中没有任何支持‘感受’存在的逻辑上的依据。它是一个理性封闭的概念系统，它的原则只有在决定事物的位置和运动的时候起作用，这个系统局限于一个狭小的数学框架内，不涉及任何现象性的性质。”⑤这就是说，在以经典力学为基础的认识论框架内，并没有人的主观感受的存在地位，经典力学以排除意识问题来实现自身体系的完整性。一种排除了意识存在地位的理论如何能够解决意识问题？这显然是令人怀疑的。 因此，彭罗斯（Roger Penrose）、斯塔普等物理学家认为，如果对意识的研究仍局限在经典力学的框架内，意识问题永远不可能得到解决，我们必须在一个全新的框架内说明意识和大脑活动之间的关系，而量子力学的引入，能够为我们提供新的研究视角。 2.2 量子力学视域中意识研究的三条路径 意识是由大脑神经活动基于某种动力学而实现的过程，由于它涉及到微观层面的化学和电子现象，因此，对它的描述必然要涉及到量子理论。从而，我们可以把意识看成是一个发生在大脑微观世界中的特殊的量子力学现象。持这种观点的物理学家和心灵哲学家认为，“意识是一种对神经反射的直接认识，这种神经反射是通过已知的量子事件突然实现的。”⑥根据目前的研究，量子力学对意识的说明可以分为三条路径。 第一条路径是运用相关的量子力学概念，如量子叠加、塌缩等原理与意识活动进行类比来达到说明意识的目的。在说明的过程中，不需要涉及复杂的运算，也不需要将具体的概念运用到具体的情境中。这种方式的说明仅仅是一种概念上相似性的类比，因此本质上不是对意识过程的科学表征，并不能真正揭示意识的本质。 第二条路径是运用具体的量子力学概念来揭示神经生理学的过程。通过这条途径，量子力学对意识的相关特征做出了说明。 第一，用玻色―爱因斯坦凝聚态说明意识的高度整合性。个体在反观当下的意识状态的时候，大脑中会呈现一幅统一和谐的意识场景。例如，当某人在上课的时候，因为听到窗外的音乐而想起了某部电视剧的情节、大脑中会浮现电视剧的场景和人物、甚至是当时的天气，同时，他的耳边又传来老师的讲课声，同时他的右手正在做着笔记。于是，他所有的感官都被调动起来，在大脑中形成了一幅统一但富有情节跳跃性的场景。这幅场景完整且丰富，个体无法把它自行分割，也就是说，大脑中所呈现的统一和谐的意识场景不能被分割成他正在听音乐或者他正在做笔记这些构成意识内容的元素而独立存在。同时，随着老师的突然提问，他形成的意识场景被打破，继而思考老师提问的意识场景，或者随着窗外音乐声的停止，他的意识场景转换成了另一幅图像呈现在大脑中。不论意识的内容如何改变，他的意识状态总是统一且不可分割的整体。 玻色―爱因斯坦凝聚态是一种全新的物质状态，即不同活动水平的原子在温度极低的条件下会凝聚在一起而具有统一的特征。当这些原子处于静止状态时，它们以无序的方式排列，一旦它们受到外界的刺激，并且细胞的能量因刺激而达到某个临界水平时，它们就会一致性地被激活。这种神经元的激活能够波及整个大脑，并产生一致的量子电场。玻色―爱因斯坦凝聚态的过程机制恰好能够说明，分布在不同脑区且活动水平各异的神经元活动怎样能够协同行动，以支持一个完整统一的意识场景的产生。 第二，用测不准原理说明思维的量子化特征。EEG （Electro Encephalo Gram）实验已经证实，思维过程在本质上具有量子化的特征。思维过程与量子过程的变化有诸多相同点。例如，当一个人在回忆多年前，在某节印象深刻的课堂上被老师提问自己所做的回答时，大脑中许多与当时场景相关的模糊要素都处在被调动的潜在状态中，例如当时的天气、情绪状态、问题的内容、他的回答、同学们的反应等。当他把注意力刻意集中到其中一个记忆片段，如当时回答问题的紧张状态上，准备仔细回想和再现曾经回答过的内容时，他会发现在回忆的过程中常常会遇到困难。对当时所回答内容的记忆会变得不如刻意集中注意力之前那样清晰和完整，甚至试图回忆起来的思路也会消失而被其它的思路所取代。在未刻意回忆时本来清晰完整的回答，反而在集中注意力之后变得模糊，甚至原先的回忆思路也被打乱，最终导致意识场景发生改变。这一特征能够用海森堡在1927年所提出的“测不准原理”来说明。 “测不准原理”表明，一个微观粒子的物理量，如位置和动量、时间与能量等不可能同时具有确定的数值，如果在一对物理量中，其中一个量的值越确定，那么另一个量的值就越难以确定。就思维的特征而言，被刻意关注的回忆类似于电子的二象性中的粒子性而具有“位置”，在刻意集中注意力之前的潜伏性的整体思路，就像电子的二象性中的波而具有“动量”。两者不能同时清晰或者同时确定，而只能确定一个。 第三条路径是一种关于量子力学的普遍性理论，其代表人物是玻姆（David Bohm）和斯塔普。玻姆等人提出一种“新实在论”的观点。他们认为，意识和物质不是两个根本性的实在，物质和意识只是从隐序的基本实在中投射到显序中的投射物。斯塔普持类似的观点，并提出了建立在过程本体论上的意识观点，即最本质的实在元素是现实场合（actual occasion），而不是物质或者心灵。现实场合可以把心理的和物理的特征紧密地联系起来。这样，心物直接互动的观点就被他在更为深层次的基础上提出的心物关联的约束集合（constraint set）所取代。 3 结论 量子力学与意识看似毫不相关，但实际上却是一对具有多重内在关联性的奇妙的搭档，两者的交叉研究极大地拓展了彼此的理论视域，其背后的形而上学基础是一种交互二元论。从交互二元论的角度出发，意识被赋予了引发波函数塌缩的因果效力，并作为一种测量过程的初始条件由始至终影响着对物理对象的客观描述。并且，意识研究中量子力学的引入，突破了长期以来用经典力学规律说明意识问题所遭遇到的瓶颈，为意识的高度整合性等特征提供了有力的科学说明。随着交叉学科的纵深发展，意识与量子力学的内在关联性将会得到更多的揭示。 量子力学论文:Hilbert 空间和量子力学 本书以完整和自成一体的方式详细阐述了非相对论量子力学的数学基础和它们所需要的数学理论，它们是为了使量子力学系统化而由David Hilbert， John von Neumann 及其他的一些数学家所开创的数学物理分支。 自量子力学诞生以来，该领域的许多先驱都曾向Hilbert请教有关数学问题。Hilbert从1926年开始系统研究量子力学的数学基础，并在1926-27年曾经讲授过“量子理论的数学方法”。按照他和他的助手Johnvon Neumann等的观点，适用于量子力学的数学框架就是在1927年由一种抽象的数学结构所确定的空间。1926-1932年von Neumann证明了Hilbert空间算符的许多定理，于1932年撰写成非常著名的 “量子力学的数学基础”一书，Hilbert空间中的线性算符作为量子力学数学基础得到了公认。 量子力学和Hilbert空间算符是物理和数学概念之间完全对应的罕见实例之一。不幸的是，量子力学许多教科书中关于这一方面的内容几乎被完全忽视了。发生这种情况的主要原因是，在物理学家群体中，Dirac的量子力学远比Johnvon Neumann的量子力学流行。 Dirac的方法几乎不需要多少数学，很多概念缺少严格的数学定义。实际上，处理量子力学要求比Hilbert空间更普遍的数学结构。但是在Hilbert空间中量子力学更迷人，因为从中可以更清晰地看到数学结构如何以一种必然方式与物理理论联系在一起。 很多关于基础量子力学的著作不加证明地使用Hilbert空间算符理论的结果，而许多关于Hilbert空间算符的著作不处理量子力学。本书的目的不是完整地处理Hilbert空间算符，而是在完全的数学精度下讨论量子力学原理，并尽力追溯它们所赖以建立的实验事实。对于量子力学的处理是公理化的，其定义都是从以数学方式所证明的命题得到。本书不要求读者具备量子力学知识，仅从初等分析出发发展数学理论，详细给出了涉及的所有的证明，使本书很容易被仅有大学数学和物理知识的读者接受。对于自学也是非常理想的。 本书是一部纯理论著作，可以被分成几个部分用于多种课程。 全书内容分成20章：1. 集合、映射、群；2. 度规空间；3.线性空间中的线性算符； 4. 正规空间中的线性算符； 5. 扩充实线； 6. 可测集合与可测函数； 7. 测度； 8. 积分；9. Lebesgue测度； 10. Hilbert空间； 11. L2 Hilbert空间；12. 伴算符；， 13. 正交投影与投影值测度；14. 对投影值测度积分；15. 谱定理；16. 单参量幺正群和Stone定理；17. 对易算符和约化自同构；18. 迹族和统计算符；19. Hilbert 空间中的量子力学； 20. 非相对论中的位置与动量。 与量子力学密切相关的数学领域或物理类高年级大学生和研究生、泛函分析的研究人员和研究生以及物理学家会对本书感兴趣，他们可以看到抽象的泛函分析预言如何把量子理论所用的明显不同的方法引向统一。 丁亦兵，教授 （中国科学院大学） 量子力学论文:工科非物理专业“量子力学”教学初探 摘 要 本文主要针对微电子科学与工程专业学生的数学和普通物理基础通常比较薄弱情况，对“量子力学”课程教学进行初步探讨，以求激发学生学习的积极性，提高教学质量。 关键词 微电子科学与工程 量子力学 教学探讨 量子力学作为当代科学发展最成功的理论之一，它主要研究微观粒子的运动规律，与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学是学习固体物理、半导体物理和微电子技术等专业课程的重要基础，已经成为很多理工科专业最重要的必修基础课程之一。其体现出的研究和对待新事物的思想和方法，对学生学习其他学科和毕业后从事其工作均有很好的指导和启迪作用，对培养学生的探索精神和创新意识及科学素养亦具有十分重要的意义。 量子力学理论与学生长期以来接触到的经典物理体系和日常生活常识相距甚远，尤其是处理问题的思路和手段与经典物理更是截然不同，但二者又是科学上的继承和创新的关系，许多量子力学中的基本概念和基本理论是从经典物理中的相关内容类比而来的。因此，在教学中一方面需要彻底打破学生在经典物理学习中已经形成的固有观念和认识，另一方面在学习量子力学某些基本概念和基本理论时又要求学生建立起与经典物理之间的联系，以形成较为直观的物理图像，这种思维上的冲突导致学生在学习这门课程时困惑不堪。同时，微电子科学与工程专业学生由于数学和普通物理基础比较薄弱，众多学生陷于烦琐的数学推导之中，导致学习兴趣缺失。那么，在教学量子力学时，应如何激发兴趣，提高教学质量呢？ 一、学习量子力学发展史，激发学生的求知欲 兴趣是最好的老师，量子力学课程的第一节课讲授效果对学生学习量子力学的兴趣影响很大，所以量子力学绪论课的讲解直接影响到学生对学习量子力学这门课程的态度。作者主要通过列举早期与量子力学相关的诺贝尔物理学奖，以及量子力学中奇特的现象来抓住学生的兴趣。诺贝尔奖得主历来都是世人瞩目的人物，处于网络时代的学生当然也会有所关心和理解，而且他们的主要工作在量子力学这门课程中都将会一一介绍，这样通过举例子的方法强调了量子力学在自然科学中的重要地位。同时也为学生探索什么样的工作才可以拿到诺贝尔奖留下悬念，逐渐消除学生对量子力学的恐惧感。通过介绍四大经典力学，引导出量子力学和大家熟悉的经典物理学的关系，并结合经典物理学史上出现的困难和解决过程，让学生深入了解量子力学发展史。这样一方面可使学生对量子力学的形成和建立的科学历史背景有深刻了解，有助于学生厘清经典物理与量子理论之间的界限和区别，加深他们对量子力学基本概念和基本理论的理解；另一方面，可使学生对蕴藏在这一历程中的智慧火花和科学思维方法有一全面的了解，有助于培养学生的创新意识及科学素养。 在授课过程中，在介绍量子力学发展史上一些著名科学家的简历，如爱因斯坦，海森伯，薛定谔等的同时，适当地量子力学发展史上的大事记，比如第一颗原子弹爆炸，第一个晶体管的发明等。通过介绍这些学生熟悉的人物及相关事件，有助于促进学生对量子力学课程的兴趣，在听故事的过程中了解量子力学的诞生，通过讲述量子力学与经典物理学的关系，让学生明白量子力学是现代物理学基础之一，在微电子科学与工程后续课程固体物理、半导体物理等学科的发展中它都有重要的意义和应用。 二、加深对物理概念的把握，帮助学生找寻学习方法 量子力学课程的教学和学习需要线性代数、概率论、高等数学、数理方法等数学课程作为的数学基础，而在微电子科学与工程专业学生的数学基础比较薄弱，从而对量子力学产生畏惧心理，影响对后续课程的学习。在物理学中，数学只是用来表述物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，教师不能将深刻的物理思想淹没在复杂的数学形式之中。因此，在教学过程中，教师要着重于加强基本概念和基本理论的讲授，把握这些概念和理论中所蕴含的物理实质。对一些涉及繁难数学推导的内容，在教学中刻意忽略具体数学推导过程，着重于使学生掌握其中的思想方法。例如：在一维势垒问题的教学中，对于数学方面的问题，只要求学生能正确写出入射粒子能量和势垒高度不同关系情形下三个区域薛定谔方程、记住其结论即可，重点放在该类问题所蕴含的物理意义及对现成结论的应用上。 三、改革教学方法和手段，加深学生的理解 “量子力学”课程本身实验基础薄弱、理论性较强，物理图像不够直观，一味采取灌输式教学方法和长时间的板书推导，学生势必感到枯燥，甚至厌烦。长期以往，必然挫败学生的学习积极性，使得学习效果大打折扣。作者在教学过程中通过采用类比的方法构建物理图像使学生对一些难以理解的概念和理论形成较为直观的印象，从而形成深刻的记忆和理解。取得了不错的教学效果。结合图形、影像等多媒体手段，模拟实验全过程。借助有关的教学软件，通过对真实情景的再现和模拟，可以让学生重复观察模拟实验过程，增加师生之间的互动，调动学生的积极性，加深学生对所学知识的理解。例如：在讲述微光粒子的波动性，借助电子衍射实验图像类比讲解波函数的统计解释和态叠加原理时，使用多媒体动画，我们可形象地展现电子一个一个打到屏幕上最后得到衍射图样的过程。通过减弱电子流强度使粒子一个一个地被衍射，粒子一个个随机的被打到屏幕各处，显示电子的粒子性；但经过足够长的时间，所得衍射图样和大量电子同时衍射所得图样一样，显示电子的波动性以及波函数的统计解释，可以加深学生的印象，理解其物理意义，同时也容易激发学生的学习热情。通过比较电子和经典粒子的波长，说明为什么在日常生活中难以观测到粒子的波动性，加深学生对微观粒子波粒二象性的理解和掌握。若使用传统板书手工绘制，不仅速度慢而且不准确，直接影响教学效果。 四、结束语 微电子科学与工程作为电子学的一门分支学科，主要是研究电子或离子在固体材料中的运动规律及其应用，以实现微米和纳米尺寸下电路和系统的集成为目的。针对这种情况，在授课时应注意介绍量子力学和微电子科学与工程的联系，尽可能进行知识的渗透和迁移。课堂教学过程是一个不断探索、总结和创新的过程。要实现量子力学这门课程的全面深入的改革，还有待与同仁一道共同努力。 量子力学论文:研究生教育课程高等量子力学教学改革 摘 要 研究生阶段既是知识深化的学习过程，也是科研能力培养的过程，学习知识为科学研究打下基础。本文从现阶段研究生授课模式存在的问题出发，探讨了高校研究生高等量子力学教学的必要性，在教学过程中引入研究性教学模式，提高教学质量，使学生在掌握量子力学基本原理的基础上，综合素质能力、科研创新能力得到极大的提高。 关键词 量子力学 教学改革 创新能力 研究性教学 自上个世纪80年初期恢复研究生教育，我国的研究生教育进入了蓬勃发展的时期。①随着我国高等教育的发展，研究生教育规模的也迅速扩大，研究生教育质量已成为一个全社会关注的焦点问题。我国研究生的素质关系到国家的未来发展，研究生教育是为国家培养现代化建设、发展科技培养高水平、高层次人才;研究生教育是我国站上世界知识经济高点的重要支持;同时也是高校实现由教学型向研究型转变的重要基础。研究生教育不同于本科生教育，研究生教育不仅包含课程教学，同时包含了社会实践、学位论文等诸多环节。②然而作为科研能力、自主创新能力发展的基础――课程教学不仅要传授知识，更重要的是要指导研究生思考，是提高研究生培养质量的根本。 研究生教学质量是整个研究生教育的一个重要部分，如何合理利用现有教学资源条件，使得研究生教学质量能够稳步提高，则成为研究生管理的首要解决问题之一。自上个世纪80年代以来，高等教育改革逐渐兴起，其主要目标就是培养创新型人才，教育界越来越多地关注教学方法创新研究。首先，研究性教学，是一种能有效引导学生主动探究、培养学生创新能力的教学方式，引起全世界各地的教育及其相关部门的关注。目前，教育部实施研究生科研创新项目研究计划， 现在全国已有100多所大学参加这项计划。其次，在过去的几十年中，国内外在总结以前高等教育成果与不足的基础上，以培养创新型人才为教育主要目标，对原有的传统高等教育模式进行了改革。 自从20世纪50年代美国施瓦布教授首先提出学生的学习过程和科学家的研究过程是一致的以来，研究性学习引起了人们的广泛关注，提出了各种相关的理论。③④⑤ 然而，现在国内的高校课堂教学大部分都是基于传统教学模式：教师教学――课堂讲授为主的教学模式。而研究性学习，则主要是以研究问题为基础、由学生主动提出问题、并设计解决方案、解决问题，并在这一过程中获得知识、培养相应的能力，基于此中方式来展开教学与研究的教学模式在国内现有的教学理念与教学资源条件下，应用并不广泛。尤其是在相对较为抽象难懂的理工类课程如量子力学课程教学中应用更是甚少。⑥研究生教育主要是培养学生的科研能力与素养，首先要在“研究”的培养上下功夫，而研究生课程教学正好提供了这一平台。在本文中主要以高等量子力学课程教学为主要研究内容，探讨如何进行课堂教学改革。 自1978年国内恢复研究生招生制度以来，高等量子力学就被列为物理系各专业研究生必修的学位课程之一，同时高等量子力学也是报考博士研究生的考试科目之一，在原来本科阶段“量子力学”的基础上进行深化和拓展，主要是提供学生在后学研究工作中要用的一些知识和方法。量子理论已经成为解决物理学、生命科学、信息科学和材料科学等理论问题的关键。 量子力学作为一门微观物理课程，与经典物理学相比，有一个很明显的差异：其中很多理论很难与日常生活和经验对应，涉及的理论、概念非常抽象，同时涉及非常多的数学知识，如（线性代数、Hilbert 空间、群论、数学物理方法和复变函数等），内容繁多，知识结构广泛，使得学生理解起来有非常大的困难，同时容易诱使学生陷入复杂繁琐的计算，而失去对量子力学学习的兴趣。目前，从我校物理系硕士研究生的实际情况来看，学生的量子力学知识水平参差不齐，有的学生以前没有学习过量子力学，有的学生学量子力学学时非常短，同时每个研究方向对量子力学的需求也不尽相同。 因此，量子力学成为教师公认难教的课程、学生公认难学的课程。 高等量子力学的教学效果将直接影响学生以后的科学研究创新能力与论文水平。为了培养研究生日后的科研能力，我们主要从教学内容和教学方法上进行了改革探讨。 在教学内容上，结合本校教学时限（48学时）和本校学生的特点、学生的研究方向，主要目标是将量子力学的知识应用到其它领域，避免冗长的理论计算，激发学生的创新热情。重点学习量子力学的形式理论、微扰理论、对称性和守恒定律、量子散射理论等。 在教学方法上，根据学生的知识基础和教学内容的特点，改变传统的教学方式，采用学生为主的教学方式。传统的教学方式主要是以教师讲授为主的灌输式、填充式，由于量子力学本身的特点，这些教学方法对量子力学的教学实效非常有限。一方面，一个主角的表演使得本身比较枯燥的量子力学课堂毫无生气，学生面对复杂繁琐的数学推导，思维跟不上教师的节奏，学生的学习热情下降。另一方面，学生本身的角色没有改变，自主学习、自主思考没有可锻炼的平台。教师考虑到自然科学的特点，一定要从知识的传承角度出发，这样教师要去贯彻启发式的教学方式。学生学一门课，学的是前人从实践中总结出来的间接知识。一个好的教师，应当引导学生设身处地去思考，自己是否也能根据一定的实验现象，通过分析和推理去得出前人已认识到的规律？自然科学中任何一个新的概念和原理，总是在旧概念和原理与新的实验现象的矛盾中诞生的。⑦作为教师，要充分利用新旧理论的矛盾提出问题，让学生思考问题，并设计一套完成的解决方案。在量子力学的课堂教学中，笔者结合实际情况，主要采取的是学生讲授为主、教师辅导的方式。尽管学生对量子力学知识的理解有限，但是一方面可以促使学生在课前预习;另一方面学生为了准备一堂课，要查阅相关资料，这样就可以极大地提高学生查找资料的能力，拓展学生知识面。作为教师，从学生讲授中也可以得到一些启发，诸如学生对一个问题理解的切入点与教师理解的不同，从而教师可以调整日后的课堂教学，使得课堂教学的内容从抽象化为通俗。 将科学研究融入到课堂教学，也是实现课堂教学改革的有效方式之一。研究生不仅要学习知识，更要的是做科学研究，寓教于研同样可以提高教学效果。在课题教学中，针对一个主题，在讲授基本知识的同时，更多的引入与之相关的前沿知识，并要求学生设计相关的问题，展开调查研究，以论文、学术报告的方式提交研究成果。通过此种方式，研究生的科学研究能力得到锻炼，创新思维能力得到培养，符合我们培养创新型人才的目标。 本文结合本校研究生的实际情况以及量子力学学科特色，我们主要从从教学内容、教学方法两方面探讨高等量子力学课程的教学改革。随着我国高等教育的发展，研究生课程教学改革还有待进一步地深化，这样才能提升我国研究生教育的整体水平，为祖国的发展培养更多的人才，日益增强国家的综合国力。