工程问题的概念范文

导语：如何才能写好一篇工程问题的概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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第一步：就是在收集资源的时候，给顾客进行有效的沟通，通过讲解食谱（见附录）、化验单（检测结果）、运动饮食指导达到收集顾客信息的目的，同时，又拉近了顾客与员工的感情，给顾客留下了良好的印象，巧妙的留下上门预热的由头。

第二步：第一次预热，即上门预热。以送《洪昭光教授的大型科普巡讲录》为由头，拜访顾客。说是预热其实还是和顾客沟通，我们知道沟通是双向的，即参与谈话的双方都得进行交谈、沟通。但我们一定要注意，第一次上门预热沟通应该有所偏重，即我们要充分了解顾客，这就要求我们在沟通中占主导地位，多问，让顾客多回答。 我们需要了解顾客的信息包括：年龄、病症、保健意识、文化层次、爱好、原工作单位、经济收入、子女情况、现服用何种保健产品、效果如何等等。本次预热时间不要太长，控制在15~20分钟即可。结合顾客的病症，把重点内容画出来，同时暗示顾客下一次送电影票的时候要把书拿走，督促顾客看，然后礼貌告辞。

第三步：第二次预热。此次预热和发电影票同时进行，其实还是沟通，询问顾客是否看了小册子，如果没看，督促其赶快看，等明天看电影的时候把书带过去。如果看完了顾客询问了，我们就简单地向其渗透核苷酸的知识。由此，我们可以看出在本次沟通中重心发生了转移，即让顾客了解我们，了解我们公司，我们的核苷酸，但要注意我们在顾客家中千万不能大讲特讲。如果讲得太多，就把顾客讲跑了，他就不敢参加我们第二天的会议了，这就叫做预热过度。另一情况是预热不充分，如果顾客没问，我们就要提醒他，引导他看。比如说，叔叔，我送您的巡讲录有关糖尿病的那部分内容看了吗？没有，叔叔那您赶紧看，它与明天咱们的电影内容有关，您先看看，到时间有助于您理解，同时，咱们现场还有有奖知识问答。叔叔，把书上的这些内容记住，到时候回答问题，还能得到一份精美的纪念品呢。

如果顾客看了，但看得比较粗糙，没有表现出明显的兴趣，这时候我们还是要引导他，告诉他说：“叔叔您看了我们的小册子，应该了解了糖尿病产生的根源了吧？对，就是基因受损，葡萄糖基酶基因、线粒体基因、胰岛素基因受损，也就是说细胞内的基因受损，是导致糖尿病的根源，怎样从根源上控制和治疗糖尿病，这就靠核苷酸、寡核苷酸了。核苷酸是小分子核酸。咱们平时吃的大米、馒头、肉类中含的都有核苷酸。它是人体细胞的核心物质，能修复受损基因并能稳定血糖，调节新陈代谢，全面控制并发症的发生。另一个需要您特别注意的是寡核苷酸能消除耐药性，且具有一定的抗癌功效。比如说叔叔您吃了 ‘平糖宝’一段时间后，感觉治疗效果不如以前明显了。这就是您的机体出现了耐药性。咱们的寡核苷酸能解决这个问题，同时呢，咱家用的是微波炉，它对人体的辐射很厉害，寡核苷酸还有一定的抗辐射作用。叔叔您了解了这些，对于您的糖尿病的预防和阿姨高血压的预防都有很好的指导作用，对吧。

如果顾客吃过核酸，了解核酸，这时候我们就可以给他多讲一些，把我们的产品本身的核心优势都讲给他听（盒子上面的七大卖点）同时也可以在顾客家里面做实验，以证明我们产品的优势（见促销篇）。

需要说明的是每个地区的人都有每个地区的地域性格，有的地域的人群性格开放、豪爽、明朗，我们在其家中预热时就可以多讲，有的地区，比如西北地区的人性格很保守、谨慎，那我们就不要多讲，不能过分暴露，否则的话，就可能导致他们不来参会。但总的来说，我们在预热过程中要把握一个“度”字，因地制宜，适可而止，过犹不及！

最后再强调一下预热过程中的细节：

1、收集资源时的预热（见资源收集）

2、上门预热前，一定要打预约电话，打电话的时候，要明朗、殷勤、热情“喂，您好，胡生仁叔叔家吗？”（是）“叔叔，您好！我是小赵，今天早上在公园给您测血压，送食谱的小赵，叔叔还记得吧？”（记得）“叔叔，是这样的，在公园里咱俩聊得挺投缘的，看您很关心自己的健康，我特地向公司申请了几本《洪昭光教授的大型科普电影巡讲录》，里面的内容挺好的，尤其是对糖尿病如何从根源上预防、治疗和保健，写得很详细，我想给您送一本看看，顺便再跟您聊点保健知识，叔叔，您上午有时间还是下午有时间？”（上午9点钟有空还是10点钟有空？）“那行，叔叔我等会就过去，大约9：30到您家，叔叔咱家在……（重新核对详细住址）叔叔，呆会见。”

我们要注意，如果顾客问我们现在在哪，我们千万不要说在公司，就说一个离他家很近的地方，意思是马上就到，否则，顾客要么有事要出门，要么就嫌太麻烦我们了，就会拒绝上门，导致预热失败。

3、在寻找顾客的过程中，有些顾客家不好找，一定要记住，“路长在嘴上”，勤问，不要放弃。或者在打预约电话的时候，核对顾客住址的时候，询问顾客怎么走，他家周围有什么明显标志，以节约时间。上完楼梯，要在顾客家门口停上半分钟，待呼吸平静后，敲门三下，或按门铃一次，等待开门。开门后，我们一定要面带微笑，热情大方的打招呼“胡叔叔，您好，您吃早饭了吗？”进门后，不要动，哪怕人家屋里面是水泥地，也一定要请求换鞋后再进，如果主人执意不肯，这才进去。这样做，第一突出礼貌，留下好的印象，更重要的是消除有些顾客的后顾之忧：把我们家的地弄脏了，走了又得拖。一旦顾客有了这个想法，压根听不进去你在讲什么，不能很好的与你沟通。

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关键词：系统工程 民用飞机 需求确认 专家意见

中图分类号：V37 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（b）-0066-03

在民用航空研制领域广泛使用的ARP4754A，民用飞机系统开发指南，推荐将系统与外界的接口需求以协议的方式形成机载系统规范。系统规范的具体形式包括工作说明、计划、手册、需求文档、接口文档或合同[1]，是完整和详细的系统接口描述。从本体论的角度来看，系统规范就是机载系统的知识本体，是该系统“共享概念模型的明确的形式化规范说明”[2-3]。除了该系统内部的系统工程师，共享这些知识概念的专家还包括适航代表，飞行员代表，软硬件工程师，系统验证工程师和其他相关系统的系统工程师等外部人员。以上所有专家会在飞机研制的不同阶段分别参与到该系统的确认过程。ARP4754A建议使用模板/检查单、用户操作场景描述和原型建模等确认方法来保障系统规范的正确性和完整性[1]。这些方法在实际操作过程中普遍存在着以下问题：

（1）模板订制（裁剪、扩展和修改）缺乏依据。

（2）检查单项目含义模糊，难以判断。

（3）用户操作场景描述不准确或相关条件尚未确定。

（4）原型建模受问题特点的制约，使用范围有限。

因此，作为上述方法的重要补充，各类专家会根据各自的工作职责针对性地提出问题作为专家意见，参与到系统需求的确认过程中。汇总的专家意见是系统利益相关人对该系统的客观要求，是飞机设计评审中的重要参照，是飞机研制过程向前迈进和适航取证的必要条件，是决定民机项目成功的关键因素。所有系统工程师都很重视这些意见。不过，由于专家知识背景不同，描述问题的角度和层次不同，系统工程师如果直接纳入这些意见和反馈进行系统规范开发就会产生知识冲突。综合分析以上情况，本人提出以专家意见为主线的机载系统需求的确认方法，在一个新的系统工程框架下实现理论与实践的结合。

1 专家意见驱动的需求确认方法

系统规范的开发是一个迭代的过程，一开始就需要确定知识领域和系统范围。这将会涉及到以下基本问题：

（1）该系统规范覆盖什么领域？

（2）该系统规范用来干什么？

（3）该系统规范能回答哪些类型的问题？

（4）谁使用和维护该系统规范？

从本体论的角度看，专家意见就是一系列基于系统规范代表的领域知识模型应该能够回答的问题，即“资质性问题（Competency Questions）”[4]。它能够有效确定系统知识的广度和深度，可以用来评价和比较现有的不同系统规范，也可以作为以后需求确认的有效参照。

系统规范草案出炉之后，部门会先组织内部评审。一般情况下，系统规范都会参照以往机型相似系统的设计文件和航空业适用于该系统的指导规范。一个容易出现的错误做法就是把系统规范与行业指导规范做比较，找出两者的差异，然后研究出现差异的原因和减少差异的措施。这种做法没有抓住问题的关键。行业指导规范大多不是强制标准，不针对任一机型，允许不同机型参考并根据需要进行裁剪，扩充和修改。这种适应性修改的依据，不是看与行业指导参考规范的差异，而应该是看能否满足飞机设计和适航的各种需求。

系统规范草案通过了内部评审就会进行外部评审。一般的做法就是把系统规范的草案分发到相关专业和适航机构，要求同行评审。这种做法也有问题。首先每个飞机系统都有一套独立的术语系统来保证描述的一致性和准确性。要让其他专业背景的系统工程师在短时间内理解和掌握这套新建的术语系统是有难度的。另外，由机系统间的有机联系，从系统开始研制的相当长的时间内，系统规范的输入都没有办法完全确定，送审的系统草案本身也是不稳定的。草案不成熟蕴含的术语不一致性，会导致外专业评审人员从字面无法理解概念，提出的问题包含大量要求澄清概念的情形。当本系统工程师不得不花费时间和精力向外专业工程师讲解系统规范这个版本中的术语概念时，也注意到这些外部专家对概念的初步掌握对系统规范本身的质量提升一般不会起到很大作用。而实际上，外部专家并不真正关心这些概念。他们的最终目的在于确认能用系统规范中的概念表达他们感兴趣的问题并能推导出合理的外部结论。

通过对以上两种做法的分析，可以得出以下结论：系统需求的确认必须以专家意见为依据，以及确认的本质在于让专家明白系统规范能够表达他们关心的问题并能进行有效推理。因此，一种更好的确认方法是，系统工程师通过搜集专家意见来确定系统范围，并利用系统规范建立的领域知识模型来直接表示和解答专家意见，从而避免外部专家对系统规范的字面理解。以下分三个步骤来介绍这种需求确认方法的具体操作过程。

2 搜集专家意见

从系统研制启动就可以准备搜集专家意见。搜集问题可以从最简单的问题开始，然后逐步变得复杂。问题必须是具体的，要能够直接标识到飞机系统，设备，软件加载项或者硬件接口。问题需要有代表性，不必穷尽。

按问题来源，专家意见可以分为内部意见和外部意见。内部意见来自软硬件工程师，具体可以参考ARP4754A，4.6.1节“系统过程与配置项过程的信息流”。[1]来自诸如适航代表，飞行员代表，系统验证工程师和其他相关系统的系统工程师等系统外部人员的意见称为外部意见。需要特别注意的是系统验证工程师的尽早介入。系统需求的验证工作是在系统设备试验件提交之后，系统验证工程师按照既定的试验大纲进行试验并逐个确认是否满足预期结果。不过，为了尽早暴露问题，提高系统需求的可验证性，避免验证工程师误解系统概念导致的试验问题和不必要的进度延误，试验大纲也将作为专家问题的重要来源。

根据表述类型，专家问题又可以分为以下四类：[4-6]

存在性问题。某个对象是否存在？专家问题里涉及的概念需要明白无误地与特定飞机系统或部件对应。比如驾驶舱显示器的燃油简图页画面上有没有表示燃油温度的指示标识。

属性的问题。对象的属性是什么？通过某个飞机系统或系统部件找出所有的内在属性。比如，高升力系统的襟翼张开的角度是多少。

关系的问题。两个对象之间是这个关系吗？在不同状态下，要求明确给出不同系统或系统部件之间的关系。比如，在飞机单个发动机飞行状态下，哪些飞行画面要优先展示给飞行员。

推理的问题。回答这样的专家问题需要基于一定的规则或逻辑推理。在实例化系统或系统部件属性之后，可以根据这些数据进行有意义的推理。比如，在航电的IMA资源分配的时候，在保证现有平台资源安全冗余的条件下，能否为飞控系统的某驻留功能分配20 ms的周期性运行时间。

专家问题的提出不依赖任何目标系统规范的知识，只要是对专家所在系统的研制有意义就可以。专家问题需要由相关部门进行正式的认定和签发，确实代表该部门对目标系统的实际要求。

3 解答专家问题

在确立系统架构进行系统设计过程中，系统工程师就可以利用规范里的术语来表达专家意见，以衡量系统规范的成熟度。系统工程师通过列写出专家问题中的重要词汇，与搜集到的参考资料中的概念进行分析比较，可以判断这些参考资料的复用程度和使用价值。[5-6]

系统规范写好后，大多数专家问题都应该得到了解决。当然，考虑到专家的知识背景和特殊的观察视角，系统工程师不可能完全理解专家意见中所有词汇的含义。这需要和有关专家进行沟通，进一步挖掘用户和客户需求。不过，这与让专家学习系统规范不同的地方在于，系统工程师在理解了问题含义后，转换成自己熟悉的系统专业词汇来回答对方专家认为重要的问题，而不是学习对方词汇来进行表达和推理。在双方都在描述同一个知识领域的前提下，这点是可以在短时间内做到的。

上面已经提到，解答专家意见的过程就是利用新建系统规范的概念表示问题，并用定义的属性和关系对问题进行推导的过程。简单的问题，一句话就可以说清楚。对于复杂的情况，则可以使用用例/故事，描述操作场景，编写具体算法或者测试用例的方式来说明。某些特定的复杂问题还可以借助Enterprise Archtect，Rational Rhapsody或CATIA等CASE工具，用UML/SysML模型或数字三维模型来回答问题。例如，在IMA的资源分配过程中就可以利用UML对驻留应用进行建模并利用内置算法来自动优化计算和通信资源。对于保真度要求较高的问题，还可以使用模拟器仿真。比如，评估驾驶舱显示方案就可以在驾驶舱模拟器中进行，让飞行员和有关专家身临其境地评价和比较不同显示方案的优劣。

让专家仅凭阅读文档就表决通过一份系统规范是不现实的。以上各种手段的目的都是尽可能直接地向专家展示系统规范的表达能力和令人满意的推理结果，让对方相信他们关心的问题能够利用系统规范得到解答。具体做法上，在系统规范和问题演示材料准备好后，先发送给对方专家并进行多次面对面或者邮件沟通，尽可能地达成一致意见。对于有分歧的部分，则可以由部门出面组织研讨会，讨论修改意见或者解决办法。在飞机研制的重要评审会上，不仅要把定型的系统规范分发到相关专家和项目负责人，还要汇总说明各类专家问题的解决情况。对于影响较大的遗留问题，还需要在评审会上进行单独讨论。

4 总结经验/教训

专家意见的搜集和解答情况不仅仅标志着系统规范的成熟度，还体现着系统工程师对用户需求理解的深度和广度。每个问题的成功解答都是一个进步。即便系统规范还会随着飞机研制的深入而变更，问题的表述方式会变化，但原理和实质不会变。之前通过表达和解决问题与专家达成的共识仍然有价值，解决问题的方法也可以借鉴的。而且，解决专家问题的过程也是和专家互动的过程。良性的沟通可以与专家建立了令人愉快的工作关系。

不可否认的是，肯定存在着某些问题不能得到很好表示或者推理无法令对方满意的情况。对方专家指出的演示过程中的不合理部分将激发系统工程师对现有系统规范中的架构设计和需求描述方式的深入思考。对于有争论问题，可以组织更高层级或者更大范围的讨论，听取更多人的意见。确实有问题的要修改，即使系统规范要推倒重来，也是值得的。在概念和开发阶段就发现问题并纠正，避免在验证和生产运营阶段出现更为严重的错误，这正是系统需求确认活动的意义。[1]

专家意见的解答方法可以写成工程协调纪要，以备将来参考和复用。一些解答问题的方法，例如算法，模型和原型等，都可以作为系统后续设计的重要参考。另外，解决的专家问题也是培训员工迅速了解本系统领域知识和工作方法的有效的第一手学习资料，可以帮助新员工或者刚接手相关事务的员工尽快上手，提高团队工作效率。

5 结语

民用机载系统需求的确认是一个复杂的过程。一方面要多领域专家共同参与，广泛听取各方意见；另一方面，要有专门的术语系统，维护规范的内部一致性和准确性。这就需要从系统工程的高度进行顶层设计。本文提出以专家意见为纽带构建一个框架：内部由系统工程师维护一套一致的、可自我辩护的术语体系；外部则让不同角色的利益相关人都能在自己的知识层次上提出问题，并通过系统工程师的演示来确认在系统规范的知识体系内确实可以找到问题的合理解答，满足预期的接口需求。本文提出的方法汲取了本体论研究成果，能够较好满足现有的航空工程实践基础的要求。

参考文献

[1] SAE，ARP4754 REV.A，2010. Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[Z].

[2] Borst，W.N.Constructing of Engineering Ontologies.PhD thesis， Institute for Telematica and Information Technology， University of Twente， Enschede， The Netherlands[Z].1997.

[3] Gómez-Pérez， A.Knowledge sharing and reuse. Handbook of Applied Expert Systems. Liebowitz， editor， CRC Press[Z].1998.

[4] Gruninger， M. and Fox， M.S. Methodology for the Design and Evaluation of Ontologies. In： Proceedings of the Workshop on Basic Ontological Issues in Knowledge Sharing，1995，IJCAI-95， Montreal[Z].

[5] Gruber， T.R.A Translation Approach to Portable Ontology Specification[J].Knowledge Acquisition，1993，5：199-220.

[6] Uschold，M.and Gruninger，M. Ontologies：Principles，Methods and Applications[J].Knowledge Engineering Review，1996，11（2）.

[7] RTCA，DO-178C，Software Considerations in Airborne Systems and Equipment Certification[Z].2012.

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关键词：工程力学 习题课 职业教育 基本原则

从教34年，对《工程力学》一课的教学方法有一些初浅想法，尤其在习题课的安排上，有自己的方式方法，一点管见，仅供同行们借鉴和参考。

一、当前习题课存在的问题

总的来说，按教学大纲要求，各技校都设有工程力学习题课。但是，对习题课的地位和作用的认识仍不甚一致，对其教法的研究还很不够，从而导致习题课的质量高低不齐，乃至引起一些欠妥的做法。

（一）趋向于减少或取消习题课

1.有人认为目前技校学生学习工程力学能听懂课，但做题比较困难，这一现象的基本原因是学生基础差、底子薄。为解决这类矛盾只能增加讲课时间，要多讲例题。因此，有些教师采取压缩习题课来增加讲课时间。

2.有的认为习题课增加了学生的依赖性，而且课上教师的作用不大，只是被动的回答问题。因而教师和学生都没有兴趣。

3.教学大纲要求的内容多；讲课时间紧。因为挤掉一部分习题课的时数。

（二）把教师主导作用和学生独立解决问题对立起来。

1.把习题课是培养学生独立分析和解决问题的过程理解为要求学生独立解决问题。因此，衡量一次习题课质量是以解题数目多少为准。

2.在进行方式上，有的认为“不宜帮助过多”而忽视了引导作用。课堂上变成“教师看，学生做”，“学生问，教师答”，而对学生做题后，是否完全理解注意得不够。还有的教师把习题课变成小考试，课上还不准看书。

3.把教师作用理解为“课内以教师活动为中心”。习题课成了变相讲课，向学生灌输各类例题，进行“题海战术”。这种现象，在新参加工作的教师中更为多见。

二、习题课应注意的几个问题

习题课实际上就是一次在教师指导下的课堂练习题。它的目的是巩固学生学得基础知识和培养运用这些基础理论知识分析、解决问题的能力。也就是说，习题课是通过解题方式进行的教与学的过程。教师可以从下列几个方面进行指导：

（一）通过提问和讨论有意识地启发和引导学生注意基本概念的理解和巩固，注意各种不同表现的形式与讲课内容起呼应作用。这一点常常是学生做题后不善于归纳和明确的，需教师帮助和启发。

（二）正确引导学生遵循合理的思考方法和解题步骤，就是培养逻辑推理的能力，使之能够找出简捷思考路线解决比较复杂问题。

（三）运用并发展所学的基础理论。坚持“基础理论――分析解决实际问题――概括总结并发展提高”的原则。

（四）对个别学生给予具体帮助。习题课也是检查知识（水平）的一种形式。通过教师和学生面对面的了解（提问、巡视、观察学生解题等），就可以知道学生掌握知识的水平如何，基本理论是否已经理解和巩固，建立新的概念体系时思考路线是否正确，解题步骤和思维方法是够正确。从而，能够及时的发现缺陷，给予有益的帮助。

三、选择习题的基本原则

习题课的目的和意图主要是通过做题来达到的，所以，慎重选题是上好习题课的先决条件。

选题时，应首先自习进行教材分析，明确划分讲课与习题课的界限，确定习题的具体意图。并把复习题、课内题、课外题统一考虑。下面分别加以叙述。

复习题：主要指基础理论知识方面的思考题。它应针对基本概念、原理、工程实际中的约束及其受力分析方法等，其目的在于帮助学生消化和理解讲课中的基本概念，掌握具体结构的受力分析方法。所M行的实践，一般不宜过长。

课内题：应该对基本理论起巩固作用，并能发展学生对它的理解和运用能力。具体应考虑以下几点：

1.密切配合讲课内容，每一个中心概念都应有一定的题目来概括。

2.题目应能保证所选内容对深入理解基本理论是有帮助的，并且有一定的解题技巧。

3.题目应具有思考性，能引起学生的思考和分析，易于引起讨论和多种解题方案的比较。

4.每一题目应具有明确的目的性，一个题目中不宜过多的集中几个不同的内容。

课外题：是课内题的继续。不宜再提高或过多增加题的复杂性。

四、习题课的进行方式

没有良好的方式，不可能保证达到习题课的预期效果。应该指出，习题课的方式是比较灵活的，要根据每次课的具体内容选择适当的进行方式和程序。总的来说，选择方式应满足下列要求：

1.习题课应以在教师指导下学生的时间活动为中心。在课内应保证有一定的个人做题时间。

2.使学生思维处于积极状态，能积极的体现出教与学的过程。

3.不只以学生解出题目为满足，重要的是教师在习题课中能确信学生已充分领会到应掌握所有的概念、公式、原理的意义以及学生对问题的分析能力有所发展。

一般来说，习题课的基本形式可分一下四个步骤：1.就有关理论知识进行提问；2.学生解题；3.教师在课堂上巡视，检查学生解题情况并进行必要的指导；4.进行讨论。

提问：是对所学有关理论知识的检查，提出的问题应根据习题课的意图和题目内容事先确定。提问时间一般在5～8分钟。对初期习题或某些内容较难的题目，不应忽略在解题前的提问和口述回答解题方法与步骤。这种提问，可以使学生按教师的引导思考问题，学习分析解决题目的方法和步骤，发展已学的概念、原理（指应用）。这种提问可使教师了解学生对题目的理解程度和运用基本理论分析解题方法的能力，指导学生如何按正确思考路线解题。

作题：课堂上的大部分时间是学生在独立作题。他们初步尝试如何解决实际问题，此时，不只是分析解题的方法、步骤，而且要在纸上做出正确答案，这就在独立工作的道路上迈出几步。此时，教师在课堂上巡视，发现存在的困难给以及时的帮助，同时，也要注意那些共同的错误和缺点，以便组织讨论。

讨论：课堂上的大部分时间都是学生独立讨论。其目的是，是要通过它启发引导建立正确的解题思考路线，检查题目的答案，集中讨论不同的解题方法，并通过所讨论的题目总结巩固讲课中的基本概念。这样，就可以使学生在独立作题中得到的体验加以深化和扩展。

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关键词:工程力学;教学内容;问题：对策

工程力学是一门应用广泛的专业基础课,在工科类中等专业学校教学中有着重要地位.学

生普遍反映工程力学难学,研究如何根据工程力学的教学内容和教学特点进行课程教学,是一

个需要反复探讨的课题. 而在目前本科院校的工程力学教育中,面临着诸多困难,主要表现在教学内容多、教学时数少、教材不规范、生源素质总体较低和学生学习积极性不高等问题,给教师的教学带来了诸多不便。因此,围绕工程力学教学目标进行教学改革,迫在眉睫。

一、工程力学的概念

工程力学的某些概念、理论和分析方法,相对于物理力学来说,进一步深入并且更接近工

程实际.例如物理力学着重单个物体的受力分析,工程力学则着重物系的受力分析.物理力学

对静参考系分析运物,而工程力学要对静、动两个参考系分析运动.又如对物体系统进行受力

分析时,有的学生总是习惯把物系拆开,而不是先从整体分析,有需要再拆开,分析问题的思路

和方法仍停留在物理力学的概念和分析方法上.因此,针对这些问题,教师要帮助学生认清学

习中的“台阶”,指导学生认识工程力学中所研究的力学模型和物理力学中的不同之处.帮助学生进行分析和对比,使学生明确不同的力学模型,相应地需要用到不同的概念、理论和方法.

二、工程力学教学存在的问题

1.教材内容不够丰富

目前,工程力学教材内容层次差别不大,无法满足不同专业、不同层次学生的学习需求。教材是教学的根本和重要依据,选好教材对提高教学质量是非常重要的。目前我院校所用教材基本上是本科教材的压缩,忽略了教学的特点。对于不同专业、基础水平参差不齐的学生采用统一的教材,不但忽视了不同层次学生的差异,更忽视了院校学生就业渠道多样性的特点。教材内容偏重逻辑性,忽视应用性。

2.教学课时设计不合理

绝大多数院校都把教学重点放在专业课的教学和职前的实训上,基础理论课教学课时减少,削减了工程力学理论分析部分,使学生只知其然不知其所以然,降低了学生理论分析的能力。

3.教学方式老套

这种教学方法以教师为教学活动主体,学生只能当被动的听众,师生间的互动性差。学生无法表达自己的观点,无法及时将自己的疑问传递给授课教师。教师无法实时了解学生学习上存在的问题,无法及时为学生解惑,授课效果不佳。

4.学生积极性不高

力学是数学的化身,力学是由数学演变而来的,两者联系紧密。要想学好工程力学,须数学基础功底扎实。目前在我院校中,很多学生在工程力学开课之前已经侧面了解到工程力学难学,与数学联系紧密,且考试通过率低,无形中给学生造成了一定的心理压力。数学基础差的学生,存在抵触情绪。

三、工程力学教学问题的对策

1.改革教材,优化教材内容

学校的教学目的是培养面向生产一线的技术应用型人才,课程内容的侧重点应放在培养学生分析解决问题的能力上面,而不是一味地强调基本技能和技术训练。教材内容应围绕以掌握概念为基础,以强化应用为重点,以分析计算为手段的中心内容展开,结合专业特色,对教材内容进行重组、删减、拓展,优化教材内容[2]。

2.将传统板书与多媒体教学结合进行教学

我校工程力学的教学方式采用多媒体教学手段,将文字、图片、声音、动画视频融为一体,展现在课堂上,打破沉闷的学习气氛,改变过去传统板书的单调教学模式。但是多媒体教学也不是万能的,多媒体放映教学时,翻页比较快,教学内容缺乏连贯性,要求学生的注意力比传统板书教学更集中,容易引起学习上的疲劳。而好的板书,能够有效反映教学内容之间的关系,使学生直观地比较前后教学内容,提高学习兴趣。因此,在工程力学教学中发挥各自的特长,可以达到更加理想的教学效果。

3.帮助学生端正学习态度,激发学习积极性

在学校,大部分学生理科基础薄弱,在没有学好高等数学、大学物理等课程的情况下,一听到要开设工程力学这门课,就紧张害怕,存在抵触心理。在学习工程力学时感觉知识点难以掌握,从而导致畏难、厌烦的情绪。如果发现此类情况,教师不能一味地埋怨学生,而要端正他们的学习态度,打消他们对课程的偏见,帮助他们重拾信心。

4.改革考试形式,提高学生综合素质

长期以来,院校工程力学考核的唯一形式就是限时笔试,试题的类型基本上是例题的翻版。这种规范化的试题导致部分学生“平时学习不努力,概念原理全放弃,期末突击去做题,考试通过没问题”,考试成绩与学生的实际水平相差甚大。因而,必须对现行的考核方式进行改革。将学生的总评考试成绩采用多形式、多方面进行考核。

四、结束语

目前,我院工程力学教学存在诸多困难,而改革是社会发展的必然趋势,作为我院的教师,必须努力提高教育、教学水平,不断更新教学理念,不断改变教学方式与方法,不断优化教学体系,提高教学质量,为我院工程力学教学改革上新台阶,为社会培养实用型人才做贡献。

教学中教师要用科学辩证的立场、观点、方法来处理工程力学的内容,揭示工程力学这门学科本身所固有的辩证法.例如由轴的扭转强度理论可知,在载荷、轴长、材料和扭转强度相等的情况下,空心轴的重量比实心轴轻.采用空心轴较合理,可以节省材料.并且空心轴的壁厚越薄,材料的利用率将越高,经济性好.教学中,教师应充分利用工程力学的理论和方法所反映出的辩证观点,使学生学会科学辩证地看问题,提高具体问题具

体分析的能力.

参考文献：

[1] 哈力旦•马木提. 工程力学教学改革的思考与实践[J]. 新疆职业技术教育, 2005, (03) .

[2] 王德义. 职业院校《工程力学》教学研究[J]. 职业, 2010, (23) .

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基金项目：教育部新世纪优秀人才支持计划项目（ncet-11- 0406）

作者简介：荣冠（ 1971- ），男，武汉大学水利水电学院副教授，博士，主要从事岩体稳定性研究及工程地质教学工作，（e-mail）rg_mail@163.com。

摘要：工程地质是水利类本科生的一门重要专业基础课，课程教学内容和环节丰富，难点较多，实践性强。如何在课堂教学和野外实践教学中有效提高教学质量是一个值得探讨的问题。文章详细分析了水利工程课程中的难点及教学中存在的问题，从课堂教学、实践教学、英文教学及课程考核等方面全面介绍了课程教学经验及改革探索。提出课堂教学应注重理论紧密联系工程实际，实践教学应注重培养学生动手技能和发现、分析、解决工程地质问题的能力，开展英文教学是培养国际人才的必然趋势，考核机制应全面反映学生的综合能力等观点。

关键词：工程地质； 水利专业； 教学研究； 理论教学； 实践教学

中图分类号：tv135；g642421文献标志码：a文章编号：10052909（2013）05011007工程地质是研究工程建设活动与自然地质环境相互作用和相互影响的一门地质科学，是以地学学科的理论为基础，应用数学与力学理论和工程技术及方法解决与工程规划、设计、施工和运营有关的地质问题[1]。工程地质课程是水利类本科专业的一门重要专业基础课程。水利水电工程建设是人类在认识自然的基础上改造自然并为经济建设服务的活动，进行水利水电工程建设首先必须了解自然环境和工程条件，而环境地质条件是与水利水电工程关系最密切、最重要的自然条件。

当前，中国工科高等教育人才培养主要目标是：培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[2]。工程地质课程作为水利类专业中一门实践性强的课程在凸显人才培养目标方面，更加突出工程地质理论和实践教学的必要性与重要意义[3-4]。

工程地质课程的教学分为课堂理论教学部分与野外地质实习部分。课堂理论部分主要讲授矿物岩石、地质构造、地质作用、地下水、岩体工程特性，边坡、坝基、洞室围压稳定性评价，工程地质勘察等知识。野外地质实习部分主要进行岩石及地质构造认识，风化、卸荷及河流地质作用研究，地下水及其作用研究，水利枢纽工程地质条件与问题分析评价等。

由于工程地质课程涉及的相关课程较多（矿物学、岩石学、构造地质学、地史学、地貌学、水文地质学、材料力学、岩石力学、土力学等），且这些课程多为地质专业课程。同时，工程地质课程实践性很强，但学生又缺乏实践经验和实践机会。因此，在有限的理论教学和实践教学时间内，如何合理安排教学环节，使学生扎实掌握工程地质相关概念及基本原理，并使学生初步具备分析工程地质条件及解决工程地质问题的能力，是一个很值得探讨的问题。根据笔者多年从事工程地质教学的经验，针对水利类本科专业工程地质教学，首先介绍学校工程地质课程的设置，然后分析课程教学的重点及难点，再从课堂教学、实践教学、英文教学、考核方式4个部分探讨理论与实践教学的改革思路，以期在提高教学效果、培养学生分析工程地质条件和解决工程地质问题能力方面有所收获。

一、水利类工程地质课程介绍

（一）水利工程地质课程设置

武汉大学水利水电学院最早可追溯至1928年创建的国立武汉大学工学院土木系水利组，学院现已成为国内水利水电高级人才培养的摇篮和科学研究的重要基地。一直以来，工程地质课程为水利各专业（农田水利、水电工程、河流泥沙、水文水资源）的重要专业基础课程。工程地质课一般在第五学期或第六学期开设，包括48 学时课堂教学和1 周的野外实习。课堂教材主要使用天津大学主编的《水利工程地质》（第四版）[1]，实验及野外实习采用武汉大学编写出版的实习教材[5]。

（二）水利工程地质课程内容

水利工程地质主要是研究水利水电工程建设中的工程地质问题。主要内容包括岩石及其工程性质，地质构造及区域稳定性，地表水流的地质作用及河谷地貌，地下水、岩溶及库坝区渗漏地质条件分析，岩体工程特性，坝基、边坡及洞室围岩稳定性分析，水利水电工程地质勘察等。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

荣冠，等水利类专业工程地质课程教学研究与改革探索

课程的教学分为课堂教学与实践教

两部分。课堂教学主要讲授地质学基础知识和水利三大类岩体（边坡、坝基及洞室围岩）稳定性分析基本理论。通过课堂教学力求使学生掌握工程地质学基本概念、工程地质分析基本原理和岩体稳定性评价基本方法。实践教学通过野外现场典型岩体、地质构造、地质作用等的直接观察和分析来增强感性认识、理解并深化工程地质理论知识，使学生初步具备分析工程地质条件和解决工程地质问题的能力。水利类工程地质课程教学基本内容可总结为地质学基础知识和岩体稳定性分析两方面，核心主线则是工程地质条件及工程地质问题的分析研究。课程室内外教学均是围绕该主线开展的。

二、水利工程地质课程中的难点及问题

（一）工程地质相关概念不易理解和掌握

对于水利专业的学生来说，工程地质课是他们第一次接触地质学知识。多数学生，尤其是来自平原地区的学生，缺少对地质现象的感性认识，这使他们更不易理解相关地质现象和地质作用。水利工程地质课程的开始部分主要讲述地质学基本概念，包括矿物和岩石的成因、成分及分类，内外力地质作用概念，产状、节理、断层、褶皱等地质构造，地层地史，地质图分析，区域稳定等。这些内容涉及矿物学、岩石学、地层古生物学、构造地质学等知识。这些概念和相关课程知识对于初学者来说完全是陌生的。例如：在分析沉积岩的石英砂岩与变质岩的石英岩区别时，一般学生很难从沉积作用和变质作用的成因角度深刻理解其矿物结晶程度、颗粒大小、矿物纯度、孔隙率等方面的差异。在现场分析褶皱构造时，不少学生容易把现代地形与褶皱形态混为一谈。实际上起伏的山脊为背斜，剥蚀的山谷为向斜往往是不对的，反过来，背斜核部易形成河谷低地，向斜核部则可能形成山脊。准确定位褶皱应根据现场垂直岩层走向观察结果，若有岩层按新老次序有规律地对称出现时，则可肯定有褶皱。然后根据岩层新老组合关系的分析确定褶皱的基本类型（背斜或向斜），进一步依据两翼岩层产状、轴面产状以及地层层序判断褶皱的剖面类型和平面类型。但现场地层及其年代的划分，对于水利专业初学者而言是难以掌握的，况且岩层的产状及地层的划分往往又具有隐蔽性，因此，地质学基础概念往往是水利工程地质课程开始阶段学习的难点。（二）工程地质条件难以全面和深刻理解

工程地质条件指的是与工程建设有关的地质因素的综合，是自然历史发展演变的产物。对大型水利工程而言主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、物理地质现象（滑坡、崩塌、泥石流、风化、卸荷、侵蚀、岩溶、地震等）及天然建筑材料等6个方面。工程地质条件直接影响工程建筑物的安全、经济和运营管理。兴建大型水利水电工程，首先都要查明枢纽及库区的工程地质条件。不同地区的地质环境差异及水工建筑物类型的不同，对水利工程的影响也不同。教学中发现，学生对工程地质条件的复杂性认识不足，难以全面理解工程地质条件的内涵，这样自然导致对工程地质问题的把握不准。例如：西南水电工程主要集中在川、藏、滇、青等省区河流的深切河谷地区。该区域的自然地质环境十分复杂，相应地在此建高坝大库的工程地质条件也十分复杂。深切河谷往往首选高拱坝方案，此时地形地貌就是关键的地质条件，将直接影响工程高边坡的稳定与安全，同时影响并制约水工建筑物的布置、施工安排等。在西南深切河谷且为深覆盖层坝区，从坝基防渗及挡水建筑物安全的角度考虑多采用当地材料坝型，坝体防渗多为混凝土面板而非粘土心墙方案，这主要就是从天然建筑材料经济合理的角度考虑。

（三）对工程地质问题缺乏认识和实践经验

工程地质问题指的是工程地质条件与工程建筑物之间存在的矛盾或问题。对大型水利工程而言主要包括坝基和坝肩抗滑稳定问题，坝基渗漏和渗透稳定问题，边坡稳定性问题，地下洞室围岩稳定性问题，水库渗漏、水库淤积、库周浸没、库岸再造，水库诱发地震等问题。工程地质学简单说就是分析工程地质条件，解决工程地质问题。因此，工程地质问题是课程的最终落脚点。不同水工建筑物由于对场地条件要求存在差别，其相应的工程地质问题也存在差异。实际工程中，全面揭示工程地质问题是有难度的，尤其是深层隐伏的地质问题，更是从浅表很难观察确认。目前对水利专业，工程地质课程一般在水工建筑物等专业课之前开设，许多学生对水工建筑物知之甚少，对水工建筑及枢

纽区可能会出现哪些地质问题更是难知一二。

例如：对水利工程三大坝型工程地质问题的分析。土石坝主要由粘土、碎石、块石等散体堆积而成，坝体允许产生较大的变形，它对坝基工程地质的要求较低，可以在软基和工程地质条件复杂的坝基上兴建。由于坝基河床地质条件多变，易出现过大沉降引起坝体裂缝、坝基渗漏和渗透变形问题，以及粉细沙层震动液化等问题。重力坝主要依靠坝身自重与地基间摩阻力来保持稳定。重力坝对坝基要求高，一般要求修在弱风化下部的岩基上。该类坝型最主要的问题就是过大变形或不均匀变形导致坝体裂开，软弱结构面组合形成深层滑移块体。拱坝主要通过拱作用传递荷载到坝肩，所以拱坝对两岸岩体的要求较高，而对河床坝基岩体要求相对要低。两岸拱座岩体应新鲜完整、无大断层，狭窄对称的“v”字形河谷是首选地形条件。此时应特别关注顺河向软弱结构面切割形成的滑移块体。由于学生在这一阶段对水工建筑物不熟悉，同时缺乏对三大坝型的现场感性认识，导致他们较难在合理评价相应工程地质条件的基础上深入分析潜在的工程地质问题。

（四）工程地质分析方法不易理解和熟练运用

由于工程岩体结构特征及力学特性的复杂性和不确定性，针对岩体变形与稳定性的工程地质分析方法主要是定性与定量结合，总体上是半经验半理论性的。针对实际工程，在较大程度上是以现场经验为前提，然后通过工程地质定性分析结合定量计算综合确定。工程地质的分析方法主要有工程地质类比法、图表法、室内外实验方法、力学模型定量计算法等。各方法都有一定条件和适用范围，即存在各自的优缺点。实际应用中宜将几种方法结合，互相补充。针对不同的工程地质问题，刚学习课程的学生对怎样合理选择分析方法缺乏经验，熟练掌握困难更大。

现以岩质高边坡稳定性评价为例，简要讨论工程边坡稳定性评价的基本思路。总体上边坡稳定性的影响因素包括地形地貌、岩体结构、地质构造、风化卸荷、水的作用、地震及构造运动和人类工程活动等。首先从经验上判断其稳定性主要从坡形坡高、岩体强度、坡体结构等直观判断，此时工程地质定性方法（如赤平投影）就是较好的方法。对于边坡浅表的变形及破坏情况，则主要考虑岩体的风化和卸荷程度，及其卸荷裂隙等的组合情况。对于边坡的整体及长期稳定性，则需通过详细的地质勘探，确定潜在的破坏模式和滑移边界，采用如三维极限平衡方法、有限元应力应变方法等计算其变形和稳定性。边坡变形模式及边界、结构面和岩体力学参数的确定是关键，同时还应合理考虑地下水及地震等因素的影响。所以对岩石边坡采用工程地质方法合理评价其稳定性是一项较复杂的工作，对于初学者来说是不易全面和熟练掌握的。

（五）工程地质实习和工程实践时间不足

工程地质教学来源于实践并回归于实践，其最鲜明的特点就是实践性强。教学实习和工程实践是巩固和加深地质理论知识的有效途径，是理论联系实际培养学生掌握科学方法和独立能力的重要渠道。地质实践教学的任务主要是让学生亲自接触各种真实的地质现象及工程问题，用已学到的理论知识观察分析现象，提出解决问题的方法与措施。例如：断层是工程地质学中的基本概念，但学生要理解断层的规模与工程特性、现场鉴别方法及其对工程的影响是较困难的。通过现场露头可以较直观地了解断层的三种形态类型及其基本特征，对较大规模的断层可引导学生从地形地貌不协调、地层的重复或缺失、伴生构造及构造岩、地表地下水的异常分布等方面来认识。在此基础上分析断层的级别、特征及其对工程的影响学生就容易理解和熟悉，然而由于教学时间及经费的限制，学生在实习和实践方面的机会相对较少。在有限的实习和实践时间内，如何合理安排教学实习路线及教学内容，让学生能够较好地掌握基本概念和原理，并初步具备分析和解决问题的能力，是目前水利工程地质实践教学中的一大难题。

三、水利工程地质课程改革探索

（一）课堂教学改革 1.突出重点分解难点

由于水利工程地质课程涉及较多概念和方法，同时关联较多课程，是一门综合性很强的课程。由于教学课时有限，要将所有内容都面面俱到地深入讲解，显然是不可取的。这就要求在讲授时有的放矢，合理安排教学内容，做到突出重点、解剖难点，始终把握地质学基本概念和岩体稳定评价两个主要内容，抓住工程地质条

和工程地质问题两条主线。这样可以使学生从较多的概念和方法中理清思路，把握课程主体框架。例如：在地质构造部分，阅读和分析平面地质图是重点，同时也是难点。平面地质图的阅读要求熟悉地层年代、产状、褶皱、断裂、地史等理论知识，同时需要结合具体工程分析不利条件及可能存在的问题。为此需要结合教学图件，详细分析褶皱、断裂等存在的依据，并讨论作为坝基或洞室的地质条件可能存在的不良地质问题。这样学生才能较快掌握地质图的分析方法及工程应用。

2. 理论联系实际

工程地质学的理论性较强，各种概念及分析方法较多。这些内容均源于地质作用和工程实践，在讲授课程时如只照本宣科，学生很难对一些抽象的概念及方法感兴趣，这样教与学的效果均较差。在教学过程中注重理论联系实际将是提高教学效果、提高学生学习兴趣的最好手段。例如：在讲授岩石和地质构造内容之后，学生对三大类岩石的特性及现场鉴别、具体的断层和褶皱构造的理解和分析仍是模糊的。笔者则以珞珈山为例，该地质体即为学生大学生活的环境，引导学生探寻珞珈山的岩石类型，以及是否存在断裂和褶皱。几乎所有学生都对此感兴趣，并乐于了解校园的地质情况。由此对珞珈山地层岩性进行介绍，在此基础上分析褶皱、逆断层及平移断层分布等。学生惊叹常在身边出露的岩石就是典型的石英砂岩，而校园内的樱花大道竟是一条逆断层。通过这个实例很好地将基本地质概念与周边的实际环境联系起来。

3. 传统与现代教学结合

水利工程地质课程内容较多、实践性强，而且课时有限，因此要求将传统教学与现代教学相结合，这样可以很好地发挥各自的优势。重要的概念及分析方法以黑板演绎并详细讲解，使学生的注意力集中，有利于学生对重点难点内容的深入理解和掌握。例如：在介绍层状岩层产状时，宜采用教学图件分步讲解，使学生切实理解走向、倾向、倾角的真实含义及实际意义。在讲解赤平投影原理时，则需按投影方法介绍点、线、面等的投影过程，使学生理解空间点、线、面与赤道平面投影的关系，这样结构面的空间产状与赤平投影图间的关系也就清楚了，后续运用其分析边坡稳定性也就简单易懂。水利工程地质课程涉及许多地质作用、地质现象及工程实例。此时多媒体演示则显示其优势，多媒体课件可提供大量信息，形象生动地展现自然现象及复杂事物，其效果是口头表达难以达到的，同时也可提高学生学习兴趣，节省讲解时间。课余时间鼓励学生通过国内外各种网络资源（特别是高校工程地质课教学资源）了解和学习相关工程地质知识，也可以用即时通讯方式解答学生的不同问题，利用现代网络资源最大限度地开展教学互动，让学生扎扎实实学好工程地质课程。

（二）实践教学改革

实践教学环节是保证和检验水利工程地质课程教学效果和质量的关键。要真正熟悉和掌握水利工程地质的知识及方法，各种不同类型的实习实践教学是必不可少的。以下从室内实验、校内现场教学及水利枢纽地质实习3个环节来介绍实践教学。

1.强化室内实验教学

武汉大学水利水电学院较早建成工程地质实验室。实验室主要有各种矿物、三大类岩石、古生物化石、构造模型、典型水利枢纽岩石、各种地质图件及影像资料。同时还配有偏光显微镜、gps 、电子罗盘、gis等设备和工具软件。目前实验室可以满足水利类专业本科教学要求。室内实验教学主要安排造岩矿物、岩浆岩、沉积岩及变质岩的认识。同时还讲授地质图阅读、罗盘及gps使用等教学内容。

以三大岩石的认识为例，这对于学生来说是难点，仅通过课堂讲解学生很难掌握岩石的特征和鉴别方法。在课堂讲授造岩矿物及三大岩类后，需要进行三大岩类认识的室内实验教学：学生按5人一组进行分组，每组学生提供三大类岩石标本各一盒。教师先复习岩石的成因、矿物组成、结构构造及分类等，然后以3种典型岩石为例分析矿物及结构特征，再分析其成因和类别。在此基础上让学生仔细观察各种岩石标本，由各组学生相互讨论以寻找鉴定矿物和岩石的规律和技巧。对学生的具体问题教师现场答疑，对相似矿物的鉴别、结构的理解等共性问题由教师总结分析。通过室内实验课教学环节基本可以使学生掌握常见岩石特征和鉴别方法，对后续现场实习具有重要意义。

2. 重视校内现场教学

武汉大学地处东湖之滨，校园内有珞珈山和狮子山，存在不少良

好的地质露头、各类地质构造较丰富。为配合基本地质理论知识讲授，笔者充分利用武汉大学校园内的珞珈山地区进行现场教学。该地区发育有志留系、泥盆系、石炭系、二叠系及第四系等沉积岩，地层呈有规律的东西向条带状分布，呈现节理、断层、褶皱等地质构造。武汉大学水利水电学院从20世纪50年代开始，在珞珈山地区安排校内地质现场教学，实习路线从北向南横跨珞珈山，要求学生现场观察珞珈山地区岩石岩性、产状、风化、卸荷、隐伏岩溶、地下水露头、节理、断层、褶皱等现象。通过现场地质调查，学生可以理解地层划分及年代概念，熟悉产状的概念及测量方法，节理、断层及褶皱的鉴别和分析方法，最后独立完成简要的珞珈山地质调查报告。通过该单元的校内现场地质教学，可以进一步深化学生对基础地质概念和理论理解，培养学生独立分析和解决问题的能力。

3. 完善野外地质实习

（1） 水利枢纽地质实习目的与安排。工程地质野外教学实习是课程教学实践的最重要环节，目的在于巩固课堂所学的理论知识，使理论与实践紧密结合。通过对水利枢纽区地层、岩性、地质构造、地下水及外动力地质作用等的调查研究，使学生初步掌握野外地质工作的一般方法，了解水利枢纽工程地质条件及主要工程地质问题，熟悉地质报告编写及地质图件绘制的方法。实习教学包括路线教学、专题调研、现场讨论、内业整理等环节。通过现场调查、专题问题讨论、面试考查、实习报告编写等过程，培养学生野外地质工作能力和分析解决工程地质问题的能力。 （2） 野外实习区域及路线的选择。良好的实习区域与路线是满足工程地质野外实践教学要求的基础。实习区域应选择岩石类型及地层较丰富，河流地貌及水文地质现象发育良好，具备地质构造发育和风化、卸荷及边坡变形等外动力地质作用发育的地带。同时应具备典型的水利枢纽工程以便进行水利水电专业工程问题的分析讨论。在此基础上根据地层岩性及地质构造、河流地貌与地下水、边坡变形及稳定性分析、水利枢纽地质条件及工程问题等选择4～5条典型路线作为教学单元。路线选择注意地质现象的典型性及易识别性等特点，同时注意地质现象与工程实践的密切联系。

以武汉大学为例，从20世纪50年代开始，陆续建立了陆水实习基地、丹江口实习基地、韶山灌区实习基地等。2010年三峡工程建成后，又建立了湖北秭归三峡库区实习基地，选择茅坪至链子崖（郭家坝）、高家溪、泗溪、副坝大坝及永船等线路进行教学。三峡库区具有大量典型意义的地质露头，同时能够结合具体的水利工程建筑物（如大坝、副坝、高边坡等）进行工程地质条件与问题的分析。主要路线地层出露及地质构造较为齐全，风化、卸荷等动力地质作用和河流地质作用，以及地下水、岩溶等地质现象均有出露，能够满足水利类专业野外工程地质实习的要求。

（3） 野外实习环节及质量控制。整个实习期间每个教学单元要求有明确的教学内容。总体上要求完成：①典型剖面地层野外观察和描述，包括岩性、接触关系、产状及测量、岩浆岩和沉积岩及变质岩小构造观察、风化作用、地形图的使用等。②河流地貌及水文地质调查，包括河流侵蚀、堆积，河床、河漫滩及阶地观察，河谷边坡卸荷及变形，潜水露头，岩溶水，岩溶地貌等。③边坡变形及稳定性分析，包括典型卸荷拉裂体、崩塌体、滑坡体的现场调查，变形及破坏特征，边界条件，稳定性影响因素及评价，变形破坏成因，工程防护及治理方案等。④水利枢纽教学单元，主要侧重水利枢纽主要建筑物的组成及功能，大坝、副坝、高边坡、水工隧洞等主要工程地质问题分析。⑤资料整理及报告编写，主要是对现场观察的内容进行分析整理，按要求编写实习报告。

野外地质实习以小组为单位进行，实习过程要求分工明确、团结合作，现场特别强调纪律和安全。实习成绩评定综合考虑思想表现、组织纪律、操作技能、野外纪录、面试讨论及实习报告等。

（三） 英文教学探索

1. 工程地质英文教学意义

英语教学或中英文双语教学是目前本科教学改革的重要内容。基于高等学校培养具有国际视野和国际竞争力、面向未来的新型高素质人才的要求，高校对主要课程实行英文教学十分必要[6]。随着中国基础建设及能源等领域大规模工程的开展，在相应学科进行学术和业务交流已是基本要求。水利行业早已走出国门，承接或合作国际科研和工程项目。这就

求学生不仅有较高专业造诣，而且需要具备较好的英文文献阅读能力、语言表达和交流能力。

2. 工程地质课程英文教学实施

（1） 选定英文教材。工程地质英语教学，首先应选择合适的英文原版教材。国外出版的工程地质书籍较多，但适合国内水利专业使用的工程地质英文教材较少。这主要是国外很少有专门针对水利类的工程地质教材，多数教材是针对工程地质专业编写的。考虑到初学及课时情况，笔者建议采用tony waltham编著的《foundations of engineering geology》 （third edition）[7]，这本教材包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土力学特性、边坡、隧洞及采空区等，内容简洁，通俗易懂。其次，推荐f. g. bell编著的《engineering geology》（second edition）[8]作为主要参考书。这本教材内容较全面，包括岩石、地质构造、物理地质作用、地下水、岩土工程特性、地质勘查及洞室、边坡、坝基等内容。在工程地质英文教学过程，建议学生使用网络资源，国外知名大学有不少工程地质课程资料[9]可供参考，同时从《engineering geology》和《rock mechanics and rock engineering》等国际学术刊物学习有关论文及知识。由于专业需要，学生还需使用中文版的水利工程地质教材作为对照读物。

（2） 英文课件及教学。英语课堂教学主要采用多媒体方式，可提高讲授速度和效率。在制作英文教学ppt时，应尽量简洁明了、图文结合，英文一定要规范。对一些专业性强的知识（如专业术语）可适当加中文注释。授课语言主要为英语，对不易理解的内容可用中文解释。为了保证教学效率，要求学生课前进行适当预习。课堂上采取师生互动形式，提高学生英语表达能力。平时作业、小测验及期末考核均要求采用英文进行。授课教师自身英文必须熟练，首先是专业概念及术语的准确表达，其次是发音的准确。

（四） 课程考核方式

为更好开展工程地质教学工作，其中一个重要环节是课程考核。课程考核目的是考察学生掌握知识的情况及分析问题的能力，科学有效的考核方式可以充分发挥学生的主动性和能动性，从而提高教学效果和质量。目前水利工程地质课程包括室内教学和野外实习两个部分，一般是独立考核。其中室内教学部分主要考察地质基本知识及水利工程相关岩体稳定性评价方法的掌握情况，成绩主要由平时作业、课堂小测验、专题讨论及期末闭卷考试组成，要求学生以掌握地质知识和工程问题分析方法为主，鼓励平时交流讨论，避免考试突击的学习方式。野外实习考核主要考察学生基本技能的掌握情况，侧重考核问题的分析理解能力，从现场主动性、操作技能、综合分析、面试讨论、实习报告及组织纪律等方面综合评定。

文章总结笔者多年教学实践经验及课程改革探索供高校同行参考，以期在提高水利工程地质教学质量，提高学生学习积极性和培养学生创新能力方面发挥积极作用。

参考文献：

[1]崔冠英， 朱济祥. 水利工程地质[m]. 4版. 北京： 中国水利水电出版社， 2008[2]中华人民共和国教育部. 关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见（教高[2011]1号） [eb/ol].（2011-01-08）.

[3]王哲， 陈东瑞， 张勇. 土木工程专业工程地质课程实践教学方法探讨[j]. 高等建筑教育， 2010，19（4）： 125-127.

[4]程建军， 王海娟. 水利类本科专业工程地质课程教学探索[j]. 高等建筑教育， 2012， 21（3）： 98-100.

[5]杨连生， 王涛， 李宏明. 水利水电工程地质实习指导书[m]. 北京： 中国水利水电出版社， 2008.

[6]黄雨， 卞国强， 叶为民. 土木工程专业工程地质学双语教学改革探讨[j]. 高等建筑教育， 2009， 18（2）： 97-101.

[7]tony waltham. foundations of engineering geology[m]. third edition， spon press， 2009.

[8]f g bell. engineering geology[m]. second edition， butterworth-heinemann press， 2007.

[9]missouri university of science and technology courses[eb/ol]. http：//web.mst.edu/～rogersda/

research and reform exploration on teaching methods of engineering

geology for water conservancy specialty

rong guan， zhou chuangbing， chen yifeng

（school of water resources and hydropower， wuhan uni

iversity， wuhan 430072， p. r. china）

abstract： engineering geology， with rich teaching content and strong practicality， is one of the fundamental courses for students majoring in water conservancy. it is worthy to be deeply discussed on how to effectively improve the quality of teaching in the classroom and the field geological practice. difficulties of the course and practical problems in teaching were analyzed in detail. meanwhile， teaching experience and reform exploration were comprehensively introduced from the point view of classroom teaching， practical teaching， bilingual teaching and course assessment， respectively. it is proposed that in classroom teaching， theory should be closely tied to the engineering practice. in practical teaching， the ability of students on how to discover， analyze and solve engineering geological problems should be emphasized. carrying out bilingual teaching is an inevitable trend to train international talent and students’ comprehensive ability should be fully disclosed in assessment system.

篇6

关键词：高职 工程力学 学习方法

工程力学是高职机械类工种的一门重要的技术基础课，许多工程实践都离不开工程力学，工程力学又和其它一些后绪课程及实习课有紧密的联系。所以，工程力学是掌握专业知识和技能不可缺少的一门重要课程。下面我谈谈如何学习工程力学。

1、注意理论联系实际，培养学习兴趣，让学习由被动变主动。有些同学总认为工程力学课程肯定是很难的，自己肯定学不好的，就失去了学习的信心，甚至放弃了工程力学课程的学习，这是极其错误的。其实工程力学课没那么可怕，应该把它当作“纸老虎”。不要带着思想包袱进行学习，可以把它们当作是普通的课程学习，甚至当作自己的一种兴趣爱好来学。兴趣是一个人力求认识某种事物或爱好某种活动的倾向。它伴随着一定的情感体验，并能使人的注意力高度集中，它是人们有意识、有目的地认识与反映现实和从事某种活动的一种动力。当一个人对某种职业活动发生浓厚的稳定的兴趣时，不仅能充分集中自己的注意力，还能唤起积极地思索和深入地探究该职业的热情，使人的心理活动处于积极兴奋状态，可见兴趣在完成学习任务中的重大作用。在学习工程力学时，应常结合实际给课程增添趣味色彩，如：我们用板手拧紧螺母时，用大板手省劲，而用小板手很费劲，这用力矩理论很容易解释：又如一直径不同的钢杆，两端受外力作用而拉伸，当力F增大到一定值时，由经验可知，断裂必发生在直径较小的一段上，这验证了衡量构件强度的物理量是应力。通过开阔视野，将趣味性的感性知识升华到理性认识，达到愉快学习的目的，激活对工程力学的学习兴趣，把学习由被动变为主动。

2、注意掌握公理、定理、定律、基本概念。工程力学的公理、定理、基本概念很多，如：二力平衡公理，力的平行四边形公理，三力平衡汇交定理，胡克定律，力的概念，约束的概念，力矩的概念等，这些我们必须熟记，同时对其内涵、要素、适用条件等要反复理解，做到真正掌握，这样我们在分析力学问题时不致于无从下手。工程力学的概念、公理、基本规律很多，我们在学习中要注意它们之间的联系，比较它们的含义和表达形式，找到它们的异同点，以利于真正理解和掌握。如：平面任意力系、平面汇交力系、平面平行力系，它们的共同点是各力都在同一平面内，不同点是力的方向、力的作用点不同；又如二力平衡公理与作用与反作用公理的共同点是两力都是大小相等、方向相反、且作用在同一条直线上，不同点是一个是两力作用在同一物体上，一个是两力作用在不同物体上。通过比较，可以从本质上理解和掌握概念、规律、公理，提高认知能力、强化记忆、提高综合思维能力。

3、注意力学模型和假设。在解决工程力学问题时，常将实际物体抽象为力学模型，或对物体做某种假设，使问题大为简化，更能准确地反映客观事物的本质。我们在学习中要注意力学模型。如：理论力学中刚体模型，应用在物体受力时主要改变运动状态而变形很小的情况；计算内力时的截面法，假设截面所受内力用外力代替；计算应力的平面假设等。

4、注意解应用题，加强课堂练习。解应用题是工程力学学习的一个重点，解题能力的高低既是衡量学生对基本概念、基本规律掌握的牢固程度，也是度量学生综合分析能力和解决问题能力高低的标准。通过解题，我们会发现许多规律性的东西。如：所有平面力系的平衡方程都是方程∑Fix=0，∑Fiy=0，∑Mo（Fo）=0的演变：我们画受力图时，只要严格按照下面的步骤做，就不容易在受力图上少画、多画力或画错力，这就是，先确定研究对象并画出分离体图，再分析研究对象的约束类型及约束反力的方向、作用点，然后在分离体上画出所有主动力和约束反力，并用正确的符号表示出来。课堂练习是以学生为中心、重视学生的学习过程、提高学生语言表达能力、培养学生综合分析及解决问题的能力的学习方式，我们应在学习中追求高的学习境界，学会学习，使学习成为一件愉快的事，提高自身分析问题解决问题的能力。

总之，工程力学虽然是一门难度较大的课程但是只要我们坚定信心，并且用科学、有效的学习方法，我想一定能学好它。

参考文献：

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关键词:工程力学;教学内容;教学环境;教学方法

工程专业的教学，是进行高端技能型工程师培养的重要途径。而《工程力学》是一门与工程实际联系极为紧密的课程，它主要培养学生如何运用力学知识解决工程实际问题的能力。所以工科类专业，例如石油工程、油气储运、土木工程等专业，都把《工程力学》视为本专业重要基础课程之一。该课程理论性较强，概念公式繁多。在脱离工程实际的情况下，课本中的许多概念对于学生而言，比较艰涩难懂，从而使许多学生对本科产生抵触情绪。所以积极探索新的教学模式和教学方法，以增强学生的学习兴趣和培养他们的工程应用能力，是教师迫在眉睫的研究任务。

1优化教学内容，调整教学结构

目前，工程力学主要由静力学和材料力学两部分构成。静力学主要是研究刚体在力系作用下的平衡规律，涉及:物体的受力分析、力系的等效与简化以及力系的平衡条件。而材料力学主要是研究变形体的强度、刚度和稳定性等问题，涉及的变形主要有:拉伸(压缩)、剪切、扭转和弯曲。在大多数的教材中，材料力学这部分内容是以“拉伸(压缩)剪切扭转弯曲”四种基本变形为主线进行排布的。若按照“以四种基本变形为主线”的思路进行授课，会出现各章节相对独立、相同概念重复讲解、易出现概念混淆、学时不够等缺点。通过授课，笔者认为，材料力学这部分内容的授课应按照“外力分析变形分析内力分析应力分析强度和刚度校核”这一思路。它弥补了“以四种基本变形为主线”授课思路的不足，具有知识体系紧凑、知识点衔接自然、避免相同概念被重复讲解以及合理利用学时等优点。此外，可以运用“类比”的思想让学生进行自主学习。例如给学生讲授完拉伸(压缩)变形的强度校核，那么再进行其他变形强度校核的学习时，可以让学生类比拉伸(压缩)变形，先自己猜想如何去校核，然后再由老师讲解。让学生对比寻找到四种基本变形的相同点和不同点，可让学生真正的参与到课堂中来，从而提高学生学习的主动性。静力学和材料力学既相互区别，又有联系。两者的研究对象和研究内容不同，但研究变形时，变形体要先视为刚体进行外力分析后才能进行强度和刚度校核，可见静力学又是材料力学的基础。所以对于《工程力学》这门课的讲授，前后章节要相互贯通，形成一个统一的知识框架体系，便于学生对知识的理解和记忆，不能独立讲解，否则易造成知识点的割裂和混乱。

2改善教学环境，提高教学效率

“黑板+粉笔”的传统教学方法虽然比较单调、枯燥，但有利于促进师生感情的交流和学生思维能力的培养。“多媒体+PPT课件”的现代教学方法，课堂信息量大，形象生动，但讲课速度快，处理不当，会让学生处于被动状态。《工程力学》的概念多且抽象，若仅采用传统模式授课，满足不了教学需求;若仅采用现代模式教学，虽然授课内容丰富了，但师生缺乏交流，有时授课效果也不理想。所以在实际教学中，应该将两者有机结合起来，取长补短。对于一些定理证明、公式推导、以及解题过程等，应采用传统教学方法，老师边板书边解讲，学生边听课边思考，师生不断有交流，有助于学生对所学知识的理解吸收。对于与工程实例联系紧密的知识点，教师难以口头表达清楚，学生也感觉抽象难懂，此时，就需要采用现代教学方法，引入一些典型的工程实例，并结合3D动画，形象生动，不仅可提高学生的学习兴趣，也有利于缩短学生与工程实际的距离，达到学以致用的目的。不论哪种教学方法，都要时刻注意与学生进行知识的互动，这样才能达到良好的教学效果。

3施行多种教法，激发学习兴趣

孔子曾说过:“知之者不如好知者，好知者不如乐知者。”也就是说对知识的学习感兴趣，就会变被动为主动，不仅可提高学习效率，还能加深对知识的理解，这样才能活学活用。所以在教学过程中，应采用多种教学法，例如案例法、设问法、讨论法等，激发学生的好奇心，使他们不断处于“生疑、质疑、解疑”的过程。通过这一系列的过程，不仅可激发他们的学习兴趣，提高学习的积极性，还可培养学生分析问题和解决问题的能力。例如对于“应力”概念的引出，可以先用“案例法”引出教学内容，例如给学生展示两个杆件A杆和B杆，两杆件的材质和长度都相等，A杆为细杆，B杆为粗杆，在A、B杆件两端施加同样大小的力。然后再运用“讨论法”，分组讨论，比较两杆的伸长量。最后采用“设问法”，引导学生观察并思考:细杆和粗杆的伸长量。而此时会发现，A、B杆件的轴力都是F，即两杆件的内力相同，但是它们的变形是不同的。如果这两个杆件受到破坏的话，那一定是哪个先破坏啊?对了，细杆先发生破坏。这样我们就可以确定，杆的破坏和变形与杆件的横截面积大小有关，所以我们发现内力不能直接反映构件抵抗变形和破坏的能力。那我们就要来考虑，既然横截面积不一样，那在单位面积所受内力是否一样呢?这样一来，就引入了应力的概念。

4总结

总之，《工程力学》是一门偏理论性的课程，许多概念抽象难懂，所以要优化教学内容，改善教学环境，提高授课水平，采用灵活多变的授课方式，从而提高学生学习的主观能动性，培养他们理论联系实际，发现问题、分析问题和解决问题的能力，为培养适于现代工业发展的应用技术型人才打下良好的基础。

参考文献:

［1］郭空明，章云，徐亚兰，等．对高校工程力学课程的多方位思考［J］．教育教学坛，2016，(37):195-196．

［2］杨永明．高校工程力学课程教学改革研究与实践［J］．重庆科技学院学报(社会科学版)，2013，(1):185-186．

［3］丁瑞华，苏良昱．工程力学多媒体教学的探索与实践［J］．黑龙江教育学院学报，2010，29(6):77-78．

［4］李秀荣．基于启发式教学的工程力学教学改革研究［J］．机电产品开发与创新，2015，28(5):138-140．

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关键词：工程教育；“材料计算与模拟”；实践教学工程教育教学方法。

一、课程目标及对毕业要求的支撑

（1）理解并恰当研究、分析材料科学与工程领域实际问题的基础理论与方法。“材料计算与模拟”专业课程主要内容为原子分子尺度的理论计算模拟，涉及的理论方法主要为量子力学和分子动力学方法。其中，量子力学方法较为深奥，分子动力学方法因与经典牛顿力学联系紧密，相比量子力学较为简单。考虑工程教育理念侧重工程实践能力的培养，故在基础理论方法部分将课程目标设置为了解基本理论方法的概念和基本计算流程。（2）针对复杂工程问题，能够有效地运用工程图学语言、计算机辅助设计工具，提出改进或解决方案。如何将工程实际中的复杂工程问题通过理论计算模拟提出改进或指导意见是本课程期望的终极目标。其中，如何培养学生通过思考和分析，将工程实际问题分解为理论计算问题并选择合适的计算方法、计算参数和条件，将是本课程最重要的课程目标。（3）能够正确运用现代工程工具、技术与资源对材料科学与复杂工程问题进行预测与模拟。工程教育背景下的课程侧重实践能力的培养，本课程的实践内容主要是利用计算服务器或集群进行材料科学领域的计算模拟。其中，如何使用国家超级计算中心集群（如上海超算、深圳超算）进行高性能计算，并利用科学计算软件进行结果分析，是本课程的重要课程目标之一。

二、教学方式的改进

本课程坚持理论与实践相结合的教学方式，不断提高实践教学的比重，目前理论教学与实践教学部分各占一半。承接自过去以教为主的教学理念，本课程目前的主要教学方式还是先讲授相关理论内容，然后进行上机实践操作和练习。在工程教育理念的背景下，实践能力的培养和提升成为课程教学的重点，同时还要兼顾实践练习与相关理论知识的衔接，本课程提出基础理论内容先行传授，其他内容采用先实践后理论的教学方式。首先，对于必需的相关课程基础理论采用课堂讲授的教学方式，在讲授期间有意识地向学生传递工程教育的理念。其次，以较为简单的实践案例先进行实践练习，使得学生简单上手并且产生对本课程的新鲜感和好奇感，结合基础理论讲解让学生对基本理论和操作流程有一定的了解。最后，从简单案例出发，不断深入，并向实际工程问题靠拢，引导学生不断深入思考，着重于引导学生了解和练习如何将实际工程问题分解为计算模拟可以解决的问题，并通过理论计算与模拟为指导和解决问题提供依据。作为持续改进、教研相辅的体现，“材料计算与模拟”课程所有实践案例定期根据最新文献报道进行更新，保持实践教学案例的时效性，同时不断开发新的实践案例及相应计算流程。考虑到实践练习与课程课时可能的矛盾或不足，本课程还将所有实践教学案例进行视频录像，同时将与实践案例相关的理论内容关键词以字幕的形式添加到录像中，便于学生随时翻看和熟悉。

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关键词：工程设计，概念设计，创造性思维，创新

1工程领域中的概念设计

现代科技的迅猛发展，尤其是微电子、信息、新材料及集成技术的进展，使产品结构发生了革命性的变化，机电一体化、模块化已成为工程产品的发展趋势；计算机技术的飞速发展和广泛应用，深刻的影响着设计开发过程、制造过程、营销和售后服务过程，并改变着产品的结构和功能；先进工艺技术和先进制造技术为现代工程设计提供了前所未有的工艺技术手段和社会化制造体系。这些变化都深刻地影响着工程设计的发展。

工程设计是人们运用科技知识和方法，有目标地创造工程产品构思和计划的过程，几乎涉及到人类活动的全部领域。工程设计的费用往往只占最终产品成本的一小部分（8~15%），然而它对产品的先进性和竞争能力却起着决定性的影响,并往往决定70~80%的制造成本和营销服务成本。所以说工程设计是现代社会工业文明的最重要的支柱，是工业创新的核心环节，也是现代社会生产力的龙头。工程设计的水平和能力是一个国家和地区工业创新能力和竞争能力的决定性因素之一。

工程设计的全过程就是不断建立各种模型，并不断进行综合和分析的过程，即反复地创造模型和评价模型的过程。工程设计的内容大致可分为两类：一类是数值计算型的工作，包括大量的计算、分析、绘图、编写说明书和填写各种表格；另一类是符号推理性的工作，主要是方案设计工作。在设计方法学中，前者称之为细节设计，后者称之为概念设计。概念设计主要包括功能设计和结构设计两大部分。其作用主要体现在产品设计的早期阶段，把主设计师根据产品功能的需求而萌发出来的原始构思和冲动形成产品的主体框架，及它应包括的各主要模块和组件，以完成整体布局和外型初步设计。然后进行评估和优化，确定整体设计方案。再由各责任设计师把总设计师的设计思想落实到具体设计中去，实现细节设计。可见概念设计是个创造性过程，它要求设计者能综合运用许多学科的专门知识和丰富的实践经验，并通过广泛的调查研究而占有大量的信息资料，再经过反复思考、推理和决策，才能创造出与众不同的、满足用户要求的设计方案来。

在工程设计领域中存在这样一个误区：设计、构思的原始冲动是三维概念，最终设计实施之结果即产品也是三维形体。可是多年来以二维绘图为基础的产品设计、制造模式严重地束缚了工程技术人员的创造力和想象力，成为创新的桎枯。

三维建模技术的崛起以及虚拟制造技术的出现为概念设计和创新提供了一种极好的工作平台，设计师们可以直接从三维概念和构思入手，进行概念设计，形成产品的初步框架，然后进一步通过工程分析、数字仿真、虚拟现实等高新技术手段来分析和评价设计方案的可行性及未来产品的质量、可靠性。这种设计方法尤其能充分发挥自顶向下的设计过程中,设计者的智慧和创新能力，不必拘泥于平面图纸的限制和束缚，而把主要精力聚焦于创造性的劳动——创新。

2概念设计与创造性思维和技术创新

2.1创造性思维及其特点

要设计就要有创新，而创新正是设计人员进行创造性思维的结果。设计人员要打破习惯性思维，变换角度，开阔视野，才能使自己的创造力得到更充分的发挥。创造性思维是指有创建的思维，即通过思维，不仅能揭示事物的本质，而且能在此基础上提供新的、具有社会价值的产物。创造性思维有扩散思维和集中思维、逻辑思维和形象思维、直觉思维和灵感思维等多种形式。在工程设计的概念设计中，要努力发掘创造性思维的能力，充分注意扩散思维和集中思维的辨证统一，准确把握逻辑思维和形象思维的巧妙结合，善于捕捉直觉思维和灵感思维的“闪光和亮点”，这样才有可能设计出新颖、独特、有创意的产品。

创造性思维具有如下一些特点：

（1）独创性：创造性思维所要解决的问题是不能用常规、传统的方式解决的问题。它要求重新组织观念，以便产生某种至少以前在思维者头脑中不存在的、新颖的、独特的思维。这就是它的独创性。独创性要求人们敢于对司空见惯或“完美无缺”的事物提出怀疑，敢于向传统的陈规旧习挑战，敢于否定自己思想上的“框框”,从新的角度分析问题、认识问题。

（2）连动性：创造性思维又是一种连动思维，它引导人们由已知探索未知，开拓思路。连动思维表现为纵向、横向和逆向连动。纵向连动针对某现象或问题进行纵深思考，探询其本质而得到新的启发。横向连动则通过某一现象联想到特点与它相似或相关的事物，从而得到该现象的新应用。逆向连动则是针对现象、问题或解法，分析其相反的方面，从顺推到逆推，从另一角度探索新的途径。

（3）多向性：创造性思维要求向多个方向发展，寻求新的思路。可以从一点向多个方向扩散；也可以从不同角度对同一个问题进行思考、解决。

（4）善于想象：创造性思维要求思维者善于想象，善于结合以往的知识和经验在头脑里形成新的形象，善于把观念的东西形象化。爱因斯坦有一句名言：“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。”只有善于想象，才有可能跳出现有事实的圈子，才有可能创新。

（5）突变性：直觉思维、灵感思维是在创造性思维中出现的一种突如其来的领悟或理解。它往往表现为思维逻辑的中断，出现思想的飞跃，突然闪现出一种新设想、新观念，使对问题的思考突破原有的框架，从而使问题得以解决。

2.2概念设计呼唤技术创新

技术创新在概念设计中发挥着至关重要的作用。概念设计中技术创新的本质就是要在工程设计领域中发现某种新事物、提出某种新思想，在很多情况下是因为现有的产品不能满足社会（用户）的需求而激发出的新颖构思和创见。技术创新的基础是知识的积累和灵感的迸发，是设计人员进行创造性思维的结果。创新本身就意味着不拘一格，不局限也不依赖于某种特定的模式，以下诸多方面都是孕育技术创新的土壤：

（1）多项现有技术的有机结合或综合运用往往会产生意想不到的效果；

（2）对已有知识的创造性总结和应用常常带来重大的科技突破；

（3）突发奇想但经过科学论证或实验证明所产生的新思路、新方法、新技术；

（4）新知识与现有知识的合理嫁接；

（5）产品功能上的兼收并蓄和去粗取精；

（6）学科间的交叉、交融和借鉴；

（7）新技术、新材料、新工艺的有机结合及应用；

（8）科学研究中的新发现和新成果应用于工程实践……。

由此可以进一总结出多种行之有效的创新技法：

l智力激励法：又称集智法、智暴法。即通过集会让设计人员用口头或书面交流的方法畅所欲言、互相启发进行集智或激智，引起创造性思维的连锁反应；

l提问追溯法：根据研究对象系统地列出有关问题，逐个核对讨论，从中获得解决问题的办法和创造性发明的设想，或是针对新开发产品的希望点（或缺点），逐点深入分析，寻找解决问题的新途径；

l联想类推法：通过相似、相近、对比几种联想的交叉使用以及在比较之中找出同中之异、异中之同，从而产生创造性思维和创新的方案；

l反向探求法：采用背离惯常的思考方法，通过逆向思维、转换构思，从功能反转、结构反转、因果反转等方面寻求解决问题的新途径；

l系统搜索法：从一个初始状态开始，分析影响系统的各个参量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更换参数等方法获取系统的多种解法并求得最优解；

l组（综）合创新法：将现有的技术或产品通过功能原理、构造方法的组合变化，或者通过已知的东西作媒介，将毫无关联的不同知识要素结合起来，摄取各种产品的长处使之综合在一起，形成具有创新性的设计技术思想或新产品；

l知识链接法：创新是一个动态的和复杂的作用过程和知识流，它包括知识的产生、开发、转移和应用，这四个阶段构成一条“知识供应链”并按照下述原则进行管理：把技术创新过程作为一个集成化的系统，只有将所有涉及该过程的伙伴捆绑在一起，才能发挥最大作用，这些伙伴都应明确什么知识内容才能满足用户最大需求，知识转移的特征和形式是什么，最终用户是谁，他们何时需要使用这些知识？涉及创新的所有信息流和通信流对全体伙伴都是开放的，在每个知识供应者和知识使用者之间建立信息反馈，使信息交换更为有效，知识供应链中每一个伙伴能够感受到整个系统和他们自己都从中获得巨大利益，认识到自己是链中不可缺少的重要环节。该方法适于更大范围内、更高层面上的技术创新。

3工程设计领域中的概念设计技术创新实践

基于上述分析，我们提出了若干种含有技术创新的产品概念设计范例：

（1）采用先进的控制、驱动和定位系统，由局部小画面组成整体大画面的可变画面巨型灯箱广告机的设计；

（2）时速超过运七飞机的高速铁路机车车身外型设计，既要满足空气动力学性能，又要有美观的外型，三维CAD建模技术和NURBS曲线面理论的应用；

（3）适应于多弯道和小半径城市轨道交通环境下的摆式列车车身及减振转向架的设计；

（4）反求工程已广泛应用于一些具有复杂曲面的实物模型（如模具）的三维数据重构，不妨借鉴用来对生物医学图象进行数字图象处理，为医务人员的临床诊断和治疗提供更逼真的三维模型和实体模型；

（5）基于电动机——发电机可逆原理的新型电动自行车的设计，把（下坡时）车轮转动的动能所转化成的电能再回充给蓄电池，从而增加电动自行车蓄电池一次充电使用的续行距离；

（6）加工中心自动换刀功能的扩展，用于东风4（11）型内燃机车发动机端面多轴孔加工的自动换箱多轴箱设计；

（7）把列车检修工人的丰富经验升华为专家系统——基于加速度传感器和单片机控制的智能式检振锤的设计；

（8）虚拟轴机床（并联机床）的概念设计。

这里以铁路机车车身设计为例，对概念设计及创新的过程加以说明。

时速300公里以上的高速列车在欧美、日本等发达国家得到广泛应用。我国已通过论证并计划在下世纪初建设第一条（京沪）高速铁路。

当我们看到法国TGV（TraindelaGrandeVitesse）实验车速达到515.25公里／小时时，我们知道这已经超过了我国“运八”飞机的时速，设计师的头脑中自然应该产生这样的概念：时速300公里的铁路机车车头的外型也应该像飞机那样具有流线型和光顺性，才会有较好的动力学特性。“光顺”一词的几何意义是所构造的曲线、曲面应具有C2连续，且无奇点。从通俗的概念来理解，即为“光滑顺眼”之意。

由这些概念和构思出发，我们可以由整体构思和概念设计逐步进入流线型机车车身的细节设计环节。

铁路工业和汽车工业对车身外型设计的先进性和创新性的都有着一致和迫切的要求。归纳起来应是以下几个方面：

l具有良好的空气动力学特性，以减少在高速运行时的摩擦阻力。

l具有良好的结构布局及足够的强度和刚度。

l具有美学曲面的质感和动感，以美化生活和环境。

l尽可能短的设计和制造周期，以尽快地占领市场。

显然满足上述诸要求的车身外型曲面是相当复杂的，非一般常规曲面（如柱面、球面、锥面、环面等）所能表达。再者，若按常规设计、制造方法和过程来完成如此高要求的设计外型，则上述第四项要求更是高不可攀。只有积极谋求技术进步，大力推广应用CAD/CAM技术才是解决车身外型改型频繁、不断创新且满足上述各种要求的关键所在。

近十年来，CAD业界涌现出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列优秀的CAD/CAM软件，为我们提供了一个极好的开发工具和环境。它们的三维实体建模、参数建模及复合（Hybrid）建模技术，实体与曲面相结合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技术为我们的设计工作提供了强有力的工具。

这里具体地介绍如何使用UG的FreeFormFeature等功能，来实现车身外型的概念设计到细节设计。

UG的FreeFormFeatureModeling模块把实体建模和表面建模技术集成为一个功能十分强大的建模工具组，它支持复杂自由曲面的造型设计。它的复合建模技术，自由型面特征建模，可视化编辑，多组件装配，二维视图自动生成，尤其是伴随最新UGV14.0版本推出的全新概念设计WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部门的工程师在设计的早期阶段，站在系统工程的角度，同时针对多种可供选择的方案进行评估，通过将设计意图组织到一个“控件结构”中去，使工程师十分有效地控制设计变更，而且所发生的变更会自动地传递到上级设计中去。

这里以创建流线型机车车身外型为例，具体步骤如下：

（1）根据前节所述模线的来源，本例参考法国TGV和德国ACE机车外型模板，并加以个性化修改。所选定的23条模型基线见于图1。

外形模型基线向等值半径线云图

以这一组模线为基础，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve来创建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能来观察和分析该曲面的光顺性，图2即为车身外型曲面及顶面法向半径等值线云图。

在构造模线的原始数据中可能有“瑕点”，或者仅凭“感觉”进行判断，创建的曲面不一定能完全满足C2连续的条件和光顺性的要求,可以通过光顺处理予以满足。图3是对其中一条模线进行光顺处理的过程。值得重视的是：获得一组光顺的模线是生成光顺曲面的必要条件。

采用光顺后的模线重新构造车身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材质，可进行着色、光照、渲染，以得到更为逼真的三维造型图。见图4。

图4机车车身三维造型图5机车车身二维投影图

（5）对机车车身裙部和头部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片进行创建。这里充分体现出UG软件对角域曲面的三维造型能力。

（6）机车车身三维造型基本实现之后，还可进一步作局部修改，由于UG软件的“相关”（Associative）能力,这里进行的修改将影响到它所关联的所有设计过程。

（7）三维造型细节设计完成之后，其各方向二维视图可由应用软件自动生成，设计人员不必再做重复工作。图5即为该机车车身外型的二维侧视图。

参考文献

[1]齐从谦.汽车覆盖件具CAD/CAM中的曲面特征造型及特征识别.中国机械工程:15~18

[2]熊鸣镝.三维设计将CAD应用引向深入.机电一体化.1997.(5):5~7

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课堂教学是中国文化传承的主要方式，一个有超前性、计划性和创造性的课堂设计是知识传承和能力培养的实用而有效的途径。如何学好“工程力学与机械设计基础”这门课，42学时的课堂教学是关键，因而必须针对少学时多内容的课程进行有效的设计，达到调动学生的学习热情、提高理论学习效率和解决工程问题能力的效果。

1.1引导学生积极动脑

先提出有关教学问题，创设一个工程应用环境。如讲扭转时，可以先将汽车传动轴的实例提出，让学生回答如何对轴的强度及大小进行校核计算，从材料选择到空实心轴的计算说起。然后，由教师总结，通过图片、动画、视频等将结构形状和构件的相互关系生动地展示在学生面前，再对轴进行受力分析、理论推导和计算。针对重要的概念和公式，布置课外作业加深。这样可使教学客观化，晦涩的问题简单化，枯燥的书本理论与工程联系应用化，增强了工程实践知识，活跃了课堂气氛。

1.2推动学生积极动口

传统的教学模式是以课堂、教材、教师为中心的，形成了教师单向灌输、学生被动接受的局面，这在客观上限制了学生的思维空间。现代教学目标应以学生为主体，学生是认识的主体，一切教学措施的安排最终都要落实到学生身上，充分调动学生的思维能力、创新能力。课堂教学主要采用任务驱动教学法，从第一次课开始，就指导学生带着2-3个工程实际问题，先预习教材，力争找到解决问题的方法，第二次课回到课堂讨论。课堂上接近一半的时间为学生发言讨论，余下时间教师总结。总结内容：概念清晰化、结构明朗化、公式深刻化。方式以推动学生口述为主。通过任务驱动，学生在探索中学习，在学习中不断获得成就感，调动了学生的学习兴趣，同时也锻炼了学生的语言表达能力、沟通能力和独立解决实际工程问题的能力。

1.3鼓励学生勤于动手

教师在平时的课堂教学中，只对重点知识讲解，重要公式的应用举一反三，给学生留有自学和思考的余地，给学生发现和提出各种各样问题的空间。通过创设学生自身知识的不足和学习问题的情景，激发学生的创新能动性，鼓励学生深层次探索。如：轮系课完毕，就布置学生课外作业：设计一个轮系，用最少的齿轮实现同轴反转，且速比i=2。在讲完理论力学时，课外作业为：设计一个最简单廉价的200L油桶平地搬运工具（完全人工作业）。充分相信学生的解决实际问题的能力，并加以鼓励引导。回到课堂师生点评，确定ABCD最佳方案。通过这种理论联系实际的任务驱动和自我探索，学生不仅加强了对所学知识的理解，同时提升了解决实际工程问题的创新能力。

2积极引导课外学习与实践

课外学习与实践能较快地拓展学生相关知识结构和解决实际问题的能力提升。教师要有意识地设计一些课外作业，引导学生课外学习与实践，一是扩大学生视野，加深对课程内容的理解，二是节约有限的课堂时间，充实课堂内容，时间用在刀刃上。

2.1引导学生文献检索开阔视野

通过文献检索，归纳总结，解决工程实际问题，是工科学生应该具备的基本技能。结合课程理论知识，由教师选题，让学生查阅文献资料，写出文献小节报告。例如，轴承课结束，布置课外作业：无油轴承技术现状、大推力滑动轴承技术进展等，要求学生查阅相关文献，并进行文献分类整理，最后通过分析文献，提出自己的设想或建议。通过对课程所涉及的文献进行广泛的阅读和理解，对该领域的研究现状、新水平、新动态、新发现等内容进行综合分析，写出500~1000字的文献小节。通过这一过程的学习和训练，课堂知识得到了提炼，相关的学科知识及应用得到了拓展。

2.2强化实践教学环节，提高学习兴趣

实践出真知，实践教学是巩固理论知识和加深对理论悟性的有效环节，是培养具有创新能力的高素质工程技术人员的重要途径。例如，减速器拆装实验，可以帮助学生了解减速器各部分的结构，考虑好拆装顺序，培养学生的观察能力和动手能力。碳钢材料的拉伸应力应变实验，可以使学生对应力形成过程、材料的比例极限σp、屈服极限σs、抗拉强度σb等有一个直观的认识，掌握许用应力基本概念及使用方法，加深对杆拉伸状态下基本几何尺寸的计算。通过实践环节的学习，培养了学生仔细认真的工作态度，加深了对理论知识的认知程度，激发了学生的学习热情。

2.3增加探索性问题，提高创新能力

传统教学作业是以课后作业为主，都是些常规练习，内容简单，答案唯一。这样虽有利于“基本功”的训练，但“多学少悟”的培养不利于学生创造力的发挥。针对工程问题的复杂性，实际问题是没有标准答案的。因此，在课外作业中，适当地增加一些探索性问题，能够激发学生主动思考的能力。例如，在学习应力时，对裂纹的危害及防护措施进行举例说明。通过查文献，独立思考，学生对力学分支———断裂力学有了一定的理解，意识到工程上的许多灾难是由裂纹引起的。这样的主动探索反过来提高了对书本理论知识的理解。一个学期进行几次这样的作业后，对提高学生的创新意识和研究实际问题的能力有明显的帮助，增强了学生对工程概念的感悟。

3改革课程考评方式的实践

传统的考评方式多为闭卷考试，由于本课程内容多、实践性强的特殊性，仅凭期末闭卷考试成绩不能全面反映学生掌握知识和运用知识的能力。为此，对考核内容进行了改革实践。改革前，只采用期末考试作为学生的最终课程成绩。改革后采用期末考试成绩和平时成绩相结合的方式对学生进行评价。学生成绩考评内容，一是考查理论知识的掌握情况，通过期末闭卷考试成绩呈现。二是检验学生运用所学知识解决实际问题的能力，通过平时课堂讨论、课外作业成绩体现。改革后，这种多元化的考核方式对学生知识的获得、能力的培养和素质的提高有明显的效果。

4结论