固体力学基本知识范文

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篇1

力学可粗分为静力学、运动学和动力学三部分，静力学研究力的平衡或物体的静止问题；运动学只考虑物体怎样运动，不讨论它与所受力的关系；动力学讨论物体运动和所受力的关系。

力学也可按所研究对象区分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支，流体包括液体和气体；固体力学和流体力学可统称为连续介质力学，它们通常都采用连续介质的模型。固体力学和流体力学从力学分出后，余下的部分组成一般力学。

一般力学通常是指以质点、质点系、刚体、刚体系为研究对象的力学，有时还把抽象的动力学系统也作为研究对象。一般力学除了研究离散系统的基本力学规律外，还研究某些与现代工程技术有关的新兴学科的理论。

一般力学、固体力学和流体力学这三个主要分支在发展过程中，又因对象或模型的不同出现了一些分支学科和研究领域。属于一般力学的有理论力学(狭义的)、分析力学、外弹道学、振动理论、刚体动力学、陀螺力学、运动稳定性等；属于固体力学的有材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学等；流体力学是由早期的水力学和水动力学这两个风格迥异的分支汇合而成，现在则有空气动力学、气体动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等分支。各分支学科间的交*结果又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等。

力学也可按研究时所采用的主要手段区分为三个方面：理论分析、实验研究和数值计算。实验力学包括实验应力分析、水动力学实验和空气动力实验等。着重用数值计算手段的计算力学，是广泛使用电子计算机后才出现的，其中有计算结构力学、计算流体力学等。对一个具体的力学课题或研究项目，往往需要理论、实验和计算这三方面的相互配合。

力学在工程技术方面的应用结果形成工程力学或应用力学的各种分支，诸如土力学、岩石力学、爆炸力学复合材料力学、工业空气动力学、环境空气动力学等。

力学和其他基础科学的结合也产生一些交又性的分支，最早的是和天文学结合产生的天体力学。在20世纪特别是60年代以来，出现更多的这类交*分支，其中有物理力学、化学流体动力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁流体力学、热弹性力学、理性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球构造动力学、地球流体力学等。

运动学发展简史

运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。至于物体的运动和力的关系，则是动力学的研究课题。

用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系，因此，单纯从运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的。这里，运动的相对性是指经典力学范畴内的，即在不同的参照系中时间和空间的量度相同，和参照系的运动无关。不过当物体的速度接近光速时，时间和空间的量度就同参照系有关了。这里的“运动”指机械运动，即物置的改变；所谓“从几何的角度”是指不涉及物体本身的物理性质(如质量等)和加在物体上的力。

运动学主要研究点和刚体的运动规律。点是指没有大小和质量、在空间占据一定位置的几何点。刚体是没有质量、不变形、但有一定形状、占据空间一定位置的形体。运动学包括点的运动学和刚体运动学两部分。掌握了这两类运动，才可能进一步研究变形体(弹性体、流体等)的运动。

在变形体研究中，须把物体中微团的刚性位移和应变分开。点的运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征，这些都随所选的参考系不同而异；而刚体运动学还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征。刚体运动按运动的特性又可分为：刚体的平动、刚体定轴转动、刚体平面运动、刚体定点转动和刚体一般运动。

运动学为动力学、机械原理(机械学)提供理论基础，也包含有自然科学和工程技术很多学科所必需的基本知识。

运动学的发展历史

运动学在发展的初期，从属于动力学，随着动力学而发展。古代，人们通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置的变化和时间的概念。中国战国时期在《墨经》中已有关于运动和时间先后的描述。亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念。

伽利略发现了等加速直线运动中，距离与时间二次方成正比的规律，建立了加速度的概念。在对弹射体运动的研究中，他得出抛物线轨迹，并建立了运动(或速度)合成的平行四边形法则，伽利略为点的运动学奠定了基础。在此基础上，惠更斯在对摆的运动和牛顿在对天体运动的研究中，各自独立地提出了离心力的概念，从而发现了向心加速度与速度的二次方成正比、同半径成反比的规律。

18世纪后期，由于天文学、造船业和机械业的发展和需要，欧拉用几何方法系统地研究了刚体的定轴转动和刚体的定点运动问题，提出了后人用他的姓氏命名的欧拉角的概念，建立了欧拉运动学方程和刚体有限转动位移定理，并由此得到刚体瞬时转动轴和瞬时角速度矢量的概念，深刻地揭示了这种复杂运动形式的基本运动特征。所以欧拉可称为刚体运动学的奠基人。

此后，拉格朗日和汉密尔顿分别引入了广义坐标、广义速度和广义动量，为在多维位形空间和相空间中用几何方法描述多自由度质点系统的运动开辟了新的途径，促进了分析动力学的发展。

19世纪末以来，为了适应不同生产需要、完成不同动作的各种机器相继出现并广泛使用，于是，机构学应运而生。机构学的任务是分析机构的运动规律，根据需要实现的运动设计新的机构和进行机构的综合。现代仪器和自动化技术的发展又促进机构学的进一步发展，提出了各种平面和空间机构运动分析和综合的问题，作为机构学的理论基础，运动学已逐渐脱离动力学而成为经典力学中一个独立的分支。

固体力学发展简史

固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。

固体力学研究的内容既有弹性问题，又有塑性问题；既有线性问题，又有非线性问题。在固体力学的早期研究中，一般多假设物体是均匀连续介质，但近年来发展起来的复合材料力学和断裂力学扩大了研究范围，它们分别研究非均匀连续体和含有裂纹的非连续体.

自然界中存在着大至天体，小至粒子的固态物体和各种固体力学问题。人所共知的山崩地裂、沧海桑田都与固体力学有关。现代工程中，无论是飞行器、船舶、坦克，还是房屋、桥梁、水坝、原子反应堆以及日用家具，其结构设计和计算都应用了固体力学的原理和计算方法。

由于工程范围的不断扩大和科学技术的迅速发展，固体力学也在发展，一方面要继承传统的有用的经典理论，另一方面为适应各们现代工程的特点而建立新的理论和方法。

固体力学的研究对象按照物体形状可分为杆件、板壳、空间体、薄壁杆件四类。薄壁杆件是指长宽厚尺寸都不是同量级的固体物件。在飞行器、船舶和建筑等工程结构中都广泛采用了薄壁杆件。

固体力学的发展历史

萌芽时期 远在公元前二千多年前，中国和世界其他文明古国就开始建造有力学思想的建筑物、简单的车船和狩猎工具等。中国在隋开皇中期(公元591～599年)建造的赵州石拱桥，已蕴含了近代杆、板、壳体设计的一些基本思想。

随着实践经验的积累和工艺精度的提高，人类在房屋建筑、桥梁和船舶建造方面都不断取得辉煌的成就，但早期的关于强度计算或经验估算等方面的许多资料并没有流传下来。尽管如此，这些成就还是为较早发展起来的固体力学理论，特别是为后来划归材料力学和结构力学那些理论奠定了基础。

发展时期 实践经验的积累和17世纪物理学的成就，为固体力学理论的发展准备了条件。在18世纪，制造大型机器、建造大型桥梁和大型厂房这些社会需要，成为固体力学发展的推动力。

这期间，固体力学理论的发展也经历了四个阶段：基本概念形成的阶段；解决特殊问题的阶段；建立一般理论、原理、方法、数学方程的阶段；探讨复杂问题的阶段。在这一时期，固体力学基本上是沿着研究弹性规律和研究塑性规律，这样两条平行的道路发展的，而弹性规律的研究开始较早。

弹性固体的力学理论是在实践的基础上于17世纪发展起来的。英国的胡克于1678年提出：物体的变形与所受外载荷成正比，后称为胡克定律；瑞士的雅各布第一·伯努利在17世纪末提出关于弹性杆的挠度曲线的概念；而丹尼尔第一·伯努利于18世纪中期，首先导出棱柱杆侧向振动的微分方程；瑞士的欧拉于1744年建立了受压柱体失稳临界值的公式，又于1757年建立了柱体受压的微分方程，从而成为第一个研究稳定性问题的学者；法国的库仑在1773年提出了材料强度理论，他还在1784年研究了扭转问题并提出剪切的概念。这些研究成果为深入研究弹性固体的力学理论奠定了基础。

法国的纳维于1820年研究了薄板弯曲问题，并于次年发表了弹性力学的基本方程；法国的柯西于1822年给出应力和应变的严格定义，并于次年导出矩形六面体微元的平衡微分方程。柯西提出的应力和应变概念，对后来数学弹性理论，乃至整个固体力学的发展产生了深远的影响。

法国的泊阿松于1829年得出了受横向载荷平板的挠度方程；1855年，法国的圣维南用半逆解法解出了柱体扭转和弯曲问题，并提出了有名的圣维南原理；随后，德国的诺伊曼建立了三维弹性理论，并建立了研究圆轴纵向振动的较完善的方法；德国的基尔霍夫提出粱的平截面假设和板壳的直法线假设，他还建立了板壳的准确边界条件并导出了平板弯曲方程；英国的麦克斯韦在19世纪50年代，发展了光测弹性的应力分析技术后，又于1864年对只有两个力的简单情况提出了功的互等定理，随后，意大利的贝蒂于1872年对该定理加以普遍证明；意大利的卡斯蒂利亚诺于1873年提出了卡氏第一和卡氏第二定理；德国的恩盖塞于1884年提出了余能的概念。

德国的普朗特于1903年提出了解扭转问题的薄膜比拟法；铁木辛柯在20世纪初，用能量原理解决了许多杆板、壳的稳定性问题；匈牙利的卡门首先建立了弹性平板非线性的基本微分方程，为以后研究非线性问题开辟了道路。

苏联的穆斯赫利什维利于1933年发表了弹性力学复变函数方法；美国的唐奈于同一年研究了圆柱形壳在扭力作用下的稳定性问题，并在后来建立了唐奈方程；弗吕格于1932年和1934年发表了圆柱形薄壳的稳定性和弯曲的研究成果；苏联的符拉索夫在1940年前后建立了薄壁杆、折板系、扁壳等二维结构的一般理论。

在飞行器、舰艇、原子反应堆和大型建筑等结构的高精度要求下，有很多学者参加了力学研究工作，并解决了大量复杂问题。此外，弹性固体的力学理论还不断渗透到其他领域，如用于纺织纤维、人体骨骼、心脏、血管等方面的研究。

1773年库仑提出土的屈服条件，这是人类定量研究塑性问题的开端。1864年特雷斯卡在对金属材料研究的基础上，提出了最大剪应力屈服条件，它和后来德国的光泽斯于1913年提出的最大形变比能屈服条件，是塑性理论中两个最重要的屈服条件。19世纪60年代末、70年代初，圣维南提出塑性理论的基本假设，并建立了它的基本方程，他还解决了一些简单的塑性变形问题。

现代固体力学时期 指的是第二次世界大战以后的时期，这个时期固体力学的发展有两个特征：一是有限元法和电子计算机在固体力学中得到广泛应用；二是出现了两个新的分支——断裂力学和复合材料力学。

特纳等人于1956年提出有限元法的概念后，有限元法发展很快，在固体力学中大量应用，解决了很多复杂的问题。

篇2

力学是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质。力学又是一门技术科学，它是许多工程技术的理论基础。土木工程是力学应用最早的工程领域之一[1]。对于土木工程专业的学生来说，力学课程是一类极为重要的专业基础课，它不但影响学生对今后其他专业课程的理解，还将影响学生以后解决工程实际问题的能力。所以，对力学课程在土木工程专业的重要性进行研究，可以帮助培养出适宜于社会发展的合格的工程技术人员。

2土木工程专业主要设置的力学课程

根据土木工程专业培养计划，四年本科期间，8学期内，共设置7门力学类课程。所以说，除了理论力学、材料力学和结构力学这“三大力学”之外，结合土木工程必须与流体接触的特点，也设置了流体力学这样的学科基础课。另外，考虑到大三之后，土木工程专业学生有“建筑工程方向”、“地下工程方向”、“古建筑修复与保护工程方向（特色方向）”三个不同的发展方向，也设置了土力学、弹性力学与有限元基础和岩石力学基础这样三门专业方向课程。

3各门力学课程的教学内容及特点

3.1理论力学

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，是各门力学的基础。它忽略一般物体的微小变形，建立在力作用下物体形状、大小均不改变的刚体模型。主要讲授内容分三个部分：淤静力学部分。主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件；同时也研究物体受力的分析方法，以及力系简化的方法等。于运动学部分。只从几何的角度来研究物体的运动，而不研究引起物体运动的物理原因。盂动力学部分。研究受力物体的运动与作用力之间的关系。

3.2材料力学

材料力学以单个杆件作为主要研究对象，并且将其看作均匀、连续、各向同性的可变性固体。它研究杆件的拉、压、弯、剪、扭变形特征，并对杆件进行强度、刚度及稳定性分析计算。

3.3流体力学

流体力学是研究流体的平衡和流动的机械运动规律及其在工程实际中应用的一门学科。流体力学研究的对象是流体，包括液体和气体。

3.4结构力学

结构力学以杆件结构（包括梁、拱、桁架、刚架和组合结构等）为主要研究对象；研究在外力和其他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的组成规律。

3.5土力学

土力学研究土的本构关系以及土与结构物相互作用的规律。土的本构关系，即土的应力、应变、强度和时间这四个变量之间的内在关系。

3.6弹性力学与有限元基础

弹性力学研究弹性体由于受到外力作用或温度变化以及支座沉陷等原因而发生的应力、变形和位移。它一方面对杆状物件作进一步的、较精确的分析；另一方面，对板和壳，以及挡土墙、堤坝、地基等实体结构，加以研究。

3.7岩石力学基础

岩石力学基础主要研究岩石和岩体力学性能的一门学科，是探究岩石和岩体在其周围环境（力场、温度场、地下水等）发生变化后，作出响应的一门力学分支。其所研究的岩体，具有不连续性、各向异性和不均匀性的特征。

4力学课程在土木工程专业的重要性

力学是土木工程专业的技术基础课，若缺乏对力学课程基本概念、物理意义和求解方法的深入理解，想真正掌握好相关专业课程，做好有关工程设计、施工、监理乃至进一步的科研工作，是不可想象的。

4.1对本科后续专业课程学习的影响

混凝土结构基本原理、钢结构基本原理、基础工程、土木工程施工技术、房屋砌体与混凝土结构设计、钢结构设计、结构抗震设计、地基处理、深基坑工程、城市轨道交通工程、隧道工程、古建筑设计与保护技术等专业课程，都与力学课程有关，如不打好力学基础，将无法真正掌握及应用好专业知识。例如在学习“混凝土结构基本原理”课程中受弯构件斜截面承载力计算这部分内容时，需首先了解斜裂缝出现的原因，这时就需利用材料力学主应力迹线的分析方法，在构件上取出微元体，来做截面主应力分析等。再如“钢结构基本原理”课程，由于钢材内部组织比较接近于匀质和各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的，所以钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合；在课程的学习过程中，经常会用到材料力学中的各种计算公式和计算理论等。除了这些专业课程，对于土木工程专业毕业设计这个实践教学环节来说，力学知识也是非常重要的。就拿经常会出现的“混凝土框架结构设计”这种毕业设计题目来说，它分为结构布置、计算简图框架内力计算、框架内力组合、框架梁柱截面设计、现浇楼面板设计、基础设计、楼梯结构设计计算和软件计算这样几个部分。所以说，若不能利用力学基础知识先进行结构计算简图的简化和结构内力的计算，后面实际结构设计部分，均无法完成。

4.2对研究生阶段学习的影响

毕业后，若继续就读本专业研究生，除了在研究生入学考试中可能会考核到材料力学、结构力学这样的力学课程；在读研期间，也将涉及更多更深入的力学课程，如应用弹塑性力学、塑性力学、连续介质力学、有限单元法、高等结构动力学等。如在本科阶段没有打下良好的基础，将很难掌握这些课程。

4.3对就业后解决工程实践问题的影响

力学知识在工程设计工作中的作用是不言而喻的。同样，力学知识对于施工或监理等工作，也是不可或缺的。如预制桩在堆放时垫木位置和吊装时吊点位置的确定，施工脚手架的安装计算，施工模板拆除顺序的确定，施工缝留设位置的确定，施工中钢筋放置位置的确定等，都需要通过力学知识来确定。从事建筑施工或监理的工程技术人员，只有掌握了建筑力学的基本知识，才能懂得建筑物中各种构件的作用、受力情况、传力途径以及它们在各种力的作用下在什么条件下会产生什么样的破坏。这样，在施工中就能正确理解设计意图，制定出合理的安全措施和质量保证措施，从而保证建筑施工过程中的绝对安全，确保工程质量，避免事故发生。

5对本科阶段力学课程野教冶与野学冶两方面的建议

力学课程内容繁多，概论抽象，在“教”与“学”两方面都存在很多问题，容易使教师教起来用时多，任务紧；学生学起来难度大，负担重，且容易出现书能看懂而求解问题无从下手的情况。

5.1教学方法建议

依据土木工程专业培养目标，考虑力学课程与相关专业课程的衔接性，整合力学课程教学内容。注重工程实践教育，加强学科工程背景教学。培养学生创新意识，开展竞赛活动，强化学生动手能力。引导学生参与教师科研活动，培养学生的科研意识。教学中运用案例教学，趣味教学，启发式、探究式、研讨式等教学方法。理论教学之余，也可简要介绍结构力学求解器、ANSYS、ABAQUS、PKPM等计算软件，加强学生在力学计算方面的综合能力。

5.2学习方法建议

“教”与“学”相辅相成，无法分离。所以除了教师需运用不同的教学方法来提高学生的学习兴趣之外，学生也需掌握合理的学习方法，以加强对教师教授知识的理解与渗透。第一，课前做好预习，课后加强复习。有效的预习，可以使学生在上课之前，了解自己即将要学的知识，这样在课堂学习时，就可以对自己所学的东西做到心中有数；及时的复习，可以使学生及时消化课堂所学，以便深入了解所学知识，深入掌握。第二，善于积累，善于提问。本科教学不比高中教学，它讲授新知识的时间往往多余复习旧知识的时间，所以，在学习的过程中，不能存在“猴子掰玉米”的现象，学了新的忘了旧的，而是要不停积累，不停学习；对于不懂的知识点，要善于提出疑问，问同学，问教师，问网络，及时解答疑问，及时解决问题。第三，要加强练习。学习力学知识的过程中，不做一定数量的习题，将很难对基本概念和计算方法有深入的理解，也很难培养出好的计算能力，所以，要学以致用，加强练习。第四，善于创新，积极参与不同的实践活动。教师教授的知识是有限的，在学习教师教授的方法之后，举一反三，要自己善于发现问题，创新思维；积极参与各项社会实践活动，如省大学生力学竞赛、省大学生结构设计大赛等，将学到的力学知识应用到实际的大赛活动中，并且从实践的过程中又学习新的力学知识，循环往复，提高自身的学习积极性；积极参与教师的科研项目，提高自身的研究思路和水平，也是加强自身力学思维的较好方法。

6结语

篇3

关键字：专业课教学；高分子物理；教学方法

【中图分类号]】G420

目前，大学生的课程就其结构层次可分两大类，一类是基础课，包括为培养德、智、体全面发展的高级专门人才开设的各专业的共同课，即公共基础课，和为了向学生讲授与他们所学专业密切相关的一些基础理论、基本知识和基本技能而开设的基础课；另一类是专业课，这是为了向学生讲授他们所学的本专业的理论、知识和技能的科学体系而开设的课程，体现了国家对专门人才在业务上面的特殊要求，是大学课程的中心部分。这两类不同层次的课程在大学生的学习生活中都有一定地位，一方面基础课是学好专业课的基础，另一方面又要在此基础上学好专业课，并学会运用专业理论知识去分析解决实际问题。因此专业课的学习在大学生学习过程中也是至关重要的。

高分子物理是高分子专业基础课，在高分子材料科学中占有十分重要的地位。高分子物理学是研究高分子的结构与性能之间关系，并为高聚物成型加工理论基础的一门科学。它是在材料力学、固体力学、流体力学、物理化学等学科基础上发展起来的一门新兴学科，因此对于化学专业学生学习具有一定难度。为了很好解决学生在学习中所遇到的问题，提高教学品质，我们在多年的教学中做了以下工作：

一.教材选取：

教材也称课本，是教学内容的主要依据，是根据教学大纲编定的要求系统地反映学科内容的教学用书，是教学大纲的具体化，是实现一定教育目的的重要工具。它即为教师的教学提供了基本材料，也是学生学习科学文化知识的主要材料，是他们阅读课外参考资料、研究学术问题的基础。因此教材的选取直接影响着知识讲授的深浅及教学品质的高低。

高分子物理这门课程国内尚无材，目前广泛使用的教学用书分别是由何曼君、金日光、柯扬船主编的三种版本的"高分子物理"。为了提高学生对高分子物理知识掌握水准，增加应试能力，我们也采用了此教材，对于教学中遇到的问题，我们采用以下措施，一是将书中涉及的较难的数学问题，用较容易的数学知识重新推导，使学生容易听懂；例如在推导高分子链的均方末端距时，采用的统计模型是三维无规行走。通过几年的教学实践，我们成功地采用了此教材。

二.课堂讲授

教学是教师的教和学生的学相结合的共同活动。学生在教师有目的、有计画的指导下，积极主动地掌握系统的科学文化基础知识。课堂讲授是当前我国高等学校班级教学的基本形式。它是在教师的主导下向学生传递知识资讯并控制学生掌握知识资讯的一种教学形式。在这种形式中，教师始终处于主导地位，因而使课程讲授具有可控性强、系统性强、效率高和简便易行等特点。

（一）知识的逻辑性

高分子物理学是研究高分子的结构与性能之间关系的科学，因此我们在教学中始终以突出这一宗旨来进行讲授，我们首先讲授高分子链的结构，然后讲授高分子的溶液、电学等性能。在讲授每一种性能时，我们都从高分子结构入手进行讲授，定性地讨论高分子的性能特点，用以揭示其内在的必然联系。这种启发式的教学方法效果很好。这种教学方法，增加了高分子物理学的逻辑性，提高学生对高分子物理学知识的掌握程度，培养学生运用专业知识独立分析问题和解决问题的能力。

（二）本学科前沿科研知识的介绍

科研成果是无数科学工作者科研工作的结晶，是人类宝贵的知识财富，它标志科学发展的方向。结合本门课程的内容，介绍一些科研知识与成果，有利于学生对科研的基本知识和基本方法的掌握；有利于培养学生的科学思维方法的；有利于激起学生对从事科学研究的兴趣和热忱。

三.作业题筛选

教学这一特殊系统要达到预期效果，就要求教师的教学活动与学生接受资讯过程具有较高的同步性，这要求教师在整个教学过程中能及时、准确地获得来自学生的回馈资讯。其主要形式是作业。为了更好地完成教学任务，加深学生对所学知识的理解和掌握，自开设这门课程以来，我们教师一直在做收集、整理并解答一些有特色的高分子物理习题的工作，装订成册。

四.教学与实践相结合

大学教学，不仅要在校内采用多种教学方法联系实践，使学生掌握的理论知识在一定程度上转化为技能，更要注重组织学生参观学习，帮助学生实现由学习向工作的过渡。

我们学校为地方性大学，大多数学生毕业后要充实到生产第一线，如何使学生毕业后，尽量缩短适应期，胜任所承担的工作，也应是我们教学的一项重要任务。

首先，我们在课堂教学中，比较注重应用知识的讲授，使学生学会如何运用所学知识去分析和解决实践问题，并且我们正积极准备，拟开设塑胶、橡胶成型加工实验课。

再者，参观教学是根据教学目的，有计画地组织学生对实际事物直接地观察研究，使理论联系实际的一种教学组织形式。这种教学形式使学生得到具体的知识，容易激发学生的学习兴趣，深化所学的理论知识。

本专业根据教学内容的需要，已坚持多年用一周时间组织学生去哈尔滨塑胶五厂、哈尔滨塑胶九厂、哈尔滨玻璃钢研究所、哈尔滨化学材料厂和哈尔滨特种塑胶厂参观学习，请工厂技术人员现场讲解塑胶薄膜、塑胶桶、塑胶电线、塑胶啤酒箱子等产品的生产加工过程，通过下厂参观学习，加深了学生对所学知识的理解与掌握，开阔了学生视野，效果很好。

总之，采用以上诸做法，通过多年教学实践，效果是显着的。学生普遍反映，此门课程平时抓得紧、要求高，考试时不用划重点、串线，学生知道复习重点，成绩优劣与用功程度有关；再有，在完成课堂教学前提下，适时地组织学生下厂参观学习，有利于学生深化科学文化知识的学习；增加学生的感性认识；增强学生适应社会的能力。同时也有利于应用型、复合型和创新型人才的培养。

参考文献

[1]刘晓亚，郁文娟，陈明清。高分子材料与工程专业人才培养探索[J]，无锡教育学院学报，2003，（12）

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关键词：大学生；环境工程教育；实践能力；培养模式改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）34-0029-02

高等学校担负着为国家培养高素质人才的重任，在创业创新的大潮中，人才是创业创新、推动经济社会发展最活跃的因素。教育要面向时代，历史性地承担起知识和技术创新的伟大使命，为创新创业提供强有力的智力支撑和人才保证[1]，如何让学生拥有创新应用能力成为了人才培养的核心工作。

全国目前有14000多个工程教育专业，占高等学校专业总布点数的 ；工程专业类在校生超过400万人，占全国本科总数的。这些数据清楚地告诉我们，工程教育的质量和水平高低直接关系到本科生的培养质量。教育界对工程教育非常关注，从工程师的培养目标、知识体系和培养模式等多方位进行积极的探讨改进。

环境工程专业是一门将环境保护落实到工程措施上的综合学科，是环境保护产业的理论和技术基础。它的主要任务是培养学生的动手能力和解决实际工程问题的能力[2，3]，将来能为企事业单位解决生产生活过程中产生的污染问题[4]，对实践能力要求较高，因此，本科教育应高度重视学生实践能力的培养，加强创新能力和实践应用能力，培养企事业单位急需的技术人才。目前很多院校在环境工程教育中上存在诸多不足，实践教育弱化趋势尤其明显，与企业联系不紧密，重“学”轻“术”，造成工程性缺失和创新性不足。为此，以环境工程学科为例探讨实践能力的培养意义重大。

一、环境工程专业本科生工程能力培养的社会背景

在科本生培养过程中，当前高等学校以工程能力提升为目标的培养模式改革面临多方面的压力。

1.工程教育认证。我国从2005年开始开展工程教育认证，使得一直强调的“提高教学质量”第一次有了明确合理的参照标准，几乎所有相关院校都对参与工程教育认证表现出空前的热情。申请工程教育认证的各高校要深化课堂教学改革，提高课堂教学质量。环境工程专业作为试点专业，在2007年下半年启动了认证工作。工程教育认证作为保证教育质量的外部评估，由专门职业学会会同专业领域的教育工作者共同进行，以质量保证和质量改进为出发点，强调工程教育的基本质量要求，以提高工程人才培养对工业产业的适应性。

2.卓越工程师教育培养计划。教育部为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，培养造就一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，2010年启动了“卓越工程师教育培养计划”，对全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。

3.大众创业、万众创新的社会背景。2015年国务院关于大力推进大众创业万众创新若干政策措施的意见，将推进创业创新作为发展的动力之源、富民之道、强国之策[5]。这相应对高校培养高素质应用型人才提出了更高要求，没有创新的教育，就不可能有创新的人才。

4.环境污染的巨大压力。我国目前处在经济快速发展阶段，面临的环境问题复杂多样，压力巨大[6]，环境污染和生态破坏已经成为制约国民经济发展和影响社会稳定的重要因素，人们已经意识到破坏生态环境的代价极大，对环境保护日益重视起来，国家已将保护生态环境纳入经济和社会发展的重大战略之中[7]。随着国家环境保护力度的加大，环保产业近年来得以快速发展，产业领域不断拓展，技术和产品结构逐步优化升级，未来发展潜力巨大[8]，亟需具有良好职业能力的环境工程技术人才。

鉴于上述社会背景，基于社会需求和环境工程专业特点，以提升工程能力为目标，以教学改革创新为动力，创新教育模式势在必行。

二、环境工程专业培养要求

环境工程专业作为一门交叉学科，与许多学科具有千丝万缕的联系。现代环境工程所具有的科学性、社会性、实践性、创新性、复杂性、本土性等特征日益突出，覆盖面也不断扩展。

在创新创业背景下，环境工程毕业生应当具有更为深厚的理论基础知识、扎实的工程专业技能，还要具备创新应变能力、组织管理能力、终身学习能力。具体来看，毕业生应获得以下几方面的知识和能力。

1.掌握环境基础学科基本理论、基本知识。

2.掌握环境监测、环境影响评价、环境污染治理的原理、方法和技术。

3.具有环境工程与管理的基本理论、基本知识和设计能力。

4.熟悉国家环境自然资源保护、环境可持续发展、知识产权等有关政策和法律法规。

5.了解国内外环境科学、环境工程理论及技术前沿、生物工程技术的应用前景、环境科学的发展动态以及环境保护产业的发展动态。

6.具有一定科学研究和实际工作能力，具有一定的批判性思维能力。

7.掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的试验设计，创造实验条件的能力；归纳、整理、分析试验结果，撰写论文；参与学术交流的能力。

三、以工程能力提升为目标的环境工程课程体系改革

为适应社会发展需求、全面提高环境工程专业本科生的培养质量，我校以优化课程体系为核心，在课程建设方面按照“加强基础、深化实践”的原则来改进课程体系。课程体系构建如下。

1.学科基础课的构成。除跨学科数学、物理、计算机基础课外，重点以化学类课程（包括无机及分析化学、有机化学、物理化学、化学工程）为基础课，凸显我校环境工程专业在化学污染物监测治理方向基础雄厚的特色，各课程都设置了相应的实验课；此外，设置了生物生态类（包括环境微生物、环境生态学、生物化学）及工程类基础课程（电工学、工程测量、土木工程施工、流体力学），目的是使学生具有扎实的工程应用基础。

2.专业理论课的构成。主干课程为环境化学、环境监测、环境工程学，为使学生具有扎实的专业基础，在水、气、土壤、固废、噪声分别设置相应的污染控制技术专门课程。理论教学成为系统传授环境工程专业知识的重要途径。

3.专业实践教学体系的构建。实践教学是高校人才培养体系中的关键环节，是提升学生社会适应能力和就业竞争力的重要手段[9]。实践教学环节是我校本科生培养计划制定过程中重点改革内容，新制定的培养计划中的实践课程主要包括以下几类：（1）化学化工类基础课程实验；（2）课程设计，包括水污染控制课程设计、大气污染控制课程设计、固体废物处理处置课程设计；（3）专业基础课实验，包括环境化学实验、环境监测实验、环境工程学实验、环境工程微生物实验，该类实验以验证性实验为主，适当增加了设计性实验；（4）集中实践课程，利用三周进行环境工程综合实验，主要为综合性、设计性实验，实验讲义与学生方案设计相结合，进行工业废水处理、生活废水处理、水质综合监测评价和数据的质量控制；（5）认识实习、生产实习和毕业实习，分别在二、三、四年级开设；（6）毕业论文（设计），利用第八学期，在教师指导下，学生独立进行研究性实验或工程项目方案设计。

上述各实践环节层层递进，形成了课程设计、验证性实验、综合实验、现场实习、毕业论文（设计）实践能力五级培养模式，可明显提升学生的实践动手能力和工程设计能力。通过从模拟验证，到综合性、研究性实践，最后完成独立课题，逐步培养学生的动手能力和实践能力。我校培养的学生动手能力强，在实验室工作的适岗时间短，企业对学生的满意度也有所提高。

从创新能力形成的原理来看，实践是人的创新能力形成的唯一途径，又是人的创新能力发展的动力，还是检验人的创新活动成果的唯一标准。实践教学尤其是综合性、研究性实践环节，对提高学生实际动手能力和知识应用能力有着特殊的作用。

为进一步提高学生的工程应用能力，近年来，我们正在积极探索依托环保行业企业、面向社会的培养新途径，加强与企业的合作，鼓励学生参加社会实践和应用型课题的科研训练，收到了良好的效果。

四、结束语

提高大学生工程能力是高等院校人才培养的一项重要工作和一个系统工程，创新人才培养的核心在于培养方式，通过上述一系列课程建设手段，逐步构建符合社会发展和环境工程学科专业要求的课程体系，使学生掌握必备的知识和实践技能，才能使培养高素质人才的目标得以落实。

参考文献：

[1]邱荣富，唐方利，李相林，周剑.对我国高校培养创新人才的几点思考[J].时代教育，2008，（7）：131-132.

[2]黄丽坤，王鑫，夏至，黎晨晨，徐忠，吴春.以提高实践能力为目标的环境工程专业教学改革与探索[J].教育教学论坛，2015，（51）：97-98.

[3]孙红文，戴树桂，徐建，马小东，汪磊，张彦峰.以重点学科为依托培养本科创新人才――南开大学环境化学创新人才的培养实践[J].中国大学教学，2009，（7）：11-13.

[4]胡庆昊，韩照祥，马卫兴，陈文宾.浅谈环境工程专业教学中实践能力的培养[J].甘肃科技，2010，26（11）：176-177.

[5]于爽.“大众创业，万众创新”背景下对大学人才培养的思考[J].亚太教育，2015，（33）：263.

[6]杨明，贾向桐.我国市场经济发展中的生态和谐问题研究[J].生态经济，2013，（7）：55-59.

[7]王金南，秦昌波，田超，程翠云，苏洁琼，蒋洪强.生态环境保护行政管理体制改革方案研究[J].中国环境管理，2015，（5）：9-14.

篇5

1．1课程体系内容全面，但与其他课程内容存在重叠现象根据教学大纲，大气污染控制工程课程内容主要讨论大气污染气象学、大气扩散模式、颗粒污染物和SO2、NOX及挥发性有机气体等气态污染物控制技术基本理论、工艺与设备等．现行环境工程课程安排上存在部分知识体系重复现象，如该课程中气态污染物净化技术部分内容与《环境工程原理》中的净化理论基础知识包括除尘技术基础理论、吸收法、吸附法的气液传质基本原理部分重复，其次与《环境工程设备》中的除尘装置等内容也有交叉．此外，《环境影响评价学》中污染物扩散模型与本课程中的扩散模型原理一样．因此，在教学中如何协调与其他课程的关系尤为重要．

1．2教材的内容滞后于学科发展随着城市机动车的快速增长，我国城市大气污染已由煤烟型污染向煤烟—机动车复合型污染转变，增加了控制与治理的难度．《国家“十二五”环境保护规划》将氮氧化物列入污染物减排的重要指标之一，新修订的《环境空气质量标准》增加了细颗粒物（PM2．5）和臭氧（O3）8小时浓度限值监测指标．实践中，大气污染控制的热点在不断转换，应用技术更新更快，但相应教材却未能及时反映一些新的环保技术，不利于学生对新知识的学习和适应社会发展的需要．

1．3课程以理论教学为主，实践教学环节薄弱实践教学环节薄弱是我国高校大气污染控制工程教学的主要问题之一．由于受到实验场所限制，部分实验设备得不到及时更新，课程设计较多停留在理论上的计算，实际应用性有待加强．此外，我校环境工程在水污染控制、环境化学污染控制研究技术方面具有较强的科研实力和优势，大气污染治理科研项目数量远少于废水、土壤和固体废物污染治理项目，科研实力相对薄弱，这也在一定程度上制约了大气污染控制工程的科研教学实践．为培养学生利用所学理论分析和解决实际工程中大气污染防治问题的能力，迫切需要加强和改革大气污染控制工程课程教学实践环节．

2教学改革探索与方法创新

2．1整合教学内容，用活教材针对大气污染控制工程与化学、物理、流体力学等基础课程联系密切的特点，注重教学内容安排上与这些基础课程相关内容进行协调、整合．比如对传质系数、传质单元等一些重要数学公式内容的讲授，依据“弱化推导，强调应用”原则，与基础理论课程融会贯通，在课堂讲解的基础上，注重学生通过课后习题练习学会应用．为避免部分内容在原理上与《环境工程原理》、《环境影响评价学》等其他专业课程重复的现象，在充分理解这些课程的教学大纲基础上，注重协调相关教学内容和重点．如环境影响评价学中涉及到的大气污染扩散模式内容，略讲解其原理和公式，着重其应用要点和范围，详略得当，充分发挥好课时短的教学效果．好的教材参考书能对教学效果起到事半功倍的作用．据对大气污染控制工程的国内教材与国外教材（Noel•de•Nevers编著的《AirPollutionControlEngineering（SecondEdition）》）比较，国外教材在内容阐述、新颖性与生动性方面，尤其是在思考性、具体例证的真实性和学术性方面表现优异．在教学过程中，我们引进了上述英语原版教材《AirPollutionControlEngineering》的中译本（2005年）作为主要教学参考书，制作教学课件，让教材互通有无、扬长避短．

2．2优化课程内容结构体系，理清教学脉络根据《大气污染控制工程》教材特点，将教学内容结构体系分为原理性内容（基本知识）、应用性内容（技术原理）、工程性内容（工程工艺）和学科前沿四大部分，并将其优化成一个完整的体系进行教学（图1）．时间顺序上，按照“大气的基本概况———全球与我国大气污染的主要污染特征与发展形势———主要大气污染问题的控制技术”循序渐进方式开展教学；技术内容上，按照“大气污染物来源———净化控制技术———最新前沿技术与设备、原理及应用”主线讲授；结构层次上，按照“净化原理———净化设备选型与设计———净化工艺流程与优化”进行描述；学习目标上，强调有色行业废气污染物的控制与资源化利用，完善环境污染末端治理技术的同时积极发展清洁生产工艺，实现大气污染物排放最大减量化．该教学结构体系既衔接了基础知识，又将清洁生产与发展循环经济的新理念引入教学中，引导学生掌握一些大气污染控制新原理、新知识及相关新工艺，使学生能够按照可持续发展原则解决生产中所遇到的大气污染问题，学以致用．通过梳理课程内容结构体系，让学生理解和把握教学脉络，学习知识思路更清晰．

2．3丰富课堂教学方法和手段，提高教学实效采用多种教学手段和教学方法，激发学生学习兴趣．对于较难讲明白的污染净化设备工作原理和设备组成部分，利用网络资源、PPT软件以及生产实习、企业调研的素材制作课程多媒体课件，并借助录像和计算机仿真动画演示，提高教学实效．积极开展交互式教学改革，尝试采用指导———自学式教学法，要求学生课前预习，收集素材，让他们自己在课堂上讲解，通过展开讨论及课堂提问检查督促．在对各种控制技术进行讲解时，以理论为基础，鼓励学生提出污染物控制的可能方法，教师加以评论，并指出这些方法的优缺点，提高学生的创新意识．此外，还让学生参与多媒体课件的制作，培养学生对《大气污染控制工程》知识点的归纳和加工能力．这样极大地激发了学生的学习主动性，完善了教与学的互动体系，达到相应的教学效果．案例教学模式是一种深受学生欢迎的教学方法．在教学过程中对相关的应用实例，如大气污染综合防治模型、除尘技术应用实例、脱硫技术应用实例、氮氧化物的控制实例、工业气体净化实例等加以陈述，图文结合，使学生的抽象思维与形象思维相结合，更容易理解．通过案例分析，也加强了各章节间的内在联系和交叉渗透，取得了良好的教学效果．

2．4创新实践教学培养环节，学以致用实践教学主要包括实验教学、生产实习和毕业论文设计等内容．针对教学实验以验证型和基本操作型实验为主的现状，我们将基本操作型实验和验证型实验与综合型实验整合、优化，组成一个大的综合型“三性实验”（综合性、设计性、研究探索性），具体包括给定试验目的和内容，学生自己查阅文献、制订相应的试验方案，提出解决方法，最终通过实验来验证自己的设计和预期效果．如将原来开设的单纯利用市售TiO2纳米材料光催化净化挥发性有机污染物（VOCs）试验，结合教师的科研成果，改为自制纳米TiO2材料光催化净化VOCs的创新型实验，要求学生在查找文献的基础上，自行设计实验、制备材料，再对TiO2材料进行表征及其净化VOCs等全过程开展工作．该综合型实验使学生既认识到纳米技术在大气保护领域的实际应用潜力，又深入了解纳米材料组成结构特点及催化性质，以及大气污染物催化净化原理及其主要影响参数．同时引入光催化剂的表征分析，让学生接触常用纳米材料表征技术和手段．通过“三性试验”实践，极大丰富了实践教学内容的深度和广度，对培养学生研究能力、创新能力的好处不言而喻．大气污染控制工程是一门工程技术课程，加强学生的工程训练十分重要．在教学过程中，注重通过工程范例图像资料教学，培养学生工程应用能力．邀请校外工程技术专家参与教学，应用实践案例对大气污染控制工艺设计、运营等关键问题进行针对性讲解．另外，请有实践经验的工程师进行指导，带领学生参观相关企业脱硫、脱硝和除尘的相关工艺流程和设备，了解设备内部结构．我校环境工程专业的定点实习单位株洲有色冶炼集团既有较全面的电除尘、袋式除尘及旋风除尘系统，也具备二氧化硫制酸等工艺，大气污染治理技术及设备全面，引导学生充分利用实习机会，深入了解大气污染控制工艺的工作原理和流程，深化理解与掌握理论知识．毕业设计时，以有色冶炼烟气治理为主线，让学生设计烟气除尘脱硫系统．从理论到实践，最后到工艺设计，构建一个理论教学和实践教学相辅相成的互动体系，为学生提供学习理论知识、锻炼实践能力和创新能力的机会，从而培养出具有较高理论水平和较强实践能力的应用型工程技术创新人才．

2．5加强学科热点与控制技术前沿介绍，拓展视野关注学科发展的前沿技术知识和信息，介绍当前学术和技术发展动向尤为重要．大气污染控制技术已由末端控制为主发展为以清洁生产为中心的全过程控制，是一门发展迅速的学科．在课程教学内容安排上，收集学科发展的前沿技术知识和信息，及时吸纳最新研究成果和报告，更新教学内容，拓展学生知识视野；在实际教学过程中，不断收集国内外较新的、先进的大气污染控制技术和设备信息等，及时补充最新出台的燃煤、有色行业相关的行业大气污染物排放标准如《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223－2003）、《铅锌工业污染物排放标准》（GB25466－2010）及大气环境质量标准的内容．增加履行京都议定书的拓展清洁发展机制的大气污染热点问题，及时跟踪火电厂燃煤、冶炼烟气脱硫，同时去除砷、铅、汞等金属废气治理先进技术以及煤炭洗选和转化技术，强化其他污染物控制方面的内容，如垃圾焚烧、再生金属冶炼产生的二恶英特性及其去除方法．针对我国“十二五”期间将对氮氧化物进行总量控制，加强建立细颗粒物（PM2．5）监测体系以及污染控制技术研究现状，及时整理相关学科前沿内容融入到教学中，通过更新补充教学内容，让学生了解大气污染物控制的发展趋势及前沿技术知识，在未来的学习研究和工作中更容易找准方向．通过上述的大气污染控制工程教学改革的探索与实践，该课程的教学质量和学生的综合素质都有了较大提高，教学效果明显改善，学生知识系统性明显增强．学生在试验中能够根据自己掌握的课堂知识参与实验设计与思考，在生产实习和毕业设计中能进行相关处理技术的开发、新工艺设计和改进，科研创新能力等综合素质都得到明显提升．

3结语