工程問題的概念范文

導語：如何才能寫好一篇工程問題的概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

第一步：就是在收集資源的時候，給顧客進行有效的溝通，通過講解食譜（見附錄）、化驗單（檢測結果）、運動飲食指導達到收集顧客信息的目的，同時，又拉近了顧客與員工的感情，給顧客留下了良好的印象，巧妙的留下上門預熱的由頭。

第二步：第一次預熱，即上門預熱。以送《洪昭光教授的大型科普巡講錄》為由頭，拜訪顧客。說是預熱其實還是和顧客溝通，我們知道溝通是雙向的，即參與談話的雙方都得進行交談、溝通。但我們一定要注意，第一次上門預熱溝通應該有所偏重，即我們要充分了解顧客，這就要求我們在溝通中占主導地位，多問，讓顧客多回答。 我們需要了解顧客的信息包括：年齡、病癥、保健意識、文化層次、愛好、原工作單位、經濟收入、子女情況、現服用何種保健產品、效果如何等等。本次預熱時間不要太長，控制在15~20分鐘即可。結合顧客的病癥，把重點內容畫出來，同時暗示顧客下一次送電影票的時候要把書拿走，督促顧客看，然后禮貌告辭。

第三步：第二次預熱。此次預熱和發電影票同時進行，其實還是溝通，詢問顧客是否看了小冊子，如果沒看，督促其趕快看，等明天看電影的時候把書帶過去。如果看完了顧客詢問了，我們就簡單地向其滲透核苷酸的知識。由此，我們可以看出在本次溝通中重心發生了轉移，即讓顧客了解我們，了解我們公司，我們的核苷酸，但要注意我們在顧客家中千萬不能大講特講。如果講得太多，就把顧客講跑了，他就不敢參加我們第二天的會議了，這就叫做預熱過度。另一情況是預熱不充分，如果顧客沒問，我們就要提醒他，引導他看。比如說，叔叔，我送您的巡講錄有關糖尿病的那部分內容看了嗎？沒有，叔叔那您趕緊看，它與明天咱們的電影內容有關，您先看看，到時間有助于您理解，同時，咱們現場還有有獎知識問答。叔叔，把書上的這些內容記住，到時候回答問題，還能得到一份精美的紀念品呢。

如果顧客看了，但看得比較粗糙，沒有表現出明顯的興趣，這時候我們還是要引導他，告訴他說：“叔叔您看了我們的小冊子，應該了解了糖尿病產生的根源了吧？對，就是基因受損，葡萄糖基酶基因、線粒體基因、胰島素基因受損，也就是說細胞內的基因受損，是導致糖尿病的根源，怎樣從根源上控制和治療糖尿病，這就靠核苷酸、寡核苷酸了。核苷酸是小分子核酸。咱們平時吃的大米、饅頭、肉類中含的都有核苷酸。它是人體細胞的核心物質，能修復受損基因并能穩定血糖，調節新陳代謝，全面控制并發癥的發生。另一個需要您特別注意的是寡核苷酸能消除耐藥性，且具有一定的抗癌功效。比如說叔叔您吃了 ‘平糖寶’一段時間后，感覺治療效果不如以前明顯了。這就是您的機體出現了耐藥性。咱們的寡核苷酸能解決這個問題，同時呢，咱家用的是微波爐，它對人體的輻射很厲害，寡核苷酸還有一定的抗輻射作用。叔叔您了解了這些，對于您的糖尿病的預防和阿姨高血壓的預防都有很好的指導作用，對吧。

如果顧客吃過核酸，了解核酸，這時候我們就可以給他多講一些，把我們的產品本身的核心優勢都講給他聽（盒子上面的七大賣點）同時也可以在顧客家里面做實驗，以證明我們產品的優勢（見促銷篇）。

需要說明的是每個地區的人都有每個地區的地域性格，有的地域的人群性格開放、豪爽、明朗，我們在其家中預熱時就可以多講，有的地區，比如西北地區的人性格很保守、謹慎，那我們就不要多講，不能過分暴露，否則的話，就可能導致他們不來參會。但總的來說，我們在預熱過程中要把握一個“度”字，因地制宜，適可而止，過猶不及！

最后再強調一下預熱過程中的細節：

1、收集資源時的預熱（見資源收集）

2、上門預熱前，一定要打預約電話，打電話的時候，要明朗、殷勤、熱情“喂，您好，胡生仁叔叔家嗎？”（是）“叔叔，您好！我是小趙，今天早上在公園給您測血壓，送食譜的小趙，叔叔還記得吧？”（記得）“叔叔，是這樣的，在公園里咱倆聊得挺投緣的，看您很關心自己的健康，我特地向公司申請了幾本《洪昭光教授的大型科普電影巡講錄》，里面的內容挺好的，尤其是對糖尿病如何從根源上預防、治療和保健，寫得很詳細，我想給您送一本看看，順便再跟您聊點保健知識，叔叔，您上午有時間還是下午有時間？”（上午9點鐘有空還是10點鐘有空？）“那行，叔叔我等會就過去，大約9：30到您家，叔叔咱家在……（重新核對詳細住址）叔叔，呆會見?！?/p>

我們要注意，如果顧客問我們現在在哪，我們千萬不要說在公司，就說一個離他家很近的地方，意思是馬上就到，否則，顧客要么有事要出門，要么就嫌太麻煩我們了，就會拒絕上門，導致預熱失敗。

3、在尋找顧客的過程中，有些顧客家不好找，一定要記住，“路長在嘴上”，勤問，不要放棄。或者在打預約電話的時候，核對顧客住址的時候，詢問顧客怎么走，他家周圍有什么明顯標志，以節約時間。上完樓梯，要在顧客家門口停上半分鐘，待呼吸平靜后，敲門三下，或按門鈴一次，等待開門。開門后，我們一定要面帶微笑，熱情大方的打招呼“胡叔叔，您好，您吃早飯了嗎？”進門后，不要動，哪怕人家屋里面是水泥地，也一定要請求換鞋后再進，如果主人執意不肯，這才進去。這樣做，第一突出禮貌，留下好的印象，更重要的是消除有些顧客的后顧之憂：把我們家的地弄臟了，走了又得拖。一旦顧客有了這個想法，壓根聽不進去你在講什么，不能很好的與你溝通。

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關鍵詞：系統工程 民用飛機 需求確認 專家意見

中圖分類號：V37 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0066-03

在民用航空研制領域廣泛使用的ARP4754A，民用飛機系統開發指南，推薦將系統與外界的接口需求以協議的方式形成機載系統規范。系統規范的具體形式包括工作說明、計劃、手冊、需求文檔、接口文檔或合同[1]，是完整和詳細的系統接口描述。從本體論的角度來看，系統規范就是機載系統的知識本體，是該系統“共享概念模型的明確的形式化規范說明”[2-3]。除了該系統內部的系統工程師，共享這些知識概念的專家還包括適航代表，飛行員代表，軟硬件工程師，系統驗證工程師和其他相關系統的系統工程師等外部人員。以上所有專家會在飛機研制的不同階段分別參與到該系統的確認過程。ARP4754A建議使用模板/檢查單、用戶操作場景描述和原型建模等確認方法來保障系統規范的正確性和完整性[1]。這些方法在實際操作過程中普遍存在著以下問題：

（1）模板訂制（裁剪、擴展和修改）缺乏依據。

（2）檢查單項目含義模糊，難以判斷。

（3）用戶操作場景描述不準確或相關條件尚未確定。

（4）原型建模受問題特點的制約，使用范圍有限。

因此，作為上述方法的重要補充，各類專家會根據各自的工作職責針對性地提出問題作為專家意見，參與到系統需求的確認過程中。匯總的專家意見是系統利益相關人對該系統的客觀要求，是飛機設計評審中的重要參照，是飛機研制過程向前邁進和適航取證的必要條件，是決定民機項目成功的關鍵因素。所有系統工程師都很重視這些意見。不過，由于專家知識背景不同，描述問題的角度和層次不同，系統工程師如果直接納入這些意見和反饋進行系統規范開發就會產生知識沖突。綜合分析以上情況，本人提出以專家意見為主線的機載系統需求的確認方法，在一個新的系統工程框架下實現理論與實踐的結合。

1 專家意見驅動的需求確認方法

系統規范的開發是一個迭代的過程，一開始就需要確定知識領域和系統范圍。這將會涉及到以下基本問題：

（1）該系統規范覆蓋什么領域？

（2）該系統規范用來干什么？

（3）該系統規范能回答哪些類型的問題？

（4）誰使用和維護該系統規范？

從本體論的角度看，專家意見就是一系列基于系統規范代表的領域知識模型應該能夠回答的問題，即“資質性問題（Competency Questions）”[4]。它能夠有效確定系統知識的廣度和深度，可以用來評價和比較現有的不同系統規范，也可以作為以后需求確認的有效參照。

系統規范草案出爐之后，部門會先組織內部評審。一般情況下，系統規范都會參照以往機型相似系統的設計文件和航空業適用于該系統的指導規范。一個容易出現的錯誤做法就是把系統規范與行業指導規范做比較，找出兩者的差異，然后研究出現差異的原因和減少差異的措施。這種做法沒有抓住問題的關鍵。行業指導規范大多不是強制標準，不針對任一機型，允許不同機型參考并根據需要進行裁剪，擴充和修改。這種適應性修改的依據，不是看與行業指導參考規范的差異，而應該是看能否滿足飛機設計和適航的各種需求。

系統規范草案通過了內部評審就會進行外部評審。一般的做法就是把系統規范的草案分發到相關專業和適航機構，要求同行評審。這種做法也有問題。首先每個飛機系統都有一套獨立的術語系統來保證描述的一致性和準確性。要讓其他專業背景的系統工程師在短時間內理解和掌握這套新建的術語系統是有難度的。另外，由機系統間的有機聯系，從系統開始研制的相當長的時間內，系統規范的輸入都沒有辦法完全確定，送審的系統草案本身也是不穩定的。草案不成熟蘊含的術語不一致性，會導致外專業評審人員從字面無法理解概念，提出的問題包含大量要求澄清概念的情形。當本系統工程師不得不花費時間和精力向外專業工程師講解系統規范這個版本中的術語概念時，也注意到這些外部專家對概念的初步掌握對系統規范本身的質量提升一般不會起到很大作用。而實際上，外部專家并不真正關心這些概念。他們的最終目的在于確認能用系統規范中的概念表達他們感興趣的問題并能推導出合理的外部結論。

通過對以上兩種做法的分析，可以得出以下結論：系統需求的確認必須以專家意見為依據，以及確認的本質在于讓專家明白系統規范能夠表達他們關心的問題并能進行有效推理。因此，一種更好的確認方法是，系統工程師通過搜集專家意見來確定系統范圍，并利用系統規范建立的領域知識模型來直接表示和解答專家意見，從而避免外部專家對系統規范的字面理解。以下分三個步驟來介紹這種需求確認方法的具體操作過程。

2 搜集專家意見

從系統研制啟動就可以準備搜集專家意見。搜集問題可以從最簡單的問題開始，然后逐步變得復雜。問題必須是具體的，要能夠直接標識到飛機系統，設備，軟件加載項或者硬件接口。問題需要有代表性，不必窮盡。

按問題來源，專家意見可以分為內部意見和外部意見。內部意見來自軟硬件工程師，具體可以參考ARP4754A，4.6.1節“系統過程與配置項過程的信息流”。[1]來自諸如適航代表，飛行員代表，系統驗證工程師和其他相關系統的系統工程師等系統外部人員的意見稱為外部意見。需要特別注意的是系統驗證工程師的盡早介入。系統需求的驗證工作是在系統設備試驗件提交之后，系統驗證工程師按照既定的試驗大綱進行試驗并逐個確認是否滿足預期結果。不過，為了盡早暴露問題，提高系統需求的可驗證性，避免驗證工程師誤解系統概念導致的試驗問題和不必要的進度延誤，試驗大綱也將作為專家問題的重要來源。

根據表述類型，專家問題又可以分為以下四類：[4-6]

存在性問題。某個對象是否存在？專家問題里涉及的概念需要明白無誤地與特定飛機系統或部件對應。比如駕駛艙顯示器的燃油簡圖頁畫面上有沒有表示燃油溫度的指示標識。

屬性的問題。對象的屬性是什么？通過某個飛機系統或系統部件找出所有的內在屬性。比如，高升力系統的襟翼張開的角度是多少。

關系的問題。兩個對象之間是這個關系嗎？在不同狀態下，要求明確給出不同系統或系統部件之間的關系。比如，在飛機單個發動機飛行狀態下，哪些飛行畫面要優先展示給飛行員。

推理的問題?；卮疬@樣的專家問題需要基于一定的規則或邏輯推理。在實例化系統或系統部件屬性之后，可以根據這些數據進行有意義的推理。比如，在航電的IMA資源分配的時候，在保證現有平臺資源安全冗余的條件下，能否為飛控系統的某駐留功能分配20 ms的周期性運行時間。

專家問題的提出不依賴任何目標系統規范的知識，只要是對專家所在系統的研制有意義就可以。專家問題需要由相關部門進行正式的認定和簽發，確實代表該部門對目標系統的實際要求。

3 解答專家問題

在確立系統架構進行系統設計過程中，系統工程師就可以利用規范里的術語來表達專家意見，以衡量系統規范的成熟度。系統工程師通過列寫出專家問題中的重要詞匯，與搜集到的參考資料中的概念進行分析比較，可以判斷這些參考資料的復用程度和使用價值。[5-6]

系統規范寫好后，大多數專家問題都應該得到了解決。當然，考慮到專家的知識背景和特殊的觀察視角，系統工程師不可能完全理解專家意見中所有詞匯的含義。這需要和有關專家進行溝通，進一步挖掘用戶和客戶需求。不過，這與讓專家學習系統規范不同的地方在于，系統工程師在理解了問題含義后，轉換成自己熟悉的系統專業詞匯來回答對方專家認為重要的問題，而不是學習對方詞匯來進行表達和推理。在雙方都在描述同一個知識領域的前提下，這點是可以在短時間內做到的。

上面已經提到，解答專家意見的過程就是利用新建系統規范的概念表示問題，并用定義的屬性和關系對問題進行推導的過程。簡單的問題，一句話就可以說清楚。對于復雜的情況，則可以使用用例/故事，描述操作場景，編寫具體算法或者測試用例的方式來說明。某些特定的復雜問題還可以借助Enterprise Archtect，Rational Rhapsody或CATIA等CASE工具，用UML/SysML模型或數字三維模型來回答問題。例如，在IMA的資源分配過程中就可以利用UML對駐留應用進行建模并利用內置算法來自動優化計算和通信資源。對于保真度要求較高的問題，還可以使用模擬器仿真。比如，評估駕駛艙顯示方案就可以在駕駛艙模擬器中進行，讓飛行員和有關專家身臨其境地評價和比較不同顯示方案的優劣。

讓專家僅憑閱讀文檔就表決通過一份系統規范是不現實的。以上各種手段的目的都是盡可能直接地向專家展示系統規范的表達能力和令人滿意的推理結果，讓對方相信他們關心的問題能夠利用系統規范得到解答。具體做法上，在系統規范和問題演示材料準備好后，先發送給對方專家并進行多次面對面或者郵件溝通，盡可能地達成一致意見。對于有分歧的部分，則可以由部門出面組織研討會，討論修改意見或者解決辦法。在飛機研制的重要評審會上，不僅要把定型的系統規范分發到相關專家和項目負責人，還要匯總說明各類專家問題的解決情況。對于影響較大的遺留問題，還需要在評審會上進行單獨討論。

4 總結經驗/教訓

專家意見的搜集和解答情況不僅僅標志著系統規范的成熟度，還體現著系統工程師對用戶需求理解的深度和廣度。每個問題的成功解答都是一個進步。即便系統規范還會隨著飛機研制的深入而變更，問題的表述方式會變化，但原理和實質不會變。之前通過表達和解決問題與專家達成的共識仍然有價值，解決問題的方法也可以借鑒的。而且，解決專家問題的過程也是和專家互動的過程。良性的溝通可以與專家建立了令人愉快的工作關系。

不可否認的是，肯定存在著某些問題不能得到很好表示或者推理無法令對方滿意的情況。對方專家指出的演示過程中的不合理部分將激發系統工程師對現有系統規范中的架構設計和需求描述方式的深入思考。對于有爭論問題，可以組織更高層級或者更大范圍的討論，聽取更多人的意見。確實有問題的要修改，即使系統規范要推倒重來，也是值得的。在概念和開發階段就發現問題并糾正，避免在驗證和生產運營階段出現更為嚴重的錯誤，這正是系統需求確認活動的意義。[1]

專家意見的解答方法可以寫成工程協調紀要，以備將來參考和復用。一些解答問題的方法，例如算法，模型和原型等，都可以作為系統后續設計的重要參考。另外，解決的專家問題也是培訓員工迅速了解本系統領域知識和工作方法的有效的第一手學習資料，可以幫助新員工或者剛接手相關事務的員工盡快上手，提高團隊工作效率。

5 結語

民用機載系統需求的確認是一個復雜的過程。一方面要多領域專家共同參與，廣泛聽取各方意見；另一方面，要有專門的術語系統，維護規范的內部一致性和準確性。這就需要從系統工程的高度進行頂層設計。本文提出以專家意見為紐帶構建一個框架：內部由系統工程師維護一套一致的、可自我辯護的術語體系；外部則讓不同角色的利益相關人都能在自己的知識層次上提出問題，并通過系統工程師的演示來確認在系統規范的知識體系內確實可以找到問題的合理解答，滿足預期的接口需求。本文提出的方法汲取了本體論研究成果，能夠較好滿足現有的航空工程實踐基礎的要求。

參考文獻

[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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關鍵詞：工程力學 習題課 職業教育 基本原則

從教34年，對《工程力學》一課的教學方法有一些初淺想法，尤其在習題課的安排上，有自己的方式方法，一點管見，僅供同行們借鑒和參考。

一、當前習題課存在的問題

總的來說，按教學大綱要求，各技校都設有工程力學習題課。但是，對習題課的地位和作用的認識仍不甚一致，對其教法的研究還很不夠，從而導致習題課的質量高低不齊，乃至引起一些欠妥的做法。

（一）趨向于減少或取消習題課

1.有人認為目前技校學生學習工程力學能聽懂課，但做題比較困難，這一現象的基本原因是學生基礎差、底子薄。為解決這類矛盾只能增加講課時間，要多講例題。因此，有些教師采取壓縮習題課來增加講課時間。

2.有的認為習題課增加了學生的依賴性，而且課上教師的作用不大，只是被動的回答問題。因而教師和學生都沒有興趣。

3.教學大綱要求的內容多；講課時間緊。因為擠掉一部分習題課的時數。

（二）把教師主導作用和學生獨立解決問題對立起來。

1.把習題課是培養學生獨立分析和解決問題的過程理解為要求學生獨立解決問題。因此，衡量一次習題課質量是以解題數目多少為準。

2.在進行方式上，有的認為“不宜幫助過多”而忽視了引導作用。課堂上變成“教師看，學生做”，“學生問，教師答”，而對學生做題后，是否完全理解注意得不夠。還有的教師把習題課變成小考試，課上還不準看書。

3.把教師作用理解為“課內以教師活動為中心”。習題課成了變相講課，向學生灌輸各類例題，進行“題海戰術”。這種現象，在新參加工作的教師中更為多見。

二、習題課應注意的幾個問題

習題課實際上就是一次在教師指導下的課堂練習題。它的目的是鞏固學生學得基礎知識和培養運用這些基礎理論知識分析、解決問題的能力。也就是說，習題課是通過解題方式進行的教與學的過程。教師可以從下列幾個方面進行指導：

（一）通過提問和討論有意識地啟發和引導學生注意基本概念的理解和鞏固，注意各種不同表現的形式與講課內容起呼應作用。這一點常常是學生做題后不善于歸納和明確的，需教師幫助和啟發。

（二）正確引導學生遵循合理的思考方法和解題步驟，就是培養邏輯推理的能力，使之能夠找出簡捷思考路線解決比較復雜問題。

（三）運用并發展所學的基礎理論。堅持“基礎理論――分析解決實際問題――概括總結并發展提高”的原則。

（四）對個別學生給予具體幫助。習題課也是檢查知識（水平）的一種形式。通過教師和學生面對面的了解（提問、巡視、觀察學生解題等），就可以知道學生掌握知識的水平如何，基本理論是否已經理解和鞏固，建立新的概念體系時思考路線是否正確，解題步驟和思維方法是夠正確。從而，能夠及時的發現缺陷，給予有益的幫助。

三、選擇習題的基本原則

習題課的目的和意圖主要是通過做題來達到的，所以，慎重選題是上好習題課的先決條件。

選題時，應首先自習進行教材分析，明確劃分講課與習題課的界限，確定習題的具體意圖。并把復習題、課內題、課外題統一考慮。下面分別加以敘述。

復習題：主要指基礎理論知識方面的思考題。它應針對基本概念、原理、工程實際中的約束及其受力分析方法等，其目的在于幫助學生消化和理解講課中的基本概念，掌握具體結構的受力分析方法。所M行的實踐，一般不宜過長。

課內題：應該對基本理論起鞏固作用，并能發展學生對它的理解和運用能力。具體應考慮以下幾點：

1.密切配合講課內容，每一個中心概念都應有一定的題目來概括。

2.題目應能保證所選內容對深入理解基本理論是有幫助的，并且有一定的解題技巧。

3.題目應具有思考性，能引起學生的思考和分析，易于引起討論和多種解題方案的比較。

4.每一題目應具有明確的目的性，一個題目中不宜過多的集中幾個不同的內容。

課外題：是課內題的繼續。不宜再提高或過多增加題的復雜性。

四、習題課的進行方式

沒有良好的方式，不可能保證達到習題課的預期效果。應該指出，習題課的方式是比較靈活的，要根據每次課的具體內容選擇適當的進行方式和程序?？偟膩碚f，選擇方式應滿足下列要求：

1.習題課應以在教師指導下學生的時間活動為中心。在課內應保證有一定的個人做題時間。

2.使學生思維處于積極狀態，能積極的體現出教與學的過程。

3.不只以學生解出題目為滿足，重要的是教師在習題課中能確信學生已充分領會到應掌握所有的概念、公式、原理的意義以及學生對問題的分析能力有所發展。

一般來說，習題課的基本形式可分一下四個步驟：1.就有關理論知識進行提問；2.學生解題；3.教師在課堂上巡視，檢查學生解題情況并進行必要的指導；4.進行討論。

提問：是對所學有關理論知識的檢查，提出的問題應根據習題課的意圖和題目內容事先確定。提問時間一般在5～8分鐘。對初期習題或某些內容較難的題目，不應忽略在解題前的提問和口述回答解題方法與步驟。這種提問，可以使學生按教師的引導思考問題，學習分析解決題目的方法和步驟，發展已學的概念、原理（指應用）。這種提問可使教師了解學生對題目的理解程度和運用基本理論分析解題方法的能力，指導學生如何按正確思考路線解題。

作題：課堂上的大部分時間是學生在獨立作題。他們初步嘗試如何解決實際問題，此時，不只是分析解題的方法、步驟，而且要在紙上做出正確答案，這就在獨立工作的道路上邁出幾步。此時，教師在課堂上巡視，發現存在的困難給以及時的幫助，同時，也要注意那些共同的錯誤和缺點，以便組織討論。

討論：課堂上的大部分時間都是學生獨立討論。其目的是，是要通過它啟發引導建立正確的解題思考路線，檢查題目的答案，集中討論不同的解題方法，并通過所討論的題目總結鞏固講課中的基本概念。這樣，就可以使學生在獨立作題中得到的體驗加以深化和擴展。

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關鍵詞:工程力學;教學內容;問題：對策

工程力學是一門應用廣泛的專業基礎課,在工科類中等專業學校教學中有著重要地位.學

生普遍反映工程力學難學,研究如何根據工程力學的教學內容和教學特點進行課程教學,是一

個需要反復探討的課題. 而在目前本科院校的工程力學教育中,面臨著諸多困難,主要表現在教學內容多、教學時數少、教材不規范、生源素質總體較低和學生學習積極性不高等問題,給教師的教學帶來了諸多不便。因此,圍繞工程力學教學目標進行教學改革,迫在眉睫。

一、工程力學的概念

工程力學的某些概念、理論和分析方法,相對于物理力學來說,進一步深入并且更接近工

程實際.例如物理力學著重單個物體的受力分析,工程力學則著重物系的受力分析.物理力學

對靜參考系分析運物,而工程力學要對靜、動兩個參考系分析運動.又如對物體系統進行受力

分析時,有的學生總是習慣把物系拆開,而不是先從整體分析,有需要再拆開,分析問題的思路

和方法仍停留在物理力學的概念和分析方法上.因此,針對這些問題,教師要幫助學生認清學

習中的“臺階”,指導學生認識工程力學中所研究的力學模型和物理力學中的不同之處.幫助學生進行分析和對比,使學生明確不同的力學模型,相應地需要用到不同的概念、理論和方法.

二、工程力學教學存在的問題

1.教材內容不夠豐富

目前,工程力學教材內容層次差別不大,無法滿足不同專業、不同層次學生的學習需求。教材是教學的根本和重要依據,選好教材對提高教學質量是非常重要的。目前我院校所用教材基本上是本科教材的壓縮,忽略了教學的特點。對于不同專業、基礎水平參差不齊的學生采用統一的教材,不但忽視了不同層次學生的差異,更忽視了院校學生就業渠道多樣性的特點。教材內容偏重邏輯性,忽視應用性。

2.教學課時設計不合理

絕大多數院校都把教學重點放在專業課的教學和職前的實訓上,基礎理論課教學課時減少,削減了工程力學理論分析部分,使學生只知其然不知其所以然,降低了學生理論分析的能力。

3.教學方式老套

這種教學方法以教師為教學活動主體,學生只能當被動的聽眾,師生間的互動性差。學生無法表達自己的觀點,無法及時將自己的疑問傳遞給授課教師。教師無法實時了解學生學習上存在的問題,無法及時為學生解惑,授課效果不佳。

4.學生積極性不高

力學是數學的化身,力學是由數學演變而來的,兩者聯系緊密。要想學好工程力學,須數學基礎功底扎實。目前在我院校中,很多學生在工程力學開課之前已經側面了解到工程力學難學,與數學聯系緊密,且考試通過率低,無形中給學生造成了一定的心理壓力。數學基礎差的學生,存在抵觸情緒。

三、工程力學教學問題的對策

1.改革教材,優化教材內容

學校的教學目的是培養面向生產一線的技術應用型人才,課程內容的側重點應放在培養學生分析解決問題的能力上面,而不是一味地強調基本技能和技術訓練。教材內容應圍繞以掌握概念為基礎,以強化應用為重點,以分析計算為手段的中心內容展開,結合專業特色,對教材內容進行重組、刪減、拓展,優化教材內容[2]。

2.將傳統板書與多媒體教學結合進行教學

我校工程力學的教學方式采用多媒體教學手段,將文字、圖片、聲音、動畫視頻融為一體,展現在課堂上,打破沉悶的學習氣氛,改變過去傳統板書的單調教學模式。但是多媒體教學也不是萬能的,多媒體放映教學時,翻頁比較快,教學內容缺乏連貫性,要求學生的注意力比傳統板書教學更集中,容易引起學習上的疲勞。而好的板書,能夠有效反映教學內容之間的關系,使學生直觀地比較前后教學內容,提高學習興趣。因此,在工程力學教學中發揮各自的特長,可以達到更加理想的教學效果。

3.幫助學生端正學習態度,激發學習積極性

在學校,大部分學生理科基礎薄弱,在沒有學好高等數學、大學物理等課程的情況下,一聽到要開設工程力學這門課,就緊張害怕,存在抵觸心理。在學習工程力學時感覺知識點難以掌握,從而導致畏難、厭煩的情緒。如果發現此類情況,教師不能一味地埋怨學生,而要端正他們的學習態度,打消他們對課程的偏見,幫助他們重拾信心。

4.改革考試形式,提高學生綜合素質

長期以來,院校工程力學考核的唯一形式就是限時筆試,試題的類型基本上是例題的翻版。這種規范化的試題導致部分學生“平時學習不努力,概念原理全放棄,期末突擊去做題,考試通過沒問題”,考試成績與學生的實際水平相差甚大。因而,必須對現行的考核方式進行改革。將學生的總評考試成績采用多形式、多方面進行考核。

四、結束語

目前,我院工程力學教學存在諸多困難,而改革是社會發展的必然趨勢,作為我院的教師,必須努力提高教育、教學水平,不斷更新教學理念,不斷改變教學方式與方法,不斷優化教學體系,提高教學質量,為我院工程力學教學改革上新臺階,為社會培養實用型人才做貢獻。

教學中教師要用科學辯證的立場、觀點、方法來處理工程力學的內容,揭示工程力學這門學科本身所固有的辯證法.例如由軸的扭轉強度理論可知,在載荷、軸長、材料和扭轉強度相等的情況下,空心軸的重量比實心軸輕.采用空心軸較合理,可以節省材料.并且空心軸的壁厚越薄,材料的利用率將越高,經濟性好.教學中,教師應充分利用工程力學的理論和方法所反映出的辯證觀點,使學生學會科學辯證地看問題,提高具體問題具

體分析的能力.

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篇5

基金項目：教育部新世紀優秀人才支持計劃項目（ncet-11- 0406）

作者簡介：榮冠（ 1971- ），男，武漢大學水利水電學院副教授，博士，主要從事巖體穩定性研究及工程地質教學工作，（e-mail）rg_mail@163.com。

摘要：工程地質是水利類本科生的一門重要專業基礎課，課程教學內容和環節豐富，難點較多，實踐性強。如何在課堂教學和野外實踐教學中有效提高教學質量是一個值得探討的問題。文章詳細分析了水利工程課程中的難點及教學中存在的問題，從課堂教學、實踐教學、英文教學及課程考核等方面全面介紹了課程教學經驗及改革探索。提出課堂教學應注重理論緊密聯系工程實際，實踐教學應注重培養學生動手技能和發現、分析、解決工程地質問題的能力，開展英文教學是培養國際人才的必然趨勢，考核機制應全面反映學生的綜合能力等觀點。

關鍵詞：工程地質； 水利專業； 教學研究； 理論教學； 實踐教學

中圖分類號：tv135；g642421文獻標志碼：a文章編號：10052909（2013）05011007工程地質是研究工程建設活動與自然地質環境相互作用和相互影響的一門地質科學，是以地學學科的理論為基礎，應用數學與力學理論和工程技術及方法解決與工程規劃、設計、施工和運營有關的地質問題[1]。工程地質課程是水利類本科專業的一門重要專業基礎課程。水利水電工程建設是人類在認識自然的基礎上改造自然并為經濟建設服務的活動，進行水利水電工程建設首先必須了解自然環境和工程條件，而環境地質條件是與水利水電工程關系最密切、最重要的自然條件。

當前，中國工科高等教育人才培養主要目標是：培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才[2]。工程地質課程作為水利類專業中一門實踐性強的課程在凸顯人才培養目標方面，更加突出工程地質理論和實踐教學的必要性與重要意義[3-4]。

工程地質課程的教學分為課堂理論教學部分與野外地質實習部分。課堂理論部分主要講授礦物巖石、地質構造、地質作用、地下水、巖體工程特性，邊坡、壩基、洞室圍壓穩定性評價，工程地質勘察等知識。野外地質實習部分主要進行巖石及地質構造認識，風化、卸荷及河流地質作用研究，地下水及其作用研究，水利樞紐工程地質條件與問題分析評價等。

由于工程地質課程涉及的相關課程較多（礦物學、巖石學、構造地質學、地史學、地貌學、水文地質學、材料力學、巖石力學、土力學等），且這些課程多為地質專業課程。同時，工程地質課程實踐性很強，但學生又缺乏實踐經驗和實踐機會。因此，在有限的理論教學和實踐教學時間內，如何合理安排教學環節，使學生扎實掌握工程地質相關概念及基本原理，并使學生初步具備分析工程地質條件及解決工程地質問題的能力，是一個很值得探討的問題。根據筆者多年從事工程地質教學的經驗，針對水利類本科專業工程地質教學，首先介紹學校工程地質課程的設置，然后分析課程教學的重點及難點，再從課堂教學、實踐教學、英文教學、考核方式4個部分探討理論與實踐教學的改革思路，以期在提高教學效果、培養學生分析工程地質條件和解決工程地質問題能力方面有所收獲。

一、水利類工程地質課程介紹

（一）水利工程地質課程設置

武漢大學水利水電學院最早可追溯至1928年創建的國立武漢大學工學院土木系水利組，學院現已成為國內水利水電高級人才培養的搖籃和科學研究的重要基地。一直以來，工程地質課程為水利各專業（農田水利、水電工程、河流泥沙、水文水資源）的重要專業基礎課程。工程地質課一般在第五學期或第六學期開設，包括48 學時課堂教學和1 周的野外實習。課堂教材主要使用天津大學主編的《水利工程地質》（第四版）[1]，實驗及野外實習采用武漢大學編寫出版的實習教材[5]。

（二）水利工程地質課程內容

水利工程地質主要是研究水利水電工程建設中的工程地質問題。主要內容包括巖石及其工程性質，地質構造及區域穩定性，地表水流的地質作用及河谷地貌，地下水、巖溶及庫壩區滲漏地質條件分析，巖體工程特性，壩基、邊坡及洞室圍巖穩定性分析，水利水電工程地質勘察等。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

榮冠，等水利類專業工程地質課程教學研究與改革探索

課程的教學分為課堂教學與實踐教

兩部分。課堂教學主要講授地質學基礎知識和水利三大類巖體（邊坡、壩基及洞室圍巖）穩定性分析基本理論。通過課堂教學力求使學生掌握工程地質學基本概念、工程地質分析基本原理和巖體穩定性評價基本方法。實踐教學通過野外現場典型巖體、地質構造、地質作用等的直接觀察和分析來增強感性認識、理解并深化工程地質理論知識，使學生初步具備分析工程地質條件和解決工程地質問題的能力。水利類工程地質課程教學基本內容可總結為地質學基礎知識和巖體穩定性分析兩方面，核心主線則是工程地質條件及工程地質問題的分析研究。課程室內外教學均是圍繞該主線開展的。

二、水利工程地質課程中的難點及問題

（一）工程地質相關概念不易理解和掌握

對于水利專業的學生來說，工程地質課是他們第一次接觸地質學知識。多數學生，尤其是來自平原地區的學生，缺少對地質現象的感性認識，這使他們更不易理解相關地質現象和地質作用。水利工程地質課程的開始部分主要講述地質學基本概念，包括礦物和巖石的成因、成分及分類，內外力地質作用概念，產狀、節理、斷層、褶皺等地質構造，地層地史，地質圖分析，區域穩定等。這些內容涉及礦物學、巖石學、地層古生物學、構造地質學等知識。這些概念和相關課程知識對于初學者來說完全是陌生的。例如：在分析沉積巖的石英砂巖與變質巖的石英巖區別時，一般學生很難從沉積作用和變質作用的成因角度深刻理解其礦物結晶程度、顆粒大小、礦物純度、孔隙率等方面的差異。在現場分析褶皺構造時，不少學生容易把現代地形與褶皺形態混為一談。實際上起伏的山脊為背斜，剝蝕的山谷為向斜往往是不對的，反過來，背斜核部易形成河谷低地，向斜核部則可能形成山脊。準確定位褶皺應根據現場垂直巖層走向觀察結果，若有巖層按新老次序有規律地對稱出現時，則可肯定有褶皺。然后根據巖層新老組合關系的分析確定褶皺的基本類型（背斜或向斜），進一步依據兩翼巖層產狀、軸面產狀以及地層層序判斷褶皺的剖面類型和平面類型。但現場地層及其年代的劃分，對于水利專業初學者而言是難以掌握的，況且巖層的產狀及地層的劃分往往又具有隱蔽性，因此，地質學基礎概念往往是水利工程地質課程開始階段學習的難點。（二）工程地質條件難以全面和深刻理解

工程地質條件指的是與工程建設有關的地質因素的綜合，是自然歷史發展演變的產物。對大型水利工程而言主要包括地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件、物理地質現象（滑坡、崩塌、泥石流、風化、卸荷、侵蝕、巖溶、地震等）及天然建筑材料等6個方面。工程地質條件直接影響工程建筑物的安全、經濟和運營管理。興建大型水利水電工程，首先都要查明樞紐及庫區的工程地質條件。不同地區的地質環境差異及水工建筑物類型的不同，對水利工程的影響也不同。教學中發現，學生對工程地質條件的復雜性認識不足，難以全面理解工程地質條件的內涵，這樣自然導致對工程地質問題的把握不準。例如：西南水電工程主要集中在川、藏、滇、青等省區河流的深切河谷地區。該區域的自然地質環境十分復雜，相應地在此建高壩大庫的工程地質條件也十分復雜。深切河谷往往首選高拱壩方案，此時地形地貌就是關鍵的地質條件，將直接影響工程高邊坡的穩定與安全，同時影響并制約水工建筑物的布置、施工安排等。在西南深切河谷且為深覆蓋層壩區，從壩基防滲及擋水建筑物安全的角度考慮多采用當地材料壩型，壩體防滲多為混凝土面板而非粘土心墻方案，這主要就是從天然建筑材料經濟合理的角度考慮。

（三）對工程地質問題缺乏認識和實踐經驗

工程地質問題指的是工程地質條件與工程建筑物之間存在的矛盾或問題。對大型水利工程而言主要包括壩基和壩肩抗滑穩定問題，壩基滲漏和滲透穩定問題，邊坡穩定性問題，地下洞室圍巖穩定性問題，水庫滲漏、水庫淤積、庫周浸沒、庫岸再造，水庫誘發地震等問題。工程地質學簡單說就是分析工程地質條件，解決工程地質問題。因此，工程地質問題是課程的最終落腳點。不同水工建筑物由于對場地條件要求存在差別，其相應的工程地質問題也存在差異。實際工程中，全面揭示工程地質問題是有難度的，尤其是深層隱伏的地質問題，更是從淺表很難觀察確認。目前對水利專業，工程地質課程一般在水工建筑物等專業課之前開設，許多學生對水工建筑物知之甚少，對水工建筑及樞

紐區可能會出現哪些地質問題更是難知一二。

例如：對水利工程三大壩型工程地質問題的分析。土石壩主要由粘土、碎石、塊石等散體堆積而成，壩體允許產生較大的變形，它對壩基工程地質的要求較低，可以在軟基和工程地質條件復雜的壩基上興建。由于壩基河床地質條件多變，易出現過大沉降引起壩體裂縫、壩基滲漏和滲透變形問題，以及粉細沙層震動液化等問題。重力壩主要依靠壩身自重與地基間摩阻力來保持穩定。重力壩對壩基要求高，一般要求修在弱風化下部的巖基上。該類壩型最主要的問題就是過大變形或不均勻變形導致壩體裂開，軟弱結構面組合形成深層滑移塊體。拱壩主要通過拱作用傳遞荷載到壩肩，所以拱壩對兩岸巖體的要求較高，而對河床壩基巖體要求相對要低。兩岸拱座巖體應新鮮完整、無大斷層，狹窄對稱的“v”字形河谷是首選地形條件。此時應特別關注順河向軟弱結構面切割形成的滑移塊體。由于學生在這一階段對水工建筑物不熟悉，同時缺乏對三大壩型的現場感性認識，導致他們較難在合理評價相應工程地質條件的基礎上深入分析潛在的工程地質問題。

（四）工程地質分析方法不易理解和熟練運用

由于工程巖體結構特征及力學特性的復雜性和不確定性，針對巖體變形與穩定性的工程地質分析方法主要是定性與定量結合，總體上是半經驗半理論性的。針對實際工程，在較大程度上是以現場經驗為前提，然后通過工程地質定性分析結合定量計算綜合確定。工程地質的分析方法主要有工程地質類比法、圖表法、室內外實驗方法、力學模型定量計算法等。各方法都有一定條件和適用范圍，即存在各自的優缺點。實際應用中宜將幾種方法結合，互相補充。針對不同的工程地質問題，剛學習課程的學生對怎樣合理選擇分析方法缺乏經驗，熟練掌握困難更大。

現以巖質高邊坡穩定性評價為例，簡要討論工程邊坡穩定性評價的基本思路?？傮w上邊坡穩定性的影響因素包括地形地貌、巖體結構、地質構造、風化卸荷、水的作用、地震及構造運動和人類工程活動等。首先從經驗上判斷其穩定性主要從坡形坡高、巖體強度、坡體結構等直觀判斷，此時工程地質定性方法（如赤平投影）就是較好的方法。對于邊坡淺表的變形及破壞情況，則主要考慮巖體的風化和卸荷程度，及其卸荷裂隙等的組合情況。對于邊坡的整體及長期穩定性，則需通過詳細的地質勘探，確定潛在的破壞模式和滑移邊界，采用如三維極限平衡方法、有限元應力應變方法等計算其變形和穩定性。邊坡變形模式及邊界、結構面和巖體力學參數的確定是關鍵，同時還應合理考慮地下水及地震等因素的影響。所以對巖石邊坡采用工程地質方法合理評價其穩定性是一項較復雜的工作，對于初學者來說是不易全面和熟練掌握的。

（五）工程地質實習和工程實踐時間不足

工程地質教學來源于實踐并回歸于實踐，其最鮮明的特點就是實踐性強。教學實習和工程實踐是鞏固和加深地質理論知識的有效途徑，是理論聯系實際培養學生掌握科學方法和獨立能力的重要渠道。地質實踐教學的任務主要是讓學生親自接觸各種真實的地質現象及工程問題，用已學到的理論知識觀察分析現象，提出解決問題的方法與措施。例如：斷層是工程地質學中的基本概念，但學生要理解斷層的規模與工程特性、現場鑒別方法及其對工程的影響是較困難的。通過現場露頭可以較直觀地了解斷層的三種形態類型及其基本特征，對較大規模的斷層可引導學生從地形地貌不協調、地層的重復或缺失、伴生構造及構造巖、地表地下水的異常分布等方面來認識。在此基礎上分析斷層的級別、特征及其對工程的影響學生就容易理解和熟悉，然而由于教學時間及經費的限制，學生在實習和實踐方面的機會相對較少。在有限的實習和實踐時間內，如何合理安排教學實習路線及教學內容，讓學生能夠較好地掌握基本概念和原理，并初步具備分析和解決問題的能力，是目前水利工程地質實踐教學中的一大難題。

三、水利工程地質課程改革探索

（一）課堂教學改革 1.突出重點分解難點

由于水利工程地質課程涉及較多概念和方法，同時關聯較多課程，是一門綜合性很強的課程。由于教學課時有限，要將所有內容都面面俱到地深入講解，顯然是不可取的。這就要求在講授時有的放矢，合理安排教學內容，做到突出重點、解剖難點，始終把握地質學基本概念和巖體穩定評價兩個主要內容，抓住工程地質條

和工程地質問題兩條主線。這樣可以使學生從較多的概念和方法中理清思路，把握課程主體框架。例如：在地質構造部分，閱讀和分析平面地質圖是重點，同時也是難點。平面地質圖的閱讀要求熟悉地層年代、產狀、褶皺、斷裂、地史等理論知識，同時需要結合具體工程分析不利條件及可能存在的問題。為此需要結合教學圖件，詳細分析褶皺、斷裂等存在的依據，并討論作為壩基或洞室的地質條件可能存在的不良地質問題。這樣學生才能較快掌握地質圖的分析方法及工程應用。

2. 理論聯系實際

工程地質學的理論性較強，各種概念及分析方法較多。這些內容均源于地質作用和工程實踐，在講授課程時如只照本宣科，學生很難對一些抽象的概念及方法感興趣，這樣教與學的效果均較差。在教學過程中注重理論聯系實際將是提高教學效果、提高學生學習興趣的最好手段。例如：在講授巖石和地質構造內容之后，學生對三大類巖石的特性及現場鑒別、具體的斷層和褶皺構造的理解和分析仍是模糊的。筆者則以珞珈山為例，該地質體即為學生大學生活的環境，引導學生探尋珞珈山的巖石類型，以及是否存在斷裂和褶皺。幾乎所有學生都對此感興趣，并樂于了解校園的地質情況。由此對珞珈山地層巖性進行介紹，在此基礎上分析褶皺、逆斷層及平移斷層分布等。學生驚嘆常在身邊出露的巖石就是典型的石英砂巖，而校園內的櫻花大道竟是一條逆斷層。通過這個實例很好地將基本地質概念與周邊的實際環境聯系起來。

3. 傳統與現代教學結合

水利工程地質課程內容較多、實踐性強，而且課時有限，因此要求將傳統教學與現代教學相結合，這樣可以很好地發揮各自的優勢。重要的概念及分析方法以黑板演繹并詳細講解，使學生的注意力集中，有利于學生對重點難點內容的深入理解和掌握。例如：在介紹層狀巖層產狀時，宜采用教學圖件分步講解，使學生切實理解走向、傾向、傾角的真實含義及實際意義。在講解赤平投影原理時，則需按投影方法介紹點、線、面等的投影過程，使學生理解空間點、線、面與赤道平面投影的關系，這樣結構面的空間產狀與赤平投影圖間的關系也就清楚了，后續運用其分析邊坡穩定性也就簡單易懂。水利工程地質課程涉及許多地質作用、地質現象及工程實例。此時多媒體演示則顯示其優勢，多媒體課件可提供大量信息，形象生動地展現自然現象及復雜事物，其效果是口頭表達難以達到的，同時也可提高學生學習興趣，節省講解時間。課余時間鼓勵學生通過國內外各種網絡資源（特別是高校工程地質課教學資源）了解和學習相關工程地質知識，也可以用即時通訊方式解答學生的不同問題，利用現代網絡資源最大限度地開展教學互動，讓學生扎扎實實學好工程地質課程。

（二）實踐教學改革

實踐教學環節是保證和檢驗水利工程地質課程教學效果和質量的關鍵。要真正熟悉和掌握水利工程地質的知識及方法，各種不同類型的實習實踐教學是必不可少的。以下從室內實驗、校內現場教學及水利樞紐地質實習3個環節來介紹實踐教學。

1.強化室內實驗教學

武漢大學水利水電學院較早建成工程地質實驗室。實驗室主要有各種礦物、三大類巖石、古生物化石、構造模型、典型水利樞紐巖石、各種地質圖件及影像資料。同時還配有偏光顯微鏡、gps 、電子羅盤、gis等設備和工具軟件。目前實驗室可以滿足水利類專業本科教學要求。室內實驗教學主要安排造巖礦物、巖漿巖、沉積巖及變質巖的認識。同時還講授地質圖閱讀、羅盤及gps使用等教學內容。

以三大巖石的認識為例，這對于學生來說是難點，僅通過課堂講解學生很難掌握巖石的特征和鑒別方法。在課堂講授造巖礦物及三大巖類后，需要進行三大巖類認識的室內實驗教學：學生按5人一組進行分組，每組學生提供三大類巖石標本各一盒。教師先復習巖石的成因、礦物組成、結構構造及分類等，然后以3種典型巖石為例分析礦物及結構特征，再分析其成因和類別。在此基礎上讓學生仔細觀察各種巖石標本，由各組學生相互討論以尋找鑒定礦物和巖石的規律和技巧。對學生的具體問題教師現場答疑，對相似礦物的鑒別、結構的理解等共性問題由教師總結分析。通過室內實驗課教學環節基本可以使學生掌握常見巖石特征和鑒別方法，對后續現場實習具有重要意義。

2. 重視校內現場教學

武漢大學地處東湖之濱，校園內有珞珈山和獅子山，存在不少良

好的地質露頭、各類地質構造較豐富。為配合基本地質理論知識講授，筆者充分利用武漢大學校園內的珞珈山地區進行現場教學。該地區發育有志留系、泥盆系、石炭系、二疊系及第四系等沉積巖，地層呈有規律的東西向條帶狀分布，呈現節理、斷層、褶皺等地質構造。武漢大學水利水電學院從20世紀50年代開始，在珞珈山地區安排校內地質現場教學，實習路線從北向南橫跨珞珈山，要求學生現場觀察珞珈山地區巖石巖性、產狀、風化、卸荷、隱伏巖溶、地下水露頭、節理、斷層、褶皺等現象。通過現場地質調查，學生可以理解地層劃分及年代概念，熟悉產狀的概念及測量方法，節理、斷層及褶皺的鑒別和分析方法，最后獨立完成簡要的珞珈山地質調查報告。通過該單元的校內現場地質教學，可以進一步深化學生對基礎地質概念和理論理解，培養學生獨立分析和解決問題的能力。

3. 完善野外地質實習

（1） 水利樞紐地質實習目的與安排。工程地質野外教學實習是課程教學實踐的最重要環節，目的在于鞏固課堂所學的理論知識，使理論與實踐緊密結合。通過對水利樞紐區地層、巖性、地質構造、地下水及外動力地質作用等的調查研究，使學生初步掌握野外地質工作的一般方法，了解水利樞紐工程地質條件及主要工程地質問題，熟悉地質報告編寫及地質圖件繪制的方法。實習教學包括路線教學、專題調研、現場討論、內業整理等環節。通過現場調查、專題問題討論、面試考查、實習報告編寫等過程，培養學生野外地質工作能力和分析解決工程地質問題的能力。 （2） 野外實習區域及路線的選擇。良好的實習區域與路線是滿足工程地質野外實踐教學要求的基礎。實習區域應選擇巖石類型及地層較豐富，河流地貌及水文地質現象發育良好，具備地質構造發育和風化、卸荷及邊坡變形等外動力地質作用發育的地帶。同時應具備典型的水利樞紐工程以便進行水利水電專業工程問題的分析討論。在此基礎上根據地層巖性及地質構造、河流地貌與地下水、邊坡變形及穩定性分析、水利樞紐地質條件及工程問題等選擇4～5條典型路線作為教學單元。路線選擇注意地質現象的典型性及易識別性等特點，同時注意地質現象與工程實踐的密切聯系。

以武漢大學為例，從20世紀50年代開始，陸續建立了陸水實習基地、丹江口實習基地、韶山灌區實習基地等。2010年三峽工程建成后，又建立了湖北秭歸三峽庫區實習基地，選擇茅坪至鏈子崖（郭家壩）、高家溪、泗溪、副壩大壩及永船等線路進行教學。三峽庫區具有大量典型意義的地質露頭，同時能夠結合具體的水利工程建筑物（如大壩、副壩、高邊坡等）進行工程地質條件與問題的分析。主要路線地層出露及地質構造較為齊全，風化、卸荷等動力地質作用和河流地質作用，以及地下水、巖溶等地質現象均有出露，能夠滿足水利類專業野外工程地質實習的要求。

（3） 野外實習環節及質量控制。整個實習期間每個教學單元要求有明確的教學內容?？傮w上要求完成：①典型剖面地層野外觀察和描述，包括巖性、接觸關系、產狀及測量、巖漿巖和沉積巖及變質巖小構造觀察、風化作用、地形圖的使用等。②河流地貌及水文地質調查，包括河流侵蝕、堆積，河床、河漫灘及階地觀察，河谷邊坡卸荷及變形，潛水露頭，巖溶水，巖溶地貌等。③邊坡變形及穩定性分析，包括典型卸荷拉裂體、崩塌體、滑坡體的現場調查，變形及破壞特征，邊界條件，穩定性影響因素及評價，變形破壞成因，工程防護及治理方案等。④水利樞紐教學單元，主要側重水利樞紐主要建筑物的組成及功能，大壩、副壩、高邊坡、水工隧洞等主要工程地質問題分析。⑤資料整理及報告編寫，主要是對現場觀察的內容進行分析整理，按要求編寫實習報告。

野外地質實習以小組為單位進行，實習過程要求分工明確、團結合作，現場特別強調紀律和安全。實習成績評定綜合考慮思想表現、組織紀律、操作技能、野外紀錄、面試討論及實習報告等。

（三） 英文教學探索

1. 工程地質英文教學意義

英語教學或中英文雙語教學是目前本科教學改革的重要內容?；诟叩葘W校培養具有國際視野和國際競爭力、面向未來的新型高素質人才的要求，高校對主要課程實行英文教學十分必要[6]。隨著中國基礎建設及能源等領域大規模工程的開展，在相應學科進行學術和業務交流已是基本要求。水利行業早已走出國門，承接或合作國際科研和工程項目。這就

求學生不僅有較高專業造詣，而且需要具備較好的英文文獻閱讀能力、語言表達和交流能力。

2. 工程地質課程英文教學實施

（1） 選定英文教材。工程地質英語教學，首先應選擇合適的英文原版教材。國外出版的工程地質書籍較多，但適合國內水利專業使用的工程地質英文教材較少。這主要是國外很少有專門針對水利類的工程地質教材，多數教材是針對工程地質專業編寫的。考慮到初學及課時情況，筆者建議采用tony waltham編著的《foundations of engineering geology》 （third edition）[7]，這本教材包括巖石、地質構造、物理地質作用、地下水、巖土力學特性、邊坡、隧洞及采空區等，內容簡潔，通俗易懂。其次，推薦f. g. bell編著的《engineering geology》（second edition）[8]作為主要參考書。這本教材內容較全面，包括巖石、地質構造、物理地質作用、地下水、巖土工程特性、地質勘查及洞室、邊坡、壩基等內容。在工程地質英文教學過程，建議學生使用網絡資源，國外知名大學有不少工程地質課程資料[9]可供參考，同時從《engineering geology》和《rock mechanics and rock engineering》等國際學術刊物學習有關論文及知識。由于專業需要，學生還需使用中文版的水利工程地質教材作為對照讀物。

（2） 英文課件及教學。英語課堂教學主要采用多媒體方式，可提高講授速度和效率。在制作英文教學ppt時，應盡量簡潔明了、圖文結合，英文一定要規范。對一些專業性強的知識（如專業術語）可適當加中文注釋。授課語言主要為英語，對不易理解的內容可用中文解釋。為了保證教學效率，要求學生課前進行適當預習。課堂上采取師生互動形式，提高學生英語表達能力。平時作業、小測驗及期末考核均要求采用英文進行。授課教師自身英文必須熟練，首先是專業概念及術語的準確表達，其次是發音的準確。

（四） 課程考核方式

為更好開展工程地質教學工作，其中一個重要環節是課程考核。課程考核目的是考察學生掌握知識的情況及分析問題的能力，科學有效的考核方式可以充分發揮學生的主動性和能動性，從而提高教學效果和質量。目前水利工程地質課程包括室內教學和野外實習兩個部分，一般是獨立考核。其中室內教學部分主要考察地質基本知識及水利工程相關巖體穩定性評價方法的掌握情況，成績主要由平時作業、課堂小測驗、專題討論及期末閉卷考試組成，要求學生以掌握地質知識和工程問題分析方法為主，鼓勵平時交流討論，避免考試突擊的學習方式。野外實習考核主要考察學生基本技能的掌握情況，側重考核問題的分析理解能力，從現場主動性、操作技能、綜合分析、面試討論、實習報告及組織紀律等方面綜合評定。

文章總結筆者多年教學實踐經驗及課程改革探索供高校同行參考，以期在提高水利工程地質教學質量，提高學生學習積極性和培養學生創新能力方面發揮積極作用。

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（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.

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關鍵詞：高職 工程力學 學習方法

工程力學是高職機械類工種的一門重要的技術基礎課，許多工程實踐都離不開工程力學，工程力學又和其它一些后緒課程及實習課有緊密的聯系。所以，工程力學是掌握專業知識和技能不可缺少的一門重要課程。下面我談談如何學習工程力學。

1、注意理論聯系實際，培養學習興趣，讓學習由被動變主動。有些同學總認為工程力學課程肯定是很難的，自己肯定學不好的，就失去了學習的信心，甚至放棄了工程力學課程的學習，這是極其錯誤的。其實工程力學課沒那么可怕，應該把它當作“紙老虎”。不要帶著思想包袱進行學習，可以把它們當作是普通的課程學習，甚至當作自己的一種興趣愛好來學。興趣是一個人力求認識某種事物或愛好某種活動的傾向。它伴隨著一定的情感體驗，并能使人的注意力高度集中，它是人們有意識、有目的地認識與反映現實和從事某種活動的一種動力。當一個人對某種職業活動發生濃厚的穩定的興趣時，不僅能充分集中自己的注意力，還能喚起積極地思索和深入地探究該職業的熱情，使人的心理活動處于積極興奮狀態，可見興趣在完成學習任務中的重大作用。在學習工程力學時，應常結合實際給課程增添趣味色彩，如：我們用板手擰緊螺母時，用大板手省勁，而用小板手很費勁，這用力矩理論很容易解釋：又如一直徑不同的鋼桿，兩端受外力作用而拉伸，當力F增大到一定值時，由經驗可知，斷裂必發生在直徑較小的一段上，這驗證了衡量構件強度的物理量是應力。通過開闊視野，將趣味性的感性知識升華到理性認識，達到愉快學習的目的，激活對工程力學的學習興趣，把學習由被動變為主動。

2、注意掌握公理、定理、定律、基本概念。工程力學的公理、定理、基本概念很多，如：二力平衡公理，力的平行四邊形公理，三力平衡匯交定理，胡克定律，力的概念，約束的概念，力矩的概念等，這些我們必須熟記，同時對其內涵、要素、適用條件等要反復理解，做到真正掌握，這樣我們在分析力學問題時不致于無從下手。工程力學的概念、公理、基本規律很多，我們在學習中要注意它們之間的聯系，比較它們的含義和表達形式，找到它們的異同點，以利于真正理解和掌握。如：平面任意力系、平面匯交力系、平面平行力系，它們的共同點是各力都在同一平面內，不同點是力的方向、力的作用點不同；又如二力平衡公理與作用與反作用公理的共同點是兩力都是大小相等、方向相反、且作用在同一條直線上，不同點是一個是兩力作用在同一物體上，一個是兩力作用在不同物體上。通過比較，可以從本質上理解和掌握概念、規律、公理，提高認知能力、強化記憶、提高綜合思維能力。

3、注意力學模型和假設。在解決工程力學問題時，常將實際物體抽象為力學模型，或對物體做某種假設，使問題大為簡化，更能準確地反映客觀事物的本質。我們在學習中要注意力學模型。如：理論力學中剛體模型，應用在物體受力時主要改變運動狀態而變形很小的情況；計算內力時的截面法，假設截面所受內力用外力代替；計算應力的平面假設等。

4、注意解應用題，加強課堂練習。解應用題是工程力學學習的一個重點，解題能力的高低既是衡量學生對基本概念、基本規律掌握的牢固程度，也是度量學生綜合分析能力和解決問題能力高低的標準。通過解題，我們會發現許多規律性的東西。如：所有平面力系的平衡方程都是方程∑Fix=0，∑Fiy=0，∑Mo（Fo）=0的演變：我們畫受力圖時，只要嚴格按照下面的步驟做，就不容易在受力圖上少畫、多畫力或畫錯力，這就是，先確定研究對象并畫出分離體圖，再分析研究對象的約束類型及約束反力的方向、作用點，然后在分離體上畫出所有主動力和約束反力，并用正確的符號表示出來。課堂練習是以學生為中心、重視學生的學習過程、提高學生語言表達能力、培養學生綜合分析及解決問題的能力的學習方式，我們應在學習中追求高的學習境界，學會學習，使學習成為一件愉快的事，提高自身分析問題解決問題的能力。

總之，工程力學雖然是一門難度較大的課程但是只要我們堅定信心，并且用科學、有效的學習方法，我想一定能學好它。

參考文獻：

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關鍵詞:工程力學;教學內容;教學環境;教學方法

工程專業的教學，是進行高端技能型工程師培養的重要途徑。而《工程力學》是一門與工程實際聯系極為緊密的課程，它主要培養學生如何運用力學知識解決工程實際問題的能力。所以工科類專業，例如石油工程、油氣儲運、土木工程等專業，都把《工程力學》視為本專業重要基礎課程之一。該課程理論性較強，概念公式繁多。在脫離工程實際的情況下，課本中的許多概念對于學生而言，比較艱澀難懂，從而使許多學生對本科產生抵觸情緒。所以積極探索新的教學模式和教學方法，以增強學生的學習興趣和培養他們的工程應用能力，是教師迫在眉睫的研究任務。

1優化教學內容，調整教學結構

目前，工程力學主要由靜力學和材料力學兩部分構成。靜力學主要是研究剛體在力系作用下的平衡規律，涉及:物體的受力分析、力系的等效與簡化以及力系的平衡條件。而材料力學主要是研究變形體的強度、剛度和穩定性等問題，涉及的變形主要有:拉伸(壓縮)、剪切、扭轉和彎曲。在大多數的教材中，材料力學這部分內容是以“拉伸(壓縮)剪切扭轉彎曲”四種基本變形為主線進行排布的。若按照“以四種基本變形為主線”的思路進行授課，會出現各章節相對獨立、相同概念重復講解、易出現概念混淆、學時不夠等缺點。通過授課，筆者認為，材料力學這部分內容的授課應按照“外力分析變形分析內力分析應力分析強度和剛度校核”這一思路。它彌補了“以四種基本變形為主線”授課思路的不足，具有知識體系緊湊、知識點銜接自然、避免相同概念被重復講解以及合理利用學時等優點。此外，可以運用“類比”的思想讓學生進行自主學習。例如給學生講授完拉伸(壓縮)變形的強度校核，那么再進行其他變形強度校核的學習時，可以讓學生類比拉伸(壓縮)變形，先自己猜想如何去校核，然后再由老師講解。讓學生對比尋找到四種基本變形的相同點和不同點，可讓學生真正的參與到課堂中來，從而提高學生學習的主動性。靜力學和材料力學既相互區別，又有聯系。兩者的研究對象和研究內容不同，但研究變形時，變形體要先視為剛體進行外力分析后才能進行強度和剛度校核，可見靜力學又是材料力學的基礎。所以對于《工程力學》這門課的講授，前后章節要相互貫通，形成一個統一的知識框架體系，便于學生對知識的理解和記憶，不能獨立講解，否則易造成知識點的割裂和混亂。

2改善教學環境，提高教學效率

“黑板+粉筆”的傳統教學方法雖然比較單調、枯燥，但有利于促進師生感情的交流和學生思維能力的培養。“多媒體+PPT課件”的現代教學方法，課堂信息量大，形象生動，但講課速度快，處理不當，會讓學生處于被動狀態。《工程力學》的概念多且抽象，若僅采用傳統模式授課，滿足不了教學需求;若僅采用現代模式教學，雖然授課內容豐富了，但師生缺乏交流，有時授課效果也不理想。所以在實際教學中，應該將兩者有機結合起來，取長補短。對于一些定理證明、公式推導、以及解題過程等，應采用傳統教學方法，老師邊板書邊解講，學生邊聽課邊思考，師生不斷有交流，有助于學生對所學知識的理解吸收。對于與工程實例聯系緊密的知識點，教師難以口頭表達清楚，學生也感覺抽象難懂，此時，就需要采用現代教學方法，引入一些典型的工程實例，并結合3D動畫，形象生動，不僅可提高學生的學習興趣，也有利于縮短學生與工程實際的距離，達到學以致用的目的。不論哪種教學方法，都要時刻注意與學生進行知識的互動，這樣才能達到良好的教學效果。

3施行多種教法，激發學習興趣

孔子曾說過:“知之者不如好知者，好知者不如樂知者?！币簿褪钦f對知識的學習感興趣，就會變被動為主動，不僅可提高學習效率，還能加深對知識的理解，這樣才能活學活用。所以在教學過程中，應采用多種教學法，例如案例法、設問法、討論法等，激發學生的好奇心，使他們不斷處于“生疑、質疑、解疑”的過程。通過這一系列的過程，不僅可激發他們的學習興趣，提高學習的積極性，還可培養學生分析問題和解決問題的能力。例如對于“應力”概念的引出，可以先用“案例法”引出教學內容，例如給學生展示兩個桿件A桿和B桿，兩桿件的材質和長度都相等，A桿為細桿，B桿為粗桿，在A、B桿件兩端施加同樣大小的力。然后再運用“討論法”，分組討論，比較兩桿的伸長量。最后采用“設問法”，引導學生觀察并思考:細桿和粗桿的伸長量。而此時會發現，A、B桿件的軸力都是F，即兩桿件的內力相同，但是它們的變形是不同的。如果這兩個桿件受到破壞的話，那一定是哪個先破壞啊?對了，細桿先發生破壞。這樣我們就可以確定，桿的破壞和變形與桿件的橫截面積大小有關，所以我們發現內力不能直接反映構件抵抗變形和破壞的能力。那我們就要來考慮，既然橫截面積不一樣，那在單位面積所受內力是否一樣呢?這樣一來，就引入了應力的概念。

4總結

總之，《工程力學》是一門偏理論性的課程，許多概念抽象難懂，所以要優化教學內容，改善教學環境，提高授課水平，采用靈活多變的授課方式，從而提高學生學習的主觀能動性，培養他們理論聯系實際，發現問題、分析問題和解決問題的能力，為培養適于現代工業發展的應用技術型人才打下良好的基礎。

參考文獻:

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［3］丁瑞華，蘇良昱．工程力學多媒體教學的探索與實踐［J］．黑龍江教育學院學報，2010，29(6):77-78．

［4］李秀榮．基于啟發式教學的工程力學教學改革研究［J］．機電產品開發與創新，2015，28(5):138-140．

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關鍵詞：工程教育；“材料計算與模擬”；實踐教學工程教育教學方法。

一、課程目標及對畢業要求的支撐

（1）理解并恰當研究、分析材料科學與工程領域實際問題的基礎理論與方法?！安牧嫌嬎闩c模擬”專業課程主要內容為原子分子尺度的理論計算模擬，涉及的理論方法主要為量子力學和分子動力學方法。其中，量子力學方法較為深奧，分子動力學方法因與經典牛頓力學聯系緊密，相比量子力學較為簡單?？紤]工程教育理念側重工程實踐能力的培養，故在基礎理論方法部分將課程目標設置為了解基本理論方法的概念和基本計算流程。（2）針對復雜工程問題，能夠有效地運用工程圖學語言、計算機輔助設計工具，提出改進或解決方案。如何將工程實際中的復雜工程問題通過理論計算模擬提出改進或指導意見是本課程期望的終極目標。其中，如何培養學生通過思考和分析，將工程實際問題分解為理論計算問題并選擇合適的計算方法、計算參數和條件，將是本課程最重要的課程目標。（3）能夠正確運用現代工程工具、技術與資源對材料科學與復雜工程問題進行預測與模擬。工程教育背景下的課程側重實踐能力的培養，本課程的實踐內容主要是利用計算服務器或集群進行材料科學領域的計算模擬。其中，如何使用國家超級計算中心集群（如上海超算、深圳超算）進行高性能計算，并利用科學計算軟件進行結果分析，是本課程的重要課程目標之一。

二、教學方式的改進

本課程堅持理論與實踐相結合的教學方式，不斷提高實踐教學的比重，目前理論教學與實踐教學部分各占一半。承接自過去以教為主的教學理念，本課程目前的主要教學方式還是先講授相關理論內容，然后進行上機實踐操作和練習。在工程教育理念的背景下，實踐能力的培養和提升成為課程教學的重點，同時還要兼顧實踐練習與相關理論知識的銜接，本課程提出基礎理論內容先行傳授，其他內容采用先實踐后理論的教學方式。首先，對于必需的相關課程基礎理論采用課堂講授的教學方式，在講授期間有意識地向學生傳遞工程教育的理念。其次，以較為簡單的實踐案例先進行實踐練習，使得學生簡單上手并且產生對本課程的新鮮感和好奇感，結合基礎理論講解讓學生對基本理論和操作流程有一定的了解。最后，從簡單案例出發，不斷深入，并向實際工程問題靠攏，引導學生不斷深入思考，著重于引導學生了解和練習如何將實際工程問題分解為計算模擬可以解決的問題，并通過理論計算與模擬為指導和解決問題提供依據。作為持續改進、教研相輔的體現，“材料計算與模擬”課程所有實踐案例定期根據最新文獻報道進行更新，保持實踐教學案例的時效性，同時不斷開發新的實踐案例及相應計算流程?？紤]到實踐練習與課程課時可能的矛盾或不足，本課程還將所有實踐教學案例進行視頻錄像，同時將與實踐案例相關的理論內容關鍵詞以字幕的形式添加到錄像中，便于學生隨時翻看和熟悉。

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關鍵詞：工程設計，概念設計，創造性思維，創新

1工程領域中的概念設計

現代科技的迅猛發展，尤其是微電子、信息、新材料及集成技術的進展，使產品結構發生了革命性的變化，機電一體化、模塊化已成為工程產品的發展趨勢；計算機技術的飛速發展和廣泛應用，深刻的影響著設計開發過程、制造過程、營銷和售后服務過程，并改變著產品的結構和功能；先進工藝技術和先進制造技術為現代工程設計提供了前所未有的工藝技術手段和社會化制造體系。這些變化都深刻地影響著工程設計的發展。

工程設計是人們運用科技知識和方法，有目標地創造工程產品構思和計劃的過程，幾乎涉及到人類活動的全部領域。工程設計的費用往往只占最終產品成本的一小部分（8~15%），然而它對產品的先進性和競爭能力卻起著決定性的影響,并往往決定70~80%的制造成本和營銷服務成本。所以說工程設計是現代社會工業文明的最重要的支柱，是工業創新的核心環節，也是現代社會生產力的龍頭。工程設計的水平和能力是一個國家和地區工業創新能力和競爭能力的決定性因素之一。

工程設計的全過程就是不斷建立各種模型，并不斷進行綜合和分析的過程，即反復地創造模型和評價模型的過程。工程設計的內容大致可分為兩類：一類是數值計算型的工作，包括大量的計算、分析、繪圖、編寫說明書和填寫各種表格；另一類是符號推理性的工作，主要是方案設計工作。在設計方法學中，前者稱之為細節設計，后者稱之為概念設計。概念設計主要包括功能設計和結構設計兩大部分。其作用主要體現在產品設計的早期階段，把主設計師根據產品功能的需求而萌發出來的原始構思和沖動形成產品的主體框架，及它應包括的各主要模塊和組件，以完成整體布局和外型初步設計。然后進行評估和優化，確定整體設計方案。再由各責任設計師把總設計師的設計思想落實到具體設計中去，實現細節設計?？梢姼拍钤O計是個創造性過程，它要求設計者能綜合運用許多學科的專門知識和豐富的實踐經驗，并通過廣泛的調查研究而占有大量的信息資料，再經過反復思考、推理和決策，才能創造出與眾不同的、滿足用戶要求的設計方案來。

在工程設計領域中存在這樣一個誤區：設計、構思的原始沖動是三維概念，最終設計實施之結果即產品也是三維形體。可是多年來以二維繪圖為基礎的產品設計、制造模式嚴重地束縛了工程技術人員的創造力和想象力，成為創新的桎枯。

三維建模技術的崛起以及虛擬制造技術的出現為概念設計和創新提供了一種極好的工作平臺，設計師們可以直接從三維概念和構思入手，進行概念設計，形成產品的初步框架，然后進一步通過工程分析、數字仿真、虛擬現實等高新技術手段來分析和評價設計方案的可行性及未來產品的質量、可靠性。這種設計方法尤其能充分發揮自頂向下的設計過程中,設計者的智慧和創新能力，不必拘泥于平面圖紙的限制和束縛，而把主要精力聚焦于創造性的勞動——創新。

2概念設計與創造性思維和技術創新

2.1創造性思維及其特點

要設計就要有創新，而創新正是設計人員進行創造性思維的結果。設計人員要打破習慣性思維，變換角度，開闊視野，才能使自己的創造力得到更充分的發揮。創造性思維是指有創建的思維，即通過思維，不僅能揭示事物的本質，而且能在此基礎上提供新的、具有社會價值的產物。創造性思維有擴散思維和集中思維、邏輯思維和形象思維、直覺思維和靈感思維等多種形式。在工程設計的概念設計中，要努力發掘創造性思維的能力，充分注意擴散思維和集中思維的辨證統一，準確把握邏輯思維和形象思維的巧妙結合，善于捕捉直覺思維和靈感思維的“閃光和亮點”，這樣才有可能設計出新穎、獨特、有創意的產品。

創造性思維具有如下一些特點：

（1）獨創性：創造性思維所要解決的問題是不能用常規、傳統的方式解決的問題。它要求重新組織觀念，以便產生某種至少以前在思維者頭腦中不存在的、新穎的、獨特的思維。這就是它的獨創性。獨創性要求人們敢于對司空見慣或“完美無缺”的事物提出懷疑，敢于向傳統的陳規舊習挑戰，敢于否定自己思想上的“框框”,從新的角度分析問題、認識問題。

（2）連動性：創造性思維又是一種連動思維，它引導人們由已知探索未知，開拓思路。連動思維表現為縱向、橫向和逆向連動。縱向連動針對某現象或問題進行縱深思考，探詢其本質而得到新的啟發。橫向連動則通過某一現象聯想到特點與它相似或相關的事物，從而得到該現象的新應用。逆向連動則是針對現象、問題或解法，分析其相反的方面，從順推到逆推，從另一角度探索新的途徑。

（3）多向性：創造性思維要求向多個方向發展，尋求新的思路?？梢詮囊稽c向多個方向擴散；也可以從不同角度對同一個問題進行思考、解決。

（4）善于想象：創造性思維要求思維者善于想象，善于結合以往的知識和經驗在頭腦里形成新的形象，善于把觀念的東西形象化。愛因斯坦有一句名言：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉?！敝挥猩朴谙胂螅庞锌赡芴霈F有事實的圈子，才有可能創新。

（5）突變性：直覺思維、靈感思維是在創造性思維中出現的一種突如其來的領悟或理解。它往往表現為思維邏輯的中斷，出現思想的飛躍，突然閃現出一種新設想、新觀念，使對問題的思考突破原有的框架，從而使問題得以解決。

2.2概念設計呼喚技術創新

技術創新在概念設計中發揮著至關重要的作用。概念設計中技術創新的本質就是要在工程設計領域中發現某種新事物、提出某種新思想，在很多情況下是因為現有的產品不能滿足社會（用戶）的需求而激發出的新穎構思和創見。技術創新的基礎是知識的積累和靈感的迸發，是設計人員進行創造性思維的結果。創新本身就意味著不拘一格，不局限也不依賴于某種特定的模式，以下諸多方面都是孕育技術創新的土壤：

（1）多項現有技術的有機結合或綜合運用往往會產生意想不到的效果；

（2）對已有知識的創造性總結和應用常常帶來重大的科技突破；

（3）突發奇想但經過科學論證或實驗證明所產生的新思路、新方法、新技術；

（4）新知識與現有知識的合理嫁接；

（5）產品功能上的兼收并蓄和去粗取精；

（6）學科間的交叉、交融和借鑒；

（7）新技術、新材料、新工藝的有機結合及應用；

（8）科學研究中的新發現和新成果應用于工程實踐……。

由此可以進一總結出多種行之有效的創新技法：

l智力激勵法：又稱集智法、智暴法。即通過集會讓設計人員用口頭或書面交流的方法暢所欲言、互相啟發進行集智或激智，引起創造性思維的連鎖反應；

l提問追溯法：根據研究對象系統地列出有關問題，逐個核對討論，從中獲得解決問題的辦法和創造性發明的設想，或是針對新開發產品的希望點（或缺點），逐點深入分析，尋找解決問題的新途徑；

l聯想類推法：通過相似、相近、對比幾種聯想的交叉使用以及在比較之中找出同中之異、異中之同，從而產生創造性思維和創新的方案；

l反向探求法：采用背離慣常的思考方法，通過逆向思維、轉換構思，從功能反轉、結構反轉、因果反轉等方面尋求解決問題的新途徑；

l系統搜索法：從一個初始狀態開始，分析影響系統的各個參量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更換參數等方法獲取系統的多種解法并求得最優解；

l組（綜）合創新法：將現有的技術或產品通過功能原理、構造方法的組合變化，或者通過已知的東西作媒介，將毫無關聯的不同知識要素結合起來，攝取各種產品的長處使之綜合在一起，形成具有創新性的設計技術思想或新產品；

l知識鏈接法：創新是一個動態的和復雜的作用過程和知識流，它包括知識的產生、開發、轉移和應用，這四個階段構成一條“知識供應鏈”并按照下述原則進行管理：把技術創新過程作為一個集成化的系統，只有將所有涉及該過程的伙伴捆綁在一起，才能發揮最大作用，這些伙伴都應明確什么知識內容才能滿足用戶最大需求，知識轉移的特征和形式是什么，最終用戶是誰，他們何時需要使用這些知識？涉及創新的所有信息流和通信流對全體伙伴都是開放的，在每個知識供應者和知識使用者之間建立信息反饋，使信息交換更為有效，知識供應鏈中每一個伙伴能夠感受到整個系統和他們自己都從中獲得巨大利益，認識到自己是鏈中不可缺少的重要環節。該方法適于更大范圍內、更高層面上的技術創新。

3工程設計領域中的概念設計技術創新實踐

基于上述分析，我們提出了若干種含有技術創新的產品概念設計范例：

（1）采用先進的控制、驅動和定位系統，由局部小畫面組成整體大畫面的可變畫面巨型燈箱廣告機的設計；

（2）時速超過運七飛機的高速鐵路機車車身外型設計，既要滿足空氣動力學性能，又要有美觀的外型，三維CAD建模技術和NURBS曲線面理論的應用；

（3）適應于多彎道和小半徑城市軌道交通環境下的擺式列車車身及減振轉向架的設計；

（4）反求工程已廣泛應用于一些具有復雜曲面的實物模型（如模具）的三維數據重構，不妨借鑒用來對生物醫學圖象進行數字圖象處理，為醫務人員的臨床診斷和治療提供更逼真的三維模型和實體模型；

（5）基于電動機——發電機可逆原理的新型電動自行車的設計，把（下坡時）車輪轉動的動能所轉化成的電能再回充給蓄電池，從而增加電動自行車蓄電池一次充電使用的續行距離；

（6）加工中心自動換刀功能的擴展，用于東風4（11）型內燃機車發動機端面多軸孔加工的自動換箱多軸箱設計；

（7）把列車檢修工人的豐富經驗升華為專家系統——基于加速度傳感器和單片機控制的智能式檢振錘的設計；

（8）虛擬軸機床（并聯機床）的概念設計。

這里以鐵路機車車身設計為例，對概念設計及創新的過程加以說明。

時速300公里以上的高速列車在歐美、日本等發達國家得到廣泛應用。我國已通過論證并計劃在下世紀初建設第一條（京滬）高速鐵路。

當我們看到法國TGV（TraindelaGrandeVitesse）實驗車速達到515.25公里／小時時，我們知道這已經超過了我國“運八”飛機的時速，設計師的頭腦中自然應該產生這樣的概念：時速300公里的鐵路機車車頭的外型也應該像飛機那樣具有流線型和光順性，才會有較好的動力學特性?！肮忭槨币辉~的幾何意義是所構造的曲線、曲面應具有C2連續，且無奇點。從通俗的概念來理解，即為“光滑順眼”之意。

由這些概念和構思出發，我們可以由整體構思和概念設計逐步進入流線型機車車身的細節設計環節。

鐵路工業和汽車工業對車身外型設計的先進性和創新性的都有著一致和迫切的要求。歸納起來應是以下幾個方面：

l具有良好的空氣動力學特性，以減少在高速運行時的摩擦阻力。

l具有良好的結構布局及足夠的強度和剛度。

l具有美學曲面的質感和動感，以美化生活和環境。

l盡可能短的設計和制造周期，以盡快地占領市場。

顯然滿足上述諸要求的車身外型曲面是相當復雜的，非一般常規曲面（如柱面、球面、錐面、環面等）所能表達。再者，若按常規設計、制造方法和過程來完成如此高要求的設計外型，則上述第四項要求更是高不可攀。只有積極謀求技術進步，大力推廣應用CAD/CAM技術才是解決車身外型改型頻繁、不斷創新且滿足上述各種要求的關鍵所在。

近十年來，CAD業界涌現出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列優秀的CAD/CAM軟件，為我們提供了一個極好的開發工具和環境。它們的三維實體建模、參數建模及復合（Hybrid）建模技術，實體與曲面相結合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技術為我們的設計工作提供了強有力的工具。

這里具體地介紹如何使用UG的FreeFormFeature等功能，來實現車身外型的概念設計到細節設計。

UG的FreeFormFeatureModeling模塊把實體建模和表面建模技術集成為一個功能十分強大的建模工具組，它支持復雜自由曲面的造型設計。它的復合建模技術，自由型面特征建模，可視化編輯，多組件裝配，二維視圖自動生成，尤其是伴隨最新UGV14.0版本推出的全新概念設計WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部門的工程師在設計的早期階段，站在系統工程的角度，同時針對多種可供選擇的方案進行評估，通過將設計意圖組織到一個“控件結構”中去，使工程師十分有效地控制設計變更，而且所發生的變更會自動地傳遞到上級設計中去。

這里以創建流線型機車車身外型為例，具體步驟如下：

（1）根據前節所述模線的來源，本例參考法國TGV和德國ACE機車外型模板，并加以個性化修改。所選定的23條模型基線見于圖1。

外形模型基線向等值半徑線云圖

以這一組模線為基礎，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve來創建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能來觀察和分析該曲面的光順性，圖2即為車身外型曲面及頂面法向半徑等值線云圖。

在構造模線的原始數據中可能有“瑕點”，或者僅憑“感覺”進行判斷，創建的曲面不一定能完全滿足C2連續的條件和光順性的要求,可以通過光順處理予以滿足。圖3是對其中一條模線進行光順處理的過程。值得重視的是：獲得一組光順的模線是生成光順曲面的必要條件。

采用光順后的模線重新構造車身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材質，可進行著色、光照、渲染，以得到更為逼真的三維造型圖。見圖4。

圖4機車車身三維造型圖5機車車身二維投影圖

（5）對機車車身裙部和頭部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片進行創建。這里充分體現出UG軟件對角域曲面的三維造型能力。

（6）機車車身三維造型基本實現之后，還可進一步作局部修改，由于UG軟件的“相關”（Associative）能力,這里進行的修改將影響到它所關聯的所有設計過程。

（7）三維造型細節設計完成之后，其各方向二維視圖可由應用軟件自動生成，設計人員不必再做重復工作。圖5即為該機車車身外型的二維側視圖。

參考文獻

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[2]熊鳴鏑.三維設計將CAD應用引向深入.機電一體化.1997.(5):5~7

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課堂教學是中國文化傳承的主要方式，一個有超前性、計劃性和創造性的課堂設計是知識傳承和能力培養的實用而有效的途徑。如何學好“工程力學與機械設計基礎”這門課，42學時的課堂教學是關鍵，因而必須針對少學時多內容的課程進行有效的設計，達到調動學生的學習熱情、提高理論學習效率和解決工程問題能力的效果。

1.1引導學生積極動腦

先提出有關教學問題，創設一個工程應用環境。如講扭轉時，可以先將汽車傳動軸的實例提出，讓學生回答如何對軸的強度及大小進行校核計算，從材料選擇到空實心軸的計算說起。然后，由教師總結，通過圖片、動畫、視頻等將結構形狀和構件的相互關系生動地展示在學生面前，再對軸進行受力分析、理論推導和計算。針對重要的概念和公式，布置課外作業加深。這樣可使教學客觀化，晦澀的問題簡單化，枯燥的書本理論與工程聯系應用化，增強了工程實踐知識，活躍了課堂氣氛。

1.2推動學生積極動口

傳統的教學模式是以課堂、教材、教師為中心的，形成了教師單向灌輸、學生被動接受的局面，這在客觀上限制了學生的思維空間。現代教學目標應以學生為主體，學生是認識的主體，一切教學措施的安排最終都要落實到學生身上，充分調動學生的思維能力、創新能力。課堂教學主要采用任務驅動教學法，從第一次課開始，就指導學生帶著2-3個工程實際問題，先預習教材，力爭找到解決問題的方法，第二次課回到課堂討論。課堂上接近一半的時間為學生發言討論，余下時間教師總結。總結內容：概念清晰化、結構明朗化、公式深刻化。方式以推動學生口述為主。通過任務驅動，學生在探索中學習，在學習中不斷獲得成就感，調動了學生的學習興趣，同時也鍛煉了學生的語言表達能力、溝通能力和獨立解決實際工程問題的能力。

1.3鼓勵學生勤于動手

教師在平時的課堂教學中，只對重點知識講解，重要公式的應用舉一反三，給學生留有自學和思考的余地，給學生發現和提出各種各樣問題的空間。通過創設學生自身知識的不足和學習問題的情景，激發學生的創新能動性，鼓勵學生深層次探索。如：輪系課完畢，就布置學生課外作業：設計一個輪系，用最少的齒輪實現同軸反轉，且速比i=2。在講完理論力學時，課外作業為：設計一個最簡單廉價的200L油桶平地搬運工具（完全人工作業）。充分相信學生的解決實際問題的能力，并加以鼓勵引導?；氐秸n堂師生點評，確定ABCD最佳方案。通過這種理論聯系實際的任務驅動和自我探索，學生不僅加強了對所學知識的理解，同時提升了解決實際工程問題的創新能力。

2積極引導課外學習與實踐

課外學習與實踐能較快地拓展學生相關知識結構和解決實際問題的能力提升。教師要有意識地設計一些課外作業，引導學生課外學習與實踐，一是擴大學生視野，加深對課程內容的理解，二是節約有限的課堂時間，充實課堂內容，時間用在刀刃上。

2.1引導學生文獻檢索開闊視野

通過文獻檢索，歸納總結，解決工程實際問題，是工科學生應該具備的基本技能。結合課程理論知識，由教師選題，讓學生查閱文獻資料，寫出文獻小節報告。例如，軸承課結束，布置課外作業：無油軸承技術現狀、大推力滑動軸承技術進展等，要求學生查閱相關文獻，并進行文獻分類整理，最后通過分析文獻，提出自己的設想或建議。通過對課程所涉及的文獻進行廣泛的閱讀和理解，對該領域的研究現狀、新水平、新動態、新發現等內容進行綜合分析，寫出500~1000字的文獻小節。通過這一過程的學習和訓練，課堂知識得到了提煉，相關的學科知識及應用得到了拓展。

2.2強化實踐教學環節，提高學習興趣

實踐出真知，實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論悟性的有效環節，是培養具有創新能力的高素質工程技術人員的重要途徑。例如，減速器拆裝實驗，可以幫助學生了解減速器各部分的結構，考慮好拆裝順序，培養學生的觀察能力和動手能力。碳鋼材料的拉伸應力應變實驗，可以使學生對應力形成過程、材料的比例極限σp、屈服極限σs、抗拉強度σb等有一個直觀的認識，掌握許用應力基本概念及使用方法，加深對桿拉伸狀態下基本幾何尺寸的計算。通過實踐環節的學習，培養了學生仔細認真的工作態度，加深了對理論知識的認知程度，激發了學生的學習熱情。

2.3增加探索性問題，提高創新能力

傳統教學作業是以課后作業為主，都是些常規練習，內容簡單，答案唯一。這樣雖有利于“基本功”的訓練，但“多學少悟”的培養不利于學生創造力的發揮。針對工程問題的復雜性，實際問題是沒有標準答案的。因此，在課外作業中，適當地增加一些探索性問題，能夠激發學生主動思考的能力。例如，在學習應力時，對裂紋的危害及防護措施進行舉例說明。通過查文獻，獨立思考，學生對力學分支———斷裂力學有了一定的理解，意識到工程上的許多災難是由裂紋引起的。這樣的主動探索反過來提高了對書本理論知識的理解。一個學期進行幾次這樣的作業后，對提高學生的創新意識和研究實際問題的能力有明顯的幫助，增強了學生對工程概念的感悟。

3改革課程考評方式的實踐

傳統的考評方式多為閉卷考試，由于本課程內容多、實踐性強的特殊性，僅憑期末閉卷考試成績不能全面反映學生掌握知識和運用知識的能力。為此，對考核內容進行了改革實踐。改革前，只采用期末考試作為學生的最終課程成績。改革后采用期末考試成績和平時成績相結合的方式對學生進行評價。學生成績考評內容，一是考查理論知識的掌握情況，通過期末閉卷考試成績呈現。二是檢驗學生運用所學知識解決實際問題的能力，通過平時課堂討論、課外作業成績體現。改革后，這種多元化的考核方式對學生知識的獲得、能力的培養和素質的提高有明顯的效果。

4結論