“全国第三届力学课程论文报告论坛”纪要 第三届全国力学课程报告论坛于2008年11月21-23日在南京钟山宾馆举行,论坛由全 国高等学校教学研究中心、全国高等学校教学研究会、教育部高等学校力学学科教学指导委 员会、中国力学学会教育工作委员会以及高等教育出版社共同主办,南京航空航空大学承办。 来自全国各高校的力学学科领导及专家400余人出席了本届论坛。 本届论坛围绕“力学教学方法创新与教学质量提高”这一主题,邀请了相关院士、国家 级教学名师专家,针对当前力学学科教学现状及未来发展趋势,为推动力学教学方法的创新 与教学质量的提高,与一线教师们一起展开了深入的交流和研讨。会议共计安排9个大会报 告,38个分会场报告。会议还组织与会者参观南京航空航天大学力学实验中心。 北京理工大学现任校长胡海岩院士做了题为《对力学教育的若干思考》的第一个大会报 告,以下按笔记整理其报告的主要内容 (一)改革开放以来力学教育的主要特点(引言) (1)教师投入较多且取得了成就 (2)力学学时压缩,学生兴趣不高、深感困惑 (3)工业界对工科毕业生计算机、英语水平给予肯定;但对其力学等专业基础知识的掌握 状况和应用能力评价不高 (二)高等工程教育的发展历程 (1)上世纪五十年代,采用苏联模式,以专业化教育为主 (2)上世纪八十年代,采用美国模式,拓广专业基础,并引进通识教育 (3)新世纪以来,关注德国、法国的高等工程教育 (三)对工程师的见解 我国工科毕业生数是美国的4倍,德国的10倍,但我国工程师创造的CDP仅为美国、德 国工程师所创造GDP的5-10%。我国工程师需求多样化,由此高等工程教育体系需要有多 层次、多类别的体系 二程师的渡变 以前:坚实的力学知识;利用计算尺、手摇计算机一>如今:不深的力学知识;利用计算机 软件 大量强度分析、计算、校核 少量工程师利用 NASTRAN等 即可完成 工程师对力总鼎求的变化 (1)自主创新研制新一代飞机,对于总设计师、副总设计师以及主任设计师等核心技术领 导需要:既宽叉深的知识结构;需要坚实的力学知识;对材料、控制、隐身技术等需 要一定的了解 (2)技术创新对力学的需求:对于新一代军机,涉及先进航空发动机等;对于研制高超音 速飞行器,涉及气动热防护、热颤振、非烧蚀耐高温材料等
1 “全国第三届力学课程论文报告论坛”纪要 第三届全国力学课程报告论坛于 2008 年 11 月 21－23 日在南京钟山宾馆举行，论坛由全 国高等学校教学研究中心、全国高等学校教学研究会、教育部高等学校力学学科教学指导委 员会、中国力学学会教育工作委员会以及高等教育出版社共同主办，南京航空航空大学承办。 来自全国各高校的力学学科领导及专家 400 余人出席了本届论坛。 本届论坛围绕“力学教学方法创新与教学质量提高”这一主题，邀请了相关院士、国家 级教学名师专家，针对当前力学学科教学现状及未来发展趋势，为推动力学教学方法的创新 与教学质量的提高，与一线教师们一起展开了深入的交流和研讨。会议共计安排 9 个大会报 告，38 个分会场报告。会议还组织与会者参观南京航空航天大学力学实验中心。 北京理工大学现任校长胡海岩院士做了题为《对力学教育的若干思考》的第一个大会报 告，以下按笔记整理其报告的主要内容。 （一）改革开放以来力学教育的主要特点（引言） （1） 教师投入较多且取得了成就 （2） 力学学时压缩，学生兴趣不高、深感困惑 （3） 工业界对工科毕业生计算机、英语水平给予肯定；但对其力学等专业基础知识的掌握 状况和应用能力评价不高 （二）高等工程教育的发展历程 （1） 上世纪五十年代，采用苏联模式，以专业化教育为主 （2） 上世纪八十年代，采用美国模式，拓广专业基础，并引进通识教育 （3） 新世纪以来，关注德国、法国的高等工程教育 （三）对工程师的见解 我国工科毕业生数是美国的 4 倍，德国的 10 倍，但我国工程师创造的 GDP 仅为美国、德 国工程师所创造 GDP 的 5－10％。我国工程师需求多样化，由此高等工程教育体系需要有多 层次、多类别的体系。 工程师的演变 以前：坚实的力学知识；利用计算尺、手摇计算机 －> 如今：不深的力学知识；利用计算机 软件 大量强度分析、计算、校核 少量工程师利用 NASTRAN 等 即可完成 工程师对力学需求的变化 （1） 自主创新研制新一代飞机，对于总设计师、副总设计师以及主任设计师等核心技术领 导需要：既宽又深的知识结构；需要坚实的力学知识；对材料、控制、隐身技术等需 要一定的了解。 （2） 技术创新对力学的需求：对于新一代军机，涉及先进航空发动机等；对于研制高超音 速飞行器，涉及气动热防护、热颤振、非烧蚀耐高温材料等
我们所需要的工程师,可分为以下两类 (1)第一类:“上手快”,应用现有技术,以引进再吸收为主 (2)第二类:“有后劲”,以原始创新、集成创新为主一一称为“研究型工程师” 观点:力学教育应有多类别、多层次课程体系、教学内容以及实践环节。不同大学应结合自 身特点做考虑 (四)研究型工程师的培养和力学教育 新兜翅工覆师的培养棋式 研究型工程师的知识结构既宽又厚,特别应该有深厚的技术科学基础。力学是航空航天 的学科基础;对于飞行器结构工程师,需要扎实的数理、力学基础,对于材料、制造以及控 制等需要有深入的理解。学好力学不易,需要学习诸多数理基础,需要保证充裕的学习时间。 国外精英模式的工程师教育 法国先进行二年的预科学习,然后经筛选进入专业阶段学习,实际修学年限为5-6年 毕业后授予工程师文凭(相当于工学硕士学位),颇受工业界欢迎。法国拥有14所高等工科 专业学院,实施精英教育,从事工程科学研究。 借鉴上述法国精英工程师培养模式,探索我国“6年制本硕连读”的培养模式,相当于法 国5年制工程师教育。南京航空航天大学已于04年开始6年制本硕连读培养模式的尝试, 称“钱伟长工程试验班” “6年制本硕连读”的基本特点: (1)本硕连读有益于吸引优秀高中毕业生 (2)打通本硕培养计划 (3)第2、3年按理科要求培养,保证理论基础宽厚 (4)严进严出、中期适当分流,保证最终质量。分流淘汰的学生进入飞行器设计与工程等 专业学习,学生和家长往往也较满意。 (5)第4年进入导师的研究团队,从事研究型学习,或到大型企业、研究所参与研究工作。 对课翟系奥施故术怪的恻论 传统型做法:增加课程门数、学时数等 改革型做法:对数学、力学、物理、挫制等课程进行整体性优化 技术科学体系包括: (1)力、热、光、电、磁、控制等成为工程教育的主要基础课程 (2)力学框架:理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、振动力学、计算力学、实验 力学等课程 观点:技术科学理论体系具有统一性,其整体与部分、部分与部分之间具有高度的相关性。 事例1:一类二阶常微分方程是:离散机械系统、振荡电路等共有机制 事例2:一类双曲型偏微分方程是:弹性波、声波、电磁波等的共有机制 事例3:钟万勰院士研究发现:在状态变量的描述下,结构力学与现代控制理论之间具有相 注:类似“钱伟长试验班”等对优秀学生进行重点培养的精英教育形式在国内理工科院校中具有重新兴起的趋势
2 我们所需要的工程师，可分为以下两类： （1） 第一类：“上手快”，应用现有技术，以引进再吸收为主 （2） 第二类：“有后劲”，以原始创新、集成创新为主——称为“研究型工程师” 观点：力学教育应有多类别、多层次课程体系、教学内容以及实践环节。不同大学应结合自 身特点做考虑。 （四）研究型工程师的培养和力学教育 研究型工程师的培养模式 研究型工程师的知识结构既宽又厚，特别应该有深厚的技术科学基础。力学是航空航天 的学科基础；对于飞行器结构工程师，需要扎实的数理、力学基础，对于材料、制造以及控 制等需要有深入的理解。学好力学不易，需要学习诸多数理基础，需要保证充裕的学习时间。 国外精英模式的工程师教育 法国先进行二年的预科学习，然后经筛选进入专业阶段学习，实际修学年限为 5－6 年。 毕业后授予工程师文凭（相当于工学硕士学位），颇受工业界欢迎。法国拥有 14 所高等工科 专业学院，实施精英教育，从事工程科学研究。 借鉴上述法国精英工程师培养模式，探索我国“6 年制本硕连读”的培养模式，相当于法 国 5 年制工程师教育。南京航空航天大学已于 04 年开始 6 年制本硕连读培养模式的尝试， 称“钱伟长工程试验班”* 。 “6 年制本硕连读”的基本特点： （1） 本硕连读有益于吸引优秀高中毕业生 （2） 打通本硕培养计划 （3） 第 2、3 年按理科要求培养，保证理论基础宽厚 （4） 严进严出、中期适当分流，保证最终质量。分流淘汰的学生进入飞行器设计与工程等 专业学习，学生和家长往往也较满意。 （5） 第 4 年进入导师的研究团队，从事研究型学习，或到大型企业、研究所参与研究工作。 对课程体系实施技术途径的讨论 传统型做法：增加课程门数、学时数等 改革型做法：对数学、力学、物理、控制等课程进行整体性优化 技术科学体系包括： （1） 力、热、光、电、磁、控制等成为工程教育的主要基础课程 （2） 力学框架：理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、振动力学、计算力学、实验 力学等课程 观点：技术科学理论体系具有统一性，其整体与部分、部分与部分之间具有高度的相关性。 事例 1：一类二阶常微分方程是：离散机械系统、振荡电路等共有机制 事例 2：一类双曲型偏微分方程是：弹性波、声波、电磁波等的共有机制。 事例 3：钟万勰院士研究发现：在状态变量的描述下，结构力学与现代控制理论之间具有相 * 注：类似“钱伟长试验班”等对优秀学生进行重点培养的精英教育形式在国内理工科院校中具有重新兴起的趋势
似性 事例4:建设《系统动力学与控制》课程,以系统建模、系统分析、系统设计与系统控制等 思想和方法将理论力学、振动力学、控制理论、电子线路等融合起来 对麑欲肓的认识 按实践环节的作用,将其分为两类 (1)第一类:力学教育中的“大作业”、实验等实践环节主要是为了巩固所学的知识 (2)第二类:实践环节作为:巩固知识、培养创新能力的重要途径 观点: (1)知识和创新高度关联;实践和创新是相互统一的。 (2)关于实践环节的考核:以大作业、实验设计作为主要考核方式。要求学生复习所学的 知识,并且创新性地运用知识。 (3)关于毕业设计:毕业设计的核心是创新,而不是模仿。毕业设计作为理论联系实践的 创新环节,促使学生主动运用所学的力学知识去创新。 (4)关于课外科技制作:北京理工有全校性的结构设计大赛,要求:建立力学模型、进行 分析、计算和试验、提交设计报告,由此增强创新能力。 (5)关于师资队伍建设:积极推进校企合作,大学可以从企业精英中招聘教师等。 11月23日结束全部报告后,组委会组 织大家参观了南京航空航天大学力学实验 中心,主要包括:(1)基础力学实验室,(2) 空气动力学实验室,(3)结构强度实验室 (4)微型飞行器实验室。此外,大家还观 摩了“流体力学设计性实验一一水动力小 车竞赛”。 基础力学实验室主要包括理论力学、材 料力学、弹性力学、流体力学等理论课程 的配套实验。前三类实验设备多为购置, 欢迎各位专家莅临指导 数量较多以满足全校学生的课程需要以及 学生自由课外实验。流体力学实验设备, 主要包括:轴流式教学风涧(左上图)对 着一个飞机模型吹风,以显示机翼的升力 作用,尾翼的稳定性作用等。教学水槽(左 下图),主要用于染色显示三角翼上的螺旋 形旋涡结构等。循环式、工作段开口的研 南京航空航天大学航空宇航学院 流体力学教学实验室 究型风洞(来流湍流度约0.5%,圆形工作 段截面直径约0.5m)主要用于战机的型号
3 似性。 事例 4：建设《系统动力学与控制》课程，以系统建模、系统分析、系统设计与系统控制等 思想和方法将理论力学、振动力学、控制理论、电子线路等融合起来。 对实践教育的再认识 按实践环节的作用，将其分为两类： （1） 第一类：力学教育中的“大作业”、实验等实践环节主要是为了巩固所学的知识 （2） 第二类：实践环节作为：巩固知识、培养创新能力的重要途径 观点： （1） 知识和创新高度关联；实践和创新是相互统一的。 （2） 关于实践环节的考核：以大作业、实验设计作为主要考核方式。要求学生复习所学的 知识，并且创新性地运用知识。 （3） 关于毕业设计：毕业设计的核心是创新，而不是模仿。毕业设计作为理论联系实践的 创新环节，促使学生主动运用所学的力学知识去创新。 （4） 关于课外科技制作：北京理工有全校性的结构设计大赛，要求：建立力学模型、进行 分析、计算和试验、提交设计报告，由此增强创新能力。 （5） 关于师资队伍建设：积极推进校企合作，大学可以从企业精英中招聘教师等。 11 月 23 日结束全部报告后，组委会组 织大家参观了南京航空航天大学力学实验 中心，主要包括：（1）基础力学实验室，（2） 空气动力学实验室，（3）结构强度实验室， （4）微型飞行器实验室。此外，大家还观 摩了“流体力学设计性实验——水动力小 车竞赛”。 基础力学实验室主要包括理论力学、材 料力学、弹性力学、流体力学等理论课程 的配套实验。前三类实验设备多为购置， 数量较多以满足全校学生的课程需要以及 学生自由课外实验。流体力学实验设备， 主要包括：轴流式教学风洞（左上图）。对 着一个飞机模型吹风，以显示机翼的升力 作用，尾翼的稳定性作用等。教学水槽（左 下图），主要用于染色显示三角翼上的螺旋 形旋涡结构等。循环式、工作段开口的研 究型风洞（来流湍流度约 0.5％，圆形工作 段截面直径约 0.5m），主要用于战机的型号
预研等。 微型飞行器实验室是学生重要的实践 基地,实践内容包括:(1)自行编程实践 计算流体动力学(cFD),涉及刚体及柔性 体的二维、三维绕流等;(2)基于流体力 学、结构强度以及控制技术的飞行器设计 和制造。实验室陈列有各式各样的飞行器, 许多都经历过的飞行试验 基于本次会议可得如下的若千体会: (1)国内工科院校非常注重理论力学、 材料力学等课程的实验配套教学, 积极申请省部级和国家级的精品课 程、教学基地等。 (2)理论力学等课程教学上注重理论同 实践的结合。如清华航天航空学院 的一位青年教师,通过摄影骑行时 自行车轮毂钢丝(着地处清晰,相 对处模糊)作为纯滚动概念的直观 事例。浙江大学庄表中教授所做的 题为《基础力学教学内容的扩展与 应用》的大会报告,指出:理论力 学中的某道习题可能就是某项技术的关键原理 (3)理论力学等课程迫求对理论的清晰叙述。如将线性代数结合微积分处理有关概念等, 对此北京大学朱照宣等《理论力学》实际有很多反映 我系谢锡麟、华诚、郭明旻、吴云岗全程参加了会议;谢锡麟做了题为《全美一流院校 航空航天学科的调研及其对力学学科发展启示》(作者:谢锡麟、陈瑜、艾剑良、华诚)的分 会场报告,反映较好 谢锡麟、华诚、郭明旻、吴云岗 2008年12月 注:本系列会议等相关信息,请至“全国高校力学课程网站” http://mechanics.cncourse.com/mechanics/forumreport/indexdefault 附:南京航空航空大学航空宇航学院参观掠影
4 预研等。 微型飞行器实验室是学生重要的实践 基地，实践内容包括：（1）自行编程实践 计算流体动力学（CFD），涉及刚体及柔性 体的二维、三维绕流等；（2）基于流体力 学、结构强度以及控制技术的飞行器设计 和制造。实验室陈列有各式各样的飞行器， 许多都经历过的飞行试验。 基于本次会议可得如下的若干体会： （1） 国内工科院校非常注重理论力学、 材料力学等课程的实验配套教学， 积极申请省部级和国家级的精品课 程、教学基地等。 （2） 理论力学等课程教学上注重理论同 实践的结合。如清华航天航空学院 的一位青年教师，通过摄影骑行时 自行车轮毂钢丝（着地处清晰，相 对处模糊）作为纯滚动概念的直观 事例。浙江大学庄表中教授所做的 题为《基础力学教学内容的扩展与 应用》的大会报告，指出：理论力 学中的某道习题可能就是某项技术的关键原理。 （3） 理论力学等课程追求对理论的清晰叙述。如将线性代数结合微积分处理有关概念等， 对此北京大学朱照宣等《理论力学》实际有很多反映。 我系谢锡麟、华诚、郭明旻、吴云岗全程参加了会议；谢锡麟做了题为《全美一流院校 航空航天学科的调研及其对力学学科发展启示》（作者：谢锡麟、陈瑜、艾剑良、华诚）的分 会场报告，反映较好。 谢锡麟、华诚、郭明旻、吴云岗 2008 年 12 月 注：本系列会议等相关信息，请至“全国高校力学课程网站” http://mechanics.cncourse.com/mechanics/forumreport/indexdefault 附：南京航空航空大学 航空宇航学院 参观掠影
圆 FHV! 南航飞机陈列室
5 南航飞机陈列室
空气动力学研究所 机翼和飞机模型绕流水洞显示实验简介 实验目的 观察机和飞机模型绕流图画,定性了解,迎角,几何尺寸等对绕流的影响 不同气动布局的绕流的特点:初步了解染色线法流动显示技术 实验设备、装置: 水洞、飞机模型、染色液注入装置 水洞 模型 模型 实验原理: 利用染色线显示流动图画:定常流中,流线、迹线、染色线三者重合:螺旋 运动形式的染色线显示空间涡流;染色线的突然扩散指示涡旋的破裂:扩散的染 色线回流指示流动的分离 实验结果示例 三角翼前缘分离涡(a=20°)协和飞机模型绕流(a=15°) 南京航空航天大学航空宇航学院 College of Aerospace Engineering. NUAA 机翼和飞机绕流水洞流动显示实验室张贴说明-1
6 机翼和飞机绕流水洞流动显示实验室张贴说明－1
史气动力学研究所 卧式回流水洞 水洞实验段长3.9米、宽0.45 米、高0.45米,在水洞中通过在 模型表面将有颜色的溶液引入水 中可将通不易观察的流体流动 显现出来,使之可被观察到,可 使抽象的概念变得直观,加深对 流体力学知识的理解。该水洞配 有图像实时显示和记录系统,该 实验平台是开放的。可针对基 础课力学专业本科生和研究生 开放此平台,学生自己感兴趣 的流动现象,新飞行器绕流流 场特性等,均可进行自主的流 动观察试验,并能获取流动图 画的记录文件 机翼和飞机绕流水洞流动显示实验室张贴说明一2
7 机翼和飞机绕流水洞流动显示实验室张贴说明－2
