今天是:2020年01月29日 首 页>>相关文章>>阅读文章
文 章 导 航
全 部 文 章
经验交流
方法技巧
心情交流
科技前沿
最 新 文 章
软物质是什么,能吃吗?
20大未来有潜力的新材料
灵魂拷问:我们为什么要
非牛顿流体——为什么软
破解百年难题:冰为什么
数学符号与数学公式的规
哥大终身教授:中国学生
硕博研究生期间应该明确
专栏 | 研究生回复审稿
说说真应力真应变
最 热 文 章
PPT带备注演示(只有讲
超星4.0 PDG格式转PDF方
阅读科研文献的一些做法
如何在顶级科学杂志上发
实验室中常犯错误
做科研的几点体会
新型智能玻璃光学性能瞬
论文写作总结
培养研究生的点滴体会
一个硕士是怎么样发5篇S
 
力学思维及其价值与意义[转载]
作者:张伟伟 发表时间:2019-06-02 阅读次数:449

人们常说”授人以鱼不如授人以渔“。在知识和方法中间,无论是学生还是教师都毫无疑问的会将方法视为教学重点。然后,在实际教学中,却往往是知识教学远远大于方法教学,这主要是因为方法必须以知识为载体,难以将方法从知识中剥离出来,形成体系单独讲解。

本文首先将力学思维与数学与工程思维相对比,总结出力学思维的基本特征,并从力学思维的语言工具、培养途径、知识载体等几个方面总结力学思维。最后通过力学在我国发展的三个阶段,展望了力学在我国国民经济建设中的前景,所用素材是我在多个不同报告中整理的PPT页面。

1. 什么是力学思维

理解力学思维不能把力学思维孤立起来理解,而应该通过与相关学科相对照,力学思维的特征是通过与数学、工程思维相对比,逐渐明晰起来的。

数学思维是抽象思维、要求具有严密的逻辑推理能力、强调理论的完整性;而工程思维主要培养空间想象能力、要求动手操作。相对于数学的抽象思维,我们称之为具象思维。

数学和工程是两种互逆的思维方式。

力学思维则是融合了数学思维与工程思维的双向思维模式。包括三个落脚点两条逻辑线。三个落脚点指数学、力学、工程;两条逻辑线:一是从工程经过力学到数学,二是从数学经过力学到工程。

这种双向思维使得力学成为连接理论与工程实践的桥梁。例如纳维不仅在力学理论上建立了弹性力学和流体力学的数学体系,提出了利用双重三角级数求解简支矩形板等理论成果;同时他还在1824-1826年间设计、并建造了一座悬索桥,这项工作改变了以往工程师凭借经验进行设计的传统,也开创了力学在大型工程结构设计中的应用。

另外一个典型例子是普朗特统一理论流体力学与工程水力学的例子。19世纪末,理论流体力学和工程水力学各自均达到了较高的水平,但两个领域却不互通,计算结果与实验结果很不相符。普朗特通过观察,提出了边界层理论,把理论流体力学和实验结合起来,奠定了现代流体力学的基础。

2. 力学思维的语言工具

语言是思维的基本工具,讲同一语言的人其思考问题的方式也基本类似,不同的语言造就不同的思考方式。在力学思维中,有三种语言必须掌握,它们分别是自然语言(我们平时讲的话)、几何语言(受力图、运动分解图)、数学符号语言(数学方程、分析等)。

三种语言各有特点,自然语言和蔼可亲,但?里?嗦,几何语言形象直观,却展现的信息有限,数学语言简洁明了,却高傲冷艳。这三种语言正是利用它们的优点,相互协作将力学概念准确、清楚的表述出来,三种语言对于力学缺一不可。

如果将力学的三种语言继续细化,如自然描绘出物理、化学、各类工程学科,数学语言再分解为数学分析、复变函数、线性代数等等,几何再分为欧式几何、罗氏几何、黎曼几何等等。多一种语言就可以提高力学思维的维度,就更能准确的描述力学。

这些语言还可以构成学习者的思维空间,当一个人的思维空间维度越高、广度越大,他就可以获得更大自由。

3. 力学模型是力学思维的磨刀石

力学建模体现力学思维,是力学思维最重要的知识载体。增强力学建模能力是培养力学思维的有效途径,开尔文将力学模型上升到了认识论的高度,体现出了力学模型的价值。

从力学中对力的定义看:力是改变物体运动状态的原因。我们将这一定义分解后,可以看到力学研究有三个要素:力、物体、运动状态。如果我们用哲学的术语来理解力学,力就是影响事物发展变化的外因;物体本身具有的属性反应事物发展变化的内因;而事物发展变化的规律就是运动状态;以此来看,力学具有完整的哲学体系架构。

依据内因、外因、运动特征(响应)整理出力学基本要素,力学模型即由这些基本要素组成。我们羡慕化学家任意搭配各种元素可以创造出新的化合物,使得化学的创新无穷无尽。力学也可以通过搭配不同的力学要素组建出新的力学模型,让力学的创新无穷无尽。

4. 力学思维的培养

在力学建模中可以采用三段式培养力学思维,即围绕知识点,按照工程背景、数学工具,力学原理的方式来讲解。这既是对力学模型的分解,也是对力学三种语言的强化。

5. 授人以鱼不如授人以渔

教学过程中,教书是手段,育人是目的。人的成才标志就是拥有了思考问题、解决问题的能力,能为国家和社会做出自己贡献。

6.  力学的梦

力学在我国的发展大致可以分成三个阶段:

第一阶段是建国初期,由于欧美等发达国家对我国实行技术封锁,各类工业建设中的结构设计、分析与校核都需要自行解决,力学人才缺口较大(特别是国防工业)。为此,周培源先生于1952年在北京大学创办我国第一个力学专业,培养力学专业人才。1956年,以钱学森为首的力学发展领导小组向国务院提议成立力学研究班,翌年清华力学研究班正式招生,共招生3届,被称为中国力学界的黄埔军校。

此外,1953年钱伟长在中科院数学所下建立力学研究室(力学所前身),开展相关科研工作。由此可见,力学在建国初期国民经济建设中具有重要地位。

第二阶段:上世纪90年代以来,由于改革开放,在工业建设方面采用“拿来主义”,直接采用国外先进的设计图纸,力学计算与分析被一度忽视,这种影响至今也还存在。

第三阶段:随着我国科技水平的不断提高,蛟龙号、载人航天、大飞机、航空母舰、高铁技术等科技已使我国科技水平处于了世界科技发展的前列,当我国科技继续发展并领跑世界科技发展时,“拿来主义”就可能出现“无处可拿”的境遇。此时,力学的分析与计算必将再次成为工业设计、工业制造的核心技术。

7. 结语

鉴于力学在国民经济建设中的重要基础地位,应以史为鉴,未雨绸缪,以培养力学思维方式、增强力学建模能力为核心,积极推进力学教育,为实现中华民族伟大复兴储备高层次力学创新人才!

[返回顶部]