热力学在生命科学中的应用

热力学在生命科学中的应用（共13篇）

1.热力学在生命科学中的应用 篇一

ANSYS在《材料力学》教学中的应用

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【摘 要】结合材料力学课程的特点和教学过程中的实际情况，通过实例介绍了ANSYS在材料力学教学中的应用，通过计算机仿真手段在课堂中的应用，使教学内容更加直观生动，对提高教学质量、激发学生学习兴趣等方面取得了良好的教学效果。

【关键词】材料力学 ANSYS 教学方法

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）12－0024－02

【Abstract】Some applications of ANSYS on teaching of mechanics of materials were introduced by the characteristic and teaching process in mechanics of materials.When the CAE was applied in mechanics of materials teaching, it can make the course more vivid.This means gains good teaching effect to inspiring study interest, improving quality of teaching.【Key words】Mechanics of materials ANSYS Teaching method

随着计算机应用的普遍深入，将计算机应用软件应用到高等教育教学课堂中去，已被越来越多的教师和学生接受，通过实践证明，该方法可以大大提高学生的学习兴趣。《材料力学》课程是我国各高等院校机械类及相近专业普遍开设的一门重要的专业技术基础课，该课程知识点较多，知识相对零散，学生学习起来易感到枯燥，为提高学生学习兴趣，将大型计算机应用软件ANSYS技术融入到课堂教学中去，既可以让学生学习、了解计算机辅助工程，又可以增加材料力学课程的趣味性。

一、计算机应用软件ANSYS的特点

计算机辅助工程的应用软件较多，而进行力学方面分析的软件ANSYS功能较为强大，该软件是世界范围内增长最快的CAE软件，能够进行包括结构、热、声、流体等方面的研究，具有强大的数值计算和仿真功能，能够对材料力学的弹性变形体进行有效的计算。因此将ANSYS与材料力学教学有机结合，可以增强教学效果，提高教学质量，让学生在复杂的计算后看到一些更直观的图像，有利于对理论计算过程的理解。

二、利用ANSYS图像绘制功能展现弹性体变形情况

ANSYS软件有强大的图像绘制功能，可以将整个变形体的变形过程很好的绘制出来，让学生对变形体的变形过程有更加直观的理解，让理论计算与形象思维有机结合起来。

例1，求某一工字钢梁在弯曲时的某点的挠度。求解工字钢在力P作用下A点的变形，已知：P=4000lb，L=72in，IZZ=833in4，E=29E6psi，H=12.71in，横截面面积A=28.2in2。

用有限元分析软件

ANSYS进行分析时可以

将工字钢梁简化为一条

直线，然后对其建模、输入参数、网格划分、施加约束并进行加载，最后求解得出所要结果。

利用ANSYS图形绘制功能得出梁变形后曲线及A点挠度。从图2可以看出A点挠度为0.020601，与利EI用计算公式计算 的结果，与仿真结果相符合，从图中我们可以

看出变形之后的曲线及挠曲线形状。

例2，利用ANSYS动画仿真功能模拟细长压杆失稳。

框架结构的端部固定端约束，横截面是边长为150mm的正三角形构架，框架总长15m，分成15小结，每小节长1m，求该结构顶部三角顶点受相同集中载荷作用时的屈曲临界载荷。已知所有杆件均为空心圆管，内半径为4mm，外半径为5mm，所有接头均为完全焊接。材料弹性模量为E＝1.0×1011psi，泊松比μ＝0.35。

框架结构模型见图3。通过对框架结构进行建模、加载，通过ANSYS有限元分析得出框架的十阶模态，列表见图4。

通过求解可以看出一二阶相等，三四阶相等依次类推，出现这种情况的原因是因为横截面为正三角形，对X和Y的惯性矩相等。所以只展现奇数阶屈曲模态图。

一阶屈曲模态见图5；三阶屈曲模态见图6；五阶屈曲模态见图7；七阶屈曲模态见图8；九阶屈曲模态见图9。

利用ANSYS里面的动画演示功能演示框架的屈曲变形，给学生以形象直观的视觉效果。也可以使学生更好的理解临界力的

表达式 中n取不同整数时不同临界力的屈曲变形情况，在教学中学生经常会不理解计算的欧拉公式是取的n=1时最小压力，当n取其他值时会出现什么情况想象不出来，经过ANSYS的分析得出多阶屈曲模态，使抽象的理论变为形象的动画，使学生更容易理解细长杆受压时的屈曲现象，有助于更好的理论学习。

这里仅举出了一些简单的例子进行说明ANSYS在材料力学中的应用，一些复杂的情况也可以在软件中进行求解。

三、在课堂中渗入ANSYS应用

随着计算机技术的普及，在专业基础课程教学中渗入计算机应用技术已成为必然，计算机辅助工程（CAE）是计算机技术与现代工程方法的完美结合，ANSYS软件以它强大的分析功能成为CAE软件的应用主流。材料力学课程是机械工程等专业所必修课程之一，将CAE技术融入到课堂中去，使学生提前了解CAE技术，为今后计算机应用技术的学习打下良好的基础，同时也增加了专业基础课的学习兴趣。

四、结束语

材料力学课程的知识点较多，计算较为复杂，学生学习起来容易感到枯燥、失去学习兴趣，ANSYS软件具有强大的计算功能，能够将复杂的问题以图像和动画的形式反映出来，有助于提高学生的学习兴趣，从而提高教学质量。

参考文献 王建江.ANSYS11.0结构与热力学有限元分析实例指导教程［M］.北京：机械工业出版社，2008 张良田.教学手段论［M］.长沙：湖南教育出版社，1999

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2.热力学在生命科学中的应用 篇二

化工工艺课程设计是化学工程与工艺专业本科生在修完化工工艺学后进行的一次综合设计训练, 是培养学生独立完成某一化工产品设计的基本技能, 分析和解决实际问题能力的重要教学环节[1]。

将化工热力学的相关知识综合应用到化工工艺课程设计中, 不仅能让学生真正理解和掌握热力学研究和处理问题的基本方法, 还能培养学生运用所学知识解决实际问题的能力, 培养学生的工程意识, 提高设计质量。笔者认为在化工工艺课程设计中可强化以下几方面的应用。

一、流体的p-V-T关系

流体的p-V-T关系是化工热力学的基石, 利用流体的p-V-T数据和基本关系式可计算不能直接从实验测得的其他性质, 如焓、内能、熵、自由焓等。此外, 流体的p-V-T关系可直接用于设计。

1.利用流体的p-V-T关系计算物料密度。在化工工艺课程设计中经常涉及到管道直径的选取和间歇反应釜体积的估算, 这些计算都需要所处理物料的密度。对于常规物质, 如水、空气、氨和氟利昂等的p-V-T数据可直接通过查手册获得。对于不常见的物质以及高温高压下的体系, 数据的查找就比较困难了。而热力学提供了多种计算流体的p-V-T关系的方法, 如状态方程和普遍化关系式。

利用状态方程可精确地代表相当广范围内的p-V-T数据。每一个状态方程都有它的特点和应用范围。在进行设计时, 要根据处理物系的特点, 如温度、压力、极性等以及所要求的计算精度选择适合的方程进行计算。常见的状态方程及其特点见表1。

若计算气体体积, SRK和PR是大多数流体的首选。无论压力、温度、极性如何, 它们能基本满足精度要求, 在工业上已广泛使用。在没有计算软件又需要快速估算的情况下, 可以使用普遍化方程。

若只是计算液体体积, 直接用修正的Rackett方程既简单精度又高, 不需要用立方型状态方程来计算。

在化工生产中, 更常见的物系是多组分的混合物。在处理混合物时要根据采用的计算方法选用适当的混合规则。

2.利用流体的p-V-T关系计算焓、熵。热量衡算是化工设计中极其重要的组成部分。通过热量衡算可以确定过程中需要供给或移走的热量, 从而为换热器的设计提供依据, 同时也为反应器、结晶器、塔式设备、分离设备及各种控制仪表提供参数, 并确定单位产品的能耗指标等[2]。焓是热量衡算的关键数据, 熵主要用于衡量过程的能量有效利用率。利用流体的p-V-T数据, 结合理想气体的热容模型CPig, 可通过热力学基本关系式计算焓和熵。

a、b、c、d为物性常数, 可通过查手册获得。理想气体的CPig-T关联式, 可用于低压下的真实气体, 不能用于压力较高的真实气体。

计算真实气体的焓变和熵变需要引入剩余性质HR和SR, 如下图所示。

剩余性质可用状态方程进行计算, 也可根据Tr、Pr和ω用普遍化关系式进行估算。学生在完成课程设计时, 考虑到课程设计时间紧、任务重, 可用普遍化关系式估算。

二、相平衡

在所有化工热力学的研究内容中, 相平衡占有无法比拟的重要地位。从某种意义上来说, 在化工热力学的研究内容中, 对“能量”和“组成”的研究是最为重要的部分, 而所谓对于“组成”的研究, 实质上就是指相平衡和化学平衡, 尤以相平衡占有更重要的地位[3]。

相平衡包括很多具体的类型, 仅常见的两相平衡就有汽液平衡、气液平衡、液液平衡和固液平衡。这些相平衡理论是化工生产中广泛采用的分离技术, 如精馏、吸收、萃取、结晶等的理论和设计基础[4]。由于相平衡计算量较大, 学生不可能通过手算完成。在教学中仅仅要求学生能够定性选择适用的方法。因此在课程结束以后, 学生对于相平衡计算模型的印象不深, 而且不可能全部理解。化工工艺课程设计是一个很好的利用相平衡模型进行应用计算的机会。以下以汽液平衡为例, 介绍其在化工工艺课程设计中的应用。

汽液平衡是精馏过程分析和设计计算的重要依据。在化工工艺课程设计中经常涉及到精馏塔的设计计算, 如二甲醚生产工艺设计中甲醇回收塔的设计计算。

对常压下操作的精馏塔, 汽相可视为理想气体。甲醇—水体系液相为非理想溶液。汽液平衡关系式为:pyi=γixipiS

在设计中可引导学生利用Wilson方程计算液相的活度系数, 再利用操作压力和液相组成计算出相应的泡点温度和汽相组成, 从而得出常压下甲醇—水体系的汽液平衡数据。根据汽液平衡数据绘出常压下的x-y图, 为图解法计算理论塔板数提供依据。计算中需试差求解, 可利用Math CAD[5]或Matlab[6]进行计算。

上述计算属于汽液平衡计算中已知体系的压力p与液相组成xi, 求泡点温度T和汽相组成yi这一类型。在确定塔温时, 可对汽液平衡计算进行反复练习, 如根据操作压力和塔顶产品组成 (塔顶采用全凝器) 确定塔顶温度, 属于已知体系的压力p与汽相组成yi, 求露点温度T和液相组成xi这一类型。

又如二甲醚生产工艺设计中二甲醚精馏塔操作压力的计算。二甲醚在常压下的沸点是-24.9℃, 如果想用普通冷却水冷凝塔顶产品, 需要加压操作。先将塔顶温度设为45℃, 根据塔顶温度和塔顶产品组成确定操作压力, 属于已知体系的温度T与汽相组成yi, 求露点压力p和液相组成xi这一类型。二甲醚精馏塔涉及二甲醚、水、甲醇三个组分, 三组分为互溶体系, 可用Wilson方程计算活度系数。由于是加压操作, 需要对汽相进行校正, 可用SRK或PR方程计算逸度系数。

通过以上训练, 学生对汽液平衡计算的类型以及计算中涉及到的逸度和活度系数模型都有了深刻认识。

化工热力学是化工专业重要的专业基础课程之一。化工热力学给出的原理和方法在化工从业人员的整个职业生涯中, 发挥了重要的指导作用, 是深入理解化工过程实质的关键。化工热力学知识的教学是一个系统工程, 仅通过一门课程的讲解是难以取得良好效果的。将化工热力学的相关知识应用于化工工艺课程设计中, 为学生提供了一个很好的训练机会, 帮助他们掌握了热力学重要模型的应用。

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3.热力学在生命科学中的应用 篇三

【摘要】本文基于中国知网收录的相关文献，对计算机在国内化工热力学教学中的应用成果进行梳理与总结，以期为后续的教学研究提供参考。

【关键词】化工热力学 教学 计算机应用 现状

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）01-0002-03

一、引言

化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics CET）是伴随着化学工业发展而形成的应用性交叉学科，主要研究化工过程中能量、能量转换以及与能量转换有关物性间相互关系，是基础课与专业课之间的纽带和桥梁[1]，也是化工专业核心课程群的基石[2]。

CET理论性强，概念抽象、模型复杂、逻辑性、系统性强，推导繁壅，虽经近50年发展，教学体系完整且严谨，但仍是难“教”和难“学”的课程。因此，处理好CET的“教”与“学”，是对任课教师的挑战，也是教学实践过程中亟需解决的问题。

随着微电子、计算科学及网络技术发展，计算机性价比不断提高，应用领域不断扩大，给CET教学改革与发展提供了历史机遇，结合计算机应用的教学模式，把更多精力集中于培养学生热力学严密逻辑思维和解决工程问题的能力，是CET教学改革的方向之一[3]，已用于辅助教学及物性计算、过程模拟等。

本文基于截止到2015年8月31日，中国知网收录的与计算机在CET教学应用相关文献，对国内CET教学中计算机应用成果进行梳理与总结，为后续CET教学研究提供参考。

二、多媒体软件的应用

将直观、生动、形象的多媒体技术应用到CET教学中，不仅可刺激、感染和吸引学生，直观演示数据图表，化抽象概念为直观形象，也可简化CET中的复杂计算和公式推导，形象展示化工操作单元[4]，还可增加教学信息量和学生的感知量[5]，是突破CET教学难点、弥补学时有限、实施开放学习的有效手段[6]。

目前，绝大多数CET任课教师，都或多或少采用了计算机辅助教学（Computer Aided Instruction CAI），有些还建设了便于学生交流学习的网络平台。如有在双语教学过程中，创作图、文、声、色并茂CAI课件的[7-8]；有结合CAI、教学网站建设和网络通讯工具，实现资源共享的[9-11]；有将Aspen的计算理念和CAI相融合的[12]，也有将传统教学手段与CAI结合[13-27]，并建设开放式网络教学平台的[21-24， 26-28]。

也有结合多种多媒体软件，制作了交互式CAI课件[5， 29-34]或可完整展现实验过程的CET虚拟实验室[35]。

另外，施云海认为CET教学改革可以CAI为主，任课教师要尽快抓好CAI软件编制和教材编写，形成教学软件包[3]。然而，CAI虽有诸多优势，CET教学却不能被CAI取代，因为CAI本身仅是利用了先进的教学工具和手段，并不等于教学方法也先进，只有与先进的教学方法相结合，CAI才能最大限度地发挥其作用[36]，而且课件内容表现形式也要适当，课件制作应重点突出[4-5]。

三、专业计算软件的应用

随着计算科学和软件技术发展，已推出了功能强大的商业化专业软件，如化学化工专业软件Aspen、Simulis Thermodynamics、Hysys、ChemCAD，数学软件Mathematica、Maple、MathCAD等，已成功应用于CET的教学中。

如有的以Aspen、Simulis Thermodynamics及Excel，组织学生上机实践[37]；或以Aspen为工具[38-41]，以PR状态方程计算定组成天然气的摩尔体积、1-丁烯状态变化后的摩尔体积、焓和熵的变化[38]，计算正丁烷在273.15 K时的气、液饱和热力学性质[39]，计算水/乙醇体系的相平衡曲线的方法[41]。

也有的仅使用Excel的计算功能[42-48]，如重新计算[42， 47]、规划求解[42]和单变量求解功能[42， 47]，计算乙烷的摩尔体积、压缩因子、剩余熵、剩余焓与逸度等性质[43-44]、泡点与露点等[45]，以及高压下丙烯-丙烷混合气体密度及甲醇/乙睛体系相平衡数据的计算等[47]。

也有将数学软件结合CAI，应用于CET的教学过程的，如利用符号计算系统Maple，计算流体PVT性质、剩余性质和相平衡[49]；或利用MathCAD计算气相组分的逸度、液体混合物中组分逸度及活度系数模型参数的拟合、多元相平衡[50]以及计算了剩余自由能、剩余焓和剩余熵[51]等。

四、专用软件的开发

尽管专业软件成熟，功能强大，使用方便，然而需花巨资购买，推广普及难度大，因而，有些学者建议使用程序设计语言，引导学生自行设计程序，开发了CET教学或计算专用软件[52-58]。

如采用Basic编程，进行物性计算[52]；以VB语言为工具，开发拥有自主知识产权的，可用于Windows平台下CET教学与计算的模块化、菜单式、界面友好、视窗化的软件包[53]，以及可采用不同状态方程进行纯流体及二元混合流体热力学性质的计算与教学，并对流体的物性参数实行数据库管理的视窗化的软件包[54]。

也有将Borland C ++与FORTRAN语言相结合，开发了可用于气体的热力学性质、溶液的性质、纯组分以及多组分体系汽液平衡的计算，界面友好、自带汉字系统、操作简单的CET教学软件包[55]。

Matlab使用、编程简单，语法灵活，程序设计自由，程序可移植性、兼容性优良的特点，可很好地解决CET各种复杂、非线性的计算，如流体pVT的计算和相平衡的计算等，同时可用于无约束多元函数参数回归，有效地解决CET的复杂计算，拓展CET的理论教学，如以纯流体热力学性质、露点压力及组成以及活度系数模型参数的回归计算[59]、基于Wilson活度模型的常压二元汽液平衡数据的处理等[60]。

还有人设计了既可用于化工原理课程设计教学，又可进行常见汽液传质设备设计的两栖软件THPRO，将化工原理、CET、计算方法实现有机结合[61]。

五、结论

计算机在CET教学中的应用以CAI较为普遍；专业软件由于受到使用许可及投资的制约，不便于推广；使用程序设计语言可实现编制者的思想，不受版权的限制，但需要有先期学习的基础。

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[58]高洪亮，李光玲.改进的RKS方程在环丙烷-1-丁烯体系中的应用[J].齐鲁石油化工，1997，25（2）：125-127.

[59]郑挺，黄智贤，王红星，李晓.Matlab在《化工热力学》教学中的应用[J].吉林化工学院学报，2012，29（7）：53-56.

[60]李克娥，苏铁军.Matlab在处理化工热力学数据中的应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2005，7（3）：100-102.

[61]郭庆丰，吴北虎，潘国昌.THPRO汽液传质设备设计系统[J].化工设备设计，1994，（6）：26-28.

4.热力学在生命科学中的应用 篇四

空气动力学在高速铁路建设中的应用研究

摘要：我国高速铁路建设正处于上升期，高铁建设中遇到的问题也越来越多，相关理论研究对于高铁建设的顺利开展意义重大。本文通过对空气动力学的学习研究，初步认识和了解了空气动力学在高速铁路隧道建设中的应用，对流体力学对于土木工程的重要性有了更进一步的认识。

关键词：土木工程 高速铁路 隧道 空气动力学 流体力学

1前言

哈大高速铁路是国家“十一五”规划的重点工程，被纳入国家《中长期铁路网规划》。哈大高铁指在中国黑龙江省哈尔滨市与辽宁省大连市之间建设的高速客运专用铁路，于2007年8月23日正式开工建设，2012年12月1日正式开通运营。哈大客运专线(高铁)是我国中长期铁路规划中“四纵四横”高速铁路网的“一纵”，是京哈高铁的重要组成部分，通车后将成为世界上第一条投入运营的穿越高寒地区的高速铁路。

流体力学在土木工程中应用广泛，而在高速铁路的建设过程中，流体力学的重要分支空气动力学则起到了极为重要的作用。我国高速铁路建设正处于上升期，高铁建设中遇到的问题也越来越多，相关理论研究对于高铁建设的顺利开展意义重大。

2空气动力学简介

空气动力学是流体力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。

最早对空气动力学的研究，可以追溯到人类对鸟或弹丸在飞行时的受力和力的作用方式的种种猜测。17世纪后期，荷兰物理学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力；1726年，牛顿应用力学原理和演绎方法得出：在空气中运动的物体所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征面积以及空气的密度。这一工作可以看作是空气动力学经典理论的开始。

1755年，数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程，即欧拉方程。这些微分形式的动力学方程在特定条件下可以积分，得出很有实用价值的结果。19世纪上半叶，法国的纳维和英国的斯托克斯提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，后称为纳维-斯托克斯方程。

到19世纪末，经典流体力学的基础已经形成。20世纪以来，随着航空事业的迅速发展，空气动力学便从流体力学中发展出来并形成力学的一个新的分支。

20世纪60年代以来，由于交通、运输、建筑、气象、环境保护和能源利用等多方面的发展，空气动力学在更多领域有了更为广泛的研究和应用。

20世纪70年代以来，激光技术、电子技术和电子计算机的迅速发展，极大地提高了空气动力学的实验水平和计算水平，促进了对高度非线性问题和复杂结构的流动的研究。

3高速铁路隧道空气动力学效应

当列车进入隧道时,原来占据着空间的空气被排开。空气的粘性以及气流对隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能像在隧道外那样及时,顺畅地沿列车两侧和上部流动,列车前方的空气受压缩,随之产生特定的压力变化过程,引起相应的空气动力学效应并随着行车速度的提高而加剧。

3.1列车进入隧道引起瞬变压力

列车进入隧道引起的压力变化是两部分的叠加:1列车移动时从挤压、排开空气到留下真空整个过程引起的压力变化;2列车车头进入隧道产生的压缩波以及车尾进入隧道产生的膨胀波在隧道两洞口之间来回反射产生的压力变化(M

ach波)。

当双线隧道中同时有不同方向列车相向行驶时,叠加所产生的情况则更为复杂。列车在隧道中运行时(无相向行驶列车)车上测得的最大压力波动发生在第一个反射波到达列车时。

3.2 列车进入隧道引起行车阻力

行车阻力由机械阻力和空气阻力两部分组成。机械阻力一般同行车速度成正比；空气阻力则同行车速度二次方成正比。在隧道中,空气阻力问题更为突出。

3.3 列车进入隧道引起微压波

微压波是隧道出口微气压波的简称,是高速铁路隧道运营过程中产生的空气动力学问题之一。微压波使得列车高速进入隧道时,在另一侧出口产生突然爆炸声响,对隧道出口附近的环境构成危害。

4高速铁路隧道空气动力学效应的影响

高速铁路隧道空气动力学效应会对高速列车运营、人员舒适度和环境造成一系列影响：

（1）高速列车经过隧道时，瞬变压力造成旅客和乘务人员耳膜明显不适、舒适度降低；

（2）高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，使隧道口附近建筑物门窗发生振动，产生扰民的环境问题；

（3）行车阻力增大，从而使运营能耗增大；

（4）形成空气动力学噪声；

（5）列车克服阻力所作的功转化为热量，在隧道中积聚引起温度升高等。高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素

5.1 机车车辆方面

行车速度,车头和车尾形状,列车横断面,列车长度,列车外表面形状和粗糙度,车辆的密封性等。

5.2 隧道方面

隧道净空断面面积,双线单洞还是单线双洞,隧道壁面的粗糙度,洞口及辅助结构物形式,竖井、斜井和横洞,道床类型等。

5.3 其它方面

列车在隧道中的交会等。降低空气动力学效应的主要设计措施

高速铁路隧道设计主要由限界、构造尺寸、使用空间和缓解或消减列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定。

研究表明,当列车以200 km以上时速通过铁路隧道时,空气动力学效应对行车、旅客乘车舒适度、洞口环境的不利影响已十分明显且起控制作用,因此,隧道的设计除须遵照现行《铁路隧道设计规范》(TB10003)规定及提高防灾救援要求外,还应考虑下列因素:(1)隧道内形成的瞬变压力对乘员舒适度及相关车辆结构的影响；(2)空气阻力的增大对行车的影响；(3)隧道口所形成的微压波对环境的影响；(4)列车风对隧道内作业人员待避条件的影响。

缓解或消减列车进入隧道诱发的空气动力学效应的主要设计措施是:

6.1 车辆方面的措施

6.1.1 车辆的密封性

我们所讨论的舒适度是车内旅客乘车的舒适度，因此我们更为关心的是车 内压力变化情况。在其他条件相同的情况下，车辆密闭性能越好，车辆内的最大瞬变压力就越小。

6.1.2 车辆的外形

车辆外形的改善可从车辆的横断面积和车头形状考虑：在隧道横断面净面 积不变的前提下，减小车辆的横断面积可降低阻塞比，有效降低隧道内的瞬变压 力，进而可缓解车内的瞬变压力。

6.2 隧道构造措施

6.2.1 设置缓冲段

在隧道的口部设置缓冲段可减小列车进入隧道时产生压缩波的波前压力梯度，因为压缩波的波前压力梯度与列车速度的三次方成正比，所以减小压力梯度的效果可转换成降低列车速度的效果，进而可以明显地降低微气压波以及由此 而产生的噪声和对环境的影响。

缓冲段的横断面形状可为拱形或为门形，要求在其两侧可按一定的比例开 孔；沿其纵向可做成逐渐扩大的型式或喇叭形。

6.2.2 设置横洞

对于双洞单线隧道在每隔一定的距离采用横洞连通，以起到减压风道的作 用。在英法海峡隧道中就采用了横向通道来释放压力波（其减压风道间距为250m，风道直径为 2m），这种风道可减少对列车的空气动力阻力。

6.2.3 增加隧道断面面积

增加隧道断面面积对于降低空气动力学效应是不言而喻的，其可以将隧道 断面放大；也可以采用单洞双线的隧道。但是前者会增加造价，后者当列车在隧 道中会车时，会加剧空气动力效应。

6.2.4 设置竖井

在隧道内适当位置修建通风竖井（或斜井），以降低压缩波梯度。这种竖井应尽可能利用施工留下的工作井。该竖井的位置应兼顾到高速列车行车时降低 瞬变压力的要求。

6.2.5 噪声

隧道周壁采用吸音材料贴面,以降低空气动力学噪声。

6.2.6 隐蔽及设置

隧道内设施应尽量隐蔽设置，对在隧道内必须设置的设施采取适当的防护 措施，以防列车运行时产生的列车风对设施的破坏。

6.2.7 隔热设置

列车克服阻力所做的功转化为热量，在隧道中积聚引起温度升高。为此可设置通风井，配置风机排出在隧道中因列车克服阻力而产生的热量或其他原因产 生的热量，英法海峡隧道亦采用机械通风方法排出隧道内的热量。

6.2.8 防水设置

其他措施还有如在隧道内设置水幕、喷水滴等。

7结语

我国的高速铁路隧道建设刚刚开始,在借鉴国外技术经验的基础上,克服了一些缺点和不足,在一定程度上有效解决和控制了高速铁路隧道内空气动力学效应问题。但我国对于高速铁路隧道内空气动力学效应研究还是不够的,需要继续研究和探讨,使该问题得到更好的解决。

通过对空气动力学的学习研究，初步认识和了解了空气动力学在高速铁路隧道建设中的应用，对流体力学对于土木工程的重要性有了更进一步的认识。

参考文献

[1]王建宇，高度铁路隧道空气动力学若干问题探讨，中国铁道出版社，2006年

[2] 常翔，高速铁路隧道空气动力学效应控制，隧道建设，2007年8月，117-120

5.热力学在生命科学中的应用 篇五

41131023 崔旭

现代机械设计已从原来发展较成熟的、为实现某种功能的运动学设计，逐渐转向了以改善和提高机器运动和动力特性为主要目的的动力学综合。机构动力平衡、弹性激斗动力学、含间隙机构动力学等，已成为现代机械动力学领域的重要前沿课题和新分支，在近一二十年有了长足发展。国际上对此开展了全面、深入的研究，取得了丰硕成果。我国学者在这领域也进行了一系列的研究，并已取得了重要的进展，尤其是在机构动平衡理论及方法，连杆机构弹性动力学综合和含间隙机构动力学分析等方面的理论研究成果，已达到国际先进水平。总的来说，机械动力学研究已经发展到了一定阶段。

机械动力学是机械原理的主要组成部分，它主要研究机械在运转过程中的受力情况，机械中各构件的质量与机械运动之间的相互关系等等，是现代机械设计的理论基础。以下针对动力学的研究内容及其应用和发展前景进行论述。

一、机械动力学主要研究的内容

1.在已知外力作用下求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律。为了简化问题，常把机械系统看作具有理想、稳定约束的刚体系统处理。对于单自由度的机械系统，用等效力和等效质量的概念可以把刚体系统的动力学问题转化为单个刚体的动力学问题；对多自由度机械系统动力学问题一般用拉格朗日方程求解。机械系统动力学方程常常是多参量非线性微分方程，只在特殊条件下可直接求解，一般情况下需要用数值方法迭代求解。许多机械动力学问题可借助电子计算机分析。计算机根据输入的外力参量、构件的惯性参量和机械系统的结构信息，自动列出相应的微分方程并解出所要求的运动参量。

2.分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力。这些力的大小和变化规律是设计运动副的结构、分析支承和构件的承载能力以及选择合理润滑方法的依据。在求出机械真实运动规律后可算出各构件的惯性力，再依据达朗伯原理用静力学方法求出构件间的相互作用力。

3.研究回转构件和机构平衡的理论和方法。平衡的目的是消除或减少作用在机械基础上周期变化的振颤力和振颤力矩。对于刚性转子的平衡已有较成熟的技术和方法：对于工作转速接近或超过转子自身固有频率的挠性转子平衡问题，不论是理论和方法都需要进一步研究。

平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件。其质心沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构，可以应用附加配重或附加构件等方法全部或部分消除其振颤力。但振颤力矩的全部平衡较难实现。优化技术应用于机构平衡领域已经取得较好的成果。

4.研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。这包括：机械效率的计算和分析；调速器的理论和设计；飞轮的应用和设计等。

5.机械振动的分析研究是机械动力学的基本内容之一。它已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。

6.机构分析和机构综合一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度的提高，机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容。

二、机械动力学在机械系统和生活中的应用 1.分子机械动力学的研究

作为纳米科技的一个分支，分子机械和分子器件的研究工作受到普遍关注。如何针对纳机电系统(NEMS)器件建立科学适用的力学模型，成为解决纳米尺度动力学问题的瓶颈。分子机械是极其重要的一类NEMS器件．分为天然的与人工的两类。人工分子机械是通过对原子的人为操纵，合成、制造出具有能量转化机制或运动传递机制的纳米级的生物机械装置。由于分子机械具有高效节能、环保无噪、原料易得、承载能力大、速度高等特点，加之具有纳米尺度，故在国防、航天、航空、医学、电子等领域具有十分重要的应用前景，因而受到各发达国家的高度重视。目前已经成功研制出多种分子机械，如分子马达、分子齿轮、分子轴承等。但在分子机械实现其工程化与规模化的过程中，由于理论研究水平的制约，使分子机械的研究工作受到了进一步得制约。

分子机械动力学研究的关键是建立科学合理的力学模型。目前，分子机械动力学采用的力学模型有两类，第一类是建立在量子力学、分子力学以及波函数理论基础上的离散原子作用模型。在该模型中，依据分子机械的初始构象，将分子机械系统离散为大量相互作用的原子，每个原子拥有质量，所处的位置用几何点表示。通过引入键长伸缩能，键角弯曲能，键的二面角扭转能，以及非键作用能等，形成机械的势能面，使系统总势能最小的构象即为分子机械的稳定构象。采用分子力学和分子动力学等方法，对分子机械的动态构象与运动规律进行计算。从理论上讲，该模型可以获得分子机械每个时刻精确的动力学性能，但计算T作量十分庞大，特别是当原子数目较大时，其计算工作量是无法承受的。第二类模型为连续介质力学模型。该模型将分子机械视为桁架结构，原子为桁架的节点，化学键为连接节点的杆件，然后采用结构力学中的有限元方法进行动力学分析。该模型虽然克服了第一类模型计算量庞大的缺陷，但无法描述各原子中电子的运动状态，故没有考虑分子机械的光、电驱动效应和量子力学特性．所以在此模型上难以对分子机械实施运动控制研究。近年来，有学者提出将量子力学中的波函数、结构力学中的能量函数以及机构学中的运动副等理论结合，建立分子机械动力学分析的体铰群模型。在该模型中，将分子机械中的驱动光子、电子、离子等直接作用的原子以及直接构成运动副的原子称为体，联接体的力场称为铰，具有确切构象的体铰组合称为群。将群视为相对运动与形变运动相结合的杆件．用群间相对位置的变化反应分子的机械运动，而群的形变运动反映分子构象的变化，借助坐标凝聚对群进行低维描述。该模型的核心思想来自于一般力学中的子结构理论和模态综合技术。

2.往复机械的动力学分析及减振的研究

机械产生振动的原因，大致分为两种，一种是机械本身工作时力和力矩的不平衡引起的振动，另一种是由于外力或力矩作用于机架上而引起机械的振动。下面只研究机械本身由于力和力矩的不平衡而引起的振动问题。往复机械包含有大质量的活塞、联杆等组成的曲柄-活塞机构，这些大质量构件在高速周期性运动时产生的不平衡力和气缸内的燃气压力或蒸气压力的周期性变化构成了机器本身和基础的振动。这样产生的振动通过机架传给基础。此振动只要采用适当的方法克服不平衡力这一因素，便可减小振动。然而由曲柄轴的转动力矩使机架产生的反力而引起的振动将是最难解决的问题。

通过一系列的动力学分析，将产生新的减小振动的思路，即想法将往复机械工作时产生的惯性力和力矩的不平衡性，尽量在发动机内部加以平衡解决，使其不传给机架。以往解决平衡的办法是在曲柄轴中心线另一侧加上适当配重即可平衡，对多缸发动机虽然也可按同样办法来处理，但比较麻烦，且发动机结构笨大。由曲柄-活塞动力学分析可知，若作用于往复机械的力之总和等于零(静平衡条件)和上述作用力对任意点的力矩之总和等于零(动平衡条件)，则作用于往复机械的力和力矩就完全平衡。从理论分析上是可行的，在实际应用上也是可以实现的，即对于多缸发动机的平衡，只要合理安排曲柄角位置和适当选择曲柄、连杆、活 塞构件的质量，则可完全满足关于转动质量的两个平衡条件，因而可达到减小整机振动的目的。

3.机械系统的碰撞振动与控制的研究

机械系统内部或边界间隙引起的碰撞振动是机械动力学的研究热点之一。该领域的近期研究成果有：(1)碰撞振动的间断和连续分析，包括稳定性分析、奇异性问题、擦边诱发分叉、非线性模态等研究；(2)碰撞振动控制，特别是不连续系统的控制方法和控制混沌碰撞振动；(3)碰撞振动分析的数值方法；(4)碰撞振动实验研究。

在稳态运行环境下，机械系统内部或边界上的间隙通常使系统产生碰撞振动，即零部件间或零部件与边界间的往复碰撞。这会造成有害的动应力、表面磨损和高频噪声，严重影响产品的质量。在当代高技术的机电系统中，碰撞振动有时会成为影响系统性能的主要因素。例如：(1)在由机器人完成的柔顺插入装配中，为避免轴、孔对中误差而引起卡阻，需要同时控制操作器的位置和它与环境间的作用力。这类柔顺操作器的关键部分由弹性元件、应变测量模块及力反馈电路组成，通过控制弹性元件的变形，产生对负载变化非常敏感的控制力。操作器研制的难点之一是，传动误差扰动经过间隙环节后成为极复杂的运动，对高灵敏度操作器的动力学特性产生影响。(2)大型航天器中许多大柔性结构(如空间站的天线、太阳能电池帆板)需要在太空轨道装配或自动展开，为此，在关节(或套筒)中留有一定间隙。虽然这些间隙与结构尺寸相比很小，但因关节数目很多而使整个结构呈明显的松动，其振动特性变得非常复杂。另外，这类结构往往还受主动控制，间隙显著增加了控制的难度。

因此，深入研究间隙引起的碰撞振动，才能在高技术机电系统的设计阶段把握其动力学特性，避免后继阶段的大挫折。由于碰撞振动系统是复杂的非线性动力学系统，对它的研究既有理论难度又有重要工程实际意义，得到普遍关注。

4.流体动力学在流体机械领域中的应用

空气、水、油等易于流动的物质被统称为流体。在力的作用下，流体的流动可引起能量的传递、转换和物质的传送。利用流体进行力的传递、进行功和能的转换的机械，被称为流体机械。流体力学就是一门研究流体流动规律，以及流体与固体相互作用的一门学科，研究的范围涉及到风扇的设计，发动机内气体的流动以及车辆外形的减阻设计，水利机械的工作原理，输油管道的铺设，供水系统的设计，乃至航海、航空和航天等领域内动力系统和外形的设计等。计算流体动力学（CFD），就是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型学科。CFD 应用计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力的计算机，编制计算机运行程序，数值求解满足不同种类流体的流动和传热规律的质量守恒、动量守恒和能量守恒三大守恒规律，及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定边界条件下的数值解。CFD 兼有理论性和实践性的双重特点，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的解决方法。

三、展望

近代机械发展的一个显著特点是，自动调节和控制装置日益成为机械不可缺少的组成部分。机械动力学的研究对象已扩展到包括不同特性的动力机和控制调节装置在内的整个机械系统，控制理论已渗入到机械动力学的研究领域。

在高速、精密机械设计中，为了保证机械的精确度和稳定性，构件的弹性效应已成为设计中不容忽视的因素。一门把机构学、机械振动和弹性理论结合起来的新的学科——运动弹性体动力学正在形成，并在高速连杆机构和凸轮机构的研究中取得了一些成果。在某些机械的设计中，已提出变质量的机械动力学问题。各种模拟理论和方法以及运动和动力参数的测试方法，日益成为机械动力学研究的重要手段。

四、小结

当代科学技术的飞速发展，尤其是电子、信息技术的日新月异加快了人类前进的步伐。作为现代社会进行生产和服务五大要素之一的机械，也面临着一次又一次的挑战，使得机械产品不得不向完全科学化发展，向最优发展。因此机械动力学在越来越多的领域得到广泛的应用，如由于机器速度的提高，一方面使得惯性作用明显增加，由此产生的振动、噪声等问题严重影响机器的工作性能和使用寿命；令一方面，由于高速度以及轻化型的要求，机构杆件的弹性变形已不可避免，这大大改变了传统理想机械的运动和动力特性。另外，随着机器运转速度和载荷的增加，机构中运动副间隙、制造和加工误差、摩擦、磨损等因素对机器工作性能的影响也更加明显。以上问题说明，要满足现代机械的要求，提高机器的动态性能和工作质量，关键是要解决好机械动力学的问题。

6.热力学在生命科学中的应用 篇六

相对姿态运动学和动力学方程及其在航天器姿态状态跟踪控制问题中的应用

论文第一次系统地研究并给出了适用于多种姿态参数的相对姿态运动学方程和相对动力学方程,所得结果为发展虚拟平台、相对导航和编队飞行提供了理论基础.论文中还给出了相对姿态运动学方程和相对动力学方程在航天器大角度机动控制问题中的应用,及相应的.渐进稳定非线性姿态控制器设计.与其他文献仅用位置反馈来实现姿态机动的跟踪问题相比,本文用状态反馈,不仅实现了姿态机动跟踪控制,还得到了满意的跟踪过程动态品质.这对实现分布卫星具有平稳跟踪品质的相对指向控制,具有重要意义.

作 者：邢光谦 休斯特・帕维斯 Guangqian Xing Shabbir A. Parvez  作者单位：美国SPA公司 刊 名：前沿科学  ISTIC英文刊名：FRONTIER SCIENCE 年，卷(期)：2008 2(3) 分类号：V1 关键词：相对姿态运动学   相对姿态动力学   跟踪控制   相对导航   姿态捕获控制   非线性控制   relative attitude kinematics   relative attitude dynamics   tracking control   relative navigation   atti-tude acquisition control   nonlinear control  

7.Adams在理论力学中的应用 篇七

谈起adams, 大家知道到它在机械原理课程中的应用, 实际上首先是它在理论力学中奠定了应用基础, 下面就通过一个运动学求解案例来说明。已知某转盘半径r=160mm, 转盘角速度方程为ω=t/4, 求转盘边缘上一点M在t=4s时的线速度及线加速度。应用adams求解过程如下:

1.设定建模工作环境, 单位为MMKS, 栅格大小为750*500, 间距为10*10。

2.画半径r=160mm的圆代表转盘, 圆心在圆点处。

3.依靠圆及大地, 在圆点处设定铰链约束, 如图1。

4.设定旋转驱动, 速度输入TIME/4, 如图2。

5.在转盘边缘上任选一点M绘制点标记marker, 如图3。

6.右击点M, 建立点M线速度及线加速度测量, 如图4、图5。

7.运行仿真, 仿真时间设为4s。

8.查看测量曲线, 得到t=4s时点M的线速度及线加速度, 如图6。

其中左图为线速度测量, 右图为线加速度测量, 横坐标为时间, 纵坐标为测量值, t=4s时, 速度为160mm/s, 加速度为164.9 mm/s2, 软件计算结果与手工计算结果一致。

参考文献

[1]李增刚:《ADAMS入门详解与实例》, 国防工业出版社, 2006年。

8.流体力学在建筑学中的应用 篇八

关键词：土木工程；创业团队；流体力学；成本

中图分类号：G643 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2015）20-007-01

流体力学是力学的一个分支，是研究以水为主体的流体的平衡和运动规律及其工程应用的一门学科，土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养维修等技术活动；也指工程建设的对象，即建造在地上或地下、陆上或水中，直接或间接为人类生活、生产、科研服务的各种工程设施，例如房屋、道路、铁路、运输管道、给水和排水以及防护工程等。

土木建构物的建筑环境不可避免会有地下及地表流水的影响，对于高层，或者高出建筑物，风对建筑物的影响也是不可小觑的。在建筑物设计之初不但要考虑这些流体对施工的影响，在建成后，也得防范流体的长期作用对建构物的负面影响。怎么认识这些影响？通过对流体力学的学习，会使我们对流体形成一种客观正确的认识。

1、流体力学在创业团队参与工业民用建筑设计中的应用

创业团队参与设计的工业民用建筑是常见建筑，对于低层建筑，地下水是最普遍的结构影响源，集中表现为对地基基础的影响。

如果创业团队参与设计时对建筑地点的地下基地上水文情况了解不到位，地下水一旦渗流会对建筑物周围土体稳定性造成不可挽救的破坏，进而严重影响地基稳定，地基的的破坏对整个建筑主体来说是寿命倒计时的开始。对于这些严重影响建筑物寿命和甚至波及人生安全的有水的流动性造成问题可以通过水力学知识在创业团队参与建筑物的实际施工之前给以正确的设计与施工指导。

现在创业团队参与设计的建筑越来越趋向于高层，高层节约了土地成本，提供了更多的使用空间，但也增加了设计施工问题。因为随着高度的增加，由于地表及其附近物体对气体流动的阻碍减少，气体流动速度很大。对建筑的影响是使建筑产生侧向变形，风大时产生振动。主要由基本风压，风压高度變化系数，风荷载体形系数，风振系数。这些系数和所在地的风的大小，建筑高度，建筑的外形，和地区粗糙度有关。

在创业团队参与设计的工民建筑中的另一些方面如水景景观供水，暖气水管网供水等问题中，通过流体力学的科学计算，会对这些在具体实施的过程中可能出现的问题给出科学的数据依据。

2、流体力学在创业团队参与设计给水排水工程中的应用

创业团队参与设计的给排水工程：用于水供给、废水排放和水质改善的工程。分为给水工程和排水工程。古代的给排水工程只是为城市输送用水和排泄城市内的降水和污水。近代的给排水工程是为控制城市内伤寒、霍乱、痢疾等传染病的流行和适应工业与城市的发展而发展。现代的给排水工程已成为控制水媒传染病流行和环境水污染的基本设施，是发展城市及工业的基础设施之一，市政工程的主要组成部分。给排水研究的主要对像就是水，在以导水为主要目的的运作做中，主要问题就是合理完善的解决“流水”问题。在这方面，水主要是以管道为媒介进行疏导的，疏导中，不同的地放水流量积水性质不一样。单看水流量，就对管道长生种种要求。

针对这些实际中的问题，通过水力学理论的研究，可以得到合理的答案，获得合理的方案。创业团队参与设计的为施工人员正确的施工提出正确理论依据。针对性的计算不但可以节约施工时间成本，更加合理化了管材等的配置。

3、流体力学在创业团队参与设计道路桥梁交通中的应用

道路路桥工程是关乎民生，国防建设的重大工程，它的安全性可靠性更是重中之重。此外，由于路桥的造价很高，且修建需要一定的时间，因此大多数创业团队参与的路桥设计使用年限是很长的。在这么长的时间里，经受水流的长时间的侵蚀作用，要保持极高的结构强度与结构健康性。那么对这些侵蚀的来源有准确的了解定性，还要有确切的数据一边结构设计和材料选用作参考就显得尤为重要。

这些重要工程在施工，使用和维护当中最普遍的是遇到水流的影响。对于公路，铺设时的选址与路基稳定性都会受到水的影响，创业团队参与的施工与使用过程中对于集聚水的的及时排除以消除对路面影响，此外还要考虑路边渗水问题等等。对于桥来说，由于其建筑环境的特殊性，流水影响就是它的主要问题，水流的持续性对桥墩来说是持续性破坏，这是不可避免的，尤其是对于多雨地区，突发性的大水对桥墩的稳定更是严峻的考验。

这些问题可以依靠流体力学的只是给出一定的解决依据。具体的是结合施工地当地水文情况根据流体力学理论知识给出水流的一些合理的可依据信息，指导设计与施工，给出科学的依据。

结束语：

流体力学在是一门重要学科，尤其是在工学领域，对土木工程中创业团队参与设计的的水利，港口，道桥，建筑等有着重要应用。作为一名土木创业团队中的学生，应概积极体会流体力学的重要性，并努力学好流体力学，丰富完善自己的知识体系。

参考文献：

[1] 方达宪.杨亚红.流体力学[M].科学出版社.2005年9月.

[2] 赵嵩颖.工程流体力学[M].航空工业出版社.2010年12月.

[3] 丁祖荣.流体力学[M].化学工业出版社.2010年8月.

[4] 孔 珑.工程流体力学（第二版）[M].中国电力出版社.1992年5月.

9.科学管理理论在饭店中的应用 篇九

1.联系实际，试述行为科学理论在饭店管理中的应用。

人是饭店的核心，对顾客的服务都要通过人来实现。饭店的服务产品不仅来自员工的机械化行为，更来自员工的心理状态，这种心理状态会直接反映在员工的工作行为上并立刻传达到顾客的感受之中。而这种职业素质并不是简单地通过科学管理理论的经济激励、标准化培训和行政组织理论的规章制约所能办到的，所以必须诉求于基于社会人假设的行为科学理论。

马斯洛的需求层次理论提出人类需要的五个层次，即：生理需求，安全需求，社交需求，尊重需求和自我实现的需求。饭店员工，尤其是直接面对顾客的前台和客房等服务部门，经济因素并不是其工作动力的全部来源。对于一个乐于从事饭店服务的合格的饭店服务人员，社交需求、尊重需求和自我实现需求必然是占据其工作需求的比重相当大的一部分。饭店的服务人员需要在工作中获得客人的尊重和组织的关爱，并从中获得归属感和自我实现。如果这些都实现，员工将会获得相当大的满足。而这些就是双因素理论中对于饭店员工的“激励因素”，也是麦格雷戈的“Y理论”之所在，因为饭店的服务员肯定不是、也无法在逼迫和厌恶的状态下去从事这些工作的。

因此饭店应当设立一个系统、完整、强有力的，能激发员工工作积极性的组织文化。营造和谐向上的人际关系和人文环境，对饭店员工提高服务质量和主观能动性，简化管理工作都是大有帮助的。上海花园饭店的“家”文化在这方面就做得相当成功。它把饭店、员工和顾客都视为一个整体，就像一个大家庭，提倡一种既服务顾客、又服务员工的精神，把员工服务好了就能更好地服务顾客。这种把员工和顾客放在相同受尊重地位的文化，立马改善了中国文化中对服务业人员地位地下的偏见给饭店管理造成的不利因素，使得员工获得尊重和社会归属感的需求得到满足，并大大促进其工作积极性和工作质量，提高了饭店的整个服务水平和组织的和谐有序。这种“家”文化充分体现了日资企业在中国本土化战略的成功。这种“家”就是一种非正式组织，它只能通过正规工作关系之外的活动、宣传、交谈、教育得以实现——这和在正规工作关系中实行规章化的科学管理也是不冲突的。科学化管理和人性化管理在饭店行业可以双管齐下，优势互补。为了在饭店中营造这种和谐的、人性化的组织内、外部环境，饭店必须对员工的录用进行严格的筛选和细心的培训，性格内向的、不喜欢寻求社交需要的、不能融入饭店文化的人员不能轻易录取。对已经录用的员工，要通过各种培训、交谈、活动、福利等方式帮助其认同并适应组织文化，当员工工作中遇到挫折了应当为其提供心理帮助和思想开导，展现组织关爱，使其感受到自己从事的是一项环境优雅的、人际和谐的、受人尊重的、能从服务中体现个人价值和获得组织归属感的美丽工作。这样员工更能发挥自我管理，主动承担工作责任，饭店的服务质量也自然而然地大大提升，饭店管理也就更有效、更简单。

2.联系实际，试述饭店创新的基本原则及其应用。

（一）分工与合作原则。

饭店存在各种不同的工作，其中大量是简单重复的工作。因此，对各项工作进行较细的分工（如打扫客房、卫生间、铺床等），将大大提高工作效率。但同时又必须注意到分工后的合作（如打扫卫生间与铺床只要其中有一项工作未完成，房间同样不能出租）。

专业化分工可以使复杂的工作简单化，使每个具体操作的员工容易掌握操作技能和规范化，同时也有利于对具体工作进行考核和指导。但是，过度的专业化分工会导致工作单调、乏味。所以，必须认真处理好分工与合作的关系，处理好员工之间、工种之间、部门之间和多专业之间的分工与合作的关系。

（二）权责相等原则。

人们对负责任的恐惧心理和对权力爱好的心情是相等的。因此，行使权力者就必须承担相应的责任。在饭店组织中，若一个管理人员的权力大于责任，将会助长瞎指挥和滥用职权的不良现象。当一个管理人员责任大于权利时，他会因缺少工作所必须有的权力而使工作无法开展，长此以往，工作的积极性也无法保持。因而在组织管理过程中，对各级管理人员既要明确权力（即授权），又要明确其责任，做到权责明确，权责相等。

（三）集权与分权要恰到好处。

在饭店组织管理中，究竟是集权多一些好，还是分权多一些好，应视饭店的规模和类型而定，应根据饭店的实际情况来决策。集权过度会使管理人员缺乏积极性和创造性，分权过度会使企业政令不畅、各行其是。一个大饭店从最高管理层到最基层，会有较多的中间层次，在从上到下的工作指令和从下到上的信息反馈中，如果过度强调分权，那么在经过这些中间层次时，往往会加入了这层次的意见（这些意见往往是代表着这个层次的局部利益），那么最高层的指令就会产生偏差，全局的利益就容易受到损害，也就无法形成集权管理，各项工作较难协调和统揽全局。如果这是一个别墅式、度假村式饭店，或是下属均是一个分散的独立经营实体，就不便采用集权管理，而应多一些分权，充分发挥这些经营体负责人的积极性。

（四）命令和指挥统一的原则。

在一个组织中，管理人员只能有一位直接上级，否则将会下达双重或多重命令，使执行者无所适从。这个原则包含两条内容：⑴饭店组织是一个系统，无论怎样进行分工，其实现的目标是一个高层到基层的管理必须保持一致。⑵饭店组织上、下级之间形成等级链条，这一链条作为上级指令的下达、下级情况反馈的通道，实行分级管理可以防止多头管理。

（五）层次原则。

组织应分成若干层次和若干纵向系列。决策、指令按纵向系列由上层至下层逐级传达，执行情况和反馈信息逐级向上汇报，这种关系越明确，组织决策和信息传达越有效。

（六）有序的原则。

饭店要进行高质量、高标准的服务，就必须维持良好的人和物的秩序。要做到人有其位，位有其人，物有其位，位有其物，就要以工作定岗位，使组织内每个人都有明确的工作位置，不需要的闲人一律删去。所有的物资都应有明确的去处。经过严格的定岗定位后，每个人员都应坚守其工作岗位，真正做到工作时间位有其人，需用的物资在规定的位置必须能够找到。

（七）纪律原则。

组织内每个人都应该服从组织的行为准则。组织的行为准则就是组织的纪律，然而纪律应该是建立在尊重和自觉执行的基础上。纪律不仅仅是消极的制约，更是积极的奖励。

（八）稳定性原则。

要熟练掌握一项工作，必须要有一个过程，经常调动人员的工作，将影响工作效率。因此，在饭店组织内进行工作安排时，就应该充分考虑每个人员的特点，尽可能进行合理安排，以充分发挥每个人员的长处。但是，也不排斥随时调离不称职人员和提拔能力强的人员。

（九）利益原则。

组织内个人利益和部门利益必须服从组织的整体利益。

（十）团结原则。

组织的管理人员应注意培养和鼓励下属人员之间的团结合作，发扬集体精神，切忌采用分而治之的方法。分而治之的方法将使组织始终只能发挥部分的效能。

（十一）鼓励创造原则。

组织的管理人员应尽量鼓励组织内的每一个人发挥其创造力，应奖励有创造的人员。但是创造必须以遵守纪律为前提。对于有效的创造，必须给予荣誉和经济上的奖励。

（十二）公正原则。

组织的高层管理人员应设法将公正的观念灌输到组织的每个角落。在处理组织内发生的问题时，应明辨是非曲直，公正处理。对下属人员应采取一视同仁的态度，切不可厚此薄彼。要使组织内全体人员都能竭尽全力，忠于职守，为达到组织的整体目标而努力工作。

3.联系实际，试述饭店管理的基本方法及其应用。

酒店管理决定着经营的成效。酒店要想生财有道，就必须有一套科学的管理方法。管理的基本方法可以概括为以下几种：

●表单管理法

表单管理法，就是通过表单的设计制作和传递处理，来控制饭店业务经营活动的一种方法。表单管理法的关键是设计一套科学完善的表单体系。饭店的表单一般可分为三大类：

第一类是上级部门向下级部门发布的各种业务指令； 第二类是各部门之间传递信息的业务表单； 第三类是下级向上级部门呈递的各种报表。

表单管理必须遵循实用性、准确性、经济性、时效性的原则，并在以下五个方面做出具体规定： 一是表单的种类和数量，既要全面反映饭店的业务经营活动，又要简单明了，易于填报分析、二是表单的性质，既属于业务指令，又是工作报表、三是传递的程序，即向哪些部门传递，怎样传递。四是时间要求，即规定什么时候传递，传递所需的时间，五是表单资料的处理方法。

饭店的管理者，必须学会利用表单来控制饭店的业务活动，如通过检查、阅读各种工作报表来掌握并督促下属的工作，通过阅读、分析营业报表来了解并控制饭店的经营活动等，●定量管理法

定量管理法，就是通过对管理对象数量关系的研究，遵循其量的规定性，利用数量关系进行管理的方法饭店的经营活动，要使尽可能少的投入，取得尽可能多的有效成果，不仅要有定性的要求而且必须要有定量分析，无论是质量标准，还是资金运用、物资管理以及人员组织，均应有数量标准。应该说，运用定量方法管理经营活动，一般具有准确可靠、经济实用、能够反映本质等优点。

●制度管理法

制度管理法，就是通过制度的制定和实施来控制饭店业务经营活动的方法。要使制度管理真正切实可行，要注意以下三个问题：

一是制度的科学性，即饭店的制度必须符合饭店经营管理的客观规律，必须根据饭店经营管理的需要和全体员工的共同利益来制定。同时要注意制度条文的明确、具体、易于操作。

二是制度的严肃性，即维护制度的权威性和强制性。在制订制度时，必须要有科学严谨的态度，订什么制度，订到什么程度，均应认真研究，仔细推敲。在执行制度时，要做到有制度必遵，违反制度必究，制度面前人人平等，不搞功过相抵，下不为例。在处理违章时，要有严格的程序，要以事实为依据，以制度为准绳，注意处罚的准确性。此外，还必须注意修订制度的严肃性，既要在实践过程中不断完善制度，又要保持制度的连续性。

三是制度管理的艺术性，俗话说，制度无情人有情，一方面我们要严格按制度办事，另一方面要把执行制度和思想工作结合起来，注意批评和处罚的艺术，同时还要把执行制度和解决员工的实际问题结合起来，●“走动管理”法

“走动管理”法也叫现场管理法，要求管理者深入现场，加强巡视检查，调节饭店业务经营活动中各方面关系的方法。饭店业务经营的特点之一，就是提供服务和消费服务的同一性，要有效控制饭店的业务经营活动，提高服务质量，就必须深入服务第一线，以便了解情况，及时发现和处理各种疑难问题，纠正偏差，协调各方面关系。同时也可以及时和下属沟通思想，联络感情，实施现场激励，并发现人才。

●“感情管理”法

10.电子白板在小学科学教学中的应用 篇十

电子白板是一种适合新课程理念的高科技电子教学系统。它集传统的黑板、计算机、投影仪等多种媒体技术于一身，使用方便。电子白板技术为课堂互动、师生互动、生生互动提供了技术可能和支持，为建立以学生为中心的课堂教学模式奠定了技术基础。电子白板的设计理念，以及白板技术本身的互动性和操作性特点，将作为一种变革性的教学手段，促进我们的课堂教学方式的改革，填补从演示性多媒体教学到网络条件下的个别教学之间的空白。

一、电子白板技术的集成性构建了学生自主学习的有效平台。

教学过程中教师既是学生学习的指导者，也是学生交流的组织者，还是学生学习兴趣的激励者。认知心理学家加涅认为：“教学活动只是一种旨在影响学习者内部心理活动过程的外部刺激。”也就是说，教只是一种外部刺激，学生的学才是真正的认知过程。我们的课堂教学只有让认知过程得到充分体现才会有效。小学科学课程的自主探究理念正是建构在这样的认识基础之上。电子白板与多媒体网络技术结合，为学生提供了图文音像并茂、点读写画并举的交互式界面，为学生的自主探究与合作学习提供了素材与方法上的集成性支持。要资源，我们可以通过其拖动功能调用；要表达自己的所思所想，我们可以发挥其书写与擦拭功能，让口头展示与书面表达结合，说的更透彻，听的更明白；要回顾整理，白板技术把整堂课的书写板演内容还记录在案，可供我们复习梳理。科学课上的探索宇宙以及对身边自然现象的科学解释是科学教师最头疼的内容。这些内容难于组织学生进行动手实践，教材安排用模拟实验帮助学生探索宇宙，可是，学生很难将模拟与宇宙现象结合，所以科学课上的模拟实验效果常常只能是让学生觉得好玩，没有实际帮助学生解决科 1

学探究问题。白板技术就能够将学生的模拟实验与宇宙天体的本来面貌结合，让学生在做中看，在看中思，在思中悟，使学生的探究活动如虎添翼。

二、电子白板技术的兼容性成就了学生的科学实验与探究行为

电子白板兼容了多媒体与网络技术，多媒体技术由于提供界面形象逼真，学生在浏览的过程，本身就是建构知识意义的过程。这些知识完全由学生主动探索、相互协作建构而成，其价值远远超过教师在传统课堂上的灌输，而且更有利于知识的保持。在电的基础知识教学中，由于学生接触和了解比较少，没有相应的知识基础，所以实物图和电路图的连接方式对学生而言是一个难点。传统的教学中，通过实物图连接的演示实验展示，可见度较差，大部分学生只能从听觉上知道两种连接方式，但由于听和做之间存在着认知差距，所以学生在操作的时候出现很多问题。而电子白板可以把实物图连接的过程在屏幕上展示出来，同时可以让学生上台操作，把实物操作与动画拖动结合，实物图与抽象的电路图对比展示，让学生在听、看、做、思的过程中，形成知识的主动建构，有效提升了实验课教学的课堂效率。

三、电子白板技术的交互性架设了学生与教师双向交流的桥梁

“你有一个苹果，我有一个苹果，大家交换一下各自还是一个苹果，你有一种思想，我有一种思想，交换一下就是两种思想。”电子白板提供了教师与学生、学生与学生、师生与资源的互动平台，极大地促进了多种多样的交互活动。这是电子白板在技术集成和资源整合基础上得以实现的对于课堂教与学最有价值的特征，也是电子白板与用于课堂教学的其他技术装备相比较时显示出的巨大优势。

交互式教学的形式多样，师生间的语言沟通是互动，课堂问答板演是互动，师生共同完成科学探究实验也是互动，但这些互动难于摆脱学生是在教师设计好的套子里一步步逼近教学目标的被动学习的窠臼。自主学习，平等对话，师生交流，生生互动等理想境界也只能是人们挂在嘴上的护身符。有了交互白板，学生的自主选择性学习得于实现。他们可以按照自己的意愿自主地选择探究内容，更好地适应学生的个体差异发挥其主体作用。如在《磁铁的性质》的教学中，可以让学生通过观察了解指南针的主要结构是一块磁铁，唤醒学生原有的知识储备，关于磁铁你知道些什么？学生提到磁铁有磁性、磁极等，但这些原来相对熟悉的内容浮现在学生脑海却说不明白，于是，教师根据学生的选择，从电子白板的资源库中拖出相应的内容，为学生探究磁铁的性质的实验奠定了具体形象的认知基础，使教学不再是根据老师的设计而程序化地进行。注重学生思维的呈现，更注重师生的交流与新的资源的生成；注重师生交流，生生交流，也注重生本交流，让探究更有实效。为创建和谐民主的互动课堂，实现多元交流搭设了桥梁。

四、电子白板技术的可生成性成为促进课堂开放，推进学生可持续发展的助推器

使用电子白板进行教学，教师在备课环节的重点是“准备资源，创设活动情境”，改变以往“先讲什么，后讲什么，先怎么讲，后怎么讲”的模式。教师根据教学活动准备各种教学资源，并将图片、照片、动画或课件等保存到电子白板的资源库中，以备课堂上调用。上课时，教师依旧写“板书”，而不是以“字幕”代替，教学进程随师生活动推进，课堂上资源的调用比使用传统的“挂图”方便，比以往的教学课件灵活（虽然Flash课件的交互性特别强，但制作起来比较费时，不方便教师的日常教学准备）。教师备课环节简化，不必再为动画课件制作的技术瓶颈犯愁；学生学习过程更符合自己的愿望，摒弃了紧跟老师走的被动学习环节，使学生的课堂学习更加生活化，科学课更像科学家那样去“真枪真刀

搞科学”。如果我们把学生在课堂上围绕探究课题希望实现的具体行为和想法当作课堂生成，那么，电子白板资源库的可调用性也可称为可生成性。它带来课堂教学更加开放，学生学习更加自主，为学生的自主发展插上了腾飞的翅膀。教师在授课过程中，只需“点击”或“拖动”，非常方便地帮助学生进入探究情景。这样的课堂教学是生动的，也是开放的。它将课堂多元化构建，让学生的思维不再阻滞于老师的设计之中；它拓展了学生的思维的深度与宽度，更有利于思维的发散与创新意识的形成，也将推进学生的可持续发展。

11.热力学在生命科学中的应用 篇十一

【关键词】力学 高校 模型教学 方法应用

【中图分类号】G642.4；O3-4【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）05-0041-03

1.概述

力学课程均具有很强的理论性，但是这些理论终归要应用在实践中去。因此，在教学环节中往往会出现“难教好”与“难学好”的一些矛盾。比如，部分涉及较为复杂的力学问题的教学往往事倍功半，学生学习的经常湮没于大量的符号及公式推演之中。复杂的力学计算和数学推演过程，常常让学生难以理解，对于在前期专业基础课学习中投入不够的学生而言，困难则更大。另外，在讲授比较新颖的结构形式的原理时，往往需要实践性环节的辅助来加深学生的认知。为此， 在三大力学课程教学中引入模型教学法，可有效解决这些矛盾。

所谓模型，是将设计实体按照一定比例经过合理缩小形成的。模型教学是根据认识科学理论及其研究成果，运用系统科学的方法，以模型为主要的教学手段，围绕模型的演示、认识直到设计的一种教学活动。因此模型能够比较直观地表达结构（机构）的组成特点、轮廓形状、空间序列等等。这种直观的体验式的教和学的方式，符合初学者对复杂结构（机构）的认知特点，有利于初学者对相关理论知识的理解和把握。通过真实展示甚至亲自动手制作，逐步培养起三维空间感，并且能帮助广大学生完善在二维空间中所难以发现的不足，实现教学相长。

1.1 力学模型的界定

力学所研究的物体的运动都存在于各种繁杂的运动形态之中，在繁杂的自然运动中包含有很多矛盾，它的运动规律大都非常繁杂，但它必然有主要矛盾或主要的特性。力学研究大都只保留主要矛盾或特性，不考虑次要矛盾或特性来研究实际问题，提炼出实际生活情景所代表事物本质特性的理想过程或物质，这种理想过程或物质就称为理想化力学模型。

我们不能仅仅把力学模型理解成一种理想化的实体，比如大炮模型、星体模型和人船模型等。理想力学模型也有可能是概念和过程，它们都是从实际生活情景中来又和实际情景有区别，模型主要体现了实际情景中实体、过程、状态、现象的最重要的特点。

1.2 模型的基本特征

1.2.1 抽象性与形象性的统一

理想力学模型的建立过程具有抽象性，理想力学模型建立的目的在于它的形象性，过程是为目的的，从这一点上看，抽象性是为了形象性的，进而模型的抽象性和形象性是统一的。人们借助力学模型的抽象性很好地理解客观对象本质，并对客观对象的本质作出解释。因此，应从两方面来看模型的抽象性和形象性，它是辩证统一的。例如，点光源模型的建立过程中，就是忽略了次要、无关的因素，只抓住发光点这一主要因素，在点光源的建立过程中，忽略点光源的体积和形状，仅仅考虑发光的特点，这一过程就是抽象和形象思维方法的结合运用，体现了抽象性与形象性的辩证统一。

1.2.2 科学性与假定性的统一

力学模型的科学性。一方面体现在力学模型的建立过程必须科学合理。力学模型反映出来的是力学对象的本质特征，其构建过程需要研究者投入大量的抽象思维工作，然后进行科学分析，最后要对研究结果进行高度的概括总结，因此力学模型具有高度的科学性。另一方面，力学模型的科学性体现在它能在一定范围内对力学现象做出科学合理的解释，尽管这种解释可能会被后来的研究者推翻，但是就某一阶段来讲，它是科学的、正确的。

假定性。为了使得所建立的力学模型直观、形象、易懂，在建立力学模型的过程中，我们往往只抓住主要矛盾，忽略次要因素的影响，以达到降低模型建立难度的目的。但是那些被我们忽略不管的次要因素，不过是假定的次要因素，只是在某种情境下才成立的次要因素，随着研究的深入，次要因素有可能会成为主要因素。在不同的情境下，我们需要假定的次要因素也是不同的。因此，我们认为力学模型具有假定性。值得强调的是，力学模型的科学性和假定性是辩证统一的，假定的力学模型必须是科学合理的，科学的力学模型也具有假定性，二者并不相矛盾。

1.2.3 简洁性与美学性的统一

理想力学模型能把复杂的力学现象简化，能非常清楚直观地揭示力学现象的本质，它具有简洁性与形式美。例如，理想化模型中的理想气体、不考虑摩擦的斜面模型、不考虑空气阻力的自由落体运动、不考虑振子大小的弹簧振子等等，都具有简洁美与形式美。由于力学模型是建立在对现实事物的抽象思维基础之上的，所有它有丰富的内涵，而人的美学观点是以抽象的思维为基础的，因而力学模型的建立过程也融入了内在美的元素。

2.模型教学在高校工科力学教学中的现状

许多高校在力学教学中曾经使用过部分力学模型，在教学中起到了不错的效果。但是随着实验室的搬迁以及人员的更替，以前的模型已经损毁严重或者丢失。众所周知，力学是具有很强理论性的课程，其中的理论和公式复杂而枯燥，使学生不太容易掌握，教学过程如果不和实际相联系，教师很难对所有结构（机构）讲授得十分清楚。因此，学生也不能快速而清楚地掌握相关的理论知识，久而久之，造成学生失去对力学课程的学习兴趣，极大地挫伤学生对力学课程的学习兴趣。

针对高校目前力学教学中的现状，主要是三大力学（理论力学、材料力学和结构力学）（下同）的课堂教学中，由于种种原因，缺乏理论和实践的有效结合，教师的讲授一般仅限于理论知识，对所讲授的结构（机构）也仅限于对照课本中的图形教学讲解或者在PPT中的简单演示，虽然使学生能在一定程度上对结构（机构）进行理解，但难以产生面对面的、很感性的直观认识。所以学生在学习的过程中处于对理论的抽象理解而缺乏对机构（机构）的清晰地感知和认识，由于对理论和复杂结构（机构）的朦胧的感知和认识，逐渐地会造成学生对力学课程学习兴趣的淡化，严重地影响了学生对力学课程的系统学习。

现今高校力学教学中，“重知识，轻能力”的现象依然千分严重。长期对学生建模能力培养的不重视，是学生构建力学能力低下的主要原因。教师在教学实践中，很大程度上是进行课本知识的灌输，如传授力学定律、力学知识，训练学生运用这些知识、定律解题的能力，缺乏培养学生构建力学模型的能力的意识。送种教育模式下的学生应试能力固然比较强，但是创新能力、探究能力低下，也缺乏必要的科学人文素养。为了改变这种状况，需要加深教师对力学模型的理解，充分认识力学模型的重要作用。虽然大部分力学老师都知道“力学模型”这个术语，但是对力学模型的理解仍然停留在实物层面，认为只有质点、单摆、点电荷这样的研究对象才是力学模型。力学教师应该增加自己的专业知识，建立正确的模型观。当今力学教师必须认识到，力学模型是力学规律和力学知识建立的根基，利用力学模型也可以解释力学现象和实验定律，甚至是对力学前沿问题做出预测。而且，力学模型能够提高学生学习力学的兴趣，培养学生学习的能力，解答力学习题的能力。

3.模型进行在高校工科力学教学中的应用

与传统的教学方法相比较，在课堂上引入模型教学的方法可以起到更加直观的教学效果，增强学生学习的兴趣。

模型教学法在一些专业，如医学、机械工程的教学中经常用到，其方法是在课堂讲授中利用让学生看得见、摸得着的实体模型，通过对实体模型的讲解分析，来增强学生对于学习对象的认知。有研究者还利用统计学工具，分析了模型教学法的教学效果，并证实了其有效性。在工科力学课程教学环节中引入模型教学法，其优点在于可以通过模型的展示、甚至用比较的方法和学生亲手制作完成模型的过程来达到一般教学手段难以显现的效果。具体体现在以下方面：

其一，通过模型展示和对模型的分析讲解，可以在很大程度上活跃课堂气氛，教师讲授各种实际结构形式特征及其优缺点时，方法和方式可以变得更为灵活。

其二，与传统授课中被动接受的模式相比较，可以让学生主动亲手参与制作各种外观漂亮、内容丰富的结构模型，能够增强其掌握知识的信心，大大提高他们的学习热情。

其三，通过适当的命题，加上学生自己的创意，可以使学生在自行探索中提高结构设计创新能力，更好地理解复杂结构中的力学设计概念。

3.1模型引入及展示

教师提出本节课的学习目标，展示生活中的过程情景，学生讨论其力学过程。教师演示隐含相同过程模型的类比实验，这个实验是学生以前接触过的运动，以便激发学生的认知冲突和学习兴趣，让学生知识前后联系。建构过程模型教学的引入，一般由直观而典型的运动过程直接切入课题。

实验演示或动画模拟物体的运动过程，让学生口头描述（尤其是请学生结合动态过程的演示配解说词）或者让学生亲身体验运动过程。教师讲解运动过程，按照先感性后理性、先定性后定量的规律的讲解。有很多物体参与的过程模型，如点的合成运动等等，使学生获得正确的感性认识是教学的难点，而建构过程模型的产生式规则又是教学的重点，在教学过程中要感性认识和理性认识并重。对于单个物体参与的过程模型，如物体的匀变速直线运动等等，由于物体可视为质点，教与学则简单得很多。

3.2 引导学生制作模型

力学研究对象较多，同类研究对象中也包含诸多定理和规律，因而学生如何在种类繁多的模型中考虑正确的模型，就显得尤为重要。在教学中，教师可以讲解力学模型建立的常用方法。首先，分析与综合法是最常用的。由于力学学研究对象都是实际的、复杂的，建模之前需要充分考虑到各种因素、各个环节对于问题的影响，也就是分析，然后把各种要素进行有机结合，帮助学生能够从整体上对事物本质进行把握，分析是综合的前提，综合是分析的结果。其次是比较法。 对力学对象各方面的特征作对比，得出这些特征的异同点，把握主次，然后抽象和概括，再将研究对象的个别的、非本质因素排除，对本质因素进行抽离和考查，最终建立出轮廓清晰、易于研究的新模型。

力学模型中各种模型都有其构建的需要、意义和价值，充分依靠学生，通过建构力学模型引导学生对力学问题进行比较深入的思考，这才算得上是比较理想的力学模型的应用。必须遵循大学生身心发展的规律，从学生的兴趣入手，先解决他们对力学建模的意识问题，使其对力学知识产生浓厚的兴趣，尽快进入力学模型建立的角色是相当重要的；其次，在和学生一起构建力学模型时，要善于去寻求一定的力学内容方面的资源，达到促进学生对力学建模的全面或整体认识的目的；再次，通过力学建模驱使学生体会力学与生活密切的联系，达到真正意义上的理解。模型制作能激发学生学习的兴趣和热情，使学生对力学知识的理解变得更加容易且真正提高了学生的动手实践能力，实现教学相长。

在力学教学中只有强化学生的模型意识，才能帮助学生领会力学问题的研究方法，为建立和运用模型解决实际力学问题打下基础。首先，教师帮助学生弄清楚模型的内涵，在学习一个新模型时，教师要清楚地知道它所针对的现象，研究的问题，突出的主要因素以及忽略的次要因素，以期将这些全部发掘出来，为学生建模打下基础。

3.3 在幽默问题情境下进行力学课程教学

力学知识若过于枯燥，学生常常出现不自觉开小差的现象。这时，很多教师会采取强制性手段抑制高校生的这种行为，久而久之高校生会逐渐对学习形成排斥心理。因此，教师应该通过有效的教学方法吸引学生的注意力，培养学生对力学的学习兴趣。大学生具有强烈的好奇心，对新鲜事物都很感兴趣。沉闷单调的课堂教学会让学生产生倦意，而在模型教学中加入一些书本中没有的有趣的内容，会让学生觉得很有新鲜感。比如，老师可以利用幽默有趣的问题，降低学生在课堂上的疲劳度，构建欢快愉悦的教学环境。这样，不仅有利于教师与学生的沟通交流，还能尊重学生的主体地位，加强学生在课堂上的存在感。

4.模型教学的重要意义

4.1 模型教学为课程改革的发展提供了借鉴意义

教育改革面向的对象不仅仅是力学这一学科，在其他专业或是学科中也同样在进行改革，教育改革的全面发展是推动教学质量的有效手段。只有进行不断的改革创新，才能够迎来新的发展。教育工作者只有不断地致力于教学方式的探索，进行有效的改革才能够达到最终的教学目的。改革首先要考虑的就是学生的发展需求，要根据学生的实际情况，在课程设置上进行改革和创新，结合大量的教学实践和经验，在教学的理念和方式上不断地进行创新。模型教学的应用对课程改革的发展有了全新的启示，提高学生课堂参与程度的教学方式对于整体的教学效果有着重要的影响，所以说在今后的课程改革中将改革的重点内容放在提高学生积极性的方面，模型教学对力学教学的新课程改革有着借鉴意义。一方面，模型教学的应用，可以取得良好的教学效果，能够促进教育改革的发展，提高人们的重视程度；另一方面，模型教学的方式还可以引入到其他学科的教学中去，促进教育改革的全面发展。

4.2 模型教学能够有效地提升力学教学的教学质量

教学效果的好坏在一定程度上是取决于教学方法的，教育工作者之所以在不断地进行教学方式的探索和研究，就是为了能够以全新的形式来吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，进而有效地提升教学的质量。力学作为高校工科的重要课程之一，采用具有创新性的模型教学形式，能够在一定程度上吸引学生的注意力。在传统教学中，课堂教学的主体一般都是教师，学生处于一种被动的听讲状态，学生的课堂参与积极程度不高，整个课堂教学的气氛显得沉闷枯燥。学生只是在进行机械地学习，教师也只是通过讲课的方式来灌输知识，这样的教学方式很难让学生参与到教学的各个环节当中去，学生逐渐会对力学学习失去兴趣，甚至产生厌倦的心理，这严重地阻碍了学生创造性思维的发展以及力学学习能力的提升。采用模型教学的方式，教师可以保留课堂讲解的形式，只是要留出一定的时间来进行模型的展示，通过构建力学模型的方式，教师能够为学生进行更加直观的展示，通过力学模型的构建，学生能够体会到力学学习的乐趣，能够有效地提升学生的参与程度，提高学习的积极性，再加上教师的适当鼓励，学生能够积极地发表自己的意见和想法。

4.3 模型教学贯彻落实了新课程改革的需要

新课程改革的推进，对高校力学教学有了更严格的要求，在教学的内容以及形式上要进行全面的改革。教育工作者也在不断地进行创新和改革，争取让学生成为教学的主体，提高学生的课堂参与程度，在课堂教学中，提升学生的学习积极性，让学生能够在力学学习中获得乐趣。模型教学的形式能够使抽象的力学知识更加形象化，在教学的过程中以全新的形式带给学生不一样的学习体验，让学生能够充分地发挥自身的主观能动性，在力学教学中有效地培养学生思维能力的发展。这样的教学效果正是教育改革的要求，模型教学的方式能够达到这样的教学效果，所以说，模型教学有效地贯彻和落实了新课程改革的需要。

5.结论

综上所述，力学对于学生来说，通常是比较难以掌握的。学生对纯理论性知识的学习不仅理解起来捉襟见肘，而且对力学习兴趣低迷。如果在教学中有目的地引入模型教学，那么对培养学生的力学习兴趣以及科学思维能力，自主创新能力，必然大有裨益。模型教学这一创新式的教学方式对高校力学教学有着重要的意义，将这一教学方式运用到教学过程中，能够有效地提升学生的课堂参与程度，提高学习的积极性，提升学习的效率，同时有效地促进教育改革的发展。

参考文献：

[1]李元杰，王仁海工科力学要大力发展典型模型教学[J]. 物理与工程，2001，02：8-12.

[2]李元杰，汤正新. 现代数值计算、模拟技术与力学典型模型教学[J]. 大学物理，2002，10：35-39.

[3]陈卫增，徐洪. 理论力学中工程实体简化力学模型的教学实践[J]. 经济研究导刊，2010，29：249-250.

[4]张丽华，赵桐，宋林辉. 工科基础力学教学中人文内涵的挖掘[J]. 现代大学教育，2012，03：108-111.

[5]来小丽. “工程力学”教学与机械专业知识的联系[J]. 中国电力教育，2012，26：55-56.

[6]杨冠声. 工程力学建模[J].天津职业院校联合学报，2007，06：12-15.

[7]陈俊旗，刘起霞，崔伟华. 基于实例训练的材料力学教学[A]. 中国力学学会.第十五届北方七省市区力学学术会议论文集[C].中国力学学会：，2014：3.

12.热力学在生命科学中的应用 篇十二

结构静力分析是ANSYS软件中最简单,应用最广泛的一种功能,它主要用于分析结构在固定载荷(主要包括外部施加的作用力,稳态惯性力如重力和离心力,位移载荷和温度载荷等)作用下所引起的系统或部件的位移,应力,应变和力。一般情况下,结构静力分析适用于不考虑或惯性,阻尼以及动载荷等对结构响应的影响不大的场合,如温度,建筑规范中的等价静力风载和地震载荷等在结构中所引起的响应。结构静力分析分为线性分析和非线性分析两类,由于非线性分析涉及大变形,塑性,蠕变和应力强化等内容,较为复杂,不适于作为入门教学。因此,本文中只讨论ANSYS的线性结构静力分析。

1 ANSYS应用步骤

ANSYS分析过程中包括三个主要的步骤。

1.1创建有限元模型:

包括创建或读入几何模型、定义材料属性和划分单元(节点及单元)。

1.2施加载荷进行求解:

包括施加载荷及载荷选项和求解。

1.3查看结果:

包括查看分析结果和检验结果。(分析是否正确)在本文中,以衍架结构为例,介绍应用ANSYS分析工程力学的基本流程以及一些应用技巧。

2衍架的力学分析过程

如图1所示为由9个杆件组成的衍架结构,两端分别在1,4点用铰链支承,3点受到一个方向向下的力Fy,衍架的尺寸已在图中标出,单位:m。

其他已知参数如下:弹性模量(也称扬式模量)E=206GPa;泊松比μ=0.3;作用力Fy=-1000N;杆件的横截面积A=0.125m2,我们来计算各杆件的受力。

2.1单元类型,几何特性及材料特性定义

选中对话框中的“Link”和“2D spar 1”选项,在AREA一栏杆件的截面积0.125,在弹性模量文本框中输入:206E9,在泊松比文本框中输入:0.3。

2.2衍架分析模型的建立

2.2.1生成节点。

衍架中共有6个节点,其坐标根据已知条件容易求出如下:1(0,0,0),2(1,0,0),3(2,0,0),4(3,0,0),5(1,1,0),6(2,1,0)。

2.2.2生成单元格。

点击主菜单中的“Preprocessor>Modeling>Create>Elements>Auto Numbered>Thru Nodes”,依次点选节点1、2,点击Apply按钮,既可生成(1)单元。同理可生成其余8个单元。

2.3施加载荷

2.3.1施加位移约束。

点击主菜单中的“Preprocessor>Loads>Apply>Structural>Displacement>On Nodes”,点选1节后,然后点击“Apply”按钮,选择右上列表框中的“All DOF”,并点击“Apply”按钮,点选4节点后,选择右上列表框中的“All DOF”;即可完成对节点1,4沿y方向的位移约束。

2.3.2施加集中力载荷。

点击主菜单“Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Force/Moment>On Nodes”,点选3节点后,在“Direction of force/mom”一项中选择:“FY”,在“Force/Moment value”一项中输入:-1 000,就在节点3处给桁架结构施加了一个竖直向下的集中载荷。

2.4开始求解

点击主菜单中的“Solution>Solve>Current LS”,弹出对话框,点击“OK”按钮,开始进行分析求解。分析完成后,又弹出一信息窗口提示用户已完成求解,点击“Close”按钮关闭对话框即可。到此为止,有限元分析的求解器计算部分已经结束。

2.5分析结果显示

2.5.1显示变形图,选中“Def+undeformed”选项,并点击“OK”按钮,即可显示本实训桁架结构变形前后的结果。

2.5.2显示变形动画,选中Def+undeformed”选项,并在“Time delay”文本框中输入:0.1,然后点击“OK”按钮,即可显示本实训桁架结构的变性动画。

2.5.3列举支反力计算结果。点击主菜单中的“General Postproc>List Results>Reaction Solu”。接受缺省设置,点击“OK”按钮关闭对话框,并弹出一列表窗口,显示了两铰链点(1、4节点)所受的支反力情况。

2.5.4列举各杆件的轴向力计算结果。点击主菜单中的“General Postproc>List Result>Element Solution”,在弹出对话框的中间列表框中移动滚动条至最后,选择“By Sequence num”选项,右上列表框中选择“SMISC”选项,右下文本框中输入“SMISC,1”,点击“OK”按钮关闭对话框,并弹出一列表窗口,显示了9个杆单元所受的轴向力。

摘要：ANSYS软件中结构静力分析用来分析由于稳态外载荷引起的系统或部件的位移、应变、应力和力。稳态外载荷包括稳定的惯性力(如重力、旋转件所受的离心力)和能够等效为静载荷的随时间变化的载荷。本文对ANSYS软件的基本应用做了简单的介绍,通过一个实例,简要地叙述了ANSYS软件的主要分析过程尽及一些应用技巧。

关键词：有限元法,ANSYS,网格,静力学

参考文献

[1]刘淘,杨凤鹏.精通ANSYS.北京:清华大学出版社,2003:1-124.

[2]刘国庆,杨庆东.ANSYS工程应用教程(机械篇).北京:中国铁道出版社,2004,03:34-36.

[3]尚晓江,邱峰.ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用(第二版).北京:中国水利水电出版社,2008,05.

[4]有限元分析软件一ANSYS融会与贯通[M].北京:中国水利水电出版社,2002.

13.浅谈电教媒体在科学课中的应用 篇十三

清河区黄莲树完小黄忠贞

小学科学是一门深奥的学问，是探索自然规律和现象的一门学问；是让学生充满好奇心想探究的一门课。它侧重于让学生在探索中学习，在研究学习中保持或发展儿童与生俱来的探究兴趣。教材侧重于提供大量的科学信息，图文并茂，有许多实物彩色图片、形象的模型图与优美的文字相结合，从而将科学知识生动直观地展示出来。科学学习的过程是以探究为中心、学生积极主动参与的过程。让孩子们在实践活动中，通过探索与研究的过程，培养学生对身边科学现象的好奇、兴趣和理解力。鼓励和提高孩子们观察科学现象、发现科学问题、大胆做出预测、用科学的方法解决问题的意识和能力。要让他们爱上科学、迷上科学、要把他们的思维引向广阔的天地。教师要做一名科学的鼓手，以生动的语言、诱人的实验、巧妙的课堂教学计划，千方百计地吸引学生，培养科学兴趣，学好科学知识。一堂40分钟的《科学课》是有多个实验活动—问题—实验活动组成的，在教学中充分地利用好幻灯、投影、录像、多媒体等各种电化教学手段，使抽象的概念具体化，枯燥的知识趣味化，优化了教学环境，拓宽了教师教和学生学的思路，从而提高教学效果。让孩子们在实践活动中，通过探索与研究的过程，培养学生对身边科学现象的好奇、兴趣和理解力。鼓励和提高孩子们观察科学现象、发现科学问题、大胆做出预测、用科学的方法解决问题的意识和能力。正如托尔斯泰说的：“成功的教学需要的不是强制，而是激发学生的兴趣，教师都应该选择最大限度地激发学生兴趣的教学方法。”要让他们爱上科学、迷上科学、要把他们的思维引向广阔的天地。教师要做一名科学的鼓手，以生动的语言、诱人的实验、巧妙的课堂教学计划，千方百计地吸引学生，培养科学兴趣，提高他们的科学认识。

一、用电教媒体培养学生学习科学的兴趣。