與流體力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象范文

導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇與流體力學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

從中國(guó)科技館獲悉，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員、博士生導(dǎo)師、中國(guó)科學(xué)院院士、力學(xué)研究所學(xué)術(shù)委員會(huì)主任李家春日前在中國(guó)科技館開(kāi)辦主題為“身邊的流動(dòng)”的講座，通過(guò)唐代詩(shī)人李白和張繼的名詩(shī)《早發(fā)白帝城》和《楓橋夜泊》解釋古人觀察到的流動(dòng)現(xiàn)象。探尋日本“3?11”海嘯與福島核泄漏、2011年極端氣象災(zāi)害和美國(guó)航天飛機(jī)退役等事件當(dāng)中的流體力學(xué)的原理。

我們身邊存在著很多流體現(xiàn)象，也許看不見(jiàn)、摸不著，然而它們就像空氣和水，是一種重要的存在，影響著我們的生活。氣象災(zāi)害、日本海嘯、美國(guó)航天飛機(jī)的退役等均與流體力學(xué)有著密切的關(guān)系。由此可見(jiàn)，身邊的流體現(xiàn)象無(wú)處不在。日前，中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員，博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院院士李家春來(lái)到了中國(guó)科學(xué)技術(shù)館與廣大市民面對(duì)面，為我們?cè)敿?xì)講解“身邊的流動(dòng)”。

李家春說(shuō)，2011年，人們?cè)庥隽吮姸鄻O端事件：日本海底地震導(dǎo)致海嘯和福島電站核泄漏；澳大利亞颶風(fēng)、我國(guó)干旱與洪水災(zāi)害等異常氣候問(wèn)題，而它們的預(yù)測(cè)、預(yù)警都是流體力學(xué)的前沿問(wèn)題。同樣是在這一年，美國(guó)航天飛機(jī)歷經(jīng)30年，共飛行130余次，而后全面退役。在其退役的種種原因中，防熱系統(tǒng)不可靠等安全問(wèn)題，成為流體力學(xué)工作者需著力解決的重要課題。

日本海嘯與流體有關(guān)

“日本‘3?11’地震海嘯災(zāi)害傷亡慘重，并導(dǎo)致了福島第一核電站的核泄漏。海嘯災(zāi)害的發(fā)生需要幾個(gè)條件，其中包括6.5級(jí)以上的海底地震、震源深度小于50公里、海底板塊垂向運(yùn)動(dòng)等。傳播到淺海海灣和海灘地區(qū)，因水的積聚和涌升而致災(zāi)，在夾帶雜物以后沖擊力更強(qiáng)。利用地震波與海嘯傳播的速度差，可以預(yù)警防災(zāi)。”李家春說(shuō)，“為什么日本這次沒(méi)有做好呢？原因有兩個(gè)，一個(gè)是震源很近，離海岸線僅133公里，時(shí)間差很短；第二在于日本沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到九級(jí)地震會(huì)造成如此大海嘯，防波堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低。如果核電站建在西海岸就要好得多。”

氣候異常緣于大氣環(huán)流非常不規(guī)則

2011年氣候的異常使人類遭受很多損失。澳大利亞百年難遇的“雅斯”颶風(fēng)；韓國(guó)首爾百年一遇的暴雨；包括北京城區(qū)內(nèi)洪水也相對(duì)嚴(yán)重。氣候異常究竟緣由何在？李家春對(duì)此解釋：“由于海陸分布、地形高低、植被覆蓋、土壤干濕等因素，還有諸如地球自身的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)、日地關(guān)系、太陽(yáng)活動(dòng)、火山爆發(fā)等自然原因，大氣環(huán)流是非常不規(guī)則的。近百年來(lái)，還有溫室氣體排放等人類活動(dòng)的干擾，導(dǎo)致全球變暖，大氣活動(dòng)增強(qiáng)，表現(xiàn)為平均值緩慢上升，在平均值上下幅度的變化也增大。”

美國(guó)航天飛機(jī)退役，因?yàn)榉罒嵯到y(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)好

美國(guó)航天飛機(jī)退役原因也是矚目的焦點(diǎn)之一。我們知道，航天飛機(jī)的好處是運(yùn)送量大，把人和物資運(yùn)到空間站去，所以人能夠長(zhǎng)期地在空間站進(jìn)行科學(xué)活動(dòng)；可以多次往返，似乎可以節(jié)省費(fèi)用；還有一個(gè)好處就是回地落點(diǎn)比較準(zhǔn)確。李家春說(shuō)：“航天飛機(jī)退役最重要的原因是，防熱系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)好，維修費(fèi)用很高，失事率高。兩次失事，一次是挑戰(zhàn)者號(hào)，一次是哥倫比亞號(hào)，犧牲了14個(gè)人，這樣就不經(jīng)濟(jì)、不安全了。所以在2011年的2月、5月、7月，發(fā)現(xiàn)號(hào)、奮進(jìn)號(hào)和亞特蘭蒂斯號(hào)最終退役。兩架失事，三架放到博物館。”

詩(shī)詞里的“流動(dòng)”

有誰(shuí)想到古人的詩(shī)詞中蘊(yùn)藏著豐富的流體現(xiàn)象呢？在講座上，李家春先以大家耳熟能詳?shù)钠哐越^句《早發(fā)白帝城》為例，“朝辭白帝彩云間，千里江陵一日還。兩岸猿聲啼不住，輕舟已過(guò)萬(wàn)重山。”這首詩(shī)將詩(shī)人遇赦后愉快的心情以及江山的壯麗多姿融為一體，描寫的淋漓盡致，而“輕舟已過(guò)萬(wàn)重山”這順?biāo)兄鄣牧鲿齿p快則體現(xiàn)出了一種流動(dòng)現(xiàn)象。

李家春說(shuō)：“為什么三峽建成前后，船的航速不一樣？沒(méi)建三峽之前可以輕快如飛。三峽工程建成以后，‘高峽出平湖’，流速就大大減緩了。實(shí)際上，這是由于河道的比降不同，也就是說(shuō)水面的坡度不同所致。河水流動(dòng)的動(dòng)力，來(lái)自于重力沿著底坡的分量，比降大，該分量也大，所以流速也就增加了。”

此外李家春還舉出《楓橋夜泊》里的一句“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船。”從表意來(lái)講，是說(shuō)蘇州城外的寒山古寺，半夜敲響的鐘聲傳到了詩(shī)人的船頭。那為什么晚上寒山寺的鐘聲能傳過(guò)來(lái)？“這里面反映了一個(gè)科學(xué)原理，”李家春說(shuō)，“聲波在大氣當(dāng)中的折射現(xiàn)象。到了晚上，大氣的密度處于穩(wěn)定層結(jié)，上輕下重，這樣聲音就會(huì)全反射回來(lái)，而白天的分層情況不同，所以可能聽(tīng)不到鐘聲。”

延伸閱讀

現(xiàn)代流體力學(xué)具有先導(dǎo)作用

什么是流體力學(xué)？在講座上李家春通過(guò)解答流體和固體的差別、流體的相態(tài)以及流體運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式等問(wèn)題，說(shuō)明了流體力學(xué)是研究流體介質(zhì)的對(duì)流、擴(kuò)散，以及相伴的物理、化學(xué)、生物過(guò)程，導(dǎo)致質(zhì)量、動(dòng)量、能量輸送的現(xiàn)象。

流體力學(xué)既是一門經(jīng)典學(xué)科又是一門現(xiàn)代學(xué)科。在17世紀(jì)，牛頓基于前人的天文觀測(cè)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)明了微積分，并總結(jié)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)三大定律和萬(wàn)有引力定律，發(fā)表了著名的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書。由于原理是普適自然與工程各個(gè)領(lǐng)域的規(guī)律，從而使力學(xué)成為自然科學(xué)的先導(dǎo)。

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，由于超級(jí)計(jì)算機(jī)、先進(jìn)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，力學(xué)進(jìn)一步凸顯宏微觀結(jié)合和學(xué)科交叉的特征，并進(jìn)入現(xiàn)代力學(xué)發(fā)展新階段。李家春說(shuō)：“現(xiàn)代流體力學(xué)在航空航天、海洋海岸、環(huán)境能源、生物醫(yī)學(xué)、材料信息等諸多工程領(lǐng)域都發(fā)揮著不可或缺的作用。因此，現(xiàn)代流體力學(xué)不僅是一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，而且在同國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展相關(guān)的各個(gè)工程技術(shù)領(lǐng)域仍具先導(dǎo)作用。”

流體力學(xué)的發(fā)展歷程

流體力學(xué)歷史悠久，它發(fā)展的過(guò)程可以分成四個(gè)階段：基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的古代流體力學(xué)，基于嚴(yán)密數(shù)學(xué)理論的經(jīng)典流體力學(xué)，基于物理洞察力的近代流體力學(xué)，以及基于現(xiàn)代高新技術(shù)的現(xiàn)代流體力學(xué)。

西方的古代力學(xué)，最早的有阿基米德的浮力原理和提水機(jī)，達(dá)?芬奇的撲翼機(jī)和降落傘，以及哈根?泊肖葉的管流實(shí)驗(yàn)。這些也都是流體力學(xué)，而且西方關(guān)于定量化的研究做得好，并上升為規(guī)律和理論。經(jīng)典力學(xué)則以牛頓力學(xué)體系的建立為代表，主要推廣到連續(xù)介質(zhì)――就是像水、空氣這樣的介質(zhì)。李家春說(shuō)，經(jīng)典力學(xué)可以得到很多理論公式，但是也面臨困難，比如說(shuō)解決不了飛機(jī)的問(wèn)題。而近代力學(xué)靠的是物理思想，在1904年，普朗特在海德堡數(shù)學(xué)會(huì)上提出了邊界層理論，解決了阻力和飛機(jī)設(shè)計(jì)問(wèn)題。如果沒(méi)有這個(gè)理論，到現(xiàn)在為止，我們不可能坐飛機(jī)在十幾個(gè)小時(shí)到達(dá)紐約。

“中國(guó)古代的流體力學(xué)有很多好成就和貢獻(xiàn)，最重要的一個(gè)貢獻(xiàn)，就是2000多年前的都江堰水利工程。”李家春說(shuō)，“魚嘴分水堤嚴(yán)格控制內(nèi)外江的水沙量，飛沙堰溢洪道控制洪水量，寶瓶口起著一個(gè)水庫(kù)的作用，這些都是流體力學(xué)原理。”

專家答疑

疑問(wèn)：要解決比如說(shuō)航天、海洋、能源、環(huán)境問(wèn)題，是用數(shù)學(xué)模式、物理思想、現(xiàn)代的超級(jí)計(jì)算機(jī)，還是兼而有之？

李家春：關(guān)于研究手段，比如氣候預(yù)報(bào)，需要的計(jì)算量非常大，單純靠手算是不現(xiàn)實(shí)的。100年以前曾有一位天文學(xué)家預(yù)測(cè)一個(gè)天體運(yùn)動(dòng)，推導(dǎo)了100多項(xiàng)，后來(lái)發(fā)現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)了，結(jié)果算了一輩子都白算了，所以沒(méi)有計(jì)算機(jī)不行。但是現(xiàn)在有另外一種趨向，就是年輕人不愛(ài)學(xué)數(shù)學(xué)、物理，單單學(xué)計(jì)算機(jī)，而且公式不推了，程序也不編了，為什么啊？因?yàn)橛熊浖Ｈ思揖幒贸塘耍恍枰斶M(jìn)去數(shù)據(jù)，結(jié)果就能出來(lái)，挺不錯(cuò)啊，就是他不了解里邊的含義，錯(cuò)了也沒(méi)法改，這是不行的。只有學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)、物理中基本的知識(shí)以后，才能了解算出來(lái)東西對(duì)還是不對(duì)，了解里邊的規(guī)律是什么，才能做到創(chuàng)新。

疑問(wèn)：如果某些力學(xué)問(wèn)題解決了，它能夠帶動(dòng)哪些技術(shù)，解決人類的哪些問(wèn)題？

李家春：我舉個(gè)例子――湍流，這是一個(gè)百年的難題。湍流是1883年雷諾發(fā)現(xiàn)的，實(shí)際上在我們周圍到處都是，水流里邊、大氣里邊到處是湍流現(xiàn)象。但解決它又非常難，因它是無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。20世紀(jì)以來(lái)有很大進(jìn)步，第一條，就是把它的發(fā)生原因、轉(zhuǎn)變過(guò)程、統(tǒng)計(jì)規(guī)律以及它的結(jié)構(gòu)弄清楚了，但現(xiàn)在要預(yù)測(cè)它，對(duì)飛行力學(xué)、空氣阻力、傳熱這些現(xiàn)象十分重要。另一方面，因?yàn)樗某叨确浅Ｐ。?jì)算機(jī)能力還不行，現(xiàn)在十的七次方已經(jīng)很多了，它可能要算到十的十五次方，現(xiàn)在做不到，所以還要靠大腦的智慧。大家要知道，不必要把所有物質(zhì)都分辨到原子、分子，這不可能，只有依靠物理思想對(duì)小尺度的現(xiàn)象建立模型，進(jìn)行簡(jiǎn)化，計(jì)算量就大大減少了。所以還要學(xué)普朗特的精神。如果這個(gè)問(wèn)題解決了，實(shí)現(xiàn)了減阻，每年都能省很多石油，可以把環(huán)境污染問(wèn)題做得更好。

另外，污染處理問(wèn)題。流水不腐，戶樞不蠹。水流動(dòng)起來(lái)了就不會(huì)發(fā)生污染，這是非常簡(jiǎn)單的原理。但是處理污染事件時(shí)，做環(huán)境的人往往只用化學(xué)的方法，或者只用生態(tài)的方法，而不用流動(dòng)的辦法。實(shí)際上處理蘇州河的時(shí)候，做流體力學(xué)就考慮利用潮水漲落把污染物帶出去，這能提高效率、節(jié)省費(fèi)用。昆明的滇池到現(xiàn)在為止也沒(méi)有解決好。所以光靠化學(xué)不行，一定要用流體力學(xué)原理，利用或產(chǎn)生流動(dòng)，使得水活起來(lái)，污染就可以治理好了。

篇2

關(guān)鍵詞：流體力學(xué)；教學(xué)方法；應(yīng)用型本科院校

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2013）12-0033-02

流體力學(xué)是宿遷學(xué)院土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。流體力學(xué)具有基本概念多、公式復(fù)雜、內(nèi)容抽象等特點(diǎn)，是一門既有較強(qiáng)理論性又有較強(qiáng)工程實(shí)際意義的課程，因此，該課程既可以培養(yǎng)學(xué)生良好的邏輯思維能力和分析推理能力，又可以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。然而學(xué)生的實(shí)際情況是由于在大學(xué)前兩年接觸最多的是固體力學(xué)，已形成一定的思維定式，而且由于精簡(jiǎn)學(xué)時(shí)的原因很多流體力學(xué)課程中需要的高等數(shù)學(xué)知識(shí)沒(méi)有講解，到了大三一旦遇上流體力學(xué)這個(gè)新鮮事物，可能接受起來(lái)會(huì)碰到許多困難[1]。學(xué)生普遍感覺(jué)該課程枯燥乏味、難學(xué)，存在畏難、厭學(xué)情緒，期末考試不及格率較高。在學(xué)校提倡培養(yǎng)應(yīng)用型人才的大背景下，有必要根據(jù)課程性質(zhì)從提高教師教學(xué)水平和提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行探討。

一、引導(dǎo)學(xué)生重視，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

（一）強(qiáng)調(diào)課程的地位和重要性

教師除了說(shuō)明流體力學(xué)在整個(gè)專業(yè)教學(xué)中的地位和作用外，還可補(bǔ)充說(shuō)明它是注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師基礎(chǔ)考試中公共基礎(chǔ)考試科目。此外，還可說(shuō)明往年期末考試通過(guò)率的情況，以給學(xué)生適當(dāng)加壓。當(dāng)然，更重要的是還要說(shuō)明該課程的學(xué)習(xí)方法，以幫助學(xué)生樹(shù)立信心。

（二）通過(guò)人物、工程實(shí)例及專業(yè)應(yīng)用調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

“興趣是最好的教師，而教師則是點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的火炬”。如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是教師考慮的首要問(wèn)題。在教學(xué)過(guò)程中可以穿插舉出古今中外的科學(xué)家、工程師生平事跡和工程實(shí)例以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如大禹采取疏壅導(dǎo)滯的方法治水三過(guò)家門而不入；理想流體力學(xué)奠基人歐拉16歲就獲得碩士學(xué)位，雙目失明后仍然從事科學(xué)研究直至去世當(dāng)天還在進(jìn)行科學(xué)研究等[2]。如兩千多年前李冰利用“深淘灘，低作堰”建造的都江堰；大約在同時(shí)期，古羅馬人建成了大規(guī)模的供水管道系統(tǒng)等。除此之外，還可以介紹流體力學(xué)在土木專業(yè)及其他專業(yè)的應(yīng)用，如美國(guó)華盛頓州塔科馬大橋被大風(fēng)摧毀、汽車“風(fēng)阻”和飛機(jī)“音障”等事例。

（三）將CFD技術(shù)引入課堂調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（簡(jiǎn)稱CFD）技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為研究流體力學(xué)的一種重要方法。在流體力學(xué)教學(xué)過(guò)程中引入CFD技術(shù)，不但可以將理論性較強(qiáng)的內(nèi)容形象化，加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的理解，而且可以開(kāi)闊學(xué)生的眼界，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索精神。如對(duì)歐拉法中流線的模擬、圓管中層流和湍流流速的分布、局部阻力損失的流場(chǎng)分析[3]。

二、教學(xué)內(nèi)容的取舍和教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)內(nèi)容的取舍

流體力學(xué)知識(shí)面廣，內(nèi)容繁多，在學(xué)時(shí)限制的條件下要結(jié)合專業(yè)教學(xué)要求合理取舍。對(duì)土木工程專業(yè)而言需要掌握的內(nèi)容有：（1）流體物理性質(zhì)；（2）流體靜力學(xué)；（3）流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)；（4）阻力損失；（5）管道流、明渠流及滲流。

1.重要問(wèn)題的處理。首先，要從力學(xué)角度分析流體的流動(dòng)性。流體與固體的主要區(qū)別在于流體的流動(dòng)性，其根本原因是流體和固體對(duì)承受剪切力的表現(xiàn)。為了形象說(shuō)明，可以引用“抽刀斷水水更流”的詩(shī)句[4]。當(dāng)然，還需說(shuō)明無(wú)論流體靜止還是運(yùn)動(dòng)均不能承受拉力。

其次，要理解連續(xù)介質(zhì)假設(shè)的概念。微觀上，流體是由大量分子構(gòu)成的，是離散的，不連續(xù)的，這給我們研究流體力學(xué)問(wèn)題帶來(lái)了困難。連續(xù)介質(zhì)假設(shè)認(rèn)為流體是由內(nèi)部無(wú)間隙的連續(xù)流體質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成。這里要理解流體質(zhì)點(diǎn)微觀上“充分大”、宏觀上“充分小”的含義。如此流體在空間上就變?yōu)檫B續(xù)的，可以借助高等數(shù)學(xué)的方法來(lái)研究。

2.公式推導(dǎo)的處理。流體力學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)遇到大量復(fù)雜的公式，特別是實(shí)際流體伯努力方程的推導(dǎo)讓人很難掌握。筆者在處理公式推導(dǎo)問(wèn)題時(shí)強(qiáng)調(diào)公式推導(dǎo)的目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)一種思想，學(xué)習(xí)一種處理問(wèn)題的方法，將精力集中在公式建立的基本原理和適用條件上，從思路上進(jìn)行分析整理，淡化煩瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過(guò)程。這樣學(xué)生有了獨(dú)立思考的空間，教師也有了更多的時(shí)間來(lái)講解基本概念和基本方法。需要強(qiáng)調(diào)的是，流體力學(xué)中很多公式都是在一定條件下推導(dǎo)出的，因此其應(yīng)用也是具有一定范圍的，公式的應(yīng)用往往也有一定的技巧，如伯努力方程的“三選一列”。

（二）教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)

1.調(diào)整習(xí)題或考題構(gòu)成，重視習(xí)題課。這里有兩個(gè)問(wèn)題需要注意。一方面，流體力學(xué)習(xí)題歷來(lái)存在重計(jì)算、輕概念的現(xiàn)象，特別是考題如果全是計(jì)算題，就會(huì)形成無(wú)形的指揮棒。這就不利于學(xué)生從整體上掌握該課程的重點(diǎn)，習(xí)題或考題的題型應(yīng)豐富，除了計(jì)算題之外，還應(yīng)有填空、選擇、判斷、作圖、名詞解釋等考查基本概念的題目。另一方面，在精選題目時(shí)，要注意將理論教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，如查找資料的技能培養(yǎng)。在流體力學(xué)的牛頓內(nèi)摩擦定律、能量損失計(jì)算和管道流等部分很多數(shù)據(jù)都是要查有關(guān)工程手冊(cè)和圖表的[5]。

習(xí)題課是流體力學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，為了能夠在學(xué)時(shí)緊張的前提下開(kāi)展習(xí)題課，教師必須重視習(xí)題選擇和習(xí)題評(píng)講兩個(gè)方面。一方面，教師應(yīng)選擇具有代表性的題目，另一方面，習(xí)題講評(píng)應(yīng)使學(xué)生從解題過(guò)程中獲得解決問(wèn)題的思路、方法和技巧，達(dá)到觸類旁通的效果。

2.重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是流體力學(xué)教學(xué)中的重要組成部分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，不但可以加深學(xué)生對(duì)流體力學(xué)基本原理的理解，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立工作能力和創(chuàng)新能力。如通過(guò)水靜壓強(qiáng)試驗(yàn)，學(xué)生明確了測(cè)壓管水頭的含義；通過(guò)雷諾實(shí)驗(yàn)，學(xué)生加深了層流、湍流及臨界雷諾數(shù)的理解。當(dāng)然，由于實(shí)驗(yàn)室條件的限制，目前的實(shí)驗(yàn)主要以驗(yàn)證性居多，在條件許可的情況下應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

此外，每學(xué)期筆者都會(huì)布置一個(gè)任務(wù)，讓學(xué)生留意身邊感興趣的流體力學(xué)現(xiàn)象，然后根據(jù)課堂所學(xué)知識(shí)和個(gè)人理解撰寫論文，以此增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

三、教學(xué)方法和手段的改進(jìn)

（一）注重討論法與案例教學(xué)法的運(yùn)用

1.討論式教學(xué)方法。教學(xué)活動(dòng)應(yīng)該是雙向的師生互動(dòng)過(guò)程，不應(yīng)是教師的一言堂。教師應(yīng)創(chuàng)造和諧、輕松的課堂氣氛，鼓勵(lì)學(xué)生積極發(fā)言，表達(dá)自己的疑問(wèn)、見(jiàn)解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。如在課堂上通過(guò)提問(wèn)的方式回顧上次課的主要內(nèi)容，通過(guò)“自學(xué)―提問(wèn)―討論―總結(jié)”的方法學(xué)習(xí)新內(nèi)容，在考慮學(xué)生接受能力的前提下，甚至可以讓學(xué)生來(lái)講一次課。如通過(guò)反證法證明流體靜壓強(qiáng)的方向，通過(guò)隔離體分析法證明流體靜壓強(qiáng)的大小。通過(guò)討論式的教學(xué)方法不但可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，樹(shù)立信心，而且還可以培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2.案例式教學(xué)方法。通過(guò)將生活和工程案例引入課堂，不但可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。生活案例有馬利奧特容器原理應(yīng)用于點(diǎn)滴吊瓶和家用飲水機(jī)[6]、洗衣機(jī)為什么老翻衣服兜[7]、撈面條的學(xué)問(wèn)等。工程案例如1993年青海省溝后水庫(kù)在低于設(shè)計(jì)水位0.75m的情況下突然垮壩的事故；三峽工程如何在最大流量10×104m3/s、水頭高達(dá)100m、最高流速高達(dá)45m/s的情況下不會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞力等[8]。

（二）綜合運(yùn)用各種教學(xué)手段

流體力學(xué)概念抽象、繁多，僅靠傳統(tǒng)的一塊黑板、一支粉筆不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。借助于多媒體技術(shù)，利用其形象、生動(dòng)、直觀、易于理解并可加強(qiáng)記憶的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)動(dòng)畫、視頻資料、數(shù)值模擬等手段將復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象展示給學(xué)生，可取得事半功倍的效果。但是，考慮到多媒體技術(shù)授課和傳統(tǒng)的授課方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合流體力學(xué)課程特點(diǎn)，采用取其長(zhǎng)而避其短、兩者兼顧而又兩者不棄的原則。

“教學(xué)有法，但無(wú)定法，貴在得法”。我們要不斷更新教學(xué)理念，努力提升自身的綜合素質(zhì)，及時(shí)總結(jié)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題并加以改進(jìn)，注重教學(xué)過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，多管齊下，才能保證學(xué)生取得良好的教學(xué)效果。

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[7]武際可.拉家常?說(shuō)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，

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篇3

但是令人遺憾的是諾貝爾獎(jiǎng)中沒(méi)有設(shè)立與數(shù)學(xué)相關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)。有人猜測(cè)說(shuō)諾貝爾的女友最終嫁給了一位數(shù)學(xué)家米塔-列夫勒，故而諾貝爾一直耿耿于懷，而在設(shè)立該獎(jiǎng)時(shí)把數(shù)學(xué)排斥在外。實(shí)際上這種說(shuō)法是經(jīng)不住考證的。從諾貝爾的科學(xué)觀來(lái)看，諾貝爾成為19世紀(jì)的著名發(fā)明家和實(shí)業(yè)家，其主要原因在于他擁有敏銳的直覺(jué)和非凡的創(chuàng)造力，不需要借助于深?yuàn)W的高等數(shù)學(xué)知識(shí)。在諾貝爾所處的19世紀(jì)下半葉，化學(xué)領(lǐng)域的研究跟高等數(shù)學(xué)的結(jié)合并不緊密。因此諾貝爾本人根本無(wú)法預(yù)見(jiàn)或想象到數(shù)學(xué)在推動(dòng)科學(xué)發(fā)展上所起的巨大作用，因此忽視了設(shè)立與純粹數(shù)學(xué)及應(yīng)用數(shù)學(xué)有關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)。

這種結(jié)果導(dǎo)致了與數(shù)學(xué)密切相關(guān)的力學(xué)學(xué)科中的很多著名科學(xué)家都未能獲得諾貝爾獎(jiǎng)。例如上個(gè)世紀(jì)的三大力學(xué)家普朗特、杰弗里·泰勒和馮·卡門都沒(méi)有得到諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)的青睞。普朗特在邊界層理論、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)技術(shù)、機(jī)翼理論、湍流理論等方面都作出了重要的貢獻(xiàn)，被稱作“空氣動(dòng)力學(xué)之父”。杰弗里·泰勒的研究對(duì)流體和固體力學(xué)及它們?cè)跉庀髮W(xué)、海洋學(xué)、航空學(xué)、水力學(xué)、金屬物理學(xué)、機(jī)械工程和化學(xué)工程的應(yīng)用等方面都具有重要的價(jià)值。他是知名的實(shí)驗(yàn)家和理論家，能夠憑直覺(jué)并運(yùn)用最簡(jiǎn)單的方法發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。馮·卡門是20世紀(jì)最偉大的美國(guó)工程學(xué)家，開(kāi)創(chuàng)了數(shù)學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)在航空航天和其他技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，被譽(yù)為“航空航天時(shí)代的科學(xué)奇才”。而當(dāng)今健在的哈佛大學(xué)教授賴斯（Rice）由于在斷裂力學(xué)和地震方面的貢獻(xiàn)也曾經(jīng)得到過(guò)諾貝爾獎(jiǎng)提名。但是這幾位影響和改變了人類生活面貌的力學(xué)家并沒(méi)有得到諾貝爾獎(jiǎng)，這確實(shí)令人扼腕嘆息。

力學(xué)家很難獲得諾貝爾獎(jiǎng)的一個(gè)很大的原因是由其學(xué)科屬性所決定的。力學(xué)或者說(shuō)應(yīng)用力學(xué)是建立在牛頓力學(xué)基礎(chǔ)上，研究宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和變形的科學(xué)。它是物理學(xué)最早的一個(gè)分支，但是自從流體力學(xué)出現(xiàn)，它與傳統(tǒng)物理就分道揚(yáng)鑣了。此時(shí)的力學(xué)主要傾向于用應(yīng)用數(shù)學(xué)的理論去解決工程實(shí)際問(wèn)題，而近代物理則更多地注重研究微觀粒子的規(guī)律。力學(xué)也被錢學(xué)森定義為“技術(shù)科學(xué)”，是銜接工程與數(shù)學(xué)、物理的橋梁；在西方，力學(xué)有時(shí)候也指應(yīng)用數(shù)學(xué)。故而與更多關(guān)注原創(chuàng)性成果的物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域相比，力學(xué)家更加關(guān)注應(yīng)用，因而與諾貝爾獎(jiǎng)的初衷有所出入。值得慶幸的是，盡管諾貝爾獎(jiǎng)中沒(méi)有數(shù)學(xué)獎(jiǎng)或者力學(xué)獎(jiǎng)，也有幾位力學(xué)家因?yàn)槠溟_(kāi)創(chuàng)性的研究獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。實(shí)際上，力學(xué)的邏輯和工程思維訓(xùn)練對(duì)于他們的獲獎(jiǎng)也有很大益處。這些幸運(yùn)的力學(xué)家主要有以下幾位。

瑞利——諾貝爾物理獎(jiǎng)得主

瑞利（Rayleigh，1842～1919）是英國(guó)物理學(xué)家，1873年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1879～1884年任卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任，1905～1908年任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，1908年起任劍橋大學(xué)校長(zhǎng)。他的研究工作幾乎遍及當(dāng)時(shí)經(jīng)典物理學(xué)和力學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，一生共發(fā)表了400多篇論文。瑞利在彈性動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域指出：在地震中應(yīng)當(dāng)存在一種沿自由表面?zhèn)鞑サ钠癫ǎ蟊环Q為瑞利波或者L波。瑞利也提出了直接求解變分問(wèn)題的瑞利（Rayleigh）近似方法，并應(yīng)用于求解工程振動(dòng)問(wèn)題的固有頻率。在流體力學(xué)領(lǐng)域，他研究了液體在表面張力作用下的失穩(wěn)，稱之為瑞利失穩(wěn)。

盡管瑞利在力學(xué)上有諸多貢獻(xiàn)，但是他獲得諾貝爾獎(jiǎng)卻是因?yàn)樵?895年發(fā)現(xiàn)了氣體中的一個(gè)稀有元素——?dú)澹ˋr）。當(dāng)時(shí)他發(fā)現(xiàn)從液態(tài)空氣中分餾出來(lái)的氮，與從亞硝酸銨中分離出來(lái)的氮，有著極小的密度差異。但是他那經(jīng)過(guò)嚴(yán)格數(shù)學(xué)邏輯訓(xùn)練的大腦使他具備一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，不輕易把千分之幾的數(shù)據(jù)偏差歸結(jié)于實(shí)驗(yàn)誤差，因而沒(méi)有與諾貝爾獎(jiǎng)的桂冠失之交臂。

瑞利一生發(fā)表了許多學(xué)術(shù)論文，他文筆清雅暢達(dá)，所寫文章大多有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明，定量十分準(zhǔn)確。后來(lái)，他把自己的論文整理為一部五卷本的論文集。論文集的開(kāi)頭，他寫下了這樣的言詞：偉大精深啊/上帝造物之奇妙！/研究探索吧/求得世界奧秘/樂(lè)在其中矣！

布里奇曼——諾貝爾物理獎(jiǎng)得主

布里奇曼（Bridgman，1882～1961）是美國(guó)著名的實(shí)驗(yàn)力學(xué)家和科學(xué)哲學(xué)家，是操作主義的創(chuàng)始人。他曾當(dāng)選為美國(guó)科學(xué)院院士和英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，并于1942年擔(dān)任美國(guó)物理學(xué)會(huì)主席。布里奇曼因發(fā)明產(chǎn)生很高壓力的裝置及利用這一裝置在高壓物理領(lǐng)域內(nèi)所做出的貢獻(xiàn)，而獲得了1946年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

一位美國(guó)學(xué)者評(píng)價(jià)布里奇曼的工作時(shí)說(shuō)到：“幾乎沒(méi)有任何其他物理學(xué)領(lǐng)域能夠與高壓物理學(xué)相比，高壓物理學(xué)主要是一個(gè)人的工作。”從1905年開(kāi)始，布里奇曼就研究了物質(zhì)在高壓下的力學(xué)性能。他創(chuàng)建了一種新的高壓裝置，可產(chǎn)生10 GPa（十億帕斯卡）的壓力。他利用該裝置，廣泛地研究了100多種化合物在高壓下的物理性能，如壓縮性、電導(dǎo)、熱導(dǎo)、拉伸強(qiáng)度和粘度等。在金屬材料的力學(xué)性能方面，他發(fā)現(xiàn)金屬的塑性變形與施加的靜水壓力關(guān)系不大，而受剪應(yīng)力的影響較大。這些結(jié)論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑性加工、機(jī)械、材料、土木、水利、航空航天等領(lǐng)域。

篇4

關(guān)鍵詞：流固耦合；巖體；地下水；研究方法；滲流

中圖分類號(hào)：X523文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：

天然巖石不只是單一固相介質(zhì)，尚有固相、液相和氣相并存的多孔介質(zhì)組合，巖石經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的成巖和改造歷史，其內(nèi)部富含各種缺陷，包括微裂紋、孔隙以及節(jié)理裂隙等宏觀非連續(xù)面，它們的存在為地下水提供了儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)所。地下水的滲流還以滲透應(yīng)力作用于巖體，影響巖體中應(yīng)力場(chǎng)的分布，同時(shí)巖體應(yīng)力場(chǎng)的改變往往使裂隙產(chǎn)生變形，影響裂隙的滲透性能，所以滲流場(chǎng)隨著裂隙滲透性的變化重新分布，因此，在許多情況下必須考慮流體,包括液體(油或水)、氣體(天然氣、煤礦瓦斯等)在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)規(guī)律及其對(duì)巖體本身的變形或強(qiáng)度造成的影響，即應(yīng)考慮巖體內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)與滲流場(chǎng)之間的相互耦合作用。

近年來(lái)，流固耦合問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，這方面的研究涉及許多領(lǐng)域，在采礦領(lǐng)域，涉及地?zé)衢_(kāi)發(fā)，石油開(kāi)采中的流固耦合滲流，采礦圍巖突水問(wèn)題等。在建筑工程領(lǐng)域，包括地下水抽取引起的地面沉降問(wèn)題，基坑滲流引起變形問(wèn)題，壩基滲流及穩(wěn)定性問(wèn)題，隧道建設(shè)等。在環(huán)境工程領(lǐng)域涉及地下核廢料存儲(chǔ)，城市垃圾廢棄物處理等以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域，這一問(wèn)題的研究對(duì)促進(jìn)科技進(jìn)步和解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題有著重要意義。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

關(guān)于巖體和流體相互作用研究最早見(jiàn)諸K.Terzaghi對(duì)有關(guān)地面沉降研究，其內(nèi)容主要限于考慮一維彈性孔隙介質(zhì)中飽和流體流動(dòng)時(shí)的固結(jié)，提出了著名的有效應(yīng)力公式，迄今該公式仍是研究巖體和流體相互作用的基礎(chǔ)公式之一。二十世紀(jì)中期Biot(1941,1956)進(jìn)一步研究了三向變形材料與孔隙壓力的相互作用，并在一些假設(shè)，如材料為各向同性、線彈性小變形，孔隙流體是不可壓縮的且充滿固體骨架的孔隙空間，而流體通過(guò)孔隙骨架的流動(dòng)滿足達(dá)西定律的基礎(chǔ)上，建立了比較完善的三維固結(jié)理論。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了多相飽和滲流與孔隙介質(zhì)耦合作用的理論模型，并在連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的系統(tǒng)框架內(nèi)建立了多相流體運(yùn)移和變形空隙介質(zhì)耦合問(wèn)題的理論模型。

Lous等（1974）運(yùn)用單裂隙試件進(jìn)行單向水流的室內(nèi)模型，綜合研究了天然裂隙表面粗糙度和波紋特征對(duì)水流速度的影響，并建立了層流狀態(tài)和紊流狀態(tài)的單個(gè)裂隙導(dǎo)水系數(shù)方程。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用多裂隙試件,通過(guò)三向水流試驗(yàn),推導(dǎo)出了一組平行裂隙面定性導(dǎo)水系表達(dá)式。

國(guó)內(nèi)董平川等建立了可變形飽和儲(chǔ)層中流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，本構(gòu)模型中考慮了彈塑性變形、蠕變等因素，以位移和流體壓力為未知量建立了統(tǒng)一的有限元求解格式，并以單井開(kāi)采為例子進(jìn)行了數(shù)值模擬。薛世峰建立了非混溶飽和兩相滲流與孔隙介質(zhì)耦合作用的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了用解耦合方法建立的有限元計(jì)算格式，并對(duì)流固耦合效應(yīng)進(jìn)行分析。李錫夔討論了力學(xué)一滲流一傳質(zhì)藕合問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，本構(gòu)模擬，應(yīng)變局部化分析的非經(jīng)典連續(xù)體有限元方法以及飽和土動(dòng)力學(xué)有限元分析的分步算法等。冉啟全建立了油藏多相滲流與應(yīng)力耦合滲流的數(shù)學(xué)模型，考慮了滲透率、孔隙度等參數(shù)變化，采用有限分與有限元交替迭代求解方法，并采用原始模型(非耦合)，彈性模型，塑性模型進(jìn)行計(jì)算，表明耦合效應(yīng)及本構(gòu)模型選取對(duì)計(jì)算結(jié)果影響明顯。范學(xué)平等利用有限差分法給出了油藏滲流與巖土線彈性變形之間的耦合解法，研究了應(yīng)變、孔隙度、滲透率等隨時(shí)間變化的規(guī)律，計(jì)算表明井底附近參數(shù)變化比較大，而距這一區(qū)域越遠(yuǎn)，受影響程度越小。王自明從質(zhì)量能量守恒定律，熱力學(xué)定律等基本定律出發(fā)，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法建立了熱流固耦合數(shù)學(xué)模型，并推導(dǎo)了相應(yīng)有限元計(jì)算格式。

常曉林推導(dǎo)了各性異性連續(xù)介質(zhì)的等效滲透系數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)的耦合關(guān)系,并對(duì)抽水井和壓力隧道進(jìn)行了偶合計(jì)算。許夢(mèng)國(guó)首先用Monte-Carlo法模擬巖體裂隙的分布，然后根據(jù)模擬結(jié)果分別形成滲流和巖體應(yīng)力有限元分析的單元網(wǎng)格,并進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，利用位移連續(xù)條件進(jìn)行耦合，最后用迭代法得出考慮滲流的不連續(xù)巖體的應(yīng)力狀態(tài).郭雪莽研究了大壩壩基內(nèi)的滲流與變形相互作用對(duì)大壩應(yīng)力、變形的影響。朱伯芳根據(jù)混凝土的滲透壓力-應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，研究了滲透水對(duì)非均質(zhì)重力壩應(yīng)力狀態(tài)的影響，并給出了精確解答和簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

國(guó)外學(xué)者Zienkiewcz，Schrefler，Katsube.N等人以混合物連續(xù)介質(zhì)理論為依據(jù)，在固結(jié)理論基礎(chǔ)上建立控制方程。Liewis等對(duì)問(wèn)題進(jìn)行一些假設(shè)，忽略了固相骨架變形影響，推導(dǎo)了相應(yīng)方程。Tortike，Ali等考慮了溫度影響，建立了相應(yīng)流一固一熱藕合方程并給出計(jì)算方法。MariselaA.Sanchez Dagger建立了飽和兩相耦合方程，并用有限差分法與動(dòng)態(tài)松弛法建立相應(yīng)計(jì)算格式，并對(duì)出砂問(wèn)題進(jìn)行了研究。Rajesh K.Mair,K.M.Neaupane建立了裂隙巖體的流一固，流一固一熱模型，采用有限元法進(jìn)行了算例分析，并進(jìn)行了井壁力學(xué)穩(wěn)定性分析。也有部分學(xué)者采用離散元、邊界元、有限體積法或幾種方法相結(jié)合形式進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

流固耦合模型是一組非線性，非穩(wěn)態(tài)的包含不同類型偏微分方程的方程組，由于問(wèn)題復(fù)雜性其數(shù)值求解的不完善之處，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在這兩個(gè)方面都作了大量數(shù)值試驗(yàn)，如何從簡(jiǎn)單算例驗(yàn)證到實(shí)際工程中大規(guī)模計(jì)算是今后要做的工作。

2 流固耦合滲流的特點(diǎn)及其研究方法

2.1 流固耦合的特點(diǎn)

水在巖體中的滲流并不完全單相液體的穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。其實(shí)當(dāng)?shù)叵滤趲r體滲流時(shí)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力而改變巖體的原始應(yīng)力狀態(tài)，同時(shí)巖體應(yīng)力狀態(tài)的改變反過(guò)來(lái)又會(huì)影響巖體的滲透系數(shù)，從而改變巖體滲流場(chǎng)的分布。這樣反復(fù)影響最后達(dá)到平衡，這樣的耦合過(guò)程有以下特點(diǎn)：

(1) 流固兩相介質(zhì)之間的相互作用是流固耦合最重要特征。一方面變形巖體在流體載荷作用下產(chǎn)生變形，另一方面變形反過(guò)來(lái)又影響流場(chǎng)，從而改變流體載荷的分布和大小。正是這種相互作用將產(chǎn)生復(fù)雜的流固耦合現(xiàn)象。

(2) 流體和固體分別占有各自的區(qū)域，它們之間的相互作用必須通過(guò)流固兩相之間交界面上的邊界效應(yīng)反映出來(lái)。

(3) 由于巖體中孔隙和裂隙的存在，飽和多孔固體的本構(gòu)方程與不含裂隙和孔隙的真實(shí)固體材料的本構(gòu)方程有很大的區(qū)別。

2.2 流固耦合的研究方法

根據(jù)流固耦合的特點(diǎn)，在引入孔隙率與表征性體積單元之后，便可將多孔介質(zhì)看成由大量有一定大小，包含足夠多條孔隙又包含無(wú)孔隙固體骨架的質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的。因此質(zhì)點(diǎn)有孔隙率，可以規(guī)定其流體密度、固體密度、強(qiáng)度和彈性模量等材料特性參數(shù)；同時(shí)質(zhì)點(diǎn)也能承受應(yīng)力和流體壓力的作用，即質(zhì)點(diǎn)可以定義狀態(tài)變量。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于滲流區(qū)域充分小時(shí)，質(zhì)點(diǎn)上各種材料性質(zhì)參數(shù)和變量可看作空間點(diǎn)的函數(shù)，它們隨著空間點(diǎn)位置的不同連續(xù)變化。若多孔介質(zhì)所占據(jù)的空間中的每一個(gè)小區(qū)域都被這樣一個(gè)質(zhì)點(diǎn)占據(jù),而每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)也僅僅占據(jù)空間一個(gè)小區(qū)域，即在空間區(qū)域與質(zhì)點(diǎn)之間建立了一種一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這樣,實(shí)際的多孔介質(zhì)就被一種假想的連續(xù)介質(zhì)所代替。在假想的連續(xù)介質(zhì)中我們就可以用連續(xù)性的數(shù)學(xué)方法去研究流固耦合問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，我們就可以綜合利用巖石力學(xué)和滲流力學(xué)的分析方法，并考慮流固耦合作用來(lái)研究流固耦合滲流問(wèn)題，建立控制方程。也就是說(shuō)，對(duì)于固相骨架必須滿足巖石的平衡方程。由于孔隙流體壓力的影響，固相骨架的變形由有效應(yīng)力控制，而對(duì)于孔隙流體必須滿足連續(xù)性方程(即質(zhì)量守恒方程)。在固相平衡方程和孔隙流體的連續(xù)性方程中應(yīng)包括流固耦合項(xiàng)。

3 研究展望

盡管流固耦合問(wèn)題經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)比較完善，但要真正解決好流固耦合問(wèn)題必須結(jié)合流體力學(xué)與固體結(jié)構(gòu)分析中的各種方法與細(xì)節(jié)進(jìn)行分析，具體以下幾個(gè)方面需展開(kāi)進(jìn)一步研究：

(1) 巖石滲透空間結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，不同巖質(zhì)、不同地層的裂隙巖體都具有各自的滲透空間結(jié)構(gòu)，不可能用一個(gè)統(tǒng)一的模式解決巖石流固耦合問(wèn)題，要針對(duì)不同的巖石結(jié)構(gòu)，研究不同的數(shù)學(xué)物理模型。

(2) 考慮溫度，物理化學(xué)作用等影響，建立考慮溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和水、氣、固等多相介質(zhì)耦合模型。

(3) 考慮從微觀角度研究固體內(nèi)部的變化對(duì)流體場(chǎng)的影響，使問(wèn)題的解答更接近與實(shí)際。

(4) 由于流固耦合問(wèn)題的復(fù)雜性，用純粹的解析方法很難求解，應(yīng)大力發(fā)展具有巖石滲流特色及流固耦合的數(shù)值分析方法。

4 結(jié)論

本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)外流固耦合研究現(xiàn)狀行進(jìn)了論述，滲流的流固耦合問(wèn)題的一個(gè)顯著特點(diǎn)是固體區(qū)域與流體區(qū)域互相包含、互相纏繞,難以明顯地劃分開(kāi),因此必須將流體相與固體相視為相互重疊在一起的連續(xù)介質(zhì),在不同相的連續(xù)介質(zhì)之間可以發(fā)生相互作用。這樣,我們就可以用連續(xù)性的數(shù)學(xué)方法去研究流固耦合問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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[3] 朱珍德，郭海慶．裂隙巖體水力學(xué)基礎(chǔ)[M]．北京：科學(xué)出版社,2007

[4] 董平川，郎兆新等．油井開(kāi)采過(guò)程中油層變形的流固耦合分析[J]．地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)．2000 6(2):6-10

[5] 董平川，徐小荷．儲(chǔ)層流固耦合的數(shù)學(xué)模型及其有限元方程[J]．石油學(xué)報(bào)．1998.19(1):64-70

篇5

【關(guān)鍵詞】滲透與融合；研究領(lǐng)域；研究方法

物理是一門自然科學(xué)，但它并不是孤立的體系，與其他學(xué)科都有著密切的聯(lián)系，因此，物理教學(xué)中要注重與其他學(xué)科知識(shí)的滲透與融合，用物理學(xué)的知識(shí)解讀其他學(xué)科教材，揭示各學(xué)科之間知識(shí)、技能的聯(lián)系，使學(xué)生學(xué)到的物理知識(shí)變的更加靈活有用。

1 物理與語(yǔ)文、歷史

語(yǔ)文乃百科之母，主要體現(xiàn)在對(duì)文字的閱讀和理解，書面表達(dá)，邏輯思維等方面。物理的原理、定理、定律表述嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，要從真正意義上的理解和掌握，必須具備較強(qiáng)的文字理解能力。

在語(yǔ)文教材中可以尋找到許多物理知識(shí)的蹤跡。如八年級(jí)語(yǔ)文《落日的幻覺(jué)》一文中所描述的落日：“太陽(yáng)看起來(lái)深黃，殷紅。”其實(shí)這正是光的折射現(xiàn)象所致，當(dāng)太陽(yáng)接近地平線時(shí)，光線通過(guò)的大氣層增厚，發(fā)生的折射現(xiàn)象增強(qiáng)，頻率較小，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅、黃光線偏折角度較小，致使紅光、黃光能夠穿過(guò)大氣層，此時(shí)太陽(yáng)呈現(xiàn)深黃、殷紅色。人們都非常熟悉的一些成語(yǔ)、諺語(yǔ)、歌詞等，如“海市蜃樓”、“猴子撈月亮”、“小小竹排江中游，巍巍群山兩岸走”。就蘊(yùn)含著物理學(xué)科中光的折射、反射及參照物的知識(shí)。將一些文學(xué)內(nèi)容融入到物理教學(xué)中，有親切感、真實(shí)感。若能挖掘文學(xué)素材來(lái)與物理世界溝通更有助于加深對(duì)物理知識(shí)的理解和掌握。

結(jié)合古今中外許多歷史故事進(jìn)行物理教學(xué)，如沈括發(fā)現(xiàn)磁偏角比西方早四百多年；墨子所著《墨經(jīng)》中記載的小孔成像；戰(zhàn)國(guó)時(shí)期發(fā)明的指南針（司南）。“計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)和工具的變遷”等，不僅使學(xué)生了解人類的文明史，還讓學(xué)生知道了物理學(xué)上的重大突破對(duì)人類認(rèn)識(shí)史的沖擊以及在社會(huì)發(fā)展史上所引起的重大變革，推動(dòng)了技術(shù)革命轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

2 物理與其他自然科學(xué)

物理和數(shù)學(xué)密不可分，物理問(wèn)題要借助數(shù)學(xué)工具來(lái)解決，數(shù)學(xué)又在解決物理問(wèn)題中得到發(fā)展。即是在初中，兩學(xué)科知識(shí)的相互滲透舉不勝舉，如：行程問(wèn)題、金屬含量、密度等問(wèn)題。其中一些本身就是數(shù)學(xué)物理兩棲題。用數(shù)學(xué)函數(shù)圖像可以描述物理規(guī)律，如用曲線描繪出晶體在熔化過(guò)程溫度的變化規(guī)律。將數(shù)學(xué)一次函數(shù)，應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)中的控制變量法，歸納出電阻上電流和電壓的關(guān)系。在教學(xué)中將物理問(wèn)題采用數(shù)學(xué)技巧來(lái)解決，既能使學(xué)生掌握解題技巧，同時(shí)又能更好地促進(jìn)物理知識(shí)的掌握。

物理與化學(xué)有著交叉研究領(lǐng)域、相同的研究方法、共同的科學(xué)思想和科學(xué)家。如物理中講的分子、原子結(jié)構(gòu)屬于化學(xué)知識(shí)，但以此又能很好地解釋摩擦起電的成因。電流的化學(xué)效應(yīng)，就是電解質(zhì)溶液在通電后發(fā)生的化學(xué)變化。化學(xué)中有關(guān)溶液濃度、溶解度等問(wèn)題的計(jì)算，往往要借助物理學(xué)的密度公式。在實(shí)驗(yàn)中二者有許多相同的實(shí)驗(yàn)儀器。做“氣體分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)，需要通過(guò)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)手段從空氣中提取氮?dú)猓紫冉鉀Q這一問(wèn)題的則是英國(guó)的物理學(xué)家瑞利。有人把物理和化學(xué)稱作“兄弟”科目實(shí)不為過(guò)。在物理教學(xué)過(guò)程中把握物理、化學(xué)教材的設(shè)置和進(jìn)度，就能達(dá)到更好的教學(xué)效果。

隨著生物科學(xué)的發(fā)展，它與物理學(xué)科之間不斷滲透和融合俞加顯現(xiàn)出來(lái)。初中生物主要研究生物現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律，其中許多知識(shí)點(diǎn)與物理學(xué)相關(guān)聯(lián)。如眼睛的結(jié)構(gòu)，顯微鏡的原理等，就運(yùn)用了光學(xué)的知識(shí)；耳的聽(tīng)覺(jué)原理、動(dòng)物的聲納定位知識(shí)的研究，又運(yùn)用到聲學(xué)的知識(shí)。可見(jiàn)物理也需要生物知識(shí)的應(yīng)用。

3 物理與體、音、美

現(xiàn)代競(jìng)技體育與其說(shuō)是力量的比拼，不如說(shuō)是高科技的競(jìng)爭(zhēng)。而其中離不開(kāi)大量有關(guān)的物理知識(shí)。如撐桿跳運(yùn)動(dòng)就是動(dòng)能彈性勢(shì)能重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)換過(guò)程，從能量轉(zhuǎn)化角度來(lái)分析，助跑速度至關(guān)重要。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上，游泳記錄頻頻被打破，這要得益于一款高科技含量的新式泳衣“鯊魚皮”，它的研發(fā)正是利用了流體力學(xué)的原理，最大限度減小身體與水之間的摩擦阻力，使速度大大提高。科學(xué)的訓(xùn)練方法，高科技的比賽裝備的研發(fā)，與物理知識(shí)高度相關(guān)。

音樂(lè)是物理學(xué)中聲學(xué)的研究對(duì)象，主要研究音樂(lè)與音調(diào)、響度、音色等物理學(xué)知識(shí)點(diǎn)的異同。如聲樂(lè)中的高音和低音，由聲帶的振動(dòng)頻率所決定。各種樂(lè)器之所以音色不同，則是由其不同頻率的泛音數(shù)目所決定。可見(jiàn)音樂(lè)則屬物理學(xué)中聲學(xué)所研究的范疇。

篇6

關(guān)鍵詞：空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)；教學(xué)方法；考核方式

空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)是建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)重要的專業(yè)課之一。該課程以流體力學(xué)、工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)等課程為基礎(chǔ)，主要介紹制冷的基本原理、設(shè)備構(gòu)造、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)節(jié)及維護(hù)等方面的知識(shí)。不僅要求學(xué)生熟練掌握空氣調(diào)節(jié)技術(shù)所用制冷技術(shù)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，而且要求學(xué)生對(duì)制冷技術(shù)的發(fā)展前沿知識(shí)有所了解，熟練掌握制冷設(shè)備熱工計(jì)算方法，理解制冷系統(tǒng)及設(shè)備的原理及運(yùn)行特點(diǎn)，掌握制冷機(jī)組的計(jì)算選型問(wèn)題，同時(shí)為今后空氣調(diào)節(jié)工程制冷設(shè)備的選型計(jì)算和優(yōu)化積累堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)課程在建筑環(huán)境與設(shè)備專業(yè)教學(xué)中具有舉足輕重的地位和作用。

本文針對(duì)空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)課程的這些特點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用型本科院校學(xué)生的實(shí)際情況，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式四個(gè)方面就如何提高空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)課程教學(xué)效果進(jìn)行了探討。

一、合理選取教學(xué)內(nèi)容

目前，我校制冷技術(shù)課程選用的教材為彥啟森等編著的《空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)》（第四版）。該教材體系嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)清晰，突出了系統(tǒng)性與實(shí)用性結(jié)合的特點(diǎn)。但是，該教材是按照60學(xué)時(shí)編寫，而我校該課程總學(xué)時(shí)僅有32學(xué)時(shí)，其中包括2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課。因此在講授時(shí)有必要對(duì)部分內(nèi)容進(jìn)行壓縮。例如，在講授“制冷劑與載冷劑”這一章時(shí)，我們重點(diǎn)介紹制冷劑的性質(zhì)和命名，對(duì)載冷劑和油這兩小節(jié)只用做簡(jiǎn)要介紹。在講授“制冷壓縮機(jī)”這一章時(shí)，重點(diǎn)介紹活塞式、螺桿式、離心式壓縮機(jī)的工作特性及其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍，對(duì)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)只要求學(xué)生做簡(jiǎn)要了解。這是由于本專業(yè)學(xué)生在以后的工作中主要涉及的一部分內(nèi)容就是制冷機(jī)組的設(shè)計(jì)選型及其運(yùn)行問(wèn)題，并不會(huì)對(duì)壓縮機(jī)本身進(jìn)行設(shè)計(jì)。在講授第四章“制冷裝置的換熱設(shè)備”時(shí)，我們重點(diǎn)介紹的是冷凝器、蒸發(fā)器以及其他換熱設(shè)備的種類和工作原理，而對(duì)它們的傳熱過(guò)程和設(shè)計(jì)計(jì)算介紹較為簡(jiǎn)練，這是因?yàn)閭鳠釋W(xué)、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備及換熱器設(shè)計(jì)等課程對(duì)此都有相關(guān)的介紹。相反，有些內(nèi)容不但不能刪減，還需要加以補(bǔ)充。例如第一章“蒸氣壓縮式制冷的熱力學(xué)原理”，這一章是整個(gè)課程的核心，要想深入透徹地掌握制冷技術(shù)的專業(yè)知識(shí)，必須正確熟練掌握有關(guān)制冷技術(shù)的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)，才能做到有的放矢，抓住問(wèn)題的本質(zhì)。因此，授課時(shí)應(yīng)重點(diǎn)抓住學(xué)生容易產(chǎn)生疑問(wèn)的地方，給學(xué)生講授和解釋相關(guān)的熱力學(xué)背景。

二、靈活選擇教學(xué)方法

教學(xué)方法是師生為完成教學(xué)任務(wù)，傳授與學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容所運(yùn)用的手段和途徑，包括教師教的方法和學(xué)生學(xué)的方法兩方面。教學(xué)方法選擇是否得當(dāng)，對(duì)教學(xué)效果起著至關(guān)重要的作用。

1.形象對(duì)比法

形象對(duì)比法是指在教學(xué)過(guò)程中，把書本上的知識(shí)與日常生活中比較容易理解的事物進(jìn)行對(duì)比，加深學(xué)生對(duì)書本知識(shí)的理解。比如，講解壓縮機(jī)時(shí)，可以用人體心臟做類比。心臟壓縮和輸送血液形成循環(huán)，而壓縮機(jī)則是壓縮和輸送制冷劑蒸氣形成循環(huán)，這種對(duì)比使學(xué)生很容易理解壓縮機(jī)的作用和結(jié)構(gòu)等知識(shí)。講熱泵裝置這部分內(nèi)容時(shí)，可與生活中的水泵進(jìn)行類比，水泵可以使水從低處輸送到高處，熱泵可以使熱量從低溫?zé)嵩摧斔偷礁邷責(zé)嵩矗⑶叶际窍碾娔茏鳛檠a(bǔ)償條件。通過(guò)對(duì)比講解，與生活中的實(shí)物進(jìn)行對(duì)照，教師可以使學(xué)生更容易理解書本上的知識(shí)，也可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.案例教學(xué)法

案例教學(xué)法最早起源于美國(guó)，指以案例作為教材，讓學(xué)生處于當(dāng)事人的位置，在教師的引導(dǎo)下，運(yùn)用所掌握的理論知識(shí)，分析思考和討論案例中的各種疑難情節(jié)，逐步形成具有各自特點(diǎn)處理方案的教學(xué)方法。案例教學(xué)法使學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)變得主動(dòng)探索難題從而主動(dòng)掌握知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)的環(huán)節(jié)需要學(xué)生和老師共同去完成，學(xué)生將參與整個(gè)教學(xué)過(guò)程，因此有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自覺(jué)性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

案例教學(xué)法效果好壞的關(guān)鍵是案例的選取。選擇教學(xué)案例時(shí)，應(yīng)密切結(jié)合教學(xué)內(nèi)容挑選案例，選擇那些有助于教學(xué)內(nèi)容的傳授并帶有一定代表性的案例，這樣才能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，輕松地理解和掌握理論知識(shí)，并獲得一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。另外，選擇的教學(xué)案例，必須依據(jù)客觀實(shí)際，與實(shí)際相符，具備一定的合理性，學(xué)生通過(guò)案例的探討，才可能真正具備解決實(shí)際問(wèn)題的本領(lǐng)。

3.互動(dòng)式教學(xué)

互動(dòng)式教學(xué)即在教學(xué)過(guò)程中采用提問(wèn)、小組學(xué)習(xí)討論、師生角色互換以及其他師生共同參與的方式進(jìn)行信息交流和傳遞的教學(xué)方法。互動(dòng)式教學(xué)需要師生共同參與，可以有效地減少學(xué)生在課堂上說(shuō)話、睡覺(jué)、玩手機(jī)等現(xiàn)象。不斷討論問(wèn)題，然后解決問(wèn)題，有利于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力，提高學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)綜合運(yùn)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動(dòng)學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在授課過(guò)程中，根據(jù)授課內(nèi)容靈活地選擇教學(xué)方法，可以起到事半功倍的效果。

三、豐富教學(xué)手段

在教學(xué)過(guò)程中，除了靈活地選擇教學(xué)方法，還要豐富我們的課堂教學(xué)手段。目前主要的教學(xué)手段有板書教學(xué)和多媒體教學(xué)。

板書是一種課堂藝術(shù)，是教師口語(yǔ)的書面表達(dá)形式，是課堂上常用的教學(xué)輔助手段。在課堂板書過(guò)程中，教師可以從一個(gè)點(diǎn)展開(kāi)，建立知識(shí)內(nèi)在的邏輯順序，使學(xué)生一步步跟著教師的思路，理清知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)點(diǎn)之間，知識(shí)點(diǎn)與知識(shí)面之間的關(guān)系，學(xué)生把握了知識(shí)點(diǎn)要領(lǐng)的學(xué)習(xí)，就能掌握整個(gè)知識(shí)面，這對(duì)學(xué)生理解和掌握教材內(nèi)容來(lái)說(shuō)都是十分有益的。當(dāng)然，板書也有它的局限性。空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)課程最突出的特點(diǎn)之一是設(shè)備結(jié)構(gòu)圖和管路配置圖比較多。在講述冷凝器等設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理時(shí)，需要教師自己畫圖或者使用大量的掛圖和模型，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且非常枯燥。對(duì)于那些沒(méi)有實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)歷的學(xué)生來(lái)說(shuō)，再努力描述也不夠生動(dòng)直觀，進(jìn)而影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，難以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

多媒體教學(xué)是指采用計(jì)算機(jī)交互式綜合處理文本、圖片、聲音和動(dòng)畫等多媒體技術(shù)的教學(xué)手段。在教學(xué)過(guò)程中積極利用多媒體教學(xué)手段，可以將文本、圖片、聲音和動(dòng)畫等融為一體，使抽象的概念具體化，實(shí)際問(wèn)題形象化，便于學(xué)生接受和理解知識(shí)，能大大提高課堂教學(xué)的生動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。比如，第三章“制冷壓縮機(jī)”這一部分內(nèi)容，利用多媒體技術(shù)播放壓縮機(jī)運(yùn)行的動(dòng)畫，學(xué)生可以很直觀地了解壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，便于學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)。人一般對(duì)動(dòng)態(tài)的東西感興趣，動(dòng)畫可以吸引學(xué)生的注意力，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果。但是，多媒體教學(xué)方法也存在一定的弊端，例如多媒體課件提供的信息量太大且停留時(shí)間短，學(xué)生難以消化。

多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書教學(xué)各有優(yōu)勢(shì)和不足，應(yīng)當(dāng)取長(zhǎng)補(bǔ)短。使用多媒體教學(xué)時(shí)，也可以利用板書作為輔助手段，講到哪部分知識(shí)就把目錄寫在黑板上，使學(xué)生對(duì)本次課的框架非常清楚。若多媒體課件信息量太大，可以放慢講解速度，必要時(shí)用傳統(tǒng)教學(xué)方法加以詳述。當(dāng)遇到公式很多的章節(jié)時(shí)，可以以板書為主，多媒體課件為輔，先把整體的公式利用多媒體放映出來(lái)，然后再在黑板上一步步板書。多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書教學(xué)有機(jī)結(jié)合，可以使教學(xué)更加生動(dòng)、形象，而且更加有條理，這樣對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，優(yōu)化教學(xué)效果也有一定的作用。

四、改進(jìn)考核方式

傳統(tǒng)的課程考核方式一般采用閉卷考試的形式，結(jié)合平時(shí)成績(jī)，按一定比例最終評(píng)定課程成績(jī)。這樣只能考查學(xué)生的已有專業(yè)知識(shí)記憶水平，體現(xiàn)不出學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力和解決問(wèn)題的能力，更體現(xiàn)不出學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，因此，有必要對(duì)現(xiàn)行考核方式進(jìn)行改進(jìn)。

鑒于空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)是一門重視實(shí)踐的專業(yè)課，考核時(shí)應(yīng)既注重考查學(xué)生的專業(yè)知識(shí)掌握情況，又注重檢驗(yàn)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。基于以上因素，建議將本課程的考核分為以下四個(gè)部分。第一部分為閉卷考試，占總成績(jī)的50%。考試內(nèi)容包括基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和具有工程背景的綜合性試題，重點(diǎn)考查學(xué)生的基本概念和基本解題能力，同時(shí)考查學(xué)生分析實(shí)際工程問(wèn)題，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。第二部分為大作業(yè)，占總成績(jī)的20%，可以將學(xué)生分成若干小組，以小組為單位，通過(guò)給每個(gè)小組提供一些研究課題，要求學(xué)生自己收集資料來(lái)分析、解決問(wèn)題，最終形成研究報(bào)告，并以PPT的形式在課堂上做匯報(bào)，教師根據(jù)學(xué)生的整體情況進(jìn)行打分。通過(guò)這一過(guò)程既可以鍛煉學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，激發(fā)學(xué)生的興趣，又可以培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，一舉兩得。第三部分為實(shí)驗(yàn)，占總成績(jī)的10%。學(xué)生分組做實(shí)驗(yàn)，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。第四部分為課后習(xí)題、課堂提問(wèn)和考勤，占總成績(jī)的20%。通過(guò)這些方式將考試的“一錘定音”改為多階段的考核。

考核結(jié)束后要對(duì)考核結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，然后通過(guò)學(xué)生座談、教研室教師交流會(huì)議等形式來(lái)分析教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，從而了解學(xué)生知識(shí)、能力的實(shí)際掌握情況，以對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。

本文結(jié)合應(yīng)用型本科院校學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)提高空氣調(diào)節(jié)用制冷技術(shù)的教學(xué)效果進(jìn)行了探討。合理選取教學(xué)內(nèi)容，靈活選擇教學(xué)方法，采用豐富的教學(xué)手段，有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。多元化的考核方式不僅能考查學(xué)生的專業(yè)知識(shí)掌握程度，還能鍛煉學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

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篇7

論文關(guān)鍵詞：教育；能源與環(huán)境；公共選修課

“能源”與“環(huán)境”是當(dāng)今世界發(fā)展的兩大主題。能源是人類社會(huì)賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是工業(yè)的食糧、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的命脈。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量日益增大。但是，當(dāng)今世界所使用的能源絕大多數(shù)仍取自地球，隨著不斷地開(kāi)采和利用，各種能源資源日漸枯竭，能否滿足未來(lái)世界不斷增加的能源需求是人類共同面臨的問(wèn)題。

為適應(yīng)上述形勢(shì)需要和公選課要求，蘇州大學(xué)于2006年面向全校非動(dòng)力機(jī)械與工程專業(yè)開(kāi)設(shè)能源可持續(xù)發(fā)展公選課。公共選修課是高校課程體系的重要組成部分，是學(xué)生擴(kuò)展橫向知識(shí)、培養(yǎng)自學(xué)和動(dòng)手能力的最佳平臺(tái)。多年來(lái)，學(xué)校在加強(qiáng)全校本科生能源與環(huán)境意識(shí)的培養(yǎng)上不斷探索與創(chuàng)新，逐步摸索出一套行之有效的方法。由于其他專業(yè)的學(xué)生不具備相關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)，因此，在授課過(guò)程中講授能源與環(huán)境的基本概念、國(guó)內(nèi)、國(guó)際能源使用現(xiàn)狀與嚴(yán)峻形勢(shì)、能源與世界政治、經(jīng)濟(jì)的關(guān)系、新能源的開(kāi)發(fā)與使用、世界環(huán)境現(xiàn)狀、環(huán)境與人類的生存以及各種環(huán)境保護(hù)的一般方法等科普性的知識(shí)，以使學(xué)生易于理解和接受。

這門課程主要講授以下內(nèi)容：當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及我國(guó)科技發(fā)展的戰(zhàn)略部署；熱工基礎(chǔ)（熱力學(xué)、傳熱學(xué)及流體力學(xué)和燃燒學(xué)基礎(chǔ)部分）；工程熱物理學(xué)科的發(fā)展戰(zhàn)略；能源基礎(chǔ)知識(shí)；可持續(xù)發(fā)展；能源科技發(fā)展及可再生能源發(fā)展?fàn)顩r（生物能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋L(fēng)能、潮汐能、氫能和燃料電池）和開(kāi)發(fā)利用技術(shù)；火力發(fā)電廠基本知識(shí)；核能發(fā)電；大氣環(huán)境保護(hù)原理基礎(chǔ)；潔凈煤技術(shù)概論；潔凈煤技術(shù)（SOx）產(chǎn)生機(jī)理及控制技術(shù)；潔凈煤技術(shù)（NOx）的產(chǎn)生機(jī)理及排放控制技術(shù)；節(jié)能原理簡(jiǎn)介及相關(guān)技術(shù)（能量系統(tǒng)的分析方法、工業(yè)過(guò)程節(jié)能的途徑與方法）；針對(duì)當(dāng)下能源與環(huán)境中的熱點(diǎn)問(wèn)題和新技術(shù)進(jìn)行專題討論。

在近些年的“能源與可持續(xù)發(fā)展”教學(xué)摸索與實(shí)踐中，學(xué)生反映良好，筆者總結(jié)出一些方法和經(jīng)驗(yàn)，以下就較為典型的幾個(gè)突出問(wèn)題談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)與實(shí)踐。

一、與時(shí)俱進(jìn)引入新概念，引發(fā)學(xué)生思考

科研為教學(xué)創(chuàng)設(shè)一種學(xué)術(shù)氛圍和探索研究的環(huán)境，將新的科學(xué)技術(shù)成就和成果及時(shí)引入教學(xué)，則能使課程教學(xué)更具現(xiàn)實(shí)性、前沿性，提高教學(xué)質(zhì)量和水平。能源利用基礎(chǔ)部分涉及到熱學(xué)知識(shí)，筆者引入了過(guò)增元院士提出的熱學(xué)新概念，但是并不深入介紹，而是介紹現(xiàn)有概念來(lái)龍去脈，引起學(xué)生思考，感受大師的思維方法。

先從日常生活中的熱現(xiàn)象著手，介紹熱學(xué)基本概念。

其次從熱的本質(zhì)講其發(fā)展簡(jiǎn)史，引經(jīng)據(jù)典，如介紹南北朝成書的《關(guān)尹子》、東漢王充的著作《論衡·寒溫篇》、漢代《淮南萬(wàn)畢術(shù)》、《武林舊事》等熱現(xiàn)象記載，講述古希臘科學(xué)家對(duì)熱的認(rèn)識(shí)，引出兩種觀點(diǎn)即熱質(zhì)說(shuō)和熱動(dòng)說(shuō)。熱質(zhì)說(shuō)認(rèn)為熱是一種沒(méi)有質(zhì)量的特殊物質(zhì)，熱動(dòng)說(shuō)認(rèn)為熱是物質(zhì)粒子的微觀運(yùn)動(dòng)。這兩種思想相互碰撞、辯論了好幾個(gè)世紀(jì)，但是這兩種思想并不是鮮明的對(duì)立，很多思想中都包含著兩種思想的影子。

再就現(xiàn)有傳熱學(xué)面臨的挑戰(zhàn)引發(fā)同學(xué)思考，如：

其一，經(jīng)典的傳熱規(guī)律面臨極端條件下傳熱現(xiàn)象的巨大挑戰(zhàn)。例如以激光的利用為代表的超快速加熱，如激光武器和激光加工技術(shù)，激光脈沖寬度可達(dá)到飛秒量級(jí)，如何預(yù)測(cè)激光加熱過(guò)程是傳統(tǒng)熱學(xué)原理遇到的問(wèn)題。

其二，經(jīng)典熱學(xué)中還沒(méi)有以提高能源利用率為目的的傳熱過(guò)程的優(yōu)化理論和技術(shù)。當(dāng)前面臨世界性的能源短缺問(wèn)題，我國(guó)面臨的節(jié)能減排的形勢(shì)更為嚴(yán)峻。因此，提高能源利用效率更為重要。然而，傳熱學(xué)中只有熱量傳遞速率而沒(méi)有熱量傳遞效率的概念，所以只有傳熱過(guò)程的強(qiáng)化而無(wú)傳熱過(guò)程優(yōu)化的理論和技術(shù)。

其三，傅立葉導(dǎo)熱定律導(dǎo)致熱傳播速度為無(wú)窮大的缺陷還沒(méi)有很好地解決。早在1822 年，法國(guó)的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家傅利葉就提出了著名的傅立葉導(dǎo)熱定律，即熱流與溫度梯度成正比。盡管作為實(shí)驗(yàn)定律的傅利葉導(dǎo)熱定律已為大量的工程實(shí)踐所證實(shí)，并獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，用傅利葉導(dǎo)熱定律描述瞬態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程時(shí)，由于所得到的熱傳導(dǎo)方程是拋物型的。這隱含著熱是以擴(kuò)散的方式傳播，因此出現(xiàn)了熱擾動(dòng)傳播速度無(wú)窮大的佯謬。傅立葉定律的這一缺陷表明，它只是一個(gè)唯象的近似定律，在物理上是不完善的。

其四，傳熱學(xué)缺乏同物理其他分支學(xué)科之間共性的量和規(guī)律。傅立葉在他的熱學(xué)專著《熱的解析理論》中指出“……無(wú)論力學(xué)理論的研究范圍如何，它們都不能應(yīng)用于熱效應(yīng)。這些熱效應(yīng)構(gòu)成一個(gè)特殊的現(xiàn)象類，它們不能用運(yùn)動(dòng)和平衡的原理來(lái)解釋……自然哲學(xué)的這一部分不可能與動(dòng)力學(xué)的理論有關(guān)，它有它本身特有的原理。”

與物理學(xué)的其他分支學(xué)科相比，熱學(xué)沒(méi)有的概念有：質(zhì)量、力、速度、動(dòng)量；波、振動(dòng)等。熱學(xué)獨(dú)有的概念有：熵、可用能、狀態(tài)量和過(guò)程量等。

由于學(xué)生們是學(xué)過(guò)大學(xué)物理學(xué)的，對(duì)物理學(xué)內(nèi)容的構(gòu)架有基本認(rèn)識(shí)。通過(guò)以上縱向比較，同學(xué)們一致認(rèn)為對(duì)物理學(xué)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收到了良好效果。

二、加強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)、生產(chǎn)實(shí)踐，培養(yǎng)工程的觀念

社會(huì)實(shí)踐、調(diào)研是本科生教學(xué)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生接觸社會(huì)、工程或生產(chǎn)實(shí)際的一個(gè)基本手段。同時(shí)，教學(xué)中實(shí)際例題分析是最具說(shuō)服力的，對(duì)學(xué)生知識(shí)認(rèn)知、理解和分析幫助很大，他們也比較感興趣。

例如筆者結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目介紹：在分布式能源系統(tǒng)中，讓學(xué)生實(shí)踐調(diào)研華東地區(qū)氣候條件，統(tǒng)計(jì)華東四省一市主要城市月度氣溫，調(diào)查華東四省一市或華東地區(qū)主要城市天然氣資源、華東四省一市或華東地區(qū)主要城市電價(jià)及華東地區(qū)醫(yī)院、酒店、商業(yè)、娛樂(lè)設(shè)施、辦公、機(jī)場(chǎng)、學(xué)校、居民等用戶的冷負(fù)荷、熱負(fù)荷和電負(fù)荷需求、持續(xù)時(shí)間。同學(xué)們利用假期在所在地區(qū)積極調(diào)研，得出華東地區(qū)民用電價(jià)平均值為0.5645元/度，燃?xì)怃N售價(jià)格2.2元/立方米，工業(yè)電價(jià)平均值為0.9元/度，燃?xì)怃N售價(jià)格3.5元/立方米。通過(guò)調(diào)查，同學(xué)們得到華東地區(qū)空調(diào)供應(yīng)時(shí)間一般是：制冷100～150天，采暖90～100天，過(guò)渡期110～170天，制冷和采暖的需求時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)些。這些是華東地區(qū)發(fā)展天然氣分布式能源系統(tǒng)的有利條件和基礎(chǔ)。而學(xué)生實(shí)踐也為筆者豐富了教學(xué)內(nèi)容，使筆者感受到教學(xué)的樂(lè)趣，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)。

筆者結(jié)合具體設(shè)計(jì)案例引發(fā)學(xué)生思考，如：賓館的主樓建筑面積27000m2，裙房建筑面積約3000m2。賓館用電量較高，同時(shí)也有夏季冷負(fù)荷、冬季熱負(fù)荷和全年熱水的需求。本賓館分布式能源系統(tǒng)主要由1臺(tái)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和2臺(tái)溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組組成。系統(tǒng)的總發(fā)電量、制冷量、制熱量、制熱水量分別為600kW、3000kW、2400kW、7.7t，分布式能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)年運(yùn)行天數(shù)330天（扣除檢修時(shí)間）。本項(xiàng)目為全年運(yùn)行，其中供冷期主要為夏季年運(yùn)行120天左右，供熱期主要為冬季年運(yùn)行105天左右，熱水供應(yīng)全年運(yùn)行330天左右（扣除檢修）。

系統(tǒng)配置從原理上進(jìn)行科普性介紹，而不詳細(xì)展開(kāi)，如本分布式能源系統(tǒng)所用發(fā)電機(jī)組選用曼海姆的TCG2016V12C。選用的兩臺(tái)遠(yuǎn)大溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)組分別為1臺(tái)BZHEY125XD 一體化煙氣熱水直燃機(jī)和1臺(tái) BZY125XD 一體化直燃機(jī)。

分布式能源系統(tǒng)注重技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，結(jié)合本案例分析氣價(jià)、電價(jià)對(duì)系統(tǒng)影響，指出技術(shù)上合理還要經(jīng)濟(jì)上合算的工程經(jīng)濟(jì)學(xué)思想，介紹最簡(jiǎn)單的投資回收年限的概念。本案例中主要取決于投資成本和收益額的大小。其中，投資成本是指購(gòu)買設(shè)備所需要的費(fèi)用，主要指新設(shè)備的初投資、收益額表示系統(tǒng)年收益（輸出的冷、熱、電）減去系統(tǒng)運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用。

理論方法與生產(chǎn)和生活實(shí)際相結(jié)合，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過(guò)案例分析使學(xué)生初步掌握工程思想，并學(xué)會(huì)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

三、可持續(xù)發(fā)展與古代樸素的人與自然的基本關(guān)系

鑒于公選課從內(nèi)容到教學(xué)形式相對(duì)自由一些，針對(duì)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)逐年加大了素質(zhì)教育的內(nèi)容。

“可持續(xù)發(fā)展”一詞是在1980年的《世界自然保護(hù)大綱》中首次作為術(shù)語(yǔ)提出的。在此期間還提出了“可持續(xù)性”和“持續(xù)發(fā)展”等概念。“可持續(xù)性”是指社會(huì)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)或任何其他不斷發(fā)展中的系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)到無(wú)限將來(lái)而不會(huì)由于耗盡關(guān)鍵資源而被迫衰弱的一種能力。1987年，挪威首相布倫特蘭夫人主持世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)，在長(zhǎng)篇專題報(bào)告《我們共同的未來(lái)》中第一次明確提出了可持續(xù)發(fā)展的定義。“可持續(xù)發(fā)展”概念應(yīng)該是“可持續(xù)性”和“持續(xù)發(fā)展”的結(jié)合，既要考慮發(fā)展也要考慮環(huán)境、資源、社會(huì)等各方面保持一定水平。

但是講到這些，強(qiáng)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的思想其實(shí)在中國(guó)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，下面列舉如下例子以引發(fā)人們對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的崇尚：“為人君而不能謹(jǐn)守其山林菹澤草萊，不可以立為天下王”；“斬伐養(yǎng)長(zhǎng)，不失其時(shí)，故山林不童，而百姓有余材也”；“竭澤而漁，豈不得魚，而明年無(wú)魚；焚藪而田，豈不獲得，而明年無(wú)獸”。孔子說(shuō)：“斷一樹(shù)，殺一獸，不以其時(shí)，非孝也。”他還說(shuō)：“啟螫不殺則順人道，方長(zhǎng)不折則恕仁也。”孔子在他自己的生活實(shí)踐中一向是“釣而不網(wǎng)，戈不射宿”。

中國(guó)傳統(tǒng)文化的“天人合一”思想即把人類放在大自然生態(tài)環(huán)境中加以考慮，主張人與大自然息息相通，和諧一致，天、地、人一體化。孔子說(shuō)：“大哉，堯之為君也，巍巍乎，唯天為人，唯堯則之。”孔子肯定了天之可則，即肯定了自然的可則、人與自然具有統(tǒng)一性。《中庸》中有“萬(wàn)物并育而不相害，道并行而不相悖”，把人與自然的發(fā)展變化看作是相輔相成的和諧、平衡運(yùn)動(dòng)。人與大自然的關(guān)系不是對(duì)抗的而是協(xié)和共存的，不應(yīng)把天、地、人孤立起來(lái)考慮，而應(yīng)把三者放在一個(gè)大系統(tǒng)中作整體的把握，強(qiáng)調(diào)天人的協(xié)調(diào)、和諧，人與自然的協(xié)調(diào)、和諧。“天人合一”是中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)于人與自然關(guān)系的最基本的信念。人是大自然中的一群生命體，是屬于大自然的一個(gè)組成部分，人不應(yīng)該隨心所欲地征服自然、統(tǒng)治自然、支配自然。人必須學(xué)會(huì)尊重自然，愛(ài)惜自然。人與大自然的關(guān)系是一種相互依存的關(guān)系。

解決生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的根本就集中在如何看待人與自然的關(guān)系上。對(duì)此，可以從博大精深的中國(guó)傳統(tǒng)文化（孔教學(xué)說(shuō)）所蘊(yùn)含的生態(tài)環(huán)境理念中去汲取營(yíng)養(yǎng)。孔教生態(tài)環(huán)境理念能夠引導(dǎo)人們正確認(rèn)識(shí)和處理人與自然、局部利益與全局利益、眼前利益和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的關(guān)系，使全社會(huì)的生態(tài)意識(shí)、環(huán)境意識(shí)得到增強(qiáng)，從而達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的。

通過(guò)上述內(nèi)容引入，使同學(xué)們深入了解中華傳統(tǒng)文化的博大精深。中華傳統(tǒng)文化不僅對(duì)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著巨大影響，也為中國(guó)人的世界觀和行為方式的形成奠定了基礎(chǔ)。它的影響一直延續(xù)至今。課堂中引入和加強(qiáng)對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的了解，同學(xué)們反映良好。

四、結(jié)束語(yǔ)

篇8

[關(guān)鍵詞]錢學(xué)森；復(fù)雜系統(tǒng)；本體論；認(rèn)識(shí)論；方法論；實(shí)踐論

[中圖分類號(hào)]BO　[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A　[文章編號(hào)]1672-2426(2011)01-0008-06

導(dǎo)言

認(rèn)識(shí)世界，特別是認(rèn)識(shí)人類自身，是人類認(rèn)識(shí)發(fā)展的永恒主題。隨著技術(shù)的發(fā)展和海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，人類知識(shí)正以前所未有的速度向復(fù)雜性進(jìn)軍。雖然理性認(rèn)識(shí)已高度普及，科學(xué)理論還是面臨前所未有的挑戰(zhàn)，其中突出的挑戰(zhàn)是：如何應(yīng)對(duì)復(fù)雜性?

當(dāng)前，科學(xué)界普遍面臨著三大復(fù)雜性難題的挑戰(zhàn)：如何整合大量數(shù)據(jù)和知識(shí)，以形成對(duì)事物的深入系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)并用于指導(dǎo)社會(huì)實(shí)踐?如何在認(rèn)識(shí)論和方法論上融合自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)與人文學(xué)科?如何綜合人類的知識(shí)體系，構(gòu)建關(guān)于人與自然的和諧的科學(xué)圖景?傳統(tǒng)的還原論觀點(diǎn)難以解決這些難題。

社會(huì)雖然高度發(fā)展，但社會(huì)管理不斷面臨新的需求和挑戰(zhàn)，尤其在醫(yī)療和教育兩大領(lǐng)域。“看病難，看病貴”等社會(huì)現(xiàn)象，催化對(duì)醫(yī)療體系的深度思考，正在呼喚著以保障健康為目標(biāo)、重在全民參與的新醫(yī)療體系。教育體制改革、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施，呼喚新的教育理論，對(duì)杰出人才的需求將催生以開(kāi)發(fā)人體心智潛能為目標(biāo)的新教育模式。建立在解剖學(xué)、生物化學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)等人體還原論基礎(chǔ)上的醫(yī)學(xué)模型已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)踐需求，基于學(xué)科分類的知識(shí)結(jié)構(gòu)理論，也對(duì)知識(shí)的整合、教育模式的更新設(shè)置了障礙。人們迫切需要對(duì)“人”和社會(huì)形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并從根本上加深對(duì)知識(shí)與實(shí)踐的關(guān)系的理解，形成從認(rèn)識(shí)到實(shí)踐、到薦認(rèn)識(shí)持續(xù)循環(huán)的科學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程。

正是在上述科學(xué)、文化、社會(huì)發(fā)展的諸多需求背景下，產(chǎn)生了復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)，特別是錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想。

錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想是20世紀(jì)末我國(guó)系統(tǒng)學(xué)研究之輝煌成果。有“大成智慧”之譽(yù)。將復(fù)雜系統(tǒng)研究運(yùn)用于國(guó)計(jì)民生是力學(xué)泰斗錢學(xué)森教授幾十年來(lái)的深切愿望。“從定性到定量”的綜合集成法將社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)有機(jī)銜接，“專家研討廳”體系將精確邏輯思維和開(kāi)放直覺(jué)思維有效集成，開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論進(jìn)一步為研究腦與思維、人與社會(huì)等復(fù)雜系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)的科學(xué)模型，為面對(duì)社會(huì)系統(tǒng)開(kāi)展認(rèn)識(shí)、實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)的科學(xué)思維活動(dòng)提供了行之有效的認(rèn)識(shí)論和方法論。這里，錢學(xué)森以力學(xué)家特有的氣魄，引導(dǎo)人們?cè)谛率兰o(jì)各種變幻莫測(cè)、錯(cuò)綜復(fù)雜的事物面前，進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思考，作出智慧的判斷決策。他表示：“我在余生中就想促進(jìn)這件事情：建立一個(gè)科學(xué)體系，并運(yùn)用它解決社會(huì)主義建設(shè)中的問(wèn)題。”

一、錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想

錢學(xué)森在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的探索過(guò)程中，與他周圍的專家學(xué)者，緊密跟蹤國(guó)際學(xué)術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以解決重大科學(xué)和社會(huì)實(shí)踐問(wèn)題為目標(biāo)，創(chuàng)建了“現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系”、“開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論”、“從定性到定量的綜合集成法”等若干原創(chuàng)性的學(xué)術(shù)思想。這一學(xué)術(shù)體系正在發(fā)展為服務(wù)于社會(huì)發(fā)展的大成智慧。

其中，開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)理論和從定性到定量的綜合集成法，是錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想的核心。在此基礎(chǔ)上。錢學(xué)森還提出創(chuàng)建一系列新學(xué)科的構(gòu)想。例如，把人腦作為復(fù)雜巨系統(tǒng)來(lái)研究，提出了“思維科學(xué)”；把地球表層作為復(fù)雜巨系統(tǒng)來(lái)研究，提出了“地理科學(xué)”；把人體作為復(fù)雜巨系統(tǒng)來(lái)研究，提出了“人體科學(xué)”等。這些學(xué)術(shù)構(gòu)想，為新時(shí)期的學(xué)科創(chuàng)新指出了方向。

在錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想中，哲學(xué)觀具有核心作用。愛(ài)因斯坦曾指出：“如果把哲學(xué)理解為在最普遍和最廣泛的形式中對(duì)知識(shí)的追求，那么，顯然，哲學(xué)就可以被認(rèn)為是全部科學(xué)研究之母”。影響科學(xué)發(fā)展的哲學(xué)觀包括本體論、認(rèn)識(shí)論、方法論和實(shí)踐論四大層面。在對(duì)復(fù)雜事物的認(rèn)識(shí)中，這四個(gè)層面的相互影響更為突出。對(duì)事物本質(zhì)的認(rèn)識(shí)(即本體論)深刻地影響著人們提出問(wèn)題和解答問(wèn)題的方式(即認(rèn)識(shí)論)，影響著學(xué)者對(duì)系統(tǒng)的觀測(cè)和建模(即基礎(chǔ)科學(xué))，最終影響人們對(duì)系統(tǒng)實(shí)施干預(yù)的目的和方法(即技術(shù)和工程)。因此，錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)理論的發(fā)展應(yīng)該貫穿哲學(xué)觀、基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)與工程實(shí)踐四大層次，形成一個(gè)完整的學(xué)術(shù)體系。

二、復(fù)雜系統(tǒng)本體論

1.開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)論

復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜在何處?為什么傳統(tǒng)的科學(xué)方法論難以處理?錢學(xué)森在對(duì)這些基本問(wèn)題的深入思考中，提煉出一些復(fù)雜系統(tǒng)的本質(zhì)性特征。他從開(kāi)放性、子系統(tǒng)特征、相互作用特征等幾方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了分類，提出了“開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)”的概念。人腦系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、地理系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)等，都是典型的開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的復(fù)雜性特點(diǎn)表現(xiàn)在：(1)系統(tǒng)與環(huán)境之間有豐富的物質(zhì)、能量和信息交換(開(kāi)放性)；(2)系統(tǒng)存在多層次的子系統(tǒng)(層次性)；(3)子系統(tǒng)數(shù)量巨大，種類多樣，定性模型各異(多樣性)；(4)子系統(tǒng)之間相互作用關(guān)系復(fù)雜(復(fù)雜性)；(5)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能處于永久的進(jìn)化過(guò)程中(進(jìn)化性)。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論和方法論不能提供有效的指導(dǎo)。錢學(xué)森指出，對(duì)這類系統(tǒng)的研究，需要運(yùn)用從定性到定量的綜合集成法。

對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的研究不適于簡(jiǎn)單地走自下而上的路線。與簡(jiǎn)單系統(tǒng)不同，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的觀測(cè)必然產(chǎn)生大量的、多層次、多層面、甚至相互對(duì)立的豐富信息。對(duì)這些信息進(jìn)行綜合并形成理論模型的途徑是不唯一的，不同理論模型擁有不同的自洽度。事實(shí)證明，依靠傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型的思路來(lái)收集數(shù)據(jù)，通過(guò)自下而上的整合信息來(lái)獲取對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，在理論和實(shí)踐上都是極為困難的。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，對(duì)任何具體的復(fù)雜系統(tǒng)的有效認(rèn)識(shí)，必須首先有一個(gè)原始的復(fù)雜系統(tǒng)論的模型作為出發(fā)點(diǎn)，再結(jié)合具體系統(tǒng)的知識(shí)(數(shù)據(jù))，形成具體的模型和認(rèn)識(shí)。這樣獲得的認(rèn)識(shí)一定是初步的，有待深入完善的，必須在應(yīng)用于實(shí)踐，然后收集實(shí)踐效果的真實(shí)資料，來(lái)重新認(rèn)識(shí)。這樣形成的一個(gè)迭代檢驗(yàn)、修正認(rèn)識(shí)的完整途徑，在復(fù)雜系統(tǒng)研究中占據(jù)一個(gè)遠(yuǎn)比簡(jiǎn)單系統(tǒng)研究中更為重要的地位。

那么，最原始的復(fù)雜系統(tǒng)模型從哪里來(lái)呢?應(yīng)該從對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的本質(zhì)特征的認(rèn)識(shí)中來(lái)!對(duì)系統(tǒng)本質(zhì)特征的嚴(yán)密論述，就上升到了哲學(xué)本體論。因此復(fù)雜系統(tǒng)研究的突破，在最根本的層次上取決于哲學(xué)本體論的突破。復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)研究需要發(fā)展復(fù)雜系統(tǒng)的

本體論。

2.復(fù)雜系統(tǒng)的本體論

東西方哲學(xué)思想中蘊(yùn)含著大量的關(guān)于本體論的闡述，從蘇格拉底、柏拉圖和亞里士多德的古代希臘哲學(xué)，到康德、黑格爾、柏格森和羅素的近代西方哲學(xué)，從孔子、釋迦摩尼和老子的古代東方儒釋道樸素的哲學(xué)思想，到當(dāng)代運(yùn)用、并結(jié)合中國(guó)發(fā)展的實(shí)踐所產(chǎn)生的思想等，對(duì)事物本質(zhì)的闡述(本體論探索)始終占據(jù)核心的位置。

我們?cè)谏钊胧崂砩鲜鰧W(xué)術(shù)思想的同時(shí)，在繼承錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想的基礎(chǔ)上，融合現(xiàn)代自然科學(xué)原理，探索建立一個(gè)集古今東西方哲學(xué)、科學(xué)成果于一體的復(fù)雜系統(tǒng)哲學(xué)觀。由此，我們提出如下的存在論命題：宇宙中普遍存在“形體一元二面多維多層次”的開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng)，錢學(xué)森的開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)是其一般表達(dá)形式。

特定的復(fù)雜系統(tǒng)和宇宙(自然)構(gòu)成一個(gè)完整的整體，這個(gè)整體就是一元。整體一元性的科學(xué)依據(jù)是系統(tǒng)的自組織性，而開(kāi)放性是系統(tǒng)在一元性下支撐其存在的條件。開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)遵循兩大科學(xué)原理，即物理宇宙的能量守恒原理和生命世界的達(dá)爾文進(jìn)化原理，其運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)形式可以概括為形體二面復(fù)雜多層次性。其中，顯現(xiàn)的一面是體，隱現(xiàn)的一面是形。體以結(jié)構(gòu)為表現(xiàn)形式，形以功能為表現(xiàn)形式，數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為場(chǎng)，或形態(tài)，與體結(jié)構(gòu)相伴而同時(shí)存在。形體二面的存在性源于量子物理的觀點(diǎn)，證明如下：如果確認(rèn)波函數(shù)是對(duì)宇宙的精確描述，則復(fù)雜生命系統(tǒng)同時(shí)存在宏觀的振幅密度分布和相位梯度場(chǎng)，前者可以直接觀察，后者可以通過(guò)前者的運(yùn)動(dòng)來(lái)推知。一個(gè)形象的比喻是天空中飄浮的白云和推動(dòng)白云運(yùn)動(dòng)的氣流，云為體，氣(流)為形，氣流與云的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)整體。多維，即指多自由度，指系統(tǒng)包括大量的子系統(tǒng)。也只有當(dāng)子系統(tǒng)數(shù)目巨大時(shí)，才能產(chǎn)生所謂的“涌現(xiàn)”，形成新的層次和維度。跨層次的結(jié)構(gòu)和功能一般處于不同的維度，它們之間的聯(lián)系常常難以建立，甚至難以理解。正因?yàn)槎鄬哟涡裕艠?gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)。多層次性是復(fù)雜的自組織性的體現(xiàn)，層次的數(shù)目刻畫了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

以人體生命系統(tǒng)為例。核酸、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)、人體等屬于多層次的體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成豐富的體世界，同樣，人體形系統(tǒng)也存在對(duì)等的多層次結(jié)構(gòu)。與體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性相對(duì)立，形系統(tǒng)的數(shù)學(xué)形態(tài)是場(chǎng)，通常的運(yùn)動(dòng)形式是波，兩者形成鮮明的對(duì)照和互補(bǔ)。思想、觀念、認(rèn)識(shí)、意識(shí)等都是個(gè)人的形世界中的子結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)的變化和演化，就是社會(huì)變化發(fā)展的主要內(nèi)容。

上述內(nèi)容構(gòu)成一個(gè)相對(duì)完整的復(fù)雜系統(tǒng)的哲學(xué)本體論，雖然還有待深入和完善，它已經(jīng)可以指導(dǎo)我們來(lái)研究復(fù)雜系統(tǒng)。那么，從這一哲學(xué)本體論出發(fā)，研究復(fù)雜系統(tǒng)的思路是什么呢?那就是：針對(duì)一個(gè)具體的復(fù)雜系統(tǒng)，我們首先問(wèn)，系統(tǒng)的一元性、二面性、多維性、多層次性體現(xiàn)在何處?應(yīng)該用什么方式(文字，數(shù)學(xué))來(lái)刻畫?對(duì)這些問(wèn)題的解答，構(gòu)成了對(duì)特定對(duì)象的復(fù)雜系統(tǒng)論模型。

一個(gè)特殊的復(fù)雜系統(tǒng)是人類的認(rèn)識(shí)系統(tǒng)，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律就是人類的思維規(guī)律。對(duì)思維本質(zhì)規(guī)律的闡述，就是認(rèn)識(shí)論。對(duì)具體思維過(guò)程的闡述，就是思維科學(xué)的內(nèi)容。我們運(yùn)用上述復(fù)雜系統(tǒng)的本體論開(kāi)展對(duì)人類面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)開(kāi)展思維活動(dòng)和規(guī)律的探索，形成復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論，以及描寫思維活動(dòng)的普適數(shù)學(xué)模型，發(fā)展思維模型，同時(shí)，從宏觀上指導(dǎo)人們開(kāi)展高效率的復(fù)雜系統(tǒng)思維。這是錢學(xué)森對(duì)發(fā)展思維科學(xué)所寄予的厚望。

三、復(fù)雜系統(tǒng)認(rèn)識(shí)論和思維模型

1.錢學(xué)森論復(fù)雜性思維

錢學(xué)森指出，認(rèn)識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)的主體不應(yīng)該是抽象的個(gè)人，而應(yīng)該是一個(gè)由具備多方面知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的群體。這是因?yàn)椋脕?lái)認(rèn)識(shí)和優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)的知識(shí)是多樣化的，不但包括成文的知識(shí)，而且包括專家直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)，后者在對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)過(guò)程中起到極為重要的作用。

對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的深刻的認(rèn)識(shí)和有效的干預(yù)，必須將先前的認(rèn)識(shí)(直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn))和當(dāng)前認(rèn)識(shí)結(jié)論(決策)將要產(chǎn)生的效應(yīng)(實(shí)踐效果)綜合起來(lái)考慮。這是復(fù)雜性思維的特色，是研究思維創(chuàng)新的關(guān)鍵。科學(xué)發(fā)展遭遇到瓶頸，正暴露了傳統(tǒng)思維的局限性。以物理學(xué)為例，愛(ài)因斯坦曾指出，在遇到發(fā)展瓶頸的時(shí)刻，如果科學(xué)家“不去批判地考查一個(gè)更加困難的多的問(wèn)題，即分析日常思維的本性問(wèn)題，他就不能前進(jìn)一步”。對(duì)思維本性的認(rèn)識(shí)就是哲學(xué)認(rèn)識(shí)論。愛(ài)因斯坦指出，“科學(xué)要是沒(méi)有認(rèn)識(shí)論――只要這真是可以設(shè)想的――就是原始的混亂的東西”。

2.復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)論原理

在學(xué)習(xí)、繼承錢學(xué)森復(fù)雜性思維的基礎(chǔ)上，以及在上述的復(fù)雜系統(tǒng)本體論的指導(dǎo)下，我們提煉了復(fù)雜系統(tǒng)認(rèn)識(shí)論的三條原理，即認(rèn)識(shí)主客體的相對(duì)復(fù)雜性原理、認(rèn)識(shí)的時(shí)空相對(duì)性原理以及理性知識(shí)的層次性和可綜合性原理。

認(rèn)識(shí)主客體的相對(duì)復(fù)雜性原理是指，高級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)擁有更大的復(fù)雜度，才能概括和表達(dá)低級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)。科學(xué)哲學(xué)家雷舍爾指出，“認(rèn)識(shí)論最基礎(chǔ)性的原則之一就是，較低智商必定被更高智商所迷惑”。從更積極角度看待這個(gè)規(guī)律，就是要充分提高認(rèn)識(shí)主體的復(fù)雜度，運(yùn)用高復(fù)雜度的認(rèn)知系統(tǒng)來(lái)概括低級(jí)復(fù)雜系統(tǒng)的特點(diǎn)。由此產(chǎn)生的一個(gè)關(guān)于認(rèn)識(shí)論的基本命題是，為了研究一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，首先必須界定問(wèn)題的性質(zhì)和其復(fù)雜度，然后，選擇適當(dāng)?shù)难芯抗ぞ撸ㄑ芯恐黧w。錢學(xué)森“從定性到定量的綜合集成法”的認(rèn)識(shí)論基礎(chǔ)就在此。

認(rèn)識(shí)的時(shí)空相對(duì)性原理。我們將穩(wěn)定的公共的認(rèn)識(shí)，稱為真理。真理本質(zhì)上是人類文明(形世界)在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成(涌現(xiàn))的公共的穩(wěn)定的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。歷史告訴我們，沒(méi)有恒定不變的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，真理具有相對(duì)性。復(fù)雜系統(tǒng)本體論指出，形體世界具有一元兩面的特性，它們的密切相互作用是推動(dòng)“真理”這個(gè)認(rèn)知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生演化(觀念進(jìn)化)的動(dòng)力。傳統(tǒng)的真理觀只注重真理的時(shí)間相對(duì)性，這里倡導(dǎo)的認(rèn)識(shí)時(shí)空相對(duì)性原理同時(shí)還注重“空間”的相對(duì)性，即不同的人群可以擁有其相對(duì)穩(wěn)定的、內(nèi)容獨(dú)特的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。生命世界和文化的多樣性發(fā)展，必然帶來(lái)認(rèn)識(shí)的多樣性，這是復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)相對(duì)于自然科學(xué)真理觀的挑戰(zhàn)，值得深入探討。這一原理對(duì)未來(lái)世界大同、多文化和諧共存的圖景有重要意義。

理性知識(shí)的層次性和可綜合性原理。理性知識(shí)是人類的一類特殊的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。古代，哲學(xué)是表達(dá)理性知識(shí)的形式。科學(xué)的發(fā)展，極大地豐富了理性知識(shí)體系，形成了人類文明史上最為龐大的知識(shí)體系。但是，隨著技術(shù)的先進(jìn)，人們可以從多個(gè)角度獲得見(jiàn)解和知識(shí)――由于復(fù)雜性，在一般情況下，這些知識(shí)和見(jiàn)解之間存在沖突，這是復(fù)雜性的來(lái)源。層次性和可綜合性原理的正命題是說(shuō)：存在一個(gè)多層次的整體，將互相沖突的知識(shí)安置在合適的層次和層面。我們將這一整體性的認(rèn)知結(jié)構(gòu)形象性地表述為“知識(shí)寶塔”。知識(shí)寶塔的存在是基于復(fù)雜系統(tǒng)的自組織性：無(wú)論系統(tǒng)如何復(fù)雜，它在

現(xiàn)實(shí)世界中依靠自組織形成一個(gè)有機(jī)的整體，知識(shí)寶塔是與這個(gè)現(xiàn)實(shí)的整體最貼近的表述。相互沖突的見(jiàn)解，如果它們?cè)诳陀^上是合理的，就是對(duì)事物的不同側(cè)面和不同層次的性質(zhì)的反映。發(fā)現(xiàn)知識(shí)寶塔，就是找到了綜合這些合理見(jiàn)解的途徑，也就解決了沖突――在更高層次上統(tǒng)一了相互沖突的知識(shí)。

上述認(rèn)識(shí)論原理對(duì)于認(rèn)識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)的現(xiàn)象，集成觀察數(shù)據(jù)，開(kāi)展科學(xué)建模，以及指導(dǎo)實(shí)踐具有指導(dǎo)性意義。具體地，也可以指導(dǎo)研究思維本身的具體的和微觀層次的規(guī)律，這就是思維科學(xué)的內(nèi)容。

3.思維科學(xué)與思維網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型

錢學(xué)森一直高度重視對(duì)思維規(guī)律的探索。他從系統(tǒng)論的思想出發(fā)，依照復(fù)雜度和應(yīng)用特征，將思維分為四個(gè)層次――抽象邏輯思維，形象直感思維。靈感頓悟思維和社會(huì)集體思維，并且提出了若干課題和猜想。錢學(xué)森有關(guān)思維的論述集中體現(xiàn)了以下幾點(diǎn)：首先，思維具有多層次性，從抽象思維、到形象思維、到靈感思維，以及更多的層次；其次，思維是開(kāi)放的系統(tǒng)。錢學(xué)森有關(guān)思維的猜想雖然不具體，但更具有科學(xué)模型的特征，對(duì)中國(guó)思維科學(xué)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。

過(guò)去幾年，我們?cè)谙到y(tǒng)梳理西方哲學(xué)認(rèn)識(shí)論的基礎(chǔ)上，嘗試將康德的有機(jī)體概念落實(shí)到思維模型的構(gòu)建中，形成與康德和黑格爾哲學(xué)思辨相呼應(yīng)的思維和知識(shí)模型，并結(jié)合神經(jīng)科學(xué)的最新發(fā)現(xiàn)，具體地將知識(shí)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)回路聯(lián)系起來(lái)，將思維過(guò)程與網(wǎng)絡(luò)通道的激發(fā)和回路競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)力學(xué)聯(lián)系在一起，形成能夠統(tǒng)一理解數(shù)理邏輯、辯證邏輯，甚至更廣泛的復(fù)雜思維邏輯的理論框架，這就是思維的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型。

在思維的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型中，知識(shí)是一個(gè)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的、具有多層次性及開(kāi)放性特點(diǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)是對(duì)這個(gè)有機(jī)整體結(jié)構(gòu)的描述，思維活動(dòng)可以表述為是網(wǎng)絡(luò)中存在的各類激發(fā)。具體地說(shuō)，人在思維時(shí)，在大腦中形成一系列的網(wǎng)絡(luò)通路激發(fā)，這些激發(fā)分為自下而上和自上而下的雙向組織和調(diào)控過(guò)程。思維活動(dòng)所形成的理性知識(shí)。是在諸多激發(fā)中形成的穩(wěn)定回路結(jié)構(gòu)，它們是一種亞宏觀涌現(xiàn)，我們稱之為知識(shí)回路。從神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)的若干證據(jù)出發(fā)，我們猜想，知識(shí)回路展現(xiàn)出非線性多尺度動(dòng)力學(xué)行為和網(wǎng)絡(luò)狀可變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些認(rèn)識(shí)形成了如下的知識(shí)回路模型：以概念形成思維網(wǎng)絡(luò)的元節(jié)點(diǎn)，將命題表述為概念元之間的連接通道，將知識(shí)表述為多個(gè)命題通道形成的網(wǎng)絡(luò)回路。

多層次、多連通的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)多層次和多層面性質(zhì)表述的需要，也是辯證邏輯發(fā)展的必然結(jié)果。辯證邏輯不要求命題之間無(wú)矛盾，它本身就是在處理有矛盾的命題過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的。在我們提出的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，包含康德所提出的雙向因果，它體現(xiàn)為由多個(gè)命題回路形成的自反饋超回路；隨著概念元和連接數(shù)量的增加，網(wǎng)絡(luò)層次可以多方位拓展，超越層次的回路結(jié)構(gòu)可以形成，為完成黑格爾的辯證法思維提供保障。在形式邏輯層面上相互矛盾的命題，在更廣泛的多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中可以存在。

4.復(fù)雜概念網(wǎng)絡(luò)與新一代專家系統(tǒng)

上述的思維網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型建立了以網(wǎng)絡(luò)回路之間的競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)力學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)演繹推理等思維活動(dòng)的理論新框架，這為新一代專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

思維的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)模型，為我們解讀實(shí)際的復(fù)雜思維提供了有力的理論工具。以中醫(yī)臨床醫(yī)療的辨證論治復(fù)雜思維為例，我們構(gòu)建了基于復(fù)雜概念網(wǎng)絡(luò)的中醫(yī)思維動(dòng)力學(xué)模型和模擬方法：(1)用概念網(wǎng)絡(luò)的有序激活模擬推理；(2)用回路輸出模擬醫(yī)療推理的結(jié)論和深層解釋；(3)用多層次概念的逐層激活模擬推理的方向；(4)用多回路激活與競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)力學(xué)模擬中醫(yī)辨證論治；(5)用“多次迭代、逐級(jí)逼近”實(shí)現(xiàn)思維收斂并提高準(zhǔn)確性。

中醫(yī)的思維動(dòng)力學(xué)模型，可以運(yùn)用于中醫(yī)典籍和臨床醫(yī)案的解讀，進(jìn)而構(gòu)建中醫(yī)復(fù)雜概念網(wǎng)絡(luò)知識(shí)庫(kù)和設(shè)計(jì)推理運(yùn)算。2009年，我們初步構(gòu)建了中醫(yī)《傷寒論》的概念子網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行了中醫(yī)診斷思維的初步模擬試驗(yàn)，獲得與醫(yī)案記載一致的結(jié)果。并在此基礎(chǔ)之上，開(kāi)始研制智能中醫(yī)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)原型。這一研究，有望為新一代中醫(yī)專家系統(tǒng)研究提供理論基礎(chǔ)，為中醫(yī)現(xiàn)代化和計(jì)算機(jī)智能化的發(fā)展建立一個(gè)新的基礎(chǔ)。

四、復(fù)雜系統(tǒng)方法論

1.從定性到定量的綜合集成法

1990年，錢學(xué)森提出的“從定性到定量的綜合集成方法”，是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)本質(zhì)認(rèn)識(shí)的運(yùn)用。綜合集成法把專家集體的知識(shí)和存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里的豐富系統(tǒng)信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)，開(kāi)展綜合模擬和分析。這一方法的運(yùn)用，把人的思維成果、經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)、智慧以及各種情報(bào)、資料和信息加以綜合集成，從整體的模糊的定性認(rèn)識(shí)細(xì)化到局部的精確的定量認(rèn)識(shí)。綜合集成法的運(yùn)用分為三個(gè)步驟：(1)集成多方面專家意見(jiàn)形成假設(shè)；(2)形成多參數(shù)定量模型；(3)形成預(yù)言并開(kāi)展模型檢驗(yàn)(實(shí)踐)。上述三個(gè)步驟構(gòu)成一個(gè)持續(xù)迭代的循環(huán)，促進(jìn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的不斷優(yōu)化。2006年，于景元將錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想概括為錢學(xué)森綜合集成體系――從綜合集成思想、綜合集成方法、綜合集成理論、綜合集成技術(shù)到綜合集成工程。

上述復(fù)雜系統(tǒng)認(rèn)識(shí)論的主體與客體的相對(duì)復(fù)雜性原理，為綜合集成法提供了認(rèn)識(shí)論基礎(chǔ)。對(duì)于復(fù)雜度高的系統(tǒng)，例如人體和社會(huì)系統(tǒng)，必須依靠一個(gè)專家群體，運(yùn)用多學(xué)科的綜合知識(shí)，才能構(gòu)建全面和深入細(xì)致的理解，形成有價(jià)值的模型和較為全面的行動(dòng)方案。

綜合集成法凝聚了錢學(xué)森多年從事科學(xué)研究和工程管理的經(jīng)驗(yàn)，具有豐富的實(shí)踐基礎(chǔ)。錢學(xué)森指出：從定性到定量的綜合集成法，“本質(zhì)上是科學(xué)和經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合。”需要在充分運(yùn)用以后，“才能再升華出理論，現(xiàn)在還只是方法而已”。人們普遍關(guān)注，如何運(yùn)用綜合集成法?多學(xué)科的知識(shí)如何集成?從理論上來(lái)說(shuō)，首要的科學(xué)問(wèn)題是通過(guò)怎樣的宏觀思維來(lái)確定復(fù)雜系統(tǒng)的維度(廣度)和層次度(深度)，對(duì)系統(tǒng)形成合適的知識(shí)寶塔，這是有效集成多學(xué)科知識(shí)的前提。其次，對(duì)局部的精確建模也十分重要，這就涉及到復(fù)雜系統(tǒng)具體建模的方法論。

2.復(fù)雜系統(tǒng)建模的方法論策略

在多年從事復(fù)雜力學(xué)系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上，我們提煉了如下復(fù)雜系統(tǒng)建模的方法論策略。

首先，復(fù)雜系統(tǒng)建模必須有明確的目標(biāo)和問(wèn)題。因?yàn)閺?fù)雜系統(tǒng)包含著巨大數(shù)量的要素，而且還具有永恒的動(dòng)態(tài)性，因此通常表現(xiàn)為數(shù)據(jù)眾多而理論不足，在數(shù)據(jù)與目標(biāo)、問(wèn)題之間顯現(xiàn)出巨大的鴻溝。所以，首先要對(duì)系統(tǒng)的問(wèn)題目標(biāo)展開(kāi)理性的思辨和優(yōu)化確定。明確階段性認(rèn)識(shí)目標(biāo)，合理地規(guī)劃對(duì)數(shù)據(jù)的分析，是首要任務(wù)。為此，必須從本體論原理出發(fā)，最大限度地利用復(fù)雜性共性實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的“觸類旁通”，并以此為基礎(chǔ)鑒別所觀察的信息和所提出的問(wèn)題的價(jià)值。這就是“知識(shí)寶塔”的重要性，信息都應(yīng)該在知識(shí)寶塔上有正確的定位，其重要性取決于它與系統(tǒng)研究目標(biāo)和所解答的問(wèn)題的

相關(guān)度。

其次，充分理解復(fù)雜系統(tǒng)的多層次結(jié)構(gòu)性和動(dòng)態(tài)性，不能期望一勞永逸地解決問(wèn)題。其認(rèn)識(shí)論依據(jù)是理性知識(shí)的多層次性和可綜合性原理。為此，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)要梳理出多層次的目標(biāo)和問(wèn)題，明確分階段的優(yōu)化目標(biāo)以及相關(guān)問(wèn)題的重要程度和迫切程度，開(kāi)展多層次和迭代重復(fù)的表述。每一次表述都不是終極的，它為下一次表述做準(zhǔn)備。

在上述原理指導(dǎo)下形成的復(fù)雜系統(tǒng)的方法論策略為：“多層表述，逐級(jí)定量，多次迭代，逐步近似”。下面，我們介紹將這一策略應(yīng)用于湍流世紀(jì)難題攻關(guān)的一些情況。

3.湍流世紀(jì)難題的攻關(guān)

湍流世紀(jì)難題始于1883年流體力學(xué)家雷諾的研究，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們孜孜不倦地探討著，如何定量精確地預(yù)測(cè)湍流平均流動(dòng)的性質(zhì)，形成了湍流世紀(jì)難題。20世紀(jì)30年代，德國(guó)科學(xué)家普蘭特發(fā)展了邊界層理論，被譽(yù)為上一世紀(jì)流體力學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)領(lǐng)域最重要的十大成果之一。這一理論是當(dāng)今航空航天計(jì)算設(shè)計(jì)的核心基礎(chǔ)。但是，理論局限在簡(jiǎn)單邊界和低速下，對(duì)高速飛行器的設(shè)計(jì)形成極大的制約。湍流世紀(jì)難題的重要性再次成為航空航天界的熱點(diǎn)課題。

在對(duì)湍流研究百年來(lái)思想發(fā)展脈絡(luò)的考察后，我們認(rèn)為：“要實(shí)現(xiàn)湍流世紀(jì)難題的突破，必須在認(rèn)識(shí)論、方法論上有所創(chuàng)新。必須對(duì)傳統(tǒng)的還原論進(jìn)行改造，既要重視理性的力學(xué)基本原理，又要充分考慮來(lái)自邊界和復(fù)雜介質(zhì)的信息，后者通常以經(jīng)驗(yàn)的形式出現(xiàn)，兩者的有機(jī)結(jié)合才能完成對(duì)宏觀湍流的精確刻畫。”于是，我們提出了湍流“結(jié)構(gòu)系綜”的新思想。

所謂結(jié)構(gòu)系綜，是對(duì)湍流脈動(dòng)結(jié)構(gòu)的宏觀功能開(kāi)展統(tǒng)計(jì)的、定量的和系統(tǒng)的描述。首先通過(guò)引進(jìn)序函數(shù)、統(tǒng)計(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)等一系列新概念，建立從數(shù)值模擬的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)中提取湍流結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)效應(yīng)的研究平臺(tái)。2008年，以該思想為核心申報(bào)的科技部973項(xiàng)目“飛行器力學(xué)與光學(xué)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵湍流問(wèn)題”成功立項(xiàng)。2010年，運(yùn)用這一平臺(tái)，我們成功地從大規(guī)模數(shù)值模擬數(shù)據(jù)中總結(jié)出邊界層的多層結(jié)構(gòu)理論，該理論定量推廣了普蘭特的邊界層理論，正在用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)新型的航空航天湍流計(jì)算模型。最近，多層結(jié)構(gòu)理論又在理論上取得極有意義的進(jìn)展，一個(gè)基于多層李群對(duì)稱性的湍流邊界層理論正在誕生。該理論旨在延續(xù)統(tǒng)計(jì)物理平均場(chǎng)理論的傳統(tǒng)，將朗道創(chuàng)立的序參數(shù)理論、威爾森創(chuàng)新的臨界現(xiàn)象的重整化群理論推廣到湍流平均場(chǎng)，為解決經(jīng)典物理的最后一個(gè)難題帶來(lái)新的希望。

湍流這一硬科學(xué)的難題，其最終突破將是哲學(xué)認(rèn)識(shí)論、方法論和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)理邏輯推理的共同產(chǎn)物。復(fù)雜系統(tǒng)思想應(yīng)用于具體實(shí)踐，終究要將這幾方面有機(jī)結(jié)合，才能產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的創(chuàng)新。

五、復(fù)雜人體系統(tǒng)科學(xué)原理的提煉

1.錢學(xué)森論人體復(fù)雜系統(tǒng)

錢學(xué)森指出，“要建立開(kāi)放復(fù)雜巨系統(tǒng)的一般理論，必須從一個(gè)一個(gè)具體的開(kāi)放復(fù)雜巨系統(tǒng)人手。”我們這里以復(fù)雜人體系統(tǒng)為例，發(fā)展錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想。

科學(xué)飛速發(fā)展的20世紀(jì)，眾多思想家在不同的背景下指出，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)人體的系統(tǒng)性和復(fù)雜性的認(rèn)識(shí)。但在眾多學(xué)者中，錢學(xué)森是提出建立系統(tǒng)人體模型的第一人，是提出建立以人體系統(tǒng)模型為核心的專門學(xué)科――即人體科學(xué)的第一人，是探討創(chuàng)立這門學(xué)科的方法論的第一人，更是認(rèn)識(shí)到這門學(xué)問(wèn)的重大價(jià)值，極力倡導(dǎo)發(fā)展這門學(xué)科的第一人。

錢學(xué)森指出：“人體是一個(gè)巨系統(tǒng)，不斷地與環(huán)境、與宇宙交往聯(lián)系，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也必然形成許多層次，層次各有其特征，層次又有互相的交往，有反饋調(diào)節(jié)控制。人體科學(xué)的任務(wù)就是理解這樣一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)”。

2.應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的人體復(fù)雜系統(tǒng)模型

在負(fù)責(zé)組織奧運(yùn)競(jìng)技體育項(xiàng)目――皮劃艇激流回旋――科技攻關(guān)項(xiàng)目的過(guò)程中，我們嘗試運(yùn)用錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想，研究運(yùn)動(dòng)員人體系統(tǒng)，并在實(shí)踐中總結(jié)并發(fā)展復(fù)雜人體系統(tǒng)研究的思路、方法和原理。在這場(chǎng)特殊的、跨領(lǐng)域的攻關(guān)實(shí)踐中，我們以復(fù)雜系統(tǒng)的本體論、認(rèn)識(shí)論、方法論為指導(dǎo)，以開(kāi)發(fā)優(yōu)化人體系統(tǒng)(培養(yǎng)冠軍運(yùn)動(dòng)員)的技術(shù)和促進(jìn)人體系統(tǒng)工程實(shí)踐(創(chuàng)新高效的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng))為目標(biāo)，以當(dāng)代生命科學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)等學(xué)科前沿知識(shí)為基礎(chǔ)，提煉了人體復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)的若干原理。

首先，從復(fù)雜系統(tǒng)多層性特征的本體論出發(fā)，我們提出人體系統(tǒng)的多層次耦合作用原理，目標(biāo)在于建立從分子細(xì)胞到人體行為的多層次關(guān)聯(lián)。我們特別提出，顯意識(shí)、潛意識(shí)與下意識(shí)與人體不同層次的神經(jīng)系統(tǒng)功能有對(duì)應(yīng)，意識(shí)的調(diào)控對(duì)應(yīng)著神經(jīng)系統(tǒng)的改變，進(jìn)而影響人體功能。這一理論打破了心理、體能、技術(shù)訓(xùn)練之間的隔閡，為綜合性心身訓(xùn)練提供了理論基礎(chǔ)。

其次，從復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)放性出發(fā)，我們提出了人體意識(shí)系統(tǒng)的開(kāi)放性原理和心理能量模型。個(gè)人的認(rèn)知、情緒、思維以及心理動(dòng)力的變化，只有在心理開(kāi)放性原理下才能得到理解，并為心理能量的來(lái)源問(wèn)題提供了新的視角，為心理訓(xùn)練提供了新的方法。

再次。從復(fù)雜系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)相互作用機(jī)理出發(fā)，我們提出人體行為控制的網(wǎng)絡(luò)作用模型。人體系統(tǒng)不是機(jī)械的演化，而是擁有“期望”和“行為控制”方式的進(jìn)化能力。人的理性自主活動(dòng)可以概括為如下動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程：愿望產(chǎn)生――設(shè)定目標(biāo)――產(chǎn)生計(jì)劃――執(zhí)行計(jì)劃――效果反饋。上述諸要素及相關(guān)子系統(tǒng)構(gòu)成行為調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)的建立為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的科學(xué)化提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

上述原理在與神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、中醫(yī)學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)等學(xué)科的碰撞下，進(jìn)一步形成一系列運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方法。例如，“技術(shù)認(rèn)知訓(xùn)練方法”、“心理能量訓(xùn)練方法”、“意志力訓(xùn)練方法”、“科學(xué)思維訓(xùn)練方法”和激流訓(xùn)練特殊的“表象訓(xùn)練三部曲”方法，形成了一個(gè)綜合的激流訓(xùn)練新體系。

這些研究成果，一方面豐富了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論，提出了新的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)研究課題，同時(shí)促進(jìn)了對(duì)人體系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)研究。這些原理和訓(xùn)練方法，對(duì)中國(guó)激流國(guó)家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力的提升已經(jīng)起了顯著的作用，被競(jìng)技體育專家李少丹教授認(rèn)為“對(duì)傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練學(xué)構(gòu)成了有力的沖擊”。

六、復(fù)雜系統(tǒng)實(shí)踐論與大成智慧工程

1.錢學(xué)森“綜合集成體系”與“大成智慧工程”思想

錢學(xué)森提出的“從定性到定量綜合集成研討廳體系”，是他領(lǐng)導(dǎo)并組織實(shí)施的兩彈一星大規(guī)模科學(xué)技術(shù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。本質(zhì)上這是一套理性的運(yùn)用眾人之力、處理復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題、探索復(fù)雜系統(tǒng)規(guī)律的實(shí)踐方法。

綜合集成研討廳體系旨在把下列成功的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)技術(shù)成果匯總起來(lái)，并升華：①國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)(seminar)的經(jīng)驗(yàn)；②從定性到定量的綜合集成法；③軍事作戰(zhàn)模擬；④情報(bào)信息技術(shù)；⑤人工智能；⑥靈境技術(shù)(Virtual reality)；⑦人一機(jī)結(jié)合的智能系統(tǒng)；⑧系統(tǒng)學(xué)；⑨“第五次產(chǎn)業(yè)革命”中的其他各種信

息技術(shù)等。

綜合集成研討廳體系的目標(biāo)是集“大成智慧”來(lái)解決實(shí)踐中的復(fù)雜問(wèn)題，錢學(xué)森指出，“大成智慧……就在于微觀與宏觀相結(jié)合，……既不只談?wù)軐W(xué)，也不只談科學(xué)；而是把哲學(xué)和科學(xué)技術(shù)統(tǒng)一結(jié)合起來(lái)。哲學(xué)要指導(dǎo)科學(xué)，哲學(xué)也來(lái)自科學(xué)技術(shù)的提煉。這似乎是我們觀點(diǎn)的要害：必集大成，才能得智慧!”

錢學(xué)森把運(yùn)用綜合集成法的集體稱為“總體設(shè)計(jì)部”，他希望將之建設(shè)成國(guó)家進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃、解決各種復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題的決策咨詢和參謀機(jī)構(gòu)。從中央到地方、從軍事到法律、從科技到文藝……等不同層次、不同部門、不同系統(tǒng)，都可以設(shè)立自己的總體設(shè)計(jì)部。并指出，總體設(shè)計(jì)部作為領(lǐng)導(dǎo)部門的決策咨詢機(jī)構(gòu)，應(yīng)由德高望重、學(xué)識(shí)淵博、勇于開(kāi)拓的總體設(shè)計(jì)師及各行各業(yè)具有團(tuán)結(jié)、務(wù)實(shí)、創(chuàng)新精神的科技專家組成。

總體設(shè)計(jì)部的實(shí)施對(duì)于中國(guó)社會(huì)的發(fā)展具有特殊的意義。那么，它的成功實(shí)施需要具備什么條件?這個(gè)問(wèn)題只能通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐的道路才能夠得到解答。

2.科技奧運(yùn)中“大成智慧工程”的成功實(shí)踐

理論探索和實(shí)踐之間形成快速迭代，是成功開(kāi)展復(fù)雜系統(tǒng)研究的必要條件。這一條件必須由社會(huì)系統(tǒng)來(lái)提供，這是復(fù)雜系統(tǒng)研究取得社會(huì)性成果和效益的保障。我國(guó)競(jìng)技體育系統(tǒng)具有目標(biāo)清晰化和組織結(jié)構(gòu)準(zhǔn)軍事化兩大特征，是一個(gè)可以提供保障的社會(huì)系統(tǒng)。前者以競(jìng)技成績(jī)?yōu)闃?biāo)志，使得理論成果能夠得到快速而鮮明的檢驗(yàn)；后者則提供專家研討廳的組織保障。因此競(jìng)技體育系統(tǒng)是實(shí)踐錢學(xué)森“綜合集成研討廳體系”和“總體設(shè)計(jì)部”的難得的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

從2006年1月到2007年8月，在舉國(guó)支持的科技奧運(yùn)攻關(guān)活動(dòng)中，我們?cè)趪?guó)家體育總局水上運(yùn)動(dòng)管理中心的組織下，在激流回旋國(guó)家隊(duì)主持了創(chuàng)新型、學(xué)習(xí)型、復(fù)合型教練團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，該團(tuán)隊(duì)包括“中外科”(中方教練+外籍教練+科研人員)三方面的人員。在錢學(xué)森綜合集成法與專家研討廳思想的指導(dǎo)下，這支團(tuán)隊(duì)快速集成國(guó)際先進(jìn)激流知識(shí)，并根據(jù)中國(guó)運(yùn)動(dòng)員特點(diǎn)創(chuàng)新中西結(jié)合的新型訓(xùn)練方法。這是一個(gè)由系統(tǒng)論主導(dǎo)的過(guò)程，既充滿了東方思維特色，又合理運(yùn)用了西方科學(xué)的精確思維特點(diǎn)。三支力量有機(jī)凝聚，集中發(fā)揮了“1+1+1>3”的特殊系統(tǒng)功能。

運(yùn)動(dòng)員人體是復(fù)雜的，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練是復(fù)雜的；競(jìng)技比賽充滿不確定性和藝術(shù)性，更為復(fù)雜。通常，這些復(fù)雜性是由教練員這個(gè)具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的“人”來(lái)承擔(dān)的，它受到教練員個(gè)體認(rèn)識(shí)的局限。由專家學(xué)者來(lái)主導(dǎo)運(yùn)作教練團(tuán)隊(duì)，將經(jīng)驗(yàn)與理性相結(jié)合，是錢學(xué)森大成智慧工程的特色。但在實(shí)際運(yùn)作中，面臨著跨領(lǐng)域探索的巨大挑戰(zhàn)，需要克服一系列困難。正是這些困難，為實(shí)踐和檢驗(yàn)錢學(xué)森的“大成智慧”思想提供了難得的平臺(tái)。

我們?cè)诳萍紛W運(yùn)的這一實(shí)踐活動(dòng)中，對(duì)“專家研討廳”的運(yùn)作規(guī)律進(jìn)行了細(xì)致的總結(jié)，提出了如下認(rèn)識(shí)：專家研討廳的成功運(yùn)作，需要滿足四個(gè)條件，即有目標(biāo)、有方案、有標(biāo)準(zhǔn)和定期研討，這也是“專家研討廳”高于常規(guī)的“開(kāi)會(huì)”之處。一個(gè)持續(xù)的、多輪迭代的運(yùn)行是成功的關(guān)鍵，為此，還需要有三點(diǎn)保障：(1)人心需要安穩(wěn)；(2)組織需有結(jié)構(gòu)；(3)目標(biāo)需要崇高。實(shí)現(xiàn)這些條件的關(guān)鍵是人才和組織支撐，人才的關(guān)鍵在于專家研討廳的首席科學(xué)家，他的目標(biāo)、胸襟、才干、方法以及人生積累，是集體智慧能夠不斷集成的關(guān)鍵要素；組織支撐是團(tuán)隊(duì)高效率和可持續(xù)性運(yùn)行的保障。兩者缺一不可。

上述實(shí)踐在較短的時(shí)間內(nèi)就給中國(guó)國(guó)家激流隊(duì)帶來(lái)了新氣象。復(fù)合教練團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和智慧的快速集成，迅速掌握了這個(gè)項(xiàng)目的系統(tǒng)規(guī)律，帶來(lái)了中國(guó)國(guó)家激流隊(duì)競(jìng)技水平的快速提升。2005年以前，中國(guó)選手從未打人世界大賽的前10名。2007年，在復(fù)合教練團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)下，中國(guó)隊(duì)獲得首枚男子雙劃世界杯銅牌，實(shí)現(xiàn)了歷史性突破，國(guó)際劃聯(lián)專門致電祝賀。從那時(shí)起，中國(guó)隊(duì)在國(guó)際大賽中已經(jīng)近20次打進(jìn)決賽，并取得1金3銀3銅的成績(jī)，令國(guó)際激流界矚目。

2006年8月，原先從未進(jìn)入前六名的年僅18歲的國(guó)家隊(duì)女子皮艇運(yùn)動(dòng)員李彤被選為科技奧運(yùn)“試驗(yàn)田的種子選手”，開(kāi)始接受北大團(tuán)隊(duì)在新的理念和方法指導(dǎo)下的系統(tǒng)訓(xùn)練。2006年下半年，李彤就在國(guó)內(nèi)和亞洲比賽中獲得6枚金牌。2007年7月，在德國(guó)奧格斯堡經(jīng)典的激流賽道，第一次接觸這個(gè)賽道、第一年參加世界杯比賽的李彤就成功打進(jìn)決賽圈(前十名)，創(chuàng)造了激流史上的一項(xiàng)紀(jì)錄。國(guó)際劃聯(lián)官方網(wǎng)站的成績(jī)記錄表明，李彤是該年度世界上進(jìn)步最快的女子皮艇運(yùn)動(dòng)員。2008年3月，在大洋洲錦標(biāo)賽暨奧運(yùn)資格選拔賽上，李彤獲得銀牌，創(chuàng)下了與2004、2008年兩奧運(yùn)金牌選手卡琳斯卡僅差0.6秒的佳績(jī)，贏得了中國(guó)女皮國(guó)際大賽歷史最高榮譽(yù)!

七、錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想的學(xué)術(shù)意義和展望

1.對(duì)國(guó)際復(fù)雜系統(tǒng)研究的意義

錢學(xué)森開(kāi)創(chuàng)復(fù)雜系統(tǒng)研究始于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)相關(guān)的科學(xué)探索還處于萌芽狀態(tài)，如今復(fù)雜系統(tǒng)研究經(jīng)歷了從關(guān)注現(xiàn)象到關(guān)注方法、進(jìn)而探索原理的過(guò)程，已經(jīng)成為科學(xué)研究的前沿。1999年，美國(guó)“Science”雜志，刊登了一組標(biāo)題為“復(fù)雜系統(tǒng)”(ComplexSystem)的專輯文章，這些文章就化學(xué)生物學(xué)、神經(jīng)學(xué)、動(dòng)物學(xué)、自然地理、氣候?qū)W、經(jīng)濟(jì)學(xué)中的復(fù)雜性問(wèn)題進(jìn)行了論述；2001年，英國(guó)“Nature”雜志，也就復(fù)雜性的某些共通的側(cè)面，例如“噪聲與秩序”、“復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)”等展開(kāi)討論。2009年，“Science”雜志發(fā)表的“復(fù)雜系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)”的專輯文章，進(jìn)一步關(guān)注刻畫復(fù)雜系統(tǒng)的一個(gè)重要工具，即“復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)”。2008年11月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)召開(kāi)了一次題為“物理科學(xué)和工程中的復(fù)雜系統(tǒng)研究基礎(chǔ)”的工作會(huì)議。美國(guó)工程、數(shù)學(xué)和物理科學(xué)理事會(huì)委托給會(huì)議專家的任務(wù)是：確認(rèn)在復(fù)雜系統(tǒng)研究道路上的“障礙”和“突破口”。與會(huì)學(xué)者們提出了復(fù)雜系統(tǒng)研究別突出的4大類問(wèn)題，即：研究復(fù)雜系統(tǒng)的最好模型是什么?復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是如何約束它的涌現(xiàn)行為的?復(fù)雜系統(tǒng)演化和適應(yīng)的結(jié)果是什么?如何校正復(fù)雜系統(tǒng)并且預(yù)見(jiàn)它們的行為?

上述問(wèn)題的本質(zhì)在于：如何提煉復(fù)雜系統(tǒng)的原理、以及如何在實(shí)踐中優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)。而本文所述的錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想及其最新發(fā)展，為系統(tǒng)地解答上述問(wèn)題提供了新的思路。

復(fù)雜系統(tǒng)研究應(yīng)該更緊密地依賴哲學(xué)本體論，將刻畫整體結(jié)構(gòu)的概念網(wǎng)絡(luò)與刻畫局部變化過(guò)程的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)進(jìn)行有機(jī)對(duì)接，并反復(fù)迭代。從這個(gè)意義上講，需要大力發(fā)展復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)這一數(shù)學(xué)工具，來(lái)回答上述第一和第二個(gè)問(wèn)題。針對(duì)后兩個(gè)問(wèn)題，錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想倡導(dǎo)有機(jī)地運(yùn)用人(專家)的思維，甚至專家群體的思維，將經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)與計(jì)算機(jī)(精確數(shù)學(xué)模型運(yùn)算)進(jìn)行有機(jī)對(duì)接。客觀地說(shuō)，這些思想超出了西方學(xué)者的視野，走在國(guó)際復(fù)雜系統(tǒng)

研究的前沿。如果能夠有效地落實(shí)，對(duì)發(fā)展跨學(xué)科研究，特別是針對(duì)人和社會(huì)的復(fù)雜性問(wèn)題的研究，有不可替代的價(jià)值。

2.對(duì)國(guó)家建設(shè)的意義

我國(guó)處在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展階段，各類社會(huì)矛盾正在集中爆發(fā)。醫(yī)療問(wèn)題、教育問(wèn)題，以及社會(huì)繁榮和穩(wěn)定問(wèn)題，都是典型的復(fù)雜性問(wèn)題。一直以來(lái)，這些問(wèn)題的解決依賴于各級(jí)政府與各個(gè)社會(huì)機(jī)構(gòu)，依賴于德才皆備的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)。但是，隨著信息社會(huì)的來(lái)臨，隨著社會(huì)的民主化和人們需求的多樣化，需要政府處理復(fù)雜性的能力有較大的提升。錢學(xué)森的“大成智慧”學(xué)說(shuō)正是未雨綢繆，因這樣的需要而產(chǎn)生的。錢學(xué)森復(fù)雜系統(tǒng)思想，對(duì)社會(huì)發(fā)展必將起到重要作用。

從本質(zhì)上說(shuō)，社會(huì)是人實(shí)現(xiàn)生命價(jià)值的場(chǎng)所。以此為準(zhǔn)則，以充分發(fā)揮人體潛能為目標(biāo)，對(duì)社會(huì)活動(dòng)開(kāi)展復(fù)雜系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)，使參與活動(dòng)的人群在活動(dòng)中體會(huì)生活、體會(huì)生命、體會(huì)人生價(jià)值，這將從深層次上重新評(píng)估現(xiàn)有的政治、經(jīng)濟(jì)、管理、科學(xué)研究、教育和醫(yī)療活動(dòng)。社會(huì)實(shí)踐以提升人體素質(zhì)為目標(biāo)，就不是個(gè)別理論和個(gè)別技術(shù)所能處理和解決的。社會(huì)科學(xué)應(yīng)該是生命群體的系統(tǒng)科學(xué)，而社會(huì)實(shí)踐在本質(zhì)上是生命群體的系統(tǒng)工程，即社會(huì)系統(tǒng)工程。如果這些思想能夠得以付諸實(shí)踐，必將對(duì)中醫(yī)現(xiàn)代化工程、教育體制改革、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練系統(tǒng)工程、社會(huì)健康保障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施起到有力的推動(dòng)作用。

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