物理机械论文范文

物理机械论文篇1

可以通过图片、短片、生动形象的描述等形式列举地震波、水波、声波、无线电波和光波、扫描遂穿显微镜、电子显微镜引出3类典型的波———机械波、电磁波和物质波，指出虽然本质不同，但有许多共同之处……本章通过讨论机械波来说明波动过程的基本概念和基本规律．这体现理论联系实际，运用多种教学方法与手段，激发学生的学习兴趣和热情，同时起到承上启下的作用．

2新课教学环节

首先通过多媒体播放Flas引导同学归纳出产生机械波的条件，再通过实验，建立正确的机械波形成与传播的概念．为了便于分析机械波是如何形成与传播的，必须建立波传播的简化模型：一维波传播模型．通过下面过程逐步进行，演示“绳波”，可以看到一孤立的向上凸起的波向前传播，水平振动，可以看到连续完整的波向前传播．比较绳波与水波，找出二者共同点；介质各部分均振动、均形成凹凸相间的形状向前传播．最后得出结论：绳中传播的是机械波，它的形成与传播原理，就是所有机械波的形成与传播的原理．第一步，建立物理模型，将软绳简化为若干质点连接而成；第二步，利用箱式横波演示仪演示机械波是如何形成与传播的，通过以上教学过程，学生建立如下概念：（1）在介质中，前面质点振动，带动后面质点也跟着振动，但时间上有延迟，大量质点相互“配合”形成机械波；（2）质点只是在各自的平衡位置附近振动，不会随波迁移；机械波传播的是“机械振动”这种运动形式．进一步发展科学概念，让科学概念理解更全面深刻，前面所分析的机械波均属于横波，对于一个完整科学的概念而言，还需分析纵波的情况：通过多媒体观看有关横波和纵波动画，弹簧中传播机械波的情况并分析此现象，让学生明确该现象传播的也是一种振动形式，是机械波并给出横波与纵波的概念；说明纵波是如何形成与传播的；总结对机械波的形成与传播概念的理解，不论是横波还是纵波，均有：理解一，机械波的形成是因为前面的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点运动；理解二，介质中的质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近振动［1，2］；理解三，机械波是大量质点的集体行为，机械波传播的是振动这种形式，波动是振动状态的传播，相位的传播，波形的传播（平移），能量的传播．这为波函数的建立提供铺垫．随后进一步联系给人类社会带来灾难的地震波且说明它的的产生，传播过程既有纵波（P波，首波）又有横波（S波，次波），两种波速的差异可以用来计算震源的位置，又由于横波只能在固体中传播，而纵波可以在固、液、气中传播的特点，指出人类可以利用地震波实现对地球内部结构的认识了解地壳地层的分布，它是石油和天然气勘探的一种重要手段．这体现将物理知识转换成科学技术的力量．在利用唐山、汶川大地震带来的灾难来感受波动中的能量的传播．既然得出了波动是弹性介质内部大量质点参与的一种集体运动形式，如何来描述它呢？引出本节课的第二个问题———波的描述，对于几何描述和周期性描述，还是利用动画和绳波实验，直观明了以达化解难度之目的，从而得出：（1）机械波传播的速度与介质有关，与振源振动的频率无关；（2）认识到横波中的波长的意义，知道振源振动一个周期，机械波向前传播一个波长．在引入波速由介质的性质和波的类型决定这一概念时，解释为什么海啸波在开阔的大洋表面的浪高不过1m左右，不甚显眼，但随着向海岸传播浪头会越集越高达几十米，形成排山倒海巨浪拍岸的壮观场景．这再一次让学生体会学以致用，物理就在身边，以此激发学生的学习兴趣和信心．机械波的数学表达式的形式即平面简谐波的波函数的建立是本章的重点也是难点，在前面我们深刻理解波动是振动状态的传播，相位的传播，弹性介质中的各质元的振动状态沿波的传播方向依次落后的基础上建立波函数．目的就是找到一个能描述任意时刻t、任意位置x处质点运动（振动）状态的方程．这里采用多媒体和板书的有机结合详细分析和讨论，假设已知波源在原点O（xO＝0）处和已知波源在任意位置B处（xB≠0）的质点的振动表达式的情况下求波函数的方法，最后总结出一般规律波动中各质点并不随波前进，只是在各自的平衡位置附近做振动；各个质点的相位依次落后，波动是振动状态的传播，相位的传播，波形的传播（平移），能量的传播［3］．

3课堂小结环节

由自愿组合的10名同学手手相连，在教师的指导下组成“人浪”表演［4］，以教师的启发提问和同学的回答来归纳总结本次课的知识点（在黑板上一一标出）．最后提出问题：当几列波相遇又会有怎样的现象和规律？引出下次课要学习的内容，以便学生预习．

4结束语

本节课采用多种教学手段在教学中创造一种接近真实的情境，通过学生的参与和感悟、形成机械波的概念，掌握机械波的规律．这种教学设计完全符合“以学生为中心”的教育理念．充分发挥了学生学习的主动性和积极性，收到了良好的教学效果．

物理机械论文篇2

新的课程改革在课程实施上倡导教学方式的多样化，注重学生自主地、富有个性地学习，突出学生在学习过程中的积极体验、乐于探究、勇于实验和勤于思考，从而实现三维培养目标的有机整合。本文以新课程下“机械能守恒定律”的教学为例，通过对该课堂流程的实录分析，浅谈实验探究能力和理论推导能力的有效结合的教学方式的基本设计理念、原则以及教育功能，如何采用此种教学方式充分激发学生学习的高度自主和能动性，实现有效的物理课堂教学。

关 键 词：教学方式、实验、理论推理、有效结合

物理规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究。新课程标准的物理教学中倡导学生自主学习、研究性学习，加强科学探究，而物理实验既能为学生的自主学习、科学探究打下基础，又能为学生的自主科学探究提供物质的保证，所以许多教师在评价一节课的好坏时，也把实验的新颖、学生动手做实验的时间和实验能力培养等做为重要的评价标准。但是，他们却忽视了学生理论探究能力的培养，而理论推导能力可以说是物理规律的发现和发明的直接推动力。如何使二者完美地结合也应是我们物理教师应该关注、研究和探讨的问题，而不应该片面强调实验探究能力忽略理论推导能力。物理学史实证明许多物理学家在发现物理规律时，在实验条件不完全具备的情况下都发挥了他们的聪明才智，利用科学的理论推导得出了著名的物理规律公式。例如：自由落体运动规律就是逻辑思维和实验的完美结合。

本文以新课程下“机械能守恒定律”的教学为例，浅谈如何将实验探究能力和理论推导能力的有效结合，触发学生思维，点燃学生情感，充分发挥学生学习的高度自觉性和能动性，使物理课堂教学产生无穷的乐趣进而实现有效甚至高效的物理课堂教学。

一、课堂教学流程与分析

1.创设问题情境，生成课题

情景一：弹弓将弹珠弹出。

由现象得出：橡皮筋的弹性势能和弹珠的动能的转化。

情景二：滑板、滑轮、自行车等极限运动的视频。

由视频得出：极限运动中动能和重力势能在相互转化。

情景三：国际撑杆跳比赛的视频。

由视频得出：撑杆跳中动能、重力势能和弹性势能在相互转化。

设计目的：通过实验和视频明确教学主题，有效激活学生对动能和势能的认知，提出动能和势能是可以相互转化的，为师生互动生成新知识、探索新规律提供实际场景，增加感性认识。

2. 建立物理模型，深入研究

模型一：用一细绳一端固定，另一端连接一个小球，让小球在竖直平面上摆动，研究动能和重力势能的转化。

模型二：利用水平放置气垫导轨，将弹簧一端固定，另一端与滑块连接，让滑块在气垫导轨上运动，研究动能和弹性势能的转化。

设计目的：许多的物理定律和规律都是把实际的研究对象或物理过程抽象为理想化的物理模型，然后研究物理模型所涉及的物理量及其相互关系。物理教学中，应该注重培养学生理论建模的能力，让学生忽略次要因素，抓住事物的本质去解决问题，对复杂的事物简化，进行抽象，从而建立起物理模型。

3．设计实验探究方案，体验表象规律

实验一：利用模型一，用一拉力使小球缓慢向上做圆周运动，理论分析机械能是否变化，如何变化？

实验二：利用模型一，小铁球从某一高度释放，动能和重力势能在转化时，机械能是否变化？你通过什么简单方法可以检验结论的正确性呢？

实验三：利用模型一，将小铁球换成塑料小球，再次完成实验二，观察实验，得出在这个过程中机械能是否变化？

设计目的：通过实验观察，根据学生已有的知识引导学生猜测，拉力做正功使小球的机械能增加，空气阻力做负功使小球的机械能减小，通过对比实验理论分析在空气阻力忽略不计时，小球在摆动过程中只有重力做功，小球的机械能守恒。在实验探究中将静态的知识转化成动态的演示过程，激发学生的学习热情，唤起学生探究新知的愿望，让学生在理论猜测――验证――结论等一系列教学活动中体会机械能守恒的条件。通过学生参与探究体验，自主总结规律，有效避免教师的单向罗列与陈述，将自主探究与合作学习落到实处。

4．经历理论探究，验证实验结论

探究一：通过模型一，小球在只有重力做功情形下，根据功能关系定量计算动能的变化量和重力势能的变化量是否相同。

探究二：通过模型一，小球在除重力以为还有其他力做功情形下，根据功能关系定量计算动能的变化量和重力势能的变化量是否相同。

探究三：分组探究平抛运动、自由落体运动、在斜面上运动的物块情景，动能的变化量和重力势能的变化量是否相同。

设计目的：在实验探究结论的基础上，根据学生根据已有的功能关系知识引导学生理论推导机械能守恒的条件，从推导过程中体会重力做功不改变物体的机械能，而改变物体机械能的是通过非重力做功实现的，并通过理论推导证实实验结论的正确性。通过其他运动情景的理论探究过程，得出机械能守恒的条件是普遍适用的。学生通过参与理论探究体验，不仅体会到实验探究的重要意义，而且更加深入了理解机械能转化和守恒的思想。

5．成果交流，深入研究

5.1在小组交流的基础上，达成以下共识：在只有重力做功的情形下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变。

5.2在以上结论的基础上，理论分析动能和弹性势能转化中，机械能守恒的条件。

设计目的：通过动能和重力势能发生相互转化中机械能守恒定律的得出，使学生感受到探究成功的喜悦与体验，增强学生探究物理的信心。利用物理的类比法进一步的通过理论探究动能和弹性势能转化中，机械能守恒的条件。

6．总结机械波守恒定律

学生得出结论：在只有重力或弹力对物体做功的条件下，物体的动能和势能（包括重力势能和弹性势能）发生相互转化，但机械能的总量保持不变。这个规律叫做机械能守恒定律。

7．物理在生活中的应用

[习题] 随着人类能量消耗的迅速增加，如何有效地提高能量的利用率，是人类所面临的一项重要任务，右图是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案，与站台连接的轨道有一个小的坡度。明珠号列车为什么在站台上要设置一个小小的坡度？ 在这个过程中机械能是否守恒呢？

二、 教学感悟

将理论探究和实验探究紧密的结合的教学方式才能把物理课上出物理味道，它通过学生亲历探究过程，促进个体思维的突破和能力的提升，激发了学生学习物理的兴趣，掌握学习物理方法，为学生的终身学习提供后续保障。

1．关注生活，培养学生的建模能力

物理学中概念与规律的发现，都源于一个具体的物理问题，美国教育家布朗认为：“学习的环境应放在真实问题的背景中，使它对学生有意义”，而真实的问题就存在于学生的生活中。但是，寻求解决问题的方法往往是迷雾重重，其中所用的方法或得到的理论却是最有效的和最简洁的。物理课堂上必须为学生营造一个个物理情境，还原知识产生背景。在“机械能守恒定律”教学中，利用很有视觉冲击力的“极限运动”，生活中打弹弓等实例，将动能和势能的转换关系包含其中。让学生利用刚刚学习的动能、势能概念，从这些复杂情景中抓住主要研究的问题，学会从实际情景中抽出理想模型，简化物理研究的过程。这也是物理教学和学习的核心，无论从应试还是能力提升都起到重要作用。

2．实验探究，初步体验物理规律的形成

高中教学中绝大部分的物理规律来源于对事物的观察与分析，透过事物的表象把握其本质，而关键性信息的获取和处理对能否发现物理规律起着决定因素，若能启发、引导学生亲自参与和发现规律的发现过程，学生对于规律的理解将会更加深刻，应用更加自如。

本节课运用类似理想实验来探究机械能守恒定律。在实验探究当中，选用铁球和塑料球的对比实验得出阻力对机械能守恒的影响，当阻力逐渐减小，观察出这个过程中小球机械能的一个变化趋势，最终推导出阻力为零的情况。通过模拟物理学家伽利略研究采用的理想实验方法，以可靠的实验事实为基础，突出主要因素，忽略次要因素，通过抽象思维得出机械能守恒定律的条件，将实验与逻辑思维紧密的结合在一起。

3．注重实际应用，通过理论探究加强学生科学思维训练及方法形成

看到的实验结论不一定反映了物理的本质，而且高中阶段有很多规律是无法通过物理实验来得出，例如万有引力定律就是利用了牛顿运动定律和对称性得出的。在教学中要通过理论推导和验证来探究物理规律，这样更能加强学生对于知识的理解，对它在实际生活中应用更有信心。学生通过理性探究，自觉的寻找生活中应用的物理知识、方法，并能把物理知识、方法用来解决生活中的现象，这样习惯的养成可以有效的提高学生的科学素质。

《机械能守恒定律》这节课的难点是机械能守恒的条件是只有重力做功。首先引导学生之前学习机功能关系，即合外力做功过程动能发生改变，重力做功的过程重力势能发生改变，而后理论分析实验中阻力做功、拉力做功等情况下机械能不守恒，理论探究机械能守恒的条件，即只有重力做功。通过师生互动、思维探究以及理论推导过程，深刻领会到物理学科的严谨性和流畅性，感受物理之美。让学生在探究、推理过程中得出结论，有利于培养学生的推理能力、分析归纳能力和探索发现能力，领悟理想研究方法。

4. 让实验探究与理论探究成为探究式教学的两翼

学生的科学探究并不意味着只动手操作进行实验活动，凡是有利于学生“构建知识”，形成“科学观念”，领悟“科学研究方法”的各种活动都属于科学探究范畴。在教学中要将这两种方式结合在一起。美国的物理学家最近评出“最美丽”物理实验，这些实验共同之处是：它们都“抓”住了物理学家眼中“最美丽”的科学之魂，这种美丽是一种经典概念：最简单的仪器和设备，最根本、最单纯的科学结论，就像是一座座历史丰碑一样，人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空，对自然界的认识更加清晰。

新课程要求学生通过物理学习能“体验科学探究过程”，从而提高学生的科学素养。学习过程更多的是学生体验的过程，将理论探究和实验探究紧密的结合的教学方式有利于学生体验科学探究过程，注意过程的体验，有助于学生知识的构建，方法的形成，能力的形成，并在学习过程中形成科学的态度和科学精神，掌握科学方法，成为解决问题的高手。同时在物理教学中注重物理过程的体验，能激发学生学习热情，有利于学生借助直接或间接经验将知识内化，并在探究过程中培养坚韧不拔、探索知识的科学精神，将科学知识和科学素养有机统一。

参考文献：

[1] 高中物理课程标准．人民教育出版社，2003 ．

[2] 吴建惠．有效的物理课堂教学从体悟开始

物理机械论文篇3

【关键词】：：教学设计 机械波 模型

引言

教学设计是一门新兴的实践性很强的科学，也是日益受到重视、应用范围广阔的多学科研究领域。在教育技术的五个研究范畴中，教学设计被认为是“教育技术对整个教育科学领域具有最大理论贡献的”一个范畴，在教育技术学科体系中占据着核心地位。为此，本文结合本人所授课程对高中物理有效教学设计进行探讨。

1．物理有效教学设计的基本步骤

（1）利用前概念引入概念，再转变错误前概念，建立正确概念

如果在教学过程中，教师草率地用所谓的正确的观点去覆盖学生原有的想法，那么其教学效果就可想而知了。所以在教授新概念之前，教师应充分了解学生已有的认知情况，尤其是与新概念有密切关系的已有概念和原理的认识，才能选择有效的教学策略和方法进行有的放矢的教学。

（2）建立模型，给学生以创造学习的空间

从教学内容中选择和确定要研究的物理模型，根据此模型学生要能够建立起相应的物理情境，在这个问题情境中有供学生进行假设、猜想的空间。学生经过思考形成一定的假设或猜想。并通过学生的探究活动能够从中受到某种启发、或得到阶段性的结果。比如教材在分析弹簧振子振动的过程中，提出了简谐运动的概念，这样的处理比较具体、直观，教师在利用弹簧振子帮助学生理解简谐运动的概念时，最后一定要让简谐运动的概念从弹簧振子这一具体形态中“脱胎”出来，成为独立的物理模型。

（3）提出一些研究的课题，帮助学生进一步发展概念，巩固概念

课堂教学过程中向学生明确的提出研究的课题：弹簧振子、单摆的振动周期与哪些因素有关。提出课题后一定要给学生时间使学生形成自己的假设和猜想。在此期间，教师要做好引导、也可在小组内进行适当的讨论。学生在形成假设和猜测的过程中是在进行积极地思维，在用自己的直接经验和间接经验做着各种判断。

2 机械振动和机械波概念教学设计案例

以机械波的形成和传播一节为例，设计教学案例。这一节的教学目的要求是，让学生知道什么是机械波，产生机械波的条件，波是传递能量的一种方式，知道机械波的两种形式；横波、纵波及横波波形图。

（1）创设情景，发展学生“机械波”的概念

基于大部分学生都承认水波是机械波这一事实，教学之初从分析讨论水波这一常见的现象对学生“机械波”概念进行发展。

教学中教师先提出一个总体性的问题：水波是如何形成的？然后层层设疑，将问题引向教学核心：水波是否与水做机械振动有关系？一个水分子是否可以形成机械波？针对 教 师 的问题，师生共同讨论后得出正确的认识。① 水波是大量水共同形成的，是大量质点的集体行为，是一种宏观现象；② 水波和水上下振动有关。 （2）建立机械波传播的物理模型，转变学生机械波中错误前概念

a.实验演示现象，引发学生的认知冲突

由调查可知，不少学生认为机械波是由于介质不停的向前传播而形成的。因此，首先通过实验或生活中的例子让学生看到实际情况并非如此，从而引发认知冲突。

演示:在水波中人一小的纸屑或泡沫，可以看到，纸屑或泡沫只是在上下振动，并没有随着水波传到盛水盒的边缘。

这个实验说明，机械波的形成与传播，并非因为介质向前运动.介质仅在原来的位置附近振动。此时学生头脑中就产生了强烈的疑问:机械波到底是如何形成的?

b.通过实验，建立正确的机械波形成与传播的概念

为了便于分析机械波是如何形成与传播的，必须建立波传播的简化模型:一维波传播模型。该模型不能从水波直接建立，通过下面过程逐步进行:

演示“绳波”，可以看到一孤立的向上凸起的波向前传播，水平振动，可以看到连续完整的波向前传播。

比较绳波与水波，找出二者共同点;介质各部分均振动、均形成凹凸相间的形状向前传播。最后得出结论:绳中传播的是机械波，它的形成与传播原理，就是所有机械波的形成与传播的原理。

第一步：建立理模型，将软绳简化为若干质点连接而成，第二步：利用箱式横波演示仪演示机械波是如何形成与传播的，

通过以上教学过程，学生建立如下概念:① 在介质中，前面质点振动，带动后面质点也跟着振动，但时间上有延迟，大量质点相互“配合”形成机械波；②质点只是在各自的平衡位置附近振动，不会随波迁移；机械波传播的是“机械振动”这种运动形式。

（3）进一步发展科学概念，让科学概念理解更全面深刻

前面所分析的机械波均属于横波，对于一个完整科学的概念而言，还需分析纵波的情况:

演示弹簧中传播机械波的情况并分析此现象，让学生明确该现象传播的也是一种振动形式，是机械波并给出横波与纵波的概念；借助箱式纵波演示仪说明纵波是如何形成与传播的;

总结对机械波的形成与传播概念的理解，不论是横波还是纵波，均有:

理解1，机械波的形成是因为前面的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点运动；

理解2，介质中的质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近振动；

理解3，机械波是大量质点的集体行为，机械波传播的是振动这种形式。

由于教学内容的不同，采取的教学策略也会不相同，“概念变化”策略并不排斥其它策略，甚至是同一堂课的教学设计，也有可能会多种教学策略并用。但是，关注学生原有的知识经验，采取恰当的教学策略有效促进学生对物理概念的理解，是每一个教师应当具备的教学理念，这也正是新课程中所提倡的。

参考文献

物理机械论文篇4

关键词：创新设计；物理样机；虚拟样机；教学实践

1 前言

机械创新设计是指发挥设计者的创造力，结合现有科技成果，设计出具有创造性和使用性的机械产品的一种实践活动，涉及到机械设计理论与方法、制造工艺、材料及处理、机械结构、机械产品维护及管理等机械工程领域的多种创新。从目前来看我国大学生机械创新能力教育与国外相比还存在很大差距，这与历来对于机械创新教学研究重视不够有直接关系。随着科学技术的发展，社会对于大学生的创新意识、创新能力和工程实践能力要求越来越高。因此，加强机械工程类大学生创新精神和能力已经成为高等院校工科专业教学改革和学科建设的迫切而主要任务，可以改善从产品的概念设计到动态仿真再到整机结构优化的各个阶段。利用虚拟样机技术可以建立零件的模型，进行虚拟装配，并检查零部件的装配间隙和干涉，应用分析软件对样机进行运动仿真并对关键部件进行校核、计算。及时发现错误，优化结构，可以方便地更改模型，从而提高设计效率、优化设计方案、缩短设计周期、降低生产成本。可见，虚拟样机技术是进行机械创新设计的重要技术手段。在教学过程中提倡以机械创新设计需求为主导进行技术学习的思想，虚拟样机技术的学习应该结合机械设计原理与机械设计的具体要求。课程注重对虚拟建模、虚拟装备、运动仿真和优化设计等各个阶段进行综合培训，同时在课程的不同阶段安排相应的设计实习任务，促使学生在学习这些操作技能的基础上增加对其在机械创新设计中具体应用的思考。

在虚拟样机优化设计的基础上要同时加强学生对物理样机创新设计能力的培训，从加工图纸绘制、非标件加工、标准件选购到样机的装配和调试都让学生亲自动手参与，并且根据所设计产品的技术要求和使用要求进行试验。样机试验也是一门科学，根据培养进度应适时开设《试验设计与统计分析》课程，详细介绍机械设计中常用的正交试验、单因素试验、对比试验等科学的试验方法以及方 差分析、t检验等数据统计方法和数据结果分析方法。通过合理的试验和科学的数据分析可以进一步优化参数，修改样机结构，对虚拟样机的设计结果进行验证和修正，直至产品定型。可以说，虚拟样机与物理样机研究并重是促进大学生机械创新设计能力提高的一条有效途径。

3.3 指导学生申请或参与相关项目

在具备了基础理论知识和基本的设计技能的基础上，吸引部分优秀学生参与到教师主持的相关科研项目，从基础设计工作做起，逐步了解和熟悉项目的论证、设计和运行过程，以提高学生的综合创新能力。在此基础上再指导学生组成团队申请校级、市级或者自治区级的大学生创新设计项目，从项目的可行性分析、立项、方案设计到具体的技术创新设计和产品设计都由学生亲自参与。这样学生既可以得到项目的锻炼又可以得到经费支持，可以有条件实现理论与实践结合，有利于创新能力的进一步提高。

在项目执行过程中注重对学生综合创新能力的培养，首先，要通过市场调研和查阅文献提出设计任务并通过可行性分析明确设计的功能目标，然后，进行团队讨论，根据成员的基础理论知识并发挥创造思维确定总体设计方案，下面，进行团队分工，依据个人所掌握的不同的创新设计技术和方法进行虚拟样机创新设计，做出三维模型并进行仿真分析和结构优化，与此同时不断对总体方案进行修正；接着，团队合作完成物理样机加工、装配、调试和试验改进工作，最后，完成整个机械创新过程。

3.4 校企联合培养引导学生理论联系实际

经过参与项目锻炼后，学生对整个设计流程有了切身体会，同时对所学的基础理论知识也有了更加深刻的理解，具备了进行创新设计的基本能力和基本素质。在此基础上，教师应积极联系相关企事业单位为学生安排实习机会，进行校企联合培养，让学生到工厂一线去了解企业和社会对创新设计知识和能力的实际需求，并进一步了解企业创新设计流程。这样有利于引导学生在日常学习中将理论与实际结合，也使得高校对学生创新能力的培养与社会需求接轨，有利于培养真正符合社会需求的具有创新能力的机械人才。

4 结语

    培养大学生的机械创新能力是高等院校工科专业的主要任务之一。本文结合实际教学过程中对大学生机械创新设计过程存在的问题的探讨和分析，通过对教学改革的思考提出了理论联系实际、物理样机与虚拟样机并重等四点解决方案，还需要通过不断地教学实践对方案进行补充和验证。期望通过这些行之有效的措施，能切实提高大学生的机械创新能力。

参考文献

[1] 张春林. 机械创新设计[M] . 北京: 机械工业出版社, 2006

[2] 王胜曼，张建华，陈占伟. 关于培养大学生机械创新设计能力的探讨[J]. 科技信息，2010，（15）：182-183

[3] 孟飞，刘平安. 机械创新设计课程教学实践与体会[J]. 吉林省教育学院学报，2010,26（1）：138-139

[4] 李自胜，肖晓萍. 机械创新设计实践教学与实验室管理探讨[J]. 西南科技大学高教研究，2011，（3）：71-73

[5] 刘平安，孟飞，平学成. 机械类学生创新能力培养模式探讨[J]. 吉林省教育学院学报，2010,26（6）：22-23

[6]马强. 机械工程类学生的创新素质、知识与能力结构[J]. 高等教育，2011，（1）：19

[7] 陈海波. 机械设计类课程创新型实践教学模式的研究. 实验室科学，2010,13（2）：31-32.

[8] 马玉钦，曾斌祥，张勇杰. 计算机辅助创新设计综述. 贵州大学学报（自然科学版），2008,25（6）：596-600.

[9] 孙首群. 大学机械专业实践课程综合改革新尝试.高教论坛，2010,（3）：62-66,95.

物理机械论文篇5

关键词：机械制造；前景；发展

中图分类号：F203

文献标识码：A

文章编号：1672-3198(2009)09-0010-01

1　现代机械行业面临的问题

(1)为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代机械技术中产品开发和制造的关键问题。机械制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了机械制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科――计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。

(2)在现代机械制造过程中，信息不仅已成为主宰机械制造行业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高机械制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于机械制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海景数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。

(3)各种人工智能工具和计算智能方法在机械制造中的广泛应用促进了机械制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在机械制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。机械制造智能还表现在；智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是机械制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。

2　现代机械工程的前沿科学

2.1　机械制造信息科学

机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此机械制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是机械制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对机械制造技术开始探索产品设计和机械制造过程中的信息本质，另一方面对机械制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化机械制造环境。随着对机械制造过程和机械制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。

2.2　微机械及其制造技术研究

微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。

2.3　材料制备、零件制造一体化和加工新技术基础

材料是人类进步的里程碑，是机械制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化机械制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。

2.4　机械仿生制造

21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品(如智能仿生结构)，开发出新工艺(如生长成形工艺)和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。

地球上的生物在漫长的进化中所积累的优良品性为僻决人类制造活动中的各种难题提供了范例和指南。从生命现象中学习组织与运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。如果说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力，智能化延伸了人类的智力，那么，“仿生制造”则可以说延伸了人类自身的组织结构和进化过程。

仿生制造所涉及的科学问题是生物的“自组织”机制及其在制造系统中的应用问题。所谓“自组织”是指一个系统在其内在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从而提高对于环境适应能力的过程。仿生制造的“自组织”机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。

仿生制造属于制造科学和生命科学的“远缘杂交”，它将对21世纪的制造业产生巨大的影响。

3　现代机械制造技术的发展趋势

随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来现代制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。当前现代制造技术的发展趋势大致有以下几个方面：

(1)信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代机械制造生产模式会获得不断发展。

(2)设计技术与手段更现代化。

(3)成型及制造技术精密化、机械制造过程实现低能耗。

(4)新型特种加工方法的形成。

(5)开发新一代超精密、超高速机械制造装备。

(6)加工工艺由技艺发展为工程科学。

物理机械论文篇6

农机农艺相结合历来就受到领导与专家的重视，但在实践和上都一直没解决好，这是我国某些地区、某些农机化项目效果不好，进而导致效益不佳的重要原因。简言之，农艺是指农业生产工艺过程及其相应的操作技术，农机是指为实现这些工艺过程而设计制造的相应农机具及其管理运用技术，实现优质高产高效农业是二者结合的目标。农艺的深层涵义是生物学理论与实践，农机的内涵是机械学原理与技术，二者是既有区别又有联系，属于于农业的两门不同学科领域。如何处理好二者辩证关系，使之相互适应，紧密结合，成龙配套间农业机械化的关键。我国地域辽阔，悠久，人口众多，具有精耕细作的农耕优良传统，各地风土条件和耕种传统习惯差异很大。近代生物学在微观技术与宏观理论上已有长足发展，近年的改革开放，市场经济对农业机械化又提出新的要求，这些都制约着农机具的设计、制造与运用，也推动着农业技术的改革与更新，因此，如何在新形势下，回顾我国农机化历程，借鉴世界农机化发展，重新考察农机农艺相结合，展开讨论，对于我国农业机械化学科发展是必要的。

二、国内农业机械化发展的启示

纵观我国农机化近五十年发展历程，在农机管理、运用与科研中始终贯穿着农机农艺相结合的主线，推动着农业机械化不断深入发展。1．国内自20世纪50年代初农机化起步阶段，推广新式农具中就明确"新农具与耕地作技术是共同提高的"（张林池，1952.5），"一切机械作业均应严格服从先进耕作法的农业技术要求"（国营机械农场机务工作规章，1952.11）。并在新式农具站的组织领导及人员配备中明确要求"农业技术和农具技术员各两人"，要求"农机具鉴定要从农学观点给评价"。为农机农艺相结合提供了条件。50年代中末期，主管农机的领导在中指出"农业技术与机械技术的结合不够"（李菁玉，1995.1），"农机具要切合当时的农艺要求"（聂荣臻，1959.6）。60年代，进一步提出一些农机农艺相结合的具体作法，"石社挂钩"（陈正人，1960），实行"亦工亦农制度"（刘少奇，1964.9），"机农合一"（张省三，1965）。并在农业机械化的主要任务中要求"加强基本性和综合性的科学技术理论的研究"，要"根据我国农艺发展的新方向和耕作制度改革的需求，农业机械产品设计的原则，首先要适合精耕细作要求"。

70年代在全国农业机械化发展纲要中提出"农业和同时并举"。并具体为"农机部门和农业部门结合起来"，"把农艺改革和农机改革结合起来"，"农艺措施要为机械作业创造条件，既保持了精耕细作传统，又发挥了机械化的作用"（刘瑞龙，1973）。并在人民公社农机机务管理规章中明确"农艺和农具的改革，要互相适应，互相促进"。1979年9月农机部在"关于农机化几个向中央请示报告"中提出"要把全国农机科研力量组织起来，加强基础理论研究"，"农机化必须与农业的区域规划和耕作制度改革密切结合"，"同农业的专业化，经营的多样化结合起来"。当时主管农机的领导进一步明确"树立大农业观点……因地制宜发展农林牧副渔的机械化……树立农业机械化同农业现农业化其他互相联系，密切配合的观点……特别是农机基础理论方面的研究"（杨立功，1979.11）。

80年代初一再强调"农机和农艺相结合"并进一步认识到"农业机械作用的对象是生物，是农作物，它和一般工业机械在厂房里加工无机物不一样，受条件的制约、耕作制度、农艺的制约"（杨立功，1980，1981）。提出"农机化道路要根据本国特色办事"，"发扬我国精耕细作优良传统"，"各地自然条件和耕作制度迥然不同，机械化要根据各地的不同特点进行……排涝机械南方先行，耕作机械东北先走一步"（项南，1980.11）。在对中国农业的反思中提出"农机农艺结合这个提法，一般应理解为农业机械化和生物技术相结合。但是由于农艺这个概念包括生物技术和实现生物技术的作业工艺两方面内容，又受生物技术发展水平的限制，许多作物缺乏直接反映生物技术要求的技术指标，往往用作业工艺代表生物技术指标"。"农业机械化和生物技术相结合的基本形式和内容是农业技术系统（生物技术）、作业工艺程序系统和机械系统的'三系'配套。……是农业机械化自身发展的产物，是现代生物的机械技术应用于农业生产的客观要求。"（刘瑞龙，1980.6）这之后，由于家庭生产责任制，土地承包，以及中央不再提1980年基本实现农业机械化的号召，使农业机械化处于整顿反思阶段。80年代末，机械耕作人员通过多年试验研究和生产实践，认识到"只有农机没有农艺是无的放矢；只有农艺没有农机是纸上谈兵，农机农艺相结合，无非是为农作物创造良好的生活环境条件，这又是基础理论研究的内容，因此，90年代应该是基础理论指导下的农机农艺相结合，这也是有中国特色的农机化发展道路。"（迟仁立，1989.8）90年代机械化土壤耕作在基础理论指导下的农机农艺相结合试验研究引起有关领导重视，在中南海国务院第三会议室听了迟仁立、左淑珍的专题汇报后指出"以前对耕作理论方法忽视了，迟仁立、左淑珍同志提出的办法解决了全面耕翻和不耕翻的问题，解决了两者弊端，但隔几年深翻，间隔深松、镇压，什么地区，气候条件，不同作物上有实用性……还值得研究"（陈跃邦，1990.5）。"很关键的是提出了孔隙度的数据，找出了最适值，农作物增产了，用这个理论能解释。""应扩大试验面积，更深一层虚些问题。这些区域性很大，单纯生物不研究还不行，很需要扩大试验面，要搞多学科综合研究。"（候捷，1990.5）。"把地上地下结合起来研究，很有意义，很重要。""现在研究地上的多，地上地下一起搞的不多，和国外的耕法联系起来，把历史的、中国的、外国的相比较一起研究"，"要把试验面积搞的大点，要扩大试验。"（陈俊生，1990.5）。上述领导人的指示使基础理论指导下的农机农艺相结合的机械化土壤耕作新技术和配套机具的试验得以深入研究并在农业生产中可以因时因地制宜定量运用。李鹏总理在1997年政府工作报告中明确提出"农机农艺相配套"，把农机农艺关系推向了一个新阶段。

2．农机农艺关系的演变历程

从上述我国农机化发展的历程，可以看到我国农机与农艺关系的发展大致经历了四个阶段。

（1）第一阶段是农机服从农艺阶段，指导思想就是一切机械作业均应严格服从技术要求，农机处于从属地位，为农业服务。但是当先进的农业机械纳入传统农业时，还是对传统耕作方式提出了挑战。例如60年代东北的"犁后喘"；华北机耕快且深，使传统的人畜耙地和水车灌溉发生了困难。

（2）第二阶段是农机农艺相互适应阶段。农业机械生产中的作用增强了，地位有所提高，也就暴露出更多的农机与农艺不相适应的问题。主要表现在始终伴随着我国农机化过程中先进的农业生产工具与传统的手工作业技术的矛盾，需要农机和农艺相互让步、磨合，以达到相互适应，这是一段较长的历史时期。例如七十年代到八十年代的间套作，多熟种植的机械化配套。

（3）第三阶段是农机农艺相结合阶段。农业机械有了长足发展，品种多，功能全，可以为农林牧副渔、加工业的大农业实施各业全过程机械化，从而产生了农业机械化综合生产技术。即生产技术成龙配套，形成了农业技术体系、作业工艺程序系统和机器系统的三系配套。

（4）第四个阶段是基础理论指导下的农机农艺相配套阶段。农业机械化三系配套已不是简单的农艺过程同相应机械来替代所能完成的。其综合性，系统性要求有相应的基础理论来指导，使农业技术和农业机械有机地组成优质高产高效科学的作业程序系统。表现在SPAC运行系统、土壤--机器--植物系统以及机具--土壤·微生物·根系--农田生态系统和农林（果）茶经菌渔药综合配套立体组合农业等各种系统与实践的研究。为区域化因时因地制宜的农机农艺相结合从量变到产生飞跃，发生质变，实现基础理论指导下的定量配套创造性了条件。

三、国外农业机械化经验的借鉴

由风土条件、、体制所形成的不同农业类型决定着农业机械化的方式，人多地少、人少地多、富有型、贫困型，国营与私有制都有不同的农机农艺结合经验可供借鉴。1．世界上的农业从总体上可分为人多地少，劳力密集型和人少地多能量密集型两大类。以美国、加拿大为代表的人少地多是其典型。美国农业机械化过程显著特点是靠专业化减少农艺技术环节，促进农机化。大豆带、玉米带的形成，减化了作业程序，减少了机具配备。加拿大大马力、折叠式作业机具充分发挥了机械化的威力，但是大马力机械带来的压实一直困扰着各类能量密集型农业，可为我国东北和西北机械化农场提供经验和教训。日本和英国、丹麦、德国可做为人多地少的典型。日本以水田机械化为主，小巧灵活的单人背负式、手扶式形式多样，品种齐全，可为我国南方水田机械化提供。德国以北方谷物甜菜机械化大田生产为主，解决"插花地"和化、标准化作业为规模化和精细化机械耕作积累了经验，可为我国北方精耕细作与农业机械化相结合提供参考。英国和丹麦的农牧并举机械化过程为我国农区发展牧业提供了经验。改精饲料为主的养殖业为草饲的养牛业可以从生物学方面提高转化效率，发展新型农牧业机械化体系。

英国、丹麦可做为富有型的农业机械化典型，笔者参加国际会议，考察过这两国农业机械化耕作状况，由于经费充足，在自动化程度和监控作业提高可靠性方面做了很多工作，给人"锦上添花"的感觉。提高精密性和经济效益。尼日利亚尽管号称"非洲的小美国"，但还是贫穷落后的发展家，其农业机械化明显在减少繁重体力劳动以及提高耕种速度，抢农时和经济效益上下功夫。由于经费有限，只能"雪中送炭"解决当务之急的问题，这些可能给我国经济发达地区和贫困地区发展农业机械化提供借鉴。钱多可以在科学化和精细化农艺技术方面发展；钱少就在解决燃眉之急的农艺措施上，再配合相应的农机具，实现农业机械化。

前苏联是最典型的高度集中的以国家意志为主体的计划经济下机械化国营农场模式，经营不善，普遍亏损，计划经济"大锅饭"的弊端一直困扰着领导者。我国黑龙江集体办农机站队和国营拖拉机站也有了切身体会。巴西、菲律宾以私人占有土地为主的国家，农机化发展的"各自为政"单纯追求高额利润的短期行为发挥大规模机械化作用和保护环境，持续发展又产生了尖锐矛盾。这些为我国在市场经济条件下发展农机化提供了如何协调国家与地方，集体与个人之间关系的实例。如何更好地趋利避害，摆正经济、社会、生态效益三者之间平衡与协调。

2．在宏观农业类型前提下，如何解决农机农艺相结合的具体微观技术，国外的实例也很多。美国的大豆收获机械化宽幅割台与损失率高的矛盾就是通过培育高底荚位大豆品种而解决的。西红柿机械化收获使培育方型厚皮新品种取得突破。泰国北部的农业机械化就是将轮作制改为固定耕作制后实现的。日本60年代从中国引进尚未过关的水稻插秧机，通过农学育秧解决了中国多年无法突破的机械手取苗伤苗的障碍点，实现了水稻种植机械化。类似这些从农艺的生物学方面，而不是单纯要求农机配合而解决的农业机械化难点俯拾皆是。俄罗斯农业工程专业中就有"基础教研室"解决农艺中的"为什么"，作业执行农艺技术实现机械化的理论依据。前苏联威廉斯的机械化平翻耕作体系就是依据"团粒结构"理论，耕地层上下层土壤需周年轮换恢复结构的农艺要求而建立的。国外这些经验表明基础理论指导下的农机农艺相结合是农业机械化发展的正确途径。

四、农机农艺结合成效显著

20世纪70年代以来我国农机化战线上许多成功的农机农艺结合具体范例，值得推广，指导未来。

1．60年代初黑龙江农机化人员从解决东北因有三角犁铧耕作，铧耳限制耕深，造成耕层浅、犁底层硬，无法深耕的弊端出发，提出加装深耕部件，打破三角生格子的深松土措施和部件（阎作新，1962）。70年代安与"高寒地区地裂子抗蚀保土启发进行深松土，二者合而为一"发展为"深松耕法"，得到领导重视，组织了农业、农机、农场、气象、林业、六局科技人员大协作进行试验研究。但由于增产机理和肥力转化不清，受到质疑。认为增产没根据，光用不养、地下开荒、后患无穷，不能推广。农机和农艺都无法解释这些问题，是生物学专业人员研究揭示出深松耕法创造的虚实并存耕层协调了水肥气热，实现了早熟高产，用养结合，（迟仁立、左淑珍，1997），为深松耕法推广提供了理论依据。一方面全省大面积推广应用，并在全国三北地区示范推广，取得显著成效，于1978年获全国科学大会奖励。另一方面推动了配套农机具研制，产生了一大批以虚实并存层为依据的深松机、整地机、七铧犁改装等新型深松系列机具，推动了农业机械化的发展。

2．基础理论研究从虚实并存耕层的土壤水肥气热、微生物、作物根系、光合生理、农田小气候等方面深入系统测试，总结出虚实并存效应原理。一方面与生产结合，形成以虚实并存耕层为核心，在不同部位、深度、间隔，不同时期深松的整套土壤耕作技术，并在海伦县不同农耕区因地制宜推广应用，形成机械化耕作技术规范，获得中科院科技进步奖。另一方面从农业角度研究提出虚实并存耕作是我国精耕细作优良传统中"精耕"的继承和发展，是比平翻的全虚耕作和免耕的全实耕作都优越的先进耕作系列。在河北通过多年多地多种作物试验研究，提出可以定量运用的华北虚实并存耕作技术规范。同时研制了为小型拖拉机配套的小型深松犁（ZL922064814）、七寸步犁改装，深松步犁和多用组合犁等系列配套机具，得到河北省领导重视，在河北十个县市示范推广200多万亩，获经济效益2.46亿元。为河北省农业机械化发展注入了活力。同时在西北的间隔深松加覆盖技术与南方旱地间隔深松抗旱增产都取得了稳定增产的良好效果。促进了我国机械深耕深松推广应用。

3．90年代以来，我国各地进行的秸杆粉碎还田，机械化精量播种，抛秧和化肥机械深施等农机化新技术都是在明确农艺技术效果指标基础上，农机农艺相结合发展起来的。从作物增产潜力的基础理论研究出发，查清土水肥光热指标，促进了旨在抢农时、争光热的华北三夏机械化耕种一条龙作业技术和吨粮田优质高效高产技术与配套系列机具的研制，这些都是基础理论指导下农机农艺相结合的硕果。

五、农业机械化科研发展之管见

农业机械化的名称就包含了"农业"、"机械""化"三方面含义，就是"农业"和"机械""化"在一起，即农艺农机相结合。

1．观念的转变。在农机化研究人员中，存在着重"机"轻"化"的错误观念。二者缺一不可，相辅相成，同等重要。在实践中"化"的研究既重要又难搞，它涉及到科学，又涉及到社会科学；既涉及到工程技术，又涉及到基础理论，同时又要研究应用技术和社会经济问题。需要知识面广，研究对象又很复杂，在我国农机界的基础又比较薄弱。应该充分重视并加强这方面研究。在市场经济的今天，还应注重经济效益，改变过去只看科研水平，不管生产力转化和能否有商品价值，通过鉴定就万事大吉的错误观念。

2．人才的培养。现时的农机课程设置以"机"为主，只有一门农学基础还与机械离得太远，因此应该从农机化教材改革作起，增加农业生物学和介绍宏观环境的生态学课程。编撰农业机械化专业自己的农学教材，培养农机农艺结合的"双料"人才。这样才能从根本上扭转重机轻化的现象。

鉴于农机化专业现状，农机农艺分割，许多农机专业人员要脱离农业，向机械化、自动化、电气化的方向发展也是学科发展所需要的。应该国外的经验，农机农艺相结合不是合并，在农机化专业中设立基础理论研究机构，调配专业人员，充实加强"化"方面的研究，为机械化、自动化、电气化提供理论依据，加强力量。

3．统一分区规划。对于在中国条件下实现农业机械化，特别是田间作业机械化的复杂程度认识不足。对各地的风土条件、作物种类、种植制度、栽培的复杂性，都没有联系农业机械化进行系统的调查研究，提出区域性因地制宜的，有理论数据的，可以进行定量指导的机械化作业体系。五十年来各地农业科技人员已作了大量工作，建议在全国立项，统一规划分区进行，补充完善总结各现有成果，提出我国不同地区的农业机械化种植宏观设计。同时要从传统狭窄的种植生产过程机械化束缚中解放出来。一方面对种植业要扩展到产前、产后农产品加工与销售；另一方面树立大农业观念，农林牧副渔各业的机械化也要全面 考虑，拓宽农业机械化领域和。总之，中国仍然依靠种植业生产粮食，传统的机械化栽培方式还是目前农村中农业生产的主体，但展望未来，农林牧渔大农业观念的全面发展又是必然趋势，因此农业机械化研究应该深化与拓宽并重，同步发展。

4．如何结合是突破口。农机农艺相结合已深入人心，取得共识，但"如何结合"在理论与实践上都处于探索阶段，还有很长的路要走。这也是我国农业机械化近五十年来历程所提出来的重大课题，是我国农业机械化科学发展的突破口。

主要参考

(1)农机化司，北京农工大编：《中国农业机械化重要文献资料汇编》，北京农业大学出版社，1988.4。

(2)国家农委编：《农业集体化重要文件汇编（1949-1957）》，国家农委办公厅，1981.10。

(3)中国农业机械基本情况，中国农机学会，中国农机化研究院，2000.9 陈志等。

物理机械论文篇7

机械创新设计是指发挥设计者的创造力，结合现有科技成果，设计出具有创造性和使用性的机械产品的一种实践活动，涉及到机械设计理论与方法、制造工艺、材料及处理、机械结构、机械产品维护及管理等机械工程领域的多种创新。从目前来看我国大学生机械创新能力教育与国外相比还存在很大差距，这与历来对于机械创新教学研究重视不够有直接关系。随着科学技术的发展，社会对于大学生的创新意识、创新能力和工程实践能力要求越来越高。因此，加强机械工程类大学生创新精神和能力已经成为高等院校工科专业教学改革和学科建设的迫切而主要任务[1-7]。

二、存在问题探讨与分析

在指导机械设计制造及其自动化专业大学生机械创新设计过程中总结出存在以下几个方面的问题。

1.基础理论知识相对薄弱，创新思维不足。该专业在二年级、三年级主修与机械创新设计相关的基础理论知识，包括机械制图、工程力学、机械原理、机械设计、工程材料学、机械制造技术基础、机械控制工程基础、液压与气压传动、机电一体化技术、自动控制原理等。扎实掌握并灵活运用这些基础理论知识是大学生创新设计必备的基本条件。但是在实际教学过程中由于课时压缩、实践机会较少以及学生学习主动性较差等多种原因，造成学生掌握的基础理论知识相对薄弱。多数学生学习这些课程主要是应付考试，对这些基础理论进行深入思考并启发自己的创新思维的较少。

2.过度依赖计算机辅助软件，物理样机设计经验欠缺。随着计算机技术的飞速发展，在机械创新设计方面，出现了一系列新技术，主要表现在基于CAD软件的创新设计、虚拟设计[8]。机制专业的学生主要掌握的CAD软件有两类：一类是二维设计软件，如AutoCAD，另一类是以三维建模为基础的大型CAD/CAM软件主要有Pro/E，UG，Solidworks等。一般学生在二年级的时候通过自学和课堂学习等方式基本上掌握了这些软件。但是大部分学生主要精力放在学习虚拟样机相关绘图和建模技巧上，以绘出漂亮的图形为目的。由于对机械设计的理论掌握不够加上没有足够的实践机会去了解物理样机设计过程，在开始接触机械创新设计时，会过度依赖这些软件进行三维建模，不能将虚拟设计与物理样机设计有机结合起来。实际上机械创新设计的本质还应归结到机械本身，以计算机技术为基础的虚拟样机技术只是辅助设计的一个手段，不能完全代替传统的物理样机机械设计。在创新设计中应该坚持虚拟样机与物理样机并重的原则。

3.缺乏实际项目锻炼。参与实际项目锻炼，参加生产实习的核心在于通过某一产品设计、制造、检测、封装入库完整等环节的实习，使学生初步熟悉机械产品生产加工全过程所涉及的知识、技能、工装[9]，是学生全面、综合掌握专业知识和技能的重要环节，也是培养学生创新能力的基础。但是现在由于课时压缩等多种原因，本科生多以理论学习为主，其创新能力的锻炼效果不尽如人意，这与创新设计所要求的能力差距还较大。由于没有接触实际的项目锻炼，学生对于机械设计的流程、要求以及机械创新设计的具体需求了解不多，导致学生学到的机械设计理论知识无法完全充分发挥出来，这也是制约机械创新能力发展的重要原因之一。

三、教学改革思考与实践

针对上述问题分析，在教学工作中对创新设计教学改革进行深入思考，结合实际情况提出了几点解决方案，并在教学实践中逐步实施。

1.加强基础理论知识培训激发创新思维。在基础理论知识教学过程中把重点放在理论联系实际方面的讲授，结合机械创新设计案例、机械创新设计新思维、新方法和新成就等多种方式将理论知识与应用技术结合起来，在吸引学生兴趣的同时也加深了学生对基础知识及其应用的理解，并积极引导他们在此基础上进行再思考再创新，为下一步机械创新设计打好坚实的基础。另一方面，开设文献查阅课程，培养学生文献综述能力，通过查阅专业书籍、学术期刊、专利、企业产品手册和网络查询等多种方式，了解国内外对相关技术的研究进展和市场需求。

2.虚拟样机与物理样机研究并重。虚拟样机技术集成和综合了可运行机械设计的环境：包括各种仿真工具、分析工具、控制工具、设备和组织协同工作的方法等[10]，可以改善从产品的概念设计到动态仿真再到整机结构优化的各个阶段。利用虚拟样机技术可以建立零件的模型，进行虚拟装配，并检查零部件的装配间隙和干涉，应用分析软件对样机进行运动仿真并对关键部件进行校核、计算。及时发现错误，优化结构，可以方便地更改模型，从而提高设计效率、优化设计方案、缩短设计周期、降低生产成本。在教学过程中提倡以机械创新设计需求为主导进行技术学习的思想，虚拟样机技术的学习应该结合机械设计原理与机械设计的具体要求。课程注重对虚拟建模、虚拟装备、运动仿真和优化设计等各个阶段进行综合培训，同时在课程的不同阶段安排相应的设计实习任务，促使学生在学习这些操作技能的基础上增加对其在机械创新设计中具体应用的思考。在虚拟样机优化设计的基础上要同时加强学生对物理样机创新设计能力的培训，从加工图纸绘制、非标件加工、标准件选购到样机的装配和调试都让学生亲自动手参与，并且根据所设计产品的技术要求和使用要求进行试验。样机试验也是一门科学，根据培养进度应适时开设《试验设计与统计分析》课程，详细介绍机械设计中常用的正交试验、单因素试验、对比试验等科学的试验方法以及方差分析、t检验等数据统计方法和数据结果分析方法。通过合理的试验和科学的数据分析可以进一步优化参数，修改样机结构，对虚拟样机的设计结果进行验证和修正，直至产品定型。

3.指导学生申请或参与相关项目。在具备了基础理论知识和基本的设计技能的基础上，吸引部分优秀学生参与到教师主持的相关科研项目，从基础设计工作做起，逐步了解和熟悉项目的论证、设计和运行过程，以提高学生的综合创新能力。在此基础上再指导学生组成团队申请校级、市级或者自治区级的大学生创新设计项目，从项目的可行性分析、立项、方案设计到具体的技术创新设计和产品设计都由学生亲自参与。在项目执行过程中注重对学生综合创新能力的培养，首先，要通过市场调研和查阅文献提出设计任务并通过可行性分析明确设计的功能目标；然后，进行团队讨论，根据成员的基础理论知识并发挥创造思维确定总体设计方案；下面进行团队分工，依据个人所掌握的不同的创新设计技术和方法进行虚拟样机创新设计，做出三维模型并进行仿真分析和结构优化，与此同时不断对总体方案进行修正；接着，团队合作完成物理样机加工、装配、调试和试验改进工作；最后，完成整个机械创新过程。

4.校企联合培养引导学生理论联系实际。经过参与项目锻炼后，学生对整个设计流程有了切身体会，同时对所学的基础理论知识也有了更加深刻的理解，具备了进行创新设计的基本能力和基本素质。在此基础上，教师应积极联系相关企事业单位为学生安排实习机会，进行校企联合培养，让学生到工厂一线去了解企业和社会对创新设计知识和能力的实际需求，并进一步了解企业创新设计流程。这样有利于引导学生在日常学习中将理论与实际结合，也使得高校对学生创新能力的培养与社会需求接轨，有利于培养真正符合社会需求的具有创新能力的机械人才。

四、结语

物理机械论文篇8

【关键词】微型机械；设计；基础；研究

中图分类号：TH12文献标识码A文章编号1006-0278（2013）06-167-01

微型机械技术是一种新兴的且多科学交叉的高科技领域，它是研究、控制物质结构的分辨能力以及功能尺寸的的一种高端科学。微型机械所涉及的领域十分的广泛，包括电子、机械、制造业、材料、医学、化学、生物、物理等各种工程科学，是当前社会高科技的综合体，备受世人的瞩目，已经被称为二十一世纪人类最关键的技术之首。

一、微型机械的概述

微型机械在不同的国家有不同的称呼，在美国它被称为微型电子系统，在欧洲被称为微系统，在日本被称为的是微型机器。微型机械所指的是可以进行批量制作的、微型传感器、集微型机构、微型执行器、信号处理、电源控制以及接口电源等机电一体化的系统。微型机械从体型上来划分的话可以分为1至10mm的微小型机械、1m至1mm的微机械以及1nm至1m的纳米机械。微型机械的特点有体积小、重量轻、精准度高、耗能低、稳定性能好、灵敏性强、惯性较小、附加价值较高等。

二、微型机械的设计理论

科学界认为一个相对完整的微电子机械系统应该有几个必要的部分组成：1.驱动器；2.传感器；3.信息处理微系统；4.接口。微型机械的设计理论应该将集成设计的理论为基础，考虑集成控制理论的相关内容；并且要考虑运动信号、能量信号等的传递方式和传递规律；还应该考虑系统所涉及的一些关于微运动学、微机构学、微动力学等基础微型科学理论的延伸和扩展；以及关于微型接口和宏观接口的设计问题等。

三、微型机械设计的基础问题

微型机械不是将传统的普通机械进行比例缩小而成的，它是将每个单元的各个功能完全的集中在一个微小的自治单元。因此，微型机械的内部构造十分的复杂，将每个结构都设计的细化是一个很大的难题，使其集成化和智能化更是难上加难。

（一）微尺寸效应

在物质世界，某一个物质的尺寸如果被缩小到了一定的程度，它的很多的物理现象就与原来其在宏观世界中的有了很大的区别，也可以说表面效应与力的尺寸效应会对微观世界起到非常大的影响。物质的电磁力以及惯性等都是与其特征尺寸的高次方成比例的，在微小尺寸的领域中，这些特征会随之减小；而那些与其尺寸低次方成比例的弹性、静电力以及粘性、表面张力等就会增大。由此可见，微型机械的微尺寸效应问题是其在设计中最主要的一个问题，如何能够在微小的空间之内来使微电机的驱动力矩增大，这是一个影响着微电机实现其实用化的非常关键的因素。

（二）微摩擦

有学者研究发现，以往传统的摩擦力研究理论和研究方法是不适合用来处理微小物体之间超清载荷中的摩擦问题的，所以微摩擦的问题成为了微型机械设计中的主要问题。微型机械中小的构件质量非常的小，压力也极轻，传统的摩擦是在塑性范围之内的，而它的表面变形则是在弹性范围之内的，表面的摩擦力是两个或者多个表面之间相互作用而产生的，并不是因为载荷压力而引起的。因此，微型机械的摩擦应该主要研究的是其表面的分子、原子的性质。同时，微型机械受到尺寸效应的影响，其表面的摩擦力和粘着力比传统机械所有的体积力显现的是十分突出的。所以在设计微型机械时也要注意微摩擦磨损的问题。

（三）寿命问题

相对于传统的机械来说，微型机械的寿命问题是需要注意的。它不像传统的机械那样具有很强的可靠性和安全性，由于其成本比较低廉而且多数为大批量的生产模式，因此没有必要追求其很长的使用寿命，多数都为一次性使用过后便不再维修直接报废。例如，飞行微型机器人，装载红外传感器、湿度传感器在田野上飞翔，察觉到有干旱的农田就可以为其进行灌溉，不必考虑将其回收维修。

（四）能源供给

能源供给的问题也是微型机械设计中的重点问题，可以采用有线式的供给方式、也可以采用无线式的供给方式。有线式指的是用导体将微型系统的主体部分和能源供给系统以及智能控制系统进行连接；无线式的则是将包含微能源供给系统和控制系统在内的所有的单元都集中在一个整体的微机械系统之中，用以实现能量和控制信号等的内部传递目标。这两种方式各优点，需要设计者结合实际情况进行考量和采用。

四、总结

微型机械是一种更高科技产品，随着社会的不断发展与科技的不断进步，微机械领域所涉及的电、机、光等各种科学会更加的融合在一起，得到更加合理和科学的应用，并带动新科学的研究和发展。我们应该看到微型机械设计中存在的重要问题，加以解决和完善，将我国的微机械领域发展成世界的领先水平。

参考文献：

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