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

篇1

從中國科技館獲悉，中國科學院力學研究所研究員、博士生導師、中國科學院院士、力學研究所學術委員會主任李家春日前在中國科技館開辦主題為“身邊的流動”的講座，通過唐代詩人李白和張繼的名詩《早發(fā)白帝城》和《楓橋夜泊》解釋古人觀察到的流動現(xiàn)象。探尋日本“3?11”海嘯與福島核泄漏、2011年極端氣象災害和美國航天飛機退役等事件當中的流體力學的原理。

我們身邊存在著很多流體現(xiàn)象，也許看不見、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。氣象災害、日本海嘯、美國航天飛機的退役等均與流體力學有著密切的關系。由此可見，身邊的流體現(xiàn)象無處不在。日前，中國科學院力學研究所研究員，博士生導師，中國科學院院士李家春來到了中國科學技術館與廣大市民面對面，為我們詳細講解“身邊的流動”。

李家春說，2011年，人們遭遇了眾多極端事件：日本海底地震導致海嘯和福島電站核泄漏；澳大利亞颶風、我國干旱與洪水災害等異常氣候問題，而它們的預測、預警都是流體力學的前沿問題。同樣是在這一年，美國航天飛機歷經(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)不可靠等安全問題，成為流體力學工作者需著力解決的重要課題。

日本海嘯與流體有關

“日本‘3?11’地震海嘯災害傷亡慘重，并導致了福島第一核電站的核泄漏。海嘯災害的發(fā)生需要幾個條件，其中包括6.5級以上的海底地震、震源深度小于50公里、海底板塊垂向運動等。傳播到淺海海灣和海灘地區(qū)，因水的積聚和涌升而致災，在夾帶雜物以后沖擊力更強。利用地震波與海嘯傳播的速度差，可以預警防災?！崩罴掖赫f，“為什么日本這次沒有做好呢？原因有兩個，一個是震源很近，離海岸線僅133公里，時間差很短；第二在于日本沒有預見到九級地震會造成如此大海嘯，防波堤設計標準低。如果核電站建在西海岸就要好得多?！?/p>

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；韓國首爾百年一遇的暴雨；包括北京城區(qū)內洪水也相對嚴重。氣候異常究竟緣由何在？李家春對此解釋：“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和自轉、日地關系、太陽活動、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，還有溫室氣體排放等人類活動的干擾，導致全球變暖，大氣活動增強，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?！?/p>

美國航天飛機退役，因為防熱系統(tǒng)沒有設計好

美國航天飛機退役原因也是矚目的焦點之一。我們知道，航天飛機的好處是運送量大，把人和物資運到空間站去，所以人能夠長期地在空間站進行科學活動；可以多次往返，似乎可以節(jié)省費用；還有一個好處就是回地落點比較準確。李家春說：“航天飛機退役最重要的原因是，防熱系統(tǒng)沒有設計好，維修費用很高，失事率高。兩次失事，一次是挑戰(zhàn)者號，一次是哥倫比亞號，犧牲了14個人，這樣就不經(jīng)濟、不安全了。所以在2011年的2月、5月、7月，發(fā)現(xiàn)號、奮進號和亞特蘭蒂斯號最終退役。兩架失事，三架放到博物館?！?/p>

詩詞里的“流動”

有誰想到古人的詩詞中蘊藏著豐富的流體現(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，輕舟已過萬重山?！边@首詩將詩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“輕舟已過萬重山”這順水行舟的流暢輕快則體現(xiàn)出了一種流動現(xiàn)象。

李家春說：“為什么三峽建成前后，船的航速不一樣？沒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。實際上，這是由于河道的比降不同，也就是說水面的坡度不同所致。河水流動的動力，來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?！?/p>

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?！睆谋硪鈦碇v，是說蘇州城外的寒山古寺，半夜敲響的鐘聲傳到了詩人的船頭。那為什么晚上寒山寺的鐘聲能傳過來？“這里面反映了一個科學原理，”李家春說，“聲波在大氣當中的折射現(xiàn)象。到了晚上，大氣的密度處于穩(wěn)定層結，上輕下重，這樣聲音就會全反射回來，而白天的分層情況不同，所以可能聽不到鐘聲?！?/p>

延伸閱讀

現(xiàn)代流體力學具有先導作用

什么是流體力學？在講座上李家春通過解答流體和固體的差別、流體的相態(tài)以及流體運動的表現(xiàn)形式等問題，說明了流體力學是研究流體介質的對流、擴散，以及相伴的物理、化學、生物過程，導致質量、動量、能量輸送的現(xiàn)象。

流體力學既是一門經(jīng)典學科又是一門現(xiàn)代學科。在17世紀，牛頓基于前人的天文觀測和力學實驗，發(fā)明了微積分，并總結出機械運動三大定律和萬有引力定律，發(fā)表了著名的《自然哲學的數(shù)學原理》一書。由于原理是普適自然與工程各個領域的規(guī)律，從而使力學成為自然科學的先導。

自20世紀60年代以來，由于超級計算機、先進測試技術的發(fā)展和應用，力學進一步凸顯宏微觀結合和學科交叉的特征，并進入現(xiàn)代力學發(fā)展新階段。李家春說：“現(xiàn)代流體力學在航空航天、海洋海岸、環(huán)境能源、生物醫(yī)學、材料信息等諸多工程領域都發(fā)揮著不可或缺的作用。因此，現(xiàn)代流體力學不僅是一門重要的基礎學科，而且在同國家經(jīng)濟、社會發(fā)展相關的各個工程技術領域仍具先導作用?！?/p>

流體力學的發(fā)展歷程

流體力學歷史悠久，它發(fā)展的過程可以分成四個階段：基于實踐經(jīng)驗的古代流體力學，基于嚴密數(shù)學理論的經(jīng)典流體力學，基于物理洞察力的近代流體力學，以及基于現(xiàn)代高新技術的現(xiàn)代流體力學。

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

“中國古代的流體力學有很多好成就和貢獻，最重要的一個貢獻，就是2000多年前的都江堰水利工程?！崩罴掖赫f，“魚嘴分水堤嚴格控制內外江的水沙量，飛沙堰溢洪道控制洪水量，寶瓶口起著一個水庫的作用，這些都是流體力學原理。”

專家答疑

疑問：要解決比如說航天、海洋、能源、環(huán)境問題，是用數(shù)學模式、物理思想、現(xiàn)代的超級計算機，還是兼而有之？

李家春：關于研究手段，比如氣候預報，需要的計算量非常大，單純靠手算是不現(xiàn)實的。100年以前曾有一位天文學家預測一個天體運動，推導了100多項，后來發(fā)現(xiàn)計算錯了，結果算了一輩子都白算了，所以沒有計算機不行。但是現(xiàn)在有另外一種趨向，就是年輕人不愛學數(shù)學、物理，單單學計算機，而且公式不推了，程序也不編了，為什么啊？因為有軟件。人家編好程了，他只需要輸進去數(shù)據(jù)，結果就能出來，挺不錯啊，就是他不了解里邊的含義，錯了也沒法改，這是不行的。只有學習了數(shù)學、物理中基本的知識以后，才能了解算出來東西對還是不對，了解里邊的規(guī)律是什么，才能做到創(chuàng)新。

疑問：如果某些力學問題解決了，它能夠帶動哪些技術，解決人類的哪些問題？

李家春：我舉個例子――湍流，這是一個百年的難題。湍流是1883年雷諾發(fā)現(xiàn)的，實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，因它是無規(guī)則運動。20世紀以來有很大進步，第一條，就是把它的發(fā)生原因、轉變過程、統(tǒng)計規(guī)律以及它的結構弄清楚了，但現(xiàn)在要預測它，對飛行力學、空氣阻力、傳熱這些現(xiàn)象十分重要。另一方面，因為它的尺度非常小，計算機能力還不行，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，不必要把所有物質都分辨到原子、分子，這不可能，只有依靠物理思想對小尺度的現(xiàn)象建立模型，進行簡化，計算量就大大減少了。所以還要學普朗特的精神。如果這個問題解決了，實現(xiàn)了減阻，每年都能省很多石油，可以把環(huán)境污染問題做得更好。

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

篇2

關鍵詞：流體力學；教學方法；應用型本科院校

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）12-0033-02

流體力學是宿遷學院土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。流體力學具有基本概念多、公式復雜、內容抽象等特點，是一門既有較強理論性又有較強工程實際意義的課程，因此，該課程既可以培養(yǎng)學生良好的邏輯思維能力和分析推理能力，又可以培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。然而學生的實際情況是由于在大學前兩年接觸最多的是固體力學，已形成一定的思維定式，而且由于精簡學時的原因很多流體力學課程中需要的高等數(shù)學知識沒有講解，到了大三一旦遇上流體力學這個新鮮事物，可能接受起來會碰到許多困難[1]。學生普遍感覺該課程枯燥乏味、難學，存在畏難、厭學情緒，期末考試不及格率較高。在學校提倡培養(yǎng)應用型人才的大背景下，有必要根據(jù)課程性質從提高教師教學水平和提高學生學習效果進行探討。

一、引導學生重視，激發(fā)學生的學習興趣

（一）強調課程的地位和重要性

教師除了說明流體力學在整個專業(yè)教學中的地位和作用外，還可補充說明它是注冊結構工程師基礎考試中公共基礎考試科目。此外，還可說明往年期末考試通過率的情況，以給學生適當加壓。當然，更重要的是還要說明該課程的學習方法，以幫助學生樹立信心。

（二）通過人物、工程實例及專業(yè)應用調動學生的學習興趣

“興趣是最好的教師，而教師則是點燃學生學習興趣的火炬”。如何調動學生的學習興趣是教師考慮的首要問題。在教學過程中可以穿插舉出古今中外的科學家、工程師生平事跡和工程實例以調動學生的學習興趣。如大禹采取疏壅導滯的方法治水三過家門而不入；理想流體力學奠基人歐拉16歲就獲得碩士學位，雙目失明后仍然從事科學研究直至去世當天還在進行科學研究等[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在土木專業(yè)及其他專業(yè)的應用，如美國華盛頓州塔科馬大橋被大風摧毀、汽車“風阻”和飛機“音障”等事例。

（三）將CFD技術引入課堂調動學生興趣

計算流體動力學（簡稱CFD）技術日趨成熟，已經(jīng)成為研究流體力學的一種重要方法。在流體力學教學過程中引入CFD技術，不但可以將理論性較強的內容形象化，加深學生對基礎理論的理解，而且可以開闊學生的眼界，激發(fā)學生的學習興趣和探索精神。如對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分析[3]。

二、教學內容的取舍和教學環(huán)節(jié)設計

（一）教學內容的取舍

流體力學知識面廣，內容繁多，在學時限制的條件下要結合專業(yè)教學要求合理取舍。對土木工程專業(yè)而言需要掌握的內容有：（1）流體物理性質；（2）流體靜力學；（3）流體運動學和流體動力學；（4）阻力損失；（5）管道流、明渠流及滲流。

1.重要問題的處理。首先，要從力學角度分析流體的流動性。流體與固體的主要區(qū)別在于流體的流動性，其根本原因是流體和固體對承受剪切力的表現(xiàn)。為了形象說明，可以引用“抽刀斷水水更流”的詩句[4]。當然，還需說明無論流體靜止還是運動均不能承受拉力。

其次，要理解連續(xù)介質假設的概念。微觀上，流體是由大量分子構成的，是離散的，不連續(xù)的，這給我們研究流體力學問題帶來了困難。連續(xù)介質假設認為流體是由內部無間隙的連續(xù)流體質點構成。這里要理解流體質點微觀上“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)學的方法來研究。

2.公式推導的處理。流體力學學習過程中會遇到大量復雜的公式，特別是實際流體伯努力方程的推導讓人很難掌握。筆者在處理公式推導問題時強調公式推導的目的是讓學生學習一種思想，學習一種處理問題的方法，將精力集中在公式建立的基本原理和適用條件上，從思路上進行分析整理，淡化煩瑣的數(shù)學推導過程。這樣學生有了獨立思考的空間，教師也有了更多的時間來講解基本概念和基本方法。需要強調的是，流體力學中很多公式都是在一定條件下推導出的，因此其應用也是具有一定范圍的，公式的應用往往也有一定的技巧，如伯努力方程的“三選一列”。

（二）教學環(huán)節(jié)的設計

1.調整習題或考題構成，重視習題課。這里有兩個問題需要注意。一方面，流體力學習題歷來存在重計算、輕概念的現(xiàn)象，特別是考題如果全是計算題，就會形成無形的指揮棒。這就不利于學生從整體上掌握該課程的重點，習題或考題的題型應豐富，除了計算題之外，還應有填空、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，要注意將理論教學和實際應用結合起來，如查找資料的技能培養(yǎng)。在流體力學的牛頓內摩擦定律、能量損失計算和管道流等部分很多數(shù)據(jù)都是要查有關工程手冊和圖表的[5]。

習題課是流體力學教學的重要環(huán)節(jié)，為了能夠在學時緊張的前提下開展習題課，教師必須重視習題選擇和習題評講兩個方面。一方面，教師應選擇具有代表性的題目，另一方面，習題講評應使學生從解題過程中獲得解決問題的思路、方法和技巧，達到觸類旁通的效果。

2.重視實驗教學，強化實踐環(huán)節(jié)。實驗教學是流體力學教學中的重要組成部分，通過實驗，不但可以加深學生對流體力學基本原理的理解，而且有助于培養(yǎng)學生的動手能力、獨立工作能力和創(chuàng)新能力。如通過水靜壓強試驗，學生明確了測壓管水頭的含義；通過雷諾實驗，學生加深了層流、湍流及臨界雷諾數(shù)的理解。當然，由于實驗室條件的限制，目前的實驗主要以驗證性居多，在條件許可的情況下應進行設計性實驗。

此外，每學期筆者都會布置一個任務，讓學生留意身邊感興趣的流體力學現(xiàn)象，然后根據(jù)課堂所學知識和個人理解撰寫論文，以此增強學生的實踐應用能力和培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。

三、教學方法和手段的改進

（一）注重討論法與案例教學法的運用

1.討論式教學方法。教學活動應該是雙向的師生互動過程，不應是教師的一言堂。教師應創(chuàng)造和諧、輕松的課堂氣氛，鼓勵學生積極發(fā)言，表達自己的疑問、見解，激發(fā)學生的學習積極性和創(chuàng)造性。如在課堂上通過提問的方式回顧上次課的主要內容，通過“自學―提問―討論―總結”的方法學習新內容，在考慮學生接受能力的前提下，甚至可以讓學生來講一次課。如通過反證法證明流體靜壓強的方向，通過隔離體分析法證明流體靜壓強的大小。通過討論式的教學方法不但可以調動學生的學習積極性，樹立信心，而且還可以培養(yǎng)學生勤于思考、善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

2.案例式教學方法。通過將生活和工程案例引入課堂，不但可以增強學生的學習興趣，而且可以加深學生對理論知識的理解，提高學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。生活案例有馬利奧特容器原理應用于點滴吊瓶和家用飲水機[6]、洗衣機為什么老翻衣服兜[7]、撈面條的學問等。工程案例如1993年青海省溝后水庫在低于設計水位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100m、最高流速高達45m/s的情況下不會產(chǎn)生巨大的破壞力等[8]。

（二）綜合運用各種教學手段

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

“教學有法，但無定法，貴在得法”。我們要不斷更新教學理念，努力提升自身的綜合素質，及時總結教學過程中出現(xiàn)的問題并加以改進，注重教學過程中的每一個環(huán)節(jié)，多管齊下，才能保證學生取得良好的教學效果。

參考文獻：

[1]王偉.土木專業(yè)工程流體力學課程教學研究[J].山西建

筑，2008，（21）.

[2]張志宏，顧建農(nóng)，王家楣.“流體力學”課程教學改革的實

踐與探索[J].高等理科教育，2006，（5）.

[3]趙琴，楊小林，嚴敬.CFD技術在工程流體力學教學中的

應用[J].高等教育研究，2008，（1）.

[4]劉建龍，王漢青，寇廣孝.激發(fā)學習興趣提高流體力學教

學效果[J].中國電力教育，2008，（20）.

[5]徐艷萍.《工程流體力學》教學探討[J].江西電力職業(yè)學

院學報，2003，（2）.

[6]毛根海.應用流體力學實驗[M].北京：高等教育出版社，

2008：8-10.

[7]武際可.拉家常?說力學[M].北京：高等教育出版社，

2008：1-7，25-30.

篇3

但是令人遺憾的是諾貝爾獎中沒有設立與數(shù)學相關的獎項。有人猜測說諾貝爾的女友最終嫁給了一位數(shù)學家米塔-列夫勒，故而諾貝爾一直耿耿于懷，而在設立該獎時把數(shù)學排斥在外。實際上這種說法是經(jīng)不住考證的。從諾貝爾的科學觀來看，諾貝爾成為19世紀的著名發(fā)明家和實業(yè)家，其主要原因在于他擁有敏銳的直覺和非凡的創(chuàng)造力，不需要借助于深奧的高等數(shù)學知識。在諾貝爾所處的19世紀下半葉，化學領域的研究跟高等數(shù)學的結合并不緊密。因此諾貝爾本人根本無法預見或想象到數(shù)學在推動科學發(fā)展上所起的巨大作用，因此忽視了設立與純粹數(shù)學及應用數(shù)學有關的獎項。

這種結果導致了與數(shù)學密切相關的力學學科中的很多著名科學家都未能獲得諾貝爾獎。例如上個世紀的三大力學家普朗特、杰弗里·泰勒和馮·卡門都沒有得到諾貝爾評獎委員會的青睞。普朗特在邊界層理論、風洞實驗技術、機翼理論、湍流理論等方面都作出了重要的貢獻，被稱作“空氣動力學之父”。杰弗里·泰勒的研究對流體和固體力學及它們在氣象學、海洋學、航空學、水力學、金屬物理學、機械工程和化學工程的應用等方面都具有重要的價值。他是知名的實驗家和理論家，能夠憑直覺并運用最簡單的方法發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。馮·卡門是20世紀最偉大的美國工程學家，開創(chuàng)了數(shù)學和基礎科學在航空航天和其他技術領域的應用，被譽為“航空航天時代的科學奇才”。而當今健在的哈佛大學教授賴斯（Rice）由于在斷裂力學和地震方面的貢獻也曾經(jīng)得到過諾貝爾獎提名。但是這幾位影響和改變了人類生活面貌的力學家并沒有得到諾貝爾獎，這確實令人扼腕嘆息。

力學家很難獲得諾貝爾獎的一個很大的原因是由其學科屬性所決定的。力學或者說應用力學是建立在牛頓力學基礎上，研究宏觀物體的機械運動和變形的科學。它是物理學最早的一個分支，但是自從流體力學出現(xiàn)，它與傳統(tǒng)物理就分道揚鑣了。此時的力學主要傾向于用應用數(shù)學的理論去解決工程實際問題，而近代物理則更多地注重研究微觀粒子的規(guī)律。力學也被錢學森定義為“技術科學”，是銜接工程與數(shù)學、物理的橋梁；在西方，力學有時候也指應用數(shù)學。故而與更多關注原創(chuàng)性成果的物理、化學、生物、經(jīng)濟等領域相比，力學家更加關注應用，因而與諾貝爾獎的初衷有所出入。值得慶幸的是，盡管諾貝爾獎中沒有數(shù)學獎或者力學獎，也有幾位力學家因為其開創(chuàng)性的研究獲得了諾貝爾獎。實際上，力學的邏輯和工程思維訓練對于他們的獲獎也有很大益處。這些幸運的力學家主要有以下幾位。

瑞利——諾貝爾物理獎得主

瑞利（Rayleigh，1842～1919）是英國物理學家，1873年被選為英國皇家學會會員，1879～1884年任卡文迪什實驗室主任，1905～1908年任英國皇家學會會長，1908年起任劍橋大學校長。他的研究工作幾乎遍及當時經(jīng)典物理學和力學的各個領域，一生共發(fā)表了400多篇論文。瑞利在彈性動力學領域指出：在地震中應當存在一種沿自由表面?zhèn)鞑サ钠癫?，后被稱為瑞利波或者L波。瑞利也提出了直接求解變分問題的瑞利（Rayleigh）近似方法，并應用于求解工程振動問題的固有頻率。在流體力學領域，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)。

盡管瑞利在力學上有諸多貢獻，但是他獲得諾貝爾獎卻是因為在1895年發(fā)現(xiàn)了氣體中的一個稀有元素——氬（Ar）。當時他發(fā)現(xiàn)從液態(tài)空氣中分餾出來的氮，與從亞硝酸銨中分離出來的氮，有著極小的密度差異。但是他那經(jīng)過嚴格數(shù)學邏輯訓練的大腦使他具備一種嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，不輕易把千分之幾的數(shù)據(jù)偏差歸結于實驗誤差，因而沒有與諾貝爾獎的桂冠失之交臂。

瑞利一生發(fā)表了許多學術論文，他文筆清雅暢達，所寫文章大多有嚴格的數(shù)學證明，定量十分準確。后來，他把自己的論文整理為一部五卷本的論文集。論文集的開頭，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/樂在其中矣！

布里奇曼——諾貝爾物理獎得主

布里奇曼（Bridgman，1882～1961）是美國著名的實驗力學家和科學哲學家，是操作主義的創(chuàng)始人。他曾當選為美國科學院院士和英國皇家學會會員，并于1942年擔任美國物理學會主席。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域內所做出的貢獻，而獲得了1946年諾貝爾物理學獎。

一位美國學者評價布里奇曼的工作時說到：“幾乎沒有任何其他物理學領域能夠與高壓物理學相比，高壓物理學主要是一個人的工作?！睆?905年開始，布里奇曼就研究了物質在高壓下的力學性能。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、熱導、拉伸強度和粘度等。在金屬材料的力學性能方面，他發(fā)現(xiàn)金屬的塑性變形與施加的靜水壓力關系不大，而受剪應力的影響較大。這些結論已經(jīng)廣泛應用于塑性加工、機械、材料、土木、水利、航空航天等領域。

篇4

關鍵詞：流固耦合；巖體；地下水；研究方法；滲流

中圖分類號：X523文獻標識碼： A 文章編號：

天然巖石不只是單一固相介質，尚有固相、液相和氣相并存的多孔介質組合，巖石經(jīng)歷了漫長的成巖和改造歷史，其內部富含各種缺陷，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存和運動的場所。地下水的滲流還以滲透應力作用于巖體，影響巖體中應力場的分布，同時巖體應力場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)在多孔介質中的流動規(guī)律及其對巖體本身的變形或強度造成的影響，即應考慮巖體內應力場與滲流場之間的相互耦合作用。

近年來，流固耦合問題越來越受到人們的重視，這方面的研究涉及許多領域，在采礦領域，涉及地熱開發(fā)，石油開采中的流固耦合滲流，采礦圍巖突水問題等。在建筑工程領域，包括地下水抽取引起的地面沉降問題，基坑滲流引起變形問題，壩基滲流及穩(wěn)定性問題，隧道建設等。在環(huán)境工程領域涉及地下核廢料存儲，城市垃圾廢棄物處理等以及生物醫(yī)學工程等領域，這一問題的研究對促進科技進步和解決實際工程技術問題有著重要意義。

1 國內外研究現(xiàn)狀

關于巖體和流體相互作用研究最早見諸K.Terzaghi對有關地面沉降研究，其內容主要限于考慮一維彈性孔隙介質中飽和流體流動時的固結，提出了著名的有效應力公式，迄今該公式仍是研究巖體和流體相互作用的基礎公式之一。二十世紀中期Biot(1941,1956)進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，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，而流體通過孔隙骨架的流動滿足達西定律的基礎上，建立了比較完善的三維固結理論。在此基礎上，進一步發(fā)展了多相飽和滲流與孔隙介質耦合作用的理論模型，并在連續(xù)介質力學的系統(tǒng)框架內建立了多相流體運移和變形空隙介質耦合問題的理論模型。

Lous等（1974）運用單裂隙試件進行單向水流的室內模型，綜合研究了天然裂隙表面粗糙度和波紋特征對水流速度的影響，并建立了層流狀態(tài)和紊流狀態(tài)的單個裂隙導水系數(shù)方程。在此基礎上,運用多裂隙試件,通過三向水流試驗,推導出了一組平行裂隙面定性導水系表達式。

國內董平川等建立了可變形飽和儲層中流體流動的數(shù)學模型，本構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，并以單井開采為例子進行了數(shù)值模擬。薛世峰建立了非混溶飽和兩相滲流與孔隙介質耦合作用的數(shù)學模型，推導了用解耦合方法建立的有限元計算格式，并對流固耦合效應進行分析。李錫夔討論了力學一滲流一傳質藕合問題的數(shù)學模型，本構模擬，應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力學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力耦合滲流的數(shù)學模型，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，塑性模型進行計算，表明耦合效應及本構模型選取對計算結果影響明顯。范學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，研究了應變、孔隙度、滲透率等隨時間變化的規(guī)律，計算表明井底附近參數(shù)變化比較大，而距這一區(qū)域越遠，受影響程度越小。王自明從質量能量守恒定律，熱力學定律等基本定律出發(fā)，用連續(xù)介質力學方法建立了熱流固耦合數(shù)學模型，并推導了相應有限元計算格式。

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

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

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，由于問題復雜性其數(shù)值求解的不完善之處，國內外許多學者在這兩個方面都作了大量數(shù)值試驗，如何從簡單算例驗證到實際工程中大規(guī)模計算是今后要做的工作。

2 流固耦合滲流的特點及其研究方法

2.1 流固耦合的特點

水在巖體中的滲流并不完全單相液體的穩(wěn)態(tài)流動。其實當?shù)叵滤趲r體滲流時會產(chǎn)生動水壓力而改變巖體的原始應力狀態(tài)，同時巖體應力狀態(tài)的改變反過來又會影響巖體的滲透系數(shù)，從而改變巖體滲流場的分布。這樣反復影響最后達到平衡，這樣的耦合過程有以下特點：

(1) 流固兩相介質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，另一方面變形反過來又影響流場，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流固兩相之間交界面上的邊界效應反映出來。

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

2.2 流固耦合的研究方法

根據(jù)流固耦合的特點，在引入孔隙率與表征性體積單元之后，便可將多孔介質看成由大量有一定大小，包含足夠多條孔隙又包含無孔隙固體骨架的質點構成的。因此質點有孔隙率，可以規(guī)定其流體密度、固體密度、強度和彈性模量等材料特性參數(shù)；同時質點也能承受應力和流體壓力的作用，即質點可以定義狀態(tài)變量。當質點相對于滲流區(qū)域充分小時，質點上各種材料性質參數(shù)和變量可看作空間點的函數(shù)，它們隨著空間點位置的不同連續(xù)變化。若多孔介質所占據(jù)的空間中的每一個小區(qū)域都被這樣一個質點占據(jù),而每一個質點也僅僅占據(jù)空間一個小區(qū)域，即在空間區(qū)域與質點之間建立了一種一一對應的關系。這樣,實際的多孔介質就被一種假想的連續(xù)介質所代替。在假想的連續(xù)介質中我們就可以用連續(xù)性的數(shù)學方法去研究流固耦合問題。在此基礎上，我們就可以綜合利用巖石力學和滲流力學的分析方法，并考慮流固耦合作用來研究流固耦合滲流問題，建立控制方程。也就是說，對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力控制，而對于孔隙流體必須滿足連續(xù)性方程(即質量守恒方程)。在固相平衡方程和孔隙流體的連續(xù)性方程中應包括流固耦合項。

3 研究展望

盡管流固耦合問題經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)比較完善，但要真正解決好流固耦合問題必須結合流體力學與固體結構分析中的各種方法與細節(jié)進行分析，具體以下幾個方面需展開進一步研究：

(1) 巖石滲透空間結構千差萬別，不同巖質、不同地層的裂隙巖體都具有各自的滲透空間結構，不可能用一個統(tǒng)一的模式解決巖石流固耦合問題，要針對不同的巖石結構，研究不同的數(shù)學物理模型。

(2) 考慮溫度，物理化學作用等影響，建立考慮溫度場、滲流場、應力場和水、氣、固等多相介質耦合模型。

(3) 考慮從微觀角度研究固體內部的變化對流體場的影響，使問題的解答更接近與實際。

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

4 結論

本文主要對國內外流固耦合研究現(xiàn)狀行進了論述，滲流的流固耦合問題的一個顯著特點是固體區(qū)域與流體區(qū)域互相包含、互相纏繞,難以明顯地劃分開,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,在不同相的連續(xù)介質之間可以發(fā)生相互作用。這樣,我們就可以用連續(xù)性的數(shù)學方法去研究流固耦合問題。

參考文獻

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【關鍵詞】滲透與融合；研究領域；研究方法

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

1 物理與語文、歷史

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

在語文教材中可以尋找到許多物理知識的蹤跡。如八年級語文《落日的幻覺》一文中所描述的落日：“太陽看起來深黃，殷紅?！逼鋵嵾@正是光的折射現(xiàn)象所致，當太陽接近地平線時，光線通過的大氣層增厚，發(fā)生的折射現(xiàn)象增強，頻率較小，波長較長的紅、黃光線偏折角度較小，致使紅光、黃光能夠穿過大氣層，此時太陽呈現(xiàn)深黃、殷紅色。人們都非常熟悉的一些成語、諺語、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”。就蘊含著物理學科中光的折射、反射及參照物的知識。將一些文學內容融入到物理教學中，有親切感、真實感。若能挖掘文學素材來與物理世界溝通更有助于加深對物理知識的理解和掌握。

結合古今中外許多歷史故事進行物理教學，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)國時期發(fā)明的指南針（司南）?！坝嫊r標準和工具的變遷”等，不僅使學生了解人類的文明史，還讓學生知道了物理學上的重大突破對人類認識史的沖擊以及在社會發(fā)展史上所引起的重大變革，推動了技術革命轉化為生產(chǎn)力，推動了社會經(jīng)濟的發(fā)展。

2 物理與其他自然科學

物理和數(shù)學密不可分，物理問題要借助數(shù)學工具來解決，數(shù)學又在解決物理問題中得到發(fā)展。即是在初中，兩學科知識的相互滲透舉不勝舉，如：行程問題、金屬含量、密度等問題。其中一些本身就是數(shù)學物理兩棲題。用數(shù)學函數(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程溫度的變化規(guī)律。將數(shù)學一次函數(shù)，應用到物理實驗中的控制變量法，歸納出電阻上電流和電壓的關系。在教學中將物理問題采用數(shù)學技巧來解決，既能使學生掌握解題技巧，同時又能更好地促進物理知識的掌握。

物理與化學有著交叉研究領域、相同的研究方法、共同的科學思想和科學家。如物理中講的分子、原子結構屬于化學知識，但以此又能很好地解釋摩擦起電的成因。電流的化學效應，就是電解質溶液在通電后發(fā)生的化學變化?；瘜W中有關溶液濃度、溶解度等問題的計算，往往要借助物理學的密度公式。在實驗中二者有許多相同的實驗儀器。做“氣體分子的擴散運動”的實驗，需要通過化學的實驗手段從空氣中提取氮氣，而首先解決這一問題的則是英國的物理學家瑞利。有人把物理和化學稱作“兄弟”科目實不為過。在物理教學過程中把握物理、化學教材的設置和進度，就能達到更好的教學效果。

隨著生物科學的發(fā)展，它與物理學科之間不斷滲透和融合俞加顯現(xiàn)出來。初中生物主要研究生物現(xiàn)象和生命活動規(guī)律，其中許多知識點與物理學相關聯(lián)。如眼睛的結構，顯微鏡的原理等，就運用了光學的知識；耳的聽覺原理、動物的聲納定位知識的研究，又運用到聲學的知識?？梢娢锢硪残枰镏R的應用。

3 物理與體、音、美

現(xiàn)代競技體育與其說是力量的比拼，不如說是高科技的競爭。而其中離不開大量有關的物理知識。如撐桿跳運動就是動能彈性勢能重力勢能的轉換過程，從能量轉化角度來分析，助跑速度至關重要。2008年北京奧運會上，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?？茖W的訓練方法，高科技的比賽裝備的研發(fā)，與物理知識高度相關。

音樂是物理學中聲學的研究對象，主要研究音樂與音調、響度、音色等物理學知識點的異同。如聲樂中的高音和低音，由聲帶的振動頻率所決定。各種樂器之所以音色不同，則是由其不同頻率的泛音數(shù)目所決定?？梢娨魳穭t屬物理學中聲學所研究的范疇。

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關鍵詞：空氣調節(jié)用制冷技術；教學方法；考核方式

空氣調節(jié)用制冷技術是建筑環(huán)境與設備工程專業(yè)重要的專業(yè)課之一。該課程以流體力學、工程熱力學、傳熱學等課程為基礎，主要介紹制冷的基本原理、設備構造、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)設計、運行調節(jié)及維護等方面的知識。不僅要求學生熟練掌握空氣調節(jié)技術所用制冷技術的理論基礎知識，而且要求學生對制冷技術的發(fā)展前沿知識有所了解，熟練掌握制冷設備熱工計算方法，理解制冷系統(tǒng)及設備的原理及運行特點，掌握制冷機組的計算選型問題，同時為今后空氣調節(jié)工程制冷設備的選型計算和優(yōu)化積累堅實的基礎知識。因此，空氣調節(jié)用制冷技術課程在建筑環(huán)境與設備專業(yè)教學中具有舉足輕重的地位和作用。

本文針對空氣調節(jié)用制冷技術課程的這些特點，結合應用型本科院校學生的實際情況，從教學內容、教學方法、教學手段和考核方式四個方面就如何提高空氣調節(jié)用制冷技術課程教學效果進行了探討。

一、合理選取教學內容

目前，我校制冷技術課程選用的教材為彥啟森等編著的《空氣調節(jié)用制冷技術》（第四版）。該教材體系嚴密，結構清晰，突出了系統(tǒng)性與實用性結合的特點。但是，該教材是按照60學時編寫，而我校該課程總學時僅有32學時，其中包括2學時實驗課。因此在講授時有必要對部分內容進行壓縮。例如，在講授“制冷劑與載冷劑”這一章時，我們重點介紹制冷劑的性質和命名，對載冷劑和油這兩小節(jié)只用做簡要介紹。在講授“制冷壓縮機”這一章時，重點介紹活塞式、螺桿式、離心式壓縮機的工作特性及其優(yōu)缺點和應用范圍，對壓縮機的結構只要求學生做簡要了解。這是由于本專業(yè)學生在以后的工作中主要涉及的一部分內容就是制冷機組的設計選型及其運行問題，并不會對壓縮機本身進行設計。在講授第四章“制冷裝置的換熱設備”時，我們重點介紹的是冷凝器、蒸發(fā)器以及其他換熱設備的種類和工作原理，而對它們的傳熱過程和設計計算介紹較為簡練，這是因為傳熱學、熱質交換原理與設備及換熱器設計等課程對此都有相關的介紹。相反，有些內容不但不能刪減，還需要加以補充。例如第一章“蒸氣壓縮式制冷的熱力學原理”，這一章是整個課程的核心，要想深入透徹地掌握制冷技術的專業(yè)知識，必須正確熟練掌握有關制冷技術的熱力學理論基礎知識，才能做到有的放矢，抓住問題的本質。因此，授課時應重點抓住學生容易產(chǎn)生疑問的地方，給學生講授和解釋相關的熱力學背景。

二、靈活選擇教學方法

教學方法是師生為完成教學任務，傳授與學習教學內容所運用的手段和途徑，包括教師教的方法和學生學的方法兩方面。教學方法選擇是否得當，對教學效果起著至關重要的作用。

1.形象對比法

形象對比法是指在教學過程中，把書本上的知識與日常生活中比較容易理解的事物進行對比，加深學生對書本知識的理解。比如，講解壓縮機時，可以用人體心臟做類比。心臟壓縮和輸送血液形成循環(huán)，而壓縮機則是壓縮和輸送制冷劑蒸氣形成循環(huán)，這種對比使學生很容易理解壓縮機的作用和結構等知識。講熱泵裝置這部分內容時，可與生活中的水泵進行類比，水泵可以使水從低處輸送到高處，熱泵可以使熱量從低溫熱源輸送到高溫熱源，并且都是消耗電能作為補償條件。通過對比講解，與生活中的實物進行對照，教師可以使學生更容易理解書本上的知識，也可以提高學生的學習興趣。

2.案例教學法

案例教學法最早起源于美國，指以案例作為教材，讓學生處于當事人的位置，在教師的引導下，運用所掌握的理論知識，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處理方案的教學方法。案例教學法使學生由被動接受知識變得主動探索難題從而主動掌握知識點，教學的環(huán)節(jié)需要學生和老師共同去完成，學生將參與整個教學過程，因此有利于增強學生的學習自覺性，調動學生的學習興趣。

案例教學法效果好壞的關鍵是案例的選取。選擇教學案例時，應密切結合教學內容挑選案例，選擇那些有助于教學內容的傳授并帶有一定代表性的案例，這樣才能讓學生在學習理論知識的同時，輕松地理解和掌握理論知識，并獲得一定的實際經(jīng)驗。另外，選擇的教學案例，必須依據(jù)客觀實際，與實際相符，具備一定的合理性，學生通過案例的探討，才可能真正具備解決實際問題的本領。

3.互動式教學

互動式教學即在教學過程中采用提問、小組學習討論、師生角色互換以及其他師生共同參與的方式進行信息交流和傳遞的教學方法?；邮浇虒W需要師生共同參與，可以有效地減少學生在課堂上說話、睡覺、玩手機等現(xiàn)象。不斷討論問題，然后解決問題，有利于培養(yǎng)學生的獨立思考能力，提高學生的基礎知識綜合運用能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，使學生由被動學習轉向主動學習，增強學生的學習興趣。

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

三、豐富教學手段

在教學過程中，除了靈活地選擇教學方法，還要豐富我們的課堂教學手段。目前主要的教學手段有板書教學和多媒體教學。

板書是一種課堂藝術，是教師口語的書面表達形式，是課堂上常用的教學輔助手段。在課堂板書過程中，教師可以從一個點展開，建立知識內在的邏輯順序，使學生一步步跟著教師的思路，理清知識點與知識點之間，知識點與知識面之間的關系，學生把握了知識點要領的學習，就能掌握整個知識面，這對學生理解和掌握教材內容來說都是十分有益的。當然，板書也有它的局限性。空氣調節(jié)用制冷技術課程最突出的特點之一是設備結構圖和管路配置圖比較多。在講述冷凝器等設備的結構和原理時，需要教師自己畫圖或者使用大量的掛圖和模型，不僅費時費力，而且非常枯燥。對于那些沒有實際生產(chǎn)經(jīng)歷的學生來說，再努力描述也不夠生動直觀，進而影響學生的學習積極性，難以達到良好的教學效果。

多媒體教學是指采用計算機交互式綜合處理文本、圖片、聲音和動畫等多媒體技術的教學手段。在教學過程中積極利用多媒體教學手段，可以將文本、圖片、聲音和動畫等融為一體，使抽象的概念具體化，實際問題形象化，便于學生接受和理解知識，能大大提高課堂教學的生動性，激發(fā)學生的學習熱情。比如，第三章“制冷壓縮機”這一部分內容，利用多媒體技術播放壓縮機運行的動畫，學生可以很直觀地了解壓縮機的結構和運行原理，便于學生理解相關知識。人一般對動態(tài)的東西感興趣，動畫可以吸引學生的注意力，增強他們的學習興趣，提高學習效果。但是，多媒體教學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間短，學生難以消化。

多媒體教學與傳統(tǒng)板書教學各有優(yōu)勢和不足，應當取長補短。使用多媒體教學時，也可以利用板書作為輔助手段，講到哪部分知識就把目錄寫在黑板上，使學生對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，必要時用傳統(tǒng)教學方法加以詳述。當遇到公式很多的章節(jié)時，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，然后再在黑板上一步步板書。多媒體教學與傳統(tǒng)板書教學有機結合，可以使教學更加生動、形象，而且更加有條理，這樣對提高學生的學習積極性，優(yōu)化教學效果也有一定的作用。

四、改進考核方式

傳統(tǒng)的課程考核方式一般采用閉卷考試的形式，結合平時成績，按一定比例最終評定課程成績。這樣只能考查學生的已有專業(yè)知識記憶水平，體現(xiàn)不出學生應用知識的能力和解決問題的能力，更體現(xiàn)不出學生的想象力和創(chuàng)造力，因此，有必要對現(xiàn)行考核方式進行改進。

鑒于空氣調節(jié)用制冷技術是一門重視實踐的專業(yè)課，考核時應既注重考查學生的專業(yè)知識掌握情況，又注重檢驗學生解決實際工程問題的能力。基于以上因素，建議將本課程的考核分為以下四個部分。第一部分為閉卷考試，占總成績的50%。考試內容包括基礎知識點和具有工程背景的綜合性試題，重點考查學生的基本概念和基本解題能力，同時考查學生分析實際工程問題，運用理論知識解決實際問題的能力。第二部分為大作業(yè)，占總成績的20%，可以將學生分成若干小組，以小組為單位，通過給每個小組提供一些研究課題，要求學生自己收集資料來分析、解決問題，最終形成研究報告，并以PPT的形式在課堂上做匯報，教師根據(jù)學生的整體情況進行打分。通過這一過程既可以鍛煉學生運用專業(yè)知識的能力，激發(fā)學生的興趣，又可以培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作能力，一舉兩得。第三部分為實驗，占總成績的10%。學生分組做實驗，整理實驗數(shù)據(jù)，書寫實驗報告。第四部分為課后習題、課堂提問和考勤，占總成績的20%。通過這些方式將考試的“一錘定音”改為多階段的考核。

考核結束后要對考核結果進行分析和評價，然后通過學生座談、教研室教師交流會議等形式來分析教學過程中存在的問題，從而了解學生知識、能力的實際掌握情況，以對課程教學質量進行改進。

本文結合應用型本科院校學生的實際情況，對提高空氣調節(jié)用制冷技術的教學效果進行了探討。合理選取教學內容，靈活選擇教學方法，采用豐富的教學手段，有助于增強學生的學習興趣，提高教學效果。多元化的考核方式不僅能考查學生的專業(yè)知識掌握程度，還能鍛煉學生應用知識的能力和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的想象力和創(chuàng)造力。

參考文獻：

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論文關鍵詞：教育；能源與環(huán)境；公共選修課

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

為適應上述形勢需要和公選課要求，蘇州大學于2006年面向全校非動力機械與工程專業(yè)開設能源可持續(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，是學生擴展橫向知識、培養(yǎng)自學和動手能力的最佳平臺。多年來，學校在加強全校本科生能源與環(huán)境意識的培養(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)的學生不具備相關的專業(yè)基礎，因此，在授課過程中講授能源與環(huán)境的基本概念、國內、國際能源使用現(xiàn)狀與嚴峻形勢、能源與世界政治、經(jīng)濟的關系、新能源的開發(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)境保護的一般方法等科普性的知識，以使學生易于理解和接受。

這門課程主要講授以下內容：當代科學技術發(fā)展趨勢及我國科技發(fā)展的戰(zhàn)略部署；熱工基礎（熱力學、傳熱學及流體力學和燃燒學基礎部分）；工程熱物理學科的發(fā)展戰(zhàn)略；能源基礎知識；可持續(xù)發(fā)展；能源科技發(fā)展及可再生能源發(fā)展狀況（生物能、太陽能、地熱能、風能、潮汐能、氫能和燃料電池）和開發(fā)利用技術；火力發(fā)電廠基本知識；核能發(fā)電；大氣環(huán)境保護原理基礎；潔凈煤技術概論；潔凈煤技術（SOx）產(chǎn)生機理及控制技術；潔凈煤技術（NOx）的產(chǎn)生機理及排放控制技術；節(jié)能原理簡介及相關技術（能量系統(tǒng)的分析方法、工業(yè)過程節(jié)能的途徑與方法）；針對當下能源與環(huán)境中的熱點問題和新技術進行專題討論。

在近些年的“能源與可持續(xù)發(fā)展”教學摸索與實踐中，學生反映良好，筆者總結出一些方法和經(jīng)驗，以下就較為典型的幾個突出問題談談自己的認識與實踐。

一、與時俱進引入新概念，引發(fā)學生思考

科研為教學創(chuàng)設一種學術氛圍和探索研究的環(huán)境，將新的科學技術成就和成果及時引入教學，則能使課程教學更具現(xiàn)實性、前沿性，提高教學質量和水平。能源利用基礎部分涉及到熱學知識，筆者引入了過增元院士提出的熱學新概念，但是并不深入介紹，而是介紹現(xiàn)有概念來龍去脈，引起學生思考，感受大師的思維方法。

先從日常生活中的熱現(xiàn)象著手，介紹熱學基本概念。

其次從熱的本質講其發(fā)展簡史，引經(jīng)據(jù)典，如介紹南北朝成書的《關尹子》、東漢王充的著作《論衡·寒溫篇》、漢代《淮南萬畢術》、《武林舊事》等熱現(xiàn)象記載，講述古希臘科學家對熱的認識，引出兩種觀點即熱質說和熱動說。熱質說認為熱是一種沒有質量的特殊物質，熱動說認為熱是物質粒子的微觀運動。這兩種思想相互碰撞、辯論了好幾個世紀，但是這兩種思想并不是鮮明的對立，很多思想中都包含著兩種思想的影子。

再就現(xiàn)有傳熱學面臨的挑戰(zhàn)引發(fā)同學思考，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，激光脈沖寬度可達到飛秒量級，如何預測激光加熱過程是傳統(tǒng)熱學原理遇到的問題。

其二，經(jīng)典熱學中還沒有以提高能源利用率為目的的傳熱過程的優(yōu)化理論和技術。當前面臨世界性的能源短缺問題，我國面臨的節(jié)能減排的形勢更為嚴峻。因此，提高能源利用效率更為重要。然而，傳熱學中只有熱量傳遞速率而沒有熱量傳遞效率的概念，所以只有傳熱過程的強化而無傳熱過程優(yōu)化的理論和技術。

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

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

與物理學的其他分支學科相比，熱學沒有的概念有：質量、力、速度、動量；波、振動等。熱學獨有的概念有：熵、可用能、狀態(tài)量和過程量等。

由于學生們是學過大學物理學的，對物理學內容的構架有基本認識。通過以上縱向比較，同學們一致認為對物理學有了更深刻的認識，激發(fā)了學生的學習興趣，收到了良好效果。

二、加強學生的社會、生產(chǎn)實踐，培養(yǎng)工程的觀念

社會實踐、調研是本科生教學的一個重要教學環(huán)節(jié)，是學生接觸社會、工程或生產(chǎn)實際的一個基本手段。同時，教學中實際例題分析是最具說服力的，對學生知識認知、理解和分析幫助很大，他們也比較感興趣。

例如筆者結合實際項目介紹：在分布式能源系統(tǒng)中，讓學生實踐調研華東地區(qū)氣候條件，統(tǒng)計華東四省一市主要城市月度氣溫，調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)主要城市電價及華東地區(qū)醫(yī)院、酒店、商業(yè)、娛樂設施、辦公、機場、學校、居民等用戶的冷負荷、熱負荷和電負荷需求、持續(xù)時間。同學們利用假期在所在地區(qū)積極調研，得出華東地區(qū)民用電價平均值為0.5645元/度，燃氣銷售價格2.2元/立方米，工業(yè)電價平均值為0.9元/度，燃氣銷售價格3.5元/立方米。通過調查，同學們得到華東地區(qū)空調供應時間一般是：制冷100～150天，采暖90～100天，過渡期110～170天，制冷和采暖的需求時間相對比較長些。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。而學生實踐也為筆者豐富了教學內容，使筆者感受到教學的樂趣，實現(xiàn)了教學相長。

筆者結合具體設計案例引發(fā)學生思考，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，同時也有夏季冷負荷、冬季熱負荷和全年熱水的需求。本賓館分布式能源系統(tǒng)主要由1臺內燃機發(fā)電機組和2臺溴化鋰吸收式冷溫水機組組成。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)設計年運行天數(shù)330天（扣除檢修時間）。本項目為全年運行，其中供冷期主要為夏季年運行120天左右，供熱期主要為冬季年運行105天左右，熱水供應全年運行330天左右（扣除檢修）。

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

分布式能源系統(tǒng)注重技術與經(jīng)濟的結合，結合本案例分析氣價、電價對系統(tǒng)影響，指出技術上合理還要經(jīng)濟上合算的工程經(jīng)濟學思想，介紹最簡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，投資成本是指購買設備所需要的費用，主要指新設備的初投資、收益額表示系統(tǒng)年收益（輸出的冷、熱、電）減去系統(tǒng)運行及維護費用。

理論方法與生產(chǎn)和生活實際相結合，調動學生學習的積極性，通過案例分析使學生初步掌握工程思想，并學會用所學知識解決實際問題。

三、可持續(xù)發(fā)展與古代樸素的人與自然的基本關系

鑒于公選課從內容到教學形式相對自由一些，針對學生的專業(yè)特點逐年加大了素質教育的內容。

“可持續(xù)發(fā)展”一詞是在1980年的《世界自然保護大綱》中首次作為術語提出的。在此期間還提出了“可持續(xù)性”和“持續(xù)發(fā)展”等概念?！翱沙掷m(xù)性”是指社會系統(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)正常運轉到無限將來而不會由于耗盡關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，在長篇專題報告《我們共同的未來》中第一次明確提出了可持續(xù)發(fā)展的定義?！翱沙掷m(xù)發(fā)展”概念應該是“可持續(xù)性”和“持續(xù)發(fā)展”的結合，既要考慮發(fā)展也要考慮環(huán)境、資源、社會等各方面保持一定水平。

但是講到這些，強調可持續(xù)發(fā)展的思想其實在中國源遠流長，下面列舉如下例子以引發(fā)人們對中國傳統(tǒng)文化的崇尚：“為人君而不能謹守其山林菹澤草萊，不可以立為天下王”；“斬伐養(yǎng)長，不失其時，故山林不童，而百姓有余材也”；“竭澤而漁，豈不得魚，而明年無魚；焚藪而田，豈不獲得，而明年無獸”。孔子說：“斷一樹，殺一獸，不以其時，非孝也?！彼€說：“啟螫不殺則順人道，方長不折則恕仁也?！笨鬃釉谒约旱纳顚嵺`中一向是“釣而不網(wǎng)，戈不射宿”。

中國傳統(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?？鬃诱f：“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?！吨杏埂分杏小叭f物并育而不相害，道并行而不相?！?，把人與自然的發(fā)展變化看作是相輔相成的和諧、平衡運動。人與大自然的關系不是對抗的而是協(xié)和共存的，不應把天、地、人孤立起來考慮，而應把三者放在一個大系統(tǒng)中作整體的把握，強調天人的協(xié)調、和諧，人與自然的協(xié)調、和諧?！疤烊撕弦弧笔侵袊鴤鹘y(tǒng)文化對于人與自然關系的最基本的信念。人是大自然中的一群生命體，是屬于大自然的一個組成部分，人不應該隨心所欲地征服自然、統(tǒng)治自然、支配自然。人必須學會尊重自然，愛惜自然。人與大自然的關系是一種相互依存的關系。

解決生態(tài)環(huán)境問題的根本就集中在如何看待人與自然的關系上。對此，可以從博大精深的中國傳統(tǒng)文化（孔教學說）所蘊含的生態(tài)環(huán)境理念中去汲取營養(yǎng)?？捉躺鷳B(tài)環(huán)境理念能夠引導人們正確認識和處理人與自然、局部利益與全局利益、眼前利益和長遠利益的關系，使全社會的生態(tài)意識、環(huán)境意識得到增強，從而達到可持續(xù)發(fā)展的目的。

通過上述內容引入，使同學們深入了解中華傳統(tǒng)文化的博大精深。中華傳統(tǒng)文化不僅對中國的經(jīng)濟和社會發(fā)展發(fā)揮著巨大影響，也為中國人的世界觀和行為方式的形成奠定了基礎。它的影響一直延續(xù)至今。課堂中引入和加強對中國傳統(tǒng)文化的了解，同學們反映良好。

四、結束語

篇8

[關鍵詞]錢學森；復雜系統(tǒng)；本體論；認識論；方法論；實踐論

[中圖分類號]BO　[文獻標識碼]A　[文章編號]1672-2426(2011)01-0008-06

導言

認識世界，特別是認識人類自身，是人類認識發(fā)展的永恒主題。隨著技術的發(fā)展和海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，人類知識正以前所未有的速度向復雜性進軍。雖然理性認識已高度普及，科學理論還是面臨前所未有的挑戰(zhàn)，其中突出的挑戰(zhàn)是：如何應對復雜性?

當前，科學界普遍面臨著三大復雜性難題的挑戰(zhàn)：如何整合大量數(shù)據(jù)和知識，以形成對事物的深入系統(tǒng)的認識并用于指導社會實踐?如何在認識論和方法論上融合自然科學、社會科學與人文學科?如何綜合人類的知識體系，構建關于人與自然的和諧的科學圖景?傳統(tǒng)的還原論觀點難以解決這些難題。

社會雖然高度發(fā)展，但社會管理不斷面臨新的需求和挑戰(zhàn)，尤其在醫(yī)療和教育兩大領域。“看病難，看病貴”等社會現(xiàn)象，催化對醫(yī)療體系的深度思考，正在呼喚著以保障健康為目標、重在全民參與的新醫(yī)療體系。教育體制改革、人才強國戰(zhàn)略的實施，呼喚新的教育理論，對杰出人才的需求將催生以開發(fā)人體心智潛能為目標的新教育模式。建立在解剖學、生物化學、生理學和心理學等人體還原論基礎上的醫(yī)學模型已經(jīng)遠遠不能滿足實踐需求，基于學科分類的知識結構理論，也對知識的整合、教育模式的更新設置了障礙。人們迫切需要對“人”和社會形成系統(tǒng)的認識，并從根本上加深對知識與實踐的關系的理解，形成從認識到實踐、到薦認識持續(xù)循環(huán)的科學認識過程。

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

錢學森復雜系統(tǒng)思想是20世紀末我國系統(tǒng)學研究之輝煌成果。有“大成智慧”之譽。將復雜系統(tǒng)研究運用于國計民生是力學泰斗錢學森教授幾十年來的深切愿望?！皬亩ㄐ缘蕉俊钡木C合集成法將社會科學與自然科學有機銜接，“專家研討廳”體系將精確邏輯思維和開放直覺思維有效集成，開放的復雜巨系統(tǒng)理論進一步為研究腦與思維、人與社會等復雜系統(tǒng)提供了基礎的科學模型，為面對社會系統(tǒng)開展認識、實踐、再認識的科學思維活動提供了行之有效的認識論和方法論。這里，錢學森以力學家特有的氣魄，引導人們在新世紀各種變幻莫測、錯綜復雜的事物面前，進行嚴謹?shù)目茖W思考，作出智慧的判斷決策。他表示：“我在余生中就想促進這件事情：建立一個科學體系，并運用它解決社會主義建設中的問題。”

一、錢學森復雜系統(tǒng)思想

錢學森在長達數(shù)十年的探索過程中，與他周圍的專家學者，緊密跟蹤國際學術發(fā)展趨勢，以解決重大科學和社會實踐問題為目標，創(chuàng)建了“現(xiàn)代科學技術體系”、“開放的復雜巨系統(tǒng)理論”、“從定性到定量的綜合集成法”等若干原創(chuàng)性的學術思想。這一學術體系正在發(fā)展為服務于社會發(fā)展的大成智慧。

其中，開放的復雜巨系統(tǒng)理論和從定性到定量的綜合集成法，是錢學森復雜系統(tǒng)思想的核心。在此基礎上。錢學森還提出創(chuàng)建一系列新學科的構想。例如，把人腦作為復雜巨系統(tǒng)來研究，提出了“思維科學”；把地球表層作為復雜巨系統(tǒng)來研究，提出了“地理科學”；把人體作為復雜巨系統(tǒng)來研究，提出了“人體科學”等。這些學術構想，為新時期的學科創(chuàng)新指出了方向。

在錢學森復雜系統(tǒng)思想中，哲學觀具有核心作用。愛因斯坦曾指出：“如果把哲學理解為在最普遍和最廣泛的形式中對知識的追求，那么，顯然，哲學就可以被認為是全部科學研究之母”。影響科學發(fā)展的哲學觀包括本體論、認識論、方法論和實踐論四大層面。在對復雜事物的認識中，這四個層面的相互影響更為突出。對事物本質的認識(即本體論)深刻地影響著人們提出問題和解答問題的方式(即認識論)，影響著學者對系統(tǒng)的觀測和建模(即基礎科學)，最終影響人們對系統(tǒng)實施干預的目的和方法(即技術和工程)。因此，錢學森復雜系統(tǒng)理論的發(fā)展應該貫穿哲學觀、基礎科學、技術科學與工程實踐四大層次，形成一個完整的學術體系。

二、復雜系統(tǒng)本體論

1.開放的復雜巨系統(tǒng)論

復雜系統(tǒng)復雜在何處?為什么傳統(tǒng)的科學方法論難以處理?錢學森在對這些基本問題的深入思考中，提煉出一些復雜系統(tǒng)的本質性特征。他從開放性、子系統(tǒng)特征、相互作用特征等幾方面對系統(tǒng)進行了分類，提出了“開放的復雜巨系統(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)和社會系統(tǒng)等，都是典型的開放的復雜巨系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的復雜性特點表現(xiàn)在：(1)系統(tǒng)與環(huán)境之間有豐富的物質、能量和信息交換(開放性)；(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)之間相互作用關系復雜(復雜性)；(5)系統(tǒng)的結構和功能處于永久的進化過程中(進化性)。對于這樣的系統(tǒng)，傳統(tǒng)的認識論和方法論不能提供有效的指導。錢學森指出，對這類系統(tǒng)的研究，需要運用從定性到定量的綜合集成法。

對復雜系統(tǒng)的研究不適于簡單地走自下而上的路線。與簡單系統(tǒng)不同，對復雜系統(tǒng)的觀測必然產(chǎn)生大量的、多層次、多層面、甚至相互對立的豐富信息。對這些信息進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。事實證明，依靠傳統(tǒng)的簡單模型的思路來收集數(shù)據(jù)，通過自下而上的整合信息來獲取對復雜系統(tǒng)的認識，在理論和實踐上都是極為困難的。經(jīng)驗告訴我們，對任何具體的復雜系統(tǒng)的有效認識，必須首先有一個原始的復雜系統(tǒng)論的模型作為出發(fā)點，再結合具體系統(tǒng)的知識(數(shù)據(jù))，形成具體的模型和認識。這樣獲得的認識一定是初步的，有待深入完善的，必須在應用于實踐，然后收集實踐效果的真實資料，來重新認識。這樣形成的一個迭代檢驗、修正認識的完整途徑，在復雜系統(tǒng)研究中占據(jù)一個遠比簡單系統(tǒng)研究中更為重要的地位。

那么，最原始的復雜系統(tǒng)模型從哪里來呢?應該從對復雜系統(tǒng)的本質特征的認識中來!對系統(tǒng)本質特征的嚴密論述，就上升到了哲學本體論。因此復雜系統(tǒng)研究的突破，在最根本的層次上取決于哲學本體論的突破。復雜系統(tǒng)科學研究需要發(fā)展復雜系統(tǒng)的

本體論。

2.復雜系統(tǒng)的本體論

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

我們在深入梳理上述學術思想的同時，在繼承錢學森復雜系統(tǒng)思想的基礎上，融合現(xiàn)代自然科學原理，探索建立一個集古今東西方哲學、科學成果于一體的復雜系統(tǒng)哲學觀。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”的開放的復雜系統(tǒng)，錢學森的開放的復雜巨系統(tǒng)是其一般表達形式。

特定的復雜系統(tǒng)和宇宙(自然)構成一個完整的整體，這個整體就是一元。整體一元性的科學依據(jù)是系統(tǒng)的自組織性，而開放性是系統(tǒng)在一元性下支撐其存在的條件。開放的復雜系統(tǒng)的運動遵循兩大科學原理，即物理宇宙的能量守恒原理和生命世界的達爾文進化原理，其運動表現(xiàn)形式可以概括為形體二面復雜多層次性。其中，顯現(xiàn)的一面是體，隱現(xiàn)的一面是形。體以結構為表現(xiàn)形式，形以功能為表現(xiàn)形式，數(shù)學上表現(xiàn)為場，或形態(tài)，與體結構相伴而同時存在。形體二面的存在性源于量子物理的觀點，證明如下：如果確認波函數(shù)是對宇宙的精確描述，則復雜生命系統(tǒng)同時存在宏觀的振幅密度分布和相位梯度場，前者可以直接觀察，后者可以通過前者的運動來推知。一個形象的比喻是天空中飄浮的白云和推動白云運動的氣流，云為體，氣(流)為形，氣流與云的運動是一個整體。多維，即指多自由度，指系統(tǒng)包括大量的子系統(tǒng)。也只有當子系統(tǒng)數(shù)目巨大時，才能產(chǎn)生所謂的“涌現(xiàn)”，形成新的層次和維度?？鐚哟蔚慕Y構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。正因為多層次性，才構成復雜系統(tǒng)。多層次性是復雜的自組織性的體現(xiàn)，層次的數(shù)目刻畫了系統(tǒng)的復雜性。

以人體生命系統(tǒng)為例。核酸、蛋白質、細胞、組織、器官、系統(tǒng)、人體等屬于多層次的體系統(tǒng)結構，形成豐富的體世界，同樣，人體形系統(tǒng)也存在對等的多層次結構。與體系統(tǒng)的結構性相對立，形系統(tǒng)的數(shù)學形態(tài)是場，通常的運動形式是波，兩者形成鮮明的對照和互補。思想、觀念、認識、意識等都是個人的形世界中的子結構，這些結構的變化和演化，就是社會變化發(fā)展的主要內容。

上述內容構成一個相對完整的復雜系統(tǒng)的哲學本體論，雖然還有待深入和完善，它已經(jīng)可以指導我們來研究復雜系統(tǒng)。那么，從這一哲學本體論出發(fā)，研究復雜系統(tǒng)的思路是什么呢?那就是：針對一個具體的復雜系統(tǒng)，我們首先問，系統(tǒng)的一元性、二面性、多維性、多層次性體現(xiàn)在何處?應該用什么方式(文字，數(shù)學)來刻畫?對這些問題的解答，構成了對特定對象的復雜系統(tǒng)論模型。

一個特殊的復雜系統(tǒng)是人類的認識系統(tǒng)，它的運動規(guī)律就是人類的思維規(guī)律。對思維本質規(guī)律的闡述，就是認識論。對具體思維過程的闡述，就是思維科學的內容。我們運用上述復雜系統(tǒng)的本體論開展對人類面對復雜系統(tǒng)時開展思維活動和規(guī)律的探索，形成復雜系統(tǒng)的認識論，以及描寫思維活動的普適數(shù)學模型，發(fā)展思維模型，同時，從宏觀上指導人們開展高效率的復雜系統(tǒng)思維。這是錢學森對發(fā)展思維科學所寄予的厚望。

三、復雜系統(tǒng)認識論和思維模型

1.錢學森論復雜性思維

錢學森指出，認識復雜系統(tǒng)的主體不應該是抽象的個人，而應該是一個由具備多方面知識和經(jīng)驗的群體。這是因為，用來認識和優(yōu)化復雜系統(tǒng)的知識是多樣化的，不但包括成文的知識，而且包括專家直覺和經(jīng)驗，后者在對復雜系統(tǒng)的認識過程中起到極為重要的作用。

對復雜系統(tǒng)的深刻的認識和有效的干預，必須將先前的認識(直覺和經(jīng)驗)和當前認識結論(決策)將要產(chǎn)生的效應(實踐效果)綜合起來考慮。這是復雜性思維的特色，是研究思維創(chuàng)新的關鍵?？茖W發(fā)展遭遇到瓶頸，正暴露了傳統(tǒng)思維的局限性。以物理學為例，愛因斯坦曾指出，在遇到發(fā)展瓶頸的時刻，如果科學家“不去批判地考查一個更加困難的多的問題，即分析日常思維的本性問題，他就不能前進一步”。對思維本性的認識就是哲學認識論。愛因斯坦指出，“科學要是沒有認識論――只要這真是可以設想的――就是原始的混亂的東西”。

2.復雜系統(tǒng)的認識論原理

在學習、繼承錢學森復雜性思維的基礎上，以及在上述的復雜系統(tǒng)本體論的指導下，我們提煉了復雜系統(tǒng)認識論的三條原理，即認識主客體的相對復雜性原理、認識的時空相對性原理以及理性知識的層次性和可綜合性原理。

認識主客體的相對復雜性原理是指，高級復雜系統(tǒng)擁有更大的復雜度，才能概括和表達低級復雜系統(tǒng)的特點?？茖W哲學家雷舍爾指出，“認識論最基礎性的原則之一就是，較低智商必定被更高智商所迷惑”。從更積極角度看待這個規(guī)律，就是要充分提高認識主體的復雜度，運用高復雜度的認知系統(tǒng)來概括低級復雜系統(tǒng)的特點。由此產(chǎn)生的一個關于認識論的基本命題是，為了研究一個復雜系統(tǒng)，首先必須界定問題的性質和其復雜度，然后，選擇適當?shù)难芯抗ぞ?，包括研究主體。錢學森“從定性到定量的綜合集成法”的認識論基礎就在此。

認識的時空相對性原理。我們將穩(wěn)定的公共的認識，稱為真理。真理本質上是人類文明(形世界)在長期進化過程中形成(涌現(xiàn))的公共的穩(wěn)定的認知結構。歷史告訴我們，沒有恒定不變的認知結構，真理具有相對性。復雜系統(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“真理”這個認知結構產(chǎn)生演化(觀念進化)的動力。傳統(tǒng)的真理觀只注重真理的時間相對性，這里倡導的認識時空相對性原理同時還注重“空間”的相對性，即不同的人群可以擁有其相對穩(wěn)定的、內容獨特的認知結構。生命世界和文化的多樣性發(fā)展，必然帶來認識的多樣性，這是復雜系統(tǒng)科學相對于自然科學真理觀的挑戰(zhàn)，值得深入探討。這一原理對未來世界大同、多文化和諧共存的圖景有重要意義。

理性知識的層次性和可綜合性原理。理性知識是人類的一類特殊的認知結構。古代，哲學是表達理性知識的形式?？茖W的發(fā)展，極大地豐富了理性知識體系，形成了人類文明史上最為龐大的知識體系。但是，隨著技術的先進，人們可以從多個角度獲得見解和知識――由于復雜性，在一般情況下，這些知識和見解之間存在沖突，這是復雜性的來源。層次性和可綜合性原理的正命題是說：存在一個多層次的整體，將互相沖突的知識安置在合適的層次和層面。我們將這一整體性的認知結構形象性地表述為“知識寶塔”。知識寶塔的存在是基于復雜系統(tǒng)的自組織性：無論系統(tǒng)如何復雜，它在

現(xiàn)實世界中依靠自組織形成一個有機的整體，知識寶塔是與這個現(xiàn)實的整體最貼近的表述。相互沖突的見解，如果它們在客觀上是合理的，就是對事物的不同側面和不同層次的性質的反映。發(fā)現(xiàn)知識寶塔，就是找到了綜合這些合理見解的途徑，也就解決了沖突――在更高層次上統(tǒng)一了相互沖突的知識。

上述認識論原理對于認識復雜系統(tǒng)的現(xiàn)象，集成觀察數(shù)據(jù)，開展科學建模，以及指導實踐具有指導性意義。具體地，也可以指導研究思維本身的具體的和微觀層次的規(guī)律，這就是思維科學的內容。

3.思維科學與思維網(wǎng)絡動力學模型

錢學森一直高度重視對思維規(guī)律的探索。他從系統(tǒng)論的思想出發(fā)，依照復雜度和應用特征，將思維分為四個層次――抽象邏輯思維，形象直感思維。靈感頓悟思維和社會集體思維，并且提出了若干課題和猜想。錢學森有關思維的論述集中體現(xiàn)了以下幾點：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，思維是開放的系統(tǒng)。錢學森有關思維的猜想雖然不具體，但更具有科學模型的特征，對中國思維科學的發(fā)展起到重要的推動作用。

過去幾年，我們在系統(tǒng)梳理西方哲學認識論的基礎上，嘗試將康德的有機體概念落實到思維模型的構建中，形成與康德和黑格爾哲學思辨相呼應的思維和知識模型，并結合神經(jīng)科學的最新發(fā)現(xiàn)，具體地將知識結構與網(wǎng)絡回路聯(lián)系起來，將思維過程與網(wǎng)絡通道的激發(fā)和回路競爭動力學聯(lián)系在一起，形成能夠統(tǒng)一理解數(shù)理邏輯、辯證邏輯，甚至更廣泛的復雜思維邏輯的理論框架，這就是思維的網(wǎng)絡動力學模型。

在思維的網(wǎng)絡動力學模型中，知識是一個存儲在網(wǎng)絡中的、具有多層次性及開放性特點的復雜系統(tǒng)，網(wǎng)絡是對這個有機整體結構的描述，思維活動可以表述為是網(wǎng)絡中存在的各類激發(fā)。具體地說，人在思維時，在大腦中形成一系列的網(wǎng)絡通路激發(fā)，這些激發(fā)分為自下而上和自上而下的雙向組織和調控過程。思維活動所形成的理性知識。是在諸多激發(fā)中形成的穩(wěn)定回路結構，它們是一種亞宏觀涌現(xiàn)，我們稱之為知識回路。從神經(jīng)科學和心理學的若干證據(jù)出發(fā)，我們猜想，知識回路展現(xiàn)出非線性多尺度動力學行為和網(wǎng)絡狀可變拓撲結構。這些認識形成了如下的知識回路模型：以概念形成思維網(wǎng)絡的元節(jié)點，將命題表述為概念元之間的連接通道，將知識表述為多個命題通道形成的網(wǎng)絡回路。

多層次、多連通的知識網(wǎng)絡是對復雜系統(tǒng)多層次和多層面性質表述的需要，也是辯證邏輯發(fā)展的必然結果。辯證邏輯不要求命題之間無矛盾，它本身就是在處理有矛盾的命題過程中發(fā)展起來的。在我們提出的知識網(wǎng)絡系統(tǒng)中，包含康德所提出的雙向因果，它體現(xiàn)為由多個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)絡層次可以多方位拓展，超越層次的回路結構可以形成，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)絡結構中可以存在。

4.復雜概念網(wǎng)絡與新一代專家系統(tǒng)

上述的思維網(wǎng)絡動力學模型建立了以網(wǎng)絡回路之間的競爭動力學來實現(xiàn)演繹推理等思維活動的理論新框架，這為新一代專家系統(tǒng)的設計提供了理論基礎。

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

中醫(yī)的思維動力學模型，可以運用于中醫(yī)典籍和臨床醫(yī)案的解讀，進而構建中醫(yī)復雜概念網(wǎng)絡知識庫和設計推理運算。2009年，我們初步構建了中醫(yī)《傷寒論》的概念子網(wǎng)絡，進行了中醫(yī)診斷思維的初步模擬試驗，獲得與醫(yī)案記載一致的結果。并在此基礎之上，開始研制智能中醫(yī)知識網(wǎng)絡原型。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，為中醫(yī)現(xiàn)代化和計算機智能化的發(fā)展建立一個新的基礎。

四、復雜系統(tǒng)方法論

1.從定性到定量的綜合集成法

1990年，錢學森提出的“從定性到定量的綜合集成方法”，是對復雜系統(tǒng)本質認識的運用。綜合集成法把專家集體的知識和存儲在計算機里的豐富系統(tǒng)信息有機結合起來，開展綜合模擬和分析。這一方法的運用，把人的思維成果、經(jīng)驗、知識、智慧以及各種情報、資料和信息加以綜合集成，從整體的模糊的定性認識細化到局部的精確的定量認識。綜合集成法的運用分為三個步驟：(1)集成多方面專家意見形成假設；(2)形成多參數(shù)定量模型；(3)形成預言并開展模型檢驗(實踐)。上述三個步驟構成一個持續(xù)迭代的循環(huán)，促進對復雜系統(tǒng)認識的不斷優(yōu)化。2006年，于景元將錢學森復雜系統(tǒng)思想概括為錢學森綜合集成體系――從綜合集成思想、綜合集成方法、綜合集成理論、綜合集成技術到綜合集成工程。

上述復雜系統(tǒng)認識論的主體與客體的相對復雜性原理，為綜合集成法提供了認識論基礎。對于復雜度高的系統(tǒng)，例如人體和社會系統(tǒng)，必須依靠一個專家群體，運用多學科的綜合知識，才能構建全面和深入細致的理解，形成有價值的模型和較為全面的行動方案。

綜合集成法凝聚了錢學森多年從事科學研究和工程管理的經(jīng)驗，具有豐富的實踐基礎。錢學森指出：從定性到定量的綜合集成法，“本質上是科學和經(jīng)驗的結合?！毙枰诔浞诌\用以后，“才能再升華出理論，現(xiàn)在還只是方法而已”。人們普遍關注，如何運用綜合集成法?多學科的知識如何集成?從理論上來說，首要的科學問題是通過怎樣的宏觀思維來確定復雜系統(tǒng)的維度(廣度)和層次度(深度)，對系統(tǒng)形成合適的知識寶塔，這是有效集成多學科知識的前提。其次，對局部的精確建模也十分重要，這就涉及到復雜系統(tǒng)具體建模的方法論。

2.復雜系統(tǒng)建模的方法論策略

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

首先，復雜系統(tǒng)建模必須有明確的目標和問題。因為復雜系統(tǒng)包含著巨大數(shù)量的要素，而且還具有永恒的動態(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、問題之間顯現(xiàn)出巨大的鴻溝。所以，首先要對系統(tǒng)的問題目標展開理性的思辨和優(yōu)化確定。明確階段性認識目標，合理地規(guī)劃對數(shù)據(jù)的分析，是首要任務。為此，必須從本體論原理出發(fā)，最大限度地利用復雜性共性實現(xiàn)對系統(tǒng)的“觸類旁通”，并以此為基礎鑒別所觀察的信息和所提出的問題的價值。這就是“知識寶塔”的重要性，信息都應該在知識寶塔上有正確的定位，其重要性取決于它與系統(tǒng)研究目標和所解答的問題的

相關度。

其次，充分理解復雜系統(tǒng)的多層次結構性和動態(tài)性，不能期望一勞永逸地解決問題。其認識論依據(jù)是理性知識的多層次性和可綜合性原理。為此，對復雜系統(tǒng)要梳理出多層次的目標和問題，明確分階段的優(yōu)化目標以及相關問題的重要程度和迫切程度，開展多層次和迭代重復的表述。每一次表述都不是終極的，它為下一次表述做準備。

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

3.湍流世紀難題的攻關

湍流世紀難題始于1883年流體力學家雷諾的研究，一個多世紀以來，人們孜孜不倦地探討著，如何定量精確地預測湍流平均流動的性質，形成了湍流世紀難題。20世紀30年代，德國科學家普蘭特發(fā)展了邊界層理論，被譽為上一世紀流體力學、應用數(shù)學領域最重要的十大成果之一。這一理論是當今航空航天計算設計的核心基礎。但是，理論局限在簡單邊界和低速下，對高速飛行器的設計形成極大的制約。湍流世紀難題的重要性再次成為航空航天界的熱點課題。

在對湍流研究百年來思想發(fā)展脈絡的考察后，我們認為：“要實現(xiàn)湍流世紀難題的突破，必須在認識論、方法論上有所創(chuàng)新。必須對傳統(tǒng)的還原論進行改造，既要重視理性的力學基本原理，又要充分考慮來自邊界和復雜介質的信息，后者通常以經(jīng)驗的形式出現(xiàn)，兩者的有機結合才能完成對宏觀湍流的精確刻畫。”于是，我們提出了湍流“結構系綜”的新思想。

所謂結構系綜，是對湍流脈動結構的宏觀功能開展統(tǒng)計的、定量的和系統(tǒng)的描述。首先通過引進序函數(shù)、統(tǒng)計相關結構等一系列新概念，建立從數(shù)值模擬的經(jīng)驗知識中提取湍流結構統(tǒng)計效應的研究平臺。2008年，以該思想為核心申報的科技部973項目“飛行器力學與光學設計中的關鍵湍流問題”成功立項。2010年，運用這一平臺，我們成功地從大規(guī)模數(shù)值模擬數(shù)據(jù)中總結出邊界層的多層結構理論，該理論定量推廣了普蘭特的邊界層理論，正在用于指導設計新型的航空航天湍流計算模型。最近，多層結構理論又在理論上取得極有意義的進展，一個基于多層李群對稱性的湍流邊界層理論正在誕生。該理論旨在延續(xù)統(tǒng)計物理平均場理論的傳統(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，為解決經(jīng)典物理的最后一個難題帶來新的希望。

湍流這一硬科學的難題，其最終突破將是哲學認識論、方法論和嚴謹?shù)臄?shù)理邏輯推理的共同產(chǎn)物。復雜系統(tǒng)思想應用于具體實踐，終究要將這幾方面有機結合，才能產(chǎn)生實質性的創(chuàng)新。

五、復雜人體系統(tǒng)科學原理的提煉

1.錢學森論人體復雜系統(tǒng)

錢學森指出，“要建立開放復雜巨系統(tǒng)的一般理論，必須從一個一個具體的開放復雜巨系統(tǒng)人手?！蔽覀冞@里以復雜人體系統(tǒng)為例，發(fā)展錢學森復雜系統(tǒng)思想。

科學飛速發(fā)展的20世紀，眾多思想家在不同的背景下指出，應該加強對人體的系統(tǒng)性和復雜性的認識。但在眾多學者中，錢學森是提出建立系統(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科――即人體科學的第一人，是探討創(chuàng)立這門學科的方法論的第一人，更是認識到這門學問的重大價值，極力倡導發(fā)展這門學科的第一人。

錢學森指出：“人體是一個巨系統(tǒng)，不斷地與環(huán)境、與宇宙交往聯(lián)系，其內部結構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，有反饋調節(jié)控制。人體科學的任務就是理解這樣一個復雜的巨系統(tǒng)”。

2.應用于運動訓練的人體復雜系統(tǒng)模型

在負責組織奧運競技體育項目――皮劃艇激流回旋――科技攻關項目的過程中，我們嘗試運用錢學森復雜系統(tǒng)思想，研究運動員人體系統(tǒng)，并在實踐中總結并發(fā)展復雜人體系統(tǒng)研究的思路、方法和原理。在這場特殊的、跨領域的攻關實踐中，我們以復雜系統(tǒng)的本體論、認識論、方法論為指導，以開發(fā)優(yōu)化人體系統(tǒng)(培養(yǎng)冠軍運動員)的技術和促進人體系統(tǒng)工程實踐(創(chuàng)新高效的運動訓練系統(tǒng))為目標，以當代生命科學、生理學、心理學、神經(jīng)科學、運動訓練學等學科前沿知識為基礎，提煉了人體復雜系統(tǒng)科學的若干原理。

首先，從復雜系統(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，目標在于建立從分子細胞到人體行為的多層次關聯(lián)。我們特別提出，顯意識、潛意識與下意識與人體不同層次的神經(jīng)系統(tǒng)功能有對應，意識的調控對應著神經(jīng)系統(tǒng)的改變，進而影響人體功能。這一理論打破了心理、體能、技術訓練之間的隔閡，為綜合性心身訓練提供了理論基礎。

其次，從復雜系統(tǒng)的開放性出發(fā)，我們提出了人體意識系統(tǒng)的開放性原理和心理能量模型。個人的認知、情緒、思維以及心理動力的變化，只有在心理開放性原理下才能得到理解，并為心理能量的來源問題提供了新的視角，為心理訓練提供了新的方法。

再次。從復雜系統(tǒng)的網(wǎng)絡相互作用機理出發(fā)，我們提出人體行為控制的網(wǎng)絡作用模型。人體系統(tǒng)不是機械的演化，而是擁有“期望”和“行為控制”方式的進化能力。人的理性自主活動可以概括為如下動態(tài)循環(huán)過程：愿望產(chǎn)生――設定目標――產(chǎn)生計劃――執(zhí)行計劃――效果反饋。上述諸要素及相關子系統(tǒng)構成行為調控網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡的建立為運動訓練的科學化提供堅實的基礎。

上述原理在與神經(jīng)科學、認知科學、中醫(yī)學、系統(tǒng)科學和運動訓練學等學科的碰撞下，進一步形成一系列運動訓練方法。例如，“技術認知訓練方法”、“心理能量訓練方法”、“意志力訓練方法”、“科學思維訓練方法”和激流訓練特殊的“表象訓練三部曲”方法，形成了一個綜合的激流訓練新體系。

這些研究成果，一方面豐富了運動訓練理論，提出了新的運動訓練學研究課題，同時促進了對人體系統(tǒng)的相關基礎科學研究。這些原理和訓練方法，對中國激流國家隊運動員競技能力的提升已經(jīng)起了顯著的作用，被競技體育專家李少丹教授認為“對傳統(tǒng)的運動訓練學構成了有力的沖擊”。

六、復雜系統(tǒng)實踐論與大成智慧工程

1.錢學森“綜合集成體系”與“大成智慧工程”思想

錢學森提出的“從定性到定量綜合集成研討廳體系”，是他領導并組織實施的兩彈一星大規(guī)?？茖W技術工程實踐經(jīng)驗的結晶。本質上這是一套理性的運用眾人之力、處理復雜系統(tǒng)問題、探索復雜系統(tǒng)規(guī)律的實踐方法。

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

息技術等。

綜合集成研討廳體系的目標是集“大成智慧”來解決實踐中的復雜問題，錢學森指出，“大成智慧……就在于微觀與宏觀相結合，……既不只談哲學，也不只談科學；而是把哲學和科學技術統(tǒng)一結合起來。哲學要指導科學，哲學也來自科學技術的提煉。這似乎是我們觀點的要害：必集大成，才能得智慧!”

錢學森把運用綜合集成法的集體稱為“總體設計部”，他希望將之建設成國家進行長遠規(guī)劃、解決各種復雜系統(tǒng)問題的決策咨詢和參謀機構。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)，都可以設立自己的總體設計部。并指出，總體設計部作為領導部門的決策咨詢機構，應由德高望重、學識淵博、勇于開拓的總體設計師及各行各業(yè)具有團結、務實、創(chuàng)新精神的科技專家組成。

總體設計部的實施對于中國社會的發(fā)展具有特殊的意義。那么，它的成功實施需要具備什么條件?這個問題只能通過理論結合實踐的道路才能夠得到解答。

2.科技奧運中“大成智慧工程”的成功實踐

理論探索和實踐之間形成快速迭代，是成功開展復雜系統(tǒng)研究的必要條件。這一條件必須由社會系統(tǒng)來提供，這是復雜系統(tǒng)研究取得社會性成果和效益的保障。我國競技體育系統(tǒng)具有目標清晰化和組織結構準軍事化兩大特征，是一個可以提供保障的社會系統(tǒng)。前者以競技成績?yōu)闃酥?，使得理論成果能夠得到快速而鮮明的檢驗；后者則提供專家研討廳的組織保障。因此競技體育系統(tǒng)是實踐錢學森“綜合集成研討廳體系”和“總體設計部”的難得的實驗平臺。

從2006年1月到2007年8月，在舉國支持的科技奧運攻關活動中，我們在國家體育總局水上運動管理中心的組織下，在激流回旋國家隊主持了創(chuàng)新型、學習型、復合型教練團隊的建設，該團隊包括“中外科”(中方教練+外籍教練+科研人員)三方面的人員。在錢學森綜合集成法與專家研討廳思想的指導下，這支團隊快速集成國際先進激流知識，并根據(jù)中國運動員特點創(chuàng)新中西結合的新型訓練方法。這是一個由系統(tǒng)論主導的過程，既充滿了東方思維特色，又合理運用了西方科學的精確思維特點。三支力量有機凝聚，集中發(fā)揮了“1+1+1>3”的特殊系統(tǒng)功能。

運動員人體是復雜的，運動訓練是復雜的；競技比賽充滿不確定性和藝術性，更為復雜。通常，這些復雜性是由教練員這個具有豐富實踐經(jīng)驗的“人”來承擔的，它受到教練員個體認識的局限。由專家學者來主導運作教練團隊，將經(jīng)驗與理性相結合，是錢學森大成智慧工程的特色。但在實際運作中，面臨著跨領域探索的巨大挑戰(zhàn)，需要克服一系列困難。正是這些困難，為實踐和檢驗錢學森的“大成智慧”思想提供了難得的平臺。

我們在科技奧運的這一實踐活動中，對“專家研討廳”的運作規(guī)律進行了細致的總結，提出了如下認識：專家研討廳的成功運作，需要滿足四個條件，即有目標、有方案、有標準和定期研討，這也是“專家研討廳”高于常規(guī)的“開會”之處。一個持續(xù)的、多輪迭代的運行是成功的關鍵，為此，還需要有三點保障：(1)人心需要安穩(wěn)；(2)組織需有結構；(3)目標需要崇高。實現(xiàn)這些條件的關鍵是人才和組織支撐，人才的關鍵在于專家研討廳的首席科學家，他的目標、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鍵要素；組織支撐是團隊高效率和可持續(xù)性運行的保障。兩者缺一不可。

上述實踐在較短的時間內就給中國國家激流隊帶來了新氣象。復合教練團隊實現(xiàn)了經(jīng)驗、知識和智慧的快速集成，迅速掌握了這個項目的系統(tǒng)規(guī)律，帶來了中國國家激流隊競技水平的快速提升。2005年以前，中國選手從未打人世界大賽的前10名。2007年，在復合教練團隊指導下，中國隊獲得首枚男子雙劃世界杯銅牌，實現(xiàn)了歷史性突破，國際劃聯(lián)專門致電祝賀。從那時起，中國隊在國際大賽中已經(jīng)近20次打進決賽，并取得1金3銀3銅的成績，令國際激流界矚目。

2006年8月，原先從未進入前六名的年僅18歲的國家隊女子皮艇運動員李彤被選為科技奧運“試驗田的種子選手”，開始接受北大團隊在新的理念和方法指導下的系統(tǒng)訓練。2006年下半年，李彤就在國內和亞洲比賽中獲得6枚金牌。2007年7月，在德國奧格斯堡經(jīng)典的激流賽道，第一次接觸這個賽道、第一年參加世界杯比賽的李彤就成功打進決賽圈(前十名)，創(chuàng)造了激流史上的一項紀錄。國際劃聯(lián)官方網(wǎng)站的成績記錄表明，李彤是該年度世界上進步最快的女子皮艇運動員。2008年3月，在大洋洲錦標賽暨奧運資格選拔賽上，李彤獲得銀牌，創(chuàng)下了與2004、2008年兩奧運金牌選手卡琳斯卡僅差0.6秒的佳績，贏得了中國女皮國際大賽歷史最高榮譽!

七、錢學森復雜系統(tǒng)思想的學術意義和展望

1.對國際復雜系統(tǒng)研究的意義

錢學森開創(chuàng)復雜系統(tǒng)研究始于20世紀80年代，當時相關的科學探索還處于萌芽狀態(tài)，如今復雜系統(tǒng)研究經(jīng)歷了從關注現(xiàn)象到關注方法、進而探索原理的過程，已經(jīng)成為科學研究的前沿。1999年，美國“Science”雜志，刊登了一組標題為“復雜系統(tǒng)”(ComplexSystem)的專輯文章，這些文章就化學生物學、神經(jīng)學、動物學、自然地理、氣候學、經(jīng)濟學中的復雜性問題進行了論述；2001年，英國“Nature”雜志，也就復雜性的某些共通的側面，例如“噪聲與秩序”、“復雜網(wǎng)絡”等展開討論。2009年，“Science”雜志發(fā)表的“復雜系統(tǒng)與網(wǎng)絡”的專輯文章，進一步關注刻畫復雜系統(tǒng)的一個重要工具，即“復雜網(wǎng)絡”。2008年11月，美國國家科學基金會召開了一次題為“物理科學和工程中的復雜系統(tǒng)研究基礎”的工作會議。美國工程、數(shù)學和物理科學理事會委托給會議專家的任務是：確認在復雜系統(tǒng)研究道路上的“障礙”和“突破口”。與會學者們提出了復雜系統(tǒng)研究別突出的4大類問題，即：研究復雜系統(tǒng)的最好模型是什么?復雜系統(tǒng)的結構是如何約束它的涌現(xiàn)行為的?復雜系統(tǒng)演化和適應的結果是什么?如何校正復雜系統(tǒng)并且預見它們的行為?

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

復雜系統(tǒng)研究應該更緊密地依賴哲學本體論，將刻畫整體結構的概念網(wǎng)絡與刻畫局部變化過程的傳統(tǒng)數(shù)學進行有機對接，并反復迭代。從這個意義上講，需要大力發(fā)展復雜網(wǎng)絡這一數(shù)學工具，來回答上述第一和第二個問題。針對后兩個問題，錢學森復雜系統(tǒng)思想倡導有機地運用人(專家)的思維，甚至專家群體的思維，將經(jīng)驗和直覺與計算機(精確數(shù)學模型運算)進行有機對接?？陀^地說，這些思想超出了西方學者的視野，走在國際復雜系統(tǒng)

研究的前沿。如果能夠有效地落實，對發(fā)展跨學科研究，特別是針對人和社會的復雜性問題的研究，有不可替代的價值。

2.對國家建設的意義

我國處在經(jīng)濟高速發(fā)展階段，各類社會矛盾正在集中爆發(fā)。醫(yī)療問題、教育問題，以及社會繁榮和穩(wěn)定問題，都是典型的復雜性問題。一直以來，這些問題的解決依賴于各級政府與各個社會機構，依賴于德才皆備的各級領導。但是，隨著信息社會的來臨，隨著社會的民主化和人們需求的多樣化，需要政府處理復雜性的能力有較大的提升。錢學森的“大成智慧”學說正是未雨綢繆，因這樣的需要而產(chǎn)生的。錢學森復雜系統(tǒng)思想，對社會發(fā)展必將起到重要作用。

從本質上說，社會是人實現(xiàn)生命價值的場所。以此為準則，以充分發(fā)揮人體潛能為目標，對社會活動開展復雜系統(tǒng)工程設計，使參與活動的人群在活動中體會生活、體會生命、體會人生價值，這將從深層次上重新評估現(xiàn)有的政治、經(jīng)濟、管理、科學研究、教育和醫(yī)療活動。社會實踐以提升人體素質為目標，就不是個別理論和個別技術所能處理和解決的。社會科學應該是生命群體的系統(tǒng)科學，而社會實踐在本質上是生命群體的系統(tǒng)工程，即社會系統(tǒng)工程。如果這些思想能夠得以付諸實踐，必將對中醫(yī)現(xiàn)代化工程、教育體制改革、運動訓練系統(tǒng)工程、社會健康保障系統(tǒng)的設計和實施起到有力的推動作用。

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