肖久梅，陳章華

摘要：本文對數(shù)學(xué)專業(yè)本科生在科技創(chuàng)新項目“超高分子量聚乙烯基公路護(hù)欄材料及結(jié)構(gòu)的力學(xué)評估”的實施中的優(yōu)勢與劣勢了進(jìn)行分析：本項目實施中數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生充分體現(xiàn)了對于力學(xué)的數(shù)值模擬計算與分析能力的優(yōu)勢；另一方面對于實際力學(xué)性能測試等具體試驗缺乏靈活性、經(jīng)驗和濃厚的興趣。故本科學(xué)生學(xué)習(xí)期間能進(jìn)行一些跨學(xué)科課題的研究意義深遠(yuǎn)，可以拓展學(xué)生思維，有意識地圍繞自己感興趣的、擅長的科研方向建立知識體系，取長補(bǔ)短，為以后的學(xué)習(xí)與工作奠定深厚的功底。

關(guān)鍵詞：本科生；創(chuàng)新課題；分析問題；解決問題

中圖分類號：G645 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）37-0128-02

數(shù)學(xué)的研究也應(yīng)以一定的研究對象為基礎(chǔ)[1]，如果數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生只滿足于在其他科研者所得出的結(jié)論的基礎(chǔ)上展開研究，可能很難有所突破，或者錯上加錯，浪費了大量精力。所以數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)當(dāng)具有一定的工科項目的研發(fā)能力，相關(guān)問題的分析能力，只有對研究對象有了深刻的理解，才能很好地對其進(jìn)行理論研究。所以，非常有必要在數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)期間，進(jìn)行工科背景項目的實施，提高學(xué)生的工程能力，以避免陷入紙上談兵的境界。通過此類項目的實施，培養(yǎng)學(xué)生分析與解決實際工程問題的能力，可以讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)理論在工程當(dāng)中的實用價值，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和自覺性，并提高學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的整體認(rèn)知能力，理解所學(xué)的理論如何推廣到實踐中，解決實際問題。另一方面，項目實施中，學(xué)生自覺總結(jié)與體會自己的興趣、愛好和特長，是偏向純粹數(shù)學(xué)還是應(yīng)用數(shù)學(xué)。為以后的學(xué)業(yè)發(fā)展和工作規(guī)劃，提供一個非常好的借鑒、平臺。

一、數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生剛開始介入本項目時的特點

接觸科技創(chuàng)新項目“超高分子量聚乙烯基公路護(hù)欄材料及結(jié)構(gòu)的力學(xué)評估”初期，學(xué)生認(rèn)為對于非本專業(yè)的項目不會得出理想的創(chuàng)新成果，不是很有信心能完成此項目。正是由于此原因，在準(zhǔn)備方案時，學(xué)生能夠花費大量的時間和精力查閱相關(guān)資料、調(diào)研、準(zhǔn)備方案。積極主動地收集工程實際問題相關(guān)資料，反復(fù)進(jìn)行研究，開討論會，最終能夠結(jié)合工程實際提出較為理想的試驗方案。舉例如下，方案：把圖1-1的相同的兩行波改為兩邊高中間低的三行波。雖然波形結(jié)構(gòu)已經(jīng)能很好地起到緩沖的作用，不過二次緩沖應(yīng)該會更有效果。如果一層波沒有完全奏效的話，再使用二層波去進(jìn)行緩沖，可以更好地保證車輛的安全。兩行一層波可相當(dāng)于現(xiàn)在通用的波形結(jié)構(gòu)，當(dāng)它們沒能阻止車輛的撞擊時，新加的二層波就可以發(fā)揮它的作用。另外，因為波和波并不是一體，而是相互連接起來的，所以當(dāng)一層波受損而二層波完好時，可以只更換一層波，盡量節(jié)約資源。此外，該方案還考慮了附加的“二級緩沖”波的方向問題（上頁圖為外凸，內(nèi)凹型在下面ansys建模時會提到），將內(nèi)凹與外凸效果與原結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。（后面的支撐柱，只是憑借“三角形最穩(wěn)定”而加上的，不過會用到更多的材料。）

由于學(xué)生意識到自己工科背景知識的不足，所以在準(zhǔn)備方案時，為保證能夠獲得理想的試驗結(jié)果，學(xué)生積極思考，充分調(diào)動積極性，設(shè)計了多種用于對比研究的護(hù)欄截面用于Ansys的計算指導(dǎo)中，然后通過對比來討論各種方案的優(yōu)缺點。在數(shù)值模擬分析方面，學(xué)生發(fā)揮了數(shù)學(xué)專業(yè)的優(yōu)勢，能夠較為全面、迅速地進(jìn)行模擬分析。在分析緩沖吸能特性方面，能夠不受常規(guī)工科思維模式的限制，從側(cè)面分析所設(shè)計的護(hù)欄結(jié)構(gòu)的緩沖吸能特性。比如，從沖擊物的沖擊速度與時間的關(guān)系、沖擊物的沖擊加速度與時間的關(guān)系、沖擊物的最大位移、最大沖擊力；被沖擊物（護(hù)欄）的沖擊速度與時間的關(guān)系、被沖擊物（護(hù)欄）沖擊加速度與時間的關(guān)系、被沖擊物（護(hù)欄）最大位移等方面來反映所設(shè)計的護(hù)欄結(jié)構(gòu)的緩沖吸能特性，獲得理論分析與ansys模擬分析結(jié)果較為吻合的結(jié)論。通過模擬分析結(jié)果確定最佳方案，學(xué)生根據(jù)試驗結(jié)果可以得出理論分析和模擬結(jié)果相結(jié)合而得出來的分析結(jié)論。在項目實施過程中，學(xué)生完成了一個與工程相關(guān)的項目從查閱資料、實踐調(diào)研，綜合分析，直至提出最終解決方案的全過程。對于具有工程背景的項目如何著手進(jìn)行研究有了很好的鍛煉。另一方面突顯較強(qiáng)的分析能力，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生對于力學(xué)的數(shù)值模擬計算與分析能力的優(yōu)勢[2]。學(xué)生能夠從純數(shù)學(xué)理論研究過渡到結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)、市場調(diào)研和所學(xué)理論對工程實際問題進(jìn)行分析。能夠提出問題、分析問題和解決問題。經(jīng)過這一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于自己所要解決的問題產(chǎn)生了濃厚的興趣與信心。

二、數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生實施本項目時的劣勢

在項目方案的分析確定與借助于ansys模擬分析軟件的分析過程中，由于數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生的分析能力與對于力學(xué)的數(shù)值模擬計算與分析能力的優(yōu)勢，進(jìn)展順利。但對于進(jìn)行具體通過試驗驗證以上設(shè)計方案的這一環(huán)節(jié)，則進(jìn)展緩慢，原因是對于如何進(jìn)行實際試件的制備、如何根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試樣制備、非標(biāo)準(zhǔn)試驗如何在實驗室內(nèi)完成模擬試驗等一些實際操作缺乏經(jīng)驗和濃厚的興趣，學(xué)生仍然關(guān)注并擅長于理論的分析與模擬推斷，而在具體試驗實施前首先畏懼時間的緊張，不勤于動手實踐。

如果數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生沒有與課題相關(guān)的工程背景知識，單純從數(shù)學(xué)的角度推理，所獲得的研究結(jié)果將會不可靠，并且無法用于指導(dǎo)實踐，缺乏實用性。本項目針對大二數(shù)學(xué)專業(yè)的學(xué)生展開，題目與力學(xué)相關(guān)。數(shù)學(xué)專業(yè)的本科生接觸有關(guān)力學(xué)的創(chuàng)新課題可以使學(xué)生感受到數(shù)學(xué)的奧秘和價值，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)本專業(yè)課程的興趣；另一方面，學(xué)生可以感受到數(shù)學(xué)研究中工科知識的學(xué)習(xí)和運用能力的重要性。通過本項目的實施，在數(shù)學(xué)研究中遇到某些工程問題時，學(xué)生知道如何去掌握相關(guān)領(lǐng)域的理論知識，提高對所學(xué)知識的理解與運用能力，而不是單純的數(shù)學(xué)推導(dǎo)與計算，在以后的數(shù)學(xué)相關(guān)研究中才能游刃有余。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧芳芳，李木桂.以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的高職數(shù)學(xué)類課程教學(xué)方法[J].數(shù)理科學(xué)，2012，（18）：142-143.

[2]宿維軍.計算機(jī)數(shù)學(xué)系統(tǒng)在公路工程中的建模應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表，2013，（2）：106-109.

課題項目：感謝北京科技大學(xué)與教學(xué)改革研究項目的支持。