时间:2022-07-01 05:14:04
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇地质教学论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
建构主义知识观、认识论和教学观
建构主义是目前最为先进的教育方法之一。建构主义理论教学源于瑞士心理学家皮亚杰(JPiaget)的建构论。皮亚杰提出了建构主义的知识观,他认为主体对客体的活动应与主体的知识结构结合起来,智慧与知识的发展在本质上是主体转变客体的结构性动作。皮亚杰还认为主体的认知结构是动作的一般协调结构及其内化的产物,是随着主体活动的发展而不断建构发展的。建构主义的教育教学观念中,认为人类对世界的认知不是终极真理,只是对客观世界的一种解释,这种解释会随着人类社会不断发展及其认知手段的不断提高而被超越和取代,而对于个体来说这个过程是建构不断更新的过程。建构主义认为学生是知识的主动构建者,他们在学习过程中以已有的经验为基础,通过在实践和学习中与外界相互作用来建构对知识新的理解。而传统的教学方式中,教师往往是向学生传递知识的中介,学生处于被传授、灌输知识状态,在学习过程中属于被动者,这与建构主义理论相悖。建构主义的教学观认为,学生的认知是主动学习的过程,他们以自身已有的知识和经验为基础,在实践和再学习过程中主动改造和重建原有经验,构建新的知识建构,而新的知识建构则在新一轮的认知过程中变更为新的学习基础,知识建构呈动态的阶梯状上升。以建构主义为教育指导思想,应当打破传统教学中以“教”为主、教师主宰课堂的状况,使学生从被动的“信息接受者”变为主动的“知识建构者”。
建构主义指导下“石油与天然气地质学”教改原则
把建构主义作为教学指导思想,应当遵循自主、真实、基础、全局、灵活等原则。自主学习是构建主义教育观提倡的方式,即鼓励学生对整个问题或任务拥有自主支配权。传统的教学方式通常设置固定的学习目标,而这个学习目标通常很难被学生接受,学生们只关心是否能够顺利通过课程考试,而不关心是否真正掌握知识精要,没有将其融入自己的知识系统进行重新建构,这样很难达到教学目标。究其原因,主要在于制订的教学目标与学生学习环境中的目标不符合。鼓励学生学习的主动性,增加其对问题和任务的自,教师可以同学生通过讨论获取、优选具体问题和任务,让学生感觉到其在课程学习中的主动性,感觉确定的问题是他们本人的问题,从而对学习任务产生足够的兴趣。真实性是建构主义教育观中对教育环境的要求,即为教学提供贴切现实生活、生产实际等真实情境和学习任务。真实的活动是建构主义学习环境的重要特征。真实的活动可以使学生不依赖于问题表面特征,将所学的知识更有效的运用到实际中去。课堂教学中使用贴近生产实际、真实的、复杂的任务,有助于学生运用所学知识的积极性,使他们意识到学习知识的意义所在。在“石油与天然气地质学”教学过程中,应当把贴近油田勘探、开发的实际复杂实例放入课堂讨论中,提高学生学习积极性,同时让他们在学习过程中有的放矢,明白学习、认知过程的现实意义。
建构主义十分注重基础知识结构对学习的影响,具备必需的得基础知识后,才能够针对具体问题实现新知识建构。教学的本质并非纯粹的知识传授,而在于教师和学生互动,共同构建、发展学生的认知结构。然而针对不同的认知对象,应有区别地分析他们已经具备什么样的基础,还有哪些基础知识不具备。同一课程,对于不同专业、不同年级的学生而言,因为其基础知识的差异而必须区别对待。“石油与天然气地质学”课程是地质工程本科四年级专业限选课程,学生已经学习了“构造地质学”、“盆地分析”、“沉积岩石学”等相关课程并具备此类基础,对学生的认知结构研究之后,适当地补充欠缺的基础知识,如有机地球化学、生油理论等,使其具备完善的基础知识,达到能够独立思考、讨论现实问题,并进行认知体系的自我建构,从而改善教学质量。学习任务的制订应当具有全局观念。“石油与天然气地质学”课程的教学和学习中,应当首先将该课程的整体框架介绍给学生,保证学生明确具体学习任务和整体教学目标之间的关系。每个具体教学任务完成之后,应当和学生讨论总结,明确该学习活动在复杂任务中的地位和作用,促进学生理解各学科间的基本结构和联系。没有哪种教学方法可以放之四海,针对不同内容、不同的教学对象,要懂得灵活施教。在具体的教学环节中,应当寻找教学内容的性质和学生的个体差异,教学方式因人而异,学生中心取向和教师中心取向可以交叉、混合使用,以求达到最佳的教学效果。“石油与天然气地质学”课程中的认知对象包括概念知识体系、复杂问题实践和行业规范内容等,三者性质差异较大,需采取完全不同的学习方法和教学模式。
建构主义指导下的教学改革设计
根据煤炭院校特征以及学生的专业知识背景,合理编排教学内容,以求达到最佳教学效果。教学要精简结合。河南理工大学地质专业的“石油与天然气地质学”非主干课程,其课时量为32课时,远远低于石油类院校,因此必须在遵循教学内容体系结构稳定的条件下将该课程的内容进行删减和融合。“石油与天然气地质学”基本内容包括了油气藏基本特征、油气藏形成理论、油气分布规律、油气田地质勘探4部分内容,其中前3部分内容为原理的讨论,第4部分内容实践性较强。由于课时量有限,将第4部分内容删减掉,而在具体原理介绍中加入勘探实例分析。另外,根据学生的专业基础背景,合理设置课程内容的授课方式,这样有助于学生知识结构的重新组构。比如,在油气藏形成理论的讲授中,应当对比“煤地质学”中煤演化生烃过程进行讲授,和学生讨论分析煤演化和油气演化的异同;而在油气田分布规律的教学活动中,应当加强与“构造地质学”、“沉积岩石学”、“盆地分析”相关内容的类比;在油气藏基本特征中,有关油田水特征的内容与“水文地质学”内容进行对比授课。强调学科知识系统化。“石油与天然气地质学”是一门知识衔接比较紧密的一门学科,各章节间联系紧密,在授课过程中应当重视知识系统化。例如,油气生成理论授课中,首先介绍传统生成理论的模式以及不同阶段的特征,其间可以对比学生在“煤地质学”等专业课程中掌握的煤演化过程,对比两者存在的差异和相似处,掌握沉积有机质向煤、石油、天然气转化的异同点;再分析不同油气生成理论在勘探历程中的应用和地位,找出传统油气生成理论如何指导油气田勘探,而未成熟-低成熟油、煤成油和天然气生成等理论与传统油气生成理论的区别,在油气田勘探过程中起到什么样的推动作用;最后介绍现在油气生成理论的完整模式,使学生能从发展的角度去认识“石油与天然气地质学”理论内容,从而有利于帮助学生建构系统、完善的知识体系。实验、实践并举,培养综合分析能力。#p#分页标题#e#
教师应该给学生提供复杂的真实问题,让学生利用已掌握的认知结构解决实际问题。在具体的实施过程中,将我国部分油田在勘探开发中遇到的实际问题纳入课堂讨论内容中,给出问题发生前的所有地质参数供学生分析,讨论方案确定后将解决问题后新获取的地质参数作为验证数据进行二次讨论,讨论过程中同学们积极回顾已经学过的相关知识内容,发现问题所在,寻求解决问题的有效途径。这样,在解决问题的同时增加学生对该学科的兴趣,完成认知结构的更新发展。另外,积极利用我校已经具备的开放实验室制度。我校与石油相关的实验室有河南省生物遗迹与成矿过程重点实验室、中心地质实验室等,拥有大量常规地质仪器和大型地质仪器,学校鼓励学生在学有余力的情况下免费申请不同仪器的开放实验。由于“石油与天然气地质学”实验课时较少,应当引导学生在开放实验课题中选择石油、天然气相关实验进行练习。例如:在烃源岩质量分析过程时,鼓励参与烃源岩TOC测定、镜质体反射率Ro测定、干酪根类型识别等实验;在油源对比课程教学时,鼓励参与源岩抽提物和原油气相色谱、质谱分析实验;在储层特征识别时,要充分利用大型偏光显微镜、扫描电镜、能谱仪等进行观察;在油气运移授课时,鼓励利用不同精度显微镜观察不同类型岩石中裂缝组构,鼓励利用热台-荧光显微镜观察油气包裹体各项参数;在油气藏类型授课中,鼓励学生参与大型地震解释软件的使用,进而识别大型油气藏的类型。
在实验、实践环节启发学生解决问题的多解性,激励学生对问题解决存在多种观点,促进学生认知结构的构建和综合能力的培养。制订合理的学习目标和任务,合理安排教学内容及其顺序;针对不同内容,确定具体的教学方式、方法。根据学生的具体情况,制订合理的学习任务和目标,学习内容的难度设为中等,主要以基本概念、基础评价方法为主,涉及油田水特征、油气的物理化学性质、油气成藏静态要素组成及评价方法、油气演化模式和过程、油气运聚原理、圈闭形成及油气藏类型、油气富集控制因素、主要的油气田勘探方法概况等,其间穿插一些实例分析。教学内容的顺序也大致如上述,由简入繁、循序渐进。课程开始前,应当让学生了解整体的学习任务和目标,而在各章节开始时应明确该章节所处整个课程体系中的地位和重要性。对于“石油与天然气地质学”内容的学习,应当提倡区别对待知识差异。对于油气演化过程、油气运聚原理、圈闭的形成和有效性等基本理论框架,可以启发学生找出差异,进行知识结构的自我完善。而在具体的实验、实践环节,鼓励他们主动去寻找问题症结所在,鼓励他们在解决问题中的相互协作精神。明确教学目标,调查学生已具备的基础,找准适当的学习切入点。教学过程应当以学生为中心,联系他们原有的认识结构,找出与该教学单元相关的切入点。比如,在讲解油气生成理论时,应当用到构造沉降、煤岩热演化模式等相关知识;而在讲解油气藏特征时,会用到构造地质学中断裂系统、穹隆、褶皱以及沉积岩石学中的多种沉积相类型等相关知识。这些相关内容都可以作为新内容的引子和切入点,进而引起学生的求知兴趣。如果对于新知识的学习,学生们欠缺必要的基础知识结构时,应当先补充基础知识,然后进行新知识的学习,杜绝学生因基础不足而丧失学习积极性的情况发生。设置真实教学情境,引出研究问题。人们通常对于具体的、可闻可见的事物比较感兴趣,容易快速进入正题,而对于抽象的事物则相反。“石油与天然气地质学”是地质工程专业接触到的唯一含“油味”课程,所见所闻较少,面对初次涉及的抽象课程,学生们往往兴趣不大。
这种情况下,应当想方设法吸引他们的目光,除了讲授基本理论和原理之外,应结合国内外能源局势及油气勘探开发现状,结合我国油气勘探开发规划及其对人才的需求,吸引学生注意力的同时,让他们认清能源形势;在不同授课部分,结合油气田勘探生产中的具体问题,开设讨论、习题课堂,提高学生的动手能力和解决实际问题的能力,同时学生自觉回顾先前的知识内容,讨论课一般占总课程的1/3。这些方法启发学生自主发现问题所在,提高学生们学习油气地质的兴趣和热情。为学生提供真实的教学意境。通过学习,消除矛盾,实现新、旧知识系统的改进和更替。学习的过程包括对新信息的吸收和对旧知识系统的改进重组两个方面。学生们对地下水、构造地质、沉积学、盆地结构等基础知识方面均有零碎的旧知识系统,而在“石油与天然气地质学”的学习和反复揣摩中这些旧知识得到不断的应用,通过对油气藏生、储、盖理论的学习,可以将这些知识碎片完全吸收、消化并对其系统化,进而完成认知系统的意义建构。组织实践教学,培养基本技能和能力。“石油与天然气地质学”是一门具有很强应用性和实践性的课程,多种实践活动是帮助消化知识、构建认知系统的有效手段,这项活动不能被课堂授课所代替。例如,储层类型的识别、盖层封盖能力的鉴定、生油岩演化程度的判断、生储盖组合的判断等等,都必须在实践教学环节中进行,进而锻炼学生的动手能力,促进认知系统的更新和重构。然而,这项工作在煤炭类院校常常被忽略,建议加大实验、实践课时;而同学们也可通过选修相关的开放实验课题来完成部分实践课程。完善建构主义教学测评体系。教学测评应分教师和学生分别进行。
对于教师的测评主要在于以下几个方面:①是否从权威授课者转变为学生认知的合作者或辅导者;②是否鼓励学生解决问题的多解性;③有没有给学生创设良好的学习环境,使他们可以通过实验、实践活动进行独立探索或者协作完成学习内容;④是否给学生提供了真实、复杂的实践问题供学生分析、研究;⑤是否从学生已有知识结构出发,进行引导。另外,对于学生的测评方法也应当有所改变,不应以学生记住知识的多寡来衡量,而应当以学习中主动参与程度、协作中的贡献大小、意义建构水平等因素进行综合评价。对学生的测评内容应当包括:①学生是否积极地进行认知结构的重建和理解;②学生是否积极地参与教师、同学的协作,解决真实问题;③学生是否主动承担了更多的管理学习任务。通过同学和教师反馈的信息,学生们能够真实地认识自我、完善自我,更加积极地参与到协作、认知结构自我构建中来,进而达到增强学生们自我教育能力和水平的目的。将建构主义思想运用到“石油与天然气地质学”教学中去,遵守自主学习、真实性、基础性、全局性和灵活性等原则,因地制宜地将授课、讨论、实验与实践相结合,预期在教学上取得以下成果:教师的基础知识授课,可使同学们了解“石油与天然气地质学”的基本理论、概念和评价方法。复杂问题的课堂讨论,增加大量的自主学习机会,将大大提高学生的学习兴趣,促使其积极回顾已有的基础知识,自学相关未知领域知识,由被动学习变为主动学习,同时课堂讨论使学生们能够自主分析油气田勘探开发中遇到的真实、复杂的实际问题,而不仅仅是“纸上谈兵”。开放实验和实验课的训练,将大大提高学生的动手能力,学会如何利用实验去解决实际问题。整体性的教学方式使学生明白整个学习内容为一有机结合体,各部分内容皆有衔接和相互作用,同时和自己已有的知识结构存在大量联系,在不断碰撞、思考、实践、更新认知中完成新知识系统的自我建构。在学习过程中,学生将体会到建构主义教学方式的科学性,在未来的学习生活中学会如何自我学习。#p#分页标题#e#
一、实验的基本作法
调查研究表明:农村自然教学的不利因素主要是教学仪器设备少。但农村学校也有许多有利的教学条件:得天独厚的自然环境和资源为自然教学提供了丰富的、活生生的教学材料;为开展自然教学提供了观察、考察、饲养、栽培等实践活动的场所;自然课中50%以上的内容都是农村学生所熟悉的事物和现象,学生对农村的自然事物有着丰富的感性认识等等。所以,我们特别注意引导实验教师充分利用这些有利条件。
(一)因地制宜,选择适应教学需要的替代材料。
自然课中的观察、实验材料虽有一定的普遍性,但不可能覆盖所有地区和学校,对于那些当地缺乏的材料怎么办?我们采取的办法是:对教材中与自然条件结合较紧的课文进行系列梳理,列出不易得到的教学材料,选择可以达到的教学目的要求、当地易得的材料替代和补充(如用红薯藤替代天竺葵学习“扦插”,用菜青虫替代蚕学习“养蚕”等),并列成“教学材料结构表”印发给当地乡、村小学自然教师使用,以便教师课前准备和要求学生自带材料,从而使所有学生都能亲自参加观察、实验活动,直接感知各种自然事物。实践证明:这些作法是可行的,效果是好的。广大农村自然教师反映:“教学材料结构表”实用性强,易操作,便于兼职教师课前作准备,同时也改变了因缺乏教学材料,只能靠老师演示实验、学生看的状况,有效地激发了学生学习自然的兴趣,增加了学生了解家乡自然事物特点的机会,培养了学生学科学、用科学的能力。
(二)利用农村土地较多的条件,师生动手建设、管理生物园。其作用是:
1.生物园能为教学提供观察实验的材料。教师指导学生在生物园按教学需要分类、分期栽培植物,饲养小动物,为课堂教学提供丰富的、活生生的教学材料,解决了学生因缺乏实验材料无法亲自观察、实验的矛盾。
2.生物园是学生进行栽培、饲养等学习活动的基地。自然教学大纲要求尽可能创造条件,联系实际,让学生直接参与栽培、饲养等实践活动,学习自然知识,这一问题一直未能很好解决。有了生物园地,教师就可以充分利用这一有利条件,引导学生在生物园地中直接参与栽培、饲养等实践活动,如嫁接、扦插、喂养小兔等,从而能更好地在实践中学知识,学技能。
3.生物园的建设能紧密结合当地生产实际,为当地发展经济服务。在生物园的建设中,教师有意识地指导学生结合当地农业生产发展的需要,进行培植花木幼苗、果树、药材等经济作物的实验。例如,荆门市马河镇铁坪小学的实验教师指导学生在生物园扦插葡萄、石榴两万多株,种植香菇45蓬;新州县旧街小学的实验教师指导学生在生物园种植半枝莲、舌干等药材,还进行芽接板栗的实验;利川市黄泥坡小学的实验教师指导学生对珍贵树种“珙桐”、“水杉”进行繁育实验,他们还学习扦插大黄杨树苗,成活率达85%……学生在亲自参与栽培植物的实验活动中,学习兴趣得到了提高,增强了科学种田、科学饲养的意识,学习了一些实用技术,直接或间接地为参加当地经济建设奠定了初步基础。
总之,生物园不只是教学的基地,其功能和作用是多方面的。
(三)充分利用自然环境,开展环境考察和课外自然研究活动。
农村有得天独厚的自然环境,为带领学生走出教室到大自然中去进行考察活动提供了良好的场所。实验教师注意充分利用这一有利条件,带领学生到大自然这个“大课堂”去上课,自然课中凡是适合在当地自然环境中教学的内容,如水域的污染和保护、植物与环境、能源矿产、岩石、土壤等等,尽可能让学生进行实地考察,直接与大自然接触,并注意把爱科学的思想教育和改变当地自然面貌结合起来,把自然课的教学和课外自然研究活动结合起来,从而使自然课取得了综合的教学效益。
(四)结合当地农村经济发展的需要,增补一些有利于学生了解、可以利用家乡自然条件科学致富的教学内容。包括以下几个方面:
1.认识家乡的自然资源──如家乡的地形和作物、家乡的地热资源、家乡的水域、家乡的药材、家乡的茶等。
2.家乡人民对自然界的利用和改造,如柑橘的保藏。
3.科学致富的内容──如池溏的综合利用、兔的饲养、种甘蔗、种、生物防治等。
在学习这些内容时,教师把学生带到田地边、池塘旁、饲养场和农村专业户中,让学生边考察、实践、边学知识,使学生对家乡了解更全面,感情更深厚,并增强了动手能力和科学致富的意识。
二、实验的成效
我省在农村自然教学方面,经过了几年的研究与实验,已初见成效。主要表现在:
(一)提高了教师素质。
教改实验是提高教师教学水平、研究能力最好的培训班。在参与教改实验的过程中,需要教师钻研教育理论,了解教改信息,不断提高自身的素质。据不完全统计:参与实验的260多名教师90%学习了《儿童心理学》、《探究──研讨教学法》、《小学自然教学法》、《教学论》等专著,广泛搜集了有关教改的资料,特别是农村教育、教学改革的资料。至1993年11月,实验教师在市以上公开发行的刊物发表教学论文或经验总结57篇,其中在《课程·教材·教法》、《湖北教育》、《小学自然教学》等省内外刊物上发表13篇,有2篇论文参加了全国小学自然教学研究会农村小学自然教学论文评比,分别获一、二等奖。85%的实验教师承担过省、市、县(区)的公开课、观摩课任务,共100多人次,其中3人获省优秀课奖,60多人获地、市(县)优秀课奖。通过实验,除培养了一批学科带头人外,还促进了当地农村自然教研活动的开展,发现和培养了一批青年教师。据不完全统计:实验前,骨干教师仅占本地任课自然教师的12%左右,到1993年已上升到27%,其中青年骨干自然教师,由占骨干自然教师的15%上升到65%。这样,就充实了骨干教师队伍,较好地解决了困挠学校的自然教师“断层”问题。还有一些教师因在实验中乐于奉献,成绩突出,受到当地教育行政部门的表彰,仅宜昌市就有4名教师的事迹被湖北教育杂志和小学自然教学杂志刊登。
(二)提高了自然教学质量。
随着实验的深入,这些地方自然课的实验教学、实验园地的建设与利用、课外实践活动等都有了明显的提高,从而增加了学生接触社会的机会和对家乡的资源、环境、经济的了解,增强了学生学习自然、研究自然的兴趣,提高了学生观察和动手能力,还有效地激发了学生热爱农村、热爱劳动、立志建设家乡的思想感情。这些地方的“四小”活动(小论文、小制作、小发明、小实验)空前活跃,一些学生撰写的小论文在报刊上发表,自制学具被教学仪器部门推广。仅宜昌市和荆门市的小学生就撰写考察报告、观察日记和小论文800多篇,自制学具、标本几千件,40多篇调查报告和观察日记在省、市(县)一级刊物上发表。
(三)学生能运用所学的知识,为当地经济建设服务。
实验点的教师注意引导学生把在种植、饲养等实践活动中学到的科学知识,掌握的先进技术介绍给农民,帮助农民拓宽经济发展的路子,使庭院经济和农业生产取得良好的效益。例如:荆门市马河镇铁坪村小学地处山区,临近的8个村都有煤窑,农民的经济收入较高,生活富裕。铁坪村却一个煤窑也没有,村里虽然也挖了几口矿井,但都没有找到煤。1993年元月,实验教师在教学《能源矿产》一课时,把学生带到马河煤矿井下参观,学生对煤的形成、煤的地质环境以及开采方法有了一定的了解。回校后,他们制定了考察铁坪村两座山的计划。通过三次课外考察活动,同学们发现小林湾这个地方的岩石层分布很有规律,岩石的颗粒粗糙、均匀、表面松散,一些岩石黄中带黑,夹有闪光的黑色物质,此外,还发现了大量物化石,上面有植物叶的痕迹。学生根据这些发现,联系自然课本中关于煤的形成的知识,推想小林湾可能有煤。为了进一步证实推想,学生们把采集的黑石头和黑土带到学校,做成煤块放在炉子里烧,发现重量减少了35%,进一步证实了这些黑色土石里含有煤。同学们把这次考察的情况写成《小林湾矿产资源考察报告》交给了村委,引起了高度重视。1993年3月,村里请湖北省勘测院在这个地方进行勘探,证实这里确有丰富的煤。
这个学校的实验教师还把学生带到青峰寨上《植物与环境》这一课,通过实地考察,同学们发现流传中的山青水秀、树木参天的青峰寨,如今已名不符实,水土流失非常严重。这主要是当地农民乱砍滥伐树木造成的。同学们把考察的情况和建议写成考察报告,交给村委。村委及时采取补救措施,1993年修拦沙坝七座,并在山边种植了根系发达的树木,有效地防止了水土进一步流失。同学们还把这些情况向农民宣传,增强农民保护环境意识。
钟祥市张湾小学的实验教师带领学生到附近的林场,聘请技术员讲解植物怎样过冬的知识,并结合实际在生物园进行柑橘过冬的实验,取得了较好的效果。之后,学生及时把保护柑橘过冬的方法介绍给家长,帮助家长和邻近农民用科学的办法保护柑橘过冬。1992年冬季,邻近村因没有采取措施保护柑橘,柑橘树冻死了80%,而这个村仅冻死了17%。农民们说:“娃娃们帮了我们。”
新州县旧街小学实验教师带学生到生物园进行种植药材的实验取得成功,学生掌握了种植、管理半枝莲、舌干、白钱草三种中药材的方法。实验班51名学生有45名和家长一起在自家田地种植这三种药材,都获得成功,取得了投资少、见效快的经济效益。如今,这个村家家户户都种植了舌干、半枝莲、白钱草、药用等药材。
枝江县东林小学的实验教师在生物园和学生一道进行芽接板栗,扦插葡萄、大黄杨,嫁接梨树苗的实验,都获成功,直接经济收入一千余元。他们及时把这些技术介绍给农民,受到农民的欢迎。
在学习有关动物知识的课文时,一些实验点的教师还聘请当地兽医和饲养员给学生讲解家禽、家畜常见病的防治方法。学生通过实践,也能在家给家禽、家畜看病了。特别是春秋两季鸡、猪瘟发病季节,学生还主动到农民家协助农民为猪、鸡治病,宣传预防的方法,减少了经济损失,受到了农民的赞扬。
一些实验点的师生,还把在实验中总结的利用当地条件科学种植、科学饲养的经验,以及从报刊杂志上搜集的科技兴农信息,编成“信息小报”,印发给农民,为农民拓宽了经济发展的路子,增强了农民科技兴农的意识。仅荆门市马河镇铁坪村小学的同学,1993年就自办“信息小报”8期,提供科学种植、饲养的经验和信息100多则。
以上事例说明,尽管自然是小学教学中一门“小学科”,但只要我们认真从农村的需要出发,研究和改进教学,也是能为当地社会主义经济建设服务的。
三、几点体会
几年的农村自然教学研究与实验,有以下几点体会:
(一)观念的转变只有在教改实践中方能实现。
关键词:巷道改造;工程设计;贯通
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.078
1 工程概况
11503回风巷掘进450米之后开始拐弯掘进切眼,切眼长度180米,11503进风巷掘进到380米时,为了能实现与切眼准确贯通,采用了定方位、定角度的贯通方式贯通。11503进风巷掘进时,仅B11点和B17点之间(185米)就遇到两条正断层、两条逆断层,最大落差为10.5米,导致B11点和B17点之间有160米岩巷。 假如工作面按照原设计布置,回采时必须通过这160米矸石段,造成采煤机磨损严重,且降低产量及煤质。为了避免出现这种情况,决定重新改造巷道。根据地质条件分析,最终决定将11503、11505工作面重新设计,即将11503工作面进风巷作为11505工作面进风巷,之后重新掘进一条11503进风巷,同时将11503进风巷与切眼贯通点前后155米巷道重新按照11°上山掘进,找到煤层后沿着煤层顶板掘进。
新设计巷道工程量155米,即自B11点前14.253米以11°上山开始挑顶掘巷道,上坡段60米,之后找到煤层顶板,沿着煤层顶板掘进,工程量95米。
改造巷道成本较低,但是掘进较困难,存在一定风险。为了保证施工安全及工程进度,我单位经过详细研究决定在原巷道架棚子打设木垛加强支护。
2 前期准备工作
为了保证安全,计划采用如下施工工艺,首先在原巷道上架设U型棚,架设完棚子之后,在棚子下面打设木垛。
(1)U型棚规格及布置:采用25U4.6m的平顶拱棚子。棚距:900mm;(2)木垛规格及布置方式:木垛使用3米大板由底接顶,木垛中间及四周空隙处使用编制袋装矸石填实。木垛具体布置如下:1)从B11点外16.4米至B11点,打3米大板阶梯状木垛,一组紧靠一组,每组递增0.5米;2)从B11点至B12点以里2.5米区域,打3米大板木垛一组紧靠一组;3)从B12点以里2.5米至B12点以里15.5米区域,打3米大板木垛每隔5米一组;4)从B12点以里15.5米至B14点以里11.2米区域,打3米大板木垛每隔10米一组;5)从B14点以里11.2米至B15点以里7.6米区域,打3米大板木垛每隔5米一组;6)从 B15点以里7.6米至B16点外7.8米区域,打3米大板木垛一组紧靠一组;(3)通风系统:施工的时候在北翼皮带大巷安装风机,风筒经11503回风巷、11503切眼至11503原进风巷切眼两侧。为了保证11505进风巷施工,在北翼轨道大巷安装风机,风筒经北翼轨道大巷、轨皮联巷、北翼皮带大巷,至11505进风巷迎头。
3 施工方法
机掘至B11点前141.69m,停止机掘,改用放炮掘进,炮掘2排后,向下方巷道打探眼确定岩层厚度。确定岩层厚度以后,根据厚度情况确定炮眼深度,待炮眼深度确定后,放炮崩开底板填实下方巷道,填充物使用煤、矸、水泥,并注水充实,待填充物硬化后,掘进机通过,全断面贯通原巷道。
具体工艺,由于原巷道B11点前方21米的位置原为下山10°,现在改为上山11°掘进,最高的地方需要挑顶7.7米,但是掘进机最大爬坡角度为16°,最大截高为4.5米,为了能保证爬坡到设计位置,我们采用了分层施工法,即先按照掘进机最大爬坡能力,进行挑顶掘进至最高位置,将挑落的矸石垫至掘进机下,然后退回掘进机,再重新向前挑顶掘进,第二次掘进时按照11°坡度掘进至设计坡度。
为了保证施工安全,在第一次掘进的时候,对巷道两帮及顶板进行了加强支护,为了保证掘下的矸石能承受住掘进机的压力,采用了在矸石中搅拌水泥的方式,保证了掘进机的上山角度。
按照此施工方法,掘进机顺利按照11°上山进行了爬坡,找到煤层之后,沿着煤层顶板进行掘进,在即将贯通位置,即掘进至B11点前141.69m的时候,为了保证巷道能承受住掘进机的压力,我们采用了向底板打探眼的方式,在巷道层间距小于5米的时候,我们采用放炮往前掘进,用掘进机进行出矸。
贯通时放炮布置方式:首先放炮平掘,掘2米后,将掘进机后退,在迎头2米内底板打眼进行爆破,将巷道整体落下,填实下面的巷道,然后掘进机爬过去,继续下一个循环,直至巷道贯通。
4 支护形式
巷道在挑顶掘进时按照正常巷道支护设计支护,在断层处、托煤顶处及顶板破碎带打设锚索钢带加强支护。锚索双趟布置,距帮1.3米,间距2m,排距2m。锚索为直径15.24mm的高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具和托盘。钢带为4.4米W钢带。
5 施工时需注意的问题
(1)差10m贯通时,必须一排一循环,严格控制好空顶距,并使用好临时支护;(2)必须有领导在现场指挥,瓦斯检查员重点检查挑顶巷道迎头、贯通点处和11503切眼的瓦斯、风量及其它气体的含量;(3)掘进过程中使用好前探梁临时支护。认真检查顶板和两帮情况,坚持做好敲帮问顶工作,按先顶后帮,先上后下,先外后里的顺序进行敲帮问顶;(4)贯通后及时对巷帮进行支护,保证帮壁的完整性;(5)为了防止巷道漏风,在贯通点处混入水泥和氯化镁;(6)提前拆除贯通点风水管路和电缆,将贯通点处杂物移走;(7)完善排水系统,排水设施要紧跟迎头;(8)做好两条巷道的间距确认工作,地测科要每天测量挑顶巷道迎头标高,层间距小于安全值时要及时采取措施,巷道贯通前要加强两端支护。 本文由wWw.DyLw.NeT提供,第一论 文 网专业教育教学论文和以及服务,欢迎光临dYlw.nET
力学之美在哪里?从孩子们手中玩耍的陀螺,到杂技演员展现的各种技艺,力学之美存在于我们的日常生活中;从潮汐的形成到天体的运转,力学之美隐含在自然界的规律中;从国王浮起的“皇冠”到“牛顿看到下落的苹果”,力学之美存在于各种充满着趣味和智慧的科学小故事中……
看上去,人们好像都知道一点力学,但您知道吗?“力学作为自然科学的第一个定量学科,发展至今,其现状与以前已大不一样,尤其在研究的深度与广度方面。今天我们的很多工程设计与对自然灾害发生发展规律的揭示及防治都需要高水平的力学研究去支撑,而不仅仅是弄几个力学专业词汇以至于没有深入的力学研究就能有效推动的,它需要创新来促使旧貌换新颜。”兰州大学土木工程与力学学院院长周又和教授一席话,代表了中国力学研究中坚力量的思考方向。
登上塔尖可以看到广袤的风景,站上巨人肩膀可以推动科学研究的快速前行,无论如何都要用尽全力向上攀缘才行。尤其在科学研究方面,更要用功、用心、用智,才可发现攀缘的阶梯。周又和与力学的渊源已30年有余,在力学的天地里不断地攀缘。追本溯源,他的历程是一条汗水凝聚着收获、前行伴随着思索、创新驱动着发展的奋发有为之路。
立志为学――开启人生精彩梦
周天寒彻何所依,又见彩虹艳阳起。和煦春风遍地吹,馥郁桃花满山。
诗言志,一首诗能够折射出一个人的所感、所想。2011年1月6日,周又和闲来写下了这首诗,以总结自己多年来的人生感悟。诗如其人,可以感受到,周又和在用心参悟生命,在用汗水铺就人生的精彩之旅。
周又和,1957年5月出生于湖北汉川的一个普通农村家庭。家中有兄弟六人,周又和排行第四,他上面还有一个姐姐,全家日子过得十分清贫。在上世纪60年代初,大哥考入初中学习,毕业前夕父亲突发重病,亲友们力劝父亲让大哥回家务农以缓解危难,但父亲不忍心让成绩优秀的大哥辍学。为了减轻家庭负担,大哥以优异的中考成绩考取了能提供生活费的孝感师范学校,毕业后当上了一名人民教师。但受温饱问题和“”的影响,大哥之后的两兄一姐的读书都止于小学。到周又和及其两个弟弟读书时,家中困境略有缓解,父亲就坚持让他们多读点书。所幸的是,他们因亲历农村的穷苦生活,所以立志发奋读书以改变贫穷面貌。这样,他家共有兄弟四人实现了读书的梦想,这在当地也算是一段佳话。
对周又和人生成长影响最深的是他的父亲与大哥,他们对于人生乐观向上的态度、敢为人先的干劲一直深深地扎在了周又和的脑海里。在当地,父亲周协堂是种田能手,上世纪50年代初期曾担任过合作社的蔬菜排排长,对于在何时何地种什么庄稼他都了然于心,精心耕作,成为生产队种田的“高级参谋”;那时,自留地是全家人生活的主要依靠,他也敢在自留地里种当地人没有种过的生姜与花菜等,并能获得好的收成。大哥周运和对工作一丝不苟,通过不断努力,能力持续得到提升,在上世纪70年代后期,他通过报考函授大学班获得了大学文凭从而圆了他的“大学梦”,从一名小学老师迅速提拔到初中、高中任教,恢复高考后成为县里有名的高中数学老师,90年代还出任过县重点高中汉川二中的副校长。父亲经常以大哥的优异成绩为自豪,并用大哥的范例来引导与教育其它小孩。受此影响,大哥带回家的数学书籍,周又和“偷偷”拿去学习,因此他从小数学成绩就拔尖。在“教育回潮”的1972年,周又和于当年春季进入高中学习,有幸遇上了抓基础教育质量的好时机。那时学校狠抓基础教育,经常进行课程单元考试,他的数学与物理成绩总是名列年级前茅。为此,任课老师还给他开小灶,将“”前高中课本中的一些较难习题给他做,他总能做出,深得老师的喜爱。得益于扎实的基础,在年底学校举办的高中一年级数学竞赛中,他以满分第一名博得头彩,由此奠定了他的自信心,“立志读书”的信念也在这时候悄然种下。1973年夏天起,受“”干扰,全国遍地搞“开门办学”,学校不敢再抓学习,但周又和始终坚守对学习的信念,支撑着他走过人生不平凡的岁月。哪怕在盛行“读书无用论”的年代,他也从未在学习上有过动摇,一路向上,翱翔书海。
在“”那个风雨飘摇的年代,除了生活困苦的磨难外,周又和遇到的更大苦恼是他继续深造的梦想遥遥无望。1974年7月高中毕业后,周又和回乡务农,这一“停滞”就是近四年。在此期间他干过各种农活,当过大队加工厂的“技术工人”,做过生产队的会计,还当过高中民办教师。一步步,他靠的都是自己的实力,小小的改进也给他以慰藉。对于能当上教师这一事,周又和还有一段“励志”经历。那是1976年,他当会计时,因为对数学的兴趣,一次在县城偶然买到一本西安交通大学编写的《高等数学》,喜不自禁。于是,就开始自学,认真做题。他发现书上多处习题答案出错,但又不敢相信会有此事。“初生牛犊不怕虎”,带着疑惑,他就大胆地给教材编写组写信求助,最终得到回复,他的解答竟是正确的!一名不到20岁的高中生敢于“挑战”大学教材,这在当时可是少有的事。这件事不仅让他极受鼓舞,也给了他很大的影响,以至上大学后,他凡事不崇拜、不盲从,养成了独立思考、敢于挑战的科学精神。也因为这件事,周又和引起了当地有关部门注意,1977年6月,他当上了一名高中民办物理教师。
科学的春天带来周又和命运的转折。深受“数学皇冠上的明珠”――陈景润的故事影响的他,在恢复高考的1977年,成功地考上了大学――踏上了恢复高考的“第一班车”,1978年春季进入大学学习。
结缘力学――奏响学海歌
力争上游竞,学海行舟引潮掀。前程宽广护天地,沿峭硕果令神叹。
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2011年3月17日,周又和又写下这首诗,以纪念自己力学学习与工作的34年,表达他对力学的赞美及对工作的总结和展望。有谁能知道,这样一位与力学有着深厚渊源的学者,与力学结缘,却是“机缘巧合”。
向来成绩优异的周又和如愿考上大学,进入华中工学院(现为华中科技大学)力学专业学习。这一专业并非他所填报的志愿,只因学校要加强力学师资培养,就在所报相近专业的优秀考生中挑选,这样他被调剂进入力学专业的师资班。周又和说他当时对力学知之甚少,幸运的是这一专业与数学有着紧密的关系,也算是能发挥他在这方面的特长,为学好专业课程发挥了作用,从此就开启了他的“力学人生”。
周又和抓住来之不易的机遇,发奋学习。当他得知数学和物理对所学专业的重要性后,除了学好力学课程外,也着力学好数学与物理课程,这为他日后的发展奠定了坚实的基础。还在大一与大二期间,学校先后组织了大学生数学与物理竞赛,他都积极参加。在数学竞赛中,他为班级获得数学竞赛三等奖,这是按班级参赛前五名考试成绩的总成绩确定的,他是其中五名之一。在物理竞赛中,周又和获得个人三等奖。他取得的这些好成绩,使他在大学期间开始崭露头角。在毕业前夕做本科毕业论文的四周内,指导老师让他就皮带弹簧振子系统自激振动极限环的存在性开展定性分析研究。周又和在得知该问题还没有解决后,他激情饱满,通过严谨的力学和数学分析,使这一问题得以解决,他的科研能力深得老师的赞誉。这一研究论文投到学术期刊《华中工学院学报》,并于1983年发表。这在当时的本科论文中并不多见,也让他初尝到研究成功的滋味。到大学毕业时,师资班中的学生只有成绩好的才可被选留任教。加上他的获奖与毕业论文研究所埋下的良好伏笔,他有幸留校任力学教师。
“前程宽广护天地,沿峭硕果令神叹。”正如诗中所描述的一样,随着研究的深入,周又和越来越深刻地体会到力学的博大精深与无穷奥妙,探求的欲望也日渐强烈。在不断攀爬象牙塔的过程中,累积了让他享用一生的宝贵知识财富。
1987年9月,周又和从华中工学院慕名来到兰州大学,在知名力学科学家与教育家叶开沅教授的指导下攻读博士学位。叶开沅教授是著名力学科学家钱伟长院士的得意弟子,我国第一个力学专业――北京大学力学专业的五位创办人之一,1956年获首届国家自然科学奖二等奖。此前,周又和参与的圆薄板大挠度非线性问题各种解析解法的收敛性证明与定量研究获得突出进展。由于求解非线性问题的解法都涉及到无穷展开或无穷迭代,其收敛性是判断和保证求解方法有效性的基本数学课题,当时没人做过这方面的研究工作,成为非线性科学的一个难题。他与郑晓静一道迎难而上,针对圆薄板大挠度非线性问题,寻找到严格的数学证明途径解决了这一棘手难题,使这一研究获得重大突破。这些研究成果赢得了非线性力学领域的著名科学家钱伟长院士与郭仲衡院士的高度赞誉,被认为是该领域“国内外少见的优秀工作”,“已处国内外领先地位,是五十年来该课题最完备的一项研究”。周又和的能力由此也深得叶开沅教授的赏识。在此基础上,叶先生安排周又和就航空仪表中的谐振压力传感器的力学特性开展研究。针对这一非线性动力学问题,周又和提出了自己的研究方法。首先将非线性动态解分解为静平衡部分与在此基础上的动力扰动部分,从理论上证明了静态解对小扰动线性自由振动固有频率的影响,从而确认了谐振压力传感器工作原理的可行性;随后,以静态非线性问题级数解法的高精度解为基础,对小扰动线性自由振动的振型函数采用幂级数展开后,提出的展开系数线性变换格式将所导出的无穷阶代数特征值问题转化为有限阶,从而使解的精度得到提升且计算量大幅减小;最后,采用奇异摄动法讨论了大振幅非线性振动的振幅对固有频率的影响。在这一研究路径下,他定量给出了振弦式与振膜式谐振压力传感器的高精度压力-频率特征关系,并给出了圆板受均匀面内压力的屈曲失稳临界值及后屈曲力学特征的定量结果等。周又和的博士生将这一方法还推广到热弹性非线性梁板结构与非线梯度材料梁板结构的力学特性分析中。他在这一领域的这两项研究成果先后获1992和1996年度甘肃省科技进步奖二等奖。
“机会总是留给有准备的人。”这句话用在周又和身上再合适不过。很多人在看到他的骄人成绩时,总会认为他的机会太好了,想啥有啥。但他心里很清楚,为了这些收获,他常常加班加点超常工作,付出了艰辛与努力。40岁之前,他很少在凌晨一点前睡觉,有时甚至通宵达旦。而每一项研究,都会遇到不少困难。对于困难,他敢于面对并给予有效化解。他说,“对于一名科研工作者,找可做的对象是困难,寻求解决途径是困难,学习新知识是困难,解决问题仍是困难,表达科研成果还是困难,周而复始。然而,人的能力就是在克服各种困难的过程中得以形成与发展的。”正是这种敢于直面困难的态度和乐于钻研的拼搏精神,使他打响了研究生涯的“重炮”――建立起了独立从事科学研究的能力。
跨出国门――攻坚克难勇往前
………………
光阴如箭穿心过,明媚日月照人还。
………………
1989年年底周又和获博士学位后留在兰州大学任教。随着薄板非线性力学研究取得重要突破带来的科研能力和自信心,他接下来的研究便一发不可收拾。1990年前,周又和就在思考转变研究方向。1985年美国机械工程师协会应用力学分会围绕“固体力学的未来发展趋势”撰写了十余篇综述论文, 其中4篇提到电磁固体力学为今后固体力学的新方向,指出“必须发展电磁力学理论”,“磁与力学耦合问题将是一个重要的研究领域”。在国内,当时这方面研究尚未展开。1991年,时任中国力学学会理事长的王仁院士在兰州参加全国现代数学与力学学术会议期间,得知周又和与郑晓静要开展这一领域的研究,就对他们的这一选择给予了极力支持和鼓励,使他们更坚定了信心。此后,周又和的科学研究也就是围绕这一与高科技密切关联的新兴交叉学科有针对性展开的。
当时,电磁固体力学遇到的主要问题有:铁磁梁式板结构在横向磁场中的磁弹性失稳临界磁场的实验结果远低于理论预测值,致使理论预测偏于不安全;铁磁壳的力学实验结果远低于理论预测值,且不同理论模型预测的结果相差很大;针对仿托卡马克聚变堆实验中超导磁体的磁弹性失稳临界电流的理论预测也与实验有较大偏差;上述两类磁弹性力学问题从弯曲发展到失稳的弯曲路径没有理论上的揭示;多场耦合非线性的定量分析方法很少,商业软件不能实现其定量分析等等。周又和围绕这些基础问题开展研究,逐渐发展到包括压电智能结构的动力控制,超导悬浮与断裂力学、超导交变损耗与磁通跳跃失稳、超磁致伸缩智能材料与控制等的建模及多场耦合非线性力学特性分析,小波方法及其在强非线性问题中的应用等等,均取得了突出成果。而这些新的前沿科学研究的成功探讨,要得益于周又和的“走出去战略”。
走出国门,是周又和实现科研跨越的一个重要历程。1993年9月至1994年7月,他作为访问学者在美国肯塔基大学从事合作研究。1994年7月至1995年7月,作为外国研究员在日本东京大学核工程研究实验室与国际电磁固体力学知名学者Kenzo Miya教授在电磁固体力学领域开展合作研究,取得有实质性进展的创新成果,促成日本应用电磁材料与力学学会于1995年和2007年两度向兰州大学捐资共400万日元设立优秀研究生奖励基金。1998年6―12月和2002年3~5月,他作为高级访问学者两度赴美国加州大学河滨分校与Q.Jiang教授开展合作研究。
从美国到日本,从压电智能结构的力学研究到铁磁、超导等电磁固体力学研究……周又和马不停蹄,尽自己最大可能扩展着前沿知识,丰富着所涉及的先进领域。很多人会诧异地问他:“只见过从日本转到美国学习深造的,为什么你要从美国这样好的环境跳出去到日本呢?”周又和的回答表明了他自己的态度:“当时纯粹从学术角度去考虑问题,从哪儿到哪儿无所谓,哪里能促进发展就到哪里,出国是为了增强能力、扩展视野。”
“认真钻研、敢于挑战”的科学精神和品格贯穿于周又和的整个求学生涯中。初到日本时,恰逢他的合作教授Miya出差欧洲,他没有因此受到影响,而是整日埋首于Miya教授研究组的书房中,阅读各种学术书刊。当时,一本国际学术会议论文集上发表的关于铁磁板在面内磁场作用下振动频率上升的实验研究,引起了周又和的关注与兴趣。在此之前,他对此也有过理论分析,所得结果为对应于固有频率下降的失稳,而实验结果却是频率上升。对于一位以理论研究见长的年轻学者来说,这是极好机会,因为实验结果是不容否定的,问题只可能出在理论模型或定量分析方法上。两周后,Miya教授从欧洲回到东京大学,周又和就向Miya教授提到了这一实验。在得知相关研究没有给出理论解释后,他表示想做这一问题的研究。对此,Miya教授既没有表示支持也不反对。因为Miya教授知道,这一研究难度相当大,他的研究组拥有最强的计算程序,曾开展过这一问题的定量计算,却屡试都没有进展。但周又和并不因此而退缩,反而更来劲,开始寻找突破口。不到三个月,他通过建立新的磁力表征模型就把这一问题解决了!当周又和将整理成的研究论文拿给Miya教授时,Miya教授十分惊讶:这位既不是学电力工程、也不是从事电力工程工作的中国年轻力学学者如此快速地解决了这一难题,所写论文中涉及的电磁学部分是如此严密和准确!而这一快速突破和严密准确的背后,是周又和在大学期间良好的电磁学与数学知识积累,当然更离不开他持续的付出和努力。回国后,周又和通过系统深入研究基本模型与定量方法,完全解决了这类铁磁材料结构磁弹性力学研究中所存在的基本问题。乌克兰力学学者Podilchuk等人在2005年发表的论文中对这类模型的研究进展进行评述时,将周又和的完整模型与这一领域的国际知名学者的其它模型并列给出,由此评述展示了周又和的模型是自Maxwell提出电磁应力张量以来该领域几项代表性发展中最新的一个。意大利学者Nobili等人在2007年发表的论文中评述这一磁固体力学研究的线性化处理所存在的缺陷后,采用了周又和中的观点指出“最后也是最重要的是线性假设导致刻画磁性体内的分布力有众多表征方式”。国际学者Soh等人在2007年的评述中指出,日本学者“Takagi等人完成了软铁磁板在沿长度方向的磁场中的振动,结果显示为磁化影响使得频率增加。”并通过引用周又和的,指出周又和发现了“经典磁弹性理论得到的由磁效应引起的频率是下降的。”随后又进一步指出,周又和建立的完整模型是“放弃了磁弹性应力张量,发展了一个类似于弹性应力的新的理论.由这一新的理论得到的结果可解释这一实验结果。
周又和研究组后来在超导力学方面的研究也是源自于在东京大学的工作。日本作为新能源装置的磁约束热核聚变反应堆开发研究的主导国家之一,对相关研究投入很大,东京大学在东海就建有一座小型的实验聚变反应堆供研究使用。虽然此前周又和知道一些这方面的信息,但身临其境更加深了认识,加之Miya教授继美国康乃尔大学的Moon院士后,也做了仿托卡马克装置中超导磁体磁弹性失稳的实验测量和理论研究。周又和在发现理论预测与实验结果有偏差,且弯曲过程没有给出理论揭示后,也同时开展了这一问题的理论建模和分析方法研究,追踪出磁弹性弯曲路径并得到失稳临界电流,所得结果与实验十分吻合。随后他又将这一研究推广到与日本名古屋在建螺旋型聚变反应堆相关联的超导磁体的磁弹性力学分析中。相关的2篇论文均在国际期刊Fusion Engineering and Design发表。回国后,除了将这一研究推广到动力特性分析外,周又和研究组还开启了超导磁悬浮、超导块材断裂、超导变形与超导特性的相互作用、超导交变损耗与磁通跳跃失稳、超导CICC导体复合股线等的力学理论与实验研究,取得了显著成效。有关超导磁悬浮动力特性的理论研究论文在学术期刊IEEE Trans. Applied Superconductivity发表后,2008年获IEEE超导委员会这一国际学术组织授予的最佳贡献论文奖,他指导的超导悬浮力特性实验研究的博士论文于2010年获全国优秀博士论文奖。
此外,在日本期间,周又和对新兴学术前沿的敏锐能力也值得称道。Miya教授除了电磁固体力学研究外,开展的另一研究领域为无损探伤检测。当时,Miya教授的一名博士生正在采用刚刚形成的最新数学方法――小波理论来从事核电工程中金属结构无损检测方法的理论研究。由于小波理论对短时信号处理的有效性,这一新的数学方法得到了不同领域学者的广泛关注,以图改进和解决工程应用中的一些遗留问题,提高其有效性。但是,对小波理论的理解,需要有良好的数学知识,多数非数学专业学者刚入门时就往往被难住,加之当时数学界知道这一理论的人也不多。在此情形下,Miya教授虽已多次听取博士生的汇报,却一直没能理解和接受。1994年11月,周又和在得知这一情形后,以他数学知识的优势,结合傅里叶分析方法的相关特性,先从不同简单小波的特点、计算格式及应用举例出发,再到小波理论的一般框架及小波应用进行介绍,就容易理解了。在短短两周内,他写出了50页的英文小册子,Miya教授看后很快就理解了,随后安排他在研究组讲授。周又和回国后,将这一新的数学方法及应用给予了有效拓展。他与研究生一道将小波方法最先运用于梁板结构的力学分析以及压电智能结构的动力控制特性研究中,提出的延拓技术解决了小波方法应用于初、边值问题时的边界跳跃问题。基于小波理论建立的计算量小且精度高的拉普拉斯数值反演方法及改进的小波生成方法获得了英国、波兰、国防科大等国外国内动力学与控制学科学者的多次大篇幅采用,近期所提出的求解非线性问题的小波方法成功地解决了求解非线性问题的封闭性问题,为求解强非线性问题提供了通用方法。控制理论和控制工程知名学者柴天佑院士在发表的论文中指出,周又和他们“将小波理论中的函数逼近方法引入到压电智能结构的动力控制问题之中,得到了该领域理论研究的一种新思路”。
在去日本之前,周又和先是在肯塔基大学土木工程系从事其合作教授交给的扇形板力学研究,在不到二个月的时间就得到了满意的结果,其论文后来在Computer and Structures发表。一个偶然的机会,使他能师从压电智能结构动力控制的国际知名学者H.S. Tzou教授。1993年的10月下旬,周又和参加了肯塔基大学华人留学生会举办的一次聚会,认识了Tzou教授的一名博士生,得知Tzou教授正在物色合作者以开展非线性压电智能结构的力学特性的定量研究。结合到自己正要开展的电磁固体力学研究,他也想在这方面有所拓展。他也得知,Tzou教授已出版了几部专著,3篇论文获美国机械工程师协会授予的“Best Paper Award”奖励,要求的门槛很高,一般不轻易接受,因为要他提供资助。在周又和简要介绍了他在薄板非线性力学方面的研究工作后,该博士生答应转达周又和的意图。11月初,Tzou教授约周又和去面谈,当即答应次年起开始在他的研究组工作。到1994年5月底,周又和接到东京大学Miya教授的邀请函,欢喜不已。当时,Miya教授是日本应用电磁材料与力学学会的会长,Int. J. Appl. Magnetic Material & Mechanics国际学术期刊主编,国际著名电磁固体力学学者。出国前,周又和就与Miya教授联系过,想去他那里做研究,但一直没有收到回复。到7月上旬办好手续后,周又和于7月中旬中断美国的工作去了日本。这期间他与Tzou教授合作完成的三篇论文日后在国际期刊上发表,首次给出的非线性压电结构力学特征与控制特性的定量结果被后来的同行学者大量引用,其研究也为周又和回国后将小波理论运用到压电智能结构动力控制的理论研究和开展压电梯度功能材料的断裂力学特性研究奠定了基础。
在美国加州大学河滨分校机械工程系学术访问期间,周又和与Q. Jiang教授就旋转压电体表面声波的传播力学特性开展合作研究。这是Jiang教授正在开展的一项研究工作,主要为寻找新的旋转体转速测量传感器在力学原理上进行探讨,即建立表面波传播速度随转动角速度的变化特征关系。周又和进入后,针对这一力学问题从数学上证明了表面波的存在性,给出了波速存在范围的判别公式,定量给出了波速随转动角速度变化的特征关系,相关合作研究论文在The Journal of Applied Mathematics and Physics (ZAMP)学术期刊上发表。
从本科生到一名高校教师与在职硕士生,从华中工学院到兰州大学师从叶开沅教授攻读博士学位,从兰州大学留校任教再到赴美国肯塔基大学合作研究,从美国到日本,再到回国后又赴美国加州大学……周又和用近20年的时间画了一个“圆”,而这一“圆”里有丰硕的果实。周又和的科研之路,是一条伴随着面对一个又一个科学问题的挑战并将它们加以解决的绵延起伏之路。这样的循环在外人看来也许充满艰辛和挑战,但对他来说,正是这一次又一次的挑战成就了不一样的风景,使他的人生更为丰厚和挺拔,也使他的科学研究“开枝散叶”,“旧貌换新颜”。
立足国内――开疆拓土竟驰骋
………………
似曾相识非旧貌,锦色百花开满园。
1995年7月底回国前夕,周又和在日本突然接到大哥的信,告知父亲病重,于是返回国内就从上海直接赶往家乡看望父亲。看到父亲的重病不可逆转时,他伤心不已。陪伴两周后,在父亲坚持的下,他回到了兰州大学。8月底,父亲离世,这给周又和带来了沉重的打击。父亲在世时,周又和因工作太忙又远离家乡,没能尽到陪伴与照顾之责。对此,父亲总是说这没有什么,只要他们在外面好就可以了。在周又和的境况刚有好转时,父亲却离他而去。周又和每每想起父亲的谆谆教诲、养育之恩与大度情怀,就使他的内心不能平静。2011年1月11日,他还为父亲写下了题为《育儿成才之艰难岁月》和《思念与感激》的两首诗,用来表达他对父亲的思念与感激之情。他用繁忙的工作来减轻悲伤之情并用工作成绩来告慰父亲的在天之灵,进而使他的内心能得到安慰和平静。
周又和在处理完父亲的后事后,就立刻进入到工作状态,通过长期的持续不断努力,他推动了电磁固体力学中的压电智能结构与控制、铁磁、超导悬浮与断裂、常导磁悬浮、超磁致伸缩材料等先进材料结构的多场耦合力学研究的发展,解决了这些材料与结构多场耦合力学中存在的一些理论与实验不符问题,建立了有效的理论模型与多场耦合定量分析方法及程序,揭示出了一些规律。到1999年,周又和研究组在电磁固体力学领域的研究取得了显著的实质性进展,在总结这一阶段性研究成果后,他们撰写的《电磁固体结构力学》专著获国家科学技术学术著作出版基金资助由科学出版社出版。王仁院士欣然为这部专著作序,指出“近十年来,他们经过坚毅的摸索,已经深刻掌握了这门学科的全面情况,做出了许多创造性的成果……这方面的专著在国际上也少有,本书无疑将对我国开展这方面工作起到重要的作用”。周又和的这些研究成果也得到电磁固体力学的两位开创人、美国工程院院士、康乃尔大学理论与应用力学系的两任系主任Y.H.Pao教授及其学生F.C.Moon教授的高度赞誉。世纪之初,两位院士应邀到兰州大学讲学与学术交流。后来,Pao院士在给周又和的信中指出“兰州大学力学系,近以电磁力学之研究闻名国内。经与师生座谈,果然名不虚传”。
截止目前,周又和已主持各类研究项目30余项。正是他的这些丰硕研究成果,使他于1999年入选为第二批教育部长江学者奖励计划特聘教授,2000年获国家杰出青年科学基金,他领衔的科研团队于2006年入选教育部新世纪长江学者创新研究团队,2011年入选国家自然科学基金创新研究群体,2012年主持申报的“大型超导磁体结构力学分析”立项为国家磁约束聚变能发展规划专项的“托卡马克聚变堆关键技术研究”项目的一级课题,目前还主持超导力学研究的国家自然科学基金重点项目。已在Appl. Phys. Lett.、《中国科学》等国内外学术期刊和学术会议上表学术论文360余篇,其中SCI收录论文180余篇。主持的“电磁结构非线性力学”研究项目于2005年获教育部自然科学一等奖,参与的研究项目“中国北方沙漠化过程及防治”获2007年度国家科技进步二等奖;2007年发表在国际学术期刊IEEE Trans. Applied Superconductivity上的研究论文于2008年获IEEE超导委员会授予的最佳贡献论文奖即Van Duzer Prize,研究项目“电磁材料结构多场耦合非线性力学行为的理论研究”获2008年度国家自然科学奖二等奖。
在不断推动电磁固体力学深入研究的同时,周又和研究组还结合我国重大风沙环境问题,开拓了风沙环境力学的研究。直到上世纪末,周又和他们的研究难度虽然不断加大,但主要还是在固体力学范围内。1999年,在强沙尘暴刮到北京引起中央高层重视后,科技部就此研究专门立项973项目。在加强力学基础研究的需求下,经过近十次会议论证,周又和最终争取到将他研究组主持的“风沙环境力学及土壤风蚀的定量研究”课题列入这一项目。
从力学层面上讲,风沙力学研究的主要难度在于沙粒散体与大气流体的相互作用还没有成熟的力学模型可资利用,从而使可控条件的风洞实验测量与野外观测之间无法关联,加上沙粒粒径与风速等的随机性、风流动与沙粒运动耦合作用的非线性,使这一研究难度剧增。针对这些存在的问题,周又和研究组同时从理论建模和实验两方面来展开研究。此前,周又和的研究一直在理论方面,使用国外的实验结果。随着研究的深入,开展实验研究进入了他的视野。兰州大学虽有一些力学实验设备,也只能供本科生教学用,少且老化,达不到科研的要求。同时,他还苦于实验研究人员的缺乏,虽有想法却一直没能展开。
周又和涉入力学实验研究是从参加一次风沙运动的风洞实验开始的,没想到也是一发不可收。2001年暑假,他带领两名研究生到离兰州几百公里的沙坡头开展风沙力学的风洞实验测量,中科院沙漠所也派了一名博士生协助实验操作,实验是在40℃的沙漠地带进行的。在开始实验前,需要对风洞进行无沙风速廓线测量的校准工作。哪知一连几天,计算机上显示的测量结果均不对,无论协助的博士生采用何种手段检查与调试,都没找出问题所在。就在学生们几乎要放弃的情形下,周又和以他在调试计算程序中排查错误的经验,提出检查方法与步骤,按此进行后,再开机测量,结果就正常了。随后,在了解实验规程的基础上,他对风沙力学测量的实验流程作出安排,在两周的实验测量后,回到兰州进行数据处理与分析。在这一过程中,周又和他们通过对输沙率廓线的实验数据经拟合再沿高度积分所得到的单宽输沙率公式,不仅可以提高实验结果的精度,而且还能给出这一物理量实验值随摩阻风速变化的关系式,这在以前是没有做到过的。单宽输沙率是土壤风蚀研究中的重要物理量,其随摩阻风速的变化关系一直是学界关注的话题。在当时,这方面的关系式已多达50余种,或经验的或半经验的,对于同一情形,这些公式的预测结果之间相差很大,可达2~4倍,这就需要高精度实验结果来检验它们的适用性。当周又和的研究生将数据处理结果提交到他手上,并报知可拟合出手头的全部实验结果但却不能反映风沙运动中实际存在的临界启动特征时,周又和对此不满足,亲自改进拟合函数的选择,使之能拟合出全部实验结果及特征。就这样反复尝试,一周后就得到了结果。这一研究成果于2002年发表在国际物理期刊Physical Review E上,评阅意见指出“这是一项引人关注且完整的研究,作者们给出了一系列给人印象深刻的实验,并积累了大量好的数据。受本领域经典工作的启示,他们拟合得到了切实可行的公式”。这一发表在国际物理期刊上的实验研究论文,既为他们日后的实验室建设及实验研究的展开,也为日后在国际物理期刊上发表近百篇研究论文开了好头,积累了经验。在此过程中,实验研究队伍也得以成长。
兰州大学的风沙环境力学理论研究也取得了长足的进展,这里我们介绍周又和在其中的一个方面――碰撞接触力学。风沙流中的沙粒在重力作用下落到沙床面经碰撞后的起跳初速度分布函数一直是风沙物理(即力学)研究中的基础物理量。周又和他们在立项973项目的课题时,就敏锐感知到这一力学问题的重要性。由于沙粒-沙床面碰撞过程具有随机性,此前他没有涉足过随机性问题的研究,一时难于下手。于是,他一方面找来随机过程与数理统计教科书学习,另一方面与在美国从事非线性随机动力学与控制研究的Sun教授联系,于2002年通过国家自然科学基金海外青年学者合作基金的立项来开展合作。2003年暑假,Sun教授应邀来兰州大学讲授《随机振动基础》40小时,周又和除了将这一英文讲稿复制给所有听课人员外,还坚持全程听课。此后不久,周又和就弄清了研究颗粒随机碰撞的方法与途径,与研究生一道成功地建立了这一问题的唯象模型,给出的理论预测结果能很好地对实验给出有效预测。除了采用唯象模型的方式来研究沙粒碰撞起跳初速分布函数外,2003年周又和还安排他的一名博士生采用离散动力学方法在大量随机碰撞的数值实验基础上通过统计方法来给出。除了对所研究问题给出了一新的统计公式外,获得的一些起跳特征整理成论文投送到地学权威期刊Journal of Geophysical Research,评阅人在同意接受发表的同时,提出了所采用的最基本两颗粒碰接触力模型中的等效参数如何得到的问题。此前,博士生曾告知这是程序中的,文献中也是如此。虽然论文得以接受发表,但周又和对此要弄个明白,于是就自己推公式。真是不推不知道,一推放不了。他调阅文献发现,目前宏观离散动力学方法(也称离散单元法)具有广泛的应用,包括岩土、泥沙、风沙、水沙、建筑桥梁结构接头处受强地震的连续碰撞毁损、粒料输运等领域都在应用这一方法开展研究,其中所采用的碰撞接触力模型为线性刚度线性阻尼模型,输入的碰撞恢复系数为常数,后者在所有的物理与力学教科书中也是如此表述的。然而,周又和从《弹性力学》教材中很早就知道,两圆球(或颗粒)静态接触力在线弹性范围内于100年前就由德国学者赫芝给出了解析解,其接触力随接触位移的变化呈3/2次幂的非线性关系,即刚度是非线性的,从而引起了周又和的兴趣。与此同时,他还得知,从上世纪40年代后期开始,就有实验结果显示出恢复系数随碰撞速度的增大而减小,即不是常数。直到2005年,美国、德国和波兰等国学者还在开展颗粒碰撞恢复系数随碰撞速度变化的基础实验测量和接触力表征模型的理论研究,只是各碰撞模型的预测结果与实验相差太大。到2006年,周又和针对碰撞的力学基本过程,在考虑弹塑性变形后,成功地建立了一碰撞接触力模型,使现有恢复系数随碰撞速度变化的实验结果得到了很好的预测。这一研究结果被德国佛莱贝格工业大学岩土工程研究所所长、欧洲离散动力学方法及程序应用推广中心负责人Konietzky教授知晓后,主动与周又和联系开展合作,2007年专此来兰州大学讲学。Konietzky教授是采用离散动力学方法从事岩土力学研究的国际著名学者,2010年他申请到德国科教部的国际合作项目,用于与周又和开展学术合作与学术交流。2011年11月,周又和率团赴德国报告了这一工作,后经Konietzky教授推荐,周又和于2012年10月在该校召开的国际学术会议上作大会报告。
最近,周又和研究组将离散单元法的研究拓展到复合超导CICC导体的横向压力-位移特征的理论研究中,成功地对实验结果给予了理论揭示。CICC导体是ITER核聚变新型能源装置中产生超强磁场的大型磁体的基本结构,目前,ITER建堆与运行预算投入100亿欧元,我国是这一大型新能源实验装置国际合作研究的七方国家之一,承担10%的费用。因为ITER装置内要求达到11特斯拉的超强磁场,超导磁体在强磁场作用下的力学变形与超导性能退化就成为这一装置的设计功能能否实现及其后功能提升的主要课题。经对超导CICC导体样品在类ITER磁场环境条件下的实验测量表明,目前设计制备出的样品只能运行6000次左右,远低于预期要求的2~3万次。其次,目前针对提高运行次数的力学设计理论所得结果也与实验结果相反,即理论预测为增大绞缆节距可升高运行次数,但实验却是降低。为此,相关工程界与理论界正在寻找新的有效力学方法,以期希望能解决这一问题。在2012年5月他们将这一研究论文投到国际期刊Superconductor Science and Technology后,论文送到国际ITER超导磁体设计总负责人Around教授评审。Around教授看到针对这类问题研究的这一新方法后,主动与我国科技部ITER中心联系,希望进行直接交流。经科技部ITER中心的协调与安排,在Around教授的技术代表Denis博士来甘肃白银检查超导绞缆制备工艺期间,7月2日,周又和带领七位教师与研究生前往白银长通电缆厂,与Denis博士、中科院等离子研究所的研究人员、长通电缆厂的技术人员、科技部ITER中心的管理人员一道就这一研究的深入展开进行了交流与研讨。2012年10月,这一论文正式发表。
目前,兰州大学在电磁固体力学与风沙环境力学两个研究领域都建立起了能开展实验研究的实验室,还建有风沙野外观测台站,累积设备费2000多万元。相关理论与实验的基础研究已纳入到周又和主持的“复杂环境与介质相互作用的非线性力学”国家创新研究群体,并获得国家自然科学基金重点项目等的资助。在科技部相关重大研究计划的支持下,他们正紧密围绕国家重大需求来展开这两大工程领域的关键力学研究。周又和研究组仍在不断努力,以期通过他们的研究来提升我国在这两大工程领域的科学技术水平。
夯实基础――教书育人谱乐章
甘坐板凳十年冷,追求一流代代新。
何惧征程险难阻,收获自有后来人。
2011年4月24日,周又和赋诗一首,表达自己在办学上的所思、所为、所获的心路历程。从1989年底博士毕业后留校任教至今,周又和在兰州这片热土上,见证了兰州大学力学学科发展历程;同时也作为重要推动者之一,亲历了这一学科的重塑、发展、强壮。
兰州大学力学学科创建于1959年,在叶开沅教授带领下,1981年固体力学硕士与博士学科培养点获国务院学位委员会批准设立,1986年独立建系。叶开沅教授相继培养出刘人怀院士、郑晓静院士、孙博华院士等杰出人才。
“江山代有人才出”,“长江后浪推前浪”。到上世纪90年代中期,一批教师相继调离或退休,兰州大学力学学科的发展也一度成为关注的话题。1995年7月,周又和从国外返回兰州大学,开始了推动力学教学与科研工作的发展,并逐渐发展成为这一学科的领军人才,建立起了一支队伍。
“高水平的科学研究需要高素质的人才,而高素质的科研人才则有赖于高水平的本科教育与研究生培养,这就需要将本科教学、研究生培养、科学研究、队伍建设作为统一的整体来综合考虑与实施”。周又和不仅这样讲,而且着力用心去实践。在总结现代高等教育成功经验的基础上,面对西部的现实环境,将本科教学、研究生培养和队伍建设作为统一体系来实施,从而在教书与育人两方面都取得显著成效。
30年的教师生涯,周又和边走边看,边学边思,总结出了一套属于自己的“教学经”。他把最美好、最宝贵的时光奉献给了大西北,奉献给了高等教育和科学研究事业。他用自己丰富的智慧、渊博的学识、坚定的信念和无私的奉献,引导学生树立报效社会的责任、敢于担当的志向和坚实深厚的能力。他对待教书和育人始终一丝不苟,将科研精神与科研成果有机地融入到教学实践中,培养学生的创新能力和科学精神,不断激发他们的学习激情。
早在1982年周又和任教于华中工学院期间,他除了教师职业的自豪感外,更多的是深感责任重大,至少不能误人子弟。为此,他在任《理论力学》课程辅导老师的三年中,除了完成好辅导老师的任务、从老教师那里学好教学方式方法外,还主动做完了原苏联《理论力学习题集》中的4000多道题,从而对这一课程的掌握有了全面的提升。周又和备课认真、推导严谨、思路开阔、深入浅出,加上热情辅导和作业全批,教学效果深得学生好评。1986年,教研室从北京弄到一份《理论力学》教学评估的统考试卷,用于同期四个大班的期末考试。考试下来,按大班与小班成绩排名的第一都在周又和主讲的班上,在四位主讲教师中他是最年轻的。这一“果实”的得来,与他对这一课程的用心钻研分不开。此前,他认真参考不同教材,从各章节内容的衔接、体系布局、例题与作业题精选,到斟酌有关内容表述的科学性和可接受难易程度,都细致过滤了一遍,获得认可后形成自己的讲稿与讲授方式。就是在此期间,他发现教材中多个地方的表述不精确,就写下注记一直保存着,直到2006年他在兰州大学再讲这门课程时又进行修改,并于2009年发表在《力学与实践》上。也是在华中工学院期间,他看到《力学与实践》上就动矩心的动量矩定理的公式如何正确表征开展持续讨论,但没有达成统一认识与表征公式。他就从严格的矢量表征方式出发导出了统一的表征公式。这一教学论文投到《力学与实践》后,于1990年发表,从此这一问题就没有再讨论了。这些,也为周又和主讲的《理论力学》在2007年入选国家精品课程和他本人于2008年获高等学校“国家教学名师奖”奠定了基础。
截至目前,周又和已为本科生主讲8门课程,累计3000余学时;为研究生主讲7门课程,累计2400余学时。在主管力学系后,周又和在坚持为本科生讲课的同时,还按力学学科的认知规律,主导了本科生培养方案与各课程教学大纲的修订,加强了实践教学、实验教学和科研训练各环节,增设《力学与工程概论》课程并制作该课程的PPT为学生讲授,提出由硕士学位以上的新留教师担任班主任,设立本科生科研基金,亲自听课并奖励优秀授课教师,要求教授与副教授既要做科研也要为本科生讲课,等等。正是这些得力的措施和实践,使得培养的本科生成为优质研究生的主要来源。在研究生培养中,他将科学研究与研究生的科研能力、科学精神培养紧密结合在一起,从研究生培养方案制订到培养过程各环节,他都亲历亲为,给出有见地的建议性意见,鼓励学生要敢于创新和善于创新。正是这样,周又和的研究范围越扩越大、越做越深,研究队伍也日益壮实。
“春播桃李三千圃,秋收硕果香满园。”周又和多年在教育上的努力和付出换来了硕果满园。2000年获宝钢教育基金会“全国高校优秀教师特等奖”,2006年被中国科协授予“西部开发突出贡献奖”,被中国教科文卫体工会授予“全国师德标兵”称号。主讲的《理论力学》于2007年入选为国家精品课程,2008年获国家级“高等学校教学名师奖”,主持的“理论与应用力学创新人才培养团队”于2008年入选国家质量工程的教学团队, 2009年获教育部授予的“全国优秀教师”称号,主持的本科教学研究项目“高水平力学人才培养与教师队伍建设的互动模式及实践”于2009年获国家教学成果二等奖,他指导的20篇博士学位论文中,有两篇分别于2010年和2012年获全国优秀博士论文奖与提名奖,直接培养和协助培养的博士中7人入选为教育部新世纪优秀人才支持计划、8人成长为教授,成为兰州大学力学的骨干力量……
回首30余年的教书育人工作,面对一张张年轻探索者的面孔,周又和一直告诫学生,要想发展、做出成绩,就要敢于超越前辈老师,至少要敢于超越眼前“高不可攀”的老师,无论何时、无论何地,都要有这股劲。看到学生们一个个成长成才,他欢喜着,更期待着。
扎好围栏――领航管理出奇效
听天门长啸松涛依旧
凌绝顶远眺风物日新
2011年6月23日,周又和就他领衔申报的国家创新研究群体现场答辩完后,他等待着。次日上午得知成功后,就利用空出的一点时间去登泰山,抄下了山顶南天门的这幅楹联。想起自己的点点滴滴,他感慨良多,哪样的进步不是蕴含在这绝妙的楹联中!人生中的种种“风物”,又何尝不是阵阵“涛声”的回响!眼前“涛声”的喜悦,更让他深感寻找“绝顶”去发现新“风物”的重任。
“要将一个学术单位搞好,尤其作为高校,形成良好的学术氛围对于快速发展是极其重要的。这就需要我们的管理人员懂得教学、科研与人才培养规律,具备公心和敬业精神,在吸取现代高等教育成功经验基础上,面对遇到的现实问题提出切实可行的办学思路和采取行之有效的措施,才有可能带好队、办好学。”周又和如是说。周又和进入管理并不是他刻意追求的。在2000年他获得国家杰出青年科学基金并担任长江学者特聘教授后,学校为结合应用研究发展的需要,推动工科发展,决定办土木工程专业。2003年学校准备成立工学院,请他出任院长,被他婉拒。这样,从2002年开始招生的土木工程专业就只好挂靠在力学系。此前的1999年6月,他接受了没有行政级别的管理工作――力学系主任。他从本科教学各环节、研究生培养模式的改进、科研氛围的形成、教师队伍建设的思路、实验室建设等方面,都提出了新的有效办法,并逐渐得以推进实施,不仅使力学学科得到了快速发展,而且也使后来学院的其它学科得到了有效提升。
周又和出任力学系主任后,改变了力学学科长期没有扩展的局面。1999年底,他主导申报的固体力学成为甘肃省重点学科,2003年新增工程力学硕士学科点,2004年新增力学一级学科博士后科研流动站,2005年新增工程力学博士学科点,同年力学一级学科硕士点获批设立。
2005年6月,面临新办土木工程专业急需步入正常的迫切要求,兰州大学最终做出决定:将力学学科与地质工程学科、土木工程学科一道成立土木工程与力学学院,让周又和出任院长。他从学校大局出发,接受了这一任命。对周又和来说,这绝对是个挑战。新组建的学院面临重重困难,尤其是新建土木工程专业缺少足够的师资和设备。当时,学院教师只有31人,实验设备老化,连本科实验教学都不能维持。周又和面对的首要问题是如何撑起学院并使之发展壮实。他说,“在其位,就要谋其政,而且要谋好政、善于谋政”。周又和接任院长这一重任后,就一直思考着学院的发展方式与实现途径,在不同阶段提出相应的发展措施。通过深思熟虑,决定采取逐步发展的长远策略,并将队伍建设始终放在首位。他通过主持的211工程和985工程的建设项目,将学院的其它学科纳入到力学的建设平台,使它们也能得到发展。2005年下半年,学校投入400多万元建设教学实验室以备国家的教学检查,他综合考虑三个学科的本科生实验教学需要,领衔组建了工程实验中心。在他的建议下,有些设备选择了较高性能,可开展一些科研与社会服务的实验测量。建成后,他亲自带领全院教师参观实验室,让实验人员讲解各仪器设备的功能,以便老师们使用。就这样一步步,在保持力学学科发展的同时,也使原本基础薄弱的土木工程学科和地质工程学科通过夯实基础,呈现出阶梯式良性发展的格局。
周又和主持学院工作以来,学院的学科建设、科研平台、教师队伍、科学研究、人才培养各方面都取得了骄人的成绩。在本科生人才培养方面,2005年底申报的“理论与应用力学”本科专业成为甘肃省人才培养与科研基地,2009年工程实验中心成为甘肃省本科实验教学示范中心,2010年“理论与应用力学”本科专业入选国家特色专业建设点,此外,还建成国家精品课程1门、省级精品课程4门,获国家教学成果二等奖1项。在学科建设方面,2005年底力学一级学科成为甘肃省重点学科,新增防灾减灾工程及防护工程硕士点,2007年固体力学成为国家重点学科,2008年新增结构工程硕士点,2009年新增地质工程学科博士后科研流动站,2010年力学一级学科博士点、土木工程一级学科硕士点获批设立,2012年新增地质工程一级学科甘肃省重点学科。在科研平台建设方面, 2005年凝聚学院力量申报的“西部灾害与环境力学”教育部重点实验室被批准建设,周又和任主任;2007年协同甘肃省地震局一起申报的“兰州地球物理”国家野外科学观测站被批准建设,周又和兼任副站长;2007―2008年由周又和领衔协调校内其它学院一起申报的“特殊功能材料与结构设计”教育部重点实验室(B类)被批准建设,周又和任学术委员会主任;2009年学院协同敦煌研究院等单位一起申报的“国家古壁画保护工程研究推广中心”被批准建设,周又和兼任副主任。在教师队伍方面,目前学院有教师54人,含教授15人和副教授16人,其中2位院士、10位教授、13位副教授是在建院后成长起来的,并建成一个国家质量工程的教学团队(2008)、一个教育部长江学者奖励计划科研团队(2007)和一个国家创新研究群体(2011),国家教学名师1人(2008)。在科学研究方面,建院来3项科研成果获国家自然科学或科技进步奖二等奖、2项获省科技进步奖一等奖,承担国家与地方的科研任务都显著增强增多,2012年的科研经费较建院初的2005年增长了2倍多。在研究生人才培养方面,培养的两名博士分别于2010年和2012年获全国优秀博士论文奖与提名奖。这一系列办学指标,已使土木工程与力学学院名列兰州大学的前列。
如果说教学与科研为“双肩”,那么管理与教研又为“双栖”。事实上,无论是教学、科研还是管理,无非是能力的使用与贯通。对周又和来说,自己就是一粒“种子”,放到哪里,就要在哪里好好“生根”、“开花”、“结果”,而“收获自有后来人”。
立身桥头踪影不随流水去处地异乡梦魂常往故里驰