【摘要】卓越工程师教育培养计划中提出基础课程要与专业相结合的办法培养学生创新能力和逻辑思维能力，同时应用型本科大学物理教学改革的重点之一是改革教学理念，优化、调整教学体系和内容.因此我们应敢于建立创新的教育观念，科学合理地选择教学内容，同时注重与学生专业相结合培养出高质量的工程技术创新型人才。

　　【关键词】卓越工程师计划；大学物理；应力；教学改革

　　“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，其重要特点之一是强化培养学生的工程能力和创新能力。而作为当代高新技术发展的基础与源泉的物理学不仅是学生学习科技知识的基础课，也是培养学生科学素质和创新能力的重要渠道[1]。我校积极响应国家号召开展“卓越工程师计划”，提出在为同学们讲解相关物理知识时要与学生专业有机结合的策略。我们紧跟时代步伐和适应形势发展的要求，提出在保证学生们学习基础理论知识的同时，打破现有物理学科传统课程教学体系，引入新内容，结合相关专业，给学生们未来的发展和创新打下坚实的相关基础的实施方案[2]。

　　近年来，随着材料科学，生命科学，微电子技术等新兴学科的迅速发展，不少高校的大学物理课程教学紧跟时代的步伐，在内容和模式上进行了大量的改革和探索。大家力求在有限的学时内减少经典，增加现代物理的相关知识，使学生们掌握的物理知识能够与时代的发展同步，如同济大学、郑州大学、清华大学、上海交通大学、北京航空航天大学、浙江工业大学等大学在这方面已经做出了很多工作。

　　我们结合本校实际情况，在讲解大学物理内容如作用力与反作用力，弹性力和波的形成时引入了应力方面的内容，目的是使学生体会到本课程与专业之间的依托关系，从而能够找到物理课程在其专业领域中的位置，这样的特色教学不仅可以大大提高学生的学习积极性，起到事半功倍的效果，还能使学生们的思维更加开阔，在未来的学习和工作中创新性地解决涉及应力的各类问题提供知识储备和基础。

　　物理学是整个科学技术领域中的带头学科，物理教育在高等教育中具有极其重要的地位，特别是在工科专业教学中尤其重要。然而现阶段大多数高校针对不同的专业采用统一的教材、统一的学时、统一的教学内容，其中部分内容涉及应力问题，但都是一笔带过，并未做深入的探讨。事实上，应力普遍存在于普遍存在于光学薄膜与器件，半导体器件，新型材料，化工工艺，机械制造，土木建筑，地质等多个领域，是多个学科的重要内容之一，但我们以前未给予相应的重视[3，4]。随着大学物理被列入我校“卓越工程师计划”的重要基础课程，我们必须更多地关注应力在“卓越工程师计划”专业中的应用与发展前沿，以此来拓宽学生们的知识面，为学生们在工程实践中创新性解决应力的相关问题提供条件。

　　一、应力在不同专业中的应用

　　应力简介：应力的定义为材料受外力后，单位面积上所承受的附加力。实际上该定义在不同领域有着不同的用途和形式。例如薄膜应力按照应力在作用方向上有张应力和压应力之分。薄膜中的应力按形成机理的不同，可以分为热应力和内应力。薄膜中的总应力是内应力与热应力之和。若薄膜与基片的热膨胀系数不同，成膜时基片的温度又不同于应力测量时的温度，就会山此产生热应变，从而导致热应力的产生。另外成膜过程中，由于基片温度的不均匀分布会导致热应力[5，6]。

　　食品科学与工程领域：随着生活水平的口益提高和消费倾向的变化，人们对食品及原料品质的关注不再仅仅是营养成分和卫生状况，对其物理性质、质构特征也提出了更高的要求。食品的结构破坏是它的内部相邻部分之间连接结构的破裂，其破坏是宏观可见的，破坏程度取决于食品的组织构造和外力特点，食品工作者应该了解食品材料的应力、应变、变形、断型机理等性质，这不仅对制备食物有很大帮助还能有助于我们将食物做得更可口宜人。在小变形实验（应力松弛）中是在不破坏食品样品的情况下，使食物瞬时加载应力造成非破坏性变形，通过这一变形的恢复过程来把握其内部应力变化的历程，其解析结果在食品原料质构分析中起到非常重要的作用。我们可以测定部分食物的的应力松弛曲线，并分析食物的主要化学成分，研究米饭的应力松弛参数与化学成分的关系，为食物蒸煮工艺的优化和新型炊具的开发提供基础数据[7，8]。

　　机械加工领域：机械加工中工作由于经常受到切削力和切削热的作用，其表面层力学性能将产生很大的变化，对基体材料性能的造成了很大差异，这些差异主要表现表在层的金相组织和硬度的变化及表面层出现的残余应力。而结构件的焊接残留应力、塑性加工所形成的残留应力、材料热处理所产生相变态残留应力、多重批覆层材料接口牵引的应力场均有残余应力的存在。残余应力的存在对于工程材料的运用性有很大的影响，对于材料的使用寿命、安全设计上的考虑、以及机械与物理性质的变化，时常扮演关键性的角色[9]。

　　建筑工程领域：混凝土的应力应变关系，是研究钢筋混凝土强度、裂缝和变形理论的重要依据之一。一些复杂的重大钢筋混凝土结构，如反应堆压力容器、水坝、海洋工程等结构中，混凝土处于明显的应力状态。其承受的应力可能是压或拉应力的不同组合。研究混凝土在应下的强度变化规律和准则，对于建筑结构的合理设计、安全运行和节省建筑材料有着重大意义[10]。

　　电子科学与技术，电子信息工程，集成电路和半导体器件领域：为了使集成电路技术能延续摩尔定律所揭示的发展速度，通过工艺、材料、结构参数的优化设计，研究半导体纳米器件中应力、应变的控制有重要的科学意义和实用价值，例如，通过在沟道中引入适当的压应力和张应力能分别提高PMOS的空穴迁移率和NMOS的电子迁移率。典型的PMOS应变硅器件可通过外延SiGe源漏引入沟道压应力，利用源漏和沟道的晶格常数失配控制应变大小，进而改善空穴迁移率；而对于NMOS应变硅器件则可通过淀积SiN薄膜引入沟道张应力，利用SiN薄膜的高本征应力控制应变大小，进而改善电子迁移率[11]。

　　二、物理中深入讲解应力与专业结合的必要性

　　1.由应力本身的重要性决定

　　应力的研究有强烈的社会需求背景和广阔的发展潜力，应力在薄膜光学，金属制造，食品加工，工程机械，建筑力学，电子科学与技术，电子信息工程，集成电路和半导体器件，新材料，医学和地质学中均有不同程度的运用[12-17]。例如在在光学薄膜的制备过程中由于品格失配、热膨胀系数失配、薄膜在沉积过程中分子之间的相互作用以及薄膜内部存在着各种宏观缺陷，从而使薄膜基板系统中存在着应力，研究光学薄膜的应力行为，控制薄膜应力对提高光学薄膜的性能就具有有重要意义。在一定条件下控制应力使机械零件残余应力合理分布，可以提高零件的机械性能和使用寿命，将其变害为利。研究机械工程领域钢在热处理过程中应力的分布和变化规律，使之合理分布对提高产品质量具有深远的实际意义。

　　2.有助于掌握物理知识和领会物理精髓

　　应力研究涉及物理、机械、地质、电子、化学、材料、地质和计算机模拟等多个等领域，综合性较强。而且目前包括我国在内的各领域均已取得一定的成果。

　　了解和学习应力研究成果、不仅有助于学生联系基础和专业知识，还有助于丰富学生知识面、培养学习和科研的热情。如通过介绍应力研究涉及到的科学仪器如牛顿环测试装置，XRD衍射仪，拉曼衍射仪，CCD测试与计算，超声波测试仪，原子磁性共振仪等仪器[18]，这样可以让学生了解当前的一些先进仪器的原理和使用方法，更能让学生知道曾学习过的光学显微镜等仪器的适用范围和缺点，还能让学生知道科学研究是一个探讨的、不断发展的过程，任何知识都有自己的适用范围，都需要不断改进和升华。

　　3.有助于培养创造性思维

　　大学生学习动力来源较多，如适应社会发展的需要、对知识的渴求、对未知科技领域好奇等。目前大学物理教材虽然已经改版上百次，取得一些成果，但是其内容并未得到根本的、有效的改革。陈旧、重复知识较多，复杂数学推导较多，无助于学生今后发展的知识较多。相反，用、新、趣的知识（如：应力研究）内容较少而使学生失去兴趣和动力。事实上，应力的研究虽然在近50年发展的极为迅速，并已取得极为丰富的成果，但仍处于研究的初始阶段，还有许多领域未曾研究透彻，如多层膜、合金膜、颗粒膜等等，关于应力研究的实用化和理论认识还没有取得最终突破，还有很多工作需要开展。因此对应力的学习和对其研究动态的了解不仅有助于学生对面前的科研任务艰巨性的认识，也有助于学生积极探索、开放思路、自我形成创造性思维。

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