基礎(chǔ)力學(xué)課程在不同工科專業(yè)教學(xué)中的差異分析

李志敏 汪旭光 汪泉 劉文震

摘要：基礎(chǔ)力學(xué)課程是理工類高校里很多工科專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，其任課教師一般獨立于授課專業(yè)院系，統(tǒng)一在基礎(chǔ)教學(xué)院系里.基礎(chǔ)力學(xué)課程在不同工科專業(yè)的課程設(shè)置、授課計劃、授課內(nèi)容等有差異.通過列舉安徽理工大學(xué)里幾個典型工科專業(yè)開設(shè)基礎(chǔ)力學(xué)課程的科目、學(xué)時及學(xué)習(xí)時間分布和具體范例，說明基礎(chǔ)力學(xué)課程在不同工科專業(yè)授課時“同內(nèi)涵，異外延”的差異.基于差異顯著，建議基礎(chǔ)力學(xué)課程由各工科專業(yè)培訓(xùn)本專業(yè)教師任課.

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)力學(xué);基礎(chǔ)課;工科專業(yè);差異分析

中圖分類號：G642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）08-0146-03

引言

基礎(chǔ)力學(xué)課程體系由《理論力學(xué)》《材料力學(xué)》《工程力學(xué)》《彈性力學(xué)》《基礎(chǔ)力學(xué)實驗》等課程組成，它是許多工科專業(yè)的基礎(chǔ)性必修課程[1].以理工類高校安徽理工大學(xué)為例，安徽理工大學(xué)是安徽省重點建設(shè)的特色高水平大學(xué)，建校70多年來形成了以工科為主體，以地礦、爆破等學(xué)科為特色，工、理、醫(yī)、管、文、經(jīng)、法、藝協(xié)調(diào)發(fā)展的辦學(xué)體系.在安徽理工大學(xué)，特色的地礦、爆破等專業(yè)，基礎(chǔ)力學(xué)課程在其課程設(shè)置中所占權(quán)重很高;學(xué)校傳統(tǒng)的工科專業(yè)如土木工程、機械設(shè)計與自動化工程等專業(yè)的人才培養(yǎng)更是離不開堅實的基礎(chǔ)力學(xué)課程支撐;新興的專業(yè)如車輛工程、地下空間、復(fù)合材料等要求學(xué)生對基礎(chǔ)力學(xué)知識的掌握程度很高.然而各專業(yè)的特色、內(nèi)涵不同，畢業(yè)要求、培養(yǎng)目標也不一樣，因此基礎(chǔ)力學(xué)課程的學(xué)習(xí)科目、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)課時、考核要求等教學(xué)方面各專業(yè)也不盡相同，要區(qū)別對待.

1 基礎(chǔ)力學(xué)課程在各工科專業(yè)教學(xué)中的共性分析

基礎(chǔ)力學(xué)既屬于自然科學(xué)，又屬于工程科學(xué)，基礎(chǔ)性和應(yīng)用性并存，且同樣鮮明.首先基礎(chǔ)力學(xué)要求學(xué)生有較高的邏輯性思維和較深的數(shù)學(xué)、物理知識儲備，其次在理工類高校中，大部分理工專業(yè)，特別是工科專業(yè)均要涉及力學(xué)知識，所以基礎(chǔ)力學(xué)課程在理工類高校中，往往劃歸為基礎(chǔ)課的范疇.如安徽理工大學(xué)，承接基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)任務(wù)的教師一直和承接數(shù)學(xué)、物理教學(xué)任務(wù)的教師在同一教學(xué)單位，按學(xué)校發(fā)展的時間順序，依次歸屬基礎(chǔ)部、數(shù)理系、理學(xué)院、力學(xué)與光電物理學(xué)院，雖然名稱變革日顯力學(xué)教學(xué)的重要性，但作為基礎(chǔ)課的性質(zhì)一直沒有變.

基礎(chǔ)力學(xué)課程在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新方面能大顯身手，一方面因為它和人類的工程進步息息相關(guān)，如土木、機械、材料、航空航天、水利電力、船舶、能源、生物等領(lǐng)域均需有力學(xué)的堅實基礎(chǔ)[2].另一方面基礎(chǔ)力學(xué)課程能培養(yǎng)學(xué)生較強的邏輯思維能力和理論分析水平.安徽理工大學(xué)人才培養(yǎng)特色為“厚基礎(chǔ)、重實踐、求創(chuàng)新、高素質(zhì)”.基礎(chǔ)力學(xué)課程所傳授的思維分析方法為合理的模型來處理實際問題，即在處理問題時，把它抽象化、模型化.力學(xué)模型要保留實際問題的重要特征而忽略其次要的因素.這種科學(xué)分析問題的方法是一種很重要的方法，是各個學(xué)科日后在解決具體相關(guān)工程問題所采用的最基本的分析方法.所以，基礎(chǔ)力學(xué)課程是基礎(chǔ)課，力學(xué)教育是最基本、最重要的科學(xué)訓(xùn)練.

2 基礎(chǔ)力學(xué)課程的科目設(shè)置、學(xué)時及學(xué)習(xí)時間在各工科專業(yè)的分布情況

各工科專業(yè)在擬定培養(yǎng)計劃時，設(shè)置的基礎(chǔ)力學(xué)課程科目往往有兩種形式，一種是單一的《工程力學(xué)》科目，另一種是《理論力學(xué)》和《材料力學(xué)》組合形式.當然，有些專業(yè)后面要配以《彈性力學(xué)》《結(jié)構(gòu)力學(xué)》《流體力學(xué)》《沖擊動力學(xué)》等科目補充.

基礎(chǔ)力學(xué)課程一般都從大二開始，也就是第3學(xué)期才能開課，因為基礎(chǔ)力學(xué)課程學(xué)習(xí)需要有必要的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)，而第3學(xué)期是高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理課程的中間時期，力學(xué)所需要的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、物理知識已經(jīng)基本學(xué)習(xí)，所以可以開始開設(shè)基礎(chǔ)力學(xué)課程.

安徽理工大學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)課程在各典型工科專業(yè)所開設(shè)的科目、開設(shè)學(xué)期及學(xué)時分布如下表.

從上面統(tǒng)計報表可以看出，各工科專業(yè)從自己專業(yè)需求出發(fā)，選擇了相應(yīng)的基礎(chǔ)力學(xué)課程科目組合，以及學(xué)習(xí)時間和所學(xué)課時.如果用學(xué)分制分析，以16學(xué)時為1學(xué)分計，上表中各專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)總學(xué)分分別為：土木工程最高，約16.5學(xué)分;采礦工程、機械設(shè)計與自動化、城市地下空間以及車輛工程次之，約11.5學(xué)分;彈藥理論與爆炸技術(shù)，約8學(xué)分;工程管理和安全工程最少，約6學(xué)分.

3 “同內(nèi)涵，異外延”——基礎(chǔ)力學(xué)課程在不同工科專業(yè)授課時的差異分析

高校里，常規(guī)的公共基礎(chǔ)課，如高數(shù)、大物、大學(xué)英語、思想政治等課程面向大部分專業(yè)，授課時教學(xué)計劃和教學(xué)內(nèi)容大同小異，任課教師可以在各專業(yè)間任意調(diào)配，一般不會引起教學(xué)效果差異.基礎(chǔ)力學(xué)課程，雖然所授力學(xué)基本原理相同，但針對不同專業(yè)授課時，講授方法、講授內(nèi)容和選用教材是不一樣的.不同教育背景，學(xué)術(shù)方向的基礎(chǔ)力學(xué)教師所承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)在專業(yè)分配上一定要注意教師對所授專業(yè)的熟悉度，只有足夠了解相關(guān)專業(yè)力學(xué)課程在其培養(yǎng)計劃中的比重和培養(yǎng)要求才能合理掌握力學(xué)課程的講授內(nèi)容和講授重難點.更重要的是若基礎(chǔ)力學(xué)教師對所授專業(yè)熟悉，在上課時更能有的放矢，融會貫通，能夠結(jié)合專業(yè)把力學(xué)知識講得深入淺出，事半功倍.在此，基礎(chǔ)力學(xué)教師雖不是專業(yè)課教師，但盡量有專業(yè)教師的修為[3].

基礎(chǔ)力學(xué)課程在不同工科專業(yè)授課時，基本原理相同，但結(jié)合各專業(yè)的理論應(yīng)用時，卻有很大不同，即“同內(nèi)涵，異外延”.下面是安徽理工大學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)課程“異外延”的幾個范例.

針對具有礦業(yè)背景如采礦工程、安全工程等專業(yè)特性的基礎(chǔ)力學(xué)內(nèi)容范例

3.1 力學(xué)建模是把一個工程問題轉(zhuǎn)化為一個力學(xué)問題的第一步.力學(xué)建模是要保留實際問題的重要特征而略去次要因素的一種科學(xué)分析方法.常用的基礎(chǔ)力學(xué)教材所列舉的力學(xué)模型往往以機械專業(yè)或土木專業(yè)為工程背景，對礦業(yè)類學(xué)生上課時，基礎(chǔ)力學(xué)老師要跳出教材束縛，結(jié)合礦山工程授課，甚至可以編撰一套相應(yīng)的基礎(chǔ)力學(xué)教材[4].

3.1.1 采空區(qū)覆巖結(jié)構(gòu)可以簡化為簡支梁模型

見圖1.

3.1.2 礦業(yè)巷道可以用平面應(yīng)變問題分析

物體一個方向尺寸比另外兩個方向尺寸大得多的力學(xué)分析可用平面應(yīng)變問題解決，礦業(yè)巷道屬于此類問題，并且根據(jù)力學(xué)原理可以合理設(shè)計巷道截面形狀.

3.2 彎矩圖在土木工程類專業(yè)和機械工程類專業(yè)差別

土木工程類和機械工程類同作為基礎(chǔ)力學(xué)課程重要工實踐背景支撐專業(yè)，盡管所學(xué)力學(xué)原理相同，但依據(jù)專業(yè)需要，有些人為定義還是不同的，如彎矩圖的方向.在大部分材料力學(xué)教材里，定義彎矩正負，由桿件變形定義，向下凹曲為正，此也為機械類專業(yè)所選用定義.而在土木類專業(yè)，或者在結(jié)構(gòu)力學(xué)中定義彎矩圖直接畫在受拉一側(cè)，即彎矩圖方向與機械類定義相反.圖3為機械工程中吊車梁模型及其的矩圖，圖4為土木工程中獨木橋模型及其彎矩圖.

3.3 彈藥工程與爆炸技術(shù)專業(yè)特殊的強度理論

大部分工程，在考慮工程結(jié)構(gòu)強度時，都出于安全需要，選用合適的力學(xué)強度理論，總體上可表示為：

σr—工作時的相當應(yīng)力，

[σ]—材料許用應(yīng)力.

在爆破工程中，要求爆炸沖擊波強度遠大于爆破介質(zhì)抵抗強度，才能完成破壞介質(zhì)目的，即

σs—爆炸沖擊波強度

σu—爆破介質(zhì)破壞的極值應(yīng)力.

4 結(jié)束語

基礎(chǔ)力學(xué)課程在大部分理工類高校里以公共基礎(chǔ)課的形式存在，但針對不同工科專業(yè)授課時，開設(shè)時間、教學(xué)課時、教學(xué)內(nèi)容、教材使用等都有所不同.這對于我們基礎(chǔ)力學(xué)任課教師專業(yè)修養(yǎng)提出很高要求，既要熟知力學(xué)專業(yè)知識，更要理解力學(xué)在所授專業(yè)的地位、作用.為了更好地服務(wù)各相關(guān)工科專業(yè)，筆者建議各理工類高校可以采用國外一些高校的做法，取消基礎(chǔ)力學(xué)課程公共基礎(chǔ)課的性質(zhì).在各相關(guān)工科專業(yè)，培養(yǎng)自己的專業(yè)教師講授基礎(chǔ)力學(xué)課程.基礎(chǔ)力學(xué)課程以專業(yè)基礎(chǔ)課的形式，存在各相關(guān)工科專業(yè)的培養(yǎng)計劃中[5].這好比各專業(yè)的專業(yè)英語課程，均是各專業(yè)的專業(yè)教師任課，而不是公共基礎(chǔ)外語老師上課一樣.

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參考文獻：

〔1〕吳艾輝.研究型大學(xué)工科專業(yè)力學(xué)課程教學(xué)方法創(chuàng)新與實踐[J].力學(xué)與實踐，2017，39（3）：299-301.

〔2〕劉潯江.高等工程教育中力學(xué)課程改革的理論與實踐[J].力學(xué)與實踐，2009，31（5）：77-81.

〔3〕雷靜，張功學(xué)，李建軍，王永琴.如何培養(yǎng)基礎(chǔ)力學(xué)教師教學(xué)能力[J].教育教學(xué)論壇，2016，（50）：19-20.

〔4〕趙康，嚴雅靜.礦業(yè)類院校基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)改革探索與實踐[J].江西理工大學(xué)學(xué)報，2016，37（6）：63-67.

〔5〕賈啟芬，劉習(xí)軍，趙志崗.基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和體系改革的研究與實踐[J].力學(xué)與實踐，2001，23（6）：49-51.