力學課程群的建構(gòu)思路

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本文作者：葉永、劉章軍、彭輝、李建林 單位：三峽大學工程力學系

土木工程和水利水電工程是三峽大學的優(yōu)勢專業(yè)，也是學校的特色專業(yè)。力學作為一門重要的專業(yè)基礎課程，在這兩個專業(yè)的建設與發(fā)展過程中起到了承前啟后的橋梁作用，學校給予了足夠的重視。近年來，作者所在教學團隊在如何提高力學學科優(yōu)勢、促進力學學科全面發(fā)展等方面進行了廣泛的探討，提出了土木水利類專業(yè)力學課程群建設的思路。主要目的是通過把基礎力學課程建設與專業(yè)力學課程建設結(jié)合起來，使力學真正融合到專業(yè)學科的建設中，以此提升力學學科在教學中的核心地位，促進基礎力學和專業(yè)力學課程的建設與發(fā)展。下面主要從課程教材建設方面談談想法。

一、基礎力學課程建設

基礎力學課程在本文中指的是理論力學、材料力學、結(jié)構(gòu)力學和彈性力學，應該說這幾門力學課程的理論體系較為完善，且相互關聯(lián)[1，2]。工科院校專業(yè)都開設了這幾門基礎力學課程，如我校的土木類專業(yè)、水利類專業(yè)以及機械類專業(yè)等，但這些課程的內(nèi)容較多，需要一定的課時來講授，按每門課程64學時來計算（彈性力學除外），授完這些課程至少需要200多學時，但高校對力學課程學時壓縮較為嚴重，可以說現(xiàn)在的學時只夠講授最基本的內(nèi)容，想擴大和加深授課內(nèi)容存在很大困難，因此，在極其有限的學時條件下，“教師難講、學生難學”成為一個普遍的現(xiàn)狀，唯有進行課程內(nèi)容的調(diào)整、有針對性的練習與輔導才能完成教學任務，達到教學要求，提高教學質(zhì)量。對此，我們進行了一些嘗試。

1.修訂完成《工程力學》教材。目前我們采用的教材是由國家級教學名師、國家級精品課程《工程力學》負責人，華中科技大學陳傳堯教授主編完成的[3]，該教材主要內(nèi)容包括剛體靜力學、流體靜力學和變形體靜力學的基本概念、基本理論、基本方法及其應用，突出了力的平衡、變形的幾何協(xié)調(diào)、力與變形間的物理關系這一研究主線，著重強調(diào)學生的工程意識。為了使該書更能反映土木、水利專業(yè)特點，使學生更好理解所學專業(yè)中力學概念、力學基本理論以及力學在實際中應用，我們擬進行該教材的首次修訂，刪除有關描述機械專業(yè)的疲勞與斷裂方面等的內(nèi)容，增加一些與土木、水利類專業(yè)相關的例題和習題，擴充變形體彎曲變形內(nèi)容，調(diào)整部分章節(jié)次序，簡化力學術語的稱呼，使教材脈絡更加簡單、清晰、明了。在此基礎上再來進行理論力學和材料力學的內(nèi)容整合。

2.編寫材料力學教參。材料力學是我校的主干課程，也是研究生考試的重要課程，為了使學生在有限的時間內(nèi)掌握材料力學的基本概念、基本原理和基本方法，我們正編寫《材料力學學習指導》教參。本書根據(jù)教育部對力學教學的基本要求、以劉鴻文主編的《材料力學》和孫訓芳主編的《材料力學》為參考教材，從內(nèi)容編排上力求從易到難、由淺入深、循序漸進，并突出重點和難點。本書每章內(nèi)容分三個模塊，即基本內(nèi)容、例題解析和自測題，在該書的最后還將附有本科生考試試題、研究生考試試題及力學競賽試題及其詳細參考答案，可以作為本科階段材料力學學習和材料力學考研輔導參考。

3.編寫彈性力學教參。針對彈性力學課時少、概念性強、學生難學的特點，我們編寫了《彈性力學內(nèi)容精要與典型題解》教參[4]。本書根據(jù)彈性力學課程教學與考試基本要求，分兩部分來編寫，第一部分“內(nèi)容精要”以提綱挈領的形式，列出基本概念和基本公式，以及相關的物理意義和注釋，第二部分“典型例題”精選了一些概念性強、有一定啟發(fā)和拓展性的例題，并給出了詳細的解答過程和解題分析。本書在最后還給出了10套不同層次的考試試題及參考答案，可供學習者選用。目前，該教材在土木、水利類專業(yè)中得到了廣泛應用。

二、土木類專業(yè)力學課程建設

在土木類專業(yè)力學課程建設方面，我們重點編寫兩部反映我校土木特色、主要針對巖土和結(jié)構(gòu)兩個主要研究方向的十二五規(guī)劃教材。第一部教材《卸荷巖體力學》已編寫完成[5]。本書涉及巖體力學研究的新領域，新成果，主要研究自然界及巖體工程中卸荷巖體在力及其他因素作用下，巖體卸荷力學性質(zhì)及其工程應用。本書系統(tǒng)地闡述了巖體力學研究的現(xiàn)狀及卸荷巖體力學的原理及方法，詳細介紹了卸荷巖體力學研究內(nèi)容，討論了巖體力學中系統(tǒng)工程問題，卸荷巖體的工程特點及其研究方法，節(jié)理巖體拉剪及壓剪斷裂的強度理論，卸荷巖體的各向異性特性，卸荷巖體的尺寸效應，巖體流變特性，卸荷巖體宏觀力學參數(shù)的數(shù)值模擬方法及BP神經(jīng)網(wǎng)絡的應用等，還根據(jù)卸荷巖體三軸強度的實驗結(jié)果，討論了其破壞準則，提出了卸荷巖體有限元分析的基本方法，結(jié)合卸荷巖體的一些特點，敘述了卸荷巖體加固的基本思路，最后給出了工程應用實例。正在編寫的第二部教材《結(jié)構(gòu)動力學理論與應用》，主要內(nèi)容取之于國內(nèi)外有關結(jié)構(gòu)動力學方面的優(yōu)秀著作，并充分吸取了各自的優(yōu)點，對經(jīng)典內(nèi)容作了嚴謹詳盡的闡述。本書的主要特色是結(jié)合工程應用，特別是地震工程中的結(jié)構(gòu)動力學問題，反映近代分析方法和現(xiàn)代數(shù)值計算的發(fā)展，突出該領域的最新研究成果，注重學生解決問題能力的培養(yǎng)和研究發(fā)展方向的拓展。本書系統(tǒng)地介紹了結(jié)構(gòu)動力學的基本理論及其在地震工程中的應用。內(nèi)容主要包括單自由度體系、多自由度體系和連續(xù)彈性體系的基本理論闡述，以及地震工程中的結(jié)構(gòu)動力學問題，最后介紹了結(jié)構(gòu)隨機振動的基本理論及其最新研究成果———概率密度演化理論。通過這兩部教材的建設，把力學的基本理論運用到巖土工程和結(jié)構(gòu)工程中，促進了力學課程群在土木專業(yè)中的建設與發(fā)展。

三、水利專業(yè)力學課程建設

在水利類專業(yè)力學課程建設方面，我們重點編寫了一部體現(xiàn)我校水電特色、反映大壩工程研究方向的十二五規(guī)劃教材。《大壩工程滲流力學》這部教材也已編寫完成[6]，中國博士后科學基金項目資助出版，本書涉及滲流力學主要最新進展，作為我校水工專業(yè)重要的研究生力學教材越來越受到同學們的喜歡。全書主要介紹了滲流力學的基本理論和作者在大壩滲流方面所取得的研究成果，首先討論壩基裂隙巖體滲流力學基礎及大壩滲流分析與控制理論，接著論述滲流與應力、滲流與溫度的相互作用關系，然后介紹滲流場與應力場耦合分析、滲流場與溫度場耦合分析的數(shù)學模型及解法，最后給出了工程應用實例。通過該教材的建設，把力學的基本理論運用到水利工程中，促進了力學課程群在水利專業(yè)中的建設與發(fā)展。

四、力學雙語課程建設

在雙語教學方面，我們也進行了相應的教材建設，擬編寫一本土木、水利類專業(yè)力學雙語教材。本書分為力學篇、土木篇和水利篇三個部分，每部分選用10篇有特色的英文論文，每篇論文有一定的專業(yè)詞匯量，能反映專業(yè)的特點以及力學在實際工程中的應用。這些論文主要從項目組成員的研究成果中摘選，突出力學理論、力學研究方法以及力學的實際應用等。這本書作為力學群的雙語教材建設將對提高學生的外語閱讀能力、熟練掌握力學專業(yè)詞匯、提高科研外文的閱讀能力大有裨益。這也將成為力學課程群建設的一個亮點。

力學是一門歷史悠久的基礎學科，又是一門應用學科，力學與其他學科相結(jié)合，力學與工程技術相結(jié)合，是科學發(fā)展的必然趨勢。做好力學專業(yè)的建設，推動力學學科的發(fā)展，培養(yǎng)具有堅實的力學基礎和深厚的工程素養(yǎng)的復合型力學人才，是每個力學教學工作者的責任和義務。本文依托三峽大學土木、水電特色優(yōu)勢，將基礎力學課程與專業(yè)力學課程建設結(jié)合起來，提出了三峽大學土木水利類專業(yè)力學課程群建設的研究思路，并已逐步實施，這一研究成果將大大促進整個基礎力學的教學與改革，對本校力學學科的發(fā)展無疑將起到重要的推動作用。