基礎力學課程在不同工科專業教學中的差異分析

李志敏 汪旭光 汪泉 劉文震

摘要：基礎力學課程是理工類高校里很多工科專業的必修基礎課，其任課教師一般獨立于授課專業院系，統一在基礎教學院系里.基礎力學課程在不同工科專業的課程設置、授課計劃、授課內容等有差異.通過列舉安徽理工大學里幾個典型工科專業開設基礎力學課程的科目、學時及學習時間分布和具體范例，說明基礎力學課程在不同工科專業授課時“同內涵，異外延”的差異.基于差異顯著，建議基礎力學課程由各工科專業培訓本專業教師任課.

關鍵詞：基礎力學;基礎課;工科專業;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

基礎力學課程體系由《理論力學》《材料力學》《工程力學》《彈性力學》《基礎力學實驗》等課程組成，它是許多工科專業的基礎性必修課程[1].以理工類高校安徽理工大學為例，安徽理工大學是安徽省重點建設的特色高水平大學，建校70多年來形成了以工科為主體，以地礦、爆破等學科為特色，工、理、醫、管、文、經、法、藝協調發展的辦學體系.在安徽理工大學，特色的地礦、爆破等專業，基礎力學課程在其課程設置中所占權重很高;學校傳統的工科專業如土木工程、機械設計與自動化工程等專業的人才培養更是離不開堅實的基礎力學課程支撐;新興的專業如車輛工程、地下空間、復合材料等要求學生對基礎力學知識的掌握程度很高.然而各專業的特色、內涵不同，畢業要求、培養目標也不一樣，因此基礎力學課程的學習科目、學習內容、學習時間、學習課時、考核要求等教學方面各專業也不盡相同，要區別對待.

1 基礎力學課程在各工科專業教學中的共性分析

基礎力學既屬于自然科學，又屬于工程科學，基礎性和應用性并存，且同樣鮮明.首先基礎力學要求學生有較高的邏輯性思維和較深的數學、物理知識儲備，其次在理工類高校中，大部分理工專業，特別是工科專業均要涉及力學知識，所以基礎力學課程在理工類高校中，往往劃歸為基礎課的范疇.如安徽理工大學，承接基礎力學教學任務的教師一直和承接數學、物理教學任務的教師在同一教學單位，按學校發展的時間順序，依次歸屬基礎部、數理系、理學院、力學與光電物理學院，雖然名稱變革日顯力學教學的重要性，但作為基礎課的性質一直沒有變.

基礎力學課程在培養學生創新方面能大顯身手，一方面因為它和人類的工程進步息息相關，如土木、機械、材料、航空航天、水利電力、船舶、能源、生物等領域均需有力學的堅實基礎[2].另一方面基礎力學課程能培養學生較強的邏輯思維能力和理論分析水平.安徽理工大學人才培養特色為“厚基礎、重實踐、求創新、高素質”.基礎力學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.這種科學分析問題的方法是一種很重要的方法，是各個學科日后在解決具體相關工程問題所采用的最基本的分析方法.所以，基礎力學課程是基礎課，力學教育是最基本、最重要的科學訓練.

2 基礎力學課程的科目設置、學時及學習時間在各工科專業的分布情況

各工科專業在擬定培養計劃時，設置的基礎力學課程科目往往有兩種形式，一種是單一的《工程力學》科目，另一種是《理論力學》和《材料力學》組合形式.當然，有些專業后面要配以《彈性力學》《結構力學》《流體力學》《沖擊動力學》等科目補充.

基礎力學課程一般都從大二開始，也就是第3學期才能開課，因為基礎力學課程學習需要有必要的數學、物理基礎，而第3學期是高等數學、大學物理課程的中間時期，力學所需要的基礎數學、物理知識已經基本學習，所以可以開始開設基礎力學課程.

安徽理工大學基礎力學課程在各典型工科專業所開設的科目、開設學期及學時分布如下表.

從上面統計報表可以看出，各工科專業從自己專業需求出發，選擇了相應的基礎力學課程科目組合，以及學習時間和所學課時.如果用學分制分析，以16學時為1學分計，上表中各專業基礎力學總學分分別為：土木工程最高，約16.5學分;采礦工程、機械設計與自動化、城市地下空間以及車輛工程次之，約11.5學分;彈藥理論與爆炸技術，約8學分;工程管理和安全工程最少，約6學分.

3 “同內涵，異外延”——基礎力學課程在不同工科專業授課時的差異分析

高校里，常規的公共基礎課，如高數、大物、大學英語、思想政治等課程面向大部分專業，授課時教學計劃和教學內容大同小異，任課教師可以在各專業間任意調配，一般不會引起教學效果差異.基礎力學課程，雖然所授力學基本原理相同，但針對不同專業授課時，講授方法、講授內容和選用教材是不一樣的.不同教育背景，學術方向的基礎力學教師所承擔的教學任務在專業分配上一定要注意教師對所授專業的熟悉度，只有足夠了解相關專業力學課程在其培養計劃中的比重和培養要求才能合理掌握力學課程的講授內容和講授重難點.更重要的是若基礎力學教師對所授專業熟悉，在上課時更能有的放矢，融會貫通，能夠結合專業把力學知識講得深入淺出，事半功倍.在此，基礎力學教師雖不是專業課教師，但盡量有專業教師的修為[3].

基礎力學課程在不同工科專業授課時，基本原理相同，但結合各專業的理論應用時，卻有很大不同，即“同內涵，異外延”.下面是安徽理工大學基礎力學課程“異外延”的幾個范例.

針對具有礦業背景如采礦工程、安全工程等專業特性的基礎力學內容范例

3.1 力學建模是把一個工程問題轉化為一個力學問題的第一步.力學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分析方法.常用的基礎力學教材所列舉的力學模型往往以機械專業或土木專業為工程背景，對礦業類學生上課時，基礎力學老師要跳出教材束縛，結合礦山工程授課，甚至可以編撰一套相應的基礎力學教材[4].

3.1.1 采空區覆巖結構可以簡化為簡支梁模型

見圖1.

3.1.2 礦業巷道可以用平面應變問題分析

物體一個方向尺寸比另外兩個方向尺寸大得多的力學分析可用平面應變問題解決，礦業巷道屬于此類問題，并且根據力學原理可以合理設計巷道截面形狀.

3.2 彎矩圖在土木工程類專業和機械工程類專業差別

土木工程類和機械工程類同作為基礎力學課程重要工實踐背景支撐專業，盡管所學力學原理相同，但依據專業需要，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，此也為機械類專業所選用定義.而在土木類專業，或者在結構力學中定義彎矩圖直接畫在受拉一側，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專業特殊的強度理論

大部分工程，在考慮工程結構強度時，都出于安全需要，選用合適的力學強度理論，總體上可表示為：

σr—工作時的相當應力，

[σ]—材料許用應力.

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

σs—爆炸沖擊波強度

σu—爆破介質破壞的極值應力.

4 結束語

基礎力學課程在大部分理工類高校里以公共基礎課的形式存在，但針對不同工科專業授課時，開設時間、教學課時、教學內容、教材使用等都有所不同.這對于我們基礎力學任課教師專業修養提出很高要求，既要熟知力學專業知識，更要理解力學在所授專業的地位、作用.為了更好地服務各相關工科專業，筆者建議各理工類高?？梢圆捎脟庖恍└咝５淖龇ǎ∠A力學課程公共基礎課的性質.在各相關工科專業，培養自己的專業教師講授基礎力學課程.基礎力學課程以專業基礎課的形式，存在各相關工科專業的培養計劃中[5].這好比各專業的專業英語課程，均是各專業的專業教師任課，而不是公共基礎外語老師上課一樣.

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參考文獻：

〔1〕吳艾輝.研究型大學工科專業力學課程教學方法創新與實踐[J].力學與實踐，2017，39（3）：299-301.

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

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

〔4〕趙康，嚴雅靜.礦業類院?；A力學課程教學改革探索與實踐[J].江西理工大學學報，2016，37（6）：63-67.

〔5〕賈啟芬，劉習軍，趙志崗.基礎力學課程教學內容和體系改革的研究與實踐[J].力學與實踐，2001，23（6）：49-51.