基础力学课程在不同工科专业教学中的差异分析

李志敏 汪旭光 汪泉 刘文震

摘要：基礎力学课程是理工类高校里很多工科专业的必修基础课，其任课教师一般独立于授课专业院系，统一在基础教学院系里.基础力学课程在不同工科专业的课程设置、授课计划、授课内容等有差异.通过列举安徽理工大学里几个典型工科专业开设基础力学课程的科目、学时及学习时间分布和具体范例，说明基础力学课程在不同工科专业授课时“同内涵，异外延”的差异.基于差异显著，建议基础力学课程由各工科专业培训本专业教师任课.

关键词：基础力学;基础课;工科专业;差异分析

中图分类号：G642.0  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）08-0146-03

引言

基础力学课程体系由《理论力学》《材料力学》《工程力学》《弹性力学》《基础力学实验》等课程组成，它是许多工科专业的基础性必修课程[1].以理工类高校安徽理工大学为例，安徽理工大学是安徽省重点建设的特色高水平大学，建校70多年来形成了以工科为主体，以地矿、爆破等学科为特色，工、理、医、管、文、经、法、艺协调发展的办学体系.在安徽理工大学，特色的地矿、爆破等专业，基础力学课程在其课程设置中所占权重很高;学校传统的工科专业如土木工程、机械设计与自动化工程等专业的人才培养更是离不开坚实的基础力学课程支撑;新兴的专业如车辆工程、地下空间、复合材料等要求学生对基础力学知识的掌握程度很高.然而各专业的特色、内涵不同，毕业要求、培养目标也不一样，因此基础力学课程的学习科目、学习内容、学习时间、学习课时、考核要求等教学方面各专业也不尽相同，要区别对待.

1 基础力学课程在各工科专业教学中的共性分析

基础力学既属于自然科学，又属于工程科学，基础性和应用性并存，且同样鲜明.首先基础力学要求学生有较高的逻辑性思维和较深的数学、物理知识储备，其次在理工类高校中，大部分理工专业，特别是工科专业均要涉及力学知识，所以基础力学课程在理工类高校中，往往划归为基础课的范畴.如安徽理工大学，承接基础力学教学任务的教师一直和承接数学、物理教学任务的教师在同一教学单位，按学校发展的时间顺序，依次归属基础部、数理系、理学院、力学与光电物理学院，虽然名称变革日显力学教学的重要性，但作为基础课的性质一直没有变.

基础力学课程在培养学生创新方面能大显身手，一方面因为它和人类的工程进步息息相关，如土木、机械、材料、航空航天、水利电力、船舶、能源、生物等领域均需有力学的坚实基础[2].另一方面基础力学课程能培养学生较强的逻辑思维能力和理论分析水平.安徽理工大学人才培养特色为“厚基础、重实践、求创新、高素质”.基础力学课程所传授的思维分析方法为合理的模型来处理实际问题，即在处理问题时，把它抽象化、模型化.力学模型要保留实际问题的重要特征而忽略其次要的因素.这种科学分析问题的方法是一种很重要的方法，是各个学科日后在解决具体相关工程问题所采用的最基本的分析方法.所以，基础力学课程是基础课，力学教育是最基本、最重要的科学训练.

2 基础力学课程的科目设置、学时及学习时间在各工科专业的分布情况

各工科专业在拟定培养计划时，设置的基础力学课程科目往往有两种形式，一种是单一的《工程力学》科目，另一种是《理论力学》和《材料力学》组合形式.当然，有些专业后面要配以《弹性力学》《结构力学》《流体力学》《冲击动力学》等科目补充.

基础力学课程一般都从大二开始，也就是第3学期才能开课，因为基础力学课程学习需要有必要的数学、物理基础，而第3学期是高等数学、大学物理课程的中间时期，力学所需要的基础数学、物理知识已经基本学习，所以可以开始开设基础力学课程.

安徽理工大学基础力学课程在各典型工科专业所开设的科目、开设学期及学时分布如下表.

从上面统计报表可以看出，各工科专业从自己专业需求出发，选择了相应的基础力学课程科目组合，以及学习时间和所学课时.如果用学分制分析，以16学时为1学分计，上表中各专业基础力学总学分分别为：土木工程最高，约16.5学分;采矿工程、机械设计与自动化、城市地下空间以及车辆工程次之，约11.5学分;弹药理论与爆炸技术，约8学分;工程管理和安全工程最少，约6学分.

3 “同内涵，异外延”——基础力学课程在不同工科专业授课时的差异分析

高校里，常规的公共基础课，如高数、大物、大学英语、思想政治等课程面向大部分专业，授课时教学计划和教学内容大同小异，任课教师可以在各专业间任意调配，一般不会引起教学效果差异.基础力学课程，虽然所授力学基本原理相同，但针对不同专业授课时，讲授方法、讲授内容和选用教材是不一样的.不同教育背景，学术方向的基础力学教师所承担的教学任务在专业分配上一定要注意教师对所授专业的熟悉度，只有足够了解相关专业力学课程在其培养计划中的比重和培养要求才能合理掌握力学课程的讲授内容和讲授重难点.更重要的是若基础力学教师对所授专业熟悉，在上课时更能有的放矢，融会贯通，能够结合专业把力学知识讲得深入浅出，事半功倍.在此，基础力学教师虽不是专业课教师，但尽量有专业教师的修为[3].

基础力学课程在不同工科专业授课时，基本原理相同，但结合各专业的理论应用时，却有很大不同，即“同内涵，异外延”.下面是安徽理工大学基础力学课程“异外延”的几个范例.

针对具有矿业背景如采矿工程、安全工程等专业特性的基础力学内容范例

3.1 力学建模是把一个工程问题转化为一个力学问题的第一步.力学建模是要保留实际问题的重要特征而略去次要因素的一种科学分析方法.常用的基础力学教材所列举的力学模型往往以机械专业或土木专业为工程背景，对矿业类学生上课时，基础力学老师要跳出教材束缚，结合矿山工程授课，甚至可以编撰一套相应的基础力学教材[4].

3.1.1 采空区覆岩结构可以简化为简支梁模型

见图1.

3.1.2 矿业巷道可以用平面应变问题分析

物体一个方向尺寸比另外两个方向尺寸大得多的力学分析可用平面应变问题解决，矿业巷道属于此类问题，并且根据力学原理可以合理设计巷道截面形状.

3.2 弯矩图在土木工程类专业和机械工程类专业差别

土木工程类和机械工程类同作为基础力学课程重要工实践背景支撑专业，尽管所学力学原理相同，但依据专业需要，有些人为定义还是不同的，如弯矩图的方向.在大部分材料力学教材里，定义弯矩正负，由杆件变形定义，向下凹曲为正，此也为机械类专业所选用定义.而在土木类专业，或者在结构力学中定义弯矩图直接画在受拉一侧，即弯矩图方向与机械类定义相反.图3为机械工程中吊车梁模型及其的矩图，图4为土木工程中独木桥模型及其弯矩图.

3.3 弹药工程与爆炸技术专业特殊的强度理论

大部分工程，在考虑工程结构强度时，都出于安全需要，选用合适的力学强度理论，总体上可表示为：

σr—工作时的相当应力，

[σ]—材料许用应力.

在爆破工程中，要求爆炸冲击波强度远大于爆破介质抵抗强度，才能完成破坏介质目的，即

σs—爆炸冲击波强度

σu—爆破介质破坏的极值应力.

4 结束语

基础力学课程在大部分理工类高校里以公共基础课的形式存在，但针对不同工科专业授课时，开设时间、教学课时、教学内容、教材使用等都有所不同.这对于我们基础力学任课教师专业修养提出很高要求，既要熟知力学专业知识，更要理解力学在所授专业的地位、作用.为了更好地服务各相关工科专业，笔者建议各理工类高校可以采用国外一些高校的做法，取消基础力学课程公共基础课的性质.在各相关工科专业，培养自己的专业教师讲授基础力学课程.基础力学课程以专业基础课的形式，存在各相关工科专业的培养计划中[5].这好比各专业的专业英语课程，均是各专业的专业教师任课，而不是公共基础外语老师上课一样.

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参考文献：

〔1〕吴艾辉.研究型大学工科专业力学课程教学方法创新与实践[J].力学与实践，2017，39（3）：299-301.

〔2〕刘浔江.高等工程教育中力學课程改革的理论与实践[J].力学与实践，2009，31（5）：77-81.

〔3〕雷静，张功学，李建军，王永琴.如何培养基础力学教师教学能力[J].教育教学论坛，2016，（50）：19-20.

〔4〕赵康，严雅静.矿业类院校基础力学课程教学改革探索与实践[J].江西理工大学学报，2016，37（6）：63-67.

〔5〕贾启芬，刘习军，赵志岗.基础力学课程教学内容和体系改革的研究与实践[J].力学与实践，2001，23（6）：49-51.