力學(xué)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(xué)工程力學(xué)系

土木工程和水利水電工程是三峽大學(xué)的優(yōu)勢(shì)專業(yè)，也是學(xué)校的特色專業(yè)。力學(xué)作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在這兩個(gè)專業(yè)的建設(shè)與發(fā)展過(guò)程中起到了承前啟后的橋梁作用，學(xué)校給予了足夠的重視。近年來(lái)，作者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)在如何提高力學(xué)學(xué)科優(yōu)勢(shì)、促進(jìn)力學(xué)學(xué)科全面發(fā)展等方面進(jìn)行了廣泛的探討，提出了土木水利類專業(yè)力學(xué)課程群建設(shè)的思路。主要目的是通過(guò)把基礎(chǔ)力學(xué)課程建設(shè)與專業(yè)力學(xué)課程建設(shè)結(jié)合起來(lái)，使力學(xué)真正融合到專業(yè)學(xué)科的建設(shè)中，以此提升力學(xué)學(xué)科在教學(xué)中的核心地位，促進(jìn)基礎(chǔ)力學(xué)和專業(yè)力學(xué)課程的建設(shè)與發(fā)展。下面主要從課程教材建設(shè)方面談?wù)勏敕ā?/p>

一、基礎(chǔ)力學(xué)課程建設(shè)

基礎(chǔ)力學(xué)課程在本文中指的是理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)，應(yīng)該說(shuō)這幾門力學(xué)課程的理論體系較為完善，且相互關(guān)聯(lián)[1，2]。工科院校專業(yè)都開設(shè)了這幾門基礎(chǔ)力學(xué)課程，如我校的土木類專業(yè)、水利類專業(yè)以及機(jī)械類專業(yè)等，但這些課程的內(nèi)容較多，需要一定的課時(shí)來(lái)講授，按每門課程64學(xué)時(shí)來(lái)計(jì)算（彈性力學(xué)除外），授完這些課程至少需要200多學(xué)時(shí)，但高校對(duì)力學(xué)課程學(xué)時(shí)壓縮較為嚴(yán)重，可以說(shuō)現(xiàn)在的學(xué)時(shí)只夠講授最基本的內(nèi)容，想擴(kuò)大和加深授課內(nèi)容存在很大困難，因此，在極其有限的學(xué)時(shí)條件下，“教師難講、學(xué)生難學(xué)”成為一個(gè)普遍的現(xiàn)狀，唯有進(jìn)行課程內(nèi)容的調(diào)整、有針對(duì)性的練習(xí)與輔導(dǎo)才能完成教學(xué)任務(wù)，達(dá)到教學(xué)要求，提高教學(xué)質(zhì)量。對(duì)此，我們進(jìn)行了一些嘗試。

1.修訂完成《工程力學(xué)》教材。目前我們采用的教材是由國(guó)家級(jí)教學(xué)名師、國(guó)家級(jí)精品課程《工程力學(xué)》負(fù)責(zé)人，華中科技大學(xué)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(xué)、流體靜力學(xué)和變形體靜力學(xué)的基本概念、基本理論、基本方法及其應(yīng)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(guān)系這一研究主線，著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程意識(shí)。為了使該書更能反映土木、水利專業(yè)特點(diǎn)，使學(xué)生更好理解所學(xué)專業(yè)中力學(xué)概念、力學(xué)基本理論以及力學(xué)在實(shí)際中應(yīng)用，我們擬進(jìn)行該教材的首次修訂，刪除有關(guān)描述機(jī)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(guān)的例題和習(xí)題，擴(kuò)充變形體彎曲變形內(nèi)容，調(diào)整部分章節(jié)次序，簡(jiǎn)化力學(xué)術(shù)語(yǔ)的稱呼，使教材脈絡(luò)更加簡(jiǎn)單、清晰、明了。在此基礎(chǔ)上再來(lái)進(jìn)行理論力學(xué)和材料力學(xué)的內(nèi)容整合。

2.編寫材料力學(xué)教參。材料力學(xué)是我校的主干課程，也是研究生考試的重要課程，為了使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握材料力學(xué)的基本概念、基本原理和基本方法，我們正編寫《材料力學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)》教參。本書根據(jù)教育部對(duì)力學(xué)教學(xué)的基本要求、以劉鴻文主編的《材料力學(xué)》和孫訓(xùn)芳主編的《材料力學(xué)》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(jìn)，并突出重點(diǎn)和難點(diǎn)。本書每章內(nèi)容分三個(gè)模塊，即基本內(nèi)容、例題解析和自測(cè)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(xué)競(jìng)賽試題及其詳細(xì)參考答案，可以作為本科階段材料力學(xué)學(xué)習(xí)和材料力學(xué)考研輔導(dǎo)參考。

3.編寫彈性力學(xué)教參。針對(duì)彈性力學(xué)課時(shí)少、概念性強(qiáng)、學(xué)生難學(xué)的特點(diǎn)，我們編寫了《彈性力學(xué)內(nèi)容精要與典型題解》教參[4]。本書根據(jù)彈性力學(xué)課程教學(xué)與考試基本要求，分兩部分來(lái)編寫，第一部分“內(nèi)容精要”以提綱挈領(lǐng)的形式，列出基本概念和基本公式，以及相關(guān)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(qiáng)、有一定啟發(fā)和拓展性的例題，并給出了詳細(xì)的解答過(guò)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(xué)習(xí)者選用。目前，該教材在土木、水利類專業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。

二、土木類專業(yè)力學(xué)課程建設(shè)

在土木類專業(yè)力學(xué)課程建設(shè)方面，我們重點(diǎn)編寫兩部反映我校土木特色、主要針對(duì)巖土和結(jié)構(gòu)兩個(gè)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(xué)》已編寫完成[5]。本書涉及巖體力學(xué)研究的新領(lǐng)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(xué)性質(zhì)及其工程應(yīng)用。本書系統(tǒng)地闡述了巖體力學(xué)研究的現(xiàn)狀及卸荷巖體力學(xué)的原理及方法，詳細(xì)介紹了卸荷巖體力學(xué)研究?jī)?nèi)容，討論了巖體力學(xué)中系統(tǒng)工程問(wèn)題，卸荷巖體的工程特點(diǎn)及其研究方法，節(jié)理巖體拉剪及壓剪斷裂的強(qiáng)度理論，卸荷巖體的各向異性特性，卸荷巖體的尺寸效應(yīng)，巖體流變特性，卸荷巖體宏觀力學(xué)參數(shù)的數(shù)值模擬方法及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用等，還根據(jù)卸荷巖體三軸強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論了其破壞準(zhǔn)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(diǎn)，敘述了卸荷巖體加固的基本思路，最后給出了工程應(yīng)用實(shí)例。正在編寫的第二部教材《結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論與應(yīng)用》，主要內(nèi)容取之于國(guó)內(nèi)外有關(guān)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)秀著作，并充分吸取了各自的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)經(jīng)典內(nèi)容作了嚴(yán)謹(jǐn)詳盡的闡述。本書的主要特色是結(jié)合工程應(yīng)用，特別是地震工程中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，反映近代分析方法和現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算的發(fā)展，突出該領(lǐng)域的最新研究成果，注重學(xué)生解決問(wèn)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(dòng)力學(xué)的基本理論及其在地震工程中的應(yīng)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(dòng)力學(xué)問(wèn)題，最后介紹了結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)的基本理論及其最新研究成果———概率密度演化理論。通過(guò)這兩部教材的建設(shè)，把力學(xué)的基本理論運(yùn)用到巖土工程和結(jié)構(gòu)工程中，促進(jìn)了力學(xué)課程群在土木專業(yè)中的建設(shè)與發(fā)展。

三、水利專業(yè)力學(xué)課程建設(shè)

在水利類專業(yè)力學(xué)課程建設(shè)方面，我們重點(diǎn)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(xué)》這部教材也已編寫完成[6]，中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目資助出版，本書涉及滲流力學(xué)主要最新進(jìn)展，作為我校水工專業(yè)重要的研究生力學(xué)教材越來(lái)越受到同學(xué)們的喜歡。全書主要介紹了滲流力學(xué)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(xué)基礎(chǔ)及大壩滲流分析與控制理論，接著論述滲流與應(yīng)力、滲流與溫度的相互作用關(guān)系，然后介紹滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析、滲流場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合分析的數(shù)學(xué)模型及解法，最后給出了工程應(yīng)用實(shí)例。通過(guò)該教材的建設(shè)，把力學(xué)的基本理論運(yùn)用到水利工程中，促進(jìn)了力學(xué)課程群在水利專業(yè)中的建設(shè)與發(fā)展。

四、力學(xué)雙語(yǔ)課程建設(shè)

在雙語(yǔ)教學(xué)方面，我們也進(jìn)行了相應(yīng)的教材建設(shè)，擬編寫一本土木、水利類專業(yè)力學(xué)雙語(yǔ)教材。本書分為力學(xué)篇、土木篇和水利篇三個(gè)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(diǎn)以及力學(xué)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。這些論文主要從項(xiàng)目組成員的研究成果中摘選，突出力學(xué)理論、力學(xué)研究方法以及力學(xué)的實(shí)際應(yīng)用等。這本書作為力學(xué)群的雙語(yǔ)教材建設(shè)將對(duì)提高學(xué)生的外語(yǔ)閱讀能力、熟練掌握力學(xué)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(xué)課程群建設(shè)的一個(gè)亮點(diǎn)。

力學(xué)是一門歷史悠久的基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門應(yīng)用學(xué)科，力學(xué)與其他學(xué)科相結(jié)合，力學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合，是科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。做好力學(xué)專業(yè)的建設(shè)，推動(dòng)力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)和深厚的工程素養(yǎng)的復(fù)合型力學(xué)人才，是每個(gè)力學(xué)教學(xué)工作者的責(zé)任和義務(wù)。本文依托三峽大學(xué)土木、水電特色優(yōu)勢(shì)，將基礎(chǔ)力學(xué)課程與專業(yè)力學(xué)課程建設(shè)結(jié)合起來(lái)，提出了三峽大學(xué)土木水利類專業(yè)力學(xué)課程群建設(shè)的研究思路，并已逐步實(shí)施，這一研究成果將大大促進(jìn)整個(gè)基礎(chǔ)力學(xué)的教學(xué)與改革，對(duì)本校力學(xué)學(xué)科的發(fā)展無(wú)疑將起到重要的推動(dòng)作用。