模塊化結構的分層次力學課程體系構建

[摘要] 力學類課程作為學科基礎性課程和專業基礎課程在理工科專業培養方案中起著承上啟下的作用，但不同專業對力學類課程的要求不同，通過建立模塊化結構的分層次力學課程體系，供不同專業在修訂培養方案時進行選擇，為提高教學效率和教學質量提供保障。

[關鍵詞] 模塊化 分層次 力學 課程體系

力學既是一門重要的基礎學科，又是一門在絕大多數科學技術和工程領域具有重要作用的技術學科，特別在現代工程技術的發展與進步中起著重要作用。力學課程是工科院校中一類重要的基礎課程。我校力學課程包括“理論力學”、“材料力學”、“工程力學”、“結構力學”、“彈性力學”及“工程流體力學”等。為了適應國民經濟建設的發展對人才的需要，滿足高等教育改革的要求，在“厚基礎、寬口徑、強能力”的思想指導下，以工程技術為背景，突出工程實踐能力和創新精神培養，拓寬知識面，增強適應性。以培養學生的創新精神，培養創造性人才為核心，建立與之相適應的力學課程教學體系。

中國地質大學(北京)關于修訂本科培養方案的原則意見中提出，新的培養方案要深化通識基礎課和學科基礎課的教學改革，實施分級或分層次教學。力學類課程作為學科基礎性課程和專業基礎課程在培養方案中起著承上啟下的作用，但不同專業對力學類課程的要求不同，為此建立模塊化結構的多層次力學課程體系，為滿足不同專業的需要提供選擇，達到提高教學效率的目的。

一、力學類課程單元模塊的設置

力學類課程單元模塊的設置要圍繞為專業服務這個核心，課程體系構建要形成以能力培養為目標的課程功能模塊;要以能力為中心構建力學類課程分層次教學體系，加強學生在分析和運用等方面能力培養，提高綜合素質。課程單元模塊的設置要做到統一性和多樣性相結合，形成方向特色課程模塊，滿足不同專業學生個性發展和適應能力的需要，同時與專業發展、學科建設相互交叉，擴展學生知識面，使學生能形成合理的知識結構，增強學生適應能力和創新能力，提高學生綜合素質。

以能力培養為核心，首先要按照“必需夠用”的原則來設置課程單元模塊，單元模塊要突出應用性;其次要將力學知識與專業知識結合起來，增強力學知識的適應性，使知識能轉化為能力;最后要加強學生創新能力的培養和拓展，強化能力水平的滲透性，讓知識和能力“遷移可用”。根據以上原則，結合我校情況，共設置了22個模塊，主要內容如下:

靜力學(16學時):最基礎的一個模塊，要求掌握靜力學基本理論、受力分析、力系的合成(簡化)、力系的平衡及應用。

運動學(16學時):包括點的運動學和剛體運動學，重點是點的復合運動和剛體的平面運動。

動力學(16學時):重點是剛體和剛體系統的動力問題，包括動力學普遍定理及應用和動靜法。

分析力學基礎(16學時):屬于擴展模塊，主要內容為虛位移原理及應用、動力學普遍方程及應用、第二類拉格朗日方程及應用。

振動力學基礎(16學時):專題模塊，主要內容為單自由度系統的自由振動、衰減振動、無阻尼受迫振動及有阻尼受迫振動。

基本變形(32學時):重點研究桿件在軸向拉伸與壓縮、剪切與擠壓、圓軸扭轉、梁的平面彎曲時的內力、應力、強度、變形、剛度計算等，本模塊含實驗4學時，包括材料力學性能測試和電阻應變測量技術的應用。

應力狀態強度理論及應用(16學時):包括應力狀態理論、常用強度理論及組合變形強度計算，此外將壓桿穩定和動載荷與交變應力并入這一模塊，含實驗2學時。

能量法及靜不定系統(16學時):屬于擴展模塊，包括能量法及應用、簡單靜不定系統。

靜定結構(16學時):結構力學基本模塊，含體系的幾何組成、靜定結構內力和位移計算。

超靜定結構(1)(16學時):包括力法解超靜定結構、位移法解超靜定結構。

超靜定結構(2)(16學時):力矩分配法、矩陣位移法、影響線及內力包絡線。

結構動力學(16學時):結構力學擴展模塊，包括結構動力分析、結構穩定性計算、結構的極限載荷3個專題。

彈性力學基本理論(16學時):彈性力學平面問題和空間問題的基本理論。

彈性力學基本解法(16學時):彈性力學平面問題基本解法(含直角坐標和極坐標)，柱體彈性扭轉、板的彈性彎曲。

彈塑性基本理論(16學時):應力分析理論、應變分析理論、應力與應變關系理論。

彈塑性基本方法(16學時):厚壁圓筒的彈塑性分析、柱體扭轉的彈塑性分析、板的彈塑性彎曲、塑性極限分析理論及應用。

線彈性斷裂力學(24學時):線彈性斷裂力學理論及應用、復合斷裂理論及應用。

彈塑性斷裂力學(8學時):彈塑性斷裂力學理論及應用。

損傷力學(8學時):損傷力學理論及應用。

工程流體力學基礎(16學時):流體靜力學、流體運動學、流體動力學基礎。

工程流體力學應用(16學時):流體力學在工程的應用，含實驗4學時。

有限元法基礎(16學時):有限元素法的基本理論。

二、根據單元模塊構建分層次課程體系

為構建適應不同專業的分層次力學課程體系，首先要與各專業負責人溝通，了解各專業培養目標中對力學課程的要求，在合理設計學生知識、能力、素質結構的基礎上，力求科學地處理各單元模塊及教學環節的關系，通過整體優化，改善課程結構，增強教學效果。同時要注意理論教學與實踐教學的有機結合，密切注意學科前沿的發展和學生創新思維和創新能力的培養。對不同專業學生，要考慮到因材施教的問題。

課程內容要做到精而實。要對原有課程重新進行內容的融合、疊加、拆分和滲透，刪除不必要的交叉和脫離實際的內容、增加與需求相適應的內容。將教學內容有機地組合成一種“有效、實用”的新型單元模塊，在確保教學目標的前提下，實施課程內容的整合，將知識與技能組成靈活的教學單元，以提高課程設置的實用性，實現最佳教學效果。

在設置單元模塊和與專業結合的基礎上，根據21個模塊可以方便靈活地組成不同層次、適應不同專業的力學課程，如工程力學課程:

工程力學A(48學時)=靜力學(16學時)+基本變形(32學時)

工程力學B(64學時)=靜力學(16學時)+基本變形(32學時)+應力狀態強度理論及應用(16學時)

工程力學C(64學時)=靜力學(16學時)+基本變形(32學時)+工程流體力學基礎(16學時)

其中，工程力學A適應我校對力學要求不高的理工科專業，如材料科學與工程、地質學、海洋科學等。工程力學B和C適應要求稍高的安全工程、資源勘查與工程、地球物理、地下水科學與工程、石油工程等專業。對于要求更高的勘查技術與工程、土木工程、機械設計制造及其自動化、地質學基地班，可選擇理論力學和材料力學，或者固體力學基礎。

理論力學A(48學時)=靜力學(16學時)運動學(16學時)+動力學(16學時)

理論力學B(64)=靜力學(16學時)運動學(16學時)+動力學(16學時)+分析力學基礎(16學時)或振動力學基礎(16學時)

材料力學A(48)=基本變形(32學時)+應力狀態強度理論及應用(16學時)

材料力學B(64)=基本變形(32學時)+應力狀態強度理論及應用(16學時)+能量法及靜不定系統(16學時)

固體力學基礎A(48)=基本變形(32學時)+彈塑性基本理論(16學時)

固體力學基礎B(64)=基本變形(32學時)+應力狀態強度理論及應用(16學時)+彈塑性基本理論(16學時)

對土木工程、勘查技術與工程、機械設計制造及其自動化、安全工程專業，后續課程可選擇結構力學、彈性力學、工程流體力學等課程。

結構力學A(32學時)=靜定結構(16學時)+超靜定結構(1)(16學時)

結構力學B(48學時)=靜定結構(16學時)+超靜定結構(1)(16學時)+超靜定結構(2)(16學時)

結構力學C(64學時)=靜定結構(16學時)+超靜定結構(1)(16學時)+超靜定結構(2)(16學時)+結構動力學(16學時)

彈性力學(32學時)=彈性力學基本理論(16學時)+彈性力學基本解法(16學時)

彈性力學及有限元(48學時)=彈性力學基本理論(16學時)+彈性力學基本解法(16學時)+有限元法基礎(16學時)

工程流體力學(32學時)=工程流體力學基礎(16學時)+工程流體力學應用(16學時)

對于要求更高的高年級學生或研究生可選擇彈塑性力學、斷裂力學等課程。

彈塑性力學(48學時)=彈塑性基本理論(16學時)+彈性力學基本解法(16學時)+彈塑性基本方法(16學時)

彈塑性力學及有限元(64學時)=彈塑性基本理論(16學時)+彈性力學基本解法(16學時)+彈塑性基本方法(16學時)+有限元法基礎(16學時)

斷裂力學(32學時)=線彈性斷裂力學(24學時)+彈塑性斷裂力學(8學時)

斷裂及損傷力學(32學時)=線彈性斷裂力學(24學時)+損傷力學(8學時)

以上列舉了部分課程，根據單元模塊還可組合成其它課程，供不同專業在設置培養方案時選擇。由于可選擇范圍寬、層次多，該方案受到我校各專業修訂培養方案負責人的好評。

三、分層次力學課程體系構建應注意的問題

1.力學課程體系要以“必需、夠用、有效、實用”為度

由于我校未設置力學類專業，所以力學類課程要注重為專業基礎和專業課服務。力學課程體系構建要緊密結合理工科專業的發展，重點放在如何利用力學知識分析、解決工程問題的能力上。在課程設置中堅持以能力為本，探索培養學生工程意識與相應的實踐能力、綜合運用能力相結合的分層次力學課程教學體系。達到為專業培養目標服務。

2.制定切實可行的教學大綱是保證教學質量的前提

教學大綱是根據課程在培養方案中的地位、作用以及課程性質、目的和任務制定的課程內容、體系、范圍和教學要求的基本綱要。它是實施教育思想和教學計劃的基本保證，是進行教學質量評估的重要依據，也是學生學習的指導性文件。結合新課程體系的構建，制定符合各專業要求、切實可行的教學大綱是保證教學質量的前提，也是進行教學研究與改革的基礎。

3. 師資隊伍建設是課程體系改革得以順利開展的重要保證

大綱的制定、教學過程的組織都離不開教師。為了加強師資隊伍建設，促進課程體系改革的順利進行，應組建課程建設小組，實行責任制，由課程負責人組織制定并主持實施課程的改革規劃，組織制訂或修訂課程實施方案并進行相應的教改和教研活動。

本文受中國地質大學(北京) 2009-2010年度教學研究與教學改革項目資助。