力学课程群的建构思路

本文作者：叶永、刘章军、彭辉、李建林 单位：三峡大学工程力学系

土木工程和水利水电工程是三峡大学的优势专业，也是学校的特色专业。力学作为一门重要的专业基础课程，在这两个专业的建设与发展过程中起到了承前启后的桥梁作用，学校给予了足够的重视。近年来，作者所在教学团队在如何提高力学学科优势、促进力学学科全面发展等方面进行了广泛的探讨，提出了土木水利类专业力学课程群建设的思路。主要目的是通过把基础力学课程建设与专业力学课程建设结合起来，使力学真正融合到专业学科的建设中，以此提升力学学科在教学中的核心地位，促进基础力学和专业力学课程的建设与发展。下面主要从课程教材建设方面谈谈想法。

一、基础力学课程建设

基础力学课程在本文中指的是理论力学、材料力学、结构力学和弹性力学，应该说这几门力学课程的理论体系较为完善，且相互关联[1，2]。工科院校专业都开设了这几门基础力学课程，如我校的土木类专业、水利类专业以及机械类专业等，但这些课程的内容较多，需要一定的课时来讲授，按每门课程64学时来计算（弹性力学除外），授完这些课程至少需要200多学时，但高校对力学课程学时压缩较为严重，可以说现在的学时只够讲授最基本的内容，想扩大和加深授课内容存在很大困难，因此，在极其有限的学时条件下，“教师难讲、学生难学”成为一个普遍的现状，唯有进行课程内容的调整、有针对性的练习与辅导才能完成教学任务，达到教学要求，提高教学质量。对此，我们进行了一些尝试。

1.修订完成《工程力学》教材。目前我们采用的教材是由国家级教学名师、国家级精品课程《工程力学》负责人，华中科技大学陈传尧教授主编完成的[3]，该教材主要内容包括刚体静力学、流体静力学和变形体静力学的基本概念、基本理论、基本方法及其应用，突出了力的平衡、变形的几何协调、力与变形间的物理关系这一研究主线，着重强调学生的工程意识。为了使该书更能反映土木、水利专业特点，使学生更好理解所学专业中力学概念、力学基本理论以及力学在实际中应用，我们拟进行该教材的首次修订，删除有关描述机械专业的疲劳与断裂方面等的内容，增加一些与土木、水利类专业相关的例题和习题，扩充变形体弯曲变形内容，调整部分章节次序，简化力学术语的称呼，使教材脉络更加简单、清晰、明了。在此基础上再来进行理论力学和材料力学的内容整合。

2.编写材料力学教参。材料力学是我校的主干课程，也是研究生考试的重要课程，为了使学生在有限的时间内掌握材料力学的基本概念、基本原理和基本方法，我们正编写《材料力学学习指导》教参。本书根据教育部对力学教学的基本要求、以刘鸿文主编的《材料力学》和孙训芳主编的《材料力学》为参考教材，从内容编排上力求从易到难、由浅入深、循序渐进，并突出重点和难点。本书每章内容分三个模块，即基本内容、例题解析和自测题，在该书的最后还将附有本科生考试试题、研究生考试试题及力学竞赛试题及其详细参考答案，可以作为本科阶段材料力学学习和材料力学考研辅导参考。

3.编写弹性力学教参。针对弹性力学课时少、概念性强、学生难学的特点，我们编写了《弹性力学内容精要与典型题解》教参[4]。本书根据弹性力学课程教学与考试基本要求，分两部分来编写，第一部分“内容精要”以提纲挈领的形式，列出基本概念和基本公式，以及相关的物理意义和注释，第二部分“典型例题”精选了一些概念性强、有一定启发和拓展性的例题，并给出了详细的解答过程和解题分析。本书在最后还给出了10套不同层次的考试试题及参考答案，可供学习者选用。目前，该教材在土木、水利类专业中得到了广泛应用。

二、土木类专业力学课程建设

在土木类专业力学课程建设方面，我们重点编写两部反映我校土木特色、主要针对岩土和结构两个主要研究方向的十二五规划教材。第一部教材《卸荷岩体力学》已编写完成[5]。本书涉及岩体力学研究的新领域，新成果，主要研究自然界及岩体工程中卸荷岩体在力及其他因素作用下，岩体卸荷力学性质及其工程应用。本书系统地阐述了岩体力学研究的现状及卸荷岩体力学的原理及方法，详细介绍了卸荷岩体力学研究内容，讨论了岩体力学中系统工程问题，卸荷岩体的工程特点及其研究方法，节理岩体拉剪及压剪断裂的强度理论，卸荷岩体的各向异性特性，卸荷岩体的尺寸效应，岩体流变特性，卸荷岩体宏观力学参数的数值模拟方法及BP神经网络的应用等，还根据卸荷岩体三轴强度的实验结果，讨论了其破坏准则，提出了卸荷岩体有限元分析的基本方法，结合卸荷岩体的一些特点，叙述了卸荷岩体加固的基本思路，最后给出了工程应用实例。正在编写的第二部教材《结构动力学理论与应用》，主要内容取之于国内外有关结构动力学方面的优秀著作，并充分吸取了各自的优点，对经典内容作了严谨详尽的阐述。本书的主要特色是结合工程应用，特别是地震工程中的结构动力学问题，反映近代分析方法和现代数值计算的发展，突出该领域的最新研究成果，注重学生解决问题能力的培养和研究发展方向的拓展。本书系统地介绍了结构动力学的基本理论及其在地震工程中的应用。内容主要包括单自由度体系、多自由度体系和连续弹性体系的基本理论阐述，以及地震工程中的结构动力学问题，最后介绍了结构随机振动的基本理论及其最新研究成果———概率密度演化理论。通过这两部教材的建设，把力学的基本理论运用到岩土工程和结构工程中，促进了力学课程群在土木专业中的建设与发展。

三、水利专业力学课程建设

在水利类专业力学课程建设方面，我们重点编写了一部体现我校水电特色、反映大坝工程研究方向的十二五规划教材。《大坝工程渗流力学》这部教材也已编写完成[6]，中国博士后科学基金项目资助出版，本书涉及渗流力学主要最新进展，作为我校水工专业重要的研究生力学教材越来越受到同学们的喜欢。全书主要介绍了渗流力学的基本理论和作者在大坝渗流方面所取得的研究成果，首先讨论坝基裂隙岩体渗流力学基础及大坝渗流分析与控制理论，接着论述渗流与应力、渗流与温度的相互作用关系，然后介绍渗流场与应力场耦合分析、渗流场与温度场耦合分析的数学模型及解法，最后给出了工程应用实例。通过该教材的建设，把力学的基本理论运用到水利工程中，促进了力学课程群在水利专业中的建设与发展。

四、力学双语课程建设

在双语教学方面，我们也进行了相应的教材建设，拟编写一本土木、水利类专业力学双语教材。本书分为力学篇、土木篇和水利篇三个部分，每部分选用10篇有特色的英文论文，每篇论文有一定的专业词汇量，能反映专业的特点以及力学在实际工程中的应用。这些论文主要从项目组成员的研究成果中摘选，突出力学理论、力学研究方法以及力学的实际应用等。这本书作为力学群的双语教材建设将对提高学生的外语阅读能力、熟练掌握力学专业词汇、提高科研外文的阅读能力大有裨益。这也将成为力学课程群建设的一个亮点。

力学是一门历史悠久的基础学科，又是一门应用学科，力学与其他学科相结合，力学与工程技术相结合，是科学发展的必然趋势。做好力学专业的建设，推动力学学科的发展，培养具有坚实的力学基础和深厚的工程素养的复合型力学人才，是每个力学教学工作者的责任和义务。本文依托三峡大学土木、水电特色优势，将基础力学课程与专业力学课程建设结合起来，提出了三峡大学土木水利类专业力学课程群建设的研究思路，并已逐步实施，这一研究成果将大大促进整个基础力学的教学与改革，对本校力学学科的发展无疑将起到重要的推动作用。