對非力學專業基礎力學教材體系改革的思考

隨著力學課程改革的深化，力學課程教材的改革取得了突破，但這并不意味著教材改革可以立即結束。另一方面，作者認為，在這種情況下，我們應該根據之前的改革經驗和成果，然后思考改革后仍然存在的問題，以及下一步的改革是什么。朝哪個方向改？基于此，作者在非力學專業基礎工程課程的教育經驗的基礎上，對非力學專業基礎工程的教材體系改革進行了探討。●思考一:基礎力學教材要不要區分力學專業和非力學專業適用?筆者個人認為,力學專業和非力學專業的學生的培養目標不同,基礎力學課程在本科學習過程中起的作用和課程性質也不同,所以其教材無論是從內容上,還是從體系上當然也應有所區別。我們知道,教材是知識傳授活動中的主要信息媒介,不同的專業,培養目標不同,課程性質也不同,所以信息媒介當然也應有所不同。作為力學專業的學生,其培養目標是富有創新精神、實踐能力和國際視野的高素質力學專業人才,學生畢業后,應能在力學及相關科學領域從事科研、教學、技術和管理工作。所以作為力學專業的學生,學習基礎力學課程,不僅僅是為后續力學課程打好基礎,也不僅僅是為了解決一些工程實際問題,更重要的是他們肩負著傳承、創新和發展力學這門科學、使力學繼續發揚光大的歷史使命。所以對力學專業學生的培養更要側重于力學中的研究方法,基本理論知識的系統性、完整性、嚴密性,及的對知識創新能力的培養。而作為非力學專業的學生,學習基礎力學課程,無論是從培養目標,還是從課程性質及要求,都與力學專業學生有所不同,所以對非力學專業的學生而言,教學中更應側重的是用已有的力學知識解決工程實際中的問題的能力方面的培養,所以從這點出發二者無論從教材內容上還是體系上都應有本質的不同。●思考二:作為非力學專業基礎力學教材,現有的教材體系是否需要調整個人認為現有的教材體系無論是從基本理論知識的系統性、完整性,還是從嚴密性上看,無疑是很好的,但是這對非力學專業的學生而言,并不一定就是最適合的。正如上面所說,非力學專業的學生,其培養目標與力學專業有所不同,如果在現有的基礎力學授課學時嚴重縮減而要求卻逐漸提高的前提下仍然只是站在力學這門科學的角度,一味的追求教材體系的系統性、完整性和嚴密性而忽略了被培養者的培養目標,勢必會造成基礎課程與專業課程銜接不上,該用的知識沒時間細講,專業要求不多的知識又講的過多,基礎課和專業課課程重點嚴重脫軌等現象發生。除此以外,過分追求教材體系的系統性、完整性和嚴密性導致教材的分章過細,因而分章不能按研究問題這一主線進行,從而導致整門課程知識點散亂,研究的主要問題不突出,而且也不便于教材的內容整合及學生對所學內容進行比較歸納總結。比如理論力學一門課下來共分十幾近二十章,而且整體下來分章主線不是很明確,這就造成整門課研究的問題不能突出,學生學到最后合上書本,問及學過那些內容一時不能明確回答,又如材料力學現有體系前半部分多數是按變形分章,這樣分章結果不僅同樣造成整本教材分章過多,學生不易抓住研究問題的重點,而且不利于引發學生對各章節起的作用及各章節內容之間區別與聯系等問題進行思考和對比,從而直覺上造成記號多、公式多、記起來不僅困難而且不容易區別等假象。這樣既不利于學生對所學知識進行總結對比,而且某些情況下還會引發學生產生厭學的心理,給這門課的學習帶來困難。針對上述問題,如果對非力學專業基礎力學教材體系作出一些相應的調整,即由原來傳統的分章方式,改為按研究問題為主線分章、按研究對象或方法步驟為輔線分節。如理力中靜力學由按力系分為五章,改為按研究的問題分章如改成物體受力分析,力系簡化,力系的平衡問題三章。其中力系的簡化采用按力系分類為輔線進行分節,力系的平衡問題按各種力系下的平衡條件、單個物體的平衡問題、物體系統的平衡問題、有摩擦的平衡問題、物體重心等具體問題為輔線進行分節,這樣不僅可以使分章減少,研究問題直觀突出,利于內容的整合,和避免不必要的重復,而且這樣做的好處還在于它利于教師講解例題時重點強調按力系選擇平衡條件的重要性,從而加深學生對不同力系平衡條件不同的這一概念的印象。與此類似,運動學可由原來的四章改為按研究問題這一主線分為點和剛體的簡單(或基本)運動、點和剛體的合成運動兩章,而每章則可按研究對象為輔線分節。如點和剛體的基本運動可分為點的運動學(或稱點的基本運動)、剛體的基本運動兩節,點和剛體的合成運動可分為點的合成運動、剛體平面運動兩節。而動力學部分則可把原來相關的若干章內容按研究問題整合為質點動力學問題和質點系動力學問題兩大章,而質點系動力學問題的分節則可按研究方法分為動力學普遍定理求解方法和動靜法兩大節。這樣不僅可以使問題變的突出,而且便于教師在學時較少的現狀下組織教學內容。上面提到的是理力分章的整合,其實正如前面所說,材力的內容特點決定了材力的分章更需要按研究問題主線加以整合,如可由原來的按各種變形分章改為按強度、剛度、穩定性、動載荷、交變應力、能量法及超靜定這一問題主線分章,其中強度問題屬研究的重點,而且基本變形和組合變形研究的方法上又有所不同,所以可以按基本變形下的強度計算和組合變形下的強度計算這條主線分為兩大章,而應力狀態及強度理論可以合并到組合變形下的強度計算一章中作為單獨的一節,而基本變形下的強度計算分節問題,則采用按研究強度問題的一般步驟,從變形的分類(外力特點及計算)到內力內力圖,再到應力、強度計算進行分節。這樣不僅可以使要解決的問題突出,而且如同靜力學中加深不同力系平衡條件不同概念印象一樣,這樣劃分章節便于教師講課中強調比較不同的變形之間的知識點的聯系和區別,如存在的內力、應力不同及各自計算公式的不同等,從而加深學生印象,避免相近知識點的混淆。當然這樣整合分章后會也出現一系列相關的問題,比如材力中討論應力時需要用到拉壓變形相關的知識及虎克定律等預備知識。又如材力這樣分章會造成基本變形下強度計算一章中內容過多,內容不好組織組織等。但是只要對非力學專業教材不過分追求系統性、完整性和嚴密性,這些細節應該可以有辦法解決,比如前者可以考慮在緒論中介紹概念時一并給出,或者用前臨時簡單介紹下,后者的解決當然也不是通過刪減內容的方法,但是可以移出,如材料的力學性質可以單獨成章放在書后歸到實驗課中集中去講,而拉壓、扭轉、彎曲變形放到變形一章集中去講,各種基本變形下的超靜定問題可合并到超靜定專題中去講。至于彎曲內力圖這一重點部分則可以采用抓主要方法這一思想,即圍繞基本方法簡單介紹,規律求