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[摘要] 力学类课程作为学科基础性课程和专业基础课程在理工科专业培养方案中起着承上启下的作用,但不同专业对力学类课程的要求不同,通过建立模块化结构的分层次力学课程体系,供不同专业在修订培养方案时进行选择,为提高教学效率和教学质量提供保障。
[关键词] 模块化 分层次 力学 课程体系
力学既是一门重要的基础学科,又是一门在绝大多数科学技术和工程领域具有重要作用的技术学科,特别在现代工程技术的发展与进步中起着重要作用。力学课程是工科院校中一类重要的基础课程。我校力学课程包括“理论力学”、“材料力学”、“工程力学”、“结构力学”、“弹性力学”及“工程流体力学”等。为了适应国民经济建设的发展对人才的需要,满足高等教育改革的要求,在“厚基础、宽口径、强能力”的思想指导下,以工程技术为背景,突出工程实践能力和创新精神培养,拓宽知识面,增强适应性。以培养学生的创新精神,培养创造性人才为核心,建立与之相适应的力学课程教学体系。
中国地质大学(北京)关于修订本科培养方案的原则意见中提出,新的培养方案要深化通识基础课和学科基础课的教学改革,实施分级或分层次教学。力学类课程作为学科基础性课程和专业基础课程在培养方案中起着承上启下的作用,但不同专业对力学类课程的要求不同,为此建立模块化结构的多层次力学课程体系,为满足不同专业的需要提供选择,达到提高教学效率的目的。
一、力学类课程单元模块的设置
力学类课程单元模块的设置要围绕为专业服务这个核心,课程体系构建要形成以能力培养为目标的课程功能模块;要以能力为中心构建力学类课程分层次教学体系,加强学生在分析和运用等方面能力培养,提高综合素质。课程单元模块的设置要做到统一性和多样性相结合,形成方向特色课程模块,满足不同专业学生个性发展和适应能力的需要,同时与专业发展、学科建设相互交叉,扩展学生知识面,使学生能形成合理的知识结构,增强学生适应能力和创新能力,提高学生综合素质。
以能力培养为核心,首先要按照“必需够用”的原则来设置课程单元模块,单元模块要突出应用性;其次要将力学知识与专业知识结合起来,增强力学知识的适应性,使知识能转化为能力;最后要加强学生创新能力的培养和拓展,强化能力水平的渗透性,让知识和能力“迁移可用”。根据以上原则,结合我校情况,共设置了22个模块,主要内容如下:
静力学(16学时):最基础的一个模块,要求掌握静力学基本理论、受力分析、力系的合成(简化)、力系的平衡及应用。
运动学(16学时):包括点的运动学和刚体运动学,重点是点的复合运动和刚体的平面运动。
动力学(16学时):重点是刚体和刚体系统的动力问题,包括动力学普遍定理及应用和动静法。
分析力学基础(16学时):属于扩展模块,主要内容为虚位移原理及应用、动力学普遍方程及应用、第二类拉格朗日方程及应用。
振动力学基础(16学时):专题模块,主要内容为单自由度系统的自由振动、衰减振动、无阻尼受迫振动及有阻尼受迫振动。
基本变形(32学时):重点研究杆件在轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、圆轴扭转、梁的平面弯曲时的内力、应力、强度、变形、刚度计算等,本模块含实验4学时,包括材料力学性能测试和电阻应变测量技术的应用。
应力状态强度理论及应用(16学时):包括应力状态理论、常用强度理论及组合变形强度计算,此外将压杆稳定和动载荷与交变应力并入这一模块,含实验2学时。
能量法及静不定系统(16学时):属于扩展模块,包括能量法及应用、简单静不定系统。
静定结构(16学时):结构力学基本模块,含体系的几何组成、静定结构内力和位移计算。
超静定结构(1)(16学时):包括力法解超静定结构、位移法解超静定结构。
超静定结构(2)(16学时):力矩分配法、矩阵位移法、影响线及内力包络线。
结构动力学(16学时):结构力学扩展模块,包括结构动力分析、结构稳定性计算、结构的极限载荷3个专题。
弹性力学基本理论(16学时):弹性力学平面问题和空间问题的基本理论。
弹性力学基本解法(16学时):弹性力学平面问题基本解法(含直角坐标和极坐标),柱体弹性扭转、板的弹性弯曲。
弹塑性基本理论(16学时):应力分析理论、应变分析理论、应力与应变关系理论。
弹塑性基本方法(16学时):厚壁圆筒的弹塑性分析、柱体扭转的弹塑性分析、板的弹塑性弯曲、塑性极限分析理论及应用。
线弹性断裂力学(24学时):线弹性断裂力学理论及应用、复合断裂理论及应用。
弹塑性断裂力学(8学时):弹塑性断裂力学理论及应用。
损伤力学(8学时):损伤力学理论及应用。
工程流体力学基础(16学时):流体静力学、流体运动学、流体动力学基础。
工程流体力学应用(16学时):流体力学在工程的应用,含实验4学时。
有限元法基础(16学时):有限元素法的基本理论。
二、根据单元模块构建分层次课程体系
为构建适应不同专业的分层次力学课程体系,首先要与各专业负责人沟通,了解各专业培养目标中对力学课程的要求,在合理设计学生知识、能力、素质结构的基础上,力求科学地处理各单元模块及教学环节的关系,通过整体优化,改善课程结构,增强教学效果。同时要注意理论教学与实践教学的有机结合,密切注意学科前沿的发展和学生创新思维和创新能力的培养。对不同专业学生,要考虑到因材施教的问题。
课程内容要做到精而实。要对原有课程重新进行内容的融合、叠加、拆分和渗透,删除不必要的交叉和脱离实际的内容、增加与需求相适应的内容。将教学内容有机地组合成一种“有效、实用”的新型单元模块,在确保教学目标的前提下,实施课程内容的整合,将知识与技能组成灵活的教学单元,以提高课程设置的实用性,实现最佳教学效果。
在设置单元模块和与专业结合的基础上,根据21个模块可以方便灵活地组成不同层次、适应不同专业的力学课程,如工程力学课程:
工程力学A(48学时)=静力学(16学时) 基本变形(32学时)
工程力学B(64学时)=静力学(16学时) 基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时)
工程力学C(64学时)=静力学(16学时) 基本变形(32学时) 工程流体力学基础(16学时)
其中,工程力学A适应我校对力学要求不高的理工科专业,如材料科学与工程、地质学、海洋科学等。工程力学B和C适应要求稍高的安全工程、资源勘查与工程、地球物理、地下水科学与工程、石油工程等专业。对于要求更高的勘查技术与工程、土木工程、机械设计制造及其自动化、地质学基地班,可选择理论力学和材料力学,或者固体力学基础。
理论力学A(48学时)=静力学(16学时)运动学(16学时) 动力学(16学时)
理论力学B(64)=静力学(16学时)运动学(16学时) 动力学(16学时) 分析力学基础(16学时)或振动力学基础(16学时)
材料力学A(48)=基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时)
材料力学B(64)=基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时) 能量法及静不定系统(16学时)
固体力学基础A(48)=基本变形(32学时) 弹塑性基本理论(16学时)
固体力学基础B(64)=基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时) 弹塑性基本理论(16学时)
对土木工程、勘查技术与工程、机械设计制造及其自动化、安全工程专业,后续课程可选择结构力学、弹性力学、工程流体力学等课程。
结构力学A(32学时)=静定结构(16学时) 超静定结构(1)(16学时)
结构力学B(48学时)=静定结构(16学时) 超静定结构(1)(16学时) 超静定结构(2)(16学时)
结构力学C(64学时)=静定结构(16学时) 超静定结构(1)(16学时) 超静定结构(2)(16学时) 结构动力学(16学时)
弹性力学(32学时)=弹性力学基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时)
弹性力学及有限元(48学时)=弹性力学基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时) 有限元法基础(16学时)
工程流体力学(32学时)=工程流体力学基础(16学时) 工程流体力学应用(16学时)
对于要求更高的高年级学生或研究生可选择弹塑性力学、断裂力学等课程。
弹塑性力学(48学时)=弹塑性基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时) 弹塑性基本方法(16学时)
弹塑性力学及有限元(64学时)=弹塑性基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时) 弹塑性基本方法(16学时) 有限元法基础(16学时)
断裂力学(32学时)=线弹性断裂力学(24学时) 弹塑性断裂力学(8学时)
断裂及损伤力学(32学时)=线弹性断裂力学(24学时) 损伤力学(8学时)
以上列举了部分课程,根据单元模块还可组合成其它课程,供不同专业在设置培养方案时选择。由于可选择范围宽、层次多,该方案受到我校各专业修订培养方案负责人的好评。
三、分层次力学课程体系构建应注意的问题
1.力学课程体系要以“必需、够用、有效、实用”为度
由于我校未设置力学类专业,所以力学类课程要注重为专业基础和专业课服务。力学课程体系构建要紧密结合理工科专业的发展,重点放在如何利用力学知识分析、解决工程问题的能力上。在课程设置中坚持以能力为本,探索培养学生工程意识与相应的实践能力、综合运用能力相结合的分层次力学课程教学体系。达到为专业培养目标服务。
2.制定切实可行的教学大纲是保证教学质量的前提
教学大纲是根据课程在培养方案中的地位、作用以及课程性质、目的和任务制定的课程内容、体系、范围和教学要求的基本纲要。它是实施教育思想和教学计划的基本保证,是进行教学质量评估的重要依据,也是学生学习的指导性文件。结合新课程体系的构建,制定符合各专业要求、切实可行的教学大纲是保证教学质量的前提,也是进行教学研究与改革的基础。
3. 师资队伍建设是课程体系改革得以顺利开展的重要保证
大纲的制定、教学过程的组织都离不开教师。为了加强师资队伍建设,促进课程体系改革的顺利进行,应组建课程建设小组,实行责任制,由课程负责人组织制定并主持实施课程的改革规划,组织制订或修订课程实施方案并进行相应的教改和教研活动。
本文受中国地质大学(北京) 2009-2010年度教学研究与教学改革项目资助。
[关键词] 模块化 分层次 力学 课程体系
力学既是一门重要的基础学科,又是一门在绝大多数科学技术和工程领域具有重要作用的技术学科,特别在现代工程技术的发展与进步中起着重要作用。力学课程是工科院校中一类重要的基础课程。我校力学课程包括“理论力学”、“材料力学”、“工程力学”、“结构力学”、“弹性力学”及“工程流体力学”等。为了适应国民经济建设的发展对人才的需要,满足高等教育改革的要求,在“厚基础、宽口径、强能力”的思想指导下,以工程技术为背景,突出工程实践能力和创新精神培养,拓宽知识面,增强适应性。以培养学生的创新精神,培养创造性人才为核心,建立与之相适应的力学课程教学体系。
中国地质大学(北京)关于修订本科培养方案的原则意见中提出,新的培养方案要深化通识基础课和学科基础课的教学改革,实施分级或分层次教学。力学类课程作为学科基础性课程和专业基础课程在培养方案中起着承上启下的作用,但不同专业对力学类课程的要求不同,为此建立模块化结构的多层次力学课程体系,为满足不同专业的需要提供选择,达到提高教学效率的目的。
一、力学类课程单元模块的设置
力学类课程单元模块的设置要围绕为专业服务这个核心,课程体系构建要形成以能力培养为目标的课程功能模块;要以能力为中心构建力学类课程分层次教学体系,加强学生在分析和运用等方面能力培养,提高综合素质。课程单元模块的设置要做到统一性和多样性相结合,形成方向特色课程模块,满足不同专业学生个性发展和适应能力的需要,同时与专业发展、学科建设相互交叉,扩展学生知识面,使学生能形成合理的知识结构,增强学生适应能力和创新能力,提高学生综合素质。
以能力培养为核心,首先要按照“必需够用”的原则来设置课程单元模块,单元模块要突出应用性;其次要将力学知识与专业知识结合起来,增强力学知识的适应性,使知识能转化为能力;最后要加强学生创新能力的培养和拓展,强化能力水平的渗透性,让知识和能力“迁移可用”。根据以上原则,结合我校情况,共设置了22个模块,主要内容如下:
静力学(16学时):最基础的一个模块,要求掌握静力学基本理论、受力分析、力系的合成(简化)、力系的平衡及应用。
运动学(16学时):包括点的运动学和刚体运动学,重点是点的复合运动和刚体的平面运动。
动力学(16学时):重点是刚体和刚体系统的动力问题,包括动力学普遍定理及应用和动静法。
分析力学基础(16学时):属于扩展模块,主要内容为虚位移原理及应用、动力学普遍方程及应用、第二类拉格朗日方程及应用。
振动力学基础(16学时):专题模块,主要内容为单自由度系统的自由振动、衰减振动、无阻尼受迫振动及有阻尼受迫振动。
基本变形(32学时):重点研究杆件在轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、圆轴扭转、梁的平面弯曲时的内力、应力、强度、变形、刚度计算等,本模块含实验4学时,包括材料力学性能测试和电阻应变测量技术的应用。
应力状态强度理论及应用(16学时):包括应力状态理论、常用强度理论及组合变形强度计算,此外将压杆稳定和动载荷与交变应力并入这一模块,含实验2学时。
能量法及静不定系统(16学时):属于扩展模块,包括能量法及应用、简单静不定系统。
静定结构(16学时):结构力学基本模块,含体系的几何组成、静定结构内力和位移计算。
超静定结构(1)(16学时):包括力法解超静定结构、位移法解超静定结构。
超静定结构(2)(16学时):力矩分配法、矩阵位移法、影响线及内力包络线。
结构动力学(16学时):结构力学扩展模块,包括结构动力分析、结构稳定性计算、结构的极限载荷3个专题。
弹性力学基本理论(16学时):弹性力学平面问题和空间问题的基本理论。
弹性力学基本解法(16学时):弹性力学平面问题基本解法(含直角坐标和极坐标),柱体弹性扭转、板的弹性弯曲。
弹塑性基本理论(16学时):应力分析理论、应变分析理论、应力与应变关系理论。
弹塑性基本方法(16学时):厚壁圆筒的弹塑性分析、柱体扭转的弹塑性分析、板的弹塑性弯曲、塑性极限分析理论及应用。
线弹性断裂力学(24学时):线弹性断裂力学理论及应用、复合断裂理论及应用。
弹塑性断裂力学(8学时):弹塑性断裂力学理论及应用。
损伤力学(8学时):损伤力学理论及应用。
工程流体力学基础(16学时):流体静力学、流体运动学、流体动力学基础。
工程流体力学应用(16学时):流体力学在工程的应用,含实验4学时。
有限元法基础(16学时):有限元素法的基本理论。
二、根据单元模块构建分层次课程体系
为构建适应不同专业的分层次力学课程体系,首先要与各专业负责人沟通,了解各专业培养目标中对力学课程的要求,在合理设计学生知识、能力、素质结构的基础上,力求科学地处理各单元模块及教学环节的关系,通过整体优化,改善课程结构,增强教学效果。同时要注意理论教学与实践教学的有机结合,密切注意学科前沿的发展和学生创新思维和创新能力的培养。对不同专业学生,要考虑到因材施教的问题。
课程内容要做到精而实。要对原有课程重新进行内容的融合、叠加、拆分和渗透,删除不必要的交叉和脱离实际的内容、增加与需求相适应的内容。将教学内容有机地组合成一种“有效、实用”的新型单元模块,在确保教学目标的前提下,实施课程内容的整合,将知识与技能组成灵活的教学单元,以提高课程设置的实用性,实现最佳教学效果。
在设置单元模块和与专业结合的基础上,根据21个模块可以方便灵活地组成不同层次、适应不同专业的力学课程,如工程力学课程:
工程力学A(48学时)=静力学(16学时) 基本变形(32学时)
工程力学B(64学时)=静力学(16学时) 基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时)
工程力学C(64学时)=静力学(16学时) 基本变形(32学时) 工程流体力学基础(16学时)
其中,工程力学A适应我校对力学要求不高的理工科专业,如材料科学与工程、地质学、海洋科学等。工程力学B和C适应要求稍高的安全工程、资源勘查与工程、地球物理、地下水科学与工程、石油工程等专业。对于要求更高的勘查技术与工程、土木工程、机械设计制造及其自动化、地质学基地班,可选择理论力学和材料力学,或者固体力学基础。
理论力学A(48学时)=静力学(16学时)运动学(16学时) 动力学(16学时)
理论力学B(64)=静力学(16学时)运动学(16学时) 动力学(16学时) 分析力学基础(16学时)或振动力学基础(16学时)
材料力学A(48)=基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时)
材料力学B(64)=基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时) 能量法及静不定系统(16学时)
固体力学基础A(48)=基本变形(32学时) 弹塑性基本理论(16学时)
固体力学基础B(64)=基本变形(32学时) 应力状态强度理论及应用(16学时) 弹塑性基本理论(16学时)
对土木工程、勘查技术与工程、机械设计制造及其自动化、安全工程专业,后续课程可选择结构力学、弹性力学、工程流体力学等课程。
结构力学A(32学时)=静定结构(16学时) 超静定结构(1)(16学时)
结构力学B(48学时)=静定结构(16学时) 超静定结构(1)(16学时) 超静定结构(2)(16学时)
结构力学C(64学时)=静定结构(16学时) 超静定结构(1)(16学时) 超静定结构(2)(16学时) 结构动力学(16学时)
弹性力学(32学时)=弹性力学基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时)
弹性力学及有限元(48学时)=弹性力学基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时) 有限元法基础(16学时)
工程流体力学(32学时)=工程流体力学基础(16学时) 工程流体力学应用(16学时)
对于要求更高的高年级学生或研究生可选择弹塑性力学、断裂力学等课程。
弹塑性力学(48学时)=弹塑性基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时) 弹塑性基本方法(16学时)
弹塑性力学及有限元(64学时)=弹塑性基本理论(16学时) 弹性力学基本解法(16学时) 弹塑性基本方法(16学时) 有限元法基础(16学时)
断裂力学(32学时)=线弹性断裂力学(24学时) 弹塑性断裂力学(8学时)
断裂及损伤力学(32学时)=线弹性断裂力学(24学时) 损伤力学(8学时)
以上列举了部分课程,根据单元模块还可组合成其它课程,供不同专业在设置培养方案时选择。由于可选择范围宽、层次多,该方案受到我校各专业修订培养方案负责人的好评。
三、分层次力学课程体系构建应注意的问题
1.力学课程体系要以“必需、够用、有效、实用”为度
由于我校未设置力学类专业,所以力学类课程要注重为专业基础和专业课服务。力学课程体系构建要紧密结合理工科专业的发展,重点放在如何利用力学知识分析、解决工程问题的能力上。在课程设置中坚持以能力为本,探索培养学生工程意识与相应的实践能力、综合运用能力相结合的分层次力学课程教学体系。达到为专业培养目标服务。
2.制定切实可行的教学大纲是保证教学质量的前提
教学大纲是根据课程在培养方案中的地位、作用以及课程性质、目的和任务制定的课程内容、体系、范围和教学要求的基本纲要。它是实施教育思想和教学计划的基本保证,是进行教学质量评估的重要依据,也是学生学习的指导性文件。结合新课程体系的构建,制定符合各专业要求、切实可行的教学大纲是保证教学质量的前提,也是进行教学研究与改革的基础。
3. 师资队伍建设是课程体系改革得以顺利开展的重要保证
大纲的制定、教学过程的组织都离不开教师。为了加强师资队伍建设,促进课程体系改革的顺利进行,应组建课程建设小组,实行责任制,由课程负责人组织制定并主持实施课程的改革规划,组织制订或修订课程实施方案并进行相应的教改和教研活动。
本文受中国地质大学(北京) 2009-2010年度教学研究与教学改革项目资助。