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上海力学学会动力学与控制专业组2002年年会论文

教材编写中的思考与探索

王斌耀

同济大学理学院

理论力学材料力学作为基础技术学科其理论体系是很完善的在20世纪90年代

开始的教育改革是一次面向21世纪的教育改革所谓面向21世纪就是这样的改革必须

具有前瞻性因此与这次教育改革相关的一切教学改革也必须符合新世纪对教育改革的

要求和带有鲜明的时代特征

对理论力学材料力学等课程的教学改革其主要的外部表征是教学时数的大量缩减

这就要求我们必须编写出与现有时数相适应的符合新世纪对教育改革的要求的教材由此

我们面临着对非常完善的理论体系去进行优化组合利用更为有效的数学工具以达到减

少教材篇幅同时达到相关专业对课程的需求

要编好新的教材必须对老的教学体系教学要求教学时数和教材进行系统的分析

老的教学体系是与计划经济相适应的体系课程的设置课时的确定教学的基本

要求都是条块分割这样的教学体系对应专业较少基本要求比较统一的情况还是适用的

但在90年代未期随着市场经济的走向成熟社会对复合型人才的需求日趋迫切新兴学

科边缘学科大量涌现猛烈地冲击着老的教学体系对基础技术学科的教学提出了新的

更高的要求

就老教材中的内容的广度和深度而言在老的教学体系中是按条块分割的设置土

建机械力学等专业对基础力学的要求最高相应的内容的广度和深度学时也为最高

材料暖通给排水等专业的基础力学的广度和深度学时均按比例缩减基础力学的各种

教材就是按这样的比例来安排的这样的设置是否满足各种专业对基础力学的需求呢现来

看一些具体例子其一土建专业静定桁架是基础力学必上的内容但到了结构力学这门

课还要再讨论各种静定桁架显然基础力学中关于静定桁架的教学未满足专业的要求而

暖通等专业被认为属于机械类按当时的提法为中学时或少学时不需学静定桁架的

内容实际上暖通等专业要经常涉及到管线跨跃的问题按复合型人才的培养思路应该掌

握一些简单静定桁架的知识基础力学能做到这一点其二摩擦对土建机械力学等专

业的要求很高但老的教材中不涉及螺旋摩擦和绳索摩擦个别教材将其作为打*内容

可见对暖通等专业更不可能涉及实际上暖通给排水等专业中会碰到闸阀蝶阀等各种阀

门都会涉及到螺旋摩擦的内容但基础力学却不提供认为这内容难少学时专业不能学
上海力学学会动力学与控制专业组2002年年会论文

而螺旋摩擦绳索等摩擦还是静滑动摩擦的范畴只不过用了一些微积分而已数学上的要

求并不高其三材料专业其静力学和材料力学部分都将空间三维问题作为低要求

或不作要求而对材料性质专业对三维应力状态有一定要求

综上所述老的教材的内容广度和深度的安排并不是很合理的这种不根据相关专业

的具体要求来决定专业的广度和深度就是不量体裁衣的方法因此教材内容的取舍设置

不应是等比例的而是根据各相关专业对基础力学的要求来决定其内容的广度和深度

在学时大量减缩的今天要做到同样的广度和深度特别某些部分还要加深这就要

求我们了解当今大学生其高中物理掌握的程度和调整大学基础力学教学的起点同时利用更

有效的数学工具来进行基础技术课的教学

当今的高中生在高一年级的物理课程中已开始学习力学开始了解力是矢量的概念

并已掌握矢量合成的方法平行四边形法则对于简单的静力学的平衡问题特别平面汇

交力系的问题已掌握得比较熟练这就为大学阶段基础力学的教学提供了较高的学习基

础

就基础力学教学中的数学要求主要为矢量分析和微积分知识在静力学中只涉及

矢量的和差积运算在运动学中才涉及到变矢量的微分而这些知识结构是一般工

科大学生必须掌握的因此用矢量推导来替代繁琐的标量推倒是可行的

基于以上的叙说在编写适用于材料暖通给排水等专业的工程力学教材时

就做了以下的探索

1运用矢量工具在刚体静力学的公式推导中均用矢量作为数学工具达到

了简化推导过程叙述简练的目的

2从空间任意力系的简化入手将平面力系作为空间力系的特例减少了大量

的重复推导

3将力系的简化作为一个专门的教学要求工程上的很多问题首先是要求主

动力系的简化所以力系的简化问题不仅仅作为平衡问题的铺垫

4引入一些最基本的结构和桁架组成的规律这不仅仅是让不必修结构力学的

学生能有一些这方面最起码的知识知道静定结构必须是几何不变的同时对其理解物体系

统平衡问题解题时的研究对象的选取规律不无启发

此教材经过教学实践学生对矢量这个数学工具在基础力学中的应用是适应的由于

静力学的教学提高了起点使学生不再轻视静力学的学习调动了学生的学习积极性