論土木工程基礎力學教材的編寫范文
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目前獨立學院招收的學生入學成績等狀況不如母體學校，培養定位也與母體學校有較大差別，屬于培養應用型本科層次。土木工程專業的學生就業方向基本是到基層建設單位從事施工、監理等技術工作。而能夠舉辦獨立學院的母體學校大多是211、985學校，屬于研究型學校，同類課程所用教材對于獨立學院的學生來說，理論教學內容偏多偏難，實踐性嚴重不足，針對性不強，對培養應用型人才的教學也極為不利。獨立學院的培養方向又有別于高職高專，屬于本科層次，不應定位在僅僅培養動手操作的能力層面。因此，針對獨立學院本科學生的課程和教材改革，已經提到議事日程。
課程建設和教材編寫定位應符合學院的培養目標。獨立學院的培養目標是服務地方、服務基層，培養為地方經濟服務的應用型人才。一般而言，課程內容設置和教材內容改革應該針對學院的培養目標，保證夠用、適用、好用。力學課程對于工科學生，特別是土木工程專業的學生，是很重要的專業基礎課程。土木工程專業的學生在大學期間學習的力學課程有理論力學、材料力學、結構力學、流體力學、土力學、彈性力學等。基礎力學課程則包括理論力學和材料力學課程。因此，文章的討論主要針對理論力學和材料力學這兩門基礎力學的課程內容改革和教材編寫定位進行討論。理論力學［2］和材料力學［3］是土木工程專業學生必修的基礎力學課程，通過課程的學習，構筑工程技術力學知識基礎，建立物體運動與受力狀態的關系，掌握質點、質點系和剛體的平衡，機械運動及動力學問題的基本規律及其研究方法，使學生明確桿件強度、剛度和穩定性問題的基本概念，掌握構件的基本變形及其應力應變的求解方法。通過力學課程的學習，使學生掌握相應的理論知識，并具有比較熟練的力學計算能力，培養學生的力學素質和定性、定量分析能力，以及分析解決某些實際工程問題中的力學問題能力。通過力學實驗課程，掌握測定金屬材料性質的基本知識、基本技能和基本方法，了解實驗應力的基本概念并初步掌握驗證材料力學理論公式的方法，培養學生初步的實驗能力，為學生學習相關專業課程及進行結構設計奠定良好基礎。通過力學課程的學習，為一系列后續專業課程，如鋼筋混凝土結構、鋼結構、建筑施工等課程打下必要的基礎，也可為學生在今后工作中解決所碰到的力學問題提供理論依據。因此，獨立學院的學生，必須掌握基礎力學的基本知識和基本概念。2010年，土木工程專業指導委員會就土木工程專業中各知識點的需求和各個知識點的學時建議，頒布了《高等學校土木工程本科指導性專業規范》［4］，對力學系列課程知識點的需求提出了指導性的意見。但是，該規范所給出的只是對本科院校土木工程專業所需知識點的最低需求，并沒有明確各類高校的最低知識點的理論深度及其應用要求。遵照規范建議，結合獨立學院的教學實際，基礎力學課程建設和教材建設的定位應為“緊扣最新規范，體現區域特色，強調工程實踐，服務人才培養”。在課程建設和教材建設中，教學內容的設置和教材內容的改革都應該符合規范中對各門課程的基本要求，緊密結合獨立學院應用型人才培養目標，理論上高于高職學院，實踐上強于重點本科母體學校。力學課程教學內容和教材內容應在保證理論知識體系的基礎上，加入力學知識在實際中應用的工程實例，以便學生在掌握力學理論課程的同時，了解力學在工程中的實際應用，同時培養學生應用力學知識和原理解決工程實際中的力學問題的能力，以使學生在今后專業課程學習和工作中，力學知識夠用，并且會用。在教學內容設置和教材內容的改革中，還應該加入最新科技發展的新知識，以培養學生的創新能力。
二、基礎力學課程內容和教材編寫內容選取
按照《高等學校土木工程本科指導性專業規范》［3］中對力學系列課程知識點的需求，筆者認為獨立學院基礎力學課程內容和教材內容的設置應該滿足規范中的最低要求，各知識點有所側重，并在各知識點的理論介紹后，加入大量力學在工程中的應用實例。由于具體的各個知識點在《高等學校土木工程本科指導性專業規范》［3］中已經列出，筆者只討論基礎力學課程各個知識點理論的基本講解深度和工程實際問題在基礎力學教學中的應用。在理論力學課程中，靜力學部分應為課程的重點，理論上由淺入深、循序漸進，課程設置在講解力學基本原理和基本概念之后，由平面力系到空間力系進行分析，理論上重視力學基本原理和基本概念、力系的簡化和平衡理論。在平面力系的簡化和平衡分析中，加入預制板、梁、柱子等預制構件吊裝時的吊點位置，起重機的傾覆穩定性問題，腳手架的靜力平衡問題，以及多跨梁、剛架、桁架等多種結構的平衡問題，約束反力的求解等工程實際力學分析問題。這部分需要學生透徹掌握相關理論，熟悉各種結構，包括物體系統的約束反力分析和計算，以便為后續的材料力學課程和結構力學課程學習奠定一定的基礎。材料力學課程重點為5種基本變形概念，內力和變形分析，強度、剛度和壓桿穩定理論。要求學生熟練掌握基本變形和內力的分析與求解，在此基礎上，再針對理論力學課程中所涉及的相同工程問題，討論起吊構件的內力和變形條件，構件截面上的最大彎矩最小時，相應的變形最小，考慮吊裝時構件的材料特征，以便安全起吊。在討論壓桿穩定問題時，結合起重機械如塔機的桿件穩定性問題分析，討論塔機在達到其自由高度繼續向上頂升接高時，如何增強其穩定系數保持起重能力，避免失穩，以及塔機構件的壓桿穩定等工程實際問題。在講解內力和變形的基本概念后，加入多跨梁、剛架、桁架等具體工程問題的內力和變形分析。在講解強度理論后，分析上述工程實例的強度問題。所有這些實際工程問題以例題和習題的形式加入教材中，使學生在學習理論的同時，學會理論知識在工程中的應用。由于現代科技的發展和對結構抵御地震、風災能力的重視，理論力學的運動學和動力學部分的基本內容的掌握也是必須的。即使獨立學院學生今后主要從事工程一線的工作，也會在建筑機械的使用中碰到建筑機械的力學問題;因此，運動學和動力學部分的教學內容和教材內容，保留《高等學校土木工程本科指導性專業規范》［4］中對這部分知識點的最低要求，針對學生特點，在復合運動速度和加速度合成定理的推導中，采用物理意義更為明確、直觀的幾何法進行推導，與985、211大學在這門課程教學中采用解析法推導相區別，避免了復雜的數學推導。在動力學中，重點為三大普適定理及其綜合應用，以及達朗貝爾原理的掌握。隨著經濟和科技水平的迅猛發展，土木工程建設也迎來了發展的好時期和好機遇，結構形式越來越復雜，施工方法和技術也越加先進。北京奧運場館、浦東國際機場、上海金茂大廈、國家大劇院、深圳帝王大廈，美國的亞特蘭大索穹頂、英國的千年穹頂和石油大廈、澳大利亞的天空穹頂等建筑，無一不體現結構的復雜性和施工的難度。結構每一階段的施工過程，都伴隨著邊界約束的變化、構件的增刪、溫度的變化以及預應力結構的預應力動態施加等變化。施工中的滑輪力學和拆撐時的力學分析問題，都需要現場工程師去面對。因此，在基礎力學的基本理論和實際工程應用學習的基礎上，加入滑輪力學、施工過程的時變力學、施工過程中的應力應變監測等最新施工力學分析成果的介紹，有助于培養學生的創新能力和今后處理實際工程中復雜問題的能力。
三、結語
獨立學院土木工程專業基礎力學的課程建設和教材建設有別于母體學校和高職高專學校，從培養應用型本科人才的培養目標出發，考慮生源實際情況，結合《高等學校土木工程本科指導性專業規范》［3］中對力學系列課程知識點的需求，對獨立學院土木工程專業基礎力學課程及教材建設提出建議，倡導在教學內容和教材中加入工程應用方面的力學知識，為培養應用型人才提供更好的課程平臺。（本文作者：肖明葵、任曉琴、向娟、鄒昭文單位：重慶大學城市科技學院）
