时间：2022-04-18 09:03:00
导语：在力学基础论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了一篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
1“系统动力学基础”课程的基本情况
“系统动力学基础”是国防科学技术大学系统工程专业本科学员的专业选修课。系统动力学可以为复杂非线性系统的系统分析、系统规划和系统预测提供一种基于因果关系的定性与定量相结合的理论和方法。课程有助于提高学员系统思维、整体思维、因果思维能力，以及利用建模仿真方法和工具解决实际问题的能力。课程主要教材为王其藩著的《系统动力学》，总计30学时，其中讲授24学时，实践4学时，考核2学时。
2“系统动力学基础”课程教学准备
2.1了解授课对象的基本情况
想要上好一门课，首先必须了解授课对象的专业、人数、学科背景，以及专业的培养方案、课程体系等基本情况。可以采用集体座谈、个别交流等方式到学员队进行前期调研，了解学员对课程的预期时间精力投入情况，对课程的期望和需求以及学员的个性、情感等基本情况。明确本课程在人才培养体系中的地位、作用，梳理学科知识网络，明确本课程相关的先导课程和后续相关课程。例如，与本课程密切相关的预修课程包括高等数学、计算方法、计算机程序设计、自动控制原理、系统工程原理。通过与学员前期交流，可以了解学员现有知识体系以及对先导课程的掌握情况，这样在课程设计和讲授时就能够有的放矢，因材施教。
2.2教材选取
教材选取是前期准备的重要环节。系统动力学有一些国内外相关教材专著，其中王其藩的经典教材《系统动力学》内容充实，基础理论方法阐述较全面系统，引入较新的Vensim系统动力学图形化建模仿真软件，理论实践结合较好，比较适合作为基本教材。钟永光等人编著的“十一五”国家级规划教材侧重培养系统思维主线，弱化微分方程式等数学知识，对动态系统的行为模式与结构、因果回路图和存量流量图的绘制原则，复杂系统基模等概念阐述较为清晰，是对基本教材的有益补充。其他相关教材可作为课程课外读物，例如《系统动力学与计算机仿真》虽然教材内容和实验软件比较陈旧，但是教学实例非常丰富。《系统思考和系统动力学的理论与实践》《社会系统动力学：政策研究的原理、方法和应用》《环境模拟：环境系统的系统动力学模型导论》《第五项修炼：学习型组织的艺术与实务》《增长的极限》等教材阐述了系统动力学在不同领域的应用实例，有利于开拓学员的视野。
2.3教学交流
教学交流是进行课程准备、提高教学水平的重要途径。想上好本课程需要与学科和课程建设负责人、承担相关学科方向（特别是系统工程、管理科学与工程、仿真工程）课程任务的老师、教学岗老师、教学督导专家等进行交流研讨。作为新教员更需要积极参加各种教学培训、教学观摩活动，向有经验的老师虚心请教。此外，还可以通过观看国家视频公开课、MOOC、与国内外一流大学的同类课程（例如美国MIT的系统动力学课程）进行对比分析，充分借鉴国内外优秀课程的先进理念、经验，借鉴先进的建设成果。除了课前以外，整个教学过程中以及教学结束后都可以通过积极参加各类教学比赛、课件大赛、教学督导、撰写教学论文、申报教学成果奖等方式与教育教学界同行进行教学交流。
3“系统动力学基础”课程设计
3.1顶层设计
要想全面把握和上好一门课，需要从战略上对课程进行整体设计，需要非常用心地按照系统工程的原理和思想进行系统动力学课程的顶层设计。本课程面向系统工程、仿真工程、管理科学与工程专业本科生，重点突出系统动力学的理论与方法、建模和应用。课程涵盖系统动力学中的系统分析、建模、仿真、实验分析各个环节。目的是培养学员采用系统动力学方法分析和解决问题的能力，使其能够理解系统动力学的基本思想、建模原理、建模过程，能够应用系统动力学建模方法及仿真环境建立宏观层次的系统动力学模型，并通过仿真实验解决宏观层次的系统分析问题，从而提高学员解决实际问题的能力。在课程过程和方法设计上，除了进行基本概念方法讲授外，还需要展示系统动力学在社会、经济、生态、军事等特定领域中的应用，加强学员对系统动力学应用的直观认识。在此基础上结合具体应用问题，组织学员从系统动力学和科学实验角度认识世界和改造世界，形成科学的世界观和方法论，并采用系统动力学建模仿真软件开发相关的仿真模型，进行仿真实验和分析，从而培养和提高学员分析和解决实际问题的动手能力。
3.2教学内容
在教学内容选取上，应根据学科之间的内在联系、本课程在整个专业知识网络中的地位作用和学员的认知规律，科学论证和选取课程核心内容和知识点、设计教学实践环节等。需要特别注意与其他相关课程的联系、呼应、分工、衔接。例如，一阶负反馈的基本概念在以前的自动控制原理等课程讲授过，本课程中就需要从系统动力学因果分析、定性定量建模、Vensim建模仿真实验分析全新的角度进行讲授。教学内容力求做到基础性、系统性、科学性、实用性和先进性的统一。本课程理论教学内容包括：系统动力学基本概念、建模原理和步骤；系统动力学建模技术（因果回路图、存量流量图、状态、速率、辅助变量和常数、参数、方程）；系统动力学分析技术（简单和复杂系统结构和行为分析、振荡、延迟、基模、灵敏度与强壮性分析、模型精炼与重构、政策/决策分析）。本课程实践教学内容包括：系统动力学仿真实验技术（Vensim软件、函数、输入输出分析）；一阶系统建模仿真实验、二阶系统建模仿真实验、应用系统动力学分析解决复杂军事问题。
3.3课程特色
每门课程都有其特殊性和独有的特点，本课程需要重点把握以下两个特点：一是突出理论与实践相结合的“双螺旋”主线。与一般的理论课或实验课不同，本课程是一门理论性与实践性结合非常紧密的课程。课程主要按照“案例引入—原理推导—软件实验—综合应用”的思路展开。因此，教学方法侧重于理论讲解与应用案例结合、抽象的理论知识与Vensim系统动力学软件实现相结合、培养学员综合解决现实应用问题的兴趣和能力。二是突出课程的系统特征、因果特征和动力学特征。通过课程学习，使学员能够建立系统辩证观，强调系统、整体的观点，通过对因果特征和动力学特征的讲解，使学员掌握联系、运动与发展的辩证观点。系统动力学与物理学中的动力学具有相似性，系统的结构相当于物理学中的“力”，系统状态随时间发展变化的系统行为相当于物理学中的“运动”。系统内部结构和反馈机制决定了复杂系统的行为模式和动态特征。系统动力学非常适合研究复杂系统随时间变化的问题，例如人口、经济、社会随时间的发展、兴盛与衰亡等。因此在课堂讲授时可以适当采用具有多媒体动画，仿真实验时特别需要展示系统随时间变化的动态特性。
4结语
“系统动力学基础”课程是锻炼学员系统思维、因果思维与提高动手能力，解决实际问题的理论性和实践性都很强的课程。实践证明，通过在教学准备阶段全面了解授课对象，精心选择教材，积极进行教学交流；在课程整体设计阶段系统做好顶层设计，科学选取教学内容，准确把握课程特色，教员为上好“系统动力学基础”做好了充分准备，为取得良好的教学效果奠定了坚实的基础。
作者:王文广杨峰李群单位:国防科学技术大学信息系统与管理学院
牛顿力学由于爱因斯坦注意了“落体失重”现象而建立的理论，有动摇牛顿力学基础的意义。当我又注意了“受力物体质量内部的压强梯度”现象时，抽象建立出关于物体内部新的空间概念及其物理量后，就补充了爱因斯坦的理论里只建立了“广义惯性运动”的方程，而缺“广义惯性力”的方程的缺憾，由此，总结出了新的原理（定律）系统，牛顿力学基础改革应该是阶段性的完成了。至于用此新基本定律怎么协调牛顿力学的机械能部分，还没有深入探讨。
牛顿力学基础改革提纲
马英卓
提要：
牛顿力学由于爱因斯坦注意了“落体失重”现象而建立的理论，有动摇牛顿力学基础的意义。当我又注意了“受力物体质量内部的压强梯度”现象时，抽象建立出关于物体内部新的空间概念及其物理量后，就补充了爱因斯坦的理论里只建立了“广义惯性运动”的方程，而缺“广义惯性力”的方程的缺憾，由此，总结出了新的原理（定律）系统，牛顿力学基础改革应该是阶段性的完成了。至于用此新基本定律怎么协调牛顿力学的机械能部分，还没有深入探讨。
【关键词】牛顿力学；引力；等效原理；参考系。
一、前言
我在7年前，在互联网上发表了若干关于牛顿力学基础变革的文章，到现在我写此文章的时候，有许多关于物理论文的网站都在陆续转载我的文章，而且有的人还问我：什么时候写出系统的书来。由于我一直独立地搞比较复杂的技术装备研发工作（不搞我就没有饭吃），就没有时间与精力写比较详细的系统的此内容的书来。又由于在有生之年，我也可能来不及写出比较系统的书来。所以，我就先写一个提纲性质的文章，以对我以前其内容比较分散的多篇文章，提供补充与导读。也许我来不及写出系统的专著就离开这个世界，那么，我想，后人就可以根据我的此文章及其它文章，会写出比较系统内容的书来的。
可以说，牛顿力学如果不涉及“引力”方面的内容，应该是个相当的完整与自洽的原理性的理论体系。问题是，引力问题实在是与牛顿力学不可分割的方面（都是同样的物体概念、同样的质量概念），不能把引力某个方面的问题与牛顿力学分割开来。但是，引力问题的牛顿表述，实在是存在许多的不自洽的方面。问题出在哪些方面？其根源在哪里？这是应该清醒地认识到的。爱因斯坦对一个“落体失重”现象与经验事实的注意，引发了牛顿力学基础变革的导火索，然而，遗憾的是爱因斯坦没有完成其基础的最后的变革。为什么爱因斯坦没有完成如此的变革？问题出在哪里？这也是要深入的考察的。我对此方面的问题，进行了长期的探索与考察，我自己认为基本上解决了此方面的许多的问题。下面，我就用提纲性质来阐述此方面的内容。看此提纲的内容应该随时参考我在网上的有关的多篇文章（见后面的参考文献），因为那里可以得到其中提纲里说的有的具体内容。
二、牛顿力学的哲学原则前提
(一)属性问题
1、牛顿力学实质就是关于物体“惯性”方面的经典物理学科（区别于实际物体的其他属性的经典物理学科，比如电性质与磁性质等），是属于适用于宏观世界的物理学科（意味整体天体与微观的客体不同性质）
2、a)属性没有大小问题；b)属性是物体由于某个独特特征而本身具有的，属性是在对它物的关系中体现出来，不同的关系有不同的体现，但是，必须穷举其不同的体现，才可以完全的体现其属性内涵。关系不是属性，关系不决定于属性。像马赫说的什么一个物体的惯性是由宇宙中无数天体关系的总和而决定的说法本身，就是违背了此属性原则。；c）属性没有起源问题（其属性的载体有来源与起源问题）。
3、物体的惯性是由于物体本身有质量的特征而仅是本身具有的属性，它对他物的关系的体现有两个：运动状态（位置关系）；惯性力（作用关系）。缺一不可。以往都仅是把惯性用运动状态来说明，而忽视了“惯性力”方面的体现。这是我们对牛顿力学思维要改变及遵循的基本前提之一。物体的惯性与其表现仅与其所处的空间背景的相应的位置有直接的关系。如果说宇宙中其他因素影响，最多也是间接地影响了物体空间背景的物理性质，而间接地影响了物体惯性的“表现”而已。
（二）参考系问题。
1、原则性问题：
a)在牛顿力学方面，我们必须有个抽象的理论思维角度与实际的具体的运用的区分问题，否则，我们的理论思维是混乱的。
b)在抽象的理论思维方面，作为抽象的原理角度，是在一定的条件下，物体的属性有某些对它物关系的体现结果，来说明其属性含义。就是原理的表述结构。
c)在具体的运用理论原理时，往往是寻找其具体的情况是否适合与近似适合原理条件的问题。不能把具体的问题作为抽象的理论角度来对待。
2、参考系是原理的涉及运动方面的描述工具：
a)在理论抽象角度，参考系实际上就是坐标系。
b)具体操作方面，参考系也是涉及物体系统作为参照物来确定其坐标系原点的含义。
c)但是，目前参考系方面的概念，有许多的错误认识。其最大的错误就是把参考系（坐标系）的空间当做了有物理性质的空间，而且可以随着参考系的不同的运动状态或不同形式的坐标系（比如直角坐标系对应牛顿力学空间，曲线坐标对应引力场等），有不同的空间物理性质。这实在是引起物理理论思维混乱的根源之一。
d)所以，必须解决此混乱的问题。在“理论”上，必须重新约定其合理的参考系问题。下面就约定其中的原则。
3、原理抽象角度上的约定：
（1）可以假定在一个有“物理性质的空间背景”（这应该是理论的新基本概念）条件下，再在其中约定一个参考系（坐标系），其参考系作为基准参考系（也是理论的新基本概念）。
（2）单纯的参考系（坐标系）及其内的空间，没有物理性质，仅是几何性质。
（3）只有基准参考系可以代表其物理性质的空间背景。其他的参考系都仅是几何描述工具性质。力学里的原理性质的物理定律，只在其基准参考系中运用是有效的。比如，教材里说的“虚构惯性力”的问题，就是把仅适用于基准参考系下的牛顿第二定律才适用的问题，错误地用于加速系（确定此加速系本身，就是意味在基准参考系的前提下确定的，而此加速系没有物理性质），而出现了“虚构惯性力”的问题。这就是违背了此条的“约定”。
（4）其他参考系里描述的定律，必须变换回基准参考系后，才是原理性质的定律的正确解释（反之可以是推论性质的定律）。比如科里奥利力问题，完全可以用“在牛顿背景空间里“静止”基准坐标系来描述旋转坐标系（没有物理性质），然后，把其物体随着旋转坐标系的相应的运动表述，转化为基准坐标系的表述（坐标系的变换问题），其中的物体的运动状态，就是受力与否的状态，此受力（外力）状态，就有了准确与明确的物理意义。反之，科氏力的公式本身，就可以是原理性质定律的推论性质的公式。
（5）各种形式的坐标系（比如以形式角度的直角坐标系与各种曲线坐标系等）不能对应各种物理性质的空间背景，因为单纯的坐标系没有物理性质。当然，对于某种物理性质的空间背景的基准参考系的确立，也可以选择适合描述的参考系形式，但是，绝不能就以为此参考系本身有物理性质。
（6）参考系问题，就是其原理条件以及操作性的问题，（原理性质的数学公式应该不涉及坐标系的表达形式）所以，涉及实际的具体的运用参考系时，必须是先考察哪些具体的空间状态近似其抽象原理的空间背景条件，来近似的运用。
（7）目前的力学理论里的“惯性参考系”与“非惯性参考系”的概念必须取消。因为它违背了上述的约定的原则。这是目前引起物理理论思维混乱的最重要的根源之一。
（8）对于从一百年来的“是否有绝对参考系及优越参考系”的争论，实在是应该结束了。这是具体情况具体对待的操作性的问题，不是抽象理论的原理问题。至于有没有绝对参考系，也许人为的用某实验装置可以确定其宇宙中的绝对静止点。但是，在一般的情况下，还是没有必要的。
三、牛顿力学核心的认识缺陷（除了引力方面）
1.实际上，现在的牛顿力学有个前提条件，就是在一个隐含的有物理性质的“空间背景”下适用的理论。然而，都忽略了。（所谓的绝对空间的空间背景，有各向同性物理性质。只有在引力场作为空间背景与其对比，才有此明确的认识。）
2．牛顿力学，现在的教材都把真正的“惯性力”给取消了，严重地影响了对其全面的准确的实质性的认识。惯性力是由于物体本是惯性的原因，对它物（外力）的直接作用。或者说，是对外力的反作用力。（这是目前教材里最关键的没有认识到的问题，这是引起学生认为力学难学的关键根源之一。没有“惯性力”的真实认识的牛顿力学，无论如何都是最大的缺憾。因为你已经讲了“惯性”，怎么没有“惯性力”？惯性不仅仅体现在惯性运动上，也必须有惯性力（非惯性运动）的因素，才可以真正的全面的认识与理解“惯性”。（牛顿力学就是关于惯性的力学）
3．牛顿力学三定律是其理论的原理性质的核心定律。
a)其中的第一定律是对惯性的语言描述的性质（包含有外力方面的内容，但是以往都忽略了此方面，这是一个“硬币”的两面，缺一不可。惯性有被动与主动的对立统一性。这方面的问题，在以前我的文章里已经说过了）；
b)而第二定律是对第一定律的数学表述性质（最重要的，目前还没有认为第二定律就是：“合外力（不为零）是用物体的惯性力—ma来量度的”实质认识。）（也包含了没有外力情况的惯性运动状态内容——加速度a=0.）；
c)第三定律，应该是“体系”定律，不专门是属于“惯性”方面，是与其他力学建立联系的定律（外力，可以包含各种性质的力）。
4.牛顿力学里还有惯性离心力与科里奥利力的表现形式，都是属于惯性力。都可以归结于原理性质的惯性力。但是，目前教材里取消惯性离心力是错误的，而科氏力也没有详细的说明是惯性力由于物体的运动状态的参考系特征的不同，而表现出来的不同形式。其中最主要的认识误区就是没有把“惯性力”作为物体本身惯性属性的原因的对外力的反作用力来看的。
四、爱因斯坦突破的局限性
（一）爱因斯坦的突破
作为爱因斯坦一生总是值得激动与高兴的事，就是“发现”了自由落体的“失重”给牛顿力学基础提出的“难题”。此方面我就不多说了，可以看我的相关的文章。其中最大的意义，就是取消了“引力”认识。（引力的本质就是牛顿在没有引力场概念的情况下对重力现象的错误理解，这是历史的局限性造成的。虽然他反对超距的引力存在）。如此的“自由落体失重”现象让爱因斯坦得出了一个结论，这是我几乎在我的每篇文章里都要提到的，爱因斯坦在《狭义与广义相对论的浅说》著作里加重点号的话：“物体的同一性质按照不同的处境或表现为‘惯性’，或表现为‘重性’。”（把重性与惯性联系起来，而把外力性质的“引力”取消了，具有颠覆与改变牛顿力学基础的意义）这正是爱因斯坦所要表达的核心新认识，可惜，到最后也没有完成他想建立新的牛顿力学基础的原理性质的理论。爱因斯坦晚年的哀叹：没有建立一个有用的概念。这说明什么，就是说一个新的原理总是伴随着一个新的基本概念产生的，这才标志着更深入的认识性质。广义相对论是没有找到把此“话”提升为真正的理论原理的表达方式的情况下的畸形理论系统,我就不在此方面赘述了。在我以前的多篇文章里已经大量的说明了。问题的关键就是，当你由此建立了一个新的合理的原理后，还有必要去趟过去由于不明确的认识形成的理论浑水吗！
（二）爱因斯坦的“落体失重”引起的突破的片面性。
1．作为爱因斯坦的那句话，对牛顿力学基础的变革：就是牛顿力学只有一个背景空间，而惯性主要是其空间里的内容。而物体的本身“重性”的体现，当做了外力性质的虚构的“引力”原因。但是，其“不同处境”，就是给了牛顿力学与其原来的背景空间“平权”的另一个具有物理性质的背景空间，就是“引力场”。而把牛顿力学里的物体的原来看来不同的属性（牛顿惯性与重性）归于了一个属性，就是“广义惯性”。所以，用下面来对比一下所做的基础上的变革：
a）牛顿力学是一个空间背景，同一个物体，两个性质（惯性质量与引力质量）；
b）而爱因斯坦的改变：就是两个空间背景（牛顿力学均匀空间与重力场空间），同一个物体，一个性质（广义惯性）。
2.仅仅如此的新突破，还是欠缺一个环节，就是可以描述在此不同的背景空间里的“广义惯性运动的不同状态”，但是，缺乏的是，又怎么必须要涉及到“广义惯性力”的不同状态呢？爱因斯坦的广义相对论仅是描述了“广义惯性运动状态”的理论（虽然是在所谓的“光”测地线角度来表达的，而且用复杂的数学工具来建立的方程）。这就是爱因斯坦没有解决的方面。缺一个方程，其方程就是描述“广义惯性力”的。但是，怎么区分“广义惯性运动”与“广义惯性力”在不同的背景空间里的问题，没有解决。而“仅用局域惯性系”（可以化为物体内部空间的小p为零的状态，见后面的说明。）还仅是涉及“广义惯性运动”的方面。对于如此的缺憾，我就在物体内部的空间状态上有了进一步的突破，从而补充了其缺憾。没有此补充，就无法更深入的认识其实质问题。看下面。
五、物体内部空间的基本概念的产生而带来的新突破
1.关于物体内部在受力的情况下的内部空间问题，在此就不多赘述了，见我的名为《受力的物体内部到底发生了什么情况》。我在此节，仅是进一步说明其含义。
2.由于在以前我的文章里，涉及到物体内部空间的符号，是用希腊字母“内ρ”或用“P内”及小p来表示。但是，在没有“受力”的文章发出前，此方面的物理含义是没有详细说清楚的。所以，必须要看此“受力”文章，才可以有进一步的理解。
3.此“内部空间”的界定，必须是指物体有质量部分所占据“空间”。就是因为没有如此的界定，爱因斯坦才在此问题上困惑了一生（见他有关著作的补充附录里显示的如此方面的问题），这是影响他重新建立完整的牛顿力学基础原理理论的一个最主要的障碍。
4.必须有个新的物理量的建立与补充，牛顿力学基础的变革才可以基本完成。这个物理量，就是独立的重力场强度。（引力场强度，原来只用牛顿引力公式的物理量，但仅是经验公式的性质，不是原理性质的物理量）在我以前的文章里通常用大P（或外P）表示，（名称可以成为“坦”）
5.这个“坦”的物理量，也是物体内部空间的物理量（量纲相同）。可以说，实际的重力场强度是不均匀分布的（引力势二阶导不为零），但是，一般的来说，物体内部空间的“坦”可以是均匀分布的。（容易建立相关的许多的数学描述内容）
6.这个物体内部的空间物理量之所以说是独立的，是因为可以直接的建立起抽象的“p内”与具体物体（各种物态）内部状态（压强梯度）的“经验”层次的对应关系。如此的压强梯度可以造成具体的物体内部的许多相应的物理变化，比如，一个惯性运动的玻璃瓶撞上刚性障碍物，就破碎了，就是可以用此内部p的大小来作为原因来解释（内部压强梯度迅速变化）。当然，也可以想象如果有这么个引力场强度也是如此的数值，那么，就是不“碰撞”而静止在其引力场内，也会破碎的。也就是说，内p相当于引力场内“静止”的小范围的某数值，也是物体内部的“引力场”。（引力场的空间可以不涉及质量的空间，而物体内部的“引力场”的范围必须是物体的质量所占据的空间，这是必须要强调的“界定”问题。）此段的说明，就是说，已经有了新的概念与物理量，有了新的物理解释的依据内容。以前的力学就是没有建立如此的物理关系。以后的力学，就有了一个新的认识角度，就是把受力的物体内部的物理变化可以有一个新的原因来解释了。这就是新的知识。虽然以前的人们都知道有此现象，但是，没有建立起受力与物体内部物理性质的内在联系的原理性质的认识，或仅是经验的认识，而不是抽象理论层次的“本质”的认识。这就是在牛顿力学在基础上变革的最重要的补充方面。这有指导实践的意义。
7.如此的建立个新的物理量及概念，可以看出，相对于以前的关于弱等效原理的表述来说，这已经是属性性质的认识了，以前的认识还是经验的认识层次。比如，说人在没有引力场空间（牛顿背景空间）里的加速上升的升降机里的“有重”的感觉，等效于站在地面上的有重的感觉。感觉毕竟是没有看到问题的本质。实质上是，此有重的感觉是由于人的身体内部会有“压强梯度”情况出现，才是感觉出有重的原因。这就是其真正的实质的原因。至于强等效原理，则是应该慎重认识的，因为没有经验事实基础（不能成为原理理论性质的理论原理，也许而仅可以于构造理论的性质贴点边）。而爱因斯坦的光在“横向”射入没有引力场空间背景情况下的加速上升的升降机里的弯曲路线的“思维实验”，实质仅是运动学里的“速度的合成问题”，没有物理意义。所以如此角度的等效的对应引力场，认为引力场内光线弯曲的原因是如此，是没有道理的。所以强等效原理应该是没有经验事实基础的。
五、新的原理性质的核心基本定律
当我把此物体的内部（有质量占据的空间）问题“抽象出来”，增加一个新的物理量后（与引力场强度物理量纲相同），就是说，在新的物体内部空间基本概念及物理量建立后。就有了建立新的牛顿力学原理性质的定律的条件了。于是，就在牛顿惯性与爱因斯坦前面的话基础上，建立了两个“统一”的原理公式（广义惯性力定律与广义惯性运动定律）。而且也做了习题解法的介绍。于是，爱因斯坦真正的改变牛顿力学基础（出发点）的目标与意义，应该说，就在我总结的原理公式那里得到了实现。详细的内容请看我后面列举的文章。此两个公式，不必要用复杂的数学工具，而仅用初等数学工具（矢量）就可以了，如此新的“定律”就可以直接进入中学的物理教材里。在此节，我做以下的补充说明。
1.此原理系统，仅是涉及到宏观物体（质量）与其占据的外部空间背景的物理关系。但是，由此，可以有一个新的观念，就是说，天体引力场系统应该仅是“主体与客体”的关系。主体提供引力场，而客体仅是作为“场的荷”意义。（原来的引力场内的物体的广义惯性力——重力是场强与质量的积的公式，已经是属于我的两个原理公式的“推论”性质了。）而原来认为牛顿引力公式里的两个物体（质量）之间直接存在“超距引力”的观念下来计算的思维模式，应该取消了。没有什么原来理解的二体与三体的引力问题了。这也是牛顿力学基础的很重要的变革方面之一。
2.新的原理性质的三个定律:a)广义惯性定律；b）广义惯性力定律（公式）；c）广义惯性运动定律（公式）里，就有了两个公式了。如此就可以用此公式，可以根据其中的物理量的特殊情况推论出牛顿力学里的其他公式，同时也包含了“等效原理”的本质含义。这个意义就是，原来牛顿力学的没有内在关系的物理意义的公式，统一在这两个公式里，就有了确切的物理意义。于是，目前的牛顿力学教材里的许多的“模糊不清”的物理含义，就应该消失了。标志了在牛顿力学的范畴内的对自然界的更深入的认识，牛顿力学开始进化为新的阶段了。
3.此原理系统没有涉及引力场产生的根源问题，在此仅是给定一个引力场空间；其次没有涉及引力场的结构等方面的描述（这是另外的相对独立的物理学范畴），以及物体在引力场内的运动轨迹状态的等问题，这可以依据此原理系统进行复杂数学工具的延伸描述。而引力场本身问题，是个独立的需要继续研究的科学领域。至于，由引力场角度，用于宇宙学方面，我不多发表看法，因为，抽象的理论性质的宇宙与实际的我们在哈勃望远镜里看到的宇宙，不是一回事。（实际的宇宙本身的物理认识，我们才刚刚开始感性认识性质，而且我们需要知道的还大多不知道）
4.问题严重的是，现在把引力场的产生原因仅是归结于大质量，实在还是牛顿的认识，重力场应该是整体天体在演化过程中产生出来的，不是质量自然具有的，这方面我在以前的文章里做了说明——也是很重要的有待继续证明与证实的结论。
5.对于我总结的广义惯性三定律里的第一定律的语言表述，可能许多人都不可“理解”。是因为其中用的小p或内ρ为零来说明其广义惯性运动状态。实在是抽象。但是，如果你用“失重”角度来理解，就非常的容易了。但是，作为一个原理，是不能用“感性”非科学语言来表述的。必须是客观的抽象的角度来表述。它的语言表述仅是对属性的含义的表述。如果要理解其含义，也很简单，用感性的角度，就是说，凡是“失重”时候的物体（包括我们身体自身）的运动状态，都是广义惯性运动状态。反之，亦然。
6.我还是要着重的申明，我们必须放弃已经形成的某些牛顿力学观念与思维定势。比如，说什么也不理解，物体在重力场中的下落趋势，是由于物体的广义惯性，是物体“本能”地要下落，而总觉得有个无形的外力造成的。这就是需要超越我们的感性认识，达到抽象的理性的认识。必须知道，在自然界里，还有由于某属性物体，在某情况下，是可以“主动”改变自己的运动状态及主动作用其他物体的。在牛顿力学里的势能概念，也可以说就是说该物体由于有“能”，可以主动改变自身的运动状态，从而也就是解释了重力状态与自由落体运动状态的原因，而不是引力。静止在引力场内的物体（重力状态），可以看做获得了引力场的“能”，而不是虚构的“外力”性质的引力。
7.还有一个最重要的思维范式的变革问题，就是目前的教材里，把正在公转的物体（非平动）的惯性离心力，当做了有一种物体的外力（无形的，没有作用来源的力，说不清，反而取消了离心力）在作用，实际上是物体本身惯性原因，反作用于“阻止”其离心的外力（向心力的具体方面），另外，有的人把此情况当做了外力性质的离心力的“势”来看待也是错误的思维范式；而已经正在离心了，那就不是由于惯性离心力的问题了，而是惯性运动状态了。以此为例，可以引申至其他同类方面的认识转变，包括原来的引力思维模式。
七、最后的总结
1、牛顿力学变革后，也仅是关于物体的惯性（包括牛顿惯性与重性）的物理学科。或叫做惯性力学也可以。其中必须是有质量这个基本概念为标志。仅适用于宏观范畴。
2、牛顿力学里有个隐含的有物理性质的空间背景问题，而变革后，就有个两个背景空间前提：牛顿的各向同性空间背景与引力场空间背景。
3、在背景空间里，有个代表其空间背景的物理性质的参考系（坐标系），约定为基准参考系。所有惯性力学里的原理性质的公式，都必须在此基准参考系里有效，而其他非基准参考系里的公式变换回到基准参考系后才可以有确切的原理解释性质。
4、广义惯性力（包括牛顿惯性与重性——已经没有了虚构的引力与惯性力之说）是由于物体本身惯性的原因，对外力的直接反作用力。
5、牛顿的惯性运动状态概念已经变为只要是物体是“失重”（此失重的抽象说法是内部空间问题）的运动状态都是惯性运动状态。至于到底是什么运动状态，取决于物体所处的空间背景的特征。可以用新的定律来进行计算出其运动状态。
6、物体内部的有物理性质的空间，等同于引力场的很小的局部空间。可以直接的对应物体的具体形态的内部空间里“压强梯度”，可以作为此压强梯度产生的原因的说法，也可以间接地解释由于此压强梯度的具体物体内部的相应的物理变化现象。
7、此惯性力学（对牛顿力学的基础变革后的力学），仅是关于物体（质量）与其背景空间关系的问题，而对于背景空间本身的问题，不涉及，尤其是引力场背景空间本身的问题，不涉及。这个“本身”的问题，这是需要物理学继续研究的相对独立的范畴（比如熵空间与负熵空间的问题也涉及此“本身”问题）。
8、由于原来的牛顿力学里的许多公式，尤其是涉及重力及引力的公式，都比较分散，现在都统一的可以由新总结的广义惯性的三定律演绎出来，成为有特殊情况下的推论性质的定律或公式了。其意义就是变成了有内在物理关系的公式系统，标志了对该领域的物理意义的更深入的认识，也标志了理论的统一的自洽性。标志了牛顿力学进化为新的阶段。牛顿力学在基础上的此变革，将告一段落了。相应的就是需要教材的改革了。
9、如果说，是因为把某范畴物理学科里的分散的许多的物理公式及物理含义，可以用一两个公式把他们都包括进来，就构成了美的效果的话。那么，我所做的就有了如此的美学效果，但是，这与美学挂钩实在有点牵强。也许因为，人的本性厌恶思维的混乱，总是想用几句简单的话或几个简单的公式，就可以把思维条理化及简单化，就认识了世界，是人的本性使然。但是，如果人对世界的认识没有更深入的认识的追求，哪来的如此简单化？因为真理应该是简单明了的。不如此，仅仅是感性知识的积累或盲目的追求所谓的洋洋百万字的科学巨著的宏伟，那么如果如此，我们有限的人生该怎么过？我总是有个感觉，就是凡是要用几百万字的巨著才以为可以说清楚某个知识的意义，其本身实际上就意味没有认识到其中的真理，只有不断深入的认识世界，才会把复杂的问题简单化。问题是哪些知识是科学里的该抛弃的垃圾与泡沫？哪些知识是科学里的精华。这也许是不断往复的过程。
摘要：针对基础课堂的特点，以理论力学课为例浅议在基础课教学过程中，有意识的采用一些讲课技巧增加课堂的趣味性、生动活泼性，以激发学生的学习兴趣、学习动力和创新能力。
关键词：课堂教学；理论力学；基础课
1、课堂教学的概念和优缺点
1789年法国大革命后，为适应在进行的战争迫切的需要，工程师做筑堡垒、修道路、建桥梁以及有关枪炮方面的工作，1795年正式成立了巴黎综合工科学校，这所学校规定学生在进入学习各个具体工程部门之前，都必须学好数学、力学、物理、化学等课程，开始有了基础课和专业课的区分。这所学校的成立是真正现工科高等教育的开始，与以往学校采用师徒之间个别传授教学方式不同的是，这所学校开创了对学生集体授课的教学方式，而集体授课的教学方式即我们现在的课堂教学[1]。
课堂教学，是把年龄和知识程度相同或相近的学生，编成固定人数的班级集体；按各门学科教学大纲规定的内容，组织教材和选择适当的教学方法；并根据固定的时间表，向全班学生进行授课的教学组织形式。课堂教学是教育教学中普遍使用的一种手段，它是教师给学生传授知识和技能的全过程，它主要包括教师讲解，学生问答，教学活动以及教学过程中使用的所有教具。也称“班级上课制”。
班级教学的主要优点有：第一把相同或相近年龄和知识程度的学生编为班级，使他们成为一个集体，可以相互促进和提高；第二教师按固定的时间表同时对几十名学生进行教学，扩大了教育对象，加快了教学进度，提高了教学工作效率；再者在教学内容和教学时间方面有统一的规定和要求，使教学能有计划、有组织地进行，有利于提高教学质量和发展教育事业；最后各门学科轮流交替上课，既能扩大学生的知识领域，又可以提高学习兴趣和效果，减轻学习疲劳。班级教学的出现是教育史上一个重大的进步，但其也存在着一定的局限性，主要是不能充分地适应学生的个别差异，照顾每个学生的兴趣、爱好和特长；同时又难以充分照顾优、差生的学习和发展。
2、以力学课堂教学为例浅议高校基础课的课堂教学现状
采矿工程、 土木工程、机械工程、航空航天等本科专业中，力学历来是重要的基础和专业基础课程，各校基础力学的课程占总学时的10%左右。传输给学生什么样的力学知识和如何传授力学知识是摆在力学教育工作者面前的重要课题，同时也构成了力学教育思想的基本内涵[2]。
但力学课程向来为公认的教师难教、学生难学的课程，一成不变的教材内容易使教师陷入照本宣科的尴尬，而学生面对许多远离生活与工程的知识点，亦经常雾里看花不得要领，有些学生上课分心或旷课、厌学或许也与为师者枯燥乏味的讲课有关。力学类基础课程课题教学所面临的问题几乎也是所有基础课面临的共同问题。因为基础课往往偏理论化、抽象化，与现实环境往往直接联系甚少，教师讲起来不形象具体并且可能具有一定的枯燥性，基础课因为与实际生活直接联系较少使得学生学起来感觉到云里雾里比较缥缈。
而理论化、抽象化又是基础课的特点，因为它们是解决专业课的基础，是建立解决现实生活中问题理论模型的基础，其地位对每个学科尤其是工科学科非常重要。如何将抽象、枯燥的基础课讲的形象化是目前所有基础课教师所面临的亟待改M的地方，如何对抽象、枯燥的基础课感兴趣的学并且学好学扎实，更是工科学生所面临的亟待解决的问题。
3、以理论力学课堂教学为例浅议基础课的课堂教学改进
教学过程不仅是讲课，也是心智的付出，应该尽量做到求新求变、生动、细致，吸引学生是首要，目的是培养学生的创新能力。在短短的90分钟授课时间内让学生思维高度活跃将学生注意力集中吸引到老师话题和所讲内容中，这是基础课教学中比较难的事情，本文以理论力学课程为例就此方面提出几点浅议。
理论力学课程几乎是所有工科类专业都要学习的一门力学基础课，也是力学类课程最早出现的一门学科（18世纪以前的力学基本上是以静力学为主，而静力学是理论力学第一部分，而动力学基础于17世纪末才完成）。如何将枯燥、抽象、公式多的理论力学课程上好，本文从提出以下几个建议。
3.1 重要的知识点与实际工程、生活应用联系起来
基础课程之所以枯燥、抽象，是因为许多重要的知识点都是从解决实际工程、生活问题抽象出来的理论模型和理论知识，课堂上单单讲解这些抽象出来的模型和知识当然枯燥乏味，但是如果在教学过程中将这些问题的实际意义还原，从其所解决的实际工程、生活问题讲起，这样学生听起来就感觉这是理论模型和理论知识点具有实际内涵和实际意义，学习起来将会觉得有意义有意思形象化的多。如理论力学中比较难以理解的光滑圆柱铰链约束可从生活中的剪刀讲起。
3.2 重要公式的数学思想介绍清晰
基础课尤其是工科基础课，每个重要公式和理论模型均由其数学思想和模型建立原理，将这些数学思想和理论模型建立原理介绍清楚，学生能从根本上理解和推导这些公式，学习和理解起来才能更加清晰，也更利于他们的创新能力培养。如给出理论力学中非均布荷载合力公式时可给出其微积分的求解推导。
3.3 课堂中巧妙设问让学生思考并鼓励积极回答
面对理论基础课内容多、课时量减少而大纲要求没怎么变化、又要顾及学生理解掌握的现实情况，课堂教学时间总显得不够用，因此理论基础课越来越难以在课堂上给足教师提问、学生思考和提问的时间。但这样的教学效果并不好，如何在现实情况不理想的条件下课堂教学中给留出教师设问和学生思考提问的时间？以理论力学中受力分析图为例，教师在课堂教学时可以少举例但尽量做到所举例题具有代表性，可以有几种分析方法，循序渐进的引导学生采用不同分析方法作图。
3.4 教师的相关科研、国内外相关研究和课程涉及到的人文历史引入穿插于课堂教学
在基础课讲解过程中联系工程实际问题时，可巧妙穿插与之相关的国内外研究现状或教师自己所做与之相关的科研。如在将理论力学中桁架结构时，可穿插高压塔力学相关研究。深山中高压塔因为高压线的覆冰积雪或高压线随大风摆动，都非常有可能高压线断开甚至连带高压塔倒塌，高压塔倒塌会造成很大经济损失，所以现在比较热门的力学相关研究之一就是如何在高压线断开的情况下高压塔不倒塌。另一方面，在基础课讲解中会涉及到非常多的历史名人，可以适当引入历史名人的相关历史，增加基础课的趣味性，如介绍到牛顿定律时可还原牛顿的另一面，等等。这些内容的有意识引入都可以增加课堂的趣味性活泼生动性。
4、结论
基础课一般都具有非常理论化、抽象化和枯燥的特点，教师教学容易陷入照本宣科，而学生学起来也容易感到枯燥无味。本文主要针对基础课的以上特点，以理论力学课为例对基础课的课堂教学提出了几点改进建议，以增加课堂的趣味性、生动活泼性，可以更好的激发学生的学习兴趣、学习动力和创新能力。
通讯作者：郑恒伟
【摘 要】本文对环保理念下进行“土力学与地基基础”课程教学热莞母锏谋匾性进行分析，提出从基坑工程、地基处理工程、基础工程、旧建筑物基础的再利用、岩土工程灾害、实验实训教学等方面对“土力学与地基基础”课程教学内容进行改革。
【关键词】环保理念 土力学与地基基础 教学内容 改革
传统的“土力学与地基基础”是以完成工程地基基础的设计施工为目的，没有考虑施工过程对环境的影响和破坏。随着建筑用地的减少，建筑物的逐渐密集，岩土工程发展与环境的矛盾日益突出，目前形势下必须考虑和分析岩土工程对环境的影响，在环保理念下设计和施工地基基础工程。本文探讨环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容的改革。
一、环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容改革的必要性
教学是提高人们解决岩土工程发展与环境矛盾的关键途径，在环保理念下进行“土力学与地基基础”课程教学内容改革，是由“土力学与地基基础”课程研究内容本身、课程的授课对象所决定的。
“土力学与地基基础”课程内容是由“土力学”与“地基基础”两部分内容构成，“土力学”主要研究土的物理力学性质，“地基基础”主要研究“土力学”在工程实践中的应用。可以说“土力学与地基基础”就是指导人们如何改变地理地貌。环境的恶化会制约岩土工程的实施，而工程活动也进一步影响了环境，是工程活动的环境双重性的具体体现。所以，在“土力学与地基基础”教学中进行课程教学内容改革成为必然和必需。
“土力学与地基基础”的授课对象决定了教学中进行教学内容改革的必要性。岩土工程环境的恶化问题虽然是由于过度开发、规划的不合理等引起，但说到底其根源在人的思想。“土力学与地基基础”主要针对土建类专业学生开设，他们是以后从事土木工程的设计和施工的高端技能人才，在他们走上工作岗位之前接受一些环保理念，才能在工作岗位上基于环保理念开展工作。
二、环保理念下“土力学与地基基础”课程教学内容改革
在考虑环境影响的前提下，土木工程师考虑的问题就不仅仅是工程技术问题，还需要考虑工程对环境的影响。在“土力学与地基基础”教学中，考虑到对环境的影响，可以在基坑工程、地基处理工程、基础工程、已有建筑物基础的再利用、岩土工程灾害、实验实训教学等方面进行教学内容补充和改革。
（一）基坑工程方面。在基坑开挖中常常需要降低地下水水位，常用的降低地下水位的方法是井点降水法。由于水位下降导致土的自重应力增加，从而引起地面沉降，引起邻近建筑物的倾斜、开裂。基坑开挖时，基坑内外存在一定的水头差，当水力坡降较大时会引起基坑坍塌及开裂等问题。采用“按需降水”的理念对地下水的施工进行指导，这样既减少了地下水环境的变化和建造成本，又降低了地下水变化对邻近建筑物的影响。
基坑开挖对周边环境的影响除了地下水的作用外，主动土压力作用也不可忽视，它可使得侧壁土体向坑内及垂直向下产生位移，导致基坑支护结构破坏而导致基坑失稳，另外基坑支护结构的破坏还会导致基底隆起，同时基坑支护结构的变形和位移也会影响邻近的建筑物的安全，因此在基坑的开挖支护中一定要考虑到对相邻建筑物的影响。
（二）地基处理工程方面。根据地基土的性质不同，相应的地基处理有多种方法，对环境的影响也各不相同。比如，化学灌浆法是将水玻璃或其他化学浆液压入土的孔隙中，使土胶结成整块，从而提高土的强度和抗水性。但是，在施工中浆液尚未固化，加上注浆是在一定压力下进行，如防护措施不当会导致浆液向外围扩散，污染周围土质和水源。再如，强夯法处理地基时，强夯时产生的巨大冲击能量使附近的场地下沉或隆起，并以冲击波向外传播，对周围土体和建筑物产生扰动影响，同时产生震动和噪声等环境公害，对人的身心健康造成危害。
再如，土工袋是将素土、掺石灰或水泥的普通土、砂 砾、矿渣、建筑渣土等装在土工布缝制的编织袋内以用来增强地基承载力、控制地基沉降（特别是不均匀沉降）、减小行车振动对路基的影响。这是一种古老的地基处理方法，现在已被赋予了全新的含义，并被广泛应用于铁路、公路路基和房屋基础等永久性建筑地基处理中。
因此，在以上课程内容的讲授过程中，也可以适时地渗透环境保护的理念。在环保理念的指导下，工程的设计和施工要求更高，反过来也会对土力学及地基基础的发展起到极大的推动作用。
（三）基础工程方面。预制桩由于承载力高、质量容易保证、施工工期短而被广泛应用。预制桩的沉桩根据施工方法可以分为静力压桩和动力压桩。静力压桩施工过程中震动小、噪声小、没有泥浆污染等，在软土地区有广泛应用。但是，静力压桩有挤土效应，特别是饱和软土地区，由于挤土引起的超孔隙水压力导致地基产生水平和竖直位移，对邻近的建筑物造成不利影响。而动力压桩震动大、噪声大、如果防护措施不当，容易产生泥浆污染。应该根据周围环境，采取适当的沉桩方法。
（四）旧建筑基础在新建筑建设中的再利用。随着经济的发展，城市规模的扩大，城市中建筑物的更新速度加快，特别是在城市的关键地段更是如此，由于土地价格的提高，为充分利用土地资源，往往新建建筑比拟拆的旧建筑更高、更大，这种拆旧建新的做法是当今城市改造的必然选择。拟拆的旧建筑的基础对将在其原址上新建的建筑来说，将产生相当的影响，若旧建筑基础为天然地基上的浅基础，对新建筑物的影响就较小，若旧建筑的基础为桩基础，则对新建筑的影响就大了。在条件允许的情况下，全部或部分利用旧桩基，不足部分补打新桩，不失为一种经济可行的选择。
（五）岩土工程灾害。随着土木工程建设的逐年投入，天然的地质灾害发生的频率也加大了，对我们的影响加大了，人们的工程活动引发的岩土工程灾害也在加剧。例如大量开采深层地下水，使不少地方出现地表的大面积下沉，引发地表塌陷、地裂缝。建筑垃圾也污染了土地、空气与地下水。大规模的水利水电工程、高速公路、高速铁路工程可能引发次生地质灾害，例如崩塌、滑坡、泥石流、水土流失等。
（六）实验实训教学方面。地基土被污染后会造成其组成、结构和功能的变化。地基土受到污染，颗粒间的胶结盐类被溶蚀消解，胶结结构遭到破坏，胶结强度降低，土的孔隙比增大、压缩性增大，抗剪强度降低。为此，在土工试验的设计中，可以采用纯净土和污染土做平行试验的方法，比较得出环境污染对土的物理性质指标、抗剪强度指标和压缩性指标的影响，加深学生对污染土性质的了解。
以下以原生土浸清水作为样品纯净土A，以原生土浸废碱液27d作为样品污染土B做平行试验，得出的纯净土与污染土物理性质指标、抗剪强度指标和压缩性指标的试验结果。
1.物理性质指标试验。通过测定纯净土和污染土的物理性质指标，得出结果如表1所示。
可以从试验数据得出，土被污染后，其重度和干重度显著降低，而孔隙比、含水量、饱和度等指标明显增大。土的物理性质指标的变化必然引起土的抗剪强度和压缩性的变化。
2.抗剪强度指标试验。通过测定纯净土和污染土的抗剪强度指标，得出结果如表2所示。
试验数据说明，土被污染后，其粘聚力有所增大，而内摩擦角显著降低，故土体污染后强度总体来说是降低的。究其原因，是以为土的抗剪强度受土的物理性质和孔隙水压力的影响，而土体污染会改变土粒的矿物成分、土颗粒的形状和级配、密度、含水量和土的结构，从而改变土的抗剪强度指标。
3.压缩性指标试验。通过测定纯净土和污染土的压缩性指标，得出结果如表3所示。
试验数据说明，土被污染后，其压缩系数增大，压缩模量减小，所以土的压缩性提高。而土的承d力降低，故土体强度降低。
以上三个平行试验，没有过多地增加试验内容，但是通过两组数据对比，能够明显得出环境污染对土物理性质指标、抗剪强度指标和压缩性指标的影响，从而让学生了解到污染土的性质，认识到环境污染对工程的不利影响，也激发学生对保护环境的认同感。
【作者简介】张小礼（1978― ），甘肃天水人，广西水利电力职业技术学院讲师，研究方向：高职建筑工程技术专业教育；凌卫宁（1967― ），广西北流人，广西水利电力职业技术学院教授，研究方向：高职建筑工程技术专业教育。
摘要：弹性力学是工科专业学生必须掌握的一门理论性很强的专业基础课程，本文从帮学生搭建课程的总体框架、注重工程实例与理论知识相结合及注重课堂的教学氛围这三个方面提出了一些如何提高学生学习兴趣，提升课堂教学质量的教学措施。
关键词：弹性力学；课堂教学；教学方法；形象化教学
一、引言
弹性力学[1]，又称弹性理论，主要研究弹性体由于外力或温度改变等因素引起的弹性阶段的应力应变和位移，是固体力学的一个重要分支，是近代工程技术的必要基础之一，其相关理论在航空航天、建筑、机械、水利工程等工程领域具有广泛的应用[2，3]。
国内很多高等院校将其设置为工程力学、航空航天工程、土木工程、机械工程等工科专业的必修课程之一。《弹性力学基础》课程是本校飞行器动力工程专业的一门重要专业基础课程，它在专业培养过程中的作用是使学生在学习了《理论力学》、《材料力学》等力学课程的基础上，进一步系统地学习变形体力学的基本概念和研究方法，为学习诸如《航空发动机强度》、《弹塑性力学》、《疲劳与可靠性》等结构强度类后续专业课程打下坚实的力学理论基础。
从17世纪开始至今，弹性力学的发展经历了四个阶段：早期的基本规律探索阶段、理论体系成型阶段、工程应用阶段和分支发展阶段。无论从发展历史还是从理论体系上看，弹性力学都是一门理论性和应用性极强的课程：在理论上，它的研究方法非常缜密，基本概念和理论抽象、公式繁复，即使对一些经过简化的问题求解，也还需要大量地运用数学知识；在应用上，弹性力学引入了多种理论和分析方法，可以分析工程结构和材料受力之后的变形情况，需要学生对工程实践有一定的感性认识，能够将理论分析与工程实际联系起来，因此弹性力学对学生的数学基础和工程背景知识要求很高，属于难度系数较大的一门课[4]。目前，高等院校在弹性力学课程的教学中，大多从力学和数学的基本理论出发进行讲授，这种教学方式虽然具有理论性强、逻辑严谨等优点，但对学生（特别是工科学生）而言，课程内容存在直观性和趣味性差、抽象、难理解、与工程联系不足等缺点。不仅会让学生在学习中感觉内容枯燥深涩、解题过程复杂，进而丧失学习兴趣，同时也没有帮助他们建立起运用弹性力学知识解决工程实际问题的意识，大部分同学在学习完了弹性力学之后对其应用感到茫然。
笔者将结合个人教学实践，就如何有效激发学生的学习兴趣，提高课程的课堂教学效率，谈一些个人的理解和认识。
二、教学改革探讨
（一）帮学生搭建课程的总体框架
弹性力学中除了一系列基本方程外，还有大量的导出方程，这些方程的形式大多比较复杂，其推导对于本科生而言也比较烦琐，学生难以掌握每一计算公式。因此，在课程讲授过程中，需要梳理出一些让学生必须要掌握的重要基本方程，理解其物理意义。同时需要结合学生的认知，帮学生建立起弹性力学的总体框架，将弹性力学的基本公式串起来，可以让学生对一个知识点进行有针对性的学习，并培养学生对弹性力学问题的应用意识和思维能力。
以平面问题为例，首先让学生根据工程结构的特征判定属于何种平面问题，辨明已知条件和需求解问题；然后结合弹性力学的基本假设，从静力学、几何学、物理学三方面对弹性体进行分析，建立起三类方程，包括平衡微分方程、几何方程、物理方程，梳理三类方程之间的关联，并引入边界条件；最后让学生根据不同的基本未知函数和具体问题的特点提出相应的解法和步骤，弹性力学的基本解法有三种：按位移求解、按应力求解、混合求解，让学生掌握各类解法的特点和应用情况。
（二）注重工程实例与理论知识的结合
弹性力学是一门应用性很强的课程，在授课过程中不仅要考虑其数理逻辑的严谨性，还要兼顾到其与工程实际之间的联系，以达到提高学生解决工程实际问题能力的培养目标。本课程目前所选用的教材是高等教育出版社出版的由徐芝纶编写的《弹性力学简明教程》（第三版），该教材的优点是内容精炼、深入浅出，被许多工科院校所采用，但该教材中的工程实例较少，仅有的几个算例大多与水利工程相关，如压力隧洞等，缺乏与本专业密切相关的工程实例，这使得本专业的学生在课程学习中专业归属感不强，到处可见“数学”符号（实为力学物理量），学生常感觉弹性力学像数学，学习过程中找不到一个清晰的思路，理论知识与工程实际脱节严重。
为此，在教学的过程中，要注意将课程的知识点与本专业的工程实例结合起来，这样既可以提高学生学习弹性力学的兴趣，又可为后续的相关专业课程打下基础。如笔者在教学中，将航空发动机轮盘的强度计算这一工程问题穿插进课堂，引导学生从分析实际轮盘的结构特征和受载荷特征出发，如何将轮盘强度问题简化为一个运用弹性力学理论可以分析的简化模型，并介绍航空发动机轮盘设计中使用较多的“等厚圆环法”的基本概念。通过该算例的讲述，使学生不被弹性力学外表烦琐的数学公式和数学计算所迷惑，能在课程学习中抓住力学理论和概念的本质，不仅增加了学生学习本门课程的专业归属感，提升了他们的学习兴趣，培养了他们运用所学知识解决工程实际问题的意识和能力，还为他们后续的专业课程学习打下了基础。
（三）注重课堂的教学氛围
长时间面对那些枯燥无味的公式及繁杂的推导过程，很容易让学生或昏昏欲睡，或开小差，提不起学习的兴趣，降低了课堂学习效率。
笔者认为可以从以下两个方面来活跃课堂的教学氛围。
1.穿插历史小故事。弹性力学是一门具有丰富历史底蕴的传统学科，在整个发展史中，曾涌现出大量诸如纳维、圣维南、牛顿、柯西、虎克等著名科学家，他们的生平事迹和卓越成就往往引人入胜，在课堂教学时，可以将这些科学名人的生平趣事、人生历程、对力学发展的贡献等都融入相关知识点的讲解中。如笔者在介绍圣维南原理时，从纳维、柯西和圣维南三位同时期的法国科学家的人生轨迹和交集出发，引入圣维南原理产生的历史背景和对科学发展产生的巨大贡献，在讲述过程中，所有学生的注意力立刻被调动起来，大大激发了他们的学习兴趣，整个课堂氛围非常活跃。
2.引入形象化教学辅助工具。由于课时限制，教师不能安排试验环节，让学生较直观地认识课程知识点。为此，教师平时应多收集一些与课程内容相关的形象化的教学辅助工具，如某个试验的视频录像、某个软件的解决工程问题的模拟动画视频等。如笔者在介绍“常体力情况下边界条件和几何形状相同的材料的应力分布与材料无关”这一知识点时，就将光弹实验的原理、光弹实验过程的视频录像、运用有限元软件做的模拟动画在课堂上穿插着播放给学生看，大大提高了学生的学习兴趣，活跃了课堂氛围。
三、结语
弹性力学是工科专业学生必须掌握的一门理论性很强的专业基础课程，同时又具有很强的理论性、抽象性和高度概括性的特点，成为大多数学生眼中的一门既抽象、枯燥又难懂的“魔鬼课程”，本文从弹性力学课程的特点出发，结合自己多年的教学经验和对弹性力学这门课程的个人理解及认识，从帮学生搭建课程的总体框架、注重工程实例与理论知识相结合及注重课堂的教学氛围这三个方面提出了一些如何提高学生学习兴趣，提升课堂教学质量的教学措施，希望弹性力学的教学能向更好的方向迈进。
【摘 要】通过对专科类学生学习现状的分析，结合基础类力学课程的特点，提出了以实践教学为主、将行动引导教学的理念和方法渗透融合到专科学生的基础力学教学中，重点培养专科学生的基本专业知识和高级技术实用技能。强调在教学过程中激发学生兴趣的重要性，以学生为主体自主学习的重要性，理论知识和实践能力紧密结合的重要性。
【关键词】基础力学课程；专科类；实践教学；行动引导教学；学习兴趣
0 引言
近些年，S着全国扩大招生规模和提高普遍教育水平，大学教育已渐成为大众教育，专科学生入取分数较低，同时由于地区差异，同类考生入取分数相差较大，水平差异显著，学生成绩参差不齐，专科学生在学习中存在基础知识不够扎实、学习能力较差等问题，尤其在学习理论知识很强的力学基础类课程时，学习兴趣不高，学习状态较差，学习效果不理想，因此专科类基础力学课程教学的改革是有必要的。
目前国内外各大高校对教学方法都在进行改革，世界知名高校先后向全球学习者推出了开放课程项目，引入MOOC进行混合教学模式的探索，大规模在线开放课程的教学方法已经演变为世界范围内高等教育教学的一种全新方式，我国包括清华大学、国防科技大学等也已经开始课堂教学与MOOC交叉混合进行的新尝试。省内高校燕山大学教务处长谈教学内容和教学方法的改革中提到了重视学生在教学中的主体地位，充分调动起积极性、主动性和创新性，充分利用现代教学手段积极开展CAI教学。其他高校也一直在教学改革上下功夫，包括教学思想、方法、教学内容、考核方式在内的全面改革新模式。现代的教学方法不仅仅局限于传统的讲授法、谈论法、演示法、练习法和读书指导法，而是充分利用现代教学手段、灵活运用各种教学方式。
随着多年来教学方法的改革和不断进步，教学方法和教学新模式大部分是针对本科学生来说的，对于专科生特定的教学方法改革还是很少。本文提出了在力学基础课程中以行动引导教学的实践教学方法，重在激发学生的学习兴趣，教师引导学生自主学习，结合学生专业将理论知识和生产实践紧密结合起来，将专科生培养成具有专业知识和技能的中、高级人才、技术实用型人才。
1 基础力学课程的特点
基础力学课程是高等院校理工类专业不可缺少的一门必修专业基础课程，尤其对于土建和机械相关专业来说非常重要，应用力学所学的基本知识和基本原理，分析和研究机械运动规律、研究建筑结构中构件在各种条件下的力学性能等，为专业课程的学习奠定理论基础。基础力学课程的特点是概念多、公式多、假设和推导多，内容繁杂、抽象、枯燥，有一定的理论深度，学好这门课程需要良好的数学、物理基础，同时基础力学课程逻辑性强，系统性强。这对于基础知识较差，理解问题不透彻的专科学生来说学习掌握好基础力学课程存在难度，学生普遍感到教学内容枯燥、晦涩难懂，提不起兴趣，接连几次听不懂后就感觉这门课程没有收获而产生厌学情绪，基础知识都掌握不了，就更不用说发挥创新，活学活用了。
解决和协调专科学生在基础力学学习中遇到的问题是迫切的。专科教育与本科不同，本科教育培养学生扎实的掌握本门学科的基础理论，专门知识和基本技能，并具有从事科学研究工作或担当专门技术工作初步能力的高级人才，专科教育则是培养某种具有专业知识和技能的中、高级人才、技术实用型人才，其知识的讲授是以“能用为度、实用为本”，因此专科生的教学方法，不能与本科生相同，如果老师讲授知识过深，理论性过强，不能很好的调动学生学习的主动性和积极性，学生就会似懂非懂，枯燥无趣，上课不认真听讲，甚至逃学旷课。
基于基础力学课程和专科学生现状的特点，为了让学生在三年的时间内实现专科教育的目标，学习能力得到整体提高，必须为实践而教，行动引导教学，有目的的去教学，重视实践应用，重视和专业课的联系。
2 传统教学存在的问题
传统的教学方法重教不重学，按照教学大纲、教学内容从概念、定理、推导公式等方面授课，条理清晰，层次分明，在学生掌握、接收程度上关注少。传统的教学重视知识的讲解，忽视了培养学生的自主学习能力，学生在学习中是被动的，对老师依赖性很强，老师讲什么就接收什么，头脑不转，缺少思考，学习能力很难得到提高。传统的教学中老师是主体，是知识的传播者，学生在课堂上参与很少，老师和学生的互动很少，学生动手实践能力差，学习的兴趣调动不起来，做不到活学活用，发挥创新。传统的教学中通常以期末闭卷考试给出成绩，考核形式单一，仅考核学生理论知识的掌握，不考核理论知识的应用。传统的教学中很多不同的专业使用相同的力学教材，专业侧重点不突出，导致学生不能将力学和专业课紧密的结合起来。传统教学存在一定的问题，需要做出改变和调整。
3 教学改革的具体方法
为了能让专科学生既能掌握一定的理论知识，又能与实践紧密相结合，必须对传统的教学方法进行改革，强调学习者实际工作能力和解决问题能力的提高，必须对传统的以“老师为主”的课堂教学转变为“以学生为主”，培养学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式自学基础知识，有目的性的去学习，减少授课时间和教师讲授内容，以实践应用为导向，以与专业课程联系为基础的学习重点，以课堂学习为系统的课程内容，课本知识为引导，实践应用为主线的行动引导教学活动。讲授注重基本原理和核心思路，充分利用课堂时间将理论知识和工程实践密切结合起来。可以从以下几个方面进行尝试和探究。
3.1 结合专业设置，重视教材的选取
基础力学课程是一门与工程技术联系极为广泛的专业技术基础课程，为后续的专业课提供力学分析。结合专科学生的特点和培养目标选取教材必须有针对性，应结合专业知识，教材的内容应该有所侧重。选取教材必须有实践性，为实践而教，为实践而学，教学做合一的目标就是教会学生做事，教会学生应用。选取教材必须有趣味性，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习激情。选取教材必须有系统性、科学性、连贯性。
3.2 重视绪论学习，课程引入过程
爱因斯坦说过“兴趣是最好的老师”。通过介绍力学科学发展史来激发学生学习力学的兴趣。介绍力学发展史、力学家的传记、机械和建筑工程中力学的应用等，使学生对力学学习产生浓厚的兴趣，意识到学习基础力学的实用性和重要性。讲述我国钱学森、钱伟长等力学家的故事，可缩短力学课程与学生的距离，让学生感X的到力学知识和工程实践的密切关系，进一步激发学生的学习及创新，使学生觉得学有所用，学有所长。
3.3 课前自主学习，主动获取知识
提前布置下节课的学习内容和要点，学生利用课下的时间自习，可通过课本理论知识的讲解，观看课程讲解视频，阅读参考文献书籍、分析典型案例讲解等。对于基础较差的专科生来讲，课前预习是非常必要的，对于力学课程中涉及到的数学、物理等基础知识可以提前在课下翻阅资料学习，避免了课堂上的跟不上、听不懂，培养了学生的自主学习能力和获取不同学科知识的能力。
3.4 课堂辅助教学，行动引导教学
在学生课前预习基础上，课堂中只针对重点知识点详细讲解，采用提问式、启发式、讨论式、实例式等多种教学方法综合使用。根据专业特点，和专业及工程实践密切相关的知识和内容反复的循环讲解，提问、分组讨论，并介绍如何应用到工程实践中去，如何与工程问题结合起来。在教学过程中激发学生的学习意向，明确指明学生学习所达到内容和目标，采用学生易于理解和接受的学习方式进行授课。作为现代专科教育的教师，要转变教学理念，转换教师角色，把重点转变到学生的“学”上边，做到“教、学、做”的完美组合，充分发挥学生的积极主动性，将枯燥的课堂变成有趣而实用的学习场所，把学生放在重要位置上，重点培养学生的学习能力、分析问题的能力和工作能力，设计一堂有意思的好课。
3.5 多样化作业形式，重在实践
专科学生作业可分为三部分的内容，首先是重要知识点的总结，需要掌握的内容和理论知识归纳总结并记忆；第二部分是课后的理论练习题目，要求抄写题目，尺规作图，利用第一部分总结的知识做题，掌握理论知识的直接应用；第三部分就是理论与实践的结合题目，老师针对学习的内容，在工程实践生活中寻找密切相结合的题目，开拓学生的思维，使学生将所学的知识间接的应用到建筑工程和机械工程中去，这是对前两部分内容的推广，增长学生的求知欲望。这样的作业形式，强调了理论―实践的研究方法，调动学生学习积极性和主动性，培养专科学生的创新意识、创新精神和创新能力。
3.6 多种考核方式
采取灵活多样的考核方式、方法。传统考核方式是平时成绩、实验和期末考试相结合核算学生的总评成绩。可以尝试传统的考核方式结合课前预习情况、课堂表现情况、课程设计等给出最终成绩，同时鼓励学生参加周培源力学竞赛、结构设计大赛、全国大学生基础力学实验竞赛等各类学科竞赛。
4 小结
以实践为主，将行动引导教学的教学理念和方法渗透与融合到专科学生的基础力学教学中，通过对教学方法的改革，激发学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，使学生达到理论知识够用、实用，培养具有专业知识和技能的高级技术应用性人才，服务地方，服务社会。
摘要：土力学与基础工程主要内容为土的应力应变、强度理论与基础工程，通过土的力学性质与工程实践去分析解决实际工程问题。针对该课程中存在的问题，提出本课程的改革思路。基于实际工程背景，从理论教学与实践教学两方面内容入手，整合理论教学内容，加强实践以提高自主思考、创新能力。最后从教学手段出发，通过网络技术的多样化应用及科研为教学服务的理念，将抽象概念及科研成果灵活运用到教学中，引发学生积极思考，提升教学效果。
关键词：土力学与基础工程；考核机制；岩土结构设计；改革创新
《土力学与基础工程》包括土力学与基础工程，是土木工程专业的一门主干课程。其涉及工程地质、流体力学、材料力学、弹塑性力学和工程施工等学科领域，内容广泛，综合性、理论性和实践性很强。高等学校开设此课程的目的是为土木工程专业的学生构筑工程基础理论框架，以提高分析与解决实际工程问题的能力。而本课程教学效果的优劣直接影响大学生理论素养与实践能力。因此，分析研究《土力学与基础工程》课程中存在的问题，探究课程的改革与建设的具体方法是专业基础课程建设的关键所在。本论文针对该课程在教学中出现的问题，结合专业特点，以分析解决实际工程问题为导向，改革教学内容，注重实践教学过程，提出创新性教学改革思路。
一、《土力学与基础工程》课程教学中存在的主要问题
（一）现有教学效果让学生对土的基本性质理解不够深入
土作为该课程的主要研究对象，其自身特性决定了力学性能的好坏而影响基础工程的稳定性与耐久性。由于学生缺乏对土基本构成的空间结构及时间演变的理解，教学过程中又以课本教条式讲解为主，土的宏观微观结构很难做到形象化、具体化。且土中水的存在状态仅从理论抽象层次讲解很难剖析清楚而让学生深刻理解，故学生在学习土中水分物理化学性质中存在很大疑惑。
除了教师板书授课外，网络教学手段也大范围应用到该课程的教学中，但是现有网络手段单一，大多由简要文字和静态图片组成，缺乏动态感。师生缺乏互动交流意识，学生感觉课堂教学枯燥，导致学习中缺乏积极性，从而课堂教学质量得不到保证。
（二）重视理论基础学习而轻视实践课教学环节
本课程是一门以实践应用学科，理论教学学时一般为64学时，而试验课学时只有8-12学时。教学过程主要以教师讲解为主，学生动手做试验时间非常有限，造成实践环节与理论学习脱节，进而造成教学效果差。
土力学中土的基本物理试验与力学试验较多，而且室内试验的首要条件是试样制做。土样的制作是一个相对漫长的过程，包括烘干、碾碎、过筛、搅拌、密封、压样等环节，而少学时的实践环节很难让学生系统学习制样过程。仅从教师讲解或课本学习去了解制样过程是完全掌握不了制样技能的，这也从一个侧面反应了该课程实践教学环节的尴尬情况。从本人所带该课程实践考核与理论考核两方面的成绩对比分析可以发现，理论环节的学习成绩明显好于实践环节。在实践考核中高于80分的人数远小于理论考核的人数（图1）。所以现有实践环节所占比例小反应出了学生动手能力差，试验分析报告质量低的问题。
（三）教学内容更新慢，缺乏针对性，不能适应专业人才的培养要求
近些年，我国在工程地质勘察，室内试验以及现场土工试验、地基处理、新设备、新材料及工艺的研究和应用取得了重大进展。而教学课程内容的更新与学科的发展速度相比存在滞后性，现有课本的教学内容很难让学生了解到基础工程领域的新理论、新技术。还有大多教材编写注重理论，缺乏基础理论与工程实践的具体结合。诸如课本中工程实例大多都是几十年以前的工程基础事故或地基处理技术，故现有先进的处理方法或技术很难以具体工程呈现出来。
（四）学生成绩考核机制存在不合理性
学生最终成绩一般由期末成绩、平时成绩、实践成绩三项组成。对于期末考试中存在的问题是试题过于死板，没有一定比例的主观思考题。除了理论计算外，其余的都是客观简单题，答案就是课本中陈列的。这样不会激发学生思考问题的能力，过于教条。平时成绩由考勤和平时作业组成，而没有体现学生自主学习能力的考察的作业。
二、教学内容的整合
（一）理论教学内容
理论学习是该门课程的基础，但是内容众多让不同土木工程专业的学习缺乏针对性，故对知识结构体系部分应该整合为主要增加前沿性理论成果，针对具体专业方向有不同侧重点，减除陈旧、现代工程问题中很难出现的内容。故对现有内容进行调整，土的基本性质与工程分类该章不变。将土渗透、压密、固结、有效应力原理与抗剪强度整合为土的基本力学性质，将土的应力、土压力、变形计算内容统归纳为土的弹性本构，因为土应力与土压力均为应力问题，对于本科生教学，应力应变归属土的弹性本构范畴。将地基沉降、承载力与边坡稳定性分析合并为地基与边坡稳定性分析一章，浅基础设计作为一章，将桩基础与沉井基础合并为深基础一章，基坑工程与支护工程作为一章、区域性地基与地基处理合并为特殊土及地基处理一章。这样将原有内容从12章整合为9章。删减整合会使该课程的教学内容进一步系统化，学生更加易于理解和掌握。
（二）实践教学内容
目前实践教学内容主要体现在以室内试验为主，通过学生做实验的方式掌握土的相关力学性质。应在试验教学环节中加入工程背景介绍与讨论部分，让学生更加清楚试验内容可以分析哪些实际工程问题。讨论环节应着重分析力学参数变化的影响因素，以及通过室内试验如何更好的反应土的天然性质。
除了试验部分，教师可提供某个问题较为具体的研究内容，让学生参与讨论，培养其解决问题的能力，并鼓励学生通过自主试验的方式拓阔思维，提高实践能力。
三、教学手段的创新
（一）网络教学的灵活应用
随着我国土力学与基础工程的发展，课堂教学内容不断增加，非常有必要借助多媒体和网络改革传统的教学方法。网络的形象性、趣味性、直观性和广泛性等特点能够让学生更全面的了解土的相关特性。就工程应用来说，大量工程案例用图片或动画形式呈现在课堂上会让学生影响深刻，并能展现工程修筑或破坏的动态过程。
还有，对于土的渗透特性，口头讲解水分的流动状态很难让学生建立空间模型，但用flash制作动画，通过动画演示，水分在孔隙中怎么流动会非常形象地呈现在学生面前。乃至渗透破坏、土的固结等过程网络都能够帮助学生在感觉与思维之间建立其桥梁来实现他们从直接感觉到抽象思维的过度，不仅让教学内容呈现丰富多彩，还让学生兴趣倍增，教学效果大大提高。
（二）利用科研成果提高教学质量
作为高校教师，不仅要做好教学工作，还要做好科学研究。科研工作可以促进教学发展。笔者从事冻土工程研究，通过对土中水分相变过程研究，探究了土中水分冻结机理。可将此研究成果应用到土的三相组成中作为拓展内容，让学生对土中水的存在状态理解更为深刻。
图2为土中水分冻结研究。图2a是在降温环境中土中温度曲线，可以看出当土体温度达到零度时，水分不会冻结，只有达到结晶中心时才会形成冰核。此阶段为水分冷缩阶段（图2b）。当水分开始冻结时，先是重力水冻结，此时会发生大量冰水相变，温度主要集中在0―-4℃。其次为毛细水冻结主要发生在-4℃―-15℃温度阶段，毛细水含水量变化明显小于重力水含量变化。由于毛细水主要存在小孔隙中，而相比存在大孔隙中的重力水而言，本身含量要小很多。最后为弱结合水的冻结，主要发生在-15℃以下，该阶段含水量变化非常小。而强结合水的冻结现有降温设备很难实现，因为其性质非常稳定。
（三）注重学生思考问题及学习方法的培养
本教学课程除了传授学生专业基础知识以及试验操作技能，更重要的是要培养学生思考分析问题的方法，乃至解决问题的能力。教师主要作用就是引导学生多思考。例如“管涌现象”，结合实际工程，采用启发式的教学方法。引导学生思考什么类型的土会发生此现象，为什么？从管涌现象出发总结出其特点，然后针对土体自身特点进行分析，引出管涌易发生的土类及条件。
四、总结
土力学与基础工程的教学既离不开理论基础知识，也离不开工程实践。土力学基础理论的夯实可为工程问题提供数学模型，让问题简单化和清晰化，呈现出规律性。但是实际工程往往存在复杂性，理论模型往往不能够准确反应实际情况，故在教学过程中要注重工程实践环节。在该课程中适当加入工程实践活动或课外工程设计活动，开拓学生视野并为其提供创新平台。
在改革创新的新r代，教师作为教学的主体要提高自身素质，要具备系统的理论和实践素质，并能够将自身科研成果灵活运用到教学中，引发学生积极思考，提升创新意识，以培养出符合新时期国家需要的专业技术人才。
作者简介：万旭升（1987-），男，甘肃静宁人，讲师，主要从事寒区工程研究与教学。
摘要： 流体力学是材料成型、机械等学科的专业基础课程，理论性强，内容抽象难掌握。本文针对课程特点，结合实际的教学经验，进行了教学内容、教学方法、教学考核等方面的思考，以期提高整体的教学效果，最终提高教学质量。
关键词： 流体力学；实践教学；教学改革
流体力学是材料成型、机械、航空航天、土木、化工等多个学科的专业基础课程，主要研究生产、生活中遇到的流体平衡和运动规律的问题。流体力学具有理论性强、公式推导和基本概念多、对学生的数学物理知识要求高、应用广泛等特点。熟练掌握流体力学这门专业基础课程，对解决工程实际问题有着重要的意义。
结合实际的教学经验，目前的流体力学课程教学中存在如下问题。首先，大量的基本概念、定理、公式和理论模型需要学生掌握，抽象复杂，教师满堂灌输，学生被动接受，导致“教师难教，学生难学”的现象。其次，流体力学虽理论性较强，但与工程实际息息相关，课堂习题和课后练习往往与工程实际脱节，学生缺乏理论联系实际，不能很好地将所学知识应用于实际工程问题。再次，流体力学课程实验多为演示实验，学生不能主动设计实验并加以验证，不利于培养学生思考问题、分析问题、解决问题的能力。
针对流体力学课程特点和存在的问题，本文从教学内容、教学方法、教学考核等方面，对流体力学教学改革进行探讨。
一、 优化理论和实验教学内容
流体力学理论应该以掌握概念为基础，以分析计算为手段，以加强应用为目的来展开。教学过程中，应对教学章节划分轻重主次，进行合理取舍，课堂中引入工程实际问题，进行习题练习和思考分析，提高思考和解决问题的能力，培养出应用型人才。在内容选择上，根据专业人才培养方案的思路和流体力学自身规律，优化选取教学内容，注重点面结合。在完整全面介绍基础知识的前提下，实时穿插介绍流体力学最新科研成果、科学研究热点和具体的工程应用实例。在理论教学内容安排方面，应该遵循由简到繁，由易到难的原则，明确课程主线的基础之上，突出重点的基本概念、掌握基本方法和技巧、培养学生的思维方式。
在流体力学实验教学环节，学生可以加深对基本概念的理解和对重要公式的应用。实验教学内容分为三类：必开实验模块、选开实验模块和自主设计实验模块。在必开实验中，应该围绕流体力学最重要的理论内容，进行理解和掌握，去粗取精，探究核心内容。在选开实验中，应该结合流体力学科研热点和科研动向，整合实验教学资源，理论联系实际，进行工程应用的培养。自主设计实验模块从无到有，应该增大次模块比例，适当增加学生人数，培养学生自主创新和研发的能力，学生的实验作品，可进行展览或参赛，激发学生的创新热情，提高综合素质。
二、 改进教学方法和手段
流体力学课程内容复杂枯燥且抽象，对于高等数学的要求较多，大部分学生学习困难较大。为了培养学生学习兴趣，激发创造力，我们应该对教学方法进行探索和改进。
为了丰富课堂内容，教师应该巧妙地设计身边有趣的问题，将问题抛进课堂，启发学生的思维。例如，介绍伯努利方程之前，可以搜集吹纸片和吹风机吹乒乓球等有趣的伯努利现象，向学生提出问题，引入相对枯燥的课程内容，从而提高学生的学习兴趣。在课堂教学过程中，适当介绍最新的研究成果和研究热点，可以调节课堂气氛，极大地丰富了学生的知识面，提高学习积极性。例如讲解动量方程时，可以介绍军舰的不同推进方式，增加学生对流体力学用于军事装备的了解，增强了学习动力。教师讲解课堂内容时，不能仅限于内容本身，应该引入研究背景、科学家的研究思想和发展进程。通过此类介绍，使学生学会在实际工作中发现问题、提出问题、分析问题和自主解决问题，通过理论联系实际，从而达到培养综合能力的目的。最重要的是，教师讲解应该形成清晰的立体空间，讲解知识点的过程中，注意点线面相结合，形成清晰的脉络，有利于学生对课程的掌握。
三、 完善课程考核方式
考核的目的在于考察学生掌握程度，检验教学成果，从而促进教学方法的改M和课程的优化改革。因此，流体力学的课程考核应该在一定程度上反映学生的主观能动性，这样有助于营造良好的课堂氛围，促进教师与学生之间的互动和交流。相比于期末考试成绩占百分之百比重的传统考核方式，目前综合考核的方式更加人性化、合理，操作起来也更加复杂。
目前，我院主要采用平时成绩和期末成绩综合考核的方式进行课程评价。平时成绩包括课堂考勤、作业和实验报告，每一个部分占一定的成绩比例。平时成绩是学生对该课程的学习状况、掌握情况的重要反映，也是教师及时了解教学整体情况的重要途径，平时成绩应该是考核中最重要的内容。在平时成绩考核过程中，教师应该对作业和实验内容进行精心设计和优化，不能盲目采用题海战术，应分轻重主次，让学生对各章节的学习有的放矢，有利于调动学生学习积极性，进行综合素质的培养。期末考试可以采用开卷、半开卷的新形式，着重考核学生利用知识分析问题的能力和创新能力。
结束语：
流体力学对后续专业课程的学习和解决实际工程问题是非常重要的，教师应该在教学过程中不断发现问题、分析问题和解决问题，不断改善教学方法，最终提高教学质量，培养学生的综合能力。
（陕西科技大学 机电工程学院，陕西 西安 710021）
摘要：教育教学能力是影响教学质量的主要因素，基础力学老师的教学能力水平直接影响到教学效果，本文分析了基础力学教师应具备的能力，并提出了提高教师教学能力的四点思路。
关键词：教育教学；基础力学；培养；教学研究
机械基础课是大学的必修课，开设该课程的主要目的是为了提高教育质量，提高学生的专业技能水平，使学生具有适应科技迅速发展的能力。教学中我校提出的“高标准、严要求、厚基础、强能力、宽适应”的高素质机械类专业学生的人才培养目标，机械类专业的学生我校开设的基础力学课是“理论力学”和“材料力学”，该基础力学课起着基础课和专业课之间的桥梁和纽带作用。《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》都明确指出，高等教育必须坚持走以质量提升为核心的内涵式发展道路[1]。高校教师应具备的教育教学能力主要包括教学认知能力、教学内容驾驭能力、教学设计能力、教学操作能力、教学研究和创新能力、科研促进教学能力、培养学生终身学习能力、交流沟通能力，同时还必须具有实践教学指导能力和产学研合作能力[1]。作为新世纪的基础力学课教师，如何继往开来，使自己成为一名合格的基础课教师呢？
一、驾驭课堂教学的能力
“师者，所以传道授业解惑也”，教师在教学中，语言要言简意赅、合乎逻辑、内容具体，讲课中感情要饱满丰富、富有感染力。基础力学课程实用性很强，但枯燥性也比较明显。现阶段高校强调基于能力培养的教学，首先教师有过硬的教学功底，优秀的教师一定是一名智慧型教师。他的课堂结构一定是严谨科学的。学生的个人天赋不一，教师的教学能力一个特征表现为善于发现学生的个体差别，发掘学生的个人特色。课堂上基础力学教师传授给学生的是基本知识，但通过知识的迁移性和再生力，培养了学生的分析和解决工程问题能力，教师用自己的教学能力和人格魅力，讲课中对知识通过合理组合，学生通过消化吸收对教师教学方法的领悟可间接地提高学生解决问题的水平和能力。教师通过教学经验纵横联系学生已有知识并通过举例说明，化难为易，突破难点，突出课程的重点。教师的这种对课堂内容的把控能力会直接影响学生学习能力的提升。
二、教师要有自己的教育智慧
孟子曾说：“教亦多术矣。”可见教师的教育教学能力不仅靠理智，还要靠机智。教育学不仅是一门科学，更是一门艺术[2]。教学有法，但无定法，贵在得法。每位教育者的学识、能力和人格魅力是一种特定的教育资源。教师的教学智慧必须具备几个特征：
1.具有随机应变的能力。教学中难免会遇到各种突发情况，此时教师丰富的知识积累显得尤为重要，遇到突然问题时处理态度是冷静的，处理方法是恰当的、果断的。
2.教师要掌握教育分寸。教师有自己独特的教学方式，对待学生是温柔与严厉相结合，对待学生教育尺寸把握应该是恰如其分的。
3.教师必须具备良好的沟通能力。优秀的教师应该有良好的表达能力，一名教师教学的流畅性与教学效果有显著的相关性。如果一名教师语无伦次，思维混乱，说话逻辑性差，就很难将问题讲述清晰，教学工作比较难于出彩。优秀的教师能够与学生建立“教学相长”的平等关系，能与同事建立相互支持、合作的和谐工作关系，与相关企事业单位建立互助协作的伙伴关系[3]。
三、恰当地结合传统教学和教学媒体
现代教育教学既要求人的全面发展，又要求因材施教、个性化发展。教师的教育教学更需要展现鲜明个性又要符合上课的标准。一堂课上教师恰当地使用教学媒体和板书，会收到事半功倍的效果。一般说来，一堂课学生的注意力集中时间不到20分钟，教师的教学效果的优劣，一个重要的体现在于有限的时间内教师能否最大限度地调动学生的学习积极性。教学媒体不仅能提高学生的注意力，调动学生的学习兴趣，增大课堂教学信息的容量，更重要的是有助于提高学生的接受能力。传统的板书教学具有层次分明、脉络清晰；增强直观效果，重点突出，能起到提纲挈领的作用，方便于课堂小结和课后复习等功能。教师上课中充分将多媒体技术的文本、声音、图形、图像、动画等进行综合处理，使教学达到图文并茂、提纲挈领、有声有色、生动逼真的教学环境，使学生彻底理解、真正掌握相关的知识。一名教师的教学水平某种程度会直接影响着学生的创造能力和实践能力，将会影响学生的专业技能水平的提高。教师在授课中不仅要做到“专业发展与终身学习相结合”，还要做到“专业精深与博学多才相结合”。那么高校基础课教师如何才能提高自己的教学能力呢？
1.注重教学研究。积极开展教学研究课是提高教师专业素质的重要方式，教学研究课是教研活动的主要载体，也是教师成长的舞台。教师可以通过教学研究课相互启迪，集中精力学习教育理论，可以全面反思自己的日常教学行为，从而使自己的课堂教学日益精进。教师应该对思维发展、能力形成、学习形态、创新精神具体和深入理解，研究如何确定个人授课中的个人目标并加以细化，做到既具体，又有可操作性，在实际的教学中学会因时因地了解学生的现状、困惑和要求，学会在教学中既能做到有针对性又能取得实际效果。我校对于新来的青年教师的培养贯彻执行助教制度、岗前培训制度、专业培训制度和青年导师制度，在教学中开展“一帮一”、“以老带新”和“传帮带”活动，在教学中加强教学团队建设，培养一批具有示范及带头作用的教坛新秀和教学名师。一系列的教学措施使基础课教师快速地进入教学中坚队伍中。
2.建立合理的评价体系。陶行知：好的先生不是教书，不是教学生，乃是教学生学。教师的职业是一种神圣的职业，它同样需要付出辛勤的汗水。对教师的考核我们建立了一套合理、行之有效的教师教学工作评价体系，对教学过程的质量评价我们采用领导评价、督导评价、同行评价、学生评教等多元的评价方式，规范教师的教学，并采用对不同职称的教师采用不同的评价体系指标，尽可能提供机会让每位教师找到合适自己的发展平台，可以最大程度地提高不同群体教师的教育教学水平。
3.教学和科研相互促进，科研促进教学。高校教师的科研能力是由知识结构、创新能力、创新意识等多方面构成的。基础课教师因为大量时间都用在课堂讲授中，因而科研能力存在着很大的提升空间。我们知道教学不是墨守成规，教学也需要不断研究新的授课方式、新的思路，因学生而教，教学会因研究而不断提升发展。教学创新能力是大学教师能力的灵魂，大学里有着得天独厚的研究环境，教学及科学研究能将文化、科学、技术等前沿成果及时反映到大学教学中来，基础课的教学成果的取得也是科学研究的成果。教师的高质量的科学研究一定能通过高质量课堂效果体现。
4.教学中不断地思索促进教学能力的提高。教师在教学的过程中，不仅要努力提高自身素质，还要善于反思和总结自己在工作中遇到的问题，来提高自己的教育与教学能力。教师不断地进行教和研究，不断学习同行教师的闪光之点，善于发现别的教师课堂上的每一点闪光之处，然后慢慢品味，细细揣摩，再将其用到自己的课堂上去实践印证，日久的揣摩和实践，教师的个人的能力和水平必定会不断进步。优秀的教师应该是一位善于思考的老师，能够合理地借鉴别人之道。并和自己的备课思路进行对比分析，大胆地去粗取精，扬长避短，在以后的教学中揣摩和实践。“教无定法，贵在得法。”教师要成为优秀的教师，需要不断地思索和成长，博采众长，教师要成为真正的知识传播者、年青一代的塑造者，必须要有较强的教育教学能力和教育素质，才能把教育事业做到极致和完美。
总结：教学是一个长期不断的积累过程，教师应该借鉴其他专业教师和非专业教师的优点，博百家之长，制定适合自己特色的课堂教学，同时要根据当代大学生的需求以及教育现状将教的主导作用和学生的主体作用相结合，科研与教学相结合，培养出高素质的人才。
摘要： 论述了土木工程专业中《土力学与地基基础》的教学改革思路和方法，改革原来传统的教学模式，结合本门课程的的特点，提出课程设计新的理念和教学模式，从而更好地学好课程的理论知识并与工程实践很好地结合。
1课程性质与任务
《土力学与地基基础》是土木工程专业的一门主干课程，通过本课程的学习，可以使学生在以后从事土木工程相关工作中能够运用所学的原理和基本概念并结合结构理论和施工技术知识，分析和解决地基基础的工程问题。另一方面，本课程具有较强的理论性和实践性，使得学生在本课程的学习中往往感觉比较吃力，学习效果不够好，而传统的课程教学自身也存在诸多不足之处，因此有必要对本门课程的教学进行必要的改革。
2课程教学理念的改革
2.1 注重基础理论的培养虽然土力学不像理论力学那样精确，但其基础理论本身也是比较成熟和完善的，并且自成体系。掌握土力学基本理论是正确进行土力学计算和基础设计的前提。但对于普通本科或专科学生来说，要求掌握土力学的理论基础能够满足教学大纲和基础设计要求，这不仅仅是当前学好本门课程的关键，也是为将来进一步深造学习以及学习其他专业课程的重要基础。
2.2 注重实验课程的学习土力学和地基基础是一门实践性很强的科学，土力学中的很多理论本身就是直接来源于实践经验的总结，因此，如果脱离了实验，仅仅学习土力学理论，是无法学好本门课程的。因此在教学设计中，必须充分重视实验课程的设置。
2.3 重视现场实习的作用除了基础理论和实验课程的学习，想要学好本课程，仅仅停留在理论学习和实验室中，还是不够的，在条件允许的情况下，可以组织学生到附近的建筑工地进行必要的参观学习，从生产实践上来感受土的各种力学性质和各种地基基础的形式和特点。
3教学模式的改革
土力学和地基基础的概念多、理论性强、计算繁琐乏味。传统的教学模式中板书占用了较多的讲课时间，致使课堂内容压缩，其次，传统的教学模式使得教师在课堂教学时以讲授为主,，辅以简单示意图，全靠学生想象，由于很多学生缺乏基础的工程经验，因此很难理解。另一方面，传统的教学内容和考核方法设置上也有诸多不足之处，为改善这种状况，可从以下方面改革教学模式。
3.1 注重多媒体教学与传统教学的有机结合用多媒体课件将抽象难懂的内容形象地表达出来，便于学生的理解，同时也激发学生的学习兴趣。以地基的各种破坏形式为例，这些破坏的特点如果在黑板上板书则过于抽象，且费时费力，采用多媒体课件教学，可以大大提高这些知识单元的课堂教学效果。我曾用计算机辅助分析软件模拟地基的沉降变形过程，将各种复杂的变形非常形象直观地表达了出来，后来将模拟结果在多媒体课程上进行展示后，学生反馈的效果十分良好。虽然多媒体教学有其独特的优点，但在进行多媒体教学时，由于大量使用事先已经输入好的内容，在讲课的过程中很容易造成课堂教学节奏过快，学生一时难以接受，因而要适当控制课堂教学的节奏，重视学生的思考和参与。
3.2 加强工程实例教学，让学生对土力学和地基基础建立直观的感性认识土力学课程一般是在大二或大三期间开设，之前学生的实习经历不多，对本门课程没有什么印象，所以有时候在上课期间，学生对地基应力计算觉得很抽象。再比如基础设计的时候，很多基础形式学生以前从来没有见过，这样在设计基础的时候，学生只是照搬教材来机械地选择基础形式，因此在讲解基础设计的时候，学生总觉得难以理解和接受。后来在一次实习中，我特别带领学生到工地的桩基施工现场观看了钻孔灌注桩施工过程，包括水下混凝土灌注的全过程，这样学生一下子对桩基础就具有了非常形象的直观认识，后来在讲授桩基设计和施工的时候，学生对课程内容的理解就深刻了很多。
3.3 重视课后的习题练习和辅导土力学和地基基础除了实践性较强之外，其也具有较强的理论性，且公式繁多，计算复杂，仅仅依靠课堂的讲授是远远不够的，必须辅以适当的习题练习才能较好地掌握本门课程。因此在讲授课程之余，应该给学生配备适当的习题，最好定期由任课教师进行适当的课后习题辅导，尤其是那些综合性的基础设计课程，学生在做题的时候往往觉得很茫然，不知从何做起，这时候就需要老师的引导和讲解，在此基础上鼓励学生多做多练，定能更好地学好这门课程。
3.4 重视土力学实验对教学的作用土力学和地基基础是一门来源于实践的科学，因此，土力学实验在本门课程的学习中具有相当重要的意义和作用。如果脱离了实验教学，学生是很难学好土力学的。土力学的实验项目很多，从教学的角度来说，在有条件的情况下，应尽可能的对学生多开设实验课程。其中比较简单易做的几个实验是应该必须在课堂上开设的，如土的密度和含水率实验、土的液塑限实验、土的固结和剪切实验、土的渗透实验等。这几个实验虽然简单，但反应了土的基本物理力学性质，通过这几个实验，学生对土的基本性质就有了最直观最直接的认识，因此具有重要的基础作用，另一方面，在实验过程中最好能让每一个学生都有亲自动手操作的机会，而不仅仅是由教师演示一下实验过程就可以了。
3.5 重视土力学分析软件的应用随着计算机技术的飞速发展，各种工程辅助分析软件也得到了飞跃式发展，但目前的传统教学中还很少涉及对此部分内容的关注，但可以预言，未来的土力学和地基基础设计的发展趋势就是计算机辅助分析设计，尤其对于一些大型的复杂基础设计，传统的手工计算既繁琐又易出错，如果采用计算机辅助分析软件进行计算，其效率则要高的多，因此，有必要在土力学的课程教学中，给学生适当的进行一些计算机辅助分析的基础知识，为将来的进一步深入学习打下一个良好的基础。
3.6 课程考核方式的改革由于各种条件的制约。传统的考核方式主要是以试卷笔试为主，缺乏对学生综合能力的测试。改革考核方法，在考试内容上要加强对学生理解及应用知识的能力的考核，特别是综合性、创造性应用知识的考核，改革标准答案式的考试成绩评价方法，注重考查学生的解题思路和综合分析与解决问题的能力，注重考察学生的土力学实验能力和动手操作能力，注重考察学生对理论知识在工程实践中的综合运用能力。
摘要：本文主要讨论了基础力学课程考核方式的现状，提出了在重视理论基础知识的同时，增加实践考核的内容和权重，通过更为合理的多样化的考核方式，促进基础力学课程的教学效果提升，达到培养综合型和创新型人才的要求。
关键词：基础力学；考核；理论知识；实践能力
一、对基础力学课程考核方式进行革新的意义
高校基础力学课程主要围绕《理论力学》和《材料力学》两门课程展开，在各专业教学需求的基础上，还会适当增加《结构力学》、《流体力学》、《工程热力学》、《航海力学》等课程，虽然名称各有差异，但课程教授和考核的方式比较相似。
对于大多数工科类本科生而言，力学课程往往都是必修课程，而且大多数院校都采用闭卷考试的方式对学生进行考核。单纯的考试往往会由于学生盲目追求分数，教师只看通过率，使得其真正的意义或是效果达不到预期而流于形式。由于力学课程涉及大量的公式应用与计算，考试通过率相对较低，很多学生一看到“力学”字样，便眉头紧锁，出现了“厌学”和“厌考”的情绪，从而进入恶性循环的怪圈。要转变上述的问题，教学方式的革新无疑需要突破，但对于考核方式的创新[1-3]，也应该引起重视。通过对考核方式的革新，有助于实现从书本为中心到以理论与实践并重的转变，实现学生从被动学习到主动学习的转变。
二、基础力学课程考核方式的现有模式
基础力学课程是现有高校设立时间较长、授课面较广的一类专业基础课，它需要学生具备良好的理论基础，并且能够应用相应的理论解决实际工程中的问题。目前，对此类课程的考核多数是沿用了课程设立初期所采用的闭卷考试方式，虽然题目的内容稍有变化，但主要的形式还是以选择、填空和计算为主。部分高校采用了题库命题的方式，虽然试卷的生成具有一定的随机性，达到了教考分离，但是题目的类型更新速度不够，有些学生为了应付考试，就出现了“背题”的现象。随着对过程表现考核力度的增加，平时成绩已被列入总评成绩的核算范畴，但其究竟应占多少比重，至今没有科学的论断。大多数学校采用的是“平时成绩（30%）+期末考试（70%）”的方式[4]，而平时成绩也多以上课出勤、课后作业以及课堂实验等方式进行考核计分，不能充分反映学生在掌握知识过程中的实际表现。所以，目前的考核方式不能够全面地测试一个学生对该课程所教授知识的掌握程度，而且对于应用型和创新型人才的培养要求，也无法满足。
三、基础力学课程考核方式革新的建议
要解决现有基础力学课程考核方式中存在的不足并不是一朝一夕的事情，也不是说要完全打破现有的考核方式。闭卷考试作为沿用多年的考核方式，有其存在的合理性，特别是在考核学生的理论基础方面是最为直接和有效的，但是，学生对理论知识的应用，应该作为考核中的重点。对于现有基础力学课程的考核可以围绕以下几个方面进行革新，在原有基础上更新考核的内容和计分方式，对于提高考核结果的有效性和合理性具有一定的帮助。
（一）理论基础知识的考核
专业基础知识是用于解决工程实际问题的工具。“工欲善其事，必先利其器”，要想能够出色地解决实际问题，理论基础必须要掌握得牢固扎实。
1.重点考核解题思路。以往卷面考核的方式是先由教师进行命题，并且提供参考答案和评分标准，并以此为依据对学生的解答进行评分。在解答的过程中，有些学生虽然思路清楚，但是由于计算过程中的计算错误，而导致一定程度的失分。而有些学生思路较为混乱，为了解答某一问题，只是机械地写出相关的公式，并不知道公式如何应用。更有甚者，有些学生还存在公式错用，张冠李戴的现象。比如在《材料力学》中，关于剪切强度的分析计算，有些学生只是记住了计算切应力的公式，但没有考虑公式应用在何种载荷条件下，最终造成分析结果的错误。对于此种现象，一方面要在教师讲授课程的时候讲解清楚，另外在考核中，可以考虑增加口试环节或是答辩环节，这样能够更好地了解学生对基础知识的掌握程度。通过口试回答，可以掌握学生对题目的理解是否正确，逻辑分析的思路是否合理。对于此类考核的计分方式应采用“通过”或“不通过”。
2.适当增加解题精度要求。基础力学课程主要是面向工科学生开设的，而在工程领域里，最基本的要求就是严谨。因此，在考核学生的分析能力时，计算结果的精度和合理性也应该纳入考察的范围。现在的大多数力学考试，该要求都已纳入评分标准中。能够在有限的时间内，正确快速地解答题目，往往就可以在考试中得到较高的分数。但是，有些力学考试在时间和题量的配比上并不科学，有些题量较大，学生在有限的时间内无法完成全部计算，只能写下解题的思路和基本公式，来不及计算最终结果。或者有些考试题量较小，大部分学生都能够完成计算，这样对能力之间的区分并不明显。所以，如果要能够测试出学生在解答精度和速度方面的差异，对于题目和时间的配比是非常重要的。命题教师应该在考前对题目进行试答并计时，以此作为考试时间的参考依据。并且应在考试过程中，记录学生的答题进度，作为日后修正的依据。对于此类考核的计分，可采用“优”、“良”、“中”、“合格”和“不合格”来进行区分。
（二）实践能力的考核
对于知识的实际应用，应该作为基础力学课程考核的重点，只有将理论知识用于解决实际问题，才能够证明学生真的掌握了该门课程的内容，达到了考核的要求。但对于实践能力的考核一直未能实施，主要的原因在于考核的过程相对耗时，也受到材料、场地、人员等因素的限制。这类考核方式多在本科教学中的课程设计环节出现，但在基础力学课程中，还无人尝试。可以考虑，将实践能力纳入平时成绩中，一方面可以使考核的周期适当延长，另外，也可以根据授课进度，设定考核的题目，达到化整为零的目的。再根据实践考核的运行情况，适当增加平时成绩在总评成绩中所占的比重，进而最终将实践能力的考核作为总评成绩中的主要部分。实践能力的考核应以团队的形式进行，每一组由若干学生组成。根据分配的设计任务，每个学生承担一定的工作量，通过协同合作，最终完成考核任务。
1.根据工程背景设定考核题目。很多学生总是疑问，学了力学究竟有何用处，造成这一疑问的原因之一，是教师在授课过程中，没有联系实际，造成了授课和实际脱节。另外，也存在着考核的内容与实际脱节的现象。目前的力学题目，多数是对工程结构的简化，介绍了结构上的约束和载荷以及结构的运动方式等，但是对于该结构是来源于哪一工程背景，没有过多的介绍。导致学生在面对实际问题的时候，往往不能将工程模型转化为力学模型进行分析，达不到活学活用的要求。因此在考核中增加来源于实际工程背景的题目，一方面使得学生重视理论与实际的结合，另一方面，也使得学生了解该门课程在实际中的应用情况是怎样的，便于学生在走上工作岗位以后，能够快速地与企业实际对接。以《工程力学》为例，该课程主要涵盖了结构的平衡分析，以及强度、刚度和稳定性的评价等内容。在考核中，可以以工程中常见的桥梁、起重机吊臂、减速箱传动轴等结构为例，让学生在给定载荷的条件下，对其结构尺寸和形状进行设计，对相应的材料进行选择，以达到强度度和稳定性的要求。
2.根据设计方案评定团队考核成绩。传统的闭卷考试，往往答案只有一个，这对学生的创新性有一定的局限。在实践考核中应该充分发挥学生的想象力，对最终的结果除了基本参数要求外，应具有一定的开放性。各个小组根据给定的设计任务进行分析设计，包括对设计方案的计算过程，相应的参数指标的选择（比如结构的形状、尺寸和材料等），制造简单样机并进行测试，或者对设计方案进行仿真计算，对其是否满足设计要求进行验证。任课教师根据是否达到设计要求对设计方案进行评定，给出“通过”或“不通过”的等级，再根据设计的经济性或者环保特性，给出“优”、“良”、“中”、“合格”和“不合格”的等级区分。另外，应建议学生对于设计方案给出优化方向，对于其合理性，给予适当的加分。同时，对于创意突出的设计方案，也应酌情加分。
3.根据团队合作评定个人考核成绩。具有良好的团队合作精神是工程师必备的素养之一，因此也应纳入到实践考核的范畴之中。任课教师可以通过观测在考核过程中的团队个人表现进行打分。团队中各成员也需在考核结束后，提交对本团队其他成员的打分结果。另外，提交设计方案后，团队成员需对自己负责的部分进行答辩。综合上述三个部分，任课教师给出“优”、“良”、“中”、“合格”和“不合格”的等级评定。综合前面的团队分数，最终得出每个学生的实践考核成绩，以此计入课程的最终成绩中。
四、结束语
对基础力学课程考核方式革新的探讨只是对某一类特定课程给出的建议，不同的课程由于其性质的不同，考核的方式也多种多样。随着课程考试改革被纳入到高校课程改革研究的范畴之内，越来越多的学者和任课教师开始关注课程考核方式的变革，其最终的目的是为了更好地评价教学质量与效果，衡量是否达到教学目的，对于教学进度的调整和教学方法的改进等方面都起了促进的作用。同时，也有利于实现综合型和创新型人才的培养，满足社会需求。
摘要：利用多媒体平台，开展了基础力学课程线上、线下混合式教学模式的研究与实践，总结了MOOC的优势与不足，结合MOOC环境下混合教学模式的试点情况，详细分析了该模式的建设内容与具体的时间流程，思考和总结了新的教学模式在力学课堂实践过程中出现的问题，并给出具体的意见与建议，以促进学生转变观念，提高自主学习效率。
关键词：MOOC 混合式；基础力学；课程教学
MOOC即“Massive Open Online Course”的简称，可直译为“大规模在线开放课程”，国内通常简称“慕课”。斯坦福大学校长则将MOOC的发展比喻为教育史上的“一场数字海啸”。与传统的课堂教学比较，MOOC具有免费开放、大规模、较强的互动性和社会性等优点[1]。而力学属于自然科学范畴，数学趣味很浓，需要较强的悟性和接受能力，因此不能简单照搬MOOC教学模式。越来越多的教育者认为将面对面教学和在线学习两种模式有机融合，是降低成本，提高学习效果的一种有效方式[2]。笔者拟将混合式教学模式界定为在MOOC环境中，以网络学习和面对面教学相结合的一种学习方式，该模式将有效发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，充分体现学生作为学习主体的主动性、积极性与创造性。
一、MOOC的优势与不足
传统的网络视频公开课大多以独立形式存在，是预先录制的、静态的。近些年新兴的微课本质上属于视频公开的一种特殊形式，作为教学资源使用。而作为一门完整的课程，除了含有教学资源还必须包含教师、学生以及动态的学习和测试过程。MOOC结合了网络用户的特点，精心制作，不仅提供免费的资源，而且实现教学的全程参与。在这个平台上学习者进行学习、分享观点、做作业、参加考试、得到考试成绩、拿到证书，是一个学习的全过程，即“慕课”包括活动和资源两部分[3]。它坚持以学生为中心的价值取向，采取模块化微视频的课程呈现方式，通过加强互动与倡导在线学习社区，使学习者在参与过程中产生一种沉浸感和全程参与感[4]。
在MOOC本土化的过程中，由于缺乏合理、统一的管理与运作机制，如果单纯的利用MOOC教学效果将有所打折：（1）系统知识碎片化。MOOC短小精悍的课程形式虽然满足了网络移动化学习的需要，但同时也带来了知识碎片化、信息割裂化等问题。基础力学的学习非常系统，用碎片化的学习方式来学习该课程会造成知识系统化的丢失，割断了与相关知识点的联系。（2）无法做到因材施教。MOOC短小精悍的视频资源虽然能清晰呈现教学内容，但无法真实记录课堂中的师生行为。此外，MOOC学习人数众多，除了固定的学习者也有许多临时的学习者，教师无法了解每个学生的学习进度和学习动态，无法做到因材施教。（3）完成率不高。MOOC平台的免费性与开放性特点吸引了学习者的加入，可是由于MOOC学习过程的监督手段有限，往往学习只停留在访问时间的层面上，因此容易造成“账号在学习，学生在游戏”的情况，课程的平均完成率低下。（4）平台功能不稳定。现有技术还不能完全保证在线讨论，在MOOC实践中，许多用户会遇到平台功能失常，造成作业无法提交，甚至电脑无法显示学习记录的情况。选择能够支持大规模互动稳定社交性工具平台非常关键，技术隐患会使MOOC在进阶式课堂、在线作业与测试、在线论坛工具等其他方面的努力成为空谈[5]。
二、MOOC背景下混合式教学模式在基础力学课程中的实践
当传统教学改革成果与MOOC相遇时，我们既可以感受到新的教学手段对于教学效果的促进和提升，同时也在传播载体选择上遇到了新的问题和新挑战。MOOC这种新模式给基础力学教学带来了深远而直接的影响，反过来，力学教学改革的经验和教训也对MOOC的发展产生了不可忽视的作用。在高校MOOC热潮中，基础力学教育如何在网络开放的背景下，更好地顺应信息时代的潮流与趋势，让这一古老的自然科学焕发出新的活力，是值得力学教育者思考的问题。
对于大多数高校而言，由于规模和资源的限制，MOOC在相当长时间内难以实现，但作为教育工作者应放眼未来，在教学实践中，对比MOOC的教育理念、教学内容、教学方法和长远目标，制定切实可行的教学方案。MOOC的建设不可能一蹴而就，依照MOOC的开放理念逐渐放开网络教学范围。现阶段学校可以依托校园网络建设，按照MOOC的思想建立基础力学课程网站，完善基础力学试题库、习题库，设置学生评学、教师评教的数据采集系统和bbs力学交流区，并将基础力学团队中的力学教学视频到力学教学平台。混合式学习是当今教育界研究的热点问题之一，是当前国际教育技术发展的新动向，他将传统面授教学和基于计算机的教学结合起来，促进传统课堂与网络学堂的深度融合，发挥两者的各自优势。MOOC课程中运用信息技术改变教学方法集中在“翻转课堂”这种新方法的实施，它将传统课堂中知识的传授转移至课前在MOOC环境下完成，知识的内化则由原先的课后做作业转移至课堂中的学习活动。
（一） 查阅资料，深入调研，为教学改革奠定理论基础
尽管MOOC的浪潮在国内愈发澎湃，但是MOOC真正的内涵式发展还处于起步阶段。每一位MOOC的实践者需要拨开MOOC起步时的“浮躁之气”，深入调研，用发展的眼光看待“沉淀后的MOOC”。对于国内高校而言，发展MOOC教育是大势所趋，各大高校在MOOC课程建设中积累了丰富的学习行为大数据，这些数据将成为高等教育研究学习行为分析和教学改革的重要依据。
（二）资源整合，为教学改革创造有利条件
利用MOOC视频资源改进力学教学方法，拓宽教学内容将是一个从无到有，从有到精的过程。南京航空航天大学的邓宗白教授共享的“材料力学漫谈”已经在Cousera平台上线，美国佐治亚理工学院Wayne.Whiteman教授主讲的“工程力学应用”也即将在该平台上线。此外“爱课程”网站也有多个力学课程视频，这些都为MOOC环境下力学教学改革提供了非常好的条件。
中国名校纷纷加盟MOOC，如清华大学、北京大学加盟edx，复旦大学、上海交通大学加盟Cousera，同时还积极推出中国本土MOOC，如学堂在线、慕课网、智慧树、MOOC学院等[6]。国防科技大学在2013年自主开发了服务于部队系统的中文MOOC平台“梦想学习平台”，笔者所在学校于2014年加入该平台，为开展MOOC支持下的教学改革创造了便利条件。
MOOC平台中，基础力学资源并不丰富，学校的教学团队投入大量的精力和时间录制微视频，编写相关习题测试，搜索与基础力学相关的典型案例。此外，还对已有的良莠不齐的力学视频进行了筛选，选择出了既适用于学校教学需求，又能提高学习效率的视频资源。
（三）“MOOC-面对面”混合教学模式的课堂实践
经过长期的论证，学校基础力学团队将工程力学作为混合式教学模式的试水科目，并选择在拔优班进行改革试点，学时和普通教学班一样。拔优班有20名学生，学习积极性高，落实老师布置的教学任务态度端正。
1.学习方式：小组讨论，主动式学习
学生分为四个组，每组分配不同的学习任务，分小组学习。各小组成员之间有共同的学习资源、作业、讨论以及学习成绩。授课教师把从日常生活、生产实践中挖掘出来与课程内容相关的创新项目到力学网站平台，把任务布置给不同的小组。学生需要通过团队协作完成的任务初步分为四类：一是角色扮演。即学生扮演老师的角色，利用所学知识和已有的力学资源设计教学方案，收集教学资源，团队指派一名学生在课堂上展示团队成果。教改实践过程中，学生在物体系统的平衡、扭转切应力、弯曲正应力、第三强度理论等主题中完成了角色扮演，且效果良好。二是资源收集。学生通过各种途径收集与课程教学有关的网站、视频等教学资源，制作成PPT并配上简短的文字，上传至力学平台，供其他学生学习。比如：在讲压杆稳定的细长压杆临界力公式时，第一组的任务是搜集稳定性有关的工程案例；第二组结合课程内容分析相关案例的力学原理；第三组比较稳定性与强度问题的区别；第四组思考欧拉公式的适用条件。三是互学互助，突破小组的局限，在交流区发起与课程相关的讨论，或者对其他同学提出的问题进行解答。在实践过程中授课教师引入竞争和加分机制，激励小组间开展“比学赶超”的学习竞赛，提高学生在线提问或者解答问题的积极性。四是竞赛活动。该项为选修任务。学校为了提高学生的实际操作能力，建立了大学生科技创新平台，并每年组织师生参加“卓越杯创新大赛”。课程组依托创新平台和校内创新大赛，鼓励学生利用力学知识，建立力学模型，解决实际问题，在竞赛中获奖的学生会给于适当的加分。
2.教学方式：在线与课堂混合
开课前授课教师制定详实的教学计划，至力学网站，方便学生按照计划在线学习知识点。教学模式借鉴Robert Talbert教授的翻转课堂模型。课前学生在线上观看教学视频或根据分配任务搜集教学资源，有针对性地完成平台上的课程练习，让学生在课前对所学知识有了解，形成知识节点。课堂中师生面对面交流，授课教师根据课前线上反映的问题，对重点难点答疑解惑，组织小组讨论、分享讨论结果。课后教师在线回答学生的问题，沟通和分享课程中的疑问和收获。通过这种师生之间、生生之间的协作探究对知识进行内化。MOOC环境下教师的角色发生变化，在课堂中有由“主演”变成了“导演”，教师根据预期培养目标，给学生布置高质量的教学任务和问题，引导学生主动学习。在教学过程中，授课教师对各小组和小组成员的表现要及时记录，方便教学管理。这种管理包括学习计划管理、学习任务管理、学习资源管理、学习进度跟踪、学习效果评估和学习能力评测等。混合式教学模式虽然减少了教师的重复性劳动[7]，但对教师提出了更高的要求，需要教师投入更多的精力和时间参与全程教学活动。
3.教学评价：注重过程评估
教学评价是检查教学效果、评价教学质量、衡量是否达到教学目标的重要途径之一。教师对教学效果的评估是教学过程中非常重要的环节。传统的一卷定终生的考核方式忽视了过程性评估。在混合式教学过程中，学生的在线学习时间、在线学习进度、在线阶段性测试、线上分享问题、线上解答问题及正确率等情况有完整的综合性记录，教师能够
实时了解学生的学习进展。面对面教学时，出勤情况、课堂表现、小论文、小组汇报等也归入总评成绩。考核成绩按照多因子加权综合评测法，注重平时学习效果，避免考前突击。最终成绩由线上学习30%，互动、讨论、小论文20%，期末卷面50%组成。曾公开发表与力学课程相关的学术论文者、在力学竞赛获奖者、在综合试验或者力学发明中有创新者适当加分，估计学生自主学习积极性。
4.教学效果分析
课程考核结束，学生从学习效果和教学效果两方面进行评价。大多数学生认为通过线上预习能够有效地将知识内化，但线上答疑效果不如面对面授课效果好。线上线下混合式教学起到了取长补短的作用。总体来说混合式教学模式在提高学生学习的主动性与参与度上效果较好，考前临时抱佛脚的现象显著减少，学生更注重平时知识的积累，但在基础知识考核方面没有明显优势。
三、混合式教学实践的思考
（一） 加强师资队伍建设
混合式教学模式中教师是否有能力应对新的挑战是教学改革成功与否的关键，学校的基础力学教学团队有着“传帮带”的优良传统，注重年轻教师的培养，借助学校、力学学会促进青年教师的成长。团队每位青年教师均在江苏省或者全国青年教师基础力学讲课竞赛中取得优异成绩，具备主讲力学课程的资格，高水平的教学团队有助于教学改革在实践过程中的落实。
（二）多并措举，激励学生自主学习
大多数中国学生习惯传统的“老师讲，学生听，课后练”的学习模式。新的自主学习自我掌控学习进度，对已有的认知习惯冲击巨大。在混合式教学模式实践中，许多学生表示不适应，在初期学生互动讨论积极性不高，需要教师不断推动。授课教师在备课时要走近学生的心理，及时调整教学方案，采用多种方式激励学生自主学习。比如利用积分形式量化奖励学生听课、讨论、测试、在线答疑表现情况，学生通过数值的变化获得成就感；借助科技创新平台、第二课堂等开展优秀学生、优秀作品评选和奖励，调动学生的积极性；鼓励学生参加竞赛，争取获奖，以赛促学。通过课题组全体教师的不懈努力，新型的教学模式逐渐得到学生的认可，学生普遍认为自己比以前更自律，与人沟通、交流的能力得到了大的提升。
（三）加强平台建设
在混合教学实践过程中，平台功能不稳定的情况时有发生，技术隐患将会使MOOC在其他方面的努力――线上课堂、在线作业与测试、在线论坛工具成为空谈，甚至会消磨学生的热情。后期问卷显示：学生对课程视频满意度不高。这不仅仅是技术问题，由于初次尝试，受时间、精力、经验的限制，团队还没有制作出优质的教学视频，有的视频显得呆板无趣，有的甚至是原先PPT的简单堆砌。在后期的视频制作我们将总结前期的经验与教训，通过建设与教学内容相关的案例库，增强平台的趣味性。
四、结语
力学素质是土木专业学生应该具有的基本素养，利用MOOC实现基础力学大规模、开放和共享这一终极目标很有必要。对于大多数传统高校，想实现这一目标并非一朝一夕。作为力学教育工作者，应该立足根本，吸收MOOC的精华，强化教学设计，优化教学内容，逐渐推进教学模式改革。
MOOC教学不是传统教育的替代品，而应该是传统教育的优质合作者[8]。课程组采用的混合式教学模式是符合基础力学教学特征的，是MOOC环境下基础力学教学的一次有益尝试和探索，课程组也试图在在教学实践过程中不断改进试点中存在的问题，为MOOC的真正本土化提供有价值的信息。
摘要：介绍了国外四种主要的工程教育教学理念，针对弹塑性力学基础课程的课程特点，结合实际多年的一线教学经验，从理论教学、现代设计工具与弹塑性力学教学的结合、实践环节、多媒体教学、预习与复习、科研与教学结合和转变考核机制七个方面，探讨了教改过程中收获的经验和存在的问题，同时也对其他课程的教学改革具有参考意义。
关键词：工程教育模式；弹塑性力学基础；教学改革
一、引言
伴随着国内外工程教育模式不断发展和转变，形成了以下四种主流的工程教育教学理念。CDIO工程教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果，主要包括构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）四个组成成分，强调产品的研发和生命周期，要求学生主动思考，将课程和实践相结合的工程问题教育理念。OBE（Outcomes-based Education），即产出驱动教育，是以预期学习产出成果为中心来组织、实施和评价教育的结构模式，强调清晰地聚焦和组织教育系统，关注学生学到了什么、是否成功，寻求和设计适宜的教育结构，以保证学生达到预期目标。欧林工学院模式强调欧林三角：卓越的工程学知识、艺术人文等社会学科以及企业管理精神，我国的卓越工程师计划就是与欧林工学院模式接轨的体现。渥太华大学模式强调亲验互动式教学，是一种全过程体验和全方位渗透的教学系统。以上四种教学模式均强调工程基础知识、工程实践能力、个人能力和团队协作能力的培养。
弹塑性力学是研究变形体在力、位移、温度和压电等外界载荷作用下的变形规律的一门学科，属于固体力学的一个分支学科。与理论力学、材料力学和结构力学等，在研究对象、内容、方法和结果上都有一定的差异。弹塑性力学主要研究变形体的应力和应变的分布规律，直接相关的基本概念是弹性模量、泊松比、不可逆性、屈服、损伤和断裂等。弹塑性力学课程需要对基本的解题方法有深刻的理解，才能通过严密的逻辑推理列出基本方程，并求解偏微分方程组，理论性和抽象性较强，计算难度大。学生们普遍对知识掌握不透彻，分析问题无从下手，无法灵活地解决问题，考核合格率一直在75%以下，并且大部分学生不了解这门学科的应用范围，造成了学而无用的困惑，兴趣不高，主动性较差。
燕山大学一直致力于工程教育改革的发展与创新，入选了首批“卓越工程师培养计划”。本人长期在“弹塑性力学基础”教学一线工作，通过对新的工程教育模式的学习、思考、尝试和探讨，以及实际的教学、教改经验，得到了一些感悟分享给大家。
二、教学改革中的几点建议
1.理论教学侧重点。在理论教学方面，侧重于讲解要点。如通过表1弹性变形与塑性变形对比，讲解二者之间的区别与联系。同时在理论教学中注意给学生渗透本质问题，如在变形机理方面，整体变形中包含弹性变形和塑性变形，塑性变形的发生必先经历弹性变形；在工程实际应用方面，材料加工过程中，工件的塑性变形与工模具的弹性变形是共存的。通过教师对知识的长期研究和理解，抓住知识的核心，让学生能最快时间的把核心知识点吃透。
2.强调现代设计工具与弹塑性力学教学的结合。在教学过程中，采用数值分析软件MATLAB、Mathematica或Maple等，完成各种塑性力学基本理论公式的程序化，方便计算在不同参数下变形体的应力应变状态。采用Deform、Forge等锻造成形软件模拟锻造过程，分析锻件在加工过程中的应力应变状态、温度场、微观组织等性能。把理论和数值计算结果进行对比，完成二者的相互验证，以便于学生对知识有更好的把握。
3.高度注重实践环节。基于CDIO工程教育理念，在实践教学过程中，让学生主动思考弹塑性力学基本原理如何在礅粗、拔长、拉拔、旋压等工艺上的应用，提高学生的自主能动意识，培养学生的兴趣。将生产实习和专业课程设计相结合，让学生在应用中学习，在团队中交流；同时教师和同学们一起，积极参与学校改革项目和毕业设计等实践教学环节，通过实际项目锻炼，扩展知识面，全面掌握项目实施的流程，让每一个参与者都能做到学以致用。
4.多媒体技术在教学中的应用。充分利用多媒体教学的优势，调动学生的学习兴趣，启发学生的想象力。同时，扩大学生的信息容量，满足学生的求知欲，也弥补了教师自身的不足，完善了课堂教学结构。依据教学目标和教学对象的特点，通过详尽的教学设计，在PPT中加入实际加工过程的照片和视频以及学科发展最前言的动态分析，使课堂教学由静态变为动态，学生耳闻其声，目睹其形，能够愉悦地接受新的知识点，通过声音、图像、文字、颜色、动画等，多渠道、多方位地讲解内容。
5.重视预习与复习。在课堂教学环节中，反复强调预习和复习的重要性。在课堂上，课前带领大家复习前一节内容中的重点和难点，同时对于本堂课程内比较重要的知识点，要尽量放慢语速，调整音调，使同学们能够快速有效地掌握。例如在讲解应变与位移关系方程时，应首先复习应力与点的应力状态、点的应力状态分析、应力张量的分解与几何表示以及应力平衡微分方程等知识点。通过复习，使同学们快速进入弹塑性力学的课堂学习状态。同时，每一节课课后布置有针对性的习题，使同学们对课堂上的讲解内容有更深入的理解。
6.注重科研与教学的结合。将教师所在科研团队的科研成果转化为教学资源，在教学过程中渗透新的研究成果，使其与经典理论相结合，丰富了教学内容。在实际教学过程中，结合本人研究的固体颗粒介质成形工艺及其在板材上的应用方向，介绍了相比于传统工艺，该方法具有模具成本低、零件尺寸精度高和无污染等优点，并通过结合具体视频和图片，对上述内容进行讲解。通过实际的教学过程发现，该方式可明显提高学生的兴趣，活跃教学气氛，改善教学质量。
7.转变考核机制。“弹塑性力学基础”长期采用传统单一的卷面考核方式，试卷的难易程度很难把握，学生学习的主动性很差，合格率较低。为改变这一现状，采用了多方面、综合性的考察方式，即：课堂出勤0.1，平时作业0.1，实验成绩0.1，专业课程设计0.1，考试卷面成绩0.6。实践证明，课程改革后的考核机制更加公平、合理，学生的学习积极性和兴趣有明显提高，同时克服了学生对卷面考试的依赖，做到了学以致用，加强了团队的沟通与合作。统计近2年的课程合格率数据，由改革前的低于75%，稳步增长并保持在85%以上。这种考核机制达到了这门课程的学习目的，也获得了学生的广泛认可。
三、结语
目前发达国家主流的工程教育体系并不完全符合我国的教育情况和社会背景，结合学科特点、教师能力与学校现有的教学资源，更好地实施教学改革，是摆在高校一线教师面前的一道难题。通过几年来对“弹塑性力学基础”教学的体会，以及对取得的一些改革成果进行分析，可以得出很多宝贵的经验。作为应用型本科院校的一线教师，必须克服改革过程困难，以学生的知识和能力为核心目标，踏实、合理、认真地将改革进行下去，只有这样才能培养出符合当代社会发展需要的工程型人才。
【摘要】目前，我国社会化的进程不断推进，一系列的土木工程方面的建设也紧随其后，逐渐变多。随着经济的发展，对土木工程的要求也逐渐增多，除了有在规模上加大的要求外，在它的建设技术上的难度系数无疑也是一次空前的增加，这也就在无形中给施工安全带来了更大的隐患。究其主要原因是能全面考虑在施工过程中有可能会出现的一系列的状况，所以本文主要对土木工程分析的施工力学以及时变力学进行了研究，因为对这一问题的深刻探索便于使得土木分析更加科学化、合理化，进而大大增加了在施工过程中的安全系数。
【关键词】土木工程分析；施工力学；时变力学
一、施工力学相关知识
1.1 力学以及相关数学基础
在土木工程的范畴内，施工力学是在时变力学的基础上逐渐发展起来的。主要是因为在实际的土木工程分析的里，施工力学所面对的对象并不是一成不变的，而是会随着时间的变化而有所不同。况且，力学本身就不是一个以“生命在于静止”为箴言的存在者，它无时无刻都在发生着变化，而且很大一部分新的理论都是在这不断的变化中逐渐产生的。虽然力学会在随着时间的变化过程中能够有不同的理论产生，但是产生这些理论的力学的内部参数却是固定不变的。科学是在不断进步的，人类的需求不永远无法满足的，因为人们一直在追求，也就使得科学一直在探索中前进，因此为了迎合人们这种不断追求的心态，以前所使用的一些理论需要进一步的完善才能继续应用到实践中来。目前人们已经开始打力学内不固定参数的主意，开始对它展开研究，看看它还有哪些可以发展的空间，时变力学就是在这样的一个大的背景下“诞生”的。并且时变力学已经在现代生活中的大型项目以及高科技新兴机械中“大展拳脚”，之所以能够如此，是因为线弹性以及非线性是现代土木工程中非常关心的，而时变力学所分析的正是这方面的内容。
数学是一切自然科学的基础，所以对土木工程的分析当然也离不开数学。例如在土木工程中所涉及到的物理参数以及几何参数等等都是运用数学中的微积分的知识进行计算的。从另一个方面讲也就是将时变数学的知识运用到了土木工程的分析中。
1.2 力学效应在施工力学中的体现
力学效应的两大表现是时效以及路效。所谓时效是指施工力学分析出来的结果以及呈现的力学状态会因为使用不同的施工方案而不一样，即使这些操作是在同一个建设结构中进行。路效则与时效不同，一旦施工方案有差异，就能呈现出不同的施工结构以及施工力学的分析结果，当然，力学的状态不会是同样的状态的。不同的施工路效主要是因为在不同的施工中所选用的几何材料的不一样。以上两种力学效应恰好是是施工力学中的两种最主要的体现。
二、时变力学概况
时变力学包括不同的类型，通过详细的总结归纳，时变力学的类型大概分为六种，在这里着重论述其中的四种类型，分别是物性时变力学与线弹性时变力学、非线性时变力学以及热弹性时变力学。首先，物性时变力学分析是指对一些特殊的建筑材料的物理性质的分析，这些材料的物理性质不是一成不变的，而是在时间推移的过程中，它的物理性质也会不断的变化。在对着一些特殊的材料进行力学分析的过程中，最大的问题是对时间函数的合理使用；其次是线弹性时变力学，它是指一些建筑材料本身具有比较独特的性质，比如线弹性以及无热效应。有了这些性质后我们在研究它的过程中就能使用静力学进行分析，而忽略了其中的惯性效应，那么对这一类型的建筑材料的力学分析就是线弹性力学分析，在最初的分析中对这类的材料所使用的是具有固定参数的空间变量，但是基于它随时间的变化而变化的性质，这种有固定参数的空间变量的方程是不适合的，所以在后来的研究中又加入了时间的变量参数；再次是非线性时变力学，建筑材料的性质既有线性的也有非线性的，由于线性的性质比较规则，便于使用数学方程进行计算，所以不作研究，这里主要是对这种不规则、非线性的性质进行探究。混凝土以及岩土介质等很多的建筑材料都具有非线性的性质。在对这类型的材料进行几何计算时，结果一般很不精确，因为它容易受到加载过程以及物理参数等多种因素的影响。本质上，时变力学分析与以往的比较传统的力学分析的分析结果在一定程度上会有不同的；最后是热弹性时变力学，建筑材料丰富多样，因此它们所具有的性质也多种多样。比如混凝土这一类的建筑材料就会产生热力效应，热弹性时变力学就是这类材料的“克星”。因为它在对这类的建筑材料进行力学分析时，会在原有的固定时间参数的热传导偏微分的基础上加以改善，即添加了时变参数，这样就不会因为时间的变化而使得分析结果出现误差甚至是错误。
三、总结
通过对这方面知识的了解，我们知道时变力学以及施工力学在土木工程分析中占有举足轻重的位置。对施工方案进行最大程度的优化，减少在施工过程中出现的安全隐患问题，将施工质量提升到另一个高度，合理利用建筑材料等等一系列与土木工程相关的事情都能够通过对施工力学以及时变力学做好工作来实现。目前，我国的建筑行业正处在不断发展的时期，在坚持以人为本的原则下，安全问题无疑是重中之重，因此，相关研究人员在有关力学方面的探索还有很长一段路要走，只有真正做到建筑行业各方面的科学化、规范化，才能使得我们国家的建筑行业在追求速度的同时提高质量，在追求经济效益的同时也要更加关心施工人员的安全问题，进而促进整个社会和谐发展，人民幸福安康。
作者简介：孙梦帆（1984--），男，汉、湖北荆门人，武昌理工学院城市建设学院土木工程专业2011级本科生，研究方向：道路与桥梁。
摘 要： 基础力学是工科类专业重要的技术基础课程。应用型本科院校培养学生的应用能力和综合素质是基础力学课程的主要任务。在深入分析专业培养目标及对力学知识、素质和能力要求的基础上，对基础力学课程重新设计，包括课程目标和教学内容的构建、教学过程的设计、考核方式的研究，以培养学生解决实际工程问题的能力。
关键词： 基础力学 应用能力 教学设计
基础力学课程包括理论力学和材料力学两部分内容，是机械、能源动力、建筑等工科专业非常重要的技术基础课程。基础力学既可直接用于实际工程的计算，又可为学生学习相关的后续课程打好必要基础。
我院是应用型本科院校，以培养具有创新意识和实际应用能力的工程技术人才为主要任务。基于应用能力培养的思想，一门课程科学完整的教学过程应包括传授知识、应用知识和探究知识三个方面。长期以来，由于受高考应试教育的影响，我国现行的课程教学体系中，传授知识成为主体，应用知识主要表现为简单的习题训练、缺少综合型与实用性的工程应用，而探究知识就更薄弱。
对于基础力学课程而言，教学重点在于培养学生的应用能力和综合素质。因此，要提高基础力学的教学质量，必须根据专业要求，对基础力学的教学重新进行合理设计，力争培养高素质的工程技术人才。
一、基础力学教学设计原则
教学设计是以达到优化教学效果为目的，运用系统方法分析教学问题和确定教学目标，设计教学问题的解决方案、试行解决方案及对方案进行修改的过程。教学设计包含课程目标、课程内容、教学策略几个方面。基于应用能力培养的教学设计必须坚持以学生为中心，以项目为载体，把学习、探究、实践有机结合，引导学生高度参与，并且运用知识自主地发现问题、研究问题并解决问题，培养学生的创新思维和实践动手能力。
二、课程目标设计
在制定课程目标之前应明确专业培养目标及对力学知识、素质和能力培养的要求，分析相关后续课程涉及的知识点，构建力学课程职业能力培养方向。
例如，机械专业的学生毕业后面对的一般都是机械制造企业，作为工程技术人员从事机械设计、工艺分析、质量管理、设备管理等工作。针对机械专业，基础力学课程目标包括工程结构或机构的受力分析能力、抽象化建模能力、平衡方程的应用能力及实际工程构件的强度分析、解决能力。另外，创新思维能力、团结协作能力和学习能力也是学生必须具备的基本素质。
三、课程内容设计
基础力学的后续课程机械原理、机械设计、模具设计与制造等。通过理顺力学课程与后续课程的关系，精选授课内容，激发学生的求知欲望。例如，基础力学课程涉及很多机构内容，由于学生对机构知识缺乏了解，学习遇到很大困难。根据实际情况，增加常用机构类型与特点的介绍，学生不仅了解到力学的应用范围，使学习更有针对性。根据机械专业人才和培养目标，对基础力学的教学内容进行重新整合，重点突出力学在机械类专业中的具体应用。例如工程结构和机构的力学模型建立、受力分析、连杆的强度、连接件的强度及传动轴的设计等。同时打破单纯传授知识的教学模式，转变为以项目为中心组织课程内容，并让学生在完成项目的过程中构建相关理论知识体系，发展职业能力。教学要突出实践性和应用性，着重培养学生运用知识分析、解决工程实际问题的能力。下表为课程内容结构与对应的项目名称。
四、教学策略设计
（一）学习笔记设计
多年来基础力学课程改革的重点集中在课程体系改革、教学内容、考试方法等方面，但从学生角度考虑较少。多数情况是，学生带着一本教材听课，对这堂课要讲什么，哪些是重点，学习的目标是什么茫然不知，学习缺乏针对性。因此，我们针对每一次课，精心设计学习笔记，包括本次课的学习目标、主要知识点、课堂思考题等。另外，在介绍主要知识点前应针对本次课内容巧妙设置问题，再导入主要内容，以提高学生的学习兴趣。最后的综合应用环节要有针对性，尽量引入工程实际案例。教学笔记提前发给学生，这样学生可提前了解本次课的主要内容，带着问题学习，学习效果提高显著。
（二）教学方法与过程设计
与应用型人才培养的目标相对应，我们采用探究式教学方法。探究式教学法是一种以学生为中心、教师为主导的教学模式。相对于以传承知识为中心的传授式教学，探究式教学特点是将研究实践融入教学过程，通过小型研讨课、综合性训练，充分体现学生主体地位。
下面以运动学部分的难点，点的合成运动为例介绍探究式教学法实施的过程。
首先，演示刨床急回机构实验如上图所示，此实验需重复播放几遍并提醒学生仔细观察。然后提出问题：此机构中有几个构件组成，各自作什么运动？
然后，学生分组讨论，有的学生说滑块作直线运动，有学生说作圆周运动。可见研究某物体的运动首先要选择参照物，参照物不同，物体的运动情况不同，由此引出静系、动系和动点的概念，进一步定义三种运动，即绝对运动、相对运动和牵连运动。然后详细说明绝对速度和相对速度，引出牵连点和牵连速度的概念。这样通过对刨床急回机构实例的具体分析获得比较完整的知识体系。
其次，讲解速度合成定理。速度合成定理是重要的一个定理，可作简单推导。作为应用型本科院校，也可定性分析后直接得出结论，重要的是学会应用。
最后，进行课堂练习。课堂练习是重要的一环，可举学生较熟悉的例子，例如凸轮机构、两汽车相对行驶等，学生在研究、分析的过程中提高解决实际问题的能力。
为提高学生运用知识的能力，增加综合训练环节。综合训练题目可提前发给学生，然学生带着问题学习，效果更好。综合训练安排在教学的最后一个月进行，以小组为单位，每组三四人，每组设组长一人。学生可自选工程或生活中的实际问题，也可从教师所拟工程问题中选题研究。例如，2012年机制专业某班两组学生的题目是“箱包拉杆的设计”。学生查阅了参考资料，了解了设计方法，首先将工程中的实际问题抽象为一个力学模型，然后进行力学分析，最后计算。两组学生通过研究合作，圆满解决问题，实现从被动学习到积极自学的转变，解决实际问题的能力明显提高。
（三）考核方式设计
考试是教学过程的一个重要环节，考核方式应注意知识与能力相结合。在考试内容上，要尽量减少客观性试题，增加分析、理解和应用性等方面考题。考核方式要多样化，闭卷与开卷相结合，改革计分方法，把课堂讨论、综合训练，研究报告等按一定比例计入总成绩，这样才能提高学生自主学习的积极性。
五、结语
应用型本科院校主要培养面向一线的高素质工程技术人才，因而在基础力学教学中应加强工程意识和应用能力的培养。人才培养定位的改变要求教师转变教学观念，以学生为中心组织教学，增加工程案例，解决好与后续课程的衔接问题，突出力学的应用性。同时对教师的教学水平提出更高要求，我们在教学中应不断探索与实践，不断完善教学设计，提高教学质量。
摘 要 传统的基础力学课程教学模式中存在诸多问题。首先，教学内容过度理论化，无法适应人才培养模式转变需求；其次，课程体系僵化，专业衔接性欠缺；最后，学生激励机制单一，缺乏课外竞赛环节。因此，必须针对基础力学类课程的课程体系、教材建设、激励机制等方面进行了改进，以工程应用为导向，提高人才培养质量。
关键词 力学课程 工程应用 课程体系 激励机制
理论力学、材料力学以及工程力学是绝大多数工科院校的重要专业基础课程。然而，由于学生专业背景存在诸多差异，传统的基础力学教学模式遇到诸多问题，严重影响了人才培养质量。传统的基础力学课程教学模式存在的问题主要表现在3个方面：（1）教学内容过度理论化，无法适应人才培养模式转变的要求。很多院校的教学内容过度偏重于理论，而应用型人才的需求却对学生的综合应用能力和实际动手能力提出了比以往理论型人才更高的要求。为了适应社会发展的要求，需要以工程应用为导向，对教学体系进行改革。（2）课程体系僵化，专业衔接性欠缺，不能适应课时普遍减少这一大的趋势。近年来，很多院校对相关专业的人才培养方案的修订，使得力学课程的课时量减少，必须对力学课程进行相应的精简。课时精简方案必须要尽量保证教学体系的完整性，同时要针对不同学生专业背景，做到因材施教，重点突出。（3）学生激励机制单一，缺乏课外竞赛环节。力学类课程作为基础课程，相关公式和计算比较繁琐，降低了学生的学习热情。为了更加广泛地调动学生的积极性，需要改革课程评价标准，建立合适的课外激励机制。为了解决教学中存在的问题，提高人才培养质量，各院校有必要对基础力学类课程的课程体系、①教材建设、②激励机制③等方面进行改进。
为了解决教学模式中存在的问题，必须针对基础力学类课程的课程体系、教材建设、激励机制等方面进行了改进，建立符合新型人才培养模式需求及新的课程内容体系的课程考核方式；规范教学资料，优化教学内容，充分发挥集体智慧；建立课堂教学互评制度，形成良性的互帮互助机制，注重示范引导；要优化教学课时配置，提升基础力学课程与专业课程的衔接度，不同专业背景的学生要有不同的课时配置方案。比如车辆专业，更关心的是碰撞与摩擦，而材料专业对此部分的要求则较低，根据专业背景调整知识点的课时配置尤为重要。传统的课程授课方式也要进行改进，既要保证重要知识点的理论完整性又要注重学生知识应用能力，让学生时刻清楚所学的力学知识要应用到工程实际中的哪些方面中去，以工程实际应用案例对其进行相应的引导，这样才能提高学生的主动性，形成讲授与自学有机结合的教学模式。此外，教学手段要进行改革创新，要增强教学的感染力和教学实效，在教学中要适当穿插反转课堂的思想，让学生主动发问，以学生关心的点为中心进行教学内容的铺展。
课程体系的改革要注意如下四点内容：（1）推进课堂教学模式和网络自主学习模式，充分利用教材提供的音像、网络和课件资源，使其发挥最佳效益，增强教学的感染力，提高教学实效。推进MOOC课程的开发，给学生搭建出完善的课上和课下学习体系。这样不同学生可以根据自己对课程的掌握程度调整学习计划和方案。（2）改进已有的较为死板的考核制度。目前，大多数高校学生关注的学习重点是老师要考什么，而不是什么对自身发展有用。因此要适当减少期末考试分数的比重，增加讨论小组的考评结果以及课程实践综合评分的比重，这样既能达到考核目的又能提高学生的学习积极性，最终形成既重视基础理论知识又鼓励学生自主创新学习的综合性、多元化的考核机制，改变以往单纯依靠试题分数来衡量学生知识掌握能力的现状。（3）对教案进行细化和完善，对教材进行适当的调整和补充，以适应不同学生的需要。学生更多的关心所学力学知识在实际中应用到了什么地方，鉴于此必须在课程中增加体现实际工程应用的教学资料，建立从工程实际中来到工程实际中去的工程科学模式。（4）定期开展教学模式改革研讨会。一般来说力学教研室的各位任课教师都要面对不同专业的学生，教学中会遇到很多共性和个性的问题。通过课程群内各门课程乃至不同课程教师之间课堂教学的互评，取长补短，往往可以得到建设性建议，进而形成良性的互帮互助机制，共同提高力学基础类课堂教学质量。
在教材建设方面，首先，各院校应根据本学校的专业特色，整理、甚至编写与本校学科特色、教学内容吻合度更高的力学基础课程教材，如《理论力学》、《材料力学》、《工程力学》等。通用的教材虽然经典，但有些时候却不一定普遍适用于所有专业，而且不同专业对教材不同章节详细程度的要求是有很大差别的。同时，也要积极编写辅助教材，对相关知识点进行强化、归纳和梳理，帮助学生在课后更好地进行复习或知识点的掌握和强化。其次，教研室或任课教师应综合校内外的教学资源，完善基础力学课程的工程案例库，充实力学课程动画教学资料库，这样可以使学生更容易了解相关的力学知识。同时对各门课程所选用教材编制习题库或外购较高质量习题库，形成更加完善的教辅资料体系。最后，对课程进行精简的院校需要针对课时压缩的实际情况和各专业的实际需求，优化学时配置，突出核心内容，提升基础力学课程与专业课程的衔接度。针对当前人才培养模式的需求，简化各门课程中不必要的理论推导，增加实训环节，增设讨论课环节，针对实施细节交流实施心得。针对不同学院不同专业背景的学生制定不同的讲授方案，因材施教，对其将来可能频繁应用的知识重点讲解，适当增加讲解深度。对力学课程的精简，要保证教学体系的完整性，针对不同学生专业背景，因材施教，重点突出。
激励机制方面要注重培养学生的工程科学思想，从工程中来，到工程中去，提高学生解决实际问题的能力，增强学生跨学科知识储备，发展创新思维的能力。通过搭建技能竞赛平台，全面培养学生技能和动手能力，完善过程保障和奖励保障机制。具体实施办法有如下三点：（1）以专业能力培养为主线，以学生技能竞赛为契机，以用人单位的需求为依据， 结合学生的专业特性在每一学期举办1次专业竞赛， 将学生参加专业竞赛与获得的证书作为综合素质学分的认定。此类竞赛不应是简单的传统书本知识的考查，而应与学生将来的工作方向联系在一起，例如机械专业可以以机器人为中心进行相应竞赛内容的设计。（2）与企业合作，健全实习基地保证参赛同学的正常训练。这不仅可以提高学生的动手操作能力，还能建立学生和企业的联系，为学生将来的就业问题提供一个双向选择机会，这也为实现“以赛促学、以赛促练、以赛促教”的实践教学模式提供了保障。（3）健全学生奖励办法，将竞赛成绩折算成相应的综合素质学分，在奖学金、助学金以及评优中优先考量。这样学生就会以极大的热情和积极性去完成相关课程内容的学习。
综上所述，以工程应用为导向的基础力学课程改革可以由“两个体系，一个机制”来保证。即建立“面向工程实际的授课体系”，“面向专业的课程内容体系”以及“以赛促教的多元化激励机制”。力学课程要推进课堂教学模式+网络自主学习模式，形成鼓励自主创新学习的综合性、多元化的考核机制，建立从工程实际中来到工程实际中去的工程科学模式。对于不同专业的学生对课程内容进行合理调整，突出核心内容，提升基础力学课程与专业课程的衔接度。针对当前人才培养模式的需求，简化各门课程中不必要的理论推导，增加实训环节，增设讨论课环节，针对实施细节交流实施心得，通过各类比赛提高学生的专业技能水平与专业实践能力，最终实现提高人才质量，培养创新型人才的目的。
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