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对力学课程体系的一点思考(图)
对力学课程体系的一点思考(图)对力学课程体系的一点思考(图)
导言：本文的内容曾在2017年中国力学大会 力学史与方法论分会场(M11) 宣读（2017.8.16北京），试图把力学专业所学的力学课程按照课程衔接关系进行梳理，希望能找到各课程之间的相互关系以便于学生对整个力学课程体系的把握。感觉在会上讲的不是很好，想法还不完善，况且自己也没能把这些课程都上一遍，有些提法不一定正确，想借助于科学网的平台，恳请各位老师、专家批评指正！
力学担负着数学与工程之间连通和转换作用，一方面力学要对工程进行数学的定量描述，将工程问题利用力学原理转换为数学问题，使自己变成了应用数学；另一方面力学要将数学转换为工程应用，使自己变成了工程学科。因此在力学的教学中，应该由三个主要内容组成：1）工程背景、2）数学基础、3）力学原理。适合于采用三段式学习法（请参见弹性力学的理论体系与学习建议），即围绕知识点按照1）工程背景、2）数学基础、3）力学原理的三段式进行讲解，并能够使学生建立起三者之间的对应关系，并能培养起学生利用力学原理在工程与数学之间的相互翻译和解读能力。
力学课程在整体上也具有三段式的属性，统筹力学专业本科阶段开设的主要力学课程，大致可分为力学基础课、力学专业课、行业力学课和横断面力学课四类，如图1所示的力学课程体系结构图。
一、力学基础课程
数学基础、理论力学和材料力学是力学的基础课程，在学生的能力培养中起着不同的作用，数学基础课程负责培养学生的逻辑、推导能力，属于抽象思维；材料力学负责培养学生的工程意识，工程需要直观的想象能力，称其为具象思维（相对于抽象思维），材料力学也是工程学的入门课程；理论力学在课程内容上，虽然理论力学以刚体、质点为研究对象，但它提供了力学中最基本的原理和方法，这些原理和方法在后续的变形体力学中同样也适用。因此，可认为理论力学在力学课程体系中负责构建学生对力学原理的系统学习和掌握。在课程安排上，一般先学数学基础、再学理论力学、再学材料力学，就是先储备数学工具，再知晓力学原理，最后实现服务工程的目的，完成宏观上的三段式人才培养。有同学（我也有同样的体会）说学理论力学还不知道力学有用，学材料力学就感觉力学有用了，可以处理工程问题了，这就是因为理论力学侧重于力学原理，而材料力学偏向工程问题的原因。
二、力学专业课程
对于力学专业而言，理论力学和材料力学只是力学的入门课程，还没有进入到力学专业体系中。弹性力学是进入力学专业体系的大门。在弹性力学看来，虽然材料力学也处理变形体问题但其研究对象限定为细长结构；其次，材料力学是一种工程近似，不像弹性力学那样具有严密的数学体系。
弹性力学恰恰是解决材料力学这些不足，并同时为后续的其它力学课程建立严密的数学体系提供基础。
就弹性力学的理论体系而言，主要包括：平衡方程、几何方程、物理方程三类方程，考虑边界条件构成弹性力学的基本理论体系。其它的力学课程可以认为是对弹性力学理论体系的延伸，直白的说，其它的力学专业课程只是对弹性力学的方程（平衡方程、几何方程、物理方程）的某些内容进行了调整，以适用于求解其它专门问题。
例如，考察平衡方程，如果方程右边等于0就是静力学，如果方程右边不等于0，就可以按照牛顿第二定律写出加速度项（惯性项）成为动力学问题。动力学按照运动特征又可以分为振动力学与波动力学。这就是弹性力学如果按照平衡条件可延伸出弹性静力学和弹性动力学。另一条发展路线按照研究对象来分，可分为固体力学和流体力学。这是两个非常大的分支，固体力学和流体力学都包括好多门课程，将流体与固体并列，摆在弹性力学之后，主要是考虑知识点的衔接方便，弹性力学不仅是固体力学的基础，同时也是流体力学的基础（当然弹性力学讲的是固体），如弹性力学利用微元体建立平衡方程的方法在流体力学中同样适用。只不过因为流体具有的流动特性，用守恒思想处理问题更为方便，又发展了适用于流体力学的方程。
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力学担负着数学与工程之间连通和转换作用，一方面力学要对工程进行数学的定量描述，将工程问题利用力学原理转换为数学问题，使自己变成了应用数学；另一方面力学要将数学转换为工程应用，使自己变成了工程学科。因此在力学的教学中，应该由三个主要内容组成：1）工程背景、2）数学基础、3）力学原理。适合于采用三段式学习法（请参见弹性力学的理论体系与学习建议），即围绕知识点按照1）工程背景、2）数学基础、3）力学原理的三段式进行讲解，并能够使学生建立起三者之间的对应关系，并能培养起学生利用力学原理在工程与数学之间的相互翻译和解读能力。
力学课程在整体上也具有三段式的属性，统筹力学专业本科阶段开设的主要力学课程，大致可分为力学基础课、力学专业课、行业力学课和横断面力学课四类，如图1所示的力学课程体系结构图。
一、力学基础课程
数学基础、理论力学和材料力学是力学的基础课程，在学生的能力培养中起着不同的作用，数学基础课程负责培养学生的逻辑、推导能力，属于抽象思维；材料力学负责培养学生的工程意识，工程需要直观的想象能力，称其为具象思维（相对于抽象思维），材料力学也是工程学的入门课程；理论力学在课程内容上，虽然理论力学以刚体、质点为研究对象，但它提供了力学中最基本的原理和方法，这些原理和方法在后续的变形体力学中同样也适用。因此，可认为理论力学在力学课程体系中负责构建学生对力学原理的系统学习和掌握。在课程安排上，一般先学数学基础、再学理论力学、再学材料力学，就是先储备数学工具，再知晓力学原理，最后实现服务工程的目的，完成宏观上的三段式人才培养。有同学（我也有同样的体会）说学理论力学还不知道力学有用，学材料力学就感觉力学有用了，可以处理工程问题了，这就是因为理论力学侧重于力学原理，而材料力学偏向工程问题的原因。
二、力学专业课程
对于力学专业而言，理论力学和材料力学只是力学的入门课程，还没有进入到力学专业体系中。弹性力学是进入力学专业体系的大门。在弹性力学看来，虽然材料力学也处理变形体问题但其研究对象限定为细长结构；其次，材料力学是一种工程近似，不像弹性力学那样具有严密的数学体系。
弹性力学恰恰是解决材料力学这些不足，并同时为后续的其它力学课程建立严密的数学体系提供基础。
就弹性力学的理论体系而言，主要包括：平衡方程、几何方程、物理方程三类方程，考虑边界条件构成弹性力学的基本理论体系。其它的力学课程可以认为是对弹性力学理论体系的延伸，直白的说，其它的力学专业课程只是对弹性力学的方程（平衡方程、几何方程、物理方程）的某些内容进行了调整，以适用于求解其它专门问题。
例如，考察平衡方程，如果方程右边等于0就是静力学，如果方程右边不等于0，就可以按照牛顿第二定律写出加速度项（惯性项）成为动力学问题。动力学按照运动特征又可以分为振动力学与波动力学。这就是弹性力学如果按照平衡条件可延伸出弹性静力学和弹性动力学。另一条发展路线按照研究对象来分，可分为固体力学和流体力学。这是两个非常大的分支，固体力学和流体力学都包括好多门课程，将流体与固体并列，摆在弹性力学之后，主要是考虑知识点的衔接方便，弹性力学不仅是固体力学的基础，同时也是流体力学的基础（当然弹性力学讲的是固体），如弹性力学利用微元体建立平衡方程的方法在流体力学中同样适用。只不过因为流体具有的流动特性，用守恒思想处理问题更为方便，又发展了适用于流体力学的方程。
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