关于《工程力学》教学模块化的思考
机械工程部 熊良萍
摘要：本文通过对《工程力学》教学现状的观察、分析，说明《工程力学》教学在当前存在的问题与困难，引进在机电产品中大显身手的“模块学”，介绍其定义、特点，结合《工程力学》教学实际，提出《工程力学》教学模块化的必要性、可能性以及必须解决的问题。目的是使《工程力学》的教学具有更高的质量，更多的灵活性，更好地为专业教学服务。
关键词：模块化 《工程力学》 思考
一、前言
《工程力学》作为工科类各专业的技术基础课程，具有重要的地位和作用。它一直是工科类学生的必修课程之一。随着市场竞争的日益激烈，市场需求的不断变化，教学，教育发生了很大的变化，《工程力学》的“地位”也发生了变化。这在职业技术教育中表现得更突出。以下是笔者了解到是事实：
《工程力学》作为工科类各专业的技术基础课程，具有重要的地位和作用。它一直是工科类学生的必修课程之一。随着市场竞争的日益激烈，市场需求的不断变化，教学，教育发生了很大的变化，《工程力学》的“地位”也发生了变化。这在职业技术教育中表现得更突出。以下是笔者了解到是事实：
1、《工程力学》教学时数被大量地压缩。在有些学校里，机类专业中的《工程力学》数学时被压缩到80学时，而在近机类专业的必修课程中取消了《工程力学》。
2、在湖北省高职暨中职力学教研会2001年年会上，陈吉庭教授以在《工程力学》教材的编写上应有新的突破为题，提出改革《工程力学》的结构体系，重组原有理论，发展新理论的基本思想。
3、静力学、材料力学中的相关内容以“物体的平衡”、“平面四杆机构的静力分析”、“杆件的基本变形”、“平面机构中拉压构件的强度和变形计算”等为题安排在《机械基础》等教材中，作为综合课程的内容之一。
以上三方面的事实告诉我们：（1）《工程力学》的传统地位已经动摇。〈2〉业内人士已经注意个到《工程力学》教学所遇到的问题，并且正在探寻解决的途径。（3）《工程力学》的基础作用不可缺少，但要求《工程力学》的教学能够表现出更多的灵活性，满足各专业的具体需求。
为此，本文提出：借助于机电产品通过模块化的设计，以自身固有功能的不同组合来满足不同社会需求的成功经验，以具有独立功能为标准重组《工程力学》，实现教学模块化，使其具有充分的可重构性和可选择性。（可重构性是指《工程力学》教学体系能够根据外部环境和任务的变化、内部状态的变化，调整自身结构构形的一种能力。）
二、模块化教学简介
模块化是用来描述公共单元的使用以实现系统的各种变型。它的主要目标就是确定独立的、标准化的或可改变的单元来满足功能的变化。模块化研究的理论基础最初来自suh的独立性公理——在设计中保持功能要求的独立性。因此在可能的情况下，系统完成的每一个功能都应独立于系统完成的所有其他功能。
目前对模块并没有统一的定义。施进发等从广义上将模块定义为：模块是人造产品、自然物或其混合物，具有特定功能的基础单元，它具有互换性、通用性及系列性等特点。又从机械产品的特点定义为可以看出模块具有三个显著的特点：一是功能独立。模块是具有特定功能的标准部件，可以在许多不同产品上完成自己的的功能，因此它具有标准化产品的特点，可以组织专业化生产；二是接口标准化。模块是需要与其它不同的模块进行组合来实现不同产品的功能要求，模块之间的连接好坏直接影响产品的质量，也影响模块本身的设计及完成自身功能的能力。三是模块系列化。模块化的目的的是提高产品变型的能力，需要有一个系列化的模块平台。
模块划分的方法有很多。比较成熟的方法是基于功能结构的模块划分方法。这种方法首先是对系统进行功能分析。功能分析就是根据一定的逻辑关系把对象系统各组成部分的功能相互联系起来。功能是系统必须完成的任务，也可以说是系统的输入与输出之间的总关系。功能基本上分为两类：一种是必要功能，它包括用户要求的基本功能，这在设计时是不能改变的；另一重是非必要功能，它不是根据用户的要求而是设计者主观加上去的功能。
三、实现《工程力学》教学模块化的必要性和可能性
《工程力学》的教学是为工科各专业课的教学服务的，应满足各专业课程的基本要求。实现要求它能够低起点、低消耗〈学时〉、多层次〈适应不同层次的学生〉。由此要求《工程力学》的教学具有较大的“柔软性”，充分的“可重构性”。各专业的发展日渐迅猛，新型专业不断出现，《工程力学》的教学将会不断地发生变化。但教学方法、手段的形式需要反复地实践来不断完善。过于频繁的变化不利于教学质量的提高，所以《工程力学》的教学宜相对稳定。模块化产品的高度可重构性为解决这一问题提供了可以固定的教学模块的不同组合来满足不同专业，不同层次的不同要求。
实现教学模块化的优点主要有：
1、实现教学效果的最佳化。教学模块的内容可以固定不变，各模块的教学方法，手段可以不断改进提高，实现最佳化。
2、实现教学手段的现代化。模块功能的独立性使得现代教学的应用变得简单易实现，在经济上具有可行性。
3实现教学协作。各模块的功能的独立性使得行业内教学联合成为可能。将各模块的教学攻关分散到行业内各学校，各自主攻某些模块，可以在较短的时间内得到实用的系列化的“教学软件”为工科各专业教学服务。
4实现永续发展。通过对模块的修正或扩展，《工程力学》的教学可以迅速地适应科学技术的发展。
《工程力学》中的章节划分已经为教学模块的建立提供了基础。目前存在的主要缺陷是上下关系过于严格，同位并列关系太少，使《工程力学》的教学缺乏可重构性。所谓上下关系是指体系中存在功能上的目的与手段的关系，目的功能称为上位功能，手段功能称为下位功能。上位功能与下位功能都是相对的，一个功能对它的上位功能来说是手段，对它的下位功能来说是目的。并列关系是指体系中，上位功能之后往往有几个并列的功能存在，这些并列的功能又可能各自成为子体系，构成一个功能范围。对《工程力学》各功能进行分级，分类等细分后，增加各部分间的相容性，实现教学模块化便具有了可能性。
四、实现《工程力学》教学模块化必须解决的几个问题
1、块划分方法
教学模块可分为基本模块、扩展模块、辅助模块和特殊模块。基本模块就是实现基本功能的模块，它是教学模块的根本。由系列化的基本模块组成的平台是其它模块的功能能够实现的基础。即扩展模块、辅助模块和特殊模块通过与基本模块镶嵌后为各专业所用。辅助模块对应的是辅助功能，它是用于与基本模块相连接来创造各种变型产品。扩展模块解决的是基本功能涉及不到或不可预知的约束问题。特殊模块指的是实现特殊专业要求的特定功能的模块，他是专门设计的模块。由此可见，确定基本模块是实现教学模块化的首要任务。
基本模块可以通过多层次的分级而分散为若干系列的子模块，各子模块还可以有自己的子模块。
2、各模块间的连接
模块是通过与其它不同模块进行组合来实现功能的变化的，这就是需要接口标准化。对于教学模块来说需要各模块包含的教学内容具有兼容性。具体地为：上下关系应注意目的与手段的响应及连接惯性；并列关系则必须坚持连接的一致性。能否成功地解决好接口是《工程力学》教学模块化成败的关键。力的效果、基本运动、平衡原理、动力学基本方程、能量原理大都可以作为接口的连接方式。
3、基本模块应尽量浅显
简单、易学、实用是现代教育特别是现代技术教育的客观要求。基本模块的繁琐、深奥是与时代要求相背离的行为，所以基本模块必须是《工程力学》中最基本的、必要的内容，应尽量浅显。
五、结束语
《工程力学》作为工科各专业的技术基础课的地位作用其自身体系的“庞大”而不被某些专业的教学所接受。增加《工程力学》教学的柔软性是时代的要求。利用模块组合的灵活性，可以使原已成熟的教学，比较容易地满足不同专业的要求。实行教学模块化是必要的也是可行的，但必须解决好模块划分方法、模块之间的连接及基本模块的浅显等方面的问题。
[参考资料]
施进发，游理华，梁锡昌·《机械模块学》·重庆出版社，1997
李世雄·《机械基础》·高等教育出版社，1999
倪森寿，袁 锋 ·《机械基础》·高等教育出版社，2000
北京科技大学，东北大学·《工程力学》·高等教育出版社，1997