材料力学论文：不同版本《材料力学》教科书使用现状和分类分析

材料力学：不同版本《材料力学》教科使用现状和分类分析 材料力学论文:不同版本《材料力学》教科书使用现状和分 类分析 摘要:文章针对国内高等院校诸多版本《材料力学》教科书的课程体系设置和使用情况进行调查和分析。从课程体系设置情况对教科书进行分类，对不同版本《材料力学》教科书在本科专业教学中的使用情况进行调查，并结合当前高等教育的发展趋势分析《材料力学》教科书内容改革的趋势和原因。 关键词:材料力学;图书分类;课程建设;教学改革 (河南郑州450007) 近年来，在我国本科生教育规模迅速扩大的大环境下，伴随着对高等教育改革的日益重视，大学课程的教科书编写和出版迎来了一个黄金时期。以《材料力学》教科书为例，不完全统计显示近五年我国新出版《材料力学》教科书80部以上。虽然经典教材仍然在被大多数高校所使用，但新编写的教材融入了编者最新的教学研究和改革成果，在某些方面具有较强的吸引力。在这种情况下，非常有必要从内容体系设置等角度对教科书进行调查研究和分类，以指导相关授课人员根据需要选择使用教科书，对试图编写教科书、进行教学改革的相关人员也具有非常大的指导意义。 基于上述思路和动力，笔者对《材料力学》教科书的现状进行了调查分析。“材料力学”课程是工科专业的技术基 础课，是学好各种后续课程如“机械零件”、“结构力学”、“弹性力学”及其他专业设计课程的重要基础，大多数工科专业都要学习这门课程，在高等教育中具有非常重要的地位。[1，2]从教学改革的角度考虑，各高校目前对“材料力学”的课程建设都非常重视，[3，4]以河南省为例，目前全省共有31所本科高校，其中12所高校正在进行“材料力学”或“力学”校级、省级或国家级精品课程建设项目，[5]课程体系改革和教材建设是精品课程建设中非常重要的环节，教科书现状调查可为课程建设提供重要的参考，但是，目前还很难发现相关方面的系统报道。 一、教科书版本和使用情况 由于“材料力学”课程是工科专业非常重要的技术基础课，涉及的专业多，影响的学生数量大，而不同专业的教学要求也不尽相同，目前高校使用的《材料力学》教材版本较多，1列出了目前在高校比较流行的部分《材料力学》教科书，它们或为被广泛使用的经典教材(教材1和2)，或为不同级别的精品课程建设教材(省级或国家级)。如果按照《材料力学》的学时数把工科专业分为多学时专业(机械类专业、土木类专业)和中少学时专业的话，在多学时专业中，笔者的调查显示经典教材1和2的使用范围超过75%，另一方面，在中少学时专业中，使用经典教材的却非常少，这一现象说明多数高校的教学改革主要从中少学时专业开 始。部分教材具有非常强的课程建设项目背景，如教材3-6，它们是在省级和国家级精品课程基础上建设的教材，革新的痕迹非常明显。表中列的其他教材也都比较成熟，使用过多年，有的已修订了好几个版次。 由于土木类专业和机械类专业的教学要求有比较大的差别，因此在早期的“材料力学”课程教学中，土木类专业和机械类专业使用不同的教材，经典教材1适用于土木类专业，而其他专业则使用经典教材2。这种做法基本上一直在沿用，但是在个别高校已经进行了改革，两类专业不加区分使用相同的教材，因此也出现了通用的教材版本，如教材4和6直接标明可适用于机械类和土木类专业。 大多数学校在指定使用教材的同时还会列出若干本参考教材，这开阔了师生的视野，也在使用层面促进了不同教材的互补。不少高校还会指出《材料力学习题》等其他辅助教材，但笔者的调查显示目前市场上习题类辅助教材很少。另外，有些高校还指定一些英文材料力学书作为参考教材，主要的英文教材有两种:(1)《mechanics of materials》，ferdinand p.beer编著;(2)《applied strength of materials》，robert l.mott编著。也有高校采用英文教材双语授课，但在土木类和机械类多学时专业采用双语授课的很少。 二、课程体系设置情况 “材料力学”课程讲授的主要内容概括总结起来包括下面几个方面:(1)拉(压)、扭转、弯曲和剪切四种基本变形的内力和应力计算(强度问题)、变形计算(刚度问题)和能量计算;(2)复杂应力场问题分析(应力状态和应变状态分析、广义虎克定律和强度理论等);(3)组合变形的强度问题和刚度问题;(4)能量法求解变形;(5)压杆稳定问题;(6)交变应力和疲劳失效;(7)动载荷。调查显示，所有教科书都会涵盖上面所有知识点，不同和改进主要体现在三个方面:具体内容和讲解形式的压缩和精简;课程体系中不同内容先后顺序的调整以及连贯方式的改变;新形势下增加新的知识体系。下面从这三个方面分别进行阐述和分析。 早期的《材料力学》教科书基本上都分为上、下或i、ii两册，第一册讲授基本变形、复杂应力场分析以及组合变形，其他的内容被看作是基本知识点的延伸，放在第二册讲授，新版本的《材料力学》教科书很多都压缩为一册，仍然分为两册的，其内容也压缩了很多。这是近几年“材料力学”讲授学时压缩比较严重的结果，有不少新版教科书的编写任务就是压缩讲授内容。虽然篇幅压缩很严重，但知识点并没有被减少，主要是通过改变讲授方式压缩篇幅，使学生在有限的时间内仍能接受原有的知识点和知识体系。笔者的调查发现，篇幅的压缩主要在下面几个知识点:绪论和背景知识;能量法;动载荷;疲劳失效;压杆稳定。 不同版本《材料力学》教科书的改编还体现在知识结构先后顺序的重新安排上。“材料力学”课程的讲授已有很长历史，不同的讲授人员根据专业或学生实际情况，认为知识点讲授次序的重新安排在当前更有利于学生的知识接受。例如，有的教科书将应力-应变关系放在基本变形之前(表1中教材11);有的书将每种基本变形对应的应变能计算合在一起，放在能量法中来讲(教材7);有的教科书把剪切变形放在组合变形后，而把压杆稳定、平面图形几何性质放在前面来讲(教材4)。课程体系调整的主要目的是为了在有限的讲授学时中方便学生接受，但究竟哪种形式更加有效仍处于讨论和探索阶段。 添加满足新形势需要的知识点是改编《材料力学》教科书的另一目的。特别是在计算工具和计算技术日益重要的今天，将《材料力学》和计算机技术结合起来变得很必要，为此不少教材增加了《材料力学》问题的程序实现等内容，不但使求解变得容易，也使计算机语言和技术以另一种形式得到普及。笔者也发现，李银山教授更是编写了一本《maple材料力学》教科书，将计算技术贯穿全书，介绍了有限单元法在计算桁架、刚架杆系结构中的应用，并引入了结构优化设计思想，注意从被动分析设计到主动优化设计教学思想的转变。也有一些教科书在课程设置中引入了新型材料的力学性能分析和研究方面的内容。此外，也有一些《材料力 学》教科书增加和扩展了材料力学试验教学内容，以提高学生的动手能力和实践操作能力。 三、思考与分析 本文的调查分析为高校编写、选用《材料力学》教科书提供了参考，也在下面几方面为《材料力学》课程教学改革提供了依据。 (1)近几年多种版本《材料力学》教科书得以出版，这是课时严重压缩情况下教学方法和方式改革的需要，但土木类、机电类多学时专业仍以使用经典教材为主，多数新编教材只是在中少学时专业尝试使用，说明《材料力学》教学研究和改革还处于研究阶段。 (2)新编《材料力学》教科书的改进主要体现在内容的压缩和精简、知识点先后顺序和连贯方式的调整和新知识点的增加三方面，但目前尚未出现公认的行之有效的新版《材料力学》教科书。 (3)《材料力学》课程教学和教科书编写应保证原有知识点不减少，同时尽可能融入一些能反映社会发展和新形势需要的新知识体系。 参考文献: [1]杜庆华.力学与工程应用[m].北京:中国林业出版社,1998. [2]武际可.力学史[m].重庆:重庆出版社,2000. [3]王锦燕,孙玉周.材料力学课程教学方法改革与实践[j].中国电力教育,2009,(17):77-78. [4]张洪霞.“材料力学”教学与考试改革的探讨[j].中国电力教育,2009,\(9):75-76. [5]鲁晓俊.《材料力学》精品课程建设的研究与实践[j].科技创新导报,2009,(20):151.