木材科學(xué)與工程類專業(yè)《工程力學(xué)》教材的建設(shè)與思考

刁海林

(廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004)

在力學(xué)與工程界有一句名言:沒有力學(xué)就沒有工程。換言之，有工程就必有力學(xué)。它簡明深刻地闡明了力學(xué)與工程的關(guān)系及力學(xué)在工程中的地位和作用。

目前，我國林業(yè)院校中設(shè)置的木材科學(xué)與工程、家具制造、木結(jié)構(gòu)建筑等涉工程類工科專業(yè)，其畢業(yè)生將就業(yè)于人造板工業(yè)、家具制造業(yè)、木結(jié)構(gòu)建筑業(yè)等工程性質(zhì)行業(yè)，因此林業(yè)院校為這些在校學(xué)生開設(shè)“工程力學(xué)”課程是非常必要的。既然要開設(shè)“工程力學(xué)”課程，那么教材建設(shè)問題就自然要提到議事日程上來。目前，木材科學(xué)與工程類專業(yè)所開設(shè)的“工程力學(xué)”課程雖已開設(shè)多年，但其教材的建設(shè)問題卻從未有人提及。目前的“工程力學(xué)”教材大多適用于機械及電子類、土木及水電工程類、輕工及紡織類等專業(yè)，卻從未看到過適用于木材科學(xué)與工程及木結(jié)構(gòu)建筑類專業(yè)的《工程力學(xué)》教材，以至于目前所有林業(yè)院校無一例外的都只能借用機械或輕工類專業(yè)的“工程力學(xué)”教材。

那么木材科學(xué)與工程及木結(jié)構(gòu)建筑專業(yè)是否需要有一本有自己專業(yè)特點的《工程力學(xué)》教材呢?該教材的建設(shè)又將如何進行呢?下面筆者將結(jié)合木材科學(xué)與工程類專業(yè)特點及筆者近30年的“工程力學(xué)”課程教學(xué)經(jīng)驗，談?wù)剬δ静目茖W(xué)與工程類專業(yè)《工程力學(xué)》教材建設(shè)的一些想法和思路，借此與同行切磋探討，并祈望能起到拋磚引玉的作用。

一、“工程力學(xué)”教材的一般特性

(一)“工程力學(xué)”教材的經(jīng)典性

目前我國高校普通工科專業(yè)的“工程力學(xué)”教材通常都由理論力學(xué)和材料力學(xué)2部分組成。其中，理論力學(xué)是研究物體機械運動的一般規(guī)律的科學(xué)，具有較強的理論性。因其理論基礎(chǔ)建立在屬于古典力學(xué)范疇的伽利略和牛頓定律的基礎(chǔ)上，故其理論具有經(jīng)典性。理論力學(xué)所揭示的物體機械運動的一般規(guī)律，是放之一切宏觀工程領(lǐng)域皆準(zhǔn)的理論。于是從經(jīng)典性角度來講，理論力學(xué)無行業(yè)界線。至于材料力學(xué)則是研究工程構(gòu)件承載能力的科學(xué)，它主要研究工程構(gòu)件在荷載作用下的強度、剛度和穩(wěn)定性問題。相對理論力學(xué)而言，材料力學(xué)直接面對工程實際，具有更強的工程應(yīng)用性，但其研究工程構(gòu)件承載能力的理論和方法同樣具有經(jīng)典性和普遍性。從其理論及方法的經(jīng)典性和一般性來講，材料力學(xué)亦無工程界線。綜上所述，說明工程力學(xué)的理論和方法具有經(jīng)典性、完整性和相對穩(wěn)定性，適用于一切宏觀工程。

(二)“工程力學(xué)”教材的行業(yè)針對性

如前所述，工程力學(xué)具有經(jīng)典性和理論方法的普遍性，它可以為一切宏觀工程服務(wù)，但并不能因此否認(rèn)“工程力學(xué)”教材應(yīng)具有的行業(yè)或?qū)I(yè)針對性。眾所周知，各行業(yè)、專業(yè)的工程問題有著各自的特點:如土木水利類專業(yè)，其工程特點主要是研究以鋼筋混凝土為材料的梁、柱、壩等的工程構(gòu)件的力學(xué)問題;化工醫(yī)藥類專業(yè)，其工程特點主要是研究以金屬、塑料等為材料的各類容器、管道等的力學(xué)問題;輕工紡織類專業(yè)，其工程特點主要是研究以金屬為材料的各類凸輪、搖桿、滑槽、機架等力學(xué)及構(gòu)件運動協(xié)調(diào)關(guān)系問題，等等。因為教材是為專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)的，所以“工程力學(xué)”教材必須具有行業(yè)或?qū)I(yè)的針對性或者側(cè)重性。高校只有針對各行業(yè)或?qū)I(yè)的特點，使用具有本專業(yè)特點的“工程力學(xué)”教材，才能更有利于培養(yǎng)適應(yīng)本行業(yè)建設(shè)需要的工程技術(shù)人才。

二、木材科學(xué)與工程類專業(yè)《工程力學(xué)》教材的建設(shè)思路

(一)教材建設(shè)的依據(jù)

但凡一本教材的出版，無不經(jīng)歷一番苦心積慮的建設(shè)過程。尤其是同名教材的建設(shè)，它要在同名教材如林的背景下爭得一席之地，必須要有一個明確而有說服力的出版依據(jù)，必須要推陳出新，必須具有與其他同名教材不同的特色、特點或風(fēng)格，同時必須要有一個相當(dāng)數(shù)量的讀者群的支持，才能獨樹一幟、脫穎而出。筆者認(rèn)為同名教材的出版依據(jù)主要有以下幾點:①依據(jù)行業(yè)背景體現(xiàn)行業(yè)特色;②依據(jù)不同院校、專業(yè)對教材學(xué)時的要求;③依據(jù)基于不同教學(xué)理念而進行的教材結(jié)構(gòu)改革;④依據(jù)對教材內(nèi)容的更新。據(jù)此，木材科學(xué)與工程類《工程力學(xué)》教材的建設(shè)依據(jù)是以木材科學(xué)與工程(包括木材加工與利用、人造板制造、家具設(shè)計與制造、木結(jié)構(gòu)建筑等)行業(yè)為背景，編寫一部章節(jié)結(jié)構(gòu)新穎、內(nèi)容體現(xiàn)行業(yè)特點、具有中等課時的《工程力學(xué)》教材。

(二)教材應(yīng)有的特點

1.經(jīng)典性特點

木材科學(xué)與工程類專業(yè)包括木材加工與利用、人造板制造、家具設(shè)計與制造、木結(jié)構(gòu)建筑等專業(yè)。這些專業(yè)均屬工科性質(zhì)，都必須有工程力學(xué)知識的支撐。而作為一般工程力學(xué)理論和方法載體的“工程力學(xué)”教材，自然應(yīng)具有一般工程力學(xué)的經(jīng)典性。即“工程力學(xué)”教材應(yīng)具有一般工程力學(xué)完整的思想體系、理論體系和方法體系，這是所有不同背景版本的“工程力學(xué)”教材都共同服從和遵循的原則。因此，木材科學(xué)與工程類專業(yè)背景下的《工程力學(xué)》教材自然不能例外，它必須具有一般工程力學(xué)的思想理論和方法，以維系教材的經(jīng)典性。

2.行業(yè)及專業(yè)特點

如同機電、土木、輕工等行業(yè)工程一樣，木材科學(xué)與工程類行業(yè)也當(dāng)然有其特點，如人造板工程主要面對的是木質(zhì)原料及人造板自動化生產(chǎn)線;家具設(shè)計制造工程主要面對的是木工機械及木質(zhì)家具;木結(jié)構(gòu)建筑工程主要面對的是木質(zhì)材料及其建筑結(jié)構(gòu)等。于是，木材科學(xué)與工程類行業(yè)的工程特點可總結(jié)為以下3大特點:即木質(zhì)材料特點、人造板及木工機械特點、家具及木結(jié)構(gòu)特點。如果《工程力學(xué)》教材脫離以上3大特點，讓教材一味充斥著諸如鋼材、混凝土、飛機起落架、輪船螺旋槳、水壩等力學(xué)模型及案例，使學(xué)生感覺自己所學(xué)的和所認(rèn)識的似乎都是土木、水利、航空、船舶等行業(yè)的知識，以至于不知道自己將來該干什么，那么這樣的教材就失去了它的專業(yè)導(dǎo)向性和專業(yè)服務(wù)性。因此，“工程力學(xué)”課程作為木材科學(xué)與工程類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，必須面向本行業(yè)，充分體現(xiàn)本行業(yè)的工程特點，使學(xué)生在“工程力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)過程中，能通過教材潛移默化地了解本行業(yè)的工程實際，提前接觸和認(rèn)識未來專業(yè)工程所面臨的力學(xué)問題(至少能有個初步的、基本的認(rèn)識)。使學(xué)生能更深刻地認(rèn)識工程力學(xué)在大學(xué)學(xué)習(xí)階段及在未來工程實踐中的地位和作用。

三、木材科學(xué)與工程類專業(yè)《工程力學(xué)》教材的結(jié)構(gòu)設(shè)計及內(nèi)容更新

(一)教材結(jié)構(gòu)設(shè)計

教材的結(jié)構(gòu)設(shè)計通常除了與行業(yè)需要及課時多少有關(guān)外，還與教材編寫者對教材內(nèi)容領(lǐng)悟的深度及對教學(xué)規(guī)律認(rèn)知的程度有關(guān)，即與編寫者的教學(xué)經(jīng)驗有關(guān)。筆者在充分考慮行業(yè)背景及課時數(shù)(80～90課時)的前提下，根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗，采用“合并同類項”的辦法對“工程力學(xué)”教材的章節(jié)結(jié)構(gòu)進行大刀闊斧的重組。重組后的教材與目前其他版本的“工程力學(xué)”教材在內(nèi)容體系及章節(jié)結(jié)構(gòu)上最大的不同是:①將原一般教材以知識點和桿件變形形式為主線建立的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)體系換之以知識層次為主線建立的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)體系。例如將平面匯交力系、平面力偶系、平面一般力系合為1章，稱為平面力系。②將動量定理、動量矩定理、質(zhì)心運動定理、動能定理合為1章，稱為動力學(xué)普遍定理。③將拉壓桿的內(nèi)力及內(nèi)力圖、受扭桿件的內(nèi)力及內(nèi)力圖、受彎桿件的內(nèi)力及內(nèi)力圖合為1章，稱為桿件的內(nèi)力及內(nèi)力圖。④將拉壓桿件、受扭桿件、受彎桿件的應(yīng)力及強度計算合為1章，稱為桿件的應(yīng)力及強度計算。⑤將拉壓桿件、受扭桿件、受彎桿件的變形及剛度計算合為1章，稱為桿件的變形及剛度計算。筆者將理論、方法、知識點相同的內(nèi)容進行了合并，將原來的20余章合并為目前的14章后，該教材的模塊功能更加清晰，知識層次更加分明，章節(jié)結(jié)構(gòu)也更加合理，更加符合循序漸進的認(rèn)知規(guī)律。內(nèi)容體系調(diào)整重組后的《工程力學(xué)》章節(jié)目錄見表1［1-5］。

(二)教材內(nèi)容的更新

如果說通過內(nèi)容重組建立起新的《工程力學(xué)》章節(jié)體系，是給未來木材科學(xué)與工程類專業(yè)《工程力學(xué)》教材搭起了一個承載教學(xué)內(nèi)容的框架，那么內(nèi)容更新則是向框架內(nèi)充實內(nèi)容并賦予特色和生命力，是教材建設(shè)的一大重要任務(wù)。根據(jù)工程力學(xué)理論的經(jīng)典性和相對完整性特點，《工程力學(xué)》教材的內(nèi)容更新應(yīng)主要從工程的應(yīng)用性方面去體現(xiàn)，即在保證教材的基本理論體系不變的前提下，從工程應(yīng)用的角度去突出行業(yè)及專業(yè)特點?！肮こ塘W(xué)”課程的應(yīng)用性主要體現(xiàn)在教材例題與習(xí)題的選用上，除了保留一些必要的基本題型外，應(yīng)在廣泛收集工程力學(xué)在人造板工程、家具工程、木結(jié)構(gòu)建筑工程中應(yīng)用案例的基礎(chǔ)上，選擇有代表性的素材補充到相關(guān)章節(jié)的例題和練習(xí)題中去，以此體現(xiàn)教材的行業(yè)性特點。

(三)教材的編寫

1.教材編寫隊伍的建設(shè)

一部好教材的建設(shè)，只有好的章節(jié)結(jié)構(gòu)體系和好的編寫思路是不夠的，還要有一個好的落實辦法和措施，否則就只能是紙上談兵。那么如何使編寫的新版《工程力學(xué)》的工作落到實處呢?筆者以為關(guān)鍵是要組織起一個工作責(zé)任心強、有敬業(yè)精神和奉獻精神、有良好的專業(yè)素質(zhì)和團隊合作精神的優(yōu)秀的編寫團隊。關(guān)于編寫團隊的組建，筆者建議由林業(yè)教材出版單位負(fù)責(zé)牽頭，組織協(xié)調(diào)3～5所林業(yè)院校的5～8名教師參與編寫，并吸收更多的林業(yè)院校的教師參加到教材編寫工作中來，這有利于林業(yè)院校教師之間的交流，提高《工程力學(xué)》教材的編寫質(zhì)量。

2.教材編寫工作的實施

筆者認(rèn)為參編的林業(yè)院校組織起來后，首先，要落實主編、副主編及參編單位;其次，要由主編單位提出編寫大綱;最后，要將章節(jié)編寫任務(wù)分解落實到林業(yè)院校及個人?？傊?，筆者認(rèn)為只有教材出版單位、參編院校、參編教師三位一體精誠合作、共同努力，才能在不遠(yuǎn)的將來，讓我國林業(yè)院校工科專業(yè)的師生看到屬于本行業(yè)的具有專業(yè)特色的《工程力學(xué)》教材。

［1］哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組.理論力學(xué)［M］.6版.北京:高等教育出版社，2000:1-391.

［2］北京航空學(xué)院材料力學(xué)教研室，單輝祖.材料力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2002:1-390.

［3］天津大學(xué)材料力學(xué)教研室，蘇翼林.材料力學(xué)［M］.5版.北京:高等教育出版社，2002:1-260.

［4］奚紹中，邱秉權(quán).工程力學(xué)［M］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2009:1-370.

［5］北京科技大學(xué)，東北大學(xué).工程力學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2001:1-391.