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摘 要  本文调研了6所国际著名高校土木工程专业本科培养计划和结构动力学相关课程教学计划,并比较了结构动力学课程的修课要求、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等内容,通过比较研究对我国土木工程专业结构动力学课程的本科教学与课程建设提供了若干有意义的建议.

关 键 词  结构动力学 比较研究 课程建设


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0 引言

结构动力学是土木工程专业一门重要的专业基础课程.然而,结构动力学又是一门比较难学的课程,不但对微积分学、微分方程、理论力学、材料力学、结构力学等方面的先修理论课程有比较高的要求,而且对于研习者对工程现象和理论概念的理解和抽象思维能力也有很高的要求.特别是在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010- 2020 年)》明确提出实施卓越工程师人才教育培养计划①以来,

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如何在有限的本科教学课时内最有效地传输理论知识、培养工程思维、激发创新意识、养成卓越习惯更成为工程学各专业高等教师的艰巨挑战.

本研究调研了若干国际著名大学土木工程专业本科培养计划和结构动力学课程教学计划,希望通过对比研究对我国土木工程专业结构动力学课程的本科教学提供有意义的建议.

1 样本选定与资料搜集

本研究采用网络调查等方法搜集了6所国际著名研究型大学土木工程专业各层次的培养计划和课程大纲.这6所高校根据2011年QS世界大学排行榜土木工程专业榜单选定,②均为土木工程专业排名世界前十的高校,同时兼顾了区域和国家的分布,以期具有最好的代表性.这6所高校包括两所美洲区高校(排名全球第一的美国麻省理工学院(MIT)③和排名全球第二的美国加州斯坦福大学(SU))④、两所欧洲区高校(排名全球第三的英国剑桥大学(UCAM)⑤和排名全球第十的瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)⑥)、以及两所亚太区高校(排名全球第七的新加坡国立大学(NUS)⑦和排名全球第八的日本东京大学(TU)⑧).

2 比较分析

基于搜集到的相关原始资料,本研究在以下5方面进行了比较分析,包括:修课要求、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等.

课程修课要求主要通过比较各校培养计划和课程列表来进行.各校的修课要求是:MIT和ETH将结构动力学的基础知识作为结构力学或土木工程力学的一部分而要求本专业学生必修;UCAM工程学系本科低年级不分专业,在大一要求所有工程系学生必修与结构动力学初级课程相关的课程;NUS和UT则开设了面向本专业学生的限定选修课程;SU对相关内容学习没有要求,但开设有相关任意选修课程.

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课程教学内容通过比较课程教学大纲进行.如表1所示:结构动力模拟一般方法、单自由度结构动力特征与动力响应分析、多自由度结构动力特征与动力响应分析等以常微分方程的建立与求解为理论内核的内容6所学校都有讲授;广义单自由度系统模拟方法和连续系统动力分析方法则各有2所和3所学校在本科基础课程中有涉及;而结构地震响应谱分析等面向具体工程应用的内容则仅有1家高校(NUS)在本科课程中进行了介绍.

课程教学方式比较表明(如表2所示):对于本科基础课程,课堂讲授基础理论知识是最主要的教学方式.为了示范如何使用基础理论知识解决课程习题,有些院校还专门开设了习题辅导课以作补充(如MIT和ETH).同时,任课教师在课间或专门在课余留出时间供学生答疑,展开双向讨论也是一种巩固课堂学习的常用方式(如MIT等).另外,通过给出具体阅读内容指导学生阅读专业书籍也是培养学生自主学习习惯的常用手段.

课程考核方式比较表明(如表3所示):各校均将笔试作为最主要的考核手段,同时把平时作业的完成情况作为必要的补充,并制定了明确的对于作业晚交和抄袭的惩罚制度(如MIT).另外,有些学校也将学生们的课堂答问情况、上课出席情况等作为课程考核的有益补充.MIT就明确规定,学生们的上课出席情况优良可以额外加5%的分数,而如果课堂答问情况优良则可以再额外加10%的分数.这是非常合理的.因为课堂的互动教学是学生们理解基本概念、理论体系、理论重点的重要方式,而课堂答问如果开展得巧妙的话可以很好地训练学生们的逻辑思考能力,并加深大家对理论知识的理解.


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课程教学资料使用情况比较表明:各校均以讲义和指定的教科书为主要教学资料,并不列举过多的教学参考书和参考论文.即使UCAM推荐了多达5本的教学参考书,对于每一讲如何使用这些教学参考书,讲师也给出了非常具体的每本书从第几页到第几页的阅读建议.应该来说,这对于入门课程的学习来说是十分必要的,可以避免还没有建立起基本概念的学习者一开始就被各种不同的表述和符号系统所误导,方便学习者顺利领会课程的本质内容.

3 结论

本文调研比较了国际著名高校土木工程专业本科培养中结构动力学相关课程的修课要求、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等,得出如下结论:

(1)结构动力学相关课程的教学是国际土木工程专业本科教学培养的重要组成部分,相关课程宜以讲授结构动力系统模拟方法、单自由度系统动力响应分析、多自由度系统动力响应分析等基础理论内容为主,并培养学生从理论上理解单、多自由度系统的动力特征和行为.

(2)土木工程本科专业的结构动力学基础课程教学宜以课堂讲授为主,同时要认真设计课堂答问环节,训练学生们的逻辑思考能力,并加深大家对理论知识的理解.考核方法宜以考试结合平时作业习题的方式进行,同时为了公平起见,需给出明确的对于作业晚交和抄袭的惩罚制度.教学资料不宜提供过多的教学参考书及参考文献.即使确实需要,教师也应给出十分具体的指导,最好是针对每讲内容给出每本教学参考书具体的阅读内容等阅读建议.

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