國際土木工程專業結構動力學課程本科教學比較研究

孫智

摘要本文調研了6所國際著名高校土木工程專業本科培養計劃和結構動力學相關課程教學計劃，并比較了結構動力學課程的修課要求、教學內容、教學方式、考核方法、教學資料等內容，通過比較研究對我國土木工程專業結構動力學課程的本科教學與課程建設提供了若干有意義的建議。

關鍵詞結構動力學比較研究課程建設

0引言

結構動力學是土木工程專業一門重要的專業基礎課程。然而，結構動力學又是一門比較難學的課程，不但對微積分學、微分方程、理論力學、材料力學、結構力學等方面的先修理論課程有比較高的要求，而且對于研習者對工程現象和理論概念的理解和抽象思維能力也有很高的要求。特別是在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》明確提出實施卓越工程師人才教育培養計劃①以來，如何在有限的本科教學課時內最有效地傳輸理論知識、培養工程思維、激發創新意識、養成卓越習慣更成為工程學各專業高等教師的艱巨挑戰。

本研究調研了若干國際著名大學土木工程專業本科培養計劃和結構動力學課程教學計劃，希望通過對比研究對我國土木工程專業結構動力學課程的本科教學提供有意義的建議。

1樣本選定與資料搜集

本研究采用網絡調查等方法搜集了6所國際著名研究型大學土木工程專業各層次的培養計劃和課程大綱。這6所高校根據2011年QS世界大學排行榜土木工程專業榜單選定，②均為土木工程專業排名世界前十的高校，同時兼顧了區域和國家的分布，以期具有最好的代表性。這6所高校包括兩所美洲區高校（排名全球第一的美國麻省理工學院（MIT）③和排名全球第二的美國加州斯坦福大學（SU））④、兩所歐洲區高校（排名全球第三的英國劍橋大學（UCAM）⑤和排名全球第十的瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH）⑥）、以及兩所亞太區高校（排名全球第七的新加坡國立大學（NUS）⑦和排名全球第八的日本東京大學（TU）⑧）。

2比較分析

基于搜集到的相關原始資料，本研究在以下5方面進行了比較分析，包括：修課要求、教學內容、教學方式、考核方法、教學資料等。

課程修課要求主要通過比較各校培養計劃和課程列表來進行。各校的修課要求是：MIT和ETH將結構動力學的基礎知識作為結構力學或土木工程力學的一部分而要求本專業學生必修；UCAM工程學系本科低年級不分專業，在大一要求所有工程系學生必修與結構動力學初級課程相關的課程；NUS和UT則開設了面向本專業學生的限定選修課程；SU對相關內容學習沒有要求，但開設有相關任意選修課程。

課程教學內容通過比較課程教學大綱進行。如表1所示：結構動力模擬一般方法、單自由度結構動力特征與動力響應分析、多自由度結構動力特征與動力響應分析等以常微分方程的建立與求解為理論內核的內容6所學校都有講授；廣義單自由度系統模擬方法和連續系統動力分析方法則各有2所和3所學校在本科基礎課程中有涉及；而結構地震響應譜分析等面向具體工程應用的內容則僅有1家高校（NUS）在本科課程中進行了介紹。

課程教學方式比較表明（如表2所示）：對于本科基礎課程，課堂講授基礎理論知識是最主要的教學方式。為了示范如何使用基礎理論知識解決課程習題，有些院校還專門開設了習題輔導課以作補充（如MIT和ETH）。同時，任課教師在課間或專門在課余留出時間供學生答疑，展開雙向討論也是一種鞏固課堂學習的常用方式（如MIT等）。另外，通過給出具體閱讀內容指導學生閱讀專業書籍也是培養學生自主學習習慣的常用手段。

課程考核方式比較表明（如表3所示）：各校均將筆試作為最主要的考核手段，同時把平時作業的完成情況作為必要的補充，并制定了明確的對于作業晚交和抄襲的懲罰制度（如MIT）。另外，有些學校也將學生們的課堂答問情況、上課出席情況等作為課程考核的有益補充。MIT就明確規定，學生們的上課出席情況優良可以額外加5%的分數，而如果課堂答問情況優良則可以再額外加10%的分數。這是非常合理的。因為課堂的互動教學是學生們理解基本概念、理論體系、理論重點的重要方式，而課堂答問如果開展得巧妙的話可以很好地訓練學生們的邏輯思考能力，并加深大家對理論知識的理解。

課程教學資料使用情況比較表明：各校均以講義和指定的教科書為主要教學資料，并不列舉過多的教學參考書和參考論文。即使UCAM推薦了多達5本的教學參考書，對于每一講如何使用這些教學參考書，講師也給出了非常具體的每本書從第幾頁到第幾頁的閱讀建議。應該來說，這對于入門課程的學習來說是十分必要的，可以避免還沒有建立起基本概念的學習者一開始就被各種不同的表述和符號系統所誤導，方便學習者順利領會課程的本質內容。

3結論

本文調研比較了國際著名高校土木工程專業本科培養中結構動力學相關課程的修課要求、教學內容、教學方式、考核方法、教學資料等，得出如下結論：

（1）結構動力學相關課程的教學是國際土木工程專業本科教學培養的重要組成部分，相關課程宜以講授結構動力系統模擬方法、單自由度系統動力響應分析、多自由度系統動力響應分析等基礎理論內容為主，并培養學生從理論上理解單、多自由度系統的動力特征和行為。

（2）土木工程本科專業的結構動力學基礎課程教學宜以課堂講授為主，同時要認真設計課堂答問環節，訓練學生們的邏輯思考能力，并加深大家對理論知識的理解。考核方法宜以考試結合平時作業習題的方式進行，同時為了公平起見，需給出明確的對于作業晚交和抄襲的懲罰制度。教學資料不宜提供過多的教學參考書及參考文獻。即使確實需要，教師也應給出十分具體的指導，最好是針對每講內容給出每本教學參考書具體的閱讀內容等閱讀建議。