國(guó)際土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程本科教學(xué)比較研究

孫智

摘要本文調(diào)研了6所國(guó)際著名高校土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)計(jì)劃和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)課程教學(xué)計(jì)劃，并比較了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程的修課要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方法、教學(xué)資料等內(nèi)容，通過(guò)比較研究對(duì)我國(guó)土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程的本科教學(xué)與課程建設(shè)提供了若干有意義的建議。

關(guān)鍵詞結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)比較研究課程建設(shè)

0引言

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是土木工程專業(yè)一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。然而，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)又是一門(mén)比較難學(xué)的課程，不但對(duì)微積分學(xué)、微分方程、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等方面的先修理論課程有比較高的要求，而且對(duì)于研習(xí)者對(duì)工程現(xiàn)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(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確提出實(shí)施卓越工程師人才教育培養(yǎng)計(jì)劃①以來(lái)，如何在有限的本科教學(xué)課時(shí)內(nèi)最有效地傳輸理論知識(shí)、培養(yǎng)工程思維、激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)、養(yǎng)成卓越習(xí)慣更成為工程學(xué)各專業(yè)高等教師的艱巨挑戰(zhàn)。

本研究調(diào)研了若干國(guó)際著名大學(xué)土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)計(jì)劃和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)計(jì)劃，希望通過(guò)對(duì)比研究對(duì)我國(guó)土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程的本科教學(xué)提供有意義的建議。

1樣本選定與資料搜集

本研究采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查等方法搜集了6所國(guó)際著名研究型大學(xué)土木工程專業(yè)各層次的培養(yǎng)計(jì)劃和課程大綱。這6所高校根據(jù)2011年QS世界大學(xué)排行榜土木工程專業(yè)榜單選定，②均為土木工程專業(yè)排名世界前十的高校，同時(shí)兼顧了區(qū)域和國(guó)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(qū)高校（排名全球第一的美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）③和排名全球第二的美國(guó)加州斯坦福大學(xué)（SU））④、兩所歐洲區(qū)高校（排名全球第三的英國(guó)劍橋大學(xué)（UCAM）⑤和排名全球第十的瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）⑥）、以及兩所亞太區(qū)高校（排名全球第七的新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）⑦和排名全球第八的日本東京大學(xué)（TU）⑧）。

2比較分析

基于搜集到的相關(guān)原始資料，本研究在以下5方面進(jìn)行了比較分析，包括：修課要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方法、教學(xué)資料等。

課程修課要求主要通過(guò)比較各校培養(yǎng)計(jì)劃和課程列表來(lái)進(jìn)行。各校的修課要求是：MIT和ETH將結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)作為結(jié)構(gòu)力學(xué)或土木工程力學(xué)的一部分而要求本專業(yè)學(xué)生必修；UCAM工程學(xué)系本科低年級(jí)不分專業(yè)，在大一要求所有工程系學(xué)生必修與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)初級(jí)課程相關(guān)的課程；NUS和UT則開(kāi)設(shè)了面向本專業(yè)學(xué)生的限定選修課程；SU對(duì)相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)沒(méi)有要求，但開(kāi)設(shè)有相關(guān)任意選修課程。

課程教學(xué)內(nèi)容通過(guò)比較課程教學(xué)大綱進(jìn)行。如表1所示：結(jié)構(gòu)動(dòng)力模擬一般方法、單自由度結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征與動(dòng)力響應(yīng)分析、多自由度結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征與動(dòng)力響應(yīng)分析等以常微分方程的建立與求解為理論內(nèi)核的內(nèi)容6所學(xué)校都有講授；廣義單自由度系統(tǒng)模擬方法和連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)力分析方法則各有2所和3所學(xué)校在本科基礎(chǔ)課程中有涉及；而結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)譜分析等面向具體工程應(yīng)用的內(nèi)容則僅有1家高校（NUS）在本科課程中進(jìn)行了介紹。

課程教學(xué)方式比較表明（如表2所示）：對(duì)于本科基礎(chǔ)課程，課堂講授基礎(chǔ)理論知識(shí)是最主要的教學(xué)方式。為了示范如何使用基礎(chǔ)理論知識(shí)解決課程習(xí)題，有些院校還專門(mén)開(kāi)設(shè)了習(xí)題輔導(dǎo)課以作補(bǔ)充（如MIT和ETH）。同時(shí)，任課教師在課間或?qū)ｉT(mén)在課余留出時(shí)間供學(xué)生答疑，展開(kāi)雙向討論也是一種鞏固課堂學(xué)習(xí)的常用方式（如MIT等）。另外，通過(guò)給出具體閱讀內(nèi)容指導(dǎo)學(xué)生閱讀專業(yè)書(shū)籍也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)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(shí)把平時(shí)作業(yè)的完成情況作為必要的補(bǔ)充，并制定了明確的對(duì)于作業(yè)晚交和抄襲的懲罰制度（如MIT）。另外，有些學(xué)校也將學(xué)生們的課堂答問(wèn)情況、上課出席情況等作為課程考核的有益補(bǔ)充。MIT就明確規(guī)定，學(xué)生們的上課出席情況優(yōu)良可以額外加5%的分?jǐn)?shù)，而如果課堂答問(wèn)情況優(yōu)良則可以再額外加10%的分?jǐn)?shù)。這是非常合理的。因?yàn)檎n堂的互動(dòng)教學(xué)是學(xué)生們理解基本概念、理論體系、理論重點(diǎn)的重要方式，而課堂答問(wèn)如果開(kāi)展得巧妙的話可以很好地訓(xùn)練學(xué)生們的邏輯思考能力，并加深大家對(duì)理論知識(shí)的理解。

課程教學(xué)資料使用情況比較表明：各校均以講義和指定的教科書(shū)為主要教學(xué)資料，并不列舉過(guò)多的教學(xué)參考書(shū)和參考論文。即使UCAM推薦了多達(dá)5本的教學(xué)參考書(shū)，對(duì)于每一講如何使用這些教學(xué)參考書(shū)，講師也給出了非常具體的每本書(shū)從第幾頁(yè)到第幾頁(yè)的閱讀建議。應(yīng)該來(lái)說(shuō)，這對(duì)于入門(mén)課程的學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)是十分必要的，可以避免還沒(méi)有建立起基本概念的學(xué)習(xí)者一開(kāi)始就被各種不同的表述和符號(hào)系統(tǒng)所誤導(dǎo)，方便學(xué)習(xí)者順利領(lǐng)會(huì)課程的本質(zhì)內(nèi)容。

3結(jié)論

本文調(diào)研比較了國(guó)際著名高校土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)課程的修課要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方法、教學(xué)資料等，得出如下結(jié)論：

（1）結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)是國(guó)際土木工程專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)的重要組成部分，相關(guān)課程宜以講授結(jié)構(gòu)動(dòng)力系統(tǒng)模擬方法、單自由度系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析、多自由度系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析等基礎(chǔ)理論內(nèi)容為主，并培養(yǎng)學(xué)生從理論上理解單、多自由度系統(tǒng)的動(dòng)力特征和行為。

（2）土木工程本科專業(yè)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)宜以課堂講授為主，同時(shí)要認(rèn)真設(shè)計(jì)課堂答問(wèn)環(huán)節(jié)，訓(xùn)練學(xué)生們的邏輯思考能力，并加深大家對(duì)理論知識(shí)的理解。考核方法宜以考試結(jié)合平時(shí)作業(yè)習(xí)題的方式進(jìn)行，同時(shí)為了公平起見(jiàn)，需給出明確的對(duì)于作業(yè)晚交和抄襲的懲罰制度。教學(xué)資料不宜提供過(guò)多的教學(xué)參考書(shū)及參考文獻(xiàn)。即使確實(shí)需要，教師也應(yīng)給出十分具體的指導(dǎo)，最好是針對(duì)每講內(nèi)容給出每本教學(xué)參考書(shū)具體的閱讀內(nèi)容等閱讀建議。