淺談獨立學院船舶與海洋工程專業計算結構力學課程教學改革

本文以天津大學仁愛學院船舶與海洋工程專業為例，針對獨立學院培養目標和學生特點，通過精簡教學內容，創新教學模式，自編教學講義和改革考試形式等方法對《計算結構力學》課程進行改革，本文對本次改革工作做出總結，并對未來工作做出展望。

近年來，隨著計算機技術的飛速發展以及各種超大噸位船舶的廣泛投產，各大船廠和設計單位要求結構工程師和研究人員必須具備熟練地運用計算機進行結構分析的能力。“計算結構力學”這門課程的設立正是為了適應這種就業需求。計算結構力學的教學體系建立在結構力學，計算數學，計算機應用這三個二級學科的基礎上，屬于交叉學科的課程。

目前，計算結構力學在天津大學仁愛學院船舶與海洋工程專業本科大四上學期開設，由于我校本專業開設較晚，2010年才開始招收本科生，到2016年春季學期已對三屆學生進行授課。筆者從對2010級學生課程進行助課，再對2011和2012級學生進行授課，積累了一定的教學經驗，但由于本人入職時間短，教學經驗尚淺，還有許多地方有待進一步加強提高。現針對近兩年一直嘗試對計算結構力學課程的教學改革的心得體會總結如下。

天津大學仁愛學院是由天津大學和天津市仁愛集團有限公司合作創辦的一所高校，因此在開設本課程初期是照搬天津大學的模式，船舶與海洋工程專業的《計算結構力學》課程的教學內容和考核標準基本與天大相同。但是從教學效果上來看，發現這種模式并不適合仁愛學院的學生。主要原因在于：

一、獨立學院的學生相對來說數學基礎較差，加之在學習結構力學時老師已經對有限元部分的內容進行了精簡，導致學生普遍認為計算結構力學課程中講述的純理論的內容太多，這樣對于成績較好學生來說，僅能單純解決書本上的問題，無法用所學的知識來分析真正的工程問題。而對成績稍差的同學，會因聽不懂而喪失信心，從而導致課程考試不合格。

二、獨立學院培養人才的目標與一本不同，獨立學院的培養目標是“應用型復合型高級人才”，從學生本人意愿與就業統計來看，獨立學院畢業的絕大多數學生將來不會從事科研工作，更多的是在企業擔任職務，因此對學生來說，掌握系統嚴密的理論知識對他們并沒有太大的必要。

三、獨立學院學生的特點是動手操作能力強，實驗實踐環節表現突出，敢于提出自己的想法，思維活躍等，因此學生對實踐類的課程，如上機實踐，課程設計等表現出濃厚的興趣，而對純理論課的學習積極性不高。

基于以上幾點原因，我們開始著手對《計算結構力學》這門課程進行改革，目的是希望找到一種真正適合獨立學院船舶與海洋工程專業學生實際情況的教學模式，使得絕大多數同學能夠充分掌握這門課程，并在今后的工作中得以應用。

改革主要在一下幾個方面：

一、精簡教學內容

為了更好地進行教學改革，我們在教學手段上采取了新的措施，使教學手段信息化，大力推行計算機輔助教學。按照大綱要求，《計算結構力學》為32課時，經改革后將32課時中的20課時作為學生上機實踐環節，僅保留12課時講課，而在這12課時中，有限元理論方法盡量少講，以了解為主；由于目前在做實際工程時，多采用有限元軟件進行計算分析，而非采用計算機語言編程，因此完全取消了編程部分的內容；重點學習如何使用目前船舶與海洋工程界廣泛使用的大型通用軟件ANSYS進行結構的有限元建模，約束處理，載荷分類和組合，計算結構的分析和處理方法等，并結合船舶與海洋工程背景，著重介紹工程中常用的單元特性，目的是培養學生用軟件進行有限元法計算的能力，提高學生運用計算來優化工程中結構設計的意識，同時培養了學生的計算機應用能力，為今后的工作打下了堅實的基礎。利用ANSYS強大的數值計算和直觀的圖形顯示功能，使得學生更易于掌握本課程的基礎知識，提高了學生的空間想象能力，形象思維能力，從而在大大激發了學生的興趣，有效地提高了教學質量和效率。

二、創新教學模式

獨立學院的學生在傳統課堂上學習的自主性相對要差一些，因此，想要提高學生的課堂效率，讓學生較好地接受課程內容，就要想辦法充分調動學生學習的積極性，活躍課堂氣氛，努力吸引他們的學習興趣。為了達到以上幾個目的，我們摒棄了傳統的老師在講臺上從頭講到尾的教學模式，將教室挪到了機房，做到讓學生邊聽邊練，及時掌握課程要點。與此同時，為了激發學生的學習興趣，在每次課的開始，向同學們展示各種復雜結構ANSYS模型，如萬噸級散貨船整體模型，深海導管架平臺模型，鳥巢模型，汽車飛機等模型，一方面通過這些生動的例子讓同學們對ANSYS這個軟件有個感性認識，另一方面鼓勵學生好好學習，今后自己也可以建立分析這樣的復雜模型。

另一項教學模式的創新是采用開發式教學方法，在學生掌握了軟件的基礎操作后，每節課提出若干個問題或針對一個專題展開教學，將同學分成若干小組，讓同學們之間互相討論研究，大膽將自己的解決方案在全班同學面前展示，而教師在課堂中的作用則變成了提供意見和建議。隨著課程不斷推進，我們發現越來越多的同學愿意在大家面前展示自己，提供的方案也從開始的理想化變得越來越符合工程實際，甚至發現之前學習積極性不高的同學，在本門課上也表現出了前所未有的興趣，取得了很好的成績。

三、自編教學講義

對于當前已經出版的各種計算結構力學的教材，一般針對一本二本高校，內容偏重理論部分和一些繁瑣的數學運算，并不適合獨立學院的學生使用。而若直接使用市面上出版的ANSYS教程，一本教程基本都在400頁左右，且并不針對在讀的船舶與海洋工程專業學生。因此，我們開始著手編寫課程講義，其特點是：內容難度適中，簡明易懂，講義中所選的例子盡量貼合船舶工程實際。目前，該講義已給2012級學生試用，今后將根據教學情況和學生特點加以修改，完善，爭取今后能作為正式出版教材供獨立學院學生使用。

四、改革考試形式

除了以上幾點改革措施外，本門課程在考試形式上也做出來較大的改革，放棄了之前傳統的期末筆試考試，而采用大作業的考察形式，最終要求學生提交一份正式的計算報告書。在出題上，也采取了開放模式，每道題目都是根據實際工程做了一定的簡化處理，命題時僅給出工程背景資料，要求學生根據實際要求進行模型化處理，建模，劃分網格，加載，計算并分析結果，最后對結構進行優化。這個計算分析流程與實際工程做法完全相同，很好鍛煉了學生處理工程問題的能力。此種考核模式也得到了學校和學生的充分認同。

以上四點是《計算結構力學》課程改革的主要內容。本次改革取得了一定的成績，學生普遍反映對本課程的學習興趣，學習主動性都有了一定程度的提高，對今后從事本專業的工作的信心也增強了。當然現在教學中還存在很多不足之處，今后打算將《計算結構力學》分為A，B兩個階段。A階段為必修課，主要講解基礎知識和軟件的基本操作，B階段為選修課，主要為供今后繼續深造的同學學習，主要講解ANSYS的一些進階使用。我們將在實踐中不斷總結經驗教訓，不斷優化課程，爭取早上讓《計算結構力學》成為一門實用，生動，對同學真正有幫助的優秀課程。

（作者單位：天津大學仁愛學院建筑工程系）