基于工程教育認證的船舶結構力學課程教學改革探索

符妃 馮志強 韓翔希

摘? 要? 工程教育認證是北部灣大學船舶與海洋工程專業發展的重要機遇，根據認證標準中的工程知識要求、問題分析能力和使用現代工具能力等分析船舶結構力學課程存在的問題，并就這些問題提出相關的教學改革建議。

關鍵詞? 船舶結構力學；工程教育認證；教學改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）11-0108-03

0? 引言

近年來，各個高校對工程教育專業認證表現出相當高的熱情，以認證促進學科發展，提高人才培養質量，提高畢業生競爭力。工程教育專業認證與國際接軌，工作標準與國際等效，獲得認證的專業的畢業生學歷國際認可。工程教育以學生為中心，以成果為導向，持續改進，不斷提升人才培養質量。專業認證是專業建設的重大發展機遇，為了達成培養目標，必須深化教學改革，提高教學質量。

北部灣大學著力突出海洋性辦學特色，船舶與海洋工程專業是學校重點支持和發展的專業。為了建設海洋特色鮮明的、具有一定國際影響力的高水平應用型大學，船舶與海洋工程專業的工程教育認證需及早推進。船舶結構力學是船舶與海洋工程專業一門重要的專業必修課，其教學質量直接影響學生的專業水平和工程能力。為通過工程教育專業認證，課程應對照標準進行相應的教學改革。

船舶結構力學內容包括單跨梁的彎曲理論、桿件的扭轉理論、力法、位移法、能量法、矩陣法、矩形板的彎曲理論、桿與板的穩定性，要求學生掌握結構力學的基本理論和概念以及船體結構的計算方法，具有校核船體結構強度、設計新的船體結構的能力。課程以課堂教育為主，教材采用上海交通大學出版社出版的《船舶結構力學》[1]。在教學過程中，常常出現過度依賴多媒體堆砌內容、教材老舊沒有及時更新、缺少實踐環節、學生有畏難心理學習興趣不高等問題，造成學生不能很好地掌握船舶結構強度分析的技能，工程能力相對較弱。

船舶結構力學課程在船舶專業人才培養課程體系中居于重要位置，針對現存問題對教學模式進行改革，以適應工程教育認證的要求，培養具有良好工程意識的高素質應用型人才。

1? 工程知識要求

船舶與海洋工程專業畢業生要求具備必要的船舶與海洋工程專業基礎知識，能系統掌握理論知識及實踐技能，工程教育認證通用標準中明確要求畢業生能夠將專業知識用于解決復雜工程問題。船舶結構力學的知識對船舶結構校核和設計有舉足輕重的作用，必須重視課程的學習及應用。

1.1? 工程知識學習存在的問題

1.1.1? 教材陳舊，側重方法介紹，未引導學生深入分析船舶典型結構的力學特性[1]

該課程廣泛使用的教材是上海交通大學出版社1991年出版的《船舶結構力學》，書中闡明了結構力學的基本理論和基本方法，詳盡地介紹了力法、位移法、能量法、矩陣法和有限元法的原理和應用。該教材被國內高校廣泛使用，對船舶設計與制造人才的培養發揮了重要作用，但是該教材在要求學生掌握各種結構力學計算方法時，并沒有有效引導學生深入分析船舶結構的力學特性，進而掌握船體的典型結構形式簡化為計算模型、相對應的計算模型采用適當計算方法的能力，并熟知每種計算方法的基本原理。隨著科技的發展，船體結構強度已普遍采用有限元分析的數值模擬計算，只簡單介紹有限元法的原理已不合時宜，應引入典型的船舶結構案例，并介紹一些通用程序，為分析實際工程夯實基礎。船舶結構力學常見教材及主要內容見表1。

1.1.2? 重課堂輕實踐，忽視專業知識的應用

現有的船舶結構力學課程以課堂教學為主，缺少工程實踐環節，教學方法單一，沒有將理論知識與實際工程的力學模型結合，學生機械記憶相關公式和方法，以通過考試為單一目標，分析和解決實際工程的能力得不到有效培養。現有課堂教學往往局限于幻燈片加教材，教師可以提前制作幻燈片確定好教學思路和內容，但一味追求內容堆砌，把控不好教學節奏，重點難點沒有特殊指導，師生之間沒有積極互動，造成課堂氣氛沉悶，學生能動性較低，教學效果不理想[2]。

1.1.3? 學生普遍力學基礎薄弱，學習興趣不高

船舶結構力學的學習需要將高等數學、線性代數、理論力學、材料力學等先導知識融會貫通，但學生能力參差不齊，基礎普遍較為薄弱，遇到公式推導復雜的新課程容易產生抵觸心理，學習積極性不高，逃避甚至放棄該課程的學習。

1.2? 適應工程知識要求的改革方案

1.2.1? 教學組織以學生為中心，激發學生學習興趣，引導學生自主探討工程問題，并形成工程方案

學生應深度參與課堂教學過程，積極探討，形成工程意識和批判性思維。如在學習力法和位移法后，組織學生討論船體結構中哪些結構組成剛架，哪些組成板架，剛架和板架受到的載荷有什么特點，一個簡單的剛架或板架分別采用力法和位移法計算，兩種方法的優缺點在哪里。通過討論，對比分析，更好地熟悉船體結構特征，掌握結構力學計算方法并將理論知識應用到工程分析中。課堂教學從單方面灌輸模式轉換為互相對話模式，從知識學習目標轉換為能力培養目標。

1.2.2? 加強產教融合，增加實踐環節

北部灣大學一直堅持產教融合協同育人的教育方針，不斷深化教育教學綜合改革，與中船集團廣西公司、中船集團第十一研究所、中船集團北部灣設計公司、北部灣港口集團等多家央企、省企建立聯合培養基地，在這樣的大環境之下，課程教學改革應抓住機遇，開展協同創新、協調育人，培養學生的創新精神和創新能力。教學與實踐緊密結合，深入企業學習，在實踐中消化應用理論知識。

1.2.3? 針對學生基礎薄弱問題，適當增加先導課程的總結復習環節，對問題進行分解和簡化，增加學生學習興趣

對以往知識進行總結再引入新知識，學生從熟悉的知識領域進行探索，從心理上更容易接受新內容。對復雜問題進行分解，簡化推導及證明過程，強調結論及其應用。將新知識點應用在實際案例上，申明知識點的實用性，引導學生自主分析，增強學生學習的積極性。

2? 問題分析能力

工程教育認證要求畢業生能夠運用數學、自然科學和工程科學的基本原理識別和判斷船舶與海洋工程領域復雜工程問題，通過設計實驗、分析與解釋數據、并通過信息綜合得到合理有效的結論，從而具備技術開發能力。

2.1? 問題分析能力培養存在的問題

工程問題的分析涉及多個課程知識，現有的課程設置或多或少照顧了教師想上什么課和能上什么課的情況，不同的課程在不同學期由不同教師授課，學生將考試過關作為課程結束的標志，各門課程人為割裂。現有教學模式過度依賴單一教材進行教學，教學思路和教學大綱也大多依托選用的教材，學生獲取相關知識的渠道非常窄。

2.2? 針對問題分析能力培養的改革方案

2.2.1? 深化課程體系改革，按學生的畢業要求進行組織

船舶結構力學的教學內容包括理論力學和材料力學的內容，同時涉及高等數學、大學物理、線性代數等。在課程安排上，應體現內容的遞進和銜接，在課堂教學中，可適當增加先導知識的復習和梳理。船舶結構力學主要內容及其先導知識見表2。學生通過熟練掌握各門課程知識，形成完整知識體系，遇到問題能綜合分析，并給出分析結果和解決方案。

2.2.2? 增加文獻檢索、資料查詢基本方法教學，引導學生自主分析工程問題

除了教材、教案、教學幻燈片，學生還可以通過文獻檢索和資料查詢獲取船舶結構力學知識，拓展知識寬度和深度。在自主查閱資料的過程中，對復雜工程問題進行解構和分析，并得出有效結論。

3? 使用現代工具能力

工程教育認證要求畢業生能夠針對復雜工程問題，使用恰當的技術和現代工程工具，對復雜工程問題進行預測與模擬。船舶結構力學為結構校核和設計提供了力學理論基礎，但如果局限于理論教學，不引導學生了解掌握不斷更新換代的現代工具，會使學生的課堂知識和工作時的技術手段割裂開來。

3.1? 使用現代工具能力培養存在的問題

船體結構復雜，在傳統理論分析過程中對結構進行抽象簡化[3]，通過靜態的結構簡圖進行分析，船體結構的變形及應力分布基本靠想象，需要學生具備一定的空間想象力和力學思維。課程擁有大量的計算公式和力學推導過程，機械記憶難以消化和掌握其應用方法，達不到學以致用的效果。單純的理論學習和課堂教學對快速迭代的結構分析軟件視而不見，以致無法滿足培養優秀工程人才的要求。

3.2? 針對使用現代工具能力培養的改革方案

船舶結構力學課程包含矩陣法和平面應力問題有限元法等內容，這些內容是結構有限元分析的理論基礎。為提高學生使用現代工程工具解決船舶結構校核和設計問題，現對船舶結構力學的教學改革提出以下方案。

3.2.1? 將結構有限元分析軟件引入課堂教學

ANSYS和ABAQUS等有限元軟件擁有強大的計算能力和后處理能力，能夠直觀地反映船舶結構在特定外力作用下的變形和應力分布[4]。在使用有限元軟件過程中，結構建模要求學生熟知船體結構，賦材料和截面屬性幫助學生理解掌握材料力學特性對結構強度、剛度及穩定性的影響，定義載荷幫助學生具象化外力的作用方式和影響，劃分網格幫助學生更好地理解結構離散化的概念，定義約束幫助學生理解和掌握不同約束形式及其邊界條件，求解后進行后處理，通過應力分布云圖和位移矢量圖，直觀地反映船體結構的應力分布及變形情況。

3.2.2? 將有限元分析案例作為課后作業，并引導學生自主學習編程

教師在課堂上只能對有限元軟件進行簡要的介紹，引導學生自主學習，真正熟練使用要依靠學生課后不斷摸索和試錯。可以先通過布置一些簡單的如單跨梁彎曲的力學問題，讓學生通過手算和軟件計算對比分析，更好地掌握理論知識和熟悉軟件分析流程，然后通過案例進一步嘗試分析一些典型的船體結構。在學習船舶結構力學之前，學生已經學習過程序設計語言課程，可引導學生針對船舶結構力學里的內容進行編程，如矩陣法本就是計算機計算方法，通過編程能讓學生更好地理解其原理和掌握分析思路。通過不斷的訓練，鍛煉學生的分析和糾錯能力，提高工程意識，增強競爭力。

4? 結束語

《工程教育認證標準》以學生為中心，學生的要求及其培養目標占據重要位置。為達成培養目標，應深化課堂教學改革，不斷提高教學質量。船舶與海洋工程專業是北部灣大學重點發展的專業，為促進學科發展，增強學生競爭力，須及早為工程教育認證做準備。船舶結構力學作為專業必修課，應參照工程教育認證標準中的要求，做好相關課程改革。

5? 參考文獻

[1] 郭日修.關于《船舶結構力學》的思考：改革《船舶結構力學》教科書[J].力學與實踐，2011，33（2）：80-81.

[2] 羅廣恩.“船舶結構力學”教學改革探討[J].中外企業家，2013（30）：240-241.

[3] 杜帥.有限元軟件在結構力學教學改革中的應用分析? [J].居舍，2019（6）：161.

[4] 李丹，呂婧.有限元軟件在船舶結構力學課程教學中的?應用[J].船舶職業教育，2018，6（5）：18-20.