国际土木工程专业结构动力学课程本科教学比较探究
国际土木工程专业结构动力学课程本科教 学比较探究 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 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, 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。 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。 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。