土木專業(yè)工程碩士研究生力學(xué)基礎(chǔ)課程群建設(shè)構(gòu)想

韓 艷

（北方工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院 土木系，北京 100144）

近年來，隨著我國高等教育規(guī)模的不斷擴(kuò)大，研究生的整體理論水平出現(xiàn)了明顯的下滑現(xiàn)象，尤其是土木專業(yè)工程碩士研究生普遍的力學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都較薄弱，這給結(jié)構(gòu)動力學(xué)與彈塑性力學(xué)等力學(xué)類基礎(chǔ)課程的教學(xué)帶來了很大的困難。而結(jié)構(gòu)動力學(xué)與彈塑性力學(xué)都是土木工程專業(yè)碩士研究生的主要技術(shù)基礎(chǔ)課程，理論性很強(qiáng)，在學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)中起著重要的承上啟下作用。因此，如何提高力學(xué)類課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)土木專業(yè)碩士研究生工程能力和素質(zhì)的提高，是值得認(rèn)真探索和研究的問題。

一、課程群建設(shè)的目標(biāo)

由于課程群承載著技能培養(yǎng)目標(biāo)、協(xié)調(diào)著課程之間的關(guān)系，使培養(yǎng)目標(biāo)更明確化[1]。因此，為促進(jìn)教學(xué)資源優(yōu)化配置，提高土木專業(yè)工程碩士研究生的培養(yǎng)質(zhì)量，強(qiáng)化教學(xué)效果，把課程體系中內(nèi)在聯(lián)系緊密的結(jié)構(gòu)動力學(xué)和彈塑性力學(xué)等課程建設(shè)成力學(xué)基礎(chǔ)課程群，以面向土木工程實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，強(qiáng)化對學(xué)生工程素質(zhì)和工程理念的教育。通過此課程群的學(xué)習(xí)，使土木工程的專業(yè)碩士研究生能夠站在一定的理論高度，較全面扎實(shí)地掌握工程結(jié)構(gòu)靜、動力分析的典型方法及其原理，會應(yīng)用所學(xué)力學(xué)知識解決實(shí)際的工程問題。

二、課程群主要建設(shè)思路及知識模塊

結(jié)構(gòu)動力學(xué)和彈塑性力學(xué)都是技術(shù)性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及數(shù)學(xué)建模、演繹、計算方法和數(shù)值模擬等多個研究領(lǐng)域，它們的共同特點(diǎn)是公式多而冗長、計算難而復(fù)雜、求解繁瑣而難以掌握、涉及面廣而不易理解[2]。面對當(dāng)今力學(xué)基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都較薄弱的土木專業(yè)工程碩士研究生，這兩門課程的建設(shè)與改革也應(yīng)順應(yīng)時代發(fā)展的要求，以增強(qiáng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力為主線，合理采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法。例如，可以結(jié)合實(shí)際的工程項(xiàng)目，加強(qiáng)案例教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)造學(xué)有所用的良好氛圍；除了安排必要的課程教學(xué)外，應(yīng)留有對課程相關(guān)的內(nèi)容及實(shí)際工程問題進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論的余地，培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)理論知識用以解決工程實(shí)際問題的能力，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力。為強(qiáng)化對土木專業(yè)工程碩士研究生工程素質(zhì)的培養(yǎng)，初步設(shè)想力學(xué)基礎(chǔ)課程群由以下三個知識模塊組成：

1.結(jié)構(gòu)動力學(xué)模塊：研究結(jié)構(gòu)體系在各種動荷載作用下的力學(xué)行為。通過該模塊知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明確動荷載作用和靜荷載作用的本質(zhì)區(qū)別，牢固掌握結(jié)構(gòu)振動的普遍規(guī)律和結(jié)構(gòu)動力分析的基本研究及計算方法，為改善工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在動力環(huán)境中的安全性和可靠性提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，從而有助于在今后的工程設(shè)計和工程建設(shè)中減少振動危害，讓振動為人類服務(wù)。

2.彈塑性力學(xué)模塊：研究可變形固體受到外載荷、溫度變化及邊界約束變動等作用時，彈塑性變形和應(yīng)力狀態(tài)。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生牢固掌握固體變形的規(guī)律，掌握非線性變形與塑性變形的概念和分析方法，深入了解結(jié)構(gòu)的承載力問題，會用彈塑性理論對工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形進(jìn)行準(zhǔn)確地描述和計算，以解決工程中的實(shí)際問題。

3.有限元分析技術(shù)模塊：有限元法是解決工程實(shí)際問題的一種有力的數(shù)值計算工具，在土木工程分析與設(shè)計中有非常廣泛的應(yīng)用。該知識模塊要求學(xué)生掌握有限元方法的基礎(chǔ)理論，了解有限元法的特點(diǎn)及有限元法的基本步驟，掌握梁、板、殼、三維實(shí)體和一些特殊單元的線性和非線性特性，會根據(jù)研究目的及研究對象的不同，選擇合適的單元建立有限元模型。目前，各種專用的和通用的有限元軟件已經(jīng)使有限元方法轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力。土木專業(yè)的工程碩士研究生在學(xué)習(xí)了結(jié)構(gòu)動力學(xué)、彈塑性力學(xué)的基本理論知識和有限元分析的基本方法以后，應(yīng)能采用大型有限元軟件（如ANSYS、ABAQUAS等）計算分析實(shí)際的工程問題。

三、課程群教學(xué)研究

由于結(jié)構(gòu)動力學(xué)、彈塑性性力學(xué)、有限元分析等課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，涉及到材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)等許多先修課程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，綜合性很強(qiáng)，要求學(xué)生有較扎實(shí)的力學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，而目前的土木專業(yè)工程碩士研究生此方面都較欠缺。因此，該課程群的教學(xué)要求應(yīng)以面向?qū)嶋H應(yīng)用制定教學(xué)計劃，從原先以力學(xué)基礎(chǔ)理論為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐岳碚摵蛯?shí)踐并重的培養(yǎng)模式，強(qiáng)調(diào)以理論指導(dǎo)實(shí)踐、在實(shí)踐中檢驗(yàn)理論并強(qiáng)化其應(yīng)用和創(chuàng)新的螺旋式上升的學(xué)習(xí)過程。在教學(xué)安排上，應(yīng)針對各校土木專業(yè)工程碩士研究生的實(shí)際狀況，充分注意和本科階段力學(xué)知識、數(shù)學(xué)知識相銜接，及時復(fù)習(xí)課程中涉及到的達(dá)朗伯原理、矩陣運(yùn)算、Fourier變換、常微分方程的求解、偏微分方程等相關(guān)知識，并對傳統(tǒng)的經(jīng)典內(nèi)容加以精選，根據(jù)重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注工程問題、注重培養(yǎng)學(xué)生的力學(xué)概念和理論實(shí)踐能力，對繁瑣的公式推導(dǎo)和手算能力不做過高的要求，轉(zhuǎn)而強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代通用有限元軟件進(jìn)行建模、分析計算并能對求解結(jié)果進(jìn)行對錯定性判斷的能力，在實(shí)踐中較全面、系統(tǒng)、深入地掌握土木工程專業(yè)的基本力學(xué)理論和分析計算方法。在教學(xué)方法上可以將老師講解和同學(xué)討論相結(jié)合，采用啟發(fā)式、討論式、演示式等多種教學(xué)方式，營造師生互動的課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生從多角度去討論問題，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。為了提高學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)科研能力，可以將學(xué)生分成3～4人一組，每組設(shè)計不同的實(shí)際工程題目，讓學(xué)生自行查閱文獻(xiàn)、分工協(xié)作、集中討論，在教師指導(dǎo)下有理有據(jù)地完成項(xiàng)目，同時撰寫科研報告，并通過分組答辯評定成績。

四、課程群建設(shè)的預(yù)期效果

通過力學(xué)基礎(chǔ)課程群的建設(shè)，以適應(yīng)面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的培養(yǎng)目標(biāo)為主導(dǎo)，進(jìn)一步修訂完善力學(xué)基礎(chǔ)課程群的教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，使土木工程專業(yè)的工程碩士研究生，既能站在一定的理論高度，較全面地掌握實(shí)際土木工程結(jié)構(gòu)分析的基本原理及其典型方法，又會借助有限元分析技術(shù)解決實(shí)際的工程問題，并為以后的科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)。

[1]蔣方純，陸云帆.工學(xué)結(jié)合教學(xué)改革中課程群建設(shè)的需求與設(shè)計.深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010，8（1）：15-18.

[2]盛宏玉.“結(jié)構(gòu)動力學(xué)”課程教學(xué)實(shí)踐中的幾點(diǎn)認(rèn)識.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2007，21（6）：102-104.