淺談獨立學(xué)院船舶與海洋工程專業(yè)計算結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)改革

本文以天津大學(xué)仁愛學(xué)院船舶與海洋工程專業(yè)為例，針對獨立學(xué)院培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)生特點，通過精簡教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)模式，自編教學(xué)講義和改革考試形式等方法對《計算結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程進(jìn)行改革，本文對本次改革工作做出總結(jié)，并對未來工作做出展望。

近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展以及各種超大噸位船舶的廣泛投產(chǎn)，各大船廠和設(shè)計單位要求結(jié)構(gòu)工程師和研究人員必須具備熟練地運用計算機進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的能力?！坝嬎憬Y(jié)構(gòu)力學(xué)”這門課程的設(shè)立正是為了適應(yīng)這種就業(yè)需求。計算結(jié)構(gòu)力學(xué)的教學(xué)體系建立在結(jié)構(gòu)力學(xué)，計算數(shù)學(xué)，計算機應(yīng)用這三個二級學(xué)科的基礎(chǔ)上，屬于交叉學(xué)科的課程。

目前，計算結(jié)構(gòu)力學(xué)在天津大學(xué)仁愛學(xué)院船舶與海洋工程專業(yè)本科大四上學(xué)期開設(shè)，由于我校本專業(yè)開設(shè)較晚，2010年才開始招收本科生，到2016年春季學(xué)期已對三屆學(xué)生進(jìn)行授課。筆者從對2010級學(xué)生課程進(jìn)行助課，再對2011和2012級學(xué)生進(jìn)行授課，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗，但由于本人入職時間短，教學(xué)經(jīng)驗尚淺，還有許多地方有待進(jìn)一步加強提高?，F(xiàn)針對近兩年一直嘗試對計算結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)改革的心得體會總結(jié)如下。

天津大學(xué)仁愛學(xué)院是由天津大學(xué)和天津市仁愛集團(tuán)有限公司合作創(chuàng)辦的一所高校，因此在開設(shè)本課程初期是照搬天津大學(xué)的模式，船舶與海洋工程專業(yè)的《計算結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程的教學(xué)內(nèi)容和考核標(biāo)準(zhǔn)基本與天大相同。但是從教學(xué)效果上來看，發(fā)現(xiàn)這種模式并不適合仁愛學(xué)院的學(xué)生。主要原因在于：

一、獨立學(xué)院的學(xué)生相對來說數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，加之在學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)力學(xué)時老師已經(jīng)對有限元部分的內(nèi)容進(jìn)行了精簡，導(dǎo)致學(xué)生普遍認(rèn)為計算結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中講述的純理論的內(nèi)容太多，這樣對于成績較好學(xué)生來說，僅能單純解決書本上的問題，無法用所學(xué)的知識來分析真正的工程問題。而對成績稍差的同學(xué)，會因聽不懂而喪失信心，從而導(dǎo)致課程考試不合格。

二、獨立學(xué)院培養(yǎng)人才的目標(biāo)與一本不同，獨立學(xué)院的培養(yǎng)目標(biāo)是“應(yīng)用型復(fù)合型高級人才”，從學(xué)生本人意愿與就業(yè)統(tǒng)計來看，獨立學(xué)院畢業(yè)的絕大多數(shù)學(xué)生將來不會從事科研工作，更多的是在企業(yè)擔(dān)任職務(wù)，因此對學(xué)生來說，掌握系統(tǒng)嚴(yán)密的理論知識對他們并沒有太大的必要。

三、獨立學(xué)院學(xué)生的特點是動手操作能力強，實驗實踐環(huán)節(jié)表現(xiàn)突出，敢于提出自己的想法，思維活躍等，因此學(xué)生對實踐類的課程，如上機實踐，課程設(shè)計等表現(xiàn)出濃厚的興趣，而對純理論課的學(xué)習(xí)積極性不高。

基于以上幾點原因，我們開始著手對《計算結(jié)構(gòu)力學(xué)》這門課程進(jìn)行改革，目的是希望找到一種真正適合獨立學(xué)院船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生實際情況的教學(xué)模式，使得絕大多數(shù)同學(xué)能夠充分掌握這門課程，并在今后的工作中得以應(yīng)用。

改革主要在一下幾個方面：

一、精簡教學(xué)內(nèi)容

為了更好地進(jìn)行教學(xué)改革，我們在教學(xué)手段上采取了新的措施，使教學(xué)手段信息化，大力推行計算機輔助教學(xué)。按照大綱要求，《計算結(jié)構(gòu)力學(xué)》為32課時，經(jīng)改革后將32課時中的20課時作為學(xué)生上機實踐環(huán)節(jié)，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(jìn)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(nèi)容；重點學(xué)習(xí)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(jìn)行結(jié)構(gòu)的有限元建模，約束處理，載荷分類和組合，計算結(jié)構(gòu)的分析和處理方法等，并結(jié)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(yǎng)學(xué)生用軟件進(jìn)行有限元法計算的能力，提高學(xué)生運用計算來優(yōu)化工程中結(jié)構(gòu)設(shè)計的意識，同時培養(yǎng)了學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，為今后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。利用ANSYS強大的數(shù)值計算和直觀的圖形顯示功能，使得學(xué)生更易于掌握本課程的基礎(chǔ)知識，提高了學(xué)生的空間想象能力，形象思維能力，從而在大大激發(fā)了學(xué)生的興趣，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量和效率。

二、創(chuàng)新教學(xué)模式

獨立學(xué)院的學(xué)生在傳統(tǒng)課堂上學(xué)習(xí)的自主性相對要差一些，因此，想要提高學(xué)生的課堂效率，讓學(xué)生較好地接受課程內(nèi)容，就要想辦法充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，活躍課堂氣氛，努力吸引他們的學(xué)習(xí)興趣。為了達(dá)到以上幾個目的，我們摒棄了傳統(tǒng)的老師在講臺上從頭講到尾的教學(xué)模式，將教室挪到了機房，做到讓學(xué)生邊聽邊練，及時掌握課程要點。與此同時，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在每次課的開始，向同學(xué)們展示各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)ANSYS模型，如萬噸級散貨船整體模型，深海導(dǎo)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(xué)們對ANSYS這個軟件有個感性認(rèn)識，另一方面鼓勵學(xué)生好好學(xué)習(xí)，今后自己也可以建立分析這樣的復(fù)雜模型。

另一項教學(xué)模式的創(chuàng)新是采用開發(fā)式教學(xué)方法，在學(xué)生掌握了軟件的基礎(chǔ)操作后，每節(jié)課提出若干個問題或針對一個專題展開教學(xué)，將同學(xué)分成若干小組，讓同學(xué)們之間互相討論研究，大膽將自己的解決方案在全班同學(xué)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(jìn)，我們發(fā)現(xiàn)越來越多的同學(xué)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(fā)現(xiàn)之前學(xué)習(xí)積極性不高的同學(xué)，在本門課上也表現(xiàn)出了前所未有的興趣，取得了很好的成績。

三、自編教學(xué)講義

對于當(dāng)前已經(jīng)出版的各種計算結(jié)構(gòu)力學(xué)的教材，一般針對一本二本高校，內(nèi)容偏重理論部分和一些繁瑣的數(shù)學(xué)運算，并不適合獨立學(xué)院的學(xué)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(yè)學(xué)生。因此，我們開始著手編寫課程講義，其特點是：內(nèi)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(xué)生試用，今后將根據(jù)教學(xué)情況和學(xué)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(xué)院學(xué)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(tǒng)的期末筆試考試，而采用大作業(yè)的考察形式，最終要求學(xué)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(jù)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(xué)生根據(jù)實際要求進(jìn)行模型化處理，建模，劃分網(wǎng)格，加載，計算并分析結(jié)果，最后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)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(xué)生處理工程問題的能力。此種考核模式也得到了學(xué)校和學(xué)生的充分認(rèn)同。

以上四點是《計算結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程改革的主要內(nèi)容。本次改革取得了一定的成績，學(xué)生普遍反映對本課程的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)主動性都有了一定程度的提高，對今后從事本專業(yè)的工作的信心也增強了。當(dāng)然現(xiàn)在教學(xué)中還存在很多不足之處，今后打算將《計算結(jié)構(gòu)力學(xué)》分為A，B兩個階段。A階段為必修課，主要講解基礎(chǔ)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(xù)深造的同學(xué)學(xué)習(xí)，主要講解ANSYS的一些進(jìn)階使用。我們將在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷優(yōu)化課程，爭取早上讓《計算結(jié)構(gòu)力學(xué)》成為一門實用，生動，對同學(xué)真正有幫助的優(yōu)秀課程。

（作者單位：天津大學(xué)仁愛學(xué)院建筑工程系）