結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程建設(shè)及教學(xué)實(shí)踐研究

吳平川， 吳超

(河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院，邯鄲 056038)

《關(guān)于加快新時(shí)代研究生教育改革發(fā)展的意見》[1]中指出，堅(jiān)持育人為本，以研究生德智體美勞全面發(fā)展為中心，將立德樹人成效作為檢驗(yàn)研究生教育工作的根本標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持創(chuàng)新引領(lǐng)，增強(qiáng)研究生使命感責(zé)任感，全面提升研究生知識(shí)創(chuàng)新和實(shí)踐創(chuàng)新能力。教育部《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》[2](下稱《綱要》中指出：“全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措”，”讓所有高校、所有教師、所有課程都承擔(dān)好育人責(zé)任，守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思政課程同向同行”。作為一門理工科相關(guān)專業(yè)研究生課程，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)[3-7]是研究在動(dòng)態(tài)荷載作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移計(jì)算理論及方法的一門比較重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程體系中占有舉足輕重的作用，但該課程難度大、模型抽象，傳統(tǒng)教學(xué)過程往往枯燥，授課內(nèi)容通常過于強(qiáng)調(diào)自然科學(xué)屬性，比較容易忽視立德樹人和社會(huì)主義價(jià)值觀的引領(lǐng)，無法達(dá)到《意見》和《綱要》中規(guī)定的相關(guān)要求。為此，需要對(duì)課程進(jìn)行全面教學(xué)改革，在課程傳授過程中，不斷更新教育教學(xué)理念與方法，寓教于樂，使枯燥的課堂理論知識(shí)變得生動(dòng)有趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣；為了適應(yīng)新時(shí)代研究生教育改革要求，改變傳統(tǒng)的課程考核評(píng)價(jià)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，注重過程考核，突出創(chuàng)新性能力培養(yǎng)。深入挖掘此類課程隱含的課程思政元素并有機(jī)融入課堂教學(xué)，加強(qiáng)研究生社會(huì)主義核心價(jià)值觀引領(lǐng)作用，將立德樹人貫穿課程全過程，更好地為國家和社會(huì)培養(yǎng)政治合格、具有家國情懷和創(chuàng)新實(shí)踐能力的高層次人才。

本文從課程思政融入、案例教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、激趣教育、考核評(píng)價(jià)方式等幾個(gè)層面對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程進(jìn)行了教育教學(xué)改革，起到了良好的授課效果，達(dá)到了預(yù)期目的。

一、科學(xué)設(shè)計(jì)“結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)”課程思政教學(xué)體系

(一)發(fā)揮課程思政建設(shè)“主力軍”作用

作為課程思政建設(shè)的主力軍，教師的專業(yè)水準(zhǔn)及素養(yǎng)直接或間接影響課程思政授課質(zhì)量，是課程思政建設(shè)推進(jìn)的一個(gè)重要因素，教師需要不斷提高政治覺悟、加強(qiáng)專業(yè)能力和師德風(fēng)范，并能成為學(xué)生的良師益友。作為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)教師，應(yīng)不斷學(xué)習(xí)習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，時(shí)刻探索將課程思政引入課程教學(xué)的方法與路徑，最終達(dá)到潤物于無聲的效果。為此，課程組利用每周集中學(xué)習(xí)時(shí)間認(rèn)真學(xué)習(xí)黨的理論和黨的教育方針政策，認(rèn)真研討教案，互相交流授課經(jīng)驗(yàn)，注重課程思政教學(xué)過程設(shè)計(jì)，在課堂授課過程中，利用多媒體加板書相結(jié)合的方法進(jìn)行講解，特別注重板書在思政育人中的作用，要求教師在課前做好教學(xué)設(shè)計(jì)，了解哪些需要板書，什么時(shí)候板書，板書字體、圖形等要美觀，好的板書既是智慧的凝聚，也是藝術(shù)的結(jié)晶，它能給學(xué)生美的享受，更能給學(xué)生以思想的啟迪。

(二)將唯物主義辯證法思想融入課堂教學(xué)

《綱要》中強(qiáng)調(diào)，要深度挖掘提煉專業(yè)知識(shí)體系中所蘊(yùn)含的思想價(jià)值和精神內(nèi)涵，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中許多方法也都閃爍著唯物辯證法的光芒，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)學(xué)科的發(fā)展是在唯物辯證法及其方法論指導(dǎo)下進(jìn)行的。從方法論的高度闡釋結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)之道，既可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又可以幫助學(xué)生加深理解，提高創(chuàng)新思維和分析問題、解決問題的能力。如在教學(xué)的過程中歸納總結(jié)出對(duì)立統(tǒng)一方法并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，例如，①靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)之對(duì)比聯(lián)系。動(dòng)力學(xué)是研究結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力特性，在建立動(dòng)力學(xué)方程時(shí)，將慣性力反向作用在結(jié)構(gòu)上，作為一種形式上的靜平衡，將動(dòng)力問題比擬為靜力問題，動(dòng)靜對(duì)立且統(tǒng)一；②剛度法與柔度法。剛度法是根據(jù)力系平衡建立運(yùn)動(dòng)方程的方法，柔度法是根據(jù)位移協(xié)調(diào)建立運(yùn)動(dòng)方程的方法，兩種方法都可以建立運(yùn)動(dòng)微分方程，對(duì)單自由度體系，兩種方法又可以相互轉(zhuǎn)換，剛?cè)釋?duì)立統(tǒng)一。

類似的對(duì)比聯(lián)系還有，集中參數(shù)體系與分布參數(shù)體系，串聯(lián)體系與并聯(lián)體系，周期荷載與非周期荷載，有阻尼體系與無阻尼體系，自由振動(dòng)與強(qiáng)迫振動(dòng)等等。通過對(duì)比聯(lián)系，使學(xué)生加深印象，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的辯證科學(xué)思維和解決問題的能力。

(三)將古人的聰明智慧滲透到課程教學(xué)

《綱要》中指出，從課程所涉專業(yè)、行業(yè)、國家、國際、文化、歷史等角度，增加課程的知識(shí)性、人文性，提升引領(lǐng)性、時(shí)代性和開放性。教育引導(dǎo)學(xué)生傳承中華文脈，富有中國心、飽含中國情、充滿中國味。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)這一工科課程中也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)融入人文性、中國味的元素，激發(fā)學(xué)生愛國情懷和學(xué)習(xí)興趣。在古代典籍中有大量關(guān)于共振現(xiàn)象的記述，并把這種現(xiàn)象解釋為”同聲相應(yīng)(《易乾》)或”聲比則應(yīng)“(《呂氏春秋恃君覽召類》)，這個(gè)解釋與現(xiàn)代的科學(xué)定義幾乎完全相同。公元前4到3世紀(jì)，《莊子》一書最早記下了瑟的各弦間發(fā)生的共振現(xiàn)象。為之調(diào)瑟，廢于一堂，廢于一室。鼓宮宮動(dòng)，鼓角角動(dòng)。音律同矣(《莊子雜篇徐無鬼》)。這段文字不僅指出基音的共振現(xiàn)象，而且發(fā)現(xiàn)了基音和泛音的共振現(xiàn)象，在聲學(xué)史上是了不起的成就。宋代的科學(xué)家沈括就曾巧妙地利用共振原理設(shè)計(jì)出了在琴弦上跳舞的小人：先把琴或瑟的各弦按平常演奏需要調(diào)好，然后剪一些小小的紙人夾在各弦上。當(dāng)彈動(dòng)不夾紙人的某一弦線時(shí)，凡是和它共振的弦線上的紙人就會(huì)隨著音樂跳躍舞動(dòng)。這個(gè)發(fā)明比西方同類發(fā)明要早幾個(gè)世紀(jì)。像這種古人利用共振的例子還有很多，如共振用以取水、用以擴(kuò)音、用于準(zhǔn)律、用以娛樂、用以預(yù)測(cè)、用以防振[8][9]等，這些都是古人對(duì)共振的理解及應(yīng)用，充分凸顯了古人的聰明智慧。

二、案例式教學(xué)模式加強(qiáng)學(xué)生工程倫理意識(shí)

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論較為經(jīng)典，同土木工程、機(jī)械工程、航空工程等行業(yè)密切相關(guān)，是來源于工程實(shí)際同時(shí)也在不斷的為工程服務(wù)的一門學(xué)科，與之相關(guān)的案例也較為豐富，如美國塔克瑪大橋遇風(fēng)共振倒塌，俄國伏爾加河大橋蛇形共振，東京灣大橋渦振，廣州虎門大橋渦振振動(dòng)問題等，在講解地震作用時(shí)，舉例汶川地震房屋倒塌的實(shí)例，并說明只要按照抗震設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行正規(guī)設(shè)計(jì)和施工，房屋的安全性就能得到保障；在講解風(fēng)荷載作用時(shí)，講述港珠澳大橋經(jīng)受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”的考驗(yàn)而安然無恙，同樣，還可以拿河南省體育館遭9級(jí)風(fēng)破壞、強(qiáng)風(fēng)荷載作用下輸電線路的連續(xù)倒塌破壞的案例來講述的風(fēng)荷載的威力，在講解沖擊荷載時(shí)，以船或貨車撞擊橋墩為例，說明沖擊荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，船撞橋事故分別引用了廣東九江大橋船撞橋斷事故，明珠7號(hào)郵輪撞擊溫州大橋事故，福建福州船只撞橋事故和湖南平江大橋垮塌事故等。貨車撞擊橋墩分別引用了哈大高速貨車撞橋事故，張家口高速橋墩被大貨車撞斷事故和杭州貨車超高撞斷人行天橋?qū)е绿鞓蚩逅鹿实取Ｓ秩缭谥v解地震動(dòng)的頻譜特性時(shí)，將白色光通過棱鏡后分成七色的光譜來解釋[10]，通過這些實(shí)際的工程案例，把晦澀難懂的知識(shí)變得通俗易懂，學(xué)生也容易接受。另外還可列舉我們國家在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的成就，如在地震工程振動(dòng)方面的一些國內(nèi)專家、學(xué)者，如張衡所制造的候風(fēng)地動(dòng)儀，同時(shí)這也是世界上第一架地震儀，比之西方國家整整早了一千七百多年等，通過這些人的成就可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)生工程倫理意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

三、實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

實(shí)踐教學(xué)是鞏固理論知識(shí)和加深對(duì)理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)，有利于學(xué)生素養(yǎng)的提高和正確價(jià)值觀的形成。

在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)實(shí)踐教學(xué)方面，利用實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，帶領(lǐng)學(xué)生親自制作混凝土構(gòu)件，然后在擬靜力設(shè)備和振動(dòng)臺(tái)上加載，觀察結(jié)構(gòu)從彈性到彈塑性的破壞發(fā)展過程，讓學(xué)生了解擬靜力設(shè)備和振動(dòng)臺(tái)工作原理及相關(guān)操作技術(shù)，理論聯(lián)系實(shí)際并鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。帶領(lǐng)學(xué)生到現(xiàn)場(chǎng)觀摩學(xué)習(xí)，如帶領(lǐng)學(xué)生參觀前面提到的隔震辦公樓和粘滯阻尼器圖書館，讓學(xué)生了解隔震支座和粘滯阻尼器的工作原理，增強(qiáng)學(xué)生的直觀認(rèn)識(shí)。

除了課堂理論知識(shí)講授，還布置了動(dòng)力計(jì)算上機(jī)練習(xí)的作業(yè)，目前，許多有限元軟件都有結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算分析模塊，從最簡(jiǎn)單的一根梁的動(dòng)力特性計(jì)算開始，到整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及地震作用計(jì)算，鍛煉學(xué)生使用軟件計(jì)算結(jié)構(gòu)的能力。

四、激趣教育活躍課堂氛圍

蘇聯(lián)教育家馬卡連柯說過“同樣的教學(xué)方法，因?yàn)檎Z言不通，就可能相差二十倍”。著名的教育家孔子曾說過"知之者不如好之者，好之者不如樂知者。在教學(xué)中，教師要努力挖掘各種趣味因素，創(chuàng)設(shè)情境，靈活而巧妙地運(yùn)用各種行之有效的教學(xué)方法，憑借各種教學(xué)手段，創(chuàng)造開心、愉悅、輕松的課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，誘導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們積極、主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，從而達(dá)到“以樂激趣,以趣激學(xué)”的目的，成功地提高課堂教學(xué)效果。如在講解振型的知識(shí)時(shí)，利用ABAQUS建立高層建筑和橋梁模型，通過多媒體展示其各個(gè)振型形狀及動(dòng)畫，直觀、形象的再現(xiàn)客觀事物的現(xiàn)象，使學(xué)生印象深刻。在講解隔震模型的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，拿臨近學(xué)生所在上課教室的學(xué)院隔震辦公樓為例，在講解減震的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，舉學(xué)校圖書館為粘滯阻尼器減震建筑和臺(tái)灣101大廈減震器為例，在講解抗側(cè)剛度時(shí)，拿教室的抗側(cè)力柱、墻體等構(gòu)件舉例，以身邊的看得見摸得著的實(shí)物舉例，加深學(xué)生印象。

俗話說“親其師，信其道”，學(xué)生喜歡哪位老師，就會(huì)對(duì)其所教課程感興趣，學(xué)習(xí)也就會(huì)更加用功，因而教師在教學(xué)過程中應(yīng)多關(guān)注學(xué)生，加強(qiáng)與學(xué)生的情感交流，產(chǎn)生情感共鳴。在與學(xué)生聯(lián)系方面，建立了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程微信群，借助微信平臺(tái)與學(xué)生建立良好的師生友誼，當(dāng)有學(xué)生問問題時(shí)，除了回答問題之外，可以借助微信中的一些表情來回復(fù)或表達(dá)情感，拉近與學(xué)生之間的距離，讓學(xué)生能通過喜歡老師達(dá)到喜歡課程的目的。另外在微信上注意推送一些與課程相關(guān)的公眾號(hào)供大家學(xué)習(xí)和討論，如“減隔震前沿”、“震知卓見”、“藍(lán)科減震減震技術(shù)”等公眾號(hào)。讓學(xué)生體會(huì)到老師的關(guān)心和愛護(hù)，同時(shí)也能取得學(xué)生信賴，使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，讓學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。

充滿幽默感的老師永遠(yuǎn)是最受學(xué)生歡迎的老師，教師幽默的教學(xué)語言和肢體動(dòng)作有利于引起學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)，例如在講到多自由度體系用“糖葫蘆串”模型來表示動(dòng)力特性，單自由度體系用一個(gè)糖葫蘆來表示，而講到振型的概念時(shí)，教師用身體示范各種振型形態(tài)，教師可以用前后、左右、扭轉(zhuǎn)身體動(dòng)作來表示第一、第二、第三階振型，起到烘托課堂氣氛，寓教于樂的功效。

五、靈活的考核評(píng)價(jià)方式

《關(guān)于加快新時(shí)代研究生教育改革發(fā)展的意見》[1]指出，研究生教育肩負(fù)著高層次人才培養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造的重要使命，是國家發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步的重要基石，是應(yīng)對(duì)全球人才競(jìng)爭(zhēng)的基礎(chǔ)布局?！兑庖姟吩诩訌?qiáng)課程教材建設(shè)方面強(qiáng)調(diào)突出研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，作為研究生培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，課程考核在人才培養(yǎng)過程中顯得極為重要。通過課程考核，對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)與所具有的能力和素質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)也是對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)評(píng)價(jià)，教師對(duì)課程考核反饋結(jié)果進(jìn)行教學(xué)反思，以不斷更新教育教學(xué)理念與方式。

為適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求，傳統(tǒng)的一卷定終身的考核模式已經(jīng)過時(shí)，為了多角度、全方位考查研究生基礎(chǔ)知識(shí)掌握的廣度和緯度、創(chuàng)新性思維和分析解決問題的能力，應(yīng)建立課程整個(gè)學(xué)習(xí)過程的全過程全新考核體系。為此，需要對(duì)傳統(tǒng)的考核評(píng)價(jià)模式進(jìn)行改革，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的平時(shí)成績構(gòu)成中涵蓋了多樣化的考核內(nèi)容，主要包括以下幾個(gè)方面：

(一)隨堂抽問

在授課過程中，提出學(xué)術(shù)性問題，由研究生現(xiàn)場(chǎng)作答或下次上課隨機(jī)抽選研究生作答，任課教師在研究生課程隨機(jī)抽問考核表上打分，作為平時(shí)成績的一部分。

(二)課堂演示

確定與授課內(nèi)容相關(guān)的題目，研究生在課下自由分組查閱資料、討論研究，并對(duì)討論研究的過程制作課件并進(jìn)行綜述，根據(jù)綜述結(jié)果計(jì)入平時(shí)成績。

(三)讀書報(bào)告

教師確立若干研究題目或必讀書目，查閱文獻(xiàn)后，提交讀書報(bào)告1份。

除了以上平時(shí)考核內(nèi)容，在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，還利用微信平臺(tái)定期發(fā)布試題，進(jìn)行隨堂章節(jié)測(cè)驗(yàn)，查驗(yàn)提交上機(jī)結(jié)果與手算結(jié)果對(duì)比任務(wù)完成效果及質(zhì)量，記錄課堂回答問題舉手次數(shù)，課堂紀(jì)律等。將平時(shí)學(xué)習(xí)過程的成績比例適當(dāng)加大，重視課程過程考核，將過程性考核結(jié)果與期末結(jié)果合并計(jì)入學(xué)生最后成績。

六、結(jié)論

本文從課程思政、案例教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、激趣教育、考核評(píng)價(jià)等方面對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程進(jìn)行了研究，讓課程思政達(dá)到潤物于無聲的目的，教師需要做到為人師表，不斷加強(qiáng)自身道德修養(yǎng)，重視思政元素的提煉、歸納、總結(jié)；案例式教學(xué)重視學(xué)生工程倫理教育理念的滲透，讓學(xué)生從工程事故中反思，注意遵守職業(yè)道德規(guī)范；實(shí)踐教學(xué)通過理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐動(dòng)手能力；激趣教育活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；全新考核評(píng)價(jià)模式改變了過去一卷定終身的單一評(píng)價(jià)方式，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。通過以上幾個(gè)方面的實(shí)踐，取得了良好的授課效果，可為同類課程提供借鑒與參考。