土木专业工程硕士研究生力学基础课程群建设构想

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韩艳

(北方工业大学建筑工程学院土木系,北[本文来自于日博体育 www.sh-shunnai.com]京100144)

摘要:针对目前土木专业工程硕士研究生的力学基础和数学基础都较薄弱的现状,提出了土木专业工程硕士研究生的力学基础课程群建设的基本思路和措施,以面向土木工程实际应用为最终培养目标,强化对学生工程素质和工程理念的教育

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关键词 :课程群;力学;知识模块;教学方法

中图分类号:G643 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)14-0214-02

近年来,随着我国高等教育规模的不断扩大,研究生的整体理论水平出现了明显的下滑现象,尤其是土木专业工程硕士研究生普遍的力学基础和数学基础都较薄弱,这给结构动力学与弹塑性力学等力学类基础课程的教学带来了很大的困难。而结构动力学与弹塑性力学都是土木工程专业硕士研究生的主要技术基础课程,理论性很强,在学生的知识结构中起着重要的承上启下作用。因此,如何提高力学类课程的教学质量,促进土木专业硕士研究生工程能力和素质的提高,是值得认真探索和研究的问题。

一、课程群建设的目标

由于课程群承载着技能培养目标、协调着课程之间的关系,使培养目标更明确化[1]。因此,为促进教学资源优化配置,提高土木专业工程硕士研究生的培养质量,强化教学效果,把课程体系中内在联系紧密的结构动力学和弹塑性力学等课程建设成力学基础课程群,以面向土木工程实际应用为目标,强化对学生工程素质和工程理念的教育。通过此课程群的学习,使土木工程的专业硕士研究生能够站在一定的理论高度,较全面扎实地掌握工程结构静、动力分析的典型方法及其原理,会应用所学力学知识解决实际的工程问题。

二、课程群主要建设思路及知识模块

结构动力学和弹塑性力学都是技术性很强的专业基础课程,涉及数学建模、演绎、计算方法和数值模拟等多个研究领域,它们的共同特点是公式多而冗长、计算难而复杂、求解繁琐而难以掌握、涉及面广而不易理解[2]。面对当今力学基础和数学基础都较薄弱的土木专业工程硕士研究生,这两门课程的建设与改革也应顺应时代发展的要求,以增强学生的工程应用能力为主线,合理采用现代化教学手段,优化教学内容,改进教学方法。例如,可以结合实际的工程项目,加强案例教学,激发学习兴趣,创造学有所用的良好氛围;除了安排必要的课程教学外,应留有对课程相关的内容及实际工程问题进行学习和讨论的余地,培养学生将所学理论知识用以解决工程实际问题的能力,从而激发学生的创新能力和创造能力。为强化对土木专业工程硕士研究生工程素质的培养,初步设想力学基础课程群由以下三个知识模块组成:

1.结构动力学模块:研究结构体系在各种动荷载作用下的力学行为。通过该模块知识的学习,使学生明确动荷载作用和静荷载作用的本质区别,牢固掌握结构振动的普遍规律和结构动力分析的基本研究及计算方法,为改善工程结构系统在动力环境中的安全性和可靠性提供坚实的理论基础,从而有助于在今后的工程设计和工程建设中减少振动危害,让振动为人类服务。

2.弹塑性力学模块:研究可变形固体受到外载荷、温度变化及边界约束变动等作用时,弹塑性变形和应力状态。通过学习,使学生牢固掌握固体变形的规律,掌握非线性变形与塑性变形的概念和分析方法,深入了解结构的承载力问题,会用弹塑性理论对工程结构的应力与变形进行准确地描述和计算,以解决工程中的实际问题。

3.有限元分析技术模块:有限元法是解决工程实际问题的一种有力的数值计算工具,在土木工程分析与设计中有非常广泛的应用。该知识模块要求学生掌握有限元方法的基础理论,了解有限元法的特点及有限元法的基本步骤,掌握梁、板、壳、三维实体和一些特殊单元的线性和非线性特性,会根据研究目的及研究对象的不同,选择合适的单元建立有限元模型。目前,各种专用的和通用的有限元软件已经使有限元方法转化为社会生产力。土木专业的工程硕士研究生在学习了结构动力学、弹塑性力学的基本理论知识和有限元分析的基本方法以后,应能采用大型有限元软件(如ANSYS、ABAQUAS等)计算分析实际的工程问题。

三、课程群教学研究

由于结构动力学、弹塑性性力学、有限元分析等课程内容的学习,涉及到材料力学、结构力学、高等数学、线性代数等许多先修课程中的重点和难点,综合性很强,要求学生有较扎实的力学和数学基础知识,而目前的土木专业工程硕士研究生此方面都较欠缺。因此,该课程群的教学要求应以面向实际应用制定教学计划,从原先以力学基础理论为主逐渐转变为以理论和实践并重的培养模式,强调以理论指导实践、在实践中检验理论并强化其应用和创新的螺旋式上升的学习过程。在教学安排上,应针对各校土木专业工程硕士研究生的实际状况,充分注意和本科阶段力学知识、数学知识相衔接,及时复习课程中涉及到的达朗伯原理、矩阵运算、Fourier变换、常微分方程的求解、偏微分方程等相关知识,并对传统的经典内容加以精选,根据重点引导学生关注工程问题、注重培养学生的力学概念和理论实践能力,对繁琐的公式推导和手算能力不做过高的要求,转而强调培养学生运用现代通用有限元软件进行建模、分析计算并能对求解结果进行对错定性判断的能力,在实践中较全面、系统、深入地掌握土木工程专业的基本力学理论和分析计算方法。在教学方法上可以将老师讲解和同学讨论相结合,采用启发式、讨论式、演示式等多种教学方式,营造师生互动的课堂氛围,激发学生从多角度去讨论问题,重点培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。为了提高学习兴趣、培养科研能力,可以将学生分成3~4人一组,每组设计不同的实际工程题目,让学生自行查阅文献、分工协作、集中讨论,在教师指导下有理有据地完成项目,同时撰写科研报告,并通过分组答辩评定成绩。

四、课程群建设的预期效果

通过力学基础课程群的建设,以适应面向实际工程应用的培养目标为主导,进一步修订完善力学基础课程群的教学内容,改进教学方法,使土木工程专业的工程硕士研究生,既能站在一定的理论高度,较全面地掌握实际土木工程结构分析的基本原理及其典型方法,又会借助有限元分析技术解决实际的工程问题,并为以后的科学研究工作打下坚实的力学基础。

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参考文献

[1]蒋方纯,陆云帆.工学结合教学改革中课程群建设的需求与设计.深圳信息职业技术学[本文来自于日博体育 www.sh-shunnai.com]院学报,2010,8(1):15-18.

[2]盛宏玉“. 结构动力学”课程教学实践中的几点认识.合肥工业大学学报(社会科学版),2007,21(6):102-104.

作者简介:韩艳(1970.5—),女,汉族,江苏滨海人;副教授;研究方向:主要从事结构力学、结构动力学的教学与桥梁结构的抗震研究。

浏览次数:  更新时间:2016-09-22 19:36:28
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