國際研究型大學《結(jié)構(gòu)動力學》課程研究生教學比較研究

摘要：本文調(diào)研了麻省理工學院、斯坦福大學、劍橋大學、新加坡國立大學、東京大學、蘇黎世理工學院等國際著名研究型高校土木工程專業(yè)修課型碩士生、科研型碩士生和博士生的培養(yǎng)計劃和《結(jié)構(gòu)動力學》課程教學計劃，并比較了《結(jié)構(gòu)動力學》相關(guān)課程的修課要求、課程序列、教學內(nèi)容、教學方式、考核方法、教學資料等內(nèi)容，通過比較研究對我國土木工程專業(yè)研究生教學改革中的《結(jié)構(gòu)動力學》課程建設(shè)提供了有意義的建議。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)動力學；比較研究；課程建設(shè)；研究生

一、引言

《結(jié)構(gòu)動力學》是土木工程專業(yè)研究生培養(yǎng)階段的重要課程，是結(jié)構(gòu)抗震分析、結(jié)構(gòu)抗風分析、結(jié)構(gòu)抗爆分析、結(jié)構(gòu)振動控制、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測等課程學習與課題研究的基礎(chǔ)。隨著大跨橋梁、高聳樓宇等柔性結(jié)構(gòu)的大規(guī)模建設(shè)，工業(yè)界對土木工程專業(yè)技術(shù)人員在工程結(jié)構(gòu)振動方面的理論認識和工程直覺的要求越來越高，《結(jié)構(gòu)動力學》課程在土木工程專業(yè)學生培養(yǎng)中的重要性也愈發(fā)突出。特別是在國家和社會日益強調(diào)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的今天，如何通過課程教學幫助學生們從本質(zhì)上理解工程問題、從而創(chuàng)新地解決工程問題成為工程學各專業(yè)高等教師面臨的巨大挑戰(zhàn)。

本研究調(diào)研了若干國際頂級研究型大學土木工程專業(yè)修課型碩士生、科研型碩士生、博士生培養(yǎng)計劃和《結(jié)構(gòu)動力學》課程教學計劃，希望通過對比研究對我國土木工程專業(yè)相關(guān)課程的教學改革提供有意義的參考。

二、樣本選定與資料搜集

本研究采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的方式調(diào)研了六所國際著名研究型大學的土木工程專業(yè)。這六所高校根據(jù)2011年QS世界大學排行榜土木工程專業(yè)榜單選定，包括：排名第一的美國麻省理工學院（MIT）、排名第二的美國加州斯坦福大學（SU）、排名第三的英國劍橋大學（UCAM）、排名第七的新加坡國立大學（NUS）、排名第八的日本東京大學（TU）、排名第十的瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院（ETH））。這六所高校均為土木工程專業(yè)排名世界前十的高校，同時兼顧了區(qū)域和國家的分布（北美、歐洲、亞洲區(qū)各兩所），以期最好地代表不同文化背景下相關(guān)課程的教學。調(diào)查過程中主要注意搜集了以下四方面的資料，包括：（1）相關(guān)院校土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)工程方向修課型碩士生、科研型碩士生、博士生的培養(yǎng)方案；（2）相關(guān)院校課程體系列表與介紹；（3）《結(jié)構(gòu)動力學》相關(guān)課程的教學大綱、教學計劃、教學資料；（4）《結(jié)構(gòu)動力學》相關(guān)課程教師的教學情況介紹等。

三、比較分析

基于搜集到的相關(guān)原始資料，本研究在以下六方面進行了比較分析，包括：修課要求、課程序列、教學內(nèi)容、教學方式、考核方法、教學資料等。

課程修課要求比較表明（如表1所示）：對于修課型或工程型碩士生培養(yǎng)，MIT和SU規(guī)定《結(jié)構(gòu)動力學》課程為核心必修課程，其他四所學校則規(guī)定《結(jié)構(gòu)動力學》相關(guān)課程為結(jié)構(gòu)工程方向研究生的限定選修課程；對于研究型碩士或博士培養(yǎng)，六所學校均給予研究生較大空間確定自身修習范圍并建議學生根據(jù)自身的學術(shù)興趣和導師意見選修課程列表中出現(xiàn)的不同深度的《結(jié)構(gòu)動力學》課程。

注：C—必修課程；R—限定選修課程；S—建議選修課程；A—任意選修課程。

《結(jié)構(gòu)動力學》課程序列比較表明：由于本科階段各校均會以不同課程講授結(jié)構(gòu)動力學理論基礎(chǔ)知識，因此在研究生階段，各校圍繞《結(jié)構(gòu)動力學》的教學主要在于開設(shè)以介紹土木結(jié)構(gòu)振動現(xiàn)象及相應的結(jié)構(gòu)動力學工程應用為主的進階課程（如MIT、SU、UCAM、ETH、NUS、UT）以及以介紹結(jié)構(gòu)動力學中復雜物理問題及理論模擬與分析方法（如MIT、UCAM與ETH等的非線性振動、SU與UCAM等的隨機振動等）為主的高級課程。進階課程通常供修課型碩士生學習，也可供本科高年級學生、科研型碩、博士研究生選修。高級課程則通常面向科研型研究生不定期開課。

課程教學內(nèi)容比較表明（如表2所示）：為了保證課程的完備，不論基礎(chǔ)課程中有無覆蓋，進階課程中結(jié)構(gòu)動力學的基本理論知識通常都會加以介紹，同時以結(jié)構(gòu)在各種動力荷載下的結(jié)構(gòu)振動現(xiàn)象模擬和響應分析方法作為重點。這些動力荷載引起的振動現(xiàn)象包括：結(jié)構(gòu)機（車）荷載振動模擬與響應分析（如SU、UCAM、ETH），結(jié)構(gòu)人致振動模擬與響應分析（如ETH），結(jié)構(gòu)地震振動模擬與響應分析（如SU、UCAM、ETH、NUS、UT），結(jié)構(gòu)風致振動模擬與響應分析（如UCAM、ETH、NUS、UT），結(jié)構(gòu)爆炸沖擊振動模擬與響應分析（如UCAM、ETH、NUS）等。同時，作為面向工程應用的進階課程，結(jié)構(gòu)減災設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)抑振理論方法及技術(shù)、結(jié)構(gòu)動力測試原理與技術(shù)也是各校課程中會講授的內(nèi)容。另外，UCAM和ETH還介紹了結(jié)構(gòu)動力災變分析中經(jīng)常需要采用的非彈性動力響應分析方法。

課程教學方式比較表明：雖然課堂講授基礎(chǔ)理論知識是最主要的教學方式，但在進階課程中，教師們更多地運用了實踐活動的教學方式。這些活動包括工程課程設(shè)計與分析（如UCAM、UT）、實驗室參觀與實驗演示（如MIT、ETH）、電算輔導（如UCAM）等。這些活動的引入加深了學生對工程現(xiàn)象及工程活動的理解、強化了對學生運用課堂知識解決實際工程設(shè)計、咨詢課題能力的培養(yǎng)。

課程考核方式比較表明：雖然包含有標準答案的封閉問題的筆試仍然是一種最主要的考核手段，但面向開放或半開放工程顧問或研究課題的項目報告成為各校進階課程考核的重要內(nèi)容（如MIT、UCAM、UT）。應該說，這是與研究生進階課程的教學目標和教學內(nèi)容相適應的。在學生掌握了基本理論知識后，在課堂上引入具有一定開放度的工程課題，不但給學生提供了活學活用基本理論知識的空間、有利于學生加深理論認識，而且給學生面向?qū)嶋H凝練問題、分析問題、解決問題的訓練，有利于學生提高工程思維和創(chuàng)新能力。這些訓練對于學生不論是將來從事工程設(shè)計顧問的工作還是工程理論研究的工作都是十分重要的。

課程教學資料使用情況比較表明：對于面向高年級本科生和研究生的進階課程來說，講義和指定的教科書雖然仍然為主要的教學資料，但教學參考書和參考論文的數(shù)量明顯增加（如MIT、UCAM、ETH）。這對于已經(jīng)建立了基本概念又學有余力而且對相關(guān)課題感興趣的學生來說，是一種很好的補充。

四、結(jié)論

本文調(diào)研了國際頂級研究型高校土木工程專業(yè)各層次培養(yǎng)中的《結(jié)構(gòu)動力學》相關(guān)課程的修課要求、課程序列、教學內(nèi)容、教學方式、考核方法、教學資料等內(nèi)容，得出如下結(jié)論：

1.《結(jié)構(gòu)動力學》相關(guān)課程的教學是研究型高校土木工程專業(yè)研究生培養(yǎng)的重要組成部分，通常包括以介紹土木結(jié)構(gòu)實際振動現(xiàn)象及相應的結(jié)構(gòu)動力學工程應用為主的進階課程，并配以介紹結(jié)構(gòu)動力學中不同復雜物理問題及理論模擬與分析方法為主的高級課程。

2.進階課程的教學內(nèi)容在介紹基礎(chǔ)理論的同時，通常會引入對土木結(jié)構(gòu)在不同動力荷載（如地震、強風、爆炸、機床、車輛、人群）下的動力建模、動力行為特征和分析方法的講授，并介紹相關(guān)的測試及抑振方法。

3.課程的教學方式在注重課堂講授的同時通常會引入工程課程設(shè)計與分析、實驗室參觀與實驗演示、電算輔導等實踐活動內(nèi)容。考核方法中則會將工程課題分析研究項目報告作為筆試考核的重要補充。課程資料除講義和教科書以外，通常教師會提供較多的教學參考書和參考論文，幫助學生根據(jù)自身興趣和能力拓寬自身視野和研修范圍。

參考文獻：

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[4]http：//cee.mit.edu/postgraduate.

[5]http：//explorecourses.stanford.edu/search？view=filter-coursestatus-Active=onpage=0catalog=q=structural+dynamics+CEEcollapse.

作者簡介：孫智（1977-），男，湖北人，同濟大學橋梁工程系，研究員，博士，研究方向：結(jié)構(gòu)動力學、橋梁工程。