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一、課程群主要建設思路及知識模塊
面對當今力學基礎和數(shù)學基礎都較薄弱的土木專業(yè)工程碩士研究生,這兩門課程的建設與改革也應順應時展的要求,以增強學生的工程應用能力為主線,合理采用現(xiàn)代化教學手段,優(yōu)化教學內(nèi)容,改進教學方法。例如,可以結(jié)合實際的工程項目,加強案例教學,激發(fā)學習興趣,創(chuàng)造學有所用的良好氛圍;除了安排必要的課程教學外,應留有對課程相關的內(nèi)容及實際工程問題進行學習和討論的余地,培養(yǎng)學生將所學理論知識用以解決工程實際問題的能力,從而激發(fā)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力。為強化對土木專業(yè)工程碩士研究生工程素質(zhì)的培養(yǎng),初步設想力學基礎課程群由以下三個知識模塊組成:
1.結(jié)構動力學模塊:研究結(jié)構體系在各種動荷載作用下的力學行為。通過該模塊知識的學習,使學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)構振動的普遍規(guī)律和結(jié)構動力分析的基本研究及計算方法,為改善工程結(jié)構系統(tǒng)在動力環(huán)境中的安全性和可靠性提供堅實的理論基礎,從而有助于在今后的工程設計和工程建設中減少振動危害,讓振動為人類服務。
2.彈塑性力學模塊: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,彈塑性變形和應力狀態(tài)。通過學習,使學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)構的承載力問題,會用彈塑性理論對工程結(jié)構的應力與變形進行準確地描述和計算,以解決工程中的實際問題。
3.有限元分析技術模塊:有限元法是解決工程實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計中有非常廣泛的應用。該知識模塊要求學生掌握有限元方法的基礎理論,了解有限元法的特點及有限元法的基本步驟,掌握梁、板、殼、三維實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習了結(jié)構動力學、彈塑性力學的基本理論知識和有限元分析的基本方法以后,應能采用大型有限元軟件(如ANSYS、ABAQUAS等)計算分析實際的工程問題。
二、課程群教學研究
由于結(jié)構動力學、彈塑性性力學、有限元分析等課程內(nèi)容的學習,涉及到材料力學、結(jié)構力學、高等數(shù)學、線性代數(shù)等許多先修課程中的重點和難點,綜合性很強,要求學生有較扎實的力學和數(shù)學基礎知識,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,該課程群的教學要求應以面向?qū)嶋H應用制定教學計劃,從原先以力學基礎理論為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐岳碚摵蛯嵺`并重的培養(yǎng)模式,強調(diào)以理論指導實踐、在實踐中檢驗理論并強化其應用和創(chuàng)新的螺旋式上升的學習過程。在教學安排上,應針對各校土木專業(yè)工程碩士研究生的實際狀況,充分注意和本科階段力學知識、數(shù)學知識相銜接,及時復習課程中涉及到的達朗伯原理、矩陣運算、Fourier變換、常微分方程的求解、偏微分方程等相關知識,并對傳統(tǒng)的經(jīng)典內(nèi)容加以精選,根據(jù)重點引導學生關注工程問題、注重培養(yǎng)學生的力學概念和理論實踐能力,對繁瑣的公式推導和手算能力不做過高的要求,轉(zhuǎn)而強調(diào)培養(yǎng)學生運用現(xiàn)代通用有限元軟件進行建模、分析計算并能對求解結(jié)果進行對錯定性判斷的能力,在實踐中較全面、系統(tǒng)、深入地掌握土木工程專業(yè)的基本力學理論和分析計算方法。在教學方法上可以將老師講解和同學討論相結(jié)合,采用啟發(fā)式、討論式、演示式等多種教學方式,營造師生互動的課堂氛圍,激發(fā)學生從多角度去討論問題,重點培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。為了提高學習興趣、培養(yǎng)科研能力,可以將學生分成3~4人一組,每組設計不同的實際工程題目,讓學生自行查閱文獻、分工協(xié)作、集中討論,在教師指導下有理有據(jù)地完成項目,同時撰寫科研報告,并通過分組答辯評定成績。
三、課程群建設的預期效果
通過力學基礎課程群的建設,以適應面向?qū)嶋H工程應用的培養(yǎng)目標為主導,進一步修訂完善力學基礎課程群的教學內(nèi)容,改進教學方法,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,較全面地掌握實際土木工程結(jié)構分析的基本原理及其典型方法,又會借助有限元分析技術解決實際的工程問題,并為以后的科學研究工作打下堅實的力學基礎。
作者:韓艷 單位:北方工業(yè)大學建筑工程學院