李昌良 張亞

摘 要 工程教育專業(yè)認(rèn)證是高等教育國際化的必然趨勢(shì)，它的核心理念是以學(xué)生為中心，注重對(duì)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。目前的“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”主要講述船舶構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算的基本理論，和工程實(shí)際結(jié)合較少，培養(yǎng)的學(xué)生沒有形成獨(dú)特的力學(xué)思維。本文力圖從教學(xué)方法改革入手，探討如何提升學(xué)生的工程能力，培養(yǎng)卓越的結(jié)構(gòu)工程師。

關(guān)鍵詞 船舶結(jié)構(gòu)力學(xué) 教學(xué)改革 工程能力 力學(xué)思維 結(jié)構(gòu)工程師

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.05.046

Abstract Engineering education professional certification is an inevitable trend of internationalization of higher education. Its core concept is student-centered and focuses on cultivating students' engineering capabilities. The current "ship structural mechanics" mainly describes the basic theory of ship component internal force calculation， and has less integration with engineering practice. The cultivated students will only perform simple structural calculations without a unique mechanical thinking. This article attempts to start with the reform of teaching methods， explore how to improve students' engineering capabilities， and train true structural engineers.

Keywords ship structural mechanics； teaching reform； engineering ability； mechanical thinking； structural engineer

“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”是船舶與海洋工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在船舶與海洋工程人才培養(yǎng)體系中起著承前啟后的作用，在材料力學(xué)-船體結(jié)構(gòu)-船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)-船體強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和海洋石油平臺(tái)設(shè)計(jì)課程體系中有著極其重要的作用。因此，對(duì)該門課程的掌握程度直接影響著后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量。“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”主要講述力學(xué)分析的基本方法，如力法、位移法、能量法、矩陣法、有限元法等。具有力學(xué)課程的基本特點(diǎn)：理論嚴(yán)密、系統(tǒng)完整、邏輯性強(qiáng)、抽象等特點(diǎn)。學(xué)生普遍反映該門課程難學(xué)，即使有些學(xué)生考了高分，實(shí)際上也很快就忘記了所學(xué)知識(shí)，為分而學(xué)，這對(duì)學(xué)生能力的提高是非常不利的。

2010年，教育部提出“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，其目標(biāo)之一就是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。2016年成為《華盛頓協(xié)議》正式成員，中國開始推行與國際工程教育接軌的工程教育認(rèn)證。2017年，國家又提出了新工科建設(shè)，開啟中國高等工科教育做強(qiáng)、做優(yōu)的新征程。根據(jù)這些要求，我校制定了新的船舶與海洋工程專業(yè)培養(yǎng)方案，其中“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”學(xué)時(shí)大為增長(zhǎng)。本文結(jié)合我校的“海工類力學(xué)課程研究性教學(xué)改革”項(xiàng)目，以提升學(xué)生工程能力為目標(biāo)，從以下幾個(gè)方面對(duì)“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)改革進(jìn)行了探討。

1 教學(xué)內(nèi)容的革新

1.1 教材的選擇

目前，全國船舶類專業(yè)普遍采用的經(jīng)典教材，是由陳鐵云和陳伯真教授主編，上海交通大學(xué)出版社出版的“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”。該書以力法、位移法、能量法、矩陣法、平面應(yīng)力問題和板彎曲的有限元法為主要內(nèi)容和主線，講述了單跨梁、連續(xù)梁、剛架、板架、板的內(nèi)力計(jì)算方法。后續(xù)出版的基本教材也都是遵循著這個(gè)思想，只不過有的重點(diǎn)寫了解題步驟，有的引入了有限元計(jì)算的計(jì)算機(jī)內(nèi)容。但是，“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”的目的是分析、認(rèn)識(shí)船舶結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，而力法、位移法等計(jì)算方法只是用來分析認(rèn)識(shí)“結(jié)構(gòu)特性”的手段，二者是有區(qū)別的。我們教給學(xué)生的不能僅是計(jì)算方法，而應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生深入分析、認(rèn)識(shí)和掌握船舶等海洋結(jié)構(gòu)物的力學(xué)特性。因此，“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教材應(yīng)從實(shí)際的船舶結(jié)構(gòu)入手，分析它所受的載荷，如何將它簡(jiǎn)化為可接受的“計(jì)算模型”，最后介紹計(jì)算這種“計(jì)算模型”的方法，也就是前面所提的力法、位移法、能量法和有限元法等。目前的教材還無法很好的做到此點(diǎn)。只能是以經(jīng)典的“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”為基礎(chǔ)，教師精心組織授課內(nèi)容。

1.2 數(shù)值計(jì)算內(nèi)容的加強(qiáng)

隨著計(jì)算機(jī)能力的提升，有限元計(jì)算在船舶結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也越來越廣泛。那么在“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)中也應(yīng)該重點(diǎn)講述這方面的內(nèi)容。要講清它的原理，并結(jié)合典型的船舶結(jié)構(gòu)，舉例說明其應(yīng)用。可以介紹一些結(jié)構(gòu)計(jì)算的通用程序，讓學(xué)生在讀程序的過程中加深對(duì)原理的掌握。還可以結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，把當(dāng)前結(jié)構(gòu)計(jì)算的最新知識(shí)引入進(jìn)來。

2 教學(xué)方法的改進(jìn)

2.1 合理利用課堂教學(xué)手段

“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”的教學(xué)過程中，板書和多媒體的利用問題一直存在爭(zhēng)論。多媒體教學(xué)在介紹工程背景時(shí)效果較好，但容易使學(xué)生感動(dòng)疲勞，注意力不集中；傳統(tǒng)板書在講述原理和公式時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯，但完全用板書則不能跟上教學(xué)進(jìn)度。所以根據(jù)課程內(nèi)容對(duì)二者進(jìn)行合理的分配是比較有效的。比如，可以用多媒體展示工程實(shí)例，而采用板書講解計(jì)算方法，再用多媒體展示計(jì)算結(jié)果。這樣可以提高課堂的教學(xué)效果。

另外，由于現(xiàn)在實(shí)習(xí)條件的限制，學(xué)生看到的都是平面圖形。為了讓學(xué)生更好地理解船舶結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，在課堂教學(xué)中引入三維模型。比如：在講解約束對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響時(shí)，可以用實(shí)物模型來展示同樣的構(gòu)件在同樣的載荷作用下，但約束不同時(shí)的變形。這些比講述公式要真實(shí)的多，有助于學(xué)生理解。當(dāng)然，學(xué)生也可以加入到模型制作當(dāng)中來，既能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度又能鍛煉動(dòng)手能力。

2.2 對(duì)分課堂等新型教學(xué)方法的應(yīng)用

力學(xué)課程的教學(xué)方法要適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，也不斷改革實(shí)踐。張學(xué)新教授提出的“對(duì)分課堂”新型教學(xué)模式的核心理念是把一半課堂時(shí)間分配給教師講授，另一半課堂時(shí)間分配給學(xué)生以討論的形式進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)。講師的講授是引導(dǎo)性、框架式的講授，講解學(xué)習(xí)目標(biāo)、章節(jié)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)，與其它內(nèi)容的關(guān)聯(lián)和關(guān)系，在整個(gè)課程中的地位等。在相對(duì)宏觀的層面上，告訴學(xué)生“學(xué)什么、為何學(xué)、如何學(xué)”。而學(xué)生的討論以隔堂討論為主，這樣可以讓學(xué)生有吸收、內(nèi)化的時(shí)間，條件不足時(shí)也可以當(dāng)堂討論。比如，教師的講授以工程實(shí)例為切入點(diǎn)，講述某船體構(gòu)件的問題，求解問題的方法原理，讓學(xué)生來討論學(xué)習(xí)具體的解題方法、步驟。并探討解決問題的其它辦法，最后以作業(yè)的形式考查學(xué)生掌握的程度。

2.3 充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

課程學(xué)習(xí)資料，包括大綱、講義、課件、思考題、參考資料、講課視頻等都已經(jīng)上網(wǎng)。但是利用率不高，學(xué)生說沒有那么多的時(shí)間和興趣來看視頻。確實(shí)，網(wǎng)上的講課視頻就是課堂的重現(xiàn)，對(duì)學(xué)生沒有新鮮感，當(dāng)然引不起興趣。那么網(wǎng)絡(luò)資源，除了基本資料以外，是不是可以做成一個(gè)與課堂不一樣的網(wǎng)站呢？比如，把知識(shí)碎片化，錄制視頻時(shí)不以章節(jié)順序錄制，而是以知識(shí)點(diǎn)為主錄制微視頻。這樣，學(xué)生可以根據(jù)自己的問題有選擇性地學(xué)習(xí)。另外，設(shè)置小測(cè)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生在學(xué)習(xí)完后，可以在網(wǎng)上即時(shí)進(jìn)行測(cè)試，來檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。

2.4 設(shè)置開放性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

我們的“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”有四個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，主要是梁、板架的彎曲實(shí)驗(yàn)和桿的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析相對(duì)比，以鞏固所學(xué)的理論知識(shí)。但只是這樣，不能提高學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。應(yīng)該是教師提出目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，制定實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的管理措施，鼓勵(lì)并監(jiān)督開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3 考核方式改革

以往的考核，都是采取閉卷筆試的方式，試卷評(píng)閱由相關(guān)任課教師流水評(píng)閱，以實(shí)現(xiàn)教考分離。但這種一卷定終身的考核方式實(shí)際上并不合理，有些學(xué)生平時(shí)學(xué)的不好，但可能期末碰到的題正好是熟悉的，就考了高分；而有的學(xué)生平時(shí)學(xué)得很好，原理掌握也很扎實(shí)，但就是期末考得不好。所以一次成績(jī)不能說明學(xué)生的能力高低，應(yīng)考慮增加課堂考核環(huán)節(jié)，即增加課程作業(yè)、隨堂小考、小實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，這部分成績(jī)要占到總成績(jī)的50%以上。期末采用浙工大提出的“一頁開卷”考核方式，即允許學(xué)生將自己歸納的知識(shí)點(diǎn)手寫在一張紙上帶入考場(chǎng)，從而幫助學(xué)生不死記硬背公式，而把主要精力放在對(duì)課題的理解上。“一頁開卷”的命題不再是考查學(xué)生掌握知識(shí)的情況，而應(yīng)該轉(zhuǎn)向考查學(xué)生的思考、應(yīng)用能力。這與前面教學(xué)方式的改革也是一脈相承的。

4 結(jié)語

基于工程能力提升的目的，我?！按敖Y(jié)構(gòu)力學(xué)”課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式上進(jìn)行了一些改革探索，取得了較好的效果。在探索的過程中，有兩點(diǎn)值得注意：（1）注重原理的掌握，而不是具體的方法。（2）要與工程實(shí)際相結(jié)合，不能知識(shí)片面化。

“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程改革是一個(gè)不斷改進(jìn)的過程，但只要真正“以學(xué)生為中心”，那么“船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)”必將在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造領(lǐng)域創(chuàng)新人才的培育方面起到重要的作用。

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