第３３卷第１期 技术与 创 新 管 理 Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．１ ２０１２年１月 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＩＮＮＯＶＡＴＩＯＮ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ Ｊｕｎ．２０１２ 【高等教育与研究】 土木工程专业计算力学类课程教学体会 熊光红，邱继生，文艳芳，任建喜 （西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安７１ｏｏ５４） 摘要：计算力学类课程教学是土木工程专业教学的重要组成部分，这类课程的教学效果直接影响学生的素质和 创新能力。文章从教学实践的经验中总结出目前该类课程在课程体系设置、理论教学与实践性教学相互关系，以 及考核方式等方面存在一些不足，提出了改进的具体措施。这对提高学生学习的积极性、改善教学效果，进一步提 高该类课程的教学质量有一定参考价值。 关键词：计算力学类课程；课程体系；实践性教学；考核方式 中图分类号：ＴＵ ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—７３１２（２０１２）０１—００９９—０３ Ｔｅａｃｈｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｉｎ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＸＩＯＮＧ Ｇｕａｎｇ—ｈｏｎｇ，ＱＩＵ Ｊｉ－ｓｈｅｎｇ，ＷＥＮ Ｙａｎ—ｆａｎｇ，ＲＥＮ Ｊｉｎａ－ｘｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ｔ２ｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｔｉｙ ｆｏＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’帆７１００５４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｃｏｕｐｅ ｈａｓ ａ ｄｉｒｅｃｔ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｕｄｅｎｔｓ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒｓ ｈｏｌｄ ｔｈａｔ ｈｔｅｒｅ ａｒｅ ｓｏｍｅ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｉｎ ｃｕｒｒｉｃｕｌｕｍ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ，ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｈａｖｅ ｓｏｍｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｅ— ｉｎｇ ｌｅａｒｎｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ ａｎｄ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｃｏｕｒｓｅｓ；ｃｒｒｉｃｕｌｕｍ；ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ；ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ １ 引 言 杂和计算精度要求不断提高的前提下，这一标准离 不开在力学分析中计算机这一高效辅助工具的应 现阶段社会对土木工程专业的人才需求量非常 用。在土木工程的各个专业中，掌握计算力学理论、 大，而且对人才素质的要求日益提高，不再满足于以 使用计算机进行程序设计和计算等成为衡量学生整 往的能看图会施工，而要求懂设计，能计算，善于解 体素质的重要方面…。计算力学类课程在各个开 决工程现场突发问题的综合性复合人才。工程的日 益复杂和人才素质要求的日益提高对土木工程专业 设土木工程专业的高校中都受到重视 Ｊ。 人才的教育和教学工作都提出了更高的要求，特别 计算力学基本理论、程序设计、程序调试和软件 是在力学类课程的教学中提出了更高的标准。要求 使用是计算力学类课程的重要内容 Ｊ，但由于各个 学生在了解常规结构分析方法的基础之上，能够进 相关课程教学过程的跨度大、课内学时较少、设备有 行复杂的结构计算、计算效率高；并且能够通过大量 限、考核方式不够灵活等条件的，影响了教学质 计算掌握计算结果的一般规律。在结构形式日益复 量的提高。 收稿日期：２０１ｌ一０４—１ｌ 基金项目：西安科技大学教育教学改革项目土木工程专业“卓越工程师教育培养计划”研究与实践（ＪＧ１００１５） 作者简介：熊光红（１９７６一），女，陕西西安人，讲师，主要从事土木工程专业的教学与研究工作． ・１００・ 技术与 创 新管理 第３３卷 ２ 目前存在的不足之处及改进措施 目前在计算力学类课程教学过程中表现较为突 加费解。 针对上述问题，有些院校在专业课程的讲授中 已经将计算结构力学作为弹性体有限单元法分析的 个章节——杆系结构有限单元法，从而将有限单 元法作为一个整体概念教授给学生，但这仍然无法 一出的问题是：第一，课程设置不尽合理；第二，理论教 学与实践教学未达到相辅相成；第三，考核体系不尽 完善。 ２．１合理的课程设置 避免计算机语言课程与专业理论课程教学上的脱 节。我们认为，打破原有的课程体系，将计算力学类 我校为土木工程各专业开设的计算力学相关课 课程有机的结合在一起，形成一门新的课程，ＦＯＲ— 程有：ＦＯＲＴＲＡＮ语言、计算结构力学、有限单元法。 ＴＲＡＮ语言及其在工程力学中的应用 Ｊ，结合土木 这些课程时间跨度大，学生往往学了后面忘了前面， 工程各个专业的特点，把计算机应用教学和力学程 不能形成一个整体知识体系。因此教学效果很不理 序设计教学融汇在一起，围绕力学程序展开语言，可 想，学生基本上不具备编程和上机操作的能力。另 以收到事半功倍的效果。这体现在，首先，语言紧紧 外，每个课程的教学基本呈现铁路各管一段的 结合专业，学生学习目标明确，兴趣很高；同时力学 情况，教学内容相互之间存在重复和无法衔接的现 程序设计中的难点和常用技巧被分解开，结合语言 状。 讲解使学生不知不觉地掌握力学程序设计的基本方 作为公共基础的计算机应用入门课程的ＦＯＲ— 法，得到比较完整的计算机应用训练。当然也有人 ＴＲＡＮ语言课，一般是在第四学期开设，以后有相当 会质疑，这样会不会失去了计算机教育的通识性，我 的时间不再接触，要用时多数学生已荒废殆尽，而且 们认为一般情况下计算机应用只要人了门，向旁的 语言教师一般不了解后继专业课的需要，就语言教 领域扩充是比较容易的，因此，以力学程序设计为中 语言，再加上实践机时少，学生学习兴趣不高，无法 心进行计算机应用教学并不失丢一般性．。 为后继的程序设计提供必要的知识和训练。力学程 ２．２理论教学与实践教学互补 序设计中需要使用的一些比较深入的语言手段，例 计算力学类课程是理论性和应用型相结合的一 如数组的应用、子程序、文件Ｉ／Ｏ等比较抽象，难以 门基础科学，其基础理论在２Ｏ世纪中期已趋于成 在语言课中讲清楚，只有在实际使用中才能有较深 熟，但内容相对陈旧。随着科学技术的进步，其理论 的体会。这样，给后继课程的教学和学习造成很大 及应用有了飞速的发展，为适应新形势，培养学生的 困难，专业课程教师不得不花许多时间在复习语言、 创新能力和综合素质，针对专业特点，我们将该类课 上机操作上，有些内容可能还需重讲。 程的教学结构层次划分如图１所示。 计算结构力学和有限单元法这两门课程，在课 堂教学中均以计算理论教学为主。计算结构力学主 要涉及杆系结构力学分析的数值计算方法和程序设 计。有限单元法主要介绍弹性体力学分析的数值计 算方法［５】，但这两门课的计算思路是完全一样的， 均是将力学上的偏微分方程，通过单元的离散转化 成为一系列线性方程组从而完成计算，其计算理论 从变分原理到单元分析再到数值算法，有许多内容 存在重复。以计算结构力学中平面刚架计算程序为 图１ 计算理学类课程教学结构层次 例，计算结构力学在介绍平面杆系单元的单元刚度 方程建立之后花了大篇幅介绍总刚度矩阵的组集、 在理论基础这部分内容中，以往的授课方式是 边界条件的引入、方程的优化、求解方法等内容，而 从变分原理开始介绍有限单元的基本概念，进而到 后面这几部分内容在有限单元法的平面问题和空间 各类问题中单元的选取和单元相关物理量之间的数 问题中也被作为重点理论内容介绍。这些内容上的 学模型的建立，再介绍数值算法和计算结果的分析。 重复，不仅浪费了有限的理论教学课时资源，同时也 在这一过程中涉及大量较为生涩和学生避之不及的 造成了部分学生概念上的混淆，使之对理论分析更 数学计算理论和计算过程。按这一思路讲解完成， 不仅耗费较多的课时量，学生学习兴趣也不高，而且 第１期 熊光红等：土木工程专业计算力学类课程教学体会 ・１０１・ 部分学生还可能被这些数学概念和计算过程所左 右，在学完整门课程之后仅仅只了解了几个数学推 理的计算的过程，而忽略力学分析的整体思路，对有 限单元法分析的全过程不知所云，这是最典型的 “功倍事半”。 近几年的教学实践中，通过发现问题、解决问 题，我们总结了该类课程理论部分内容教学的较为 理想的途径。计算力学类课程的教学面向对象往往 是土木工程专业高年级学生，他们面临着就业或进 一步深造这一系列现实压力。一方面他们知道该类 课程学习的重要性，另一方面却又分不出更多精力 来细细琢磨数学计算的过程。针对这一情况，近几 年的该类课程教学中，我们将教学重点放在构建整 体理论知识体系上。在讲授理论知识部分的同时， 力争使理论体系简洁易懂，对于较难问题不做数学 上的严格证明。分出一部分理论课时放在理论基础 在工程结构计算应用方面，从而提高学生的综合应 用能力。如通过计算力学类课程的学习了解工程当 中常见结构的力学模型建立方法、分析步骤、计算结 果的分析等 卜引。这不仅帮助学生较快构建整体理 论知识体系，而且又切实传授了应用的技能技巧，使 之能够运用这一工具解决现实问题。 在强调学生创新能力培养的教学理念下，我校 新版的土木工程专业人才培养体系当中，对计算力 学类课程应用能力的培养提出了更高要求，要求学 生在学习了该类课程后掌握相关领域内软件的使用 方法，能够用之解决实际工程问题。我们深知该类 课程的理论来源于实践又将指导实践，所以在重视 理论知识传授的同时，该类课程的教学另一大特点 就是要教会学生如何用掌握的理论进行实际工程问 题的分析，让学生知道如何将理论计算方法应用于 实际，杜绝纸上谈兵情况的出现。在该类课程的实 践教学方面，学院给予了大力支持，设置了数值模拟 实验室，购置了相关软件，同时支持了以下几项教改 措施。首先，增加了实践性教学环节的课时量，该类 课程中基本按２：１的比例设置了上机实践环节。第 二，改变以往介绍程序编制、调试方法的教学模式， 在了解程序编制及调试基本原理后，用较多时间介 绍土木工程领域内常用、通用或专用软件，使学生在 软件学习过程中了解该类课程发展现状，并且掌握 软件的应用方法。第三，在课内上机实践的同时，增 设实训环节，结合专业特点给出一些大型分析题目 进行实训练习，在不占用课内学时的同时学习更多 的分析方法。 通过这一系列举措的实施，学生计算力学的应 用能力切实得到了加强。近几年学生参加大学生 “挑战杯”竞赛、结构设计大赛、大学生创业大赛等 取得了不错的成绩，同时也将计算软件应用于课程 设计和毕业设计之中。 ２．３考查及考核体系的改进 计算力学类课程对学生在力学理论和计算机应 用方面均有较高要求，在以往的考核中大都以笔试 形式为主，主要考核学生对基本概念理论的掌握，而 将理论应用于解决实际问题的实践的应用能力掌握 如何考核的很少，学生要么为应付考试而考试，要么 只是死记硬背基本理论，几乎不知道怎样应用。为 了改善这一情况，我们将该类课程的考核分成两部 分。第一部分平时考核，这部分主要考核日常学习 过程中学生理论知识的掌握程度和编程或应用程序 解决工程问题的能力。主要体现在，在完成一定量 的理论教学后，要求学生用文字和简单公式的方式 叙述某类问题分析的思路和框架，同时给出一些专 业领域内工程当中的实际力学问题，要求学生进行 力学模型的建立，编程或应用软件完成结构数据化 描述、程序调试或计算，进行计算结果正确与否的判 别，并对计算结果进一步分析写出上机实践报告，教 师根据报告情况给出平时考核成绩。第二部分是期 末理论考试，在传统考核基本概念和理论的基础上， 亦给出一些应用型题目，要求学生写出相关的分析 思路和程序框图，强化应用能力的考核。 ３结语 随着社会的发展和科学技术的进步，在当前提 倡创新和综合素质培养的氛围下，计算力学类课程 对于土木工程专业学生教育而言至关重要，如何提 高该类课程的教学水平，改善教学效果是从事该类 课程教学的教师应当不断思考的问题，笔者在总结 土木工程专业计算力学类课程教学经验和教训的基 础上，不断地完善教学方法，使学生在学习该类课程 中，做到了基础理论与软件应用相结合，软件应用与 工程实践相结合，较好地达到了教学目标。同时也 提出了一些改进教学效果和提高教学质量的改革措 施，不足之处在所难免，希望提出大家共勉，共同提 高土木工程专业人才素质，适应新时期专业发展的 需要。 （下转第１１５页） 第１期 安新革等：卢卡奇前后期思想转变原因之探究 ・１１５・ 阶级的阶级意识的成熟。这样以来卢卡奇就把意识 社，１９９１． 提到了无产阶级的核心地位，对传统的无 杜章．卢卡奇自传［Ｍ］．北京：社会科学文献出版 产阶级观提出很大的修正。这对我们今天的思 社，１９８６． 想创新有很大指导意义。十一届三中全会以来的改 马克思，恩格斯．马克思恩格斯全集［Ｍ］．第４６卷下． 革开放，使中国经济、文化、科技等各个领域取得举 北京：人民出版社，１９８０． 世瞩目的成就。改革开放不仅要在市场和经济领域 卢卡奇．关于社会存在的本体论［Ｍ］．上册．重庆：重 庆出版社，１９９３． 的开放，同时也要在指导思想和学说理论建设方面 卢卡奇．历史与阶级意识［Ｍ］．北京：商务印书馆， 开放。这就有利于我们扬长避短，完善理论。“西 １９９２． 方马克思主义对意识形态理论的贡献是巨大的，然 卢卡奇，张亮．卢卡奇早期文选［Ｍ］．南京：南京大 而其缺陷也非常明显”。 学出版社，２００４． 值得庆幸的是，当我们认识到卢卡奇在研究中 卢卡奇，王玖兴．青年黑格尔［Ｍ］．北京：商务印书馆， 存在的弱点时，我们就从理论上超越了卢卡奇，这种 １９６３． 超越注定会为我们对现实社会的研究奠定新的基 卢卡奇，程志民．理性的毁灭［Ｍ］．江苏：江苏教育出 础。总之，我们探究卢卡奇前后思想转变的原因，目 版社，２００５． １ － Ｊ １Ｊ １Ｊ １ｊ １Ｊ １Ｊ １Ｊ 的在于吸取其对马克思主义研究的精华。在建设有 孙伯．卢卡奇与马克思［Ｍ］．南京：南京大学出版 中国特色的社会主义过程中，理论与实际相结合。 社，１９９９． 站在一个新的高度，用全新的理念、开阔的视野来研 究问题，分析问题，最终指导社会主义建设的实践。 参考文献： ［１］卢卡奇．民主化的进程［Ｍ］．纽约：纽约州立大学出版 （上接第１０１页） 参考文献： 清华大学出版社，１９９７． ［５］ 钟万鳃．计算杆系结构力学［Ｍ］．武汉：水利出版社， 赵锡钱，丁成辉，蔡文豪，等．工科专业计算结构力学 １９８２． 教学中的若干问题［Ｊ］．江西工业大学学报，１９９２，１４ ［６］ 钟万姗，裘春航，吴金仙．结构化ＦＯＲＴＲＡＮ语言及其 （４）：９２—９６． 实现［Ｍ］．大连：大连工学院工程力学研究所，１９８０． ［２］ 王常明，王清，范建华．计算机仿真在土力学实验教学 ［７］ 王常明，王清，范建华．计算机仿真在土力学实验教 中的应用［Ｊ］．高等建筑教育，２００５（４）：９６—９８． 学中的应用［Ｊ］．高等建筑教育，２００５（４）：９６—９８． ［３］ 邱志平，王晓军，祁武超．航空航天结构有限单元法教 ［８］ 林安珍，郑荣跃．仿真模拟技术在建筑材料实验教学 学探析［Ｊ］．力学与实践，２００９（３１）：８７—８９． 中的应用［Ｊ］．宁波大学学报：理工版，２００５（２）：２７３— ［４］ 邵敏．有限单元法基本原理和数值方法［Ｍ］．北京： ２７５．
