国际研究型大学《结构动力学》课程研究生教学比较研究

摘要：本文调研了麻省理工学院、斯坦福大学、剑桥大学、新加坡国立大学、东京大学、苏黎世理工学院等国际著名研究型高校土木工程专业修课型硕士生、科研型硕士生和博士生的培养计划和《结构动力学》课程教学计划，并比较了《结构动力学》相关课程的修课要求、课程序列、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等内容，通过比较研究对我国土木工程专业研究生教学改革中的《结构动力学》课程建设提供了有意义的建议。

关键词：结构动力学；比较研究；课程建设；研究生

一、引言

《结构动力学》是土木工程专业研究生培养阶段的重要课程，是结构抗震分析、结构抗风分析、结构抗爆分析、结构振动控制、结构健康监测等课程学习与课题研究的基础。随着大跨桥梁、高耸楼宇等柔性结构的大规模建设，工业界对土木工程专业技术人员在工程结构振动方面的理论认识和工程直觉的要求越来越高，《结构动力学》课程在土木工程专业学生培养中的重要性也愈发突出。特别是在国家和社会日益强调创新性人才培养的今天，如何通过课程教学帮助学生们从本质上理解工程问题、从而创新地解决工程问题成为工程学各专业高等教师面临的巨大挑战。

本研究调研了若干国际顶级研究型大学土木工程专业修课型硕士生、科研型硕士生、博士生培养计划和《结构动力学》课程教学计划，希望通过对比研究对我国土木工程专业相关课程的教学改革提供有意义的参考。

二、样本选定与资料搜集

本研究采用网络调查的方式调研了六所国际著名研究型大学的土木工程专业。这六所高校根据2011年QS世界大学排行榜土木工程专业榜单选定，包括：排名第一的美国麻省理工学院（MIT）、排名第二的美国加州斯坦福大学（SU）、排名第三的英国剑桥大学（UCAM）、排名第七的新加坡国立大学（NUS）、排名第八的日本东京大学（TU）、排名第十的瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH））。这六所高校均为土木工程专业排名世界前十的高校，同时兼顾了区域和国家的分布（北美、欧洲、亚洲区各两所），以期最好地代表不同文化背景下相关课程的教学。调查过程中主要注意搜集了以下四方面的资料，包括：（1）相关院校土木工程专业结构工程方向修课型硕士生、科研型硕士生、博士生的培养方案；（2）相关院校课程体系列表与介绍；（3）《结构动力学》相关课程的教学大纲、教学计划、教学资料；（4）《结构动力学》相关课程教师的教学情况介绍等。

三、比较分析

基于搜集到的相关原始资料，本研究在以下六方面进行了比较分析，包括：修课要求、课程序列、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等。

课程修课要求比较表明（如表1所示）：对于修课型或工程型硕士生培养，MIT和SU规定《结构动力学》课程为核心必修课程，其他四所学校则规定《结构动力学》相关课程为结构工程方向研究生的限定选修课程；对于研究型硕士或博士培养，六所学校均给予研究生较大空间确定自身修习范围并建议学生根据自身的学术兴趣和导师意见选修课程列表中出现的不同深度的《结构动力学》课程。

注：C—必修课程；R—限定选修课程；S—建议选修课程；A—任意选修课程。

《结构动力学》课程序列比较表明：由于本科阶段各校均会以不同课程讲授结构动力学理论基础知识，因此在研究生阶段，各校围绕《结构动力学》的教学主要在于开设以介绍土木结构振动现象及相应的结构动力学工程应用为主的进阶课程（如MIT、SU、UCAM、ETH、NUS、UT）以及以介绍结构动力学中复杂物理问题及理论模拟与分析方法（如MIT、UCAM与ETH等的非线性振动、SU与UCAM等的随机振动等）为主的高级课程。进阶课程通常供修课型硕士生学习，也可供本科高年级学生、科研型硕、博士研究生选修。高级课程则通常面向科研型研究生不定期开课。

课程教学内容比较表明（如表2所示）：为了保证课程的完备，不论基础课程中有无覆盖，进阶课程中结构动力学的基本理论知识通常都会加以介绍，同时以结构在各种动力荷载下的结构振动现象模拟和响应分析方法作为重点。这些动力荷载引起的振动现象包括：结构机（车）荷载振动模拟与响应分析（如SU、UCAM、ETH），结构人致振动模拟与响应分析（如ETH），结构地震振动模拟与响应分析（如SU、UCAM、ETH、NUS、UT），结构风致振动模拟与响应分析（如UCAM、ETH、NUS、UT），结构爆炸冲击振动模拟与响应分析（如UCAM、ETH、NUS）等。同时，作为面向工程应用的进阶课程，结构减灾设计方法、结构抑振理论方法及技术、结构动力测试原理与技术也是各校课程中会讲授的内容。另外，UCAM和ETH还介绍了结构动力灾变分析中经常需要采用的非弹性动力响应分析方法。

课程教学方式比较表明：虽然课堂讲授基础理论知识是最主要的教学方式，但在进阶课程中，教师们更多地运用了实践活动的教学方式。这些活动包括工程课程设计与分析（如UCAM、UT）、实验室参观与实验演示（如MIT、ETH）、电算辅导（如UCAM）等。这些活动的引入加深了学生对工程现象及工程活动的理解、强化了对学生运用课堂知识解决实际工程设计、咨询课题能力的培养。

课程考核方式比较表明：虽然包含有标准答案的封闭问题的笔试仍然是一种最主要的考核手段，但面向开放或半开放工程顾问或研究课题的项目报告成为各校进阶课程考核的重要内容（如MIT、UCAM、UT）。应该说，这是与研究生进阶课程的教学目标和教学内容相适应的。在学生掌握了基本理论知识后，在课堂上引入具有一定开放度的工程课题，不但给学生提供了活学活用基本理论知识的空间、有利于学生加深理论认识，而且给学生面向实际凝练问题、分析问题、解决问题的训练，有利于学生提高工程思维和创新能力。这些训练对于学生不论是将来从事工程设计顾问的工作还是工程理论研究的工作都是十分重要的。

课程教学资料使用情况比较表明：对于面向高年级本科生和研究生的进阶课程来说，讲义和指定的教科书虽然仍然为主要的教学资料，但教学参考书和参考论文的数量明显增加（如MIT、UCAM、ETH）。这对于已经建立了基本概念又学有余力而且对相关课题感兴趣的学生来说，是一种很好的补充。

四、结论

本文调研了国际顶级研究型高校土木工程专业各层次培养中的《结构动力学》相关课程的修课要求、课程序列、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等内容，得出如下结论：

1.《结构动力学》相关课程的教学是研究型高校土木工程专业研究生培养的重要组成部分，通常包括以介绍土木结构实际振动现象及相应的结构动力学工程应用为主的进阶课程，并配以介绍结构动力学中不同复杂物理问题及理论模拟与分析方法为主的高级课程。

2.进阶课程的教学内容在介绍基础理论的同时，通常会引入对土木结构在不同动力荷载（如地震、强风、爆炸、机床、车辆、人群）下的动力建模、动力行为特征和分析方法的讲授，并介绍相关的测试及抑振方法。

3.课程的教学方式在注重课堂讲授的同时通常会引入工程课程设计与分析、实验室参观与实验演示、电算辅导等实践活动内容。考核方法中则会将工程课题分析研究项目报告作为笔试考核的重要补充。课程资料除讲义和教科书以外，通常教师会提供较多的教学参考书和参考论文，帮助学生根据自身兴趣和能力拓宽自身视野和研修范围。

参考文献：

[1]李国豪.工程结构抗震动力学[M].上海：上海科学技术出版社，1980.

[2]R.克拉夫，J.彭津.结构动力学（第二版）[M].王光远，等，译校.北京：高等教育出版社，2006.

[3]http：///university-rankings/world-university-rankings/2011/subject-rankings/technology/civil-engine

ering.

[4]http：//cee.mit.edu/postgraduate.

[5]http：//explorecourses.stanford.edu/search？view=&filter-coursestatus-Active=on&page=0&catalog=&q=structural+dynamics+CEE&collapse.

作者简介：孙智（1977-），男，湖北人，同济大学桥梁工程系，研究员，博士，研究方向：结构动力学、桥梁工程。