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中外土木工程防灾专业结构动力学课程比较研究
鲁正;翁渝峰
【期刊名称】《高等建筑教育》
【年(卷),期】2018(027)004
【摘要】在土木工程高等教育系列课程中,结构动力学课程作为不可或缺的重要分支,对在动力荷载作用下的结构进行受力及传力规律分析,并对相关工程结构进行优化等方面有重要作用.文章主要以新加坡国立大学、加州大学伯克利分校、麻省理工学院和同济大学为例,从课程要求、课程内容等多个层面对该课程设置进行探索和对比研究,发现各大学结构动力学课程的设置情况和课程内容,与大学研究生教育的特点和研究方向,以及所处国家或地区地理位置等因素有关.最后根据分析结果,提出相应的适合中国国情的教学建议.
【总页数】5页(P13-17)
【作者】鲁正;翁渝峰
【作者单位】同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092;同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0;TU3
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![[美]R.克里夫《结构动力学》补充详解及习题解](https://img.taocdn.com/s1/m/198055225627a5e9856a561252d380eb629423b8.png)
前言结构动力学是比较难学的一门课程，但是你一旦学会并且融会贯通，你就会为成为结构院士、大师和总工垫定坚实的基础。
结构动力学学习的难点主要有以下两个方面。
1 概念难理解，主要表现在两个方面，一是表达清楚难，如果你对概念理解的很透彻，那么你写的书对概念的表述也会言简意赅，切中要害（克里夫的书就是这个特点），有的书会对一个概念用了很多文字进行解释，但是还是没有说清楚，也有的书受水平限制，本身表述就不清楚。
二是理解难，有点只可意会不可言传的味道，老师讲的头头是道，自己听得云山雾绕。
2 公式推导过程难，一是力学知识点密集，推导过程需要力学概念清析，并且需要每一步的力学公式熟悉；二是需要一定的数学基础，而且有的是在本科阶段并没有学习的数学知识。
克里夫《结构动力学》被称为经典的结构动力学教材，但是也很难看懂。
之所以被称为经典，主要就是对力学的概念表达的语言准确，概念清楚。
为什么难懂呢？是因为公式的推导过程比较简单，省略过多。
本来公式的推导过程既需要力学概念清楚也需要数学公式熟悉，但是一般人不是力学概念不清楚，就是数学公式不熟悉，更有两者都不熟悉者。
所以在学习过程中感觉很难，本学习详解是在该书概念清楚的基础上，对力学公式推导过程进行详细推导，并且有的加以解释，帮助你在学习过程中加深理解和记忆。
达到融会贯通，为你成为结构院士、大师和总工垫定坚实的基础。
以下黑体字是注释，其它为原书文字。
[美] R∙克里夫《结构动力学》辅导学习详解第1章结构动力学概述… …第Ⅰ篇单自由度体系第2章基本动力体系的组成… …§2-5 无阻尼自由振动分析如上一节所述，有阻尼的弹簧-质量体系的运动方程可表示为mv̈(t)+cv̇(t)+kν(t)=p(t)（2-19）其中ν(t)是相对于静力平衡位置的动力反应；p(t)是作用于体系的等效荷载，它可以是直接作用的或是支撑运动的结构。
为了获得方程（2-19）的解，首先考虑方程右边等于零的齐次方程，即mv̈(t)+cv̇(t)+kν(t)=0（2-20）mv(t)+kν(t)=0（2-20a）此处公式应该为mv(t)+kν(t)=0，因为该节是无阻尼自由振，而且（2-20）的解，式（2-21）也是公式mv(t)+kν(t)=0的解在作用力等于零时产生的运动称为自由振动，现在要研究的即为体系的自由振动反应。
国际土木工程专业结构动力学课程本科教学比较研究摘要本文调研了6所国际著名高校土木工程专业本科培养计划和结构动力学相关课程教学计划，并比较了结构动力学课程的修课要求、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结构动力学课程的本科教学与课程建设提供了若干有意义的建议。
关键词结构动力学比较研究课程建设0 引言结构动力学是土木工程专业一门重要的专业基础课程。
然而，结构动力学又是一门比较难学的课程，不但对微积分学、微分方程、理论力学、材料力学、结构力学等方面的先修理论课程有比较高的要求，而且对于研习者对工程现象和理论概念的理解和抽象思维能力也有很高的要求。
特别是在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010- 2020 年）》明确提出实施卓越工程师人才教育培养计划①以来，如何在有限的本科教学课时内最有效地传输理论知识、培养工程思维、激发创新意识、养成卓越习惯更成为工程学各专业高等教师的艰巨挑战。
本研究调研了若干国际著名大学土木工程专业本科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结构动力学课程的本科教学提供有意义的建议。
1 样本选定与资料搜集本研究采用网络调查等方法搜集了6所国际著名研究型大学土木工程专业各层次的培养计划和课程大纲。
这6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，②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，以期具有最好的代表性。
这6所高校包括两所美洲区高校（排名全球第一的美国麻省理工学院（mit）③和排名全球第二的美国加州斯坦福大学（su））④、两所欧洲区高校（排名全球第三的英国剑桥大学（ucam）⑤和排名全球第十的瑞士苏黎世联邦理工学院（eth）⑥）、以及两所亚太区高校（排名全球第七的新加坡国立大学（nus）⑦和排名全球第八的日本东京大学（tu）⑧）。
2 比较分析基于搜集到的相关原始资料，本研究在以下5方面进行了比较分析，包括：修课要求、教学内容、教学方式、考核方法、教学资料等。
新工科背景下船海类专业研究生“高等结构动力学”课程的重构与设计作者：白旭杜越崔杰嵇春艳来源：《科教导刊》2021年第07期摘要“高等结构动力学”是船海类专业研究生的一门必修课程，在新工科的背景下，根据研究生教学的特点，对高等结构动力学课程进行设计与重构。
本文首先对新工科进行概述，其次提出了从课程教学中存在的问题与改进措施、教学内容设计、教学方法与考核三个方面对高等结构动力学课程进行设计与重构，从而提高课程的教学质量，使学生可以有效地把理论和实践相结合。
关键词新工科船海类专业高等结构动力学重构与设计中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2021.03.055Reconstruction and Design of the "Advanced Structural Dynamics" Course forPostgraduates of Ship and Marine Majors under the Background of New EngineeringBAI Xu， DU Yue， CUI Jie， JI Chunyan（School of Naval Architecture & Ocean Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhenjiang， Jiangsu 212003）Abstract "Advanced Structural Dynamics" is a core course for postgraduates in ship and marine majors. Under the background of new engineering， according to the characteristics of postgraduate teaching， the advanced structural dynamics course is designed and reconstructed. This article first outlines the new engineering course， and then proposes the design and reconstruction of the advanced structural dynamics course from three aspects： problems and improvement measures in course teaching， teaching content design， teaching methods and assessment， to improve the teaching of the course quality so that students can effectively combine theory and practice.Keywords new engineering; marine professional; advanced structural dynamics; reconstruction and design江苏科技大学船舶与海洋工程学科是国家特色建设专业学科，是中国船舶工业重要的人才培养基地之一，学校一贯秉承船舶与海洋工程行业的发展战略以及行业需求，培养复合创新型人才，重视把理论研究转化为应用技术和科技成果。
作者： 熊耕[1]
作者机构： [1]南开大学高等教育研究所,天津300071
出版物刊名： 现代大学教育
页码： 75-81页
年卷期： 2012年 第2期
主题词： 研究型大学;通识课程;专业课程;选修课;必修课
摘要：中美研究型大学的课程体系存在许多相似之处，同时也存在着较大的差异，这些差异表现在结构和内容两方面。
结构上，我国研究型大学通识课程所占比例小于美国大学，专业课程比例大大高于关国大学。
而我国大学的必修课比例远远超过美国大学，选修课则比例非常小。
在内涵上，相对于关国大学来说，我国大学的通识课程相对单薄，缺乏精心合理的设计。
在专业课程方面，我国重视课程的系统性、全面性。
美国大学注重学生对多样性知识的理解和能力的获得。
结构化教学研究国外研究现状结构化教学是一种教学方法，旨在帮助学生更好地理解和掌握知识。
在国外，结构化教学已经得到广泛研究和应用。
本文将介绍国外研究现状，以及结构化教学的特点和优势。
一、国外研究现状在国外，结构化教学被广泛研究和应用于不同学科和教育阶段。
研究者通过实验和观察，探讨了结构化教学对学生学习成绩和学习动机的影响。
研究发现，结构化教学可以提高学生的学习成绩，增强学习动机，促进学生的自主学习能力和创造力。
研究者还对结构化教学的具体教学策略进行了研究。
他们发现，结构化教学注重激发学生的兴趣和主动参与，通过提供清晰的学习目标和任务，帮助学生建立知识框架和解决问题的能力。
同时，研究者还注意到教师在结构化教学中的角色，他们扮演着指导者和引导者的角色，帮助学生理解和应用知识。
二、结构化教学的特点结构化教学有以下几个特点：1. 清晰的学习目标：结构化教学通过明确的学习目标，帮助学生知道他们要学什么，为学习提供明确的方向。
2. 有序的教学步骤：结构化教学按照逻辑顺序组织教学内容，帮助学生建立知识框架，将零散的知识点组织成有机整体。
3. 多样化的教学策略：结构化教学采用多种教学策略，如讲解、讨论、实践等，帮助学生从不同角度理解和应用知识。
4. 强调学生的主动参与：结构化教学注重学生的主动参与，通过小组合作、问题解决等活动，激发学生的兴趣和学习动机。
5. 反馈和评价：结构化教学注重及时的反馈和评价，帮助学生了解自己的学习情况，及时调整学习策略。
三、结构化教学的优势结构化教学具有以下几个优势：1. 提高学习成绩：研究表明，结构化教学可以提高学生的学习成绩，帮助他们更好地掌握知识和技能。
2. 增强学习动机：结构化教学通过激发学生的兴趣和主动参与，增强学生的学习动机和自主学习能力。
3. 培养批判性思维：结构化教学注重培养学生的批判性思维能力，帮助他们理解和分析问题，提出合理的解决方案。
4. 培养合作精神：结构化教学通过小组合作和讨论，培养学生的合作精神和团队意识，提高他们的协作能力。
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-unive rsity-rankings/2011/subject-rankings/technology/civil-eng ine
ering.
[4]http：///postgraduate.
[5]http：///search？
view=&filter-coursestatus-active=on&page=0&catalog=&q=str uctural+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。
