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摘要：本文结合多年的教学实践与学生（在读与毕业）的反馈，总结了目前在土木工程专业研究生教学中，弹塑性力学课堂教学中存在的问题。从教学内容、教学方式等领域入手，对现有的一些教学手段、教学方式进行调整、改变与修正。结果表明，本文所提出的方法比较有效，能够提高学生对本门课程的兴趣与动力；另外，本文提出了教学改革的一些具体措施，对业界同行今后的教学工作提供一些参考。
关键词：土木工程专业；弹塑性力学；教学设计；教学改革
本文引用格式：刘平,等.基对于结构工程专业研究生教学的改革设想——以弹塑性力学课程为例[J].教育现代化,2019,6(18):44-46.
Teaching Reform of the Elastic-plastic Mechanics in Graduate Students
LIU Ping,ZHOU Guo-bao,SUN Kai
(Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang Jiangsu)
Abstracts:Combined with years of teaching practice and students in reading and graduation)feedback,currently in teaching of civil engineering graduate student,elastic and plastic mechanics of classroom teaching was summarized.Starting from the teaching content,teaching methods and other fields,to some of the existing teaching,teaching mode adjustment,changes and corrections.Results show that,the proposed method is more effective,can improve students on the course of interest and motivation.In addition,this paper presents some concrete measures of teaching reform,the industry peers in the future teaching work to provide some reference.
Key words:Civil engineering;Elastic-plastic mechanics;Teaching design;Teaching reform
一 引言
弹塑性力学是一门理论性较强的课程，其基本方程是基于基本假设，从问题的静力学、几何学和物理学三方面出发，根据严密的数学推导得到的一系列偏微分方程[1-3]。在教学中，由于内容抽象，经常存在着重理论、轻实践的现象，单一的理论推导与繁杂的公式使得教学过程比较枯燥，极大地影响了学生的学习主动性。土木工程专业的学生普遍感到弹塑性力学比较难学[4]，并且研究生学习方法与本科生有所出入，部分学生不能很好融入研究生的学习生活中来，再加上内容抽象、公式推导多、推导出的公式不知有何工程用途，也不知推导出公式的对错。但是，在现代工程，特别是土木工程、水利工程、机械工程、航天航空工程等大型结构的计算分析中，弹塑性力学的推导及计算方法是这些领域进行深入分析的基础。弹塑性力学也是一门力学基础学科，它不仅有限单元法、复合材料力学、断裂力学、结构动力分析和一些专业课程的基础，也是许多大型结构分析软件（例如ABAQUS、ANSYS和SAP2000等）的核心内容[5]。然而，在工程应用中，却存在着很多工程人员只会应用软件却无法判断结果对错以及计算出错后无法解决问题等现象[6,7]，这就是理论基础掌握不牢固不扎实造成的结果，由此可看出教学与工程相脱节的问题十分突出。根据以上实际问题，教师应该更加注重将专业知识与工程实例融入弹塑性力学理论教学中，通过讲授弹塑性力学理论在科研和工程中的应用及改进，使抽象的理论变得生动实际，激发学生的学习兴趣和想象能力，培养学生科研创新及解决工程问题的能力。
在实践教学中，对于弹塑性力学这门课遇到最常见也是最不想回答的一个问题是“学弹塑性力学有用吗”？一般而言，此时学生所问的“有用”与否是指在毕业工作后是否有用。因此，我只能无奈的回答“没用”。因为在实际工程实践中，不管是本人工程经验，还是毕业学生的反馈，确实很少能用到弹性力学、更不用说塑性力学。
经过梳理与实践教学，了解到目前的弹塑性力学教学中比较偏向于古典问题的解答，对学生解决复杂的工程问题缺乏相应的培养和引导。因此，学生不会利用弹塑性力学的理论来简化并解决实际工程问题；另外，教学与现代科学技术脱节，当代的弹塑性力学教学中，通常只教授弹塑性力学的解析解法，缺少对弹塑性力学中实验分析方法和数值分析方法的介绍和训练[8,9]。这样，学生不会熟练利用现代分析工具和手段，进行弹塑性力学问题的研究。综上，目前弹塑性力学课程的教学中主要存在的问题有：（1）理论教学与学生工程能力培养脱节目前，弹塑性力学课程的教学过于注重数学公式的推导，忽略结果的对比分析；（2）对塑性力学的内容讲解尤其是习题练习较少，一般只介绍概念等定性内容。因此，本文针对这些现象，结合教学实践，探讨了一些手段与方法，以增强学生的兴趣与主动性。
二教学内容与教学方式的改革
（一）从材料力学、结构力学引入问题
土木工程研究生阶段，弹性力学/弹塑性力学基本是所有学校的必修课程[10]。在所有力学类课程中，理论力学、材料力学、结构力学在本科阶段就会教授，而且是重点课程。因此，在教学中，所有的概念、问题基本是从材料力学入手，逐步扩大到弹塑性力学、塑性力学[11]。比如说，结构力学的平截面假设，作者在弹塑性力学教学中通过求解弹塑性力学问题，证明平截面假设的正确性以及平截面假设的应用范围（与深梁相比较）。同时因为学生在本科时期接触到的都是二维平面知识，突然讲到三维部分学生可能会出现参数过多而导致“脑子转不过来”的现象，因此授课时建议以二维起手，再进行以三维公式结论的证明，引导学生逐步深入弹性力学的范畴与解题思路，还可以给学生以“弹性力学比较有用”的印象。根据学生反映学生在本科时期学习的高数偏微分问题不能很好的联系到实际问题中，因此在弹性力学（弹塑性力学）中突然出现的很多偏微分量不能够很好的联系到实际的物理意义上去，因此在教授课程的时候尽可能解释偏微分量的物理意义，这样会更好的帮助学生理解，但同时也要给学生留下思考的空间，如国画中的“留白”。还有如“圣维南”原理等，浅入深出的讲授，利用工程实例可以更好的增加学生对原理的理解与运用，以此来培养锻炼学生的综合分析实际问题的能力，从而达到学生自我学习和自我解决问题的能力。
（二）拓宽学生知识面
现代科学技术的飞速发展，尤其是硬件、软件计算技术的同时进步，加上研究生培养的关键指标是其创新能力，而对土木研究生来说，创新能力的培养主要来自于对工程界前沿课题的研究，这使得科学界和工程界对土木研究生的基础理论要求越来越高。
为此，在土木工程专业弹塑性力学课时较少（本文作者学校为48课时）的情况下，在进行对传统教学内容和教学方式的改革时，一方面为了拓宽土木工程专业学生的知识面，可以增加弹塑性力学建模、塑性实验设计、应变片测量结果分析、坐标、球坐标系下的弹性方程等实践性内容，尤其是对能量法等一些近似解法内容和数值解法内容作了比较大的训练，辅之以当今社会最近的热点问题为学生今后进一步学习、研究及工程实践奠定坚实的理论基础；另一方面可以开设网络课程来弥补在课堂上因讲解工程实例所占的用的课程时间。因为现如今网络教学的兴起，经调查已经有很多学生通过这种方式来进行学习（笔者所带土木研究生班级共41人，有35人是通过网络视频学习考上的研究生，这充分说明通过视频学习的方法是可行的）。
（三）掌握数值分析工具
现代数值分析方法的应用，改革后的教学内容和新编教材，应更加注重给学生奠定坚实的基础理论并培养学生解决实际问题的能力，不仅使学生深度理解理论分析方法，也要学生熟练掌握数值分析工具，使学生能利用基础理论指导对科学和工程问题进行具体分析。
使用数值软件时，需要处理好的一个问题是软件版权问题。实践教学中发现，由于本校所拥有的版权是在学校机房中才能使用，而学生普遍是在自己的笔记本电脑上装未正规授权的软件注。因为只是在机房电脑上才可以用的话，学生就会普遍有抗拒心理，而在笔记本电脑上装正版软件也不是一件现实的事情，所以这是一个需要解决的问题。
（四）加强复杂弹塑性力学问题计算和分析训练
与传统的弹塑性力学著作不同，改革后的教学内容和新编教材为了加强学生的动手能力和结果分析能力，补充了计算机MATLAB分析平台和大型通用结构分析软件的介绍，增加了一些数值分析算例，并将理论分析方法与数值分析方法的结果进行对比，以使学生能熟练利用现代数学工具，进行复杂弹塑性力学问题的计算和分析，注重培养学生熟练利用弹性理论和现代分析工具计算和分析实际工程问题的能力，以及解决科学问题的能力。
三考核方式的改革
对于考核方式，一般的传统方式还是填空、选择加计算题，以及这些题型的组合。事实上，要在考核方式上做出改变比较难，毕竟考核内容无法改变，也不应改变。本文作者从2014级研究生开始，尝试在考核过程加入一些与实践相结合的内容，以课程设计或大作业的形式布置给学生。为了适当给学生压力或者动力，此项内容的成绩占总成绩的20%-25%根据2014级与2015级的表现，总体而言，通过大作业的形式所展现的内容，比直接通过考试而展现的内容，学生理解得要好一些。另外，在作课程设计时，我要求学生按论文的形式提交作业，通过这种训练，学生对于论文写作的技巧大为提高，对此很多学生的导师反馈非常好。
由于课程大纲及学校规定的限制，考试成绩占比不能少于60%，因此，给予大作业更高的权重有些不太可能，如何更好的发挥这种课程作业的训练以后还需要进一步的探讨。
四结论
从以上问题的分析，学生不能很好的理解这门课程的主要原因有:
1.公式中各字母的物理意义不清晰，这导致了突然给出了一堆数学公式学生不能很好接受。
2.有很多东西没有结合工程实例，导致学生认为这不重要，从而失去学习兴趣。
3.一些学生没有被激发兴趣，从而没有很好的预习复习也是一部分原因。
笔者针对这些问题，再结合多年教学经验中学生反映的很多东西，认为可以向中学语文学习分段那样，进行总分总式教学，即先对整门课程进行剖析，使学生明白这们课程主要的学习目标以及要求，然后再正常进行每一章节的教学，中间穿插工程实例，同时要注意让学生回顾学过的章节进行课程总结。这种基于课程体系的教学方法可以使学生明白自己在学什么，不会因为个别章节公式复杂，内容繁复就丧失了学习兴趣。经过实践,这种教学方法取得了初步的良好效果。
在弹塑性力学课程的教学中，应加强学生的工程意识，培养学生分析和解决科学和工程实际问题的能力。应将理论教学与现代科研及工程实践相结合，不断改革和更新教学内容，编制相应的教材，探索培养土木工程专业创新实用型人才的教学内容和教材改革。
注
作者在任何场合与渠道中，均没有传播与允许学生使用非正规授权软件。
参考文献
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