基于技术开发软件成果的本科生结构抗震知识培养与拓展训练

李建波 丁英俊 林 皋

大连理工大学建设工程学部海岸与近海工程国家重点实验室 辽宁大连 116024

当前，高等教育实现了精英教育向大众化教育模式的转型，规模显著扩展。在传统课程体系下，本科生的基础理论与知识架构方面保障有力，但在工程实践能力和创新能力方面有所不足。国家对复合型人才的需要不断增加，企业对高校毕业生的要求也在不断提高，不仅要有扎实的理论基础，而且要具备较强的实践能力和创新能力，尤其是源于实践的熟练程度和驾驭实践基本原理的能力。目前，水工结构的发展步入新的阶段，在近年来地震灾害频发的背景下，抗震防灾专业尤其是水工结构抗震的相关从业人员担负着更重要的责任与使命，而如何培养理论素质高、实践素养强的高水平应用型人才，是高校迫切需要解决的问题。

1 本科生实践教学环节中的问题

近年来，各高校在不断地进行教育体制的改革和创新，但仍受着传统的教学模式和观念的影响，在一定程度上限制了大学生实践和创新能力的培养[1]。

在高等教育工科生培养的实践教学环节中，目前各高校均增加了对创新教育课程和实践性教学环节的研发与投入，统筹规划创新性实验计划、学科竞赛、课外科技创新、科研成果进实验等活动[2,3]。

实践能力强的学生更能从就业竞争中脱颖而出。我国目前工科教育正努力实现理论与实践相结合，以文化基础课、专业理论课、专业实习的顺序分三段式课程教学进行，目的是希望前阶段的文化基础课为后阶段的专业理论学习奠定基础，专业理论学习为后面的专业实践实习奠定基础。但这样的模式学生不能从全局的角度来认识专业、体会专业，往往容易造成理论与实践的脱离。

与以任务为导向的企业实践相比，大多数高校以知识架构为出发点进行课堂教学，因而容易造成与科研实践脱节的现象。课堂教学往往以书本、成熟的资料为载体，每节课均有需要完成的大纲任务，课时相对较短，缺乏围绕某项任务连续性的环节，针对系统的知识缺乏长阶段的探索与挖掘。

一方面，从学生角度看，学生参与科研的机会、层次并不多，也不够系统化，多以目的性较强的短期特定课程或相关竞赛为途径。目前强调的校企合作，以企业实践为背景的课题，在本科生教学中缺乏切实可行的切入点。另一方面，在创新型人才的培养过程中，教师的观念水平是影响人才培养质量的重要因素，部分高校的教师将科研工作放在首位，科研中的创新性思维在教学中难以表达，因而导致在创新型、复合型人才培养过程中部分教师成为薄弱环节。教师是这问题解决的主要因素，解决这类问题需要教师站在不同角度进行思索，在教学环节中逐步将科研成果应用于实践教学中，但这一过程，如果教师科研选题不恰当或者把握不好学生接受的难易程度，容易导致学生缺乏兴趣，从而无法取得很好的效果。接受知识需要一个周期较长的、循序渐进的过程，单纯性的课堂理论授课如不能很好结合教师的科研成果，将不能满足学生充分掌握、消化知识的标准与要求[4-7]。

2 探索学生专业素质培养的实践教学新模式

实践创新教育是世界各个国家高等教育均十分重视的人才培养环节。不同国家将实践创新教育渗透到日常教学中，充分发挥学生的自主意识，重视学生成果，进行了一系列的探索。美国高校一直对培养学生的创新能力和实践能力非常重视。通过将基础研究、教学与工业创新直接联系在一起，并与企业界进行全面的合作。德国常采用“学生+工程师”的团队工作方式，在科研开发中，强调“高校+科研院所+企业”的研究模式，专业课教学中，大多讲授内容直接来源于生产实践，甚至是企业界正在使用的新技术。法国实行不间断的实习制度，包括每周3～4小时的责任实习，学生在责任实习期间，高校要负责组织全部的教育教学工作。众所周知，校外企业实习在培养学生实践能力方面逐步发挥着重要的作用，但在实习方式、实习指导等内容的安排方面存在一些不合理的因素，致使原有的积极作用没有有效发挥出来。那么在校企之间是否存在可用于本科生实践教学的交集的学术成果呢？在这一背景下，针对工程抗震专业领域，基于技术开发软件成果的知识培养与拓展训练，可低成本地使学生快速融入被业界所认可的实践模式中。

在众多的科研成果中，软件成果，尤其是与生产企业合作开发的专题软件，具有一定的独特性。第一，这类软件往往是某方面科研工作有效积累的具体体现，与专业基础知识、实践能力、技术推广应用均密切相关。第二，这类软件是以代码的形式对理论方法及规范要求的通用性的表达。通过对这一表达形式的理解，可快速掌握基础理论的实现途径、分析方法与具体模型等。第三，这类软件在研发过程中，在设计等生产环节得到了较广泛的应用，且已根据生产企业的反馈建议多次进行了补充与完善，日趋成熟，说明软件采用的方法与取得的成果被高校科技界与企业界共同认可。简言之，科研软件成果是专业知识在生产实践环节的综合体现与整合。笔者以大连理工大学2项自主知识产权的结构抗震防灾软件成果重力坝静动力分析GravDam软件、人工波拟合与波谱分析软件为例，开展了利用科研软件成果的本科生业务实践能力培养的探索，推进不同实践教学措施的衔接与融合，推进校企合作运用于本科生实践教学，相信是对目前实践教学模式的有利补充。

重力坝静动力分析GravDam软件与结构地震响应分析的静动力数值计算密切相关，于2008年大连理工大学应中国水利水电集团成都勘察设计研究院委托开发调试完成，已成功运用于成都勘测设计研究院多个工程项目中，极大地提高混凝土重力坝设计效率。鉴定意见指出：集成了重力坝复杂体型层块式建模，坝体坝基静动力计算，基岩深浅层抗滑稳定性分析，基岩侧向抗滑稳定性分析计算等主要功能，在官地、藏木、楞古、通口等大型水电站工程中得到了应用，其计算结果正确可靠，具有良好的推广应用价值，取得了良好的经济和社会效益。基于此软件，在教授学生使用软件进行结构地震响应分析的过程中(如图1所示)，有效结合学生已掌握的抗震分析知识，以包括层块剪切梁坝体模型(如图2所示)等在内的众多知识结合点，通过软件帮助学生建立与完善专业知识体系架构(如图3所示)。

图1 软件进行结构地震响应分析过程

图2 层块剪切梁坝体模型简图

图3 重力坝静动力分析GravDam软件功能与抗震分析知识点结合示意图

在开展实践教学的过程中，与成都勘测设计研究院、中国广核集团有限公司及大连理工大学建筑设计研究院密切合作，进行综合指导，提升本科生抗震防灾数值分析实践能力，了解并初步掌握结构静力、抗震分析的基础理论知识及在企业应用、岗位的技术需求等，完善实践环节与实践模式，尤其注重学生对所学软件和理论的实际应用和程序编制的能力培养。基于本科生工程抗震实践基地，从本科二年级筛选基地学员，利用抗震创新实践班授课、本科生创新性试验计划、本科生导师制以及毕业设计等开展有意义的一体化培养模式探索，初步评价效果较好。

3 结语

探索教学与实践相结合的新培养模式是适应研究型大学发展的必然趋势，利用与企业实践密切相关的现有科研成果，低成本地使学生快速融入被业界所认可的实践模式中，可进一步提升本科生抗震防灾分析的实践能力。考虑就业岗位需求，综合利用学校实践教学环节的各种措施，从软件与理论知识架构的关联性、学生自主软件剖析与改进、工程课题分析等角度，推进与企业实践需求相关的结构抗震防灾方面本科生实践教学，是工程结构抗震专业人才培养的一种有效方式。

围绕技术开发等软件成果在工科大学生科研实践教学中的运用，以兴趣导学，软件层面获得知识，能力层面解决问题等方式方法，结合创新实践的具体课业目标，落实实践教学内容，结合工程课题背景，对于构建学生结构抗震知识体系框架，培养学生专业素质能力，提升学生创新拓展能力，会较有成效。