“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”啟發(fā)式教學(xué)探討——以預(yù)應(yīng)力概念的教學(xué)為例

吳海軍， 張學(xué)富， 吳國(guó)雄

(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶400074)

一、“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程特點(diǎn)及教學(xué)中的問(wèn)題

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程是一門(mén)重要的必修專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，其作用在于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用建筑材料和力學(xué)課程所學(xué)知識(shí)來(lái)解決混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算問(wèn)題。本課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)，且與現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程等有關(guān)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，在土木工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中占有極其重要的地位，各相關(guān)高等院校對(duì)該課程的教學(xué)也非常重視。

課程內(nèi)容分為兩大部分:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，前者是后者學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。相比之下，前者屬于被動(dòng)受力，其基本概念和原理比后者簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)受力的分析過(guò)程與工程力學(xué)教給大家的習(xí)慣性思維較為接近，學(xué)生一般容易掌握。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)則具有對(duì)結(jié)構(gòu)受力主動(dòng)干預(yù)的本質(zhì)及特點(diǎn)，這既是其優(yōu)點(diǎn)也是掌握其概念、受力原理和計(jì)算方法的難點(diǎn)。

以往本課程的教學(xué)通常以課堂講解為主，主要體現(xiàn)了注入式教學(xué)的特征，存在的主要問(wèn)題是學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性不足。如何引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、激發(fā)學(xué)生思維水平是提高本課程教學(xué)效果的重要問(wèn)題。另外，在學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生普遍感覺(jué)預(yù)應(yīng)力混凝土部分的內(nèi)容復(fù)雜和難以掌握。

二、啟發(fā)式教學(xué)在本課程教學(xué)中的適用性分析

本課程屬于土木工程課程體系中的重要一員，根據(jù)課程特點(diǎn)，借鑒和參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)教學(xué)理念和方法是本課程教學(xué)方法改革和研究的重要途徑。

現(xiàn)代教學(xué)中最關(guān)鍵的問(wèn)題是要形成正確的教學(xué)指導(dǎo)思想，指導(dǎo)思想正確了，才能靈活運(yùn)用教學(xué)方法，有所創(chuàng)新。上世紀(jì)末，美國(guó)大學(xué)本科教育開(kāi)始謀求一場(chǎng)根本性的變革，著名的博伊報(bào)告提出了本科教育的十大對(duì)策?！笆挂蕴骄繛榛A(chǔ)的學(xué)習(xí)為標(biāo)準(zhǔn)”是博伊委員會(huì)提出的首條對(duì)策，其主旨是建立以探究為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，并貫穿大學(xué)教育全過(guò)程。這不僅是教學(xué)方式的變革，而且是教育理念的轉(zhuǎn)變:把學(xué)生作為知識(shí)接受者的文化轉(zhuǎn)化為把學(xué)生作為知識(shí)探索者的文化。這一理念與“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的現(xiàn)代教學(xué)指導(dǎo)思想接近。如何體現(xiàn)學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，關(guān)鍵是學(xué)生是否有學(xué)習(xí)積極性，而學(xué)習(xí)積極性在很大程度上與教師的啟發(fā)和引導(dǎo)有直接關(guān)系。

啟發(fā)式教學(xué)既是一種教學(xué)指導(dǎo)思想，又是一個(gè)教學(xué)原則。運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方法可以培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，通過(guò)經(jīng)歷問(wèn)題的解決過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)興趣，而且通過(guò)對(duì)解決問(wèn)題方法的探索，可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

啟發(fā)式教學(xué)是相對(duì)于注入式教學(xué)提出的。注入式教學(xué)無(wú)視學(xué)生在學(xué)習(xí)上的主觀能動(dòng)性，而啟發(fā)式能啟發(fā)學(xué)生的思維積極活動(dòng)，能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，因而在教學(xué)中要大力提倡啟發(fā)式教學(xué)，反對(duì)注入式教學(xué)。從啟發(fā)式教學(xué)的特點(diǎn)及作用分析，其原理非常適合于本課程的教學(xué)實(shí)踐，能夠有效應(yīng)對(duì)本課程教學(xué)中存在的主要難題。

啟發(fā)式教學(xué)雖以其科學(xué)求實(shí)的特點(diǎn)倍受青睞，但是如果“啟不得法”，便會(huì)“啟而不發(fā)”。只有在教學(xué)實(shí)踐中準(zhǔn)確把握并巧妙運(yùn)用，方可收到激發(fā)興趣、啟迪思維之效果。

使用啟發(fā)式教學(xué)理念應(yīng)根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容來(lái)使用不同的教學(xué)策略。下面以“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題——預(yù)應(yīng)力基本概念的講解來(lái)說(shuō)明啟發(fā)式教學(xué)在本課程中應(yīng)用的實(shí)踐與過(guò)程。

三、啟發(fā)式教學(xué)在預(yù)應(yīng)力概念教學(xué)中的應(yīng)用

(一)預(yù)應(yīng)力相關(guān)基本概念的特點(diǎn)

本課程預(yù)應(yīng)力混凝土部分的概念眾多，涉及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理、施工方法、施工工藝、受力過(guò)程、受力特點(diǎn)、主要優(yōu)點(diǎn)、計(jì)算原則等方面，覆蓋預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的全過(guò)程。

1.有較強(qiáng)的抽象性

預(yù)應(yīng)力混凝土在結(jié)構(gòu)受力過(guò)程上有明顯不同于鋼筋混凝土的地方。其相關(guān)概念具有明顯的抽象性，特別是當(dāng)學(xué)生習(xí)慣了本課程前期普通鋼筋混凝土部分的概念后，習(xí)慣性思維會(huì)使該部分概念更加難以把握和理解。例如預(yù)應(yīng)力混凝土這個(gè)基本概念非常強(qiáng)調(diào)主動(dòng)施加荷載進(jìn)行干預(yù)的特點(diǎn)，也強(qiáng)調(diào)施加預(yù)應(yīng)力的主要目的，由于缺乏工程經(jīng)驗(yàn)及前期習(xí)慣性思維的影響，不少學(xué)生感覺(jué)此概念非常抽象難懂。類(lèi)似的概念還包括預(yù)應(yīng)力度、部分預(yù)應(yīng)力、消壓彎矩等，這些概念都具有較強(qiáng)的抽象性和高度的概括性。

2.有嚴(yán)密的邏輯性

概念是邏輯思維活動(dòng)的高級(jí)形式，它反映了在人們頭腦里的客觀事物的本質(zhì)屬性。作為描述預(yù)應(yīng)力基本特性的概念，除重視文字的準(zhǔn)確性和語(yǔ)言結(jié)構(gòu)的合理性外，更加重視概念的內(nèi)涵和外延，其每一部分的闡述都有嚴(yán)密的邏輯關(guān)系，經(jīng)過(guò)了認(rèn)真推敲并有其特定的意義，以保證概念的準(zhǔn)確性和完整性。

3.有形成的階段性

預(yù)應(yīng)力基本概念是由淺入深，根據(jù)結(jié)構(gòu)施工和受力過(guò)程逐漸安排和講解，反映了施工過(guò)程預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的基本特性。在教學(xué)要求上，由低至高可以將相關(guān)概念劃分為了解、認(rèn)識(shí)、掌握和應(yīng)用三個(gè)逐步遞進(jìn)的目標(biāo)層次。可見(jiàn)，預(yù)應(yīng)力基本概念具有很強(qiáng)的階段性。

(二)啟發(fā)式教學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐

針對(duì)該部分教學(xué)內(nèi)容，如果采用死記硬背等不恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式會(huì)對(duì)以后的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等教學(xué)有明顯阻礙，并影響學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程的效果。啟發(fā)式教學(xué)的特點(diǎn)正好有利于學(xué)生對(duì)抽象性知識(shí)的把握。

1.重點(diǎn)啟發(fā)，注意挖掘概念的內(nèi)涵和本質(zhì)

預(yù)應(yīng)力混凝土中一些概念描述較復(fù)雜、層次較多，給學(xué)生記憶和理解帶來(lái)了一定的難度。在教學(xué)中可以重點(diǎn)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生掌握概念中的本質(zhì)含義、重點(diǎn)詞句，通過(guò)突出重點(diǎn)的講解，促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解，加強(qiáng)記憶效果。

例如“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”的概念，其描述為“事先人為地在混凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應(yīng)力，且其數(shù)值和分布恰好能將使用荷載產(chǎn)生的內(nèi)力抵消到一個(gè)合適程度的混凝土。而預(yù)先給混凝土引入內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，就稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”。此概念中實(shí)際涉及了預(yù)應(yīng)力混凝土受力、施工等諸多要素，在講解中應(yīng)重點(diǎn)啟發(fā)和強(qiáng)調(diào)事先人為(即預(yù)先主動(dòng))的本質(zhì)特性，希望學(xué)生首先應(yīng)把握預(yù)應(yīng)力混凝土是“主動(dòng)施加力來(lái)抵消使用荷載影響的內(nèi)涵”，而不能簡(jiǎn)單宣講此概念的字面含義。學(xué)生只有理解這一定義的本質(zhì)，才能深刻理解和應(yīng)用此基本概念。

2.舉例啟發(fā)，使抽象概念形象化、生動(dòng)化

在學(xué)生缺乏工程積累的情況下，對(duì)較抽象的概念應(yīng)通過(guò)合適、生動(dòng)的比喻或貼近學(xué)生生活場(chǎng)景的例子來(lái)啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和體會(huì)概念的含義。我們發(fā)現(xiàn)，這種方法經(jīng)?？梢云鸬绞掳牍Ρ兜男Ч饶芘懦龑W(xué)生對(duì)抽象概念的畏難和厭煩情緒，又能使學(xué)生對(duì)抽象概念的理解更加準(zhǔn)確和深入。

例如在講解預(yù)應(yīng)力基本原理的概念時(shí)，可以先啟發(fā)學(xué)生體會(huì)教科書(shū)上有關(guān)預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程對(duì)截面受力的影響，想象預(yù)應(yīng)力的作用方式及效果。再通過(guò)舉例，引導(dǎo)學(xué)生回憶和分析日常生活中見(jiàn)到的一些現(xiàn)象。例如先列舉圖1所示的搬書(shū)的事例，通過(guò)分析此例中書(shū)本能夠不向下掉落的受力原理，啟發(fā)學(xué)生理解預(yù)應(yīng)力施加的原理及傳力過(guò)程。此實(shí)例是學(xué)生馬上就能夠親自驗(yàn)證和便于理解的，能夠較清楚地說(shuō)明此概念的主要含義。

圖1 利用搬書(shū)講解概念的圖例

也可以用圖2所示的例子來(lái)啟發(fā)和講解通過(guò)分析磚夾與磚頭之間的預(yù)應(yīng)力施加原理，使大家從原來(lái)習(xí)以為常的現(xiàn)象中體會(huì)到其中包含的預(yù)應(yīng)力施加的神奇過(guò)程。這個(gè)例子貼近同學(xué)的生活，大多數(shù)同學(xué)有從事過(guò)此勞動(dòng)的經(jīng)歷，因此啟發(fā)教學(xué)的形式生動(dòng)活潑，具有較強(qiáng)的闡述效果。

圖2 利用磚夾講解概念的圖例

此外，也可以啟發(fā)學(xué)生體會(huì)預(yù)應(yīng)力原理的應(yīng)用實(shí)例，對(duì)于使用過(guò)木水桶或木飯桶的同學(xué)，會(huì)更加直觀地體會(huì)到預(yù)應(yīng)力施加的效果。這類(lèi)例子還包括女同學(xué)使用皮筋扎辮子等。在課堂教學(xué)中，講解這些例子時(shí)往往伴隨著學(xué)生的大笑或會(huì)意的神情，課堂氣氛非常活躍，其教學(xué)效果對(duì)多個(gè)預(yù)應(yīng)力概念的理解都有很大的作用。

3.通過(guò)比較啟發(fā)來(lái)分析概念之間的聯(lián)系與區(qū)別

預(yù)應(yīng)力混凝土部分的概念眾多，而且很多概念從字面解釋看存在含義接近或相似等特點(diǎn)，如預(yù)應(yīng)力度、消壓彎矩、全預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力等。如果講解時(shí)能夠及時(shí)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生注意概念與概念之間的微妙聯(lián)系和區(qū)別，就可以避免學(xué)生對(duì)概念理解不深，導(dǎo)致概念模糊、似懂非懂、混淆不清等問(wèn)題。

在教學(xué)中可列舉不同程度的預(yù)應(yīng)力施加后幾組實(shí)例下結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、變形的實(shí)際表現(xiàn)，通過(guò)進(jìn)行比較教學(xué)，在對(duì)比中啟發(fā)學(xué)生理解二者的本質(zhì)區(qū)別和聯(lián)系。如通過(guò)分析，結(jié)合有關(guān)預(yù)應(yīng)力度對(duì)結(jié)構(gòu)影響的講解，可以使大家清楚這些概念都反映了預(yù)應(yīng)力大小不同時(shí)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂荷載及正常使用性能的不同，也更加清楚預(yù)應(yīng)力混凝土的本質(zhì)優(yōu)勢(shì)及其與普通鋼筋混凝土的最根本區(qū)別。

此外，也可以通過(guò)觀看實(shí)驗(yàn)錄像、參加實(shí)際試驗(yàn)、重視概念的形成過(guò)程等方式來(lái)講解預(yù)應(yīng)力混凝土部分的相關(guān)概念，為學(xué)習(xí)好預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)、計(jì)算原理及橋梁工程等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

(三)應(yīng)用效果及注意事項(xiàng)

通過(guò)以上啟發(fā)式教學(xué)在實(shí)踐中的探索和應(yīng)用，我們發(fā)現(xiàn)以前學(xué)生普遍反映難以理解的預(yù)應(yīng)力混凝土概念變得易懂和有趣了，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算原理的講解也讓學(xué)生感覺(jué)不再陌生和費(fèi)解，教學(xué)取得了良好的效果。

值得注意的是，要取得預(yù)期的教學(xué)效果，上述啟發(fā)式教學(xué)方法的運(yùn)用應(yīng)特別結(jié)合學(xué)生實(shí)際知識(shí)和生活背景進(jìn)行調(diào)整。例如，當(dāng)學(xué)生基本在城市生活和成長(zhǎng)時(shí)，圖2對(duì)于他們是陌生和缺乏啟發(fā)的;對(duì)于基本沒(méi)有騎過(guò)自行車(chē)的重慶本地學(xué)生來(lái)講，自行車(chē)車(chē)輪中的預(yù)應(yīng)力原理也是不容易引發(fā)學(xué)生共鳴的。

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