應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教學(xué)思考與實(shí)踐

劉方成等

摘要：

圍繞能力培養(yǎng)這一核心目標(biāo)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下提高結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的一些思考與經(jīng)驗(yàn)，從提高學(xué)生興趣、改進(jìn)教學(xué)方法、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)、改革考核方式等方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)；能力培養(yǎng)；教學(xué)方法；實(shí)踐環(huán)節(jié)

中圖分類號(hào)：TU3-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：

10052909（2014）02007004

地震是地球上的主要自然災(zāi)害之一，地震造成工程結(jié)構(gòu)的破壞給人類帶來了重大的災(zāi)難。就我國而言，近年來的多次地震造成了重大的損失，因此，工程結(jié)構(gòu)的抗震問題再次引起社會(huì)的關(guān)注。為了防御地震災(zāi)害，減少地震造成的生命財(cái)產(chǎn)損失，必須重視結(jié)構(gòu)抗震問題。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是高校土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，主要介紹地震的基本知識(shí)、地震作用的計(jì)算以及各類工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)與抗震構(gòu)造。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程涵蓋的學(xué)科知識(shí)面廣、內(nèi)容豐富，與規(guī)范聯(lián)系緊密，相對來說，學(xué)時(shí)較少，因此，在教學(xué)中教師對教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重與取舍有較大自由，但也同時(shí)增加了教學(xué)的難度，近年來各高校也加強(qiáng)了對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程的教學(xué)研究[1-4]。

應(yīng)用型人才培養(yǎng)是適應(yīng)于我國目前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對人才實(shí)際需求的一種人才培養(yǎng)模式，這種人才培養(yǎng)模式的核心是注重對學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[5]。在這種教育模式下，對實(shí)踐能力的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于實(shí)踐性教學(xué)和課堂教學(xué)的整個(gè)過程。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)作為一門綜合性專業(yè)課程，在其教學(xué)過程中如何著眼于能力培養(yǎng)，既關(guān)系著結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)效果，也將直接影響結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論研究和實(shí)踐應(yīng)用的發(fā)展。

一、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，為能力培養(yǎng)打下基礎(chǔ)

抗震課程總體來說屬于專業(yè)理論性較強(qiáng)的課程，學(xué)生容易產(chǎn)生

畏難情緒。這就要求課程的講授必須保持一定的活躍性與趣味性，避免課堂沉悶。在引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣方面，第一堂課尤為重要。第一堂課中，可以首先通過大量的圖片、視頻等多媒體資料展示地震對工程結(jié)構(gòu)所造成的巨大破壞及由此帶來的損失，讓學(xué)生切身體會(huì)抗震設(shè)防的重要性。在我國近期發(fā)生的幾次地震中，都是農(nóng)村地區(qū)的民居、學(xué)校等結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，不少學(xué)生來自農(nóng)村，熟悉的房屋結(jié)構(gòu)倒塌破壞會(huì)引起他們強(qiáng)烈的共鳴，增強(qiáng)學(xué)生對地震災(zāi)害的感性認(rèn)識(shí)。筆者利用查閱到的典籍文字、歷史圖片等資料，制作了中國地震歷史回顧的PPT，從公元前780年的陜西岐山“西周三川皆震，是歲也，三川竭，歧山崩”的地震記載，到汶川地震、雅安地震，讓學(xué)生從歷史事件中縱向了解地震帶來的巨大災(zāi)難，從而對如何抵御地震災(zāi)害產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲，反響良好。在此基礎(chǔ)上，適時(shí)告知學(xué)生，按照相關(guān)力學(xué)基本原理進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是抵御地震的最有效途徑。同時(shí)給學(xué)生介紹抗震課程的基本內(nèi)容與框架，并明確課程學(xué)習(xí)的難點(diǎn)與重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生有針對性地復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)，為課程教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、采用多種教學(xué)手段培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

（一）善用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的思考能力

在“灌輸式”的教學(xué)方式下，學(xué)生只是被動(dòng)地接收，學(xué)習(xí)積極性不高。采用啟發(fā)式教學(xué)，不但可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)習(xí)效率，而且能充分培養(yǎng)其思考能力。例如，

在學(xué)習(xí)基本烈度的概念時(shí)，先讓學(xué)生回憶之前學(xué)過的“基本風(fēng)壓”、“基本雪壓”等概念，再引導(dǎo)學(xué)生思考：“同樣是對設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)測，如何考慮不同地區(qū)地震發(fā)生的可能性及地震影響的大?。俊敝笤俳o予答案，向?qū)W生介紹基本烈度的概念。在學(xué)習(xí)地震作用的計(jì)算時(shí)，可以先讓學(xué)生思考：“在同樣的場地、同樣的地震輸入下，質(zhì)量相同但寬胖不同的結(jié)構(gòu)其地震作用是否相同？”學(xué)生憑直覺可以猜到應(yīng)該是不相同的，但不清楚原理。

此時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)建立單自由度彈性體系的運(yùn)動(dòng)方程，并分析該非齊次微分方程的定解參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在干擾項(xiàng)（即隨時(shí)間變化的地面運(yùn)動(dòng)）一定的情況下，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)與自身的動(dòng)力特性（即自振頻率和阻尼比）有關(guān)，質(zhì)量相同而寬胖不同的結(jié)構(gòu)，其剛度不同因而自振頻率不同，地震反應(yīng)自然也就不相同了。又如，在介紹不同結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)和抗震措施時(shí)，先通過實(shí)例介紹不同結(jié)構(gòu)的主要破壞特征和類型，然后啟發(fā)學(xué)生思考：“針對其破壞特征，應(yīng)該從哪些方面來加強(qiáng)抗震設(shè)防？”

為了讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)概念設(shè)計(jì)的重要性，在課程中應(yīng)當(dāng)突出強(qiáng)調(diào)地震的隨機(jī)性，包括設(shè)防烈度和地震參數(shù)的設(shè)定、場地的影響、計(jì)算模型的簡化等都存在不確定性，因此，抗震計(jì)算并不能唯一保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性。

講解時(shí)應(yīng)結(jié)合一些工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)選型、平立面布置、延性設(shè)計(jì)等方面分析在實(shí)際地震中的不同震害表現(xiàn)，并適時(shí)總結(jié)概念設(shè)計(jì)的基本原則?？傊?，通過層層設(shè)問、啟發(fā)引導(dǎo)式的教學(xué)，吸引學(xué)生的注意力，讓學(xué)生在問題面前積極思考，學(xué)會(huì)尋找解答問題的途徑與方法。

（二）利用網(wǎng)絡(luò)資源，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料和自學(xué)的能力

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程內(nèi)容多，涉及面廣，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)學(xué)好所有的課程內(nèi)容非常困難。網(wǎng)絡(luò)信息資源豐富，為學(xué)習(xí)提供了另一個(gè)廣闊的寶庫。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，安排一定的學(xué)習(xí)主題，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資料有目的地自主學(xué)習(xí)。一方面可以培養(yǎng)鍛煉學(xué)生查閱資料、閱讀理解、綜合概況的能力，另一方面也可以擴(kuò)展學(xué)生的視野，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣。例如，在學(xué)習(xí)地震場地時(shí)，采用灌輸式教學(xué)，學(xué)生可能不理解場地分類的意義與必要性，而事先布置主題任務(wù)，要求學(xué)生查閱資料文獻(xiàn)，了解不同場地上結(jié)構(gòu)震害的調(diào)查情況、場地對地表地震波特性及結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的影響，并提出自己的結(jié)論性意見。學(xué)生通過自學(xué)，了解場地的地震效應(yīng)，從而對設(shè)計(jì)譜按場地分類進(jìn)行區(qū)別。同理，在樁基的水平抗震設(shè)計(jì)方面，一般的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)教材講得較少，而學(xué)生又比較感興趣，則可以給學(xué)生提供一些綜述性的資料文獻(xiàn)作引導(dǎo)，繼而布置學(xué)習(xí)主題讓學(xué)生查詢有關(guān)地震中樁基破壞的資料，在課堂上讓學(xué)生討論樁基的水平抗震問題。建議學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間瀏覽《土木工程學(xué)報(bào)》《建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)》《地震工程與工程振動(dòng)》等專業(yè)期刊和相關(guān)專業(yè)論壇，使學(xué)生了解專業(yè)的科研動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢，擴(kuò)展學(xué)生的視野。利用網(wǎng)絡(luò)資源輔助學(xué)生形成自學(xué)習(xí)慣，將使學(xué)生終身受益。

（三）加強(qiáng)與其他課程的橫向聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生融會(huì)貫通的能力

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程與土木工程其他專業(yè)課程存在密切的聯(lián)系，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、地基基礎(chǔ)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、高層建筑結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等，在課程的安排上，有的是其前導(dǎo)課程，有的是并行的。在教學(xué)中加強(qiáng)與其他課程的聯(lián)系，一方面可以使學(xué)生厘清區(qū)別與聯(lián)系，避免因看似重復(fù)的知識(shí)點(diǎn)而感到厭倦，另一方面可以促進(jìn)學(xué)生對專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通、綜合應(yīng)用。在學(xué)習(xí)地基基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可以讓學(xué)生聯(lián)系基礎(chǔ)工程中有關(guān)非抗震設(shè)計(jì)時(shí)地基設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行對比。在學(xué)習(xí)單自由度體系水平地震反應(yīng)時(shí)，讓學(xué)生復(fù)習(xí)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)中有關(guān)運(yùn)動(dòng)方程的建立、高等數(shù)學(xué)中非齊次方程的求解等內(nèi)容，通過具體的應(yīng)用加強(qiáng)學(xué)生對所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。

在講述多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要緊密結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容，要注意三者之間的有機(jī)銜接，突出各自的重點(diǎn)，避免簡單的重復(fù)。

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程重點(diǎn)在抗震的基本原理，如地震作用計(jì)算、地震效應(yīng)調(diào)整。高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則主要是學(xué)習(xí)不同類型結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析方法，兩者側(cè)重點(diǎn)不同?？傊ㄟ^與其他課程的銜接，使學(xué)生逐步建立較為系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)體系。

（四）采用案例教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)際問題的能力

近百年來世界各地發(fā)生的地震為闡述工程結(jié)構(gòu)的抗震性能提供了大量的實(shí)例。收集并合理利用這些案例進(jìn)行教學(xué)，將大大提高教學(xué)效果。需要注意的是案例教學(xué)包括實(shí)例教學(xué)但不止于實(shí)例教學(xué)。

講解抗震計(jì)算時(shí)，應(yīng)注重實(shí)例計(jì)算，講授概念設(shè)計(jì)和各類結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，則應(yīng)注重案例的分析。如：在講概念設(shè)計(jì)的“規(guī)則、簡單、均勻、對稱”的布置原則時(shí)，厄瓜多爾中央銀行和美洲銀行的破壞對比可作為生動(dòng)的案例。在學(xué)習(xí)鋼筋混凝土的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可以提出汶川地震中普遍發(fā)生的強(qiáng)梁弱柱這一實(shí)際問題，跟學(xué)生一同探討，分析原因。我國最近幾次強(qiáng)烈地震中普遍發(fā)生的學(xué)校建筑破壞嚴(yán)重，底部框架結(jié)構(gòu)底層整體破壞，裝配式預(yù)制板樓蓋破壞嚴(yán)重，樓梯及樓梯間破壞嚴(yán)重等現(xiàn)象

，都可作為抗震設(shè)計(jì)中的教學(xué)案例。實(shí)踐表明，應(yīng)用案例教學(xué)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，鍛煉了學(xué)生的分析能力、發(fā)散思維以及口頭表達(dá)能力，活躍了課堂氣氛，取得了良好的效果。

（五）加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程雖然理論性較強(qiáng)，但其內(nèi)容與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，在教學(xué)上應(yīng)該加強(qiáng)與實(shí)踐的聯(lián)系。首先，加強(qiáng)與規(guī)范的聯(lián)系。規(guī)范是對工程實(shí)踐的直接約束性文件，是設(shè)計(jì)、施工等工程實(shí)踐行為的準(zhǔn)則，通過課程的學(xué)習(xí)，要培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，認(rèn)識(shí)到規(guī)范的重要性。近幾年，我國建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范經(jīng)歷了2001版、2008局部修改版和2010版等幾個(gè)版本的變化，因此，需要向?qū)W生介紹規(guī)范的修訂歷程、背景與發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)理解規(guī)范的內(nèi)容，并通過實(shí)例教學(xué)鍛煉其運(yùn)用規(guī)范的能力。其次，加強(qiáng)課程教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)的結(jié)合。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程本身沒有實(shí)踐環(huán)節(jié)，但大多數(shù)學(xué)?？拐鹫n程一般安排在第七學(xué)期，即生產(chǎn)實(shí)習(xí)與畢業(yè)實(shí)習(xí)之間，為實(shí)踐學(xué)習(xí)提供了條件。如案例教學(xué)中緊密聯(lián)系學(xué)生實(shí)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行舉例，在各類結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施的學(xué)習(xí)時(shí)，附上教師或?qū)W生自己記錄的現(xiàn)場照片，拉近課堂與實(shí)踐的距離，有利于促進(jìn)學(xué)生將實(shí)習(xí)中獲得的感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為理性認(rèn)識(shí)，而在畢業(yè)實(shí)習(xí)中再次鞏固強(qiáng)化并形成應(yīng)用能力。第三，充分利用模型競賽、創(chuàng)新性試驗(yàn)、素質(zhì)提高班活動(dòng)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)加強(qiáng)抗震課程與實(shí)踐的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)試驗(yàn)室、自主開展創(chuàng)新性試驗(yàn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型的抗震試驗(yàn)、小型結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等，以切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。第四要加強(qiáng)對作業(yè)的要求，給出的作業(yè)要適量，針對重要概念通過作業(yè)的訓(xùn)練加深印象以達(dá)到培養(yǎng)動(dòng)手能力的目的。

三、 改革考核形式

對于一門課程而言，考核的方式和內(nèi)容對其教學(xué)效果起到指導(dǎo)作用。要培養(yǎng)應(yīng)用型人才的綜合能力，就必須改革現(xiàn)有考核方式。針對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的課程考試基礎(chǔ)之上，鼓勵(lì)學(xué)生以課程設(shè)計(jì)、課程論文、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等形式完成課程考核。對非考試形式的考核，不僅要考查學(xué)生完成成果的內(nèi)容，還要通過答辯考查學(xué)生對抗震基本概念的掌握和應(yīng)用能力。

四、提高教師自身的實(shí)踐能力

在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)中要培養(yǎng)具有實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才，另一個(gè)關(guān)鍵因素還在于教師本身的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。教師一方面要不斷提高自身的科研和理論水平，掌握前沿的科研動(dòng)態(tài)，以科研推動(dòng)教學(xué)，另一方面要積極參與工程實(shí)踐，真正將課堂和工地、工程融合起來，拉近兩者的距離，不再是“紙上談兵”。

五、結(jié)語

加強(qiáng)能力培養(yǎng)是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心目標(biāo)，文章從能力培養(yǎng)的角度出發(fā)，對如何提高結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量提出了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)看法，但深入的研究還有待繼續(xù)探索。參考文獻(xiàn)：

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