鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課堂教學(xué)的探討

乾增珍++徐能雄

摘 要：“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程是土木工程專業(yè)的主要專業(yè)課，是一門理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化的學(xué)科。本文在分析該課程特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)過(guò)程中的體會(huì)，對(duì)課堂教學(xué)方法進(jìn)行了深入探討，從而有效提高課堂的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 課堂教學(xué) 案例法

中圖分類號(hào)：TU37；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0202-01

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專業(yè)重要的一門專業(yè)主干課，該課程主要研究典型構(gòu)件梁、板和柱等的一些力學(xué)性能、設(shè)計(jì)方法、構(gòu)造要求和破壞特征等，其任務(wù)是向?qū)W生傳授混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能、計(jì)算原理和設(shè)計(jì)方法，為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

然而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的特點(diǎn)是概念多、內(nèi)容多、符號(hào)多，加上規(guī)范的約束性，公式的經(jīng)驗(yàn)性和問(wèn)題的多解性，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)了一定的困難。為了改變這種狀況，提高教學(xué)效果，本文結(jié)合作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從課堂教學(xué)的角度作了一些探討。

1 課程特點(diǎn)

（1）課程綜合性很強(qiáng)，要求學(xué)生具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的教學(xué)內(nèi)容從材料的力學(xué)性能入手，然后研究基本構(gòu)件的承載特性和破壞特征。由于混凝土是由水泥、骨料和水?dāng)嚢杞?jīng)凝結(jié)硬化而形成，因此，混凝土材料的離散性大，力學(xué)性能較為復(fù)雜，相應(yīng)的材料參數(shù)具有不確定性。為了獲得混凝土材料及其構(gòu)件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，需要學(xué)生掌握概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，理解極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。在分析構(gòu)件基本受力過(guò)程中，雖然混凝土材料不是均質(zhì)且非各向同性材料，但仍采用了材料力學(xué)分析問(wèn)題的方法。因此，需要學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ)。

（2）理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，需要培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理是一門由理論向工程實(shí)踐轉(zhuǎn)化的學(xué)科，也是學(xué)生第一次接觸理論與工程實(shí)踐都很強(qiáng)的課程。在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)常有解決問(wèn)題的結(jié)果為什么不是唯一的困惑。因此，需要讓學(xué)生明白，影響一個(gè)實(shí)際工程的參數(shù)很多。在滿足《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的前提條件下，很多參數(shù)的選取具有一定的主觀性和經(jīng)驗(yàn)性。因此，需要在課程教學(xué)中，建立學(xué)生的工程概念，培養(yǎng)他們的工程素質(zhì)。

（3）涉及內(nèi)容多，知識(shí)覆蓋面廣。

鋼筋混凝土基本原理內(nèi)容主要包括：材料特性、構(gòu)件的承載性能、理論分析、構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算等四個(gè)部分。在材料特性中，不僅要掌握混凝土的力學(xué)特性，也要掌握其非力學(xué)特性，如收縮與徐變。構(gòu)件的承載性能中，由于混凝土的離散性及脆性特征、鋼筋與混凝土2種材料的配比，以及荷載的加載方式，都會(huì)影響著構(gòu)件的承載性能。通過(guò)分析構(gòu)件的承載性能，建立合理的力學(xué)計(jì)算模型，進(jìn)行理論分析，推導(dǎo)出構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，并考慮工程的安全性及舒適性，最終落實(shí)到工程實(shí)踐中。因此，鋼筋混凝土基本原理涉及內(nèi)容多，體系龐雜。

2 課堂教學(xué)探討

（1）采用案例法，梳理混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的內(nèi)容。

案例教學(xué)法是以學(xué)生對(duì)案例的運(yùn)用和討論為特點(diǎn)，幫助學(xué)生掌握對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析和反思的方法，重在提高學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平和解決問(wèn)題的能力。其教學(xué)方法是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需要，以案例為基本素材，把學(xué)生帶入特定的事件情景中，進(jìn)而識(shí)別問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，其最根本的內(nèi)容就是案例的選取和使用，這也是案例教學(xué)區(qū)別于其它方法的關(guān)鍵。其特點(diǎn)有：真實(shí)性、典型性、規(guī)范性、啟發(fā)性和實(shí)用性。

（2）樹立正確的設(shè)計(jì)觀念，培養(yǎng)工程素養(yǎng)。

在剛開始講授鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理課程時(shí)，學(xué)生的概念里仍然是任何問(wèn)題都只有唯一的精確理論解，學(xué)生只會(huì)解答嚴(yán)格給出條件的問(wèn)題，但條件設(shè)定不完全時(shí)，學(xué)生往往會(huì)無(wú)法下手。面對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理，學(xué)生總會(huì)設(shè)法找到設(shè)計(jì)結(jié)果的唯一性與精確性。這就需要授課老師回答正確的設(shè)計(jì)觀念。設(shè)計(jì)是從未知到已知，包括收集資料，方案比較，計(jì)算分析，結(jié)果評(píng)價(jià)，反復(fù)修改。在收集資料過(guò)程，使用材料的屬性只能估算；結(jié)構(gòu)方案分析時(shí)，只能進(jìn)行結(jié)構(gòu)的近似分析；建筑結(jié)構(gòu)物上承受的外荷載并不能準(zhǔn)確得知。因此，設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)綜合性的創(chuàng)造性工作，設(shè)計(jì)不是一次就能成功的。它是一個(gè)尋求最佳解的過(guò)程。由于材料屬性的離散性和外荷載的不確定性等因素的影響，使得設(shè)計(jì)結(jié)果答案不唯一，但有好壞之分。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)概念的講解，讓學(xué)生明白設(shè)計(jì)一個(gè)工程與做一道數(shù)學(xué)題的區(qū)別，從而培養(yǎng)他們的工程素養(yǎng)。

（3）系統(tǒng)介紹研究思路，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)性結(jié)果的科學(xué)性。

與材料力學(xué)課程比較，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本理論是建立在大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線擬合的基礎(chǔ)上，構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容是建立在實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐基礎(chǔ)上的，故存在很多經(jīng)驗(yàn)系數(shù)和經(jīng)驗(yàn)公式。這可能使得學(xué)生懷疑這門學(xué)科的科學(xué)性，難以讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)這門課的方法。因此，需要老師系統(tǒng)地介紹以概率理論為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論方法。針對(duì)一個(gè)未知的領(lǐng)域，解決問(wèn)題的主要思路分為以下幾個(gè)步驟：①首先通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，找到問(wèn)題的主要影響因素；②建立合理的數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算模型；③以相關(guān)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；④將理論結(jié)果與對(duì)實(shí)驗(yàn)經(jīng)果進(jìn)行認(rèn)真對(duì)比分析，尋找結(jié)果差異的原因；⑤以工程實(shí)際需求為目標(biāo)，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行修正。然后以某一構(gòu)件（如抗扭構(gòu)件）的設(shè)計(jì)計(jì)算理論為例，來(lái)講解其設(shè)計(jì)方法。這就使得學(xué)生易于理解規(guī)范中的相關(guān)構(gòu)造要求，以及設(shè)計(jì)參數(shù)的上下限值（如最小和最大配筋率）。

（4）注重歸納總結(jié)，加強(qiáng)教學(xué)的邏輯性

符號(hào)多是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本原理一大特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生常?；煜?hào)。因此，老師在教學(xué)過(guò)程中，需給學(xué)生講解符號(hào)的規(guī)律。符號(hào)的下標(biāo)一般是英文單詞的開始字母。如：εe、εp、εsh、εcr依次為彈性應(yīng)變，塑性應(yīng)變，收縮應(yīng)變和徐變。為了便于學(xué)生能很好記住這些符號(hào)，在課件中給出專業(yè)術(shù)語(yǔ)的英文單詞。另外，課本中構(gòu)造部分規(guī)定性東西多，內(nèi)容比較零散，缺少邏輯性，有時(shí)，一個(gè)規(guī)定，在不同的地方多次出現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一門理論與實(shí)際緊密聯(lián)系的課程，具有很強(qiáng)的工程概念，又具有系統(tǒng)的科學(xué)理論。教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)以工程實(shí)際需求為目標(biāo)，系統(tǒng)介紹科學(xué)的研究方法，通過(guò)歸納總結(jié)規(guī)律性的知識(shí)，增強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)知識(shí)的邏輯性。最終提高課堂教學(xué)的效果。

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