混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革探索

曹 海，葉恭寶

（1.黃山學(xué)院 建筑工程學(xué)院，安徽 黃山245041；2.合肥工業(yè)大學(xué) 地基工程有限公司，安徽 合肥230009）

0 前 言

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》為高等院校土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。內(nèi)容包括緒論、混凝土結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)性能、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則、受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算、受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算、受壓構(gòu)件承載力計(jì)算、受拉構(gòu)件承載力計(jì)算、受扭構(gòu)件扭曲截面受扭承載力計(jì)算、鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)原理[1]。本課程主要依據(jù)為我國新頒布的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)，內(nèi)容符合高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會編寫的高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)大綱的要求。黃山學(xué)院作為一所地方性的應(yīng)用型本科院校，一直把地方性和應(yīng)用型作為各類課程的教學(xué)指導(dǎo)思想，筆者在長期的教學(xué)實(shí)踐中積極探索適合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》的課程設(shè)置與教學(xué)方法。本文就結(jié)合本門課程的特點(diǎn)介紹我校開展混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革的探索。

1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的教學(xué)特點(diǎn)

根據(jù)高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會制定的該專業(yè)培養(yǎng)方案，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》為土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課或稱為平臺課，它是這個(gè)專業(yè)的每一位學(xué)生必修的課程?；炷两Y(jié)構(gòu)是鋼筋和混凝土結(jié)合而成的一種結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土材料與力學(xué)中的理想彈性材料或理想彈塑性材料有很大的區(qū)別。為了對混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能和破壞特征有較好的了解，首先要求對鋼筋和混凝土的力學(xué)性能要有很好的認(rèn)識。所以，理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)是該課程的前續(xù)課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)科的基本理論和基本知識，為繼續(xù)學(xué)習(xí)高層建筑結(jié)構(gòu)、工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和砌體結(jié)構(gòu)等專業(yè)課以及畢業(yè)后在混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)科領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程計(jì)算公式較多，且許多計(jì)算公式并非純理論的推導(dǎo)，是理論計(jì)算與工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，屬于半經(jīng)驗(yàn)半理論公式。雖然這些公式涉及方方面面，但它總體框架很清晰，包括正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)，如圖1 所示。而且混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、溫度影響和地基不均勻沉降等難以用計(jì)算公式表示，只能根據(jù)長期的工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一些構(gòu)造措施來考慮這些方面的影響。因此，在學(xué)習(xí)本課程過程中，除了要了解和掌握各種計(jì)算公式外，還要熟悉各種構(gòu)造措施。

圖1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程框架

為了指導(dǎo)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作，各國都制定了專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是各國在一定時(shí)期內(nèi)理論研究成果和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，在學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理時(shí)，應(yīng)該很好的熟悉、掌握和運(yùn)用規(guī)范。但是也要了解，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是一門比較年輕和迅速發(fā)展的學(xué)科，許多規(guī)范公式和條文并不一定完善。也正因?yàn)槿绱?，我國每隔一段時(shí)間會對規(guī)范進(jìn)行修訂，使之更加合理。例如，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)就對(GB50010-2002)進(jìn)行了修訂和補(bǔ)充。所以，在學(xué)習(xí)過程中也要注意新舊規(guī)范的區(qū)別，及時(shí)總結(jié)、靈活運(yùn)用。

黃山學(xué)院作為一所地方性院校，由于土木工程專業(yè)辦學(xué)較晚，影響力有限，受生源的限制，許多學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣不高，積極探索問題、解決實(shí)際問題的能力不強(qiáng)。只有掌握教學(xué)對象的基本情況下，才能更好的制定適合本校學(xué)生的教學(xué)方法和教學(xué)大綱。結(jié)合黃山學(xué)院地處在古徽州地區(qū)，在制定教學(xué)大綱過程中，加入了徽派建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的講解，不僅提高了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)的興趣，也體現(xiàn)了應(yīng)用型和地方性的教學(xué)指導(dǎo)思想。

2 教學(xué)改革措施

2.1 教學(xué)課時(shí)的調(diào)整

經(jīng)過初期的調(diào)研與考察，發(fā)現(xiàn)大部分院?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課時(shí)安排為64 課時(shí)，具體課時(shí)見表1。針對我校是地方性院校和應(yīng)用型本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)，以及教學(xué)對象的特點(diǎn)，在普通學(xué)?；炷两Y(jié)構(gòu)課時(shí)安排的基礎(chǔ)上，減少了部分應(yīng)用性不強(qiáng)的內(nèi)容課時(shí)，增加建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件（PKPM、ANSYS等） 的工程應(yīng)用和徽派建筑混凝土結(jié)構(gòu)的講解課時(shí)（見表2），使之更好的指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)以及今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)，達(dá)到應(yīng)用型本科教育的目的。

表1 改革前的課時(shí)設(shè)置

表2 改革后的課時(shí)設(shè)置

2.2 教材內(nèi)容與規(guī)范條文相結(jié)合

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)是國家為了使工程技術(shù)人員在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中貫徹執(zhí)行國家的經(jīng)濟(jì)政策，做到安全、適用、經(jīng)濟(jì)，保證質(zhì)量，特制定該規(guī)范，可以說《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)過程中的“法律法規(guī)”。為了使學(xué)生更好的將所學(xué)知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，我們在課堂教學(xué)過程中將教材的具體內(nèi)容與規(guī)范的條文、公式結(jié)合在一起講解。例如，教材中第1 章“混凝土結(jié)構(gòu)用材料的性能”結(jié)合規(guī)范中“4.1 混凝土”和“4.2 鋼筋”；教材中第2 章“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”結(jié)合規(guī)范中“3.3 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算”和“3.4正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算”；教材中第4 章“受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算”、第5 章“受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算”和第6 章“受扭構(gòu)件承載力計(jì)算”分別對應(yīng)于規(guī)范中 “6.2 正截面承載力計(jì)算”、“6.3 斜截面承載力計(jì)算”和“6.4 扭曲截面承載力計(jì)算”；等等[1-2]。改革后新增設(shè)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的工程應(yīng)用章節(jié)學(xué)習(xí)使學(xué)生更加深入的把工程實(shí)際應(yīng)用與規(guī)范具體條文結(jié)合起來，達(dá)到吃透規(guī)范的目的。

2.3 案例教學(xué)法的應(yīng)用

案例教學(xué)法起源于19 世紀(jì)70年代哈佛大學(xué)[3]，實(shí)踐證明它對于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力有很大幫助。案例教學(xué)法的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于案例的選擇，不僅要求選擇使用的案例規(guī)模要適合教學(xué)，而且要求案例能夠涵蓋盡可能多的理論知識點(diǎn)。例如，在講授受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算時(shí)，組織學(xué)生就近參觀學(xué)校知園一期的建設(shè)工地，因?yàn)樵摴さ卣锰幱跇巧w鋼筋綁扎，方便學(xué)生了解混凝土框架梁的配筋形式； 在講授鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫、變形和耐久性時(shí)，選擇了黃山市濱江一號項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)該項(xiàng)目屬于結(jié)構(gòu)驗(yàn)收階段，方便學(xué)生實(shí)地查看鋼筋混凝土梁的裂縫以及變形，同時(shí)聘請具有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的工程師來現(xiàn)場實(shí)地教學(xué)。案例教學(xué)法的目的是使學(xué)生通過具體、直觀的了解信息，增強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣，積極探索實(shí)際問題的解決。它改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法，也大大提高了學(xué)習(xí)效率。

2.4 課程考核方法的改革

由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，單純的閉卷考試不能完全反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用知識能力。我們參照國家注冊結(jié)構(gòu)工程師考試的考試方法，實(shí)行開卷考試，將試卷試題與實(shí)際工程應(yīng)用緊密結(jié)合，由連鎖計(jì)算題、綜合概念題及獨(dú)立單選題組成，連鎖計(jì)算題各分題的計(jì)算結(jié)果一般不株連，問答題（即不需計(jì)算即可解答）占總分的15%左右。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的工程應(yīng)用課程考核要求學(xué)生提交結(jié)構(gòu)模型、計(jì)算書和結(jié)構(gòu)施工圖，并組織學(xué)生進(jìn)行課程答辯，這些舉措不僅增強(qiáng)了學(xué)生的讀圖、繪圖和工程結(jié)構(gòu)建模能力，也提高了學(xué)生土木工程專業(yè)學(xué)術(shù)語言的組織和表達(dá)能力。

3 結(jié) 語

黃山學(xué)院作為一所地方性應(yīng)用型普通本科院校，一直致力于應(yīng)用型課程的教學(xué)改革，本文根據(jù)教學(xué)對象的特點(diǎn)和實(shí)踐教學(xué)體會，對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)過程中課時(shí)調(diào)整、教學(xué)方法的創(chuàng)新和考核方法的改革等環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索，實(shí)踐證明，這些措施對于提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力有較大幫助，最終達(dá)到應(yīng)用型本科教育的目標(biāo)，使學(xué)生畢業(yè)后能較快從事相應(yīng)的技術(shù)崗位。

[1]沈蒲生,梁興文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京:高等教育出版社,2012:1-235.

[2]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010:19-80.

[3]米偉哲.案例教學(xué)法在工程實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(3):145-146.