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

周孝軍　楊虹　伍平

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是理論性與實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程?；谡n程特點(diǎn)，從有機(jī)結(jié)合現(xiàn)代多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書、注重聯(lián)系規(guī)范與工程實(shí)踐、強(qiáng)化試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、重視課堂練習(xí)與課后習(xí)題、多樣化考核等方面，進(jìn)行了課程教學(xué)方法和教學(xué)手段的探討和實(shí)踐。旨在提高教學(xué)水平，使學(xué)生較好地理解和掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法，提升學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，為培養(yǎng)合格的工程師打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理；課程特點(diǎn)；教學(xué)方法；教學(xué)手段；探討

中圖分類號(hào)：TU375 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）41-0150-03

前言

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理屬于土木工程類核心專業(yè)課程之一，其內(nèi)容豐富、理論嚴(yán)謹(jǐn)、應(yīng)用性強(qiáng)，是理論性與實(shí)踐性相融合的一門學(xué)科。課程主要講述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論與基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，以及相應(yīng)的構(gòu)造措施等，旨在培養(yǎng)學(xué)生基本的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。目前涉及這門課程的教材種類繁多，但有關(guān)其教學(xué)方法探討與改革實(shí)踐方面的研究還相對(duì)較少[1-4]。因此，本文從該門課程特點(diǎn)與教學(xué)目的出發(fā)，對(duì)其教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行了探討。

一、課程特點(diǎn)

1.課程內(nèi)容多，與基礎(chǔ)課程聯(lián)系緊密?；炷两Y(jié)構(gòu)包括素混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)方法各不相同。要掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法，首先要了解這種復(fù)合材料特殊的物理力學(xué)性能，更重要的是理解基本構(gòu)件的受力特性、破壞形態(tài)與承載力計(jì)算方法，以及相應(yīng)的構(gòu)造措施[2]，課程教學(xué)內(nèi)容多，涉及知識(shí)面廣。同時(shí)，課程內(nèi)容與其他基礎(chǔ)課程聯(lián)系非常緊密，特別是對(duì)基本構(gòu)件受力特性的理解以及荷載、內(nèi)力與變形計(jì)算要求有材料力學(xué)、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)作為支撐，要求學(xué)生具有良好的力學(xué)理論基礎(chǔ)。

2.參數(shù)符號(hào)多，取值應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)。課程參數(shù)符號(hào)多：一方面表現(xiàn)在材料強(qiáng)度指標(biāo)與荷載代表值種類多，不同極限狀態(tài)表達(dá)式中荷載代表值與材料強(qiáng)度取值不同，同時(shí)還包括相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，學(xué)生在初次接觸這些參數(shù)時(shí)很容易混淆；另一方面，基本構(gòu)件強(qiáng)度與承載力影響因素多，計(jì)算方法復(fù)雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算，在公式推導(dǎo)中引入了計(jì)算參數(shù)與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，比如相對(duì)受壓區(qū)高度ξ、配筋強(qiáng)度比ζ、剪扭承載力降低系數(shù)βt等，這些參數(shù)符號(hào)大多較抽象，取值應(yīng)用來源于試驗(yàn)分析與工程經(jīng)驗(yàn)，理解相對(duì)較困難。

3.計(jì)算公式應(yīng)用存在限制條件。鋼筋與混凝土這兩種材料的相互作用、組成比例直接影響基本構(gòu)件的力學(xué)性能，且混凝土屬于彈塑性材料，力學(xué)性能影響因素多，離散性大，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能分析十分復(fù)雜，不能直接沿用材料力學(xué)的推導(dǎo)公式。基本構(gòu)件的承載力計(jì)算方法主要是以試驗(yàn)分析為基礎(chǔ)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，擬定計(jì)算基本假定簡(jiǎn)化構(gòu)件截面應(yīng)力分布，由幾何關(guān)系與力的平衡原理以建立相應(yīng)的計(jì)算公式。這樣，計(jì)算公式的應(yīng)用必須滿足一定的適用條件，凡滿足條件的設(shè)計(jì)結(jié)果都是可行的，結(jié)果具有不唯一性，需要學(xué)生轉(zhuǎn)變這種思維模式[3，4]。

4.構(gòu)造措施多，工程背景強(qiáng)。不同類型的結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)造措施很多，有些規(guī)定是為避免結(jié)構(gòu)計(jì)算中基本假定與實(shí)際力學(xué)特性的差異，有些是針對(duì)一些不便或不必計(jì)算的內(nèi)容而進(jìn)行的要求。但大多都是根據(jù)長期的工程經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果而規(guī)定的，比如受力鋼筋直徑、間距、保護(hù)層厚度，架立鋼筋與腰筋的布置，板中分布鋼筋的布置，以及最小配筋的規(guī)定等。這些措施關(guān)聯(lián)性不大、系統(tǒng)性不強(qiáng)，有的只能死記硬背，有些需要結(jié)合工程應(yīng)用來理解性記憶，且容易混淆。

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程內(nèi)容豐富，專業(yè)性與實(shí)踐性強(qiáng)，是學(xué)生進(jìn)入工作崗位尤其是從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作必備的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。隨著混凝土材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進(jìn)步，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的教學(xué)內(nèi)容還會(huì)相應(yīng)增加，教師應(yīng)對(duì)教學(xué)內(nèi)容編排、教學(xué)方法、教學(xué)手段與考核機(jī)制等各方面嘗試創(chuàng)新與改革，改善教學(xué)效果，使學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)思維，扎實(shí)掌握混凝土結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法及其應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力[5，6]。

二、教學(xué)方法和教學(xué)手段探討

針對(duì)混凝土設(shè)計(jì)原理課程的特點(diǎn)，筆者結(jié)合自身的教學(xué)體驗(yàn)，通過與同行教師的討論、交流，認(rèn)真探討總結(jié)了該門課程的教學(xué)方法與和教學(xué)手段，并在教學(xué)中得以實(shí)施，有效幫助學(xué)生掌握混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和工程設(shè)計(jì)能力。

1.注重傳統(tǒng)板書與現(xiàn)代多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合。傳統(tǒng)板書思路清晰，邏輯性與連貫性強(qiáng)，可以較好地引導(dǎo)學(xué)生分析問題、主動(dòng)思考，但一些復(fù)雜圖形不便描述，試驗(yàn)過程與試驗(yàn)現(xiàn)象無法展示；現(xiàn)代多媒體教學(xué)主要是以計(jì)算機(jī)為核心，通過制作多媒體課件，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，輔以適當(dāng)?shù)膭?dòng)畫和視頻錄像來進(jìn)行講解的現(xiàn)代化教學(xué)方法[5]。由于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，用單一的教學(xué)方法和手段不能有效完成教學(xué)任務(wù)或者達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)效果[1-4]，因而可以有機(jī)結(jié)合多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書的優(yōu)點(diǎn)，以多媒體教學(xué)為主。教師制作課件前先整合提煉教學(xué)內(nèi)容，編列講解提綱，理清教學(xué)思路，多以圖片和動(dòng)畫代替一些枯燥的敘述。針對(duì)一些重點(diǎn)內(nèi)容則需結(jié)合傳統(tǒng)板書，既能引起學(xué)生的重視，也能加深理解。例如講解受彎構(gòu)件正截面與斜截面破壞形態(tài)時(shí)，可以簡(jiǎn)要板書主要的破壞形態(tài)，然后結(jié)合試驗(yàn)視頻，讓學(xué)生對(duì)破壞特征進(jìn)行歸納總結(jié)；由等效應(yīng)力圖建立受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算方法時(shí)，應(yīng)力分布圖可采用多媒體演示，平衡方程的建立及其適用條件可以通過板書推導(dǎo)；構(gòu)造措施可以結(jié)合工程照片或施工圖進(jìn)行講解，通過工程實(shí)例讓學(xué)生有較直觀認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)積極性。

2.重視規(guī)范應(yīng)用與工程實(shí)踐。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是一門工程實(shí)踐性很強(qiáng)的核心專業(yè)課，課程內(nèi)容與規(guī)范密切相關(guān)，且主要是對(duì)規(guī)范條款的解釋、細(xì)化和延伸，尤其是一些構(gòu)造措施與基本構(gòu)件的承載力計(jì)算方法。教師在講解過程中要緊密聯(lián)系現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合工程實(shí)例，既要指明規(guī)范要求，也要闡述清楚理論依據(jù)與工程意義，讓學(xué)生理解工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅應(yīng)滿足理論計(jì)算要求，更應(yīng)符合規(guī)范規(guī)定，培養(yǎng)學(xué)生處理實(shí)際工程問題的能力。另外，應(yīng)有目的地組織學(xué)生進(jìn)行工程現(xiàn)場(chǎng)參觀和學(xué)習(xí)[5，6]，了解基本構(gòu)件的鋼筋布置與相應(yīng)的構(gòu)造措施，加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，提升學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。

3.強(qiáng)化試驗(yàn)教學(xué)?；炷两Y(jié)構(gòu)構(gòu)件受力機(jī)理復(fù)雜、力學(xué)性能分析困難，不能直接沿用材料力學(xué)的推導(dǎo)公式，需通過大量試驗(yàn)，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，提出基本假定，推導(dǎo)承載力計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總體思路可概括為：試驗(yàn)分析與工程經(jīng)驗(yàn)→基本假定→簡(jiǎn)化應(yīng)力圖→基本公式→構(gòu)件設(shè)計(jì)[2，3]。可見，試驗(yàn)分析是構(gòu)件受力分析與計(jì)算方法建立與截面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，課程教學(xué)中應(yīng)重視試驗(yàn)教學(xué)。在進(jìn)行拉、壓、彎、剪、扭五大基本構(gòu)件受力特性講解前，可先結(jié)合力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分析受力機(jī)理，然后給學(xué)生觀看試驗(yàn)教學(xué)視頻，了解各種受力狀態(tài)下構(gòu)件的破壞過程、破壞特征、破壞形態(tài)與影響因素。結(jié)合試驗(yàn)視頻闡述哪些破壞形態(tài)是實(shí)際工程中不允許發(fā)生、設(shè)計(jì)時(shí)需避免的，哪些破壞形態(tài)是我們分析構(gòu)件承載力的依據(jù)和基礎(chǔ)。再分析并建立相應(yīng)的承載力計(jì)算方法，規(guī)定其適用條件，學(xué)生自然比較容易接受。另外，盡量安排試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，以分組的形式讓學(xué)生全程參與基本構(gòu)件試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑥匿摻畹慕壴?、?yīng)變片的粘貼、混凝土的制備與澆筑，到模型試驗(yàn)測(cè)試、數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果整理，讓學(xué)生對(duì)比體會(huì)理論與試驗(yàn)結(jié)果的異同，鞏固對(duì)不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力特性的認(rèn)識(shí)和理解。既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力與團(tuán)隊(duì)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

4.重視課堂例題與課后習(xí)題。課程中公式參數(shù)多，不同構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法不同，計(jì)算方法建立過程學(xué)生應(yīng)盡量掌握，但關(guān)鍵是計(jì)算方法如何應(yīng)用、相關(guān)參數(shù)的取值、如何進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)或校核，這就需要加強(qiáng)課堂例題和課后習(xí)題練習(xí)。課堂上每個(gè)基本構(gòu)件的計(jì)算方法提出后，要分析運(yùn)用該計(jì)算方法時(shí)的解題思路，總結(jié)計(jì)算步驟和注意事項(xiàng)，讓學(xué)生先結(jié)合教材上的例題熟悉公式與參數(shù)的應(yīng)用，然后再進(jìn)行隨堂例題演練，考察學(xué)生對(duì)計(jì)算方法的應(yīng)用能力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并有針對(duì)性地進(jìn)行講解指導(dǎo)。比如，關(guān)于偏心受壓構(gòu)件是否需要考慮二階效應(yīng)應(yīng)同時(shí)滿足三個(gè)條件：①桿端彎矩比M1/M2≤0.9；②軸壓比不大于0.9；③長細(xì)比lc/i≤34-12（M1/M2）。給出這個(gè)三個(gè)條件后，隨即給出三個(gè)條件同時(shí)滿足與個(gè)別條件滿足的相關(guān)例題，讓學(xué)生對(duì)比分析，這樣學(xué)生就能較容易掌握何時(shí)該考慮二階效應(yīng)。對(duì)于這些枯燥的公式和參數(shù)，學(xué)生在課堂上理解了而不及時(shí)復(fù)習(xí)鞏固也容易遺忘，課后習(xí)題是較好督促學(xué)生學(xué)習(xí)和鞏固的手段，并能檢驗(yàn)一些基本要求和驗(yàn)算條件學(xué)生是否真正理解清楚，同時(shí)了解、發(fā)現(xiàn)學(xué)生容易犯的共性錯(cuò)誤，再有針對(duì)性地組織進(jìn)行習(xí)題講解與答疑。

5.課程考核方式多樣化?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理主要要求學(xué)生掌握基本構(gòu)件的受力性能、計(jì)算方法以及相應(yīng)的構(gòu)造措施，學(xué)會(huì)運(yùn)用規(guī)范，具備一定的解決實(shí)際工程問題與工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。但課程中構(gòu)造規(guī)定多，公式計(jì)算復(fù)雜，參數(shù)取值需要查表，課程考核方式完全依靠閉卷考試的形式，難免加大學(xué)生的記憶工作量，且有些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)套用公式或按規(guī)范取值即可，另外也有些內(nèi)容在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)較重要但不適合作為閉卷考試題目[4]。因此，教師應(yīng)對(duì)課程考核方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改進(jìn)，按平時(shí)考核占課程成績(jī)10%、作業(yè)占課程成績(jī)10%、期中測(cè)試占課程成績(jī)10%、試驗(yàn)占課程成績(jī)10%，期末考試占課程成績(jī)60%的模式進(jìn)行綜合考評(píng)。同時(shí)，為激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考，提高學(xué)習(xí)積極性，對(duì)課堂主動(dòng)回答問題的學(xué)生，根據(jù)情況可給予總評(píng)成績(jī)0.5～1分的獎(jiǎng)勵(lì)?？荚囍幸恍﹨?shù)指標(biāo)或經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，比如材料強(qiáng)度指標(biāo)、斜截面抗剪計(jì)算公式、考慮二階效應(yīng)時(shí)截面彎矩計(jì)算公式等可有限提供?？傊?，課程教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用，課程考核方式可以多樣化。

三、結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理主要講述基本設(shè)計(jì)原理和構(gòu)件設(shè)計(jì)方法，是一門理論性與實(shí)踐性相融合的課程，內(nèi)容多，知識(shí)面廣，應(yīng)用性很強(qiáng)。教授這門課程要根據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，注重理論與實(shí)踐的聯(lián)系，認(rèn)真探索和實(shí)踐多樣化的教學(xué)手段和方法，幫助學(xué)生較好地理解和掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法，提升學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，為從事土木工程相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉華新，魏巍.混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)方法的研究與實(shí)踐[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，（9）：90-91.

[2]王秋萍，李宏偉.混凝土結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)方法初探[J].高等建筑教育，2005，14（1）：59-61.

[3]許英，汪宏，等.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)方法與教學(xué)手段探討[J].高等建筑教育，2008，17（3）：88-91.

[4]任鳳鳴，袁兵.“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)探討[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，12（增刊）：122-123.

[5]劉杰.學(xué)生工程意識(shí)和實(shí)踐能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐[J].中國教學(xué)與社會(huì)科學(xué)，2009，（2）：12-13.

[6]張利.談工程應(yīng)用型本科專業(yè)課教學(xué)[J].高等建筑教育，2004，13（1）：29～31.