淺談仿真任務(wù)教學(xué)在高職課堂教學(xué)中的應(yīng)用
——以力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程為例

(天津國(guó)土資源和房屋職業(yè)學(xué)院天津，天津 300270)

力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是建筑裝飾工程技術(shù)專業(yè)的職業(yè)基礎(chǔ)課。建筑的裝飾過程離不開建筑本身，因此本課程的學(xué)習(xí)情況直接影響建筑裝飾工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生對(duì)于專業(yè)課的學(xué)習(xí)效果。而因?yàn)檎n程本身理論性太強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)繁多、內(nèi)容跨度大等特點(diǎn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果并不理想。根據(jù)學(xué)生對(duì)《力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，在典型能力訓(xùn)練項(xiàng)目中以仿真任務(wù)形式展開教學(xué)。

一、課程概況

力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程服務(wù)專業(yè)為建筑裝飾工程技術(shù)，課程性質(zhì)為職業(yè)基礎(chǔ)課，總學(xué)時(shí)為64學(xué)時(shí)。在教學(xué)體系中起到承上啟下的作用，為建筑裝飾施工技術(shù)與管理、建筑裝飾概預(yù)算、畢業(yè)綜合實(shí)踐等后繼課程打下基礎(chǔ)。力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程內(nèi)容十分豐富且復(fù)雜，包括：結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件受力分析、荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、選擇截面尺寸和材料、構(gòu)造處理、繪制結(jié)構(gòu)施工圖等。課程主要學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：能夠進(jìn)行基本的靜力平衡計(jì)算、能夠?qū)ΤＲ姾?jiǎn)單構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算、能夠識(shí)讀建筑施工圖。在本門課程的學(xué)習(xí)過程中要求學(xué)生具備資料整理與閱讀能力、語言表達(dá)與溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與組織能力。

二、課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程內(nèi)容繁多，所涉及知識(shí)點(diǎn)包括：理論力學(xué)里面的靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)里面的內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力圖、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理里面的配筋計(jì)算及結(jié)構(gòu)施工圖等。為便于實(shí)施仿真任務(wù)教學(xué)重新對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行梳理及整合，將課程內(nèi)容設(shè)計(jì)為四個(gè)項(xiàng)目。課程內(nèi)容設(shè)計(jì)及學(xué)時(shí)分配見表1所示。

表1 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)及學(xué)時(shí)分配表

三、能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)

根據(jù)知識(shí)的相關(guān)性把課程內(nèi)容中的項(xiàng)目繼續(xù)解構(gòu)和重組，每個(gè)項(xiàng)目分解成多個(gè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目。

項(xiàng)目1：梁、板構(gòu)件配筋項(xiàng)目，分解成四個(gè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目。其中每個(gè)能力訓(xùn)練的項(xiàng)目編號(hào)、項(xiàng)目名稱、訓(xùn)練方式手段及步驟見表2所示。

表2 梁、板構(gòu)件配筋能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)表

項(xiàng)目2：柱配筋項(xiàng)目，分解成三個(gè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目。其中每個(gè)能力訓(xùn)練的項(xiàng)目編號(hào)、項(xiàng)目名稱、訓(xùn)練方式手段及步驟見表3所示。

表3 柱配筋能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)表

項(xiàng)目3：結(jié)構(gòu)圖識(shí)讀項(xiàng)目，分解成三個(gè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目。其中每個(gè)能力訓(xùn)練的項(xiàng)目編號(hào)、項(xiàng)目名稱、訓(xùn)練方式手段及步驟見表4所示。

表4 結(jié)構(gòu)圖識(shí)讀能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)表

項(xiàng)目4：常見結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)造認(rèn)識(shí)項(xiàng)目，分解成兩個(gè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目。其中每個(gè)能力訓(xùn)練的項(xiàng)目編號(hào)、項(xiàng)目名稱、訓(xùn)練方式手段及步驟見表5所示。

表5 常見結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)造認(rèn)識(shí)能力訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計(jì)表

四、典型仿真任務(wù)

在力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程的授課過程中每個(gè)能力訓(xùn)練項(xiàng)目均需要給學(xué)生下達(dá)學(xué)習(xí)任務(wù)書，在典型能力訓(xùn)練項(xiàng)目中模擬真實(shí)工作流程編制任務(wù)書，要求學(xué)生按照任務(wù)書的要求完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。下面以1-3梁的配筋計(jì)算為例展示學(xué)習(xí)內(nèi)容的重設(shè)以及教學(xué)方法的改變。

(一)梁的配筋計(jì)算任務(wù)書

1.設(shè)計(jì)資料

某辦公樓樓面梁采用矩形截面獨(dú)立簡(jiǎn)支梁，安全等級(jí)為二級(jí),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年,計(jì)算跨度5.56m，承受均布恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值16KN/m(不包含自重)，均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值8.4KN/m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，鋼筋采用HRB400。

因此，本研究的主要目的是利用感官評(píng)價(jià)、色譜骨架成分分析以及GC-Osme等多種風(fēng)味化學(xué)技術(shù)評(píng)價(jià)低度五糧液的風(fēng)味特征并與高度五糧液的風(fēng)格特征進(jìn)行比較，為科學(xué)認(rèn)識(shí)五糧液風(fēng)格特征、詮釋民族優(yōu)秀傳統(tǒng)工藝提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.設(shè)計(jì)內(nèi)容

(1)選取合適的截面尺寸，包括截面高度、寬度；(2)進(jìn)行恒載內(nèi)力計(jì)算，要求計(jì)算不少于三個(gè)關(guān)鍵截面； (3)進(jìn)行活載內(nèi)力計(jì)算并按規(guī)范進(jìn)行荷載組合；(4)根據(jù)荷載組合進(jìn)行正截面配筋計(jì)算； (5)根據(jù)荷載組合進(jìn)行斜截面配筋計(jì)算；(6)繪制配筋圖；(7)制作仿真模型。

3.成果要求

(1)整理完整的計(jì)算書，要求統(tǒng)一用A4紙撰寫； (2)按照1:10比例制作仿真模型。

(二)設(shè)計(jì)方法

梁的配筋計(jì)算任務(wù)書主要以實(shí)際工作中的工作流程為依據(jù)而編制，在授課過程中首先下達(dá)梁配筋計(jì)算任務(wù)書，在研讀任務(wù)書過程中對(duì)學(xué)生提出的問題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)解答。然后要求學(xué)生按照設(shè)計(jì)內(nèi)容逐項(xiàng)進(jìn)行截面設(shè)計(jì)工作。

1.截面選擇

(1)學(xué)生領(lǐng)取教學(xué)任務(wù)后查閱相關(guān)書籍及規(guī)范找到解決這項(xiàng)內(nèi)容的方法，教師在此過程中給予相應(yīng)指導(dǎo)；(2)教師根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容舉例，學(xué)生分析教師所舉例子是否符合規(guī)范要求，在此過程中加深學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)內(nèi)容及規(guī)范的理解；(3)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)資料中有關(guān)內(nèi)容及規(guī)范中相應(yīng)規(guī)定選定截面長(zhǎng)度。然后查閱構(gòu)造知識(shí)使所選取的最終截面長(zhǎng)度符合構(gòu)造要求；(4)根據(jù)截面長(zhǎng)度及構(gòu)造要求選定合適的截面寬度，注意截面尺寸應(yīng)符合模數(shù)要求；(5)教師對(duì)所選擇截面尺寸進(jìn)行評(píng)價(jià)，不合格者重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

學(xué)生所選擇的截面長(zhǎng)度和截面寬度是下面幾項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的重要基礎(chǔ)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中非常關(guān)鍵，要求學(xué)生保存設(shè)計(jì)過程中查閱的相關(guān)資料及最終所得數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作做準(zhǔn)備。

2.恒載內(nèi)力計(jì)算

(1)學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)資料里面的基本信息及所選擇截面尺寸計(jì)算出含自重的恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值，其中學(xué)生應(yīng)查閱相關(guān)資料得到材料重度；(2)學(xué)生根據(jù)均布恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值畫出恒載作用下簡(jiǎn)支梁計(jì)算簡(jiǎn)圖，并進(jìn)行受力分析；(3)學(xué)生根據(jù)靜力平衡方程計(jì)算出恒載作用下的支座反力；(4)指導(dǎo)學(xué)生選出三個(gè)關(guān)鍵截面，利用截面法計(jì)算出每個(gè)關(guān)鍵截面內(nèi)力其中包括彎矩和剪力。

在恒荷載內(nèi)力計(jì)算的過程中學(xué)生需要熟練掌握物體的受力分析、支座反力的計(jì)算方法、內(nèi)力計(jì)算方法、簡(jiǎn)單內(nèi)力圖繪制方法等理論知識(shí)，在此過程中教師給予現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)嚴(yán)格把關(guān)每一步驟計(jì)算方法的正確性。

3.活載內(nèi)力計(jì)算

(1)根據(jù)均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值畫出活載作用下簡(jiǎn)支梁計(jì)算簡(jiǎn)圖，并進(jìn)行受力分析；(2)根據(jù)靜力平衡方程計(jì)算出活載作用下的支座反力；(3)指導(dǎo)學(xué)生選出三個(gè)關(guān)鍵截面，利用截面法計(jì)算出每個(gè)關(guān)鍵截面內(nèi)力其中包括彎矩和剪力；(4)分別計(jì)算三個(gè)關(guān)鍵截面的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，其中學(xué)生需查閱參考資料自學(xué)概率極限設(shè)計(jì)方法及內(nèi)力組合方法；(5)根據(jù)三個(gè)關(guān)鍵截面的內(nèi)力設(shè)計(jì)值，得到最終截面彎矩值設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值。

活荷載內(nèi)力計(jì)算方法與恒荷載內(nèi)力計(jì)算方法基本相同不再贅述，在按照承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)力組合時(shí)需要計(jì)算出由活荷載效應(yīng)控制的組合值和由恒荷載效應(yīng)控制的組合值，在兩種組合的計(jì)算結(jié)果中選出較大的效應(yīng)組合值作為最終內(nèi)力設(shè)計(jì)值。此環(huán)節(jié)內(nèi)容屬于單元中的難點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中教師進(jìn)行了較細(xì)致的指導(dǎo)工作。

4.正截面配筋計(jì)算

(1) 教師指導(dǎo)學(xué)生查閱設(shè)計(jì)資料及相關(guān)規(guī)范，從中得到混凝土抗壓承載力設(shè)計(jì)值、混凝土抗拉承載力設(shè)計(jì)值、鋼筋抗拉承載力設(shè)計(jì)值、相對(duì)截面受壓區(qū)高度等參數(shù)；(2) 學(xué)生根據(jù)最終彎矩設(shè)計(jì)值及受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算公式計(jì)算混凝土受壓區(qū)高度，根據(jù)受壓區(qū)高度判別梁的是否超筋；(3) 若構(gòu)件為不超筋梁則計(jì)算縱向受力鋼筋面積，再根據(jù)配筋面積判別構(gòu)件是否屬于少筋梁。在計(jì)算過程中如果構(gòu)件為少筋梁或超筋梁則需重新設(shè)計(jì)。

受彎構(gòu)件正截面配筋計(jì)算是整個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)的重點(diǎn)內(nèi)容，在此環(huán)節(jié)應(yīng)具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的理論知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中需參考混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教材，所需要大量參數(shù)均可在混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范中獲得。

5.斜截面配筋計(jì)算

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)資料及相關(guān)規(guī)范查出相關(guān)參數(shù)；(2)復(fù)核截面尺寸是否滿足要求，滿足要求繼續(xù)下一環(huán)節(jié)不滿足要求重新設(shè)計(jì)；(3)若滿足要求根據(jù)最終剪力設(shè)計(jì)值及受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算公式驗(yàn)算是否需要配置箍筋；(4)若需要配置箍筋應(yīng)按照計(jì)算公式及構(gòu)造要求確定箍筋數(shù)量，若不需要配置箍筋則按照最低構(gòu)造要求配置箍筋；(5)驗(yàn)算配箍率，選配箍筋。

斜截面承載力計(jì)算公式屬于經(jīng)驗(yàn)公式，公式的建立基于構(gòu)件剪壓破壞。在設(shè)計(jì)的過程中復(fù)核截面尺寸、驗(yàn)算配箍率均是驗(yàn)證公式的適用范圍。教師在設(shè)計(jì)過程中給與學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)以保證學(xué)生順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

6.繪制配筋圖

(1)根據(jù)縱向受力鋼筋面積、構(gòu)造要求等選配縱向受力鋼筋直徑及根數(shù)，并驗(yàn)算鋼筋間距是否符合要求；(2)選擇架立筋數(shù)量；(3)根據(jù)縱向受力鋼筋直徑及間距、箍筋數(shù)量、架立筋數(shù)量、截面尺寸、保護(hù)層厚度等數(shù)據(jù)繪制配筋圖。繪制配筋圖部分看似簡(jiǎn)單實(shí)際上涵蓋的知識(shí)并不少，需要大量的構(gòu)造知識(shí)才能把配筋圖畫的合理。學(xué)生在選配鋼筋時(shí)結(jié)論不唯一，可以降低學(xué)生的抄襲現(xiàn)象以此激勵(lì)學(xué)生自主完成任務(wù)。

7.制作仿真模型

學(xué)生應(yīng)結(jié)合配筋計(jì)算結(jié)果及配筋圖手工制作梁的仿真模型，在制作過程中注意以下問題：(1)模型制作比例正確，在下料與裁料過程中尺寸丈量準(zhǔn)確；(2)受力鋼筋、架立鋼筋、箍筋粗細(xì)得當(dāng)；(3)受力鋼筋、箍筋間距符合要求。

制作仿真梁的過程主要考察學(xué)生鋼筋下料、加工、綁扎等環(huán)節(jié)，在下料過程中注意下料長(zhǎng)度、根數(shù)等問題，其中下料長(zhǎng)度注意考慮彎鉤增加長(zhǎng)度及箍筋調(diào)整值等。在鋼筋加工環(huán)節(jié)以彎曲成型為主，在彎曲成型過程中注意彎曲后平直部分長(zhǎng)度符合構(gòu)造要求。鋼筋綁扎時(shí)按照設(shè)計(jì)結(jié)果采用受力鋼筋間距及箍筋間距，且綁扎接頭應(yīng)錯(cuò)開。

梁的配筋計(jì)算這一任務(wù)在任務(wù)書設(shè)計(jì)過程中考慮到學(xué)生的實(shí)際計(jì)算水平，選用了工程中最簡(jiǎn)單的均布荷載作用下的簡(jiǎn)支梁為設(shè)計(jì)題材。重在使學(xué)生了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作流程以及結(jié)構(gòu)配筋種類、布設(shè)形式等，以避免學(xué)生在以后的裝飾裝修工作中不會(huì)因?yàn)閷?duì)結(jié)構(gòu)的不了解而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。另外由于學(xué)時(shí)關(guān)系本單元中沒有涉及按照正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算的內(nèi)容。

在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)以過程考核為主，任務(wù)實(shí)施過程中定期檢查計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確合理及模型制作是否規(guī)范。在評(píng)價(jià)過程重點(diǎn)看計(jì)算結(jié)果前后應(yīng)統(tǒng)一對(duì)應(yīng)，配筋結(jié)果必須符合構(gòu)造要求，模型制作流程應(yīng)按照現(xiàn)場(chǎng)施工流程，模型尺寸與配筋結(jié)果相對(duì)應(yīng)等。

五、總結(jié)

通過對(duì)《力學(xué)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容重設(shè)把較分散的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合起來形成系統(tǒng)，邏輯性更強(qiáng)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。教學(xué)中以模仿真實(shí)工作流程為依據(jù)編制任務(wù)書以及學(xué)生制作仿真模型的過程可以有效的將前后知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，使學(xué)生更容易掌握本門課程的相關(guān)知識(shí)，也使學(xué)生提前知曉以后從事本專業(yè)工作所需的基本專業(yè)知識(shí)和技能，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中提高了學(xué)習(xí)效率，更容易掌握，易于自學(xué)，同時(shí)也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用過程考核的形式加強(qiáng)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自主性，每完成一次學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)生都可以計(jì)算出自己的單次分?jǐn)?shù)，并經(jīng)過數(shù)個(gè)單次得分累加可以清楚自己能否通過考核，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。建筑裝飾工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生95%能通過本門課程考核,44%能達(dá)到優(yōu)良水平。