提高《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)效果的方法探討

梁謙 程建萍

摘? 要：隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)水利工程的建設(shè)和改革也隨之出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，與之配套的田間工程也相繼在不同灌區(qū)得到改造和提升，這就需要大量的設(shè)計(jì)、施工人員熟練掌握混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和施工技術(shù)。因此，在培養(yǎng)農(nóng)業(yè)水利工程、水利水電工程專業(yè)等專業(yè)人才的過程中，要不斷改善其學(xué)習(xí)方法，以此來(lái)提高學(xué)習(xí)效果、加強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)理論的掌握和對(duì)施工技術(shù)的應(yīng)用能力。為此，有必要在《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)過程中不斷探討教學(xué)方法和教學(xué)效果的研究和探討，達(dá)到從根本上提高學(xué)習(xí)者對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的掌握和應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：水工混凝土? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)? 教學(xué)方法? 教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（a）-0170-04

Abstract： With the development of mechanization agriculture and modernization in China， the construction and reform of agricultural hydraulic engineering has also developed vigorously， and the field projects accompanying it have been transformed and upgraded in different irrigation districts， this requires a large number of design， construction personnel skilled grasp the design of concrete structure and construction technology. Therefore， in the process of training professional talents such as agricultural hydraulic engineering， water conservancy and hydropower engineering， we should constantly improve their learning methods， in order to improve the learning effect， strengthen the learners to the concrete structure design specialized theory grasping and the construction technology application ability. To this end， it is necessary to study teaching methods and teaching effects in the course of hydraulic reinforced concrete structure， to fundamentally improve the learners' mastery and application ability of hydraulic concrete structure design.

Key Words： Hydraulic concrete;Structure design;Teaching method;Teaching effect

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程中最基本的結(jié)構(gòu)形式。正因?yàn)槿绱?，《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》是高等學(xué)校水利水電工程、農(nóng)業(yè)水利工程學(xué)科人才培養(yǎng)大綱中最為重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程[1]。學(xué)習(xí)本課程的目的，是掌握水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算的基本理論和構(gòu)造知識(shí)，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程和順利從事鋼筋混凝土建筑物的設(shè)計(jì)和施工打下牢固的理論基礎(chǔ)。在本課程的學(xué)習(xí)中，最大的特點(diǎn)是突出知識(shí)的應(yīng)用[2]。因此，在教學(xué)過程中要重點(diǎn)突出課程實(shí)踐性的特點(diǎn)，這樣，理論知識(shí)才能恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到實(shí)際工程中。在近幾年的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，老師授課過程中講的繪聲繪色、滔滔不絕且深入淺出，而學(xué)生中的一部分學(xué)習(xí)者聽的卻是茫然若迷、如墜云霧、不知所云。因此，探討如何改善《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》教學(xué)方式和教學(xué)效果，讓學(xué)習(xí)者充分理解和掌握混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的原理和配筋的計(jì)算方法，成為當(dāng)前水利類結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要課題。

1? 提高教學(xué)效果方法的討論

《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程雖然不屬于高等教育理工類的“三大力學(xué)”核心課程之一，但它與《材料力學(xué)》有相同之處，分析問題的基本思路即由材料的物理關(guān)系、變形的幾何關(guān)系和受力平衡關(guān)系建立計(jì)算公式的分析方法，同樣適用于鋼筋混凝土構(gòu)件。所以，相較水利工程專業(yè)的其他專業(yè)課程而言，在學(xué)習(xí)過程中用到的力學(xué)知識(shí)較多，知識(shí)應(yīng)用更深入、更具體。因此，要學(xué)會(huì)應(yīng)用并達(dá)到融會(huì)貫通的程度具有相當(dāng)難度，易使學(xué)習(xí)者失去學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)興趣。通過近幾年《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)過程中總結(jié)，得出要提升其課程的教學(xué)效果和提高學(xué)習(xí)者的掌握程度，有必要不斷改進(jìn)或重視課堂教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生探索知識(shí)的渴望，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，需要在教學(xué)過程中重視和實(shí)施以下六個(gè)方面，來(lái)保證和提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

1.1 重視先修課程的學(xué)習(xí)

在《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程的學(xué)習(xí)中，要想順利地“楔入”到課程理論的學(xué)習(xí)，需掌握先修課程內(nèi)容的回顧與熟悉，如《建筑材料》《材料力學(xué)》《結(jié)構(gòu)力學(xué)》《水工建筑物》等課程。先修課程在本門課程的學(xué)習(xí)中顯得至關(guān)重要，如《建筑材料》課程使學(xué)習(xí)者對(duì)混凝土、鋼筋等材料的種類和性能有大致的了解和掌握;又如，通過《水工建筑物》的學(xué)習(xí)使學(xué)習(xí)者對(duì)水工建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用、形狀有了宏觀的認(rèn)識(shí);同時(shí)，對(duì)構(gòu)件的尺寸通過建筑物的等級(jí)和規(guī)模，依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范可初步確定;又如《材料力學(xué)》的重點(diǎn)知識(shí)，在學(xué)習(xí)《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程中顯得尤為重要，從某種意義上來(lái)說(shuō)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)是研究鋼筋混凝土的材料力學(xué)。雖然材料力學(xué)研究的是線彈性體構(gòu)件，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)研究鋼筋和混凝土兩種材料組成的構(gòu)件，混凝土為非彈性體，因而材料力學(xué)的許多公式不能直接應(yīng)用于鋼筋混凝土構(gòu)件，但材料力學(xué)中分析問題的基本思路，同樣適合與鋼筋混凝土構(gòu)件;再如《結(jié)構(gòu)力學(xué)》知識(shí)的應(yīng)用，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋計(jì)算中，計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)是應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)中力的平衡、力矩平衡原理、力矩計(jì)算方法等確定構(gòu)件所需要承受荷載效應(yīng)，只有準(zhǔn)確計(jì)算出荷載效應(yīng)如剪力、軸力、和彎矩等，才能根據(jù)材料所具有的應(yīng)力，依據(jù)結(jié)構(gòu)抗力大于荷載效應(yīng)的原理，確定出結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和計(jì)算合理的配筋量。因此，在本課程的教學(xué)過程中，須重視先修課程的回顧，并學(xué)習(xí)過程中不斷地將知識(shí)進(jìn)行積累和總結(jié)，才能在授課的過程中無(wú)形地引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)入本課程知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，并達(dá)到融會(huì)貫通的程度。

1.2 計(jì)算原理的理解和計(jì)算公式的掌握

在混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算中，計(jì)算原理不外乎力的平衡和力矩的平衡，說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，但理解起來(lái)就不那么容易了，其原因是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算公式是在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)理論分析建立起來(lái)的，學(xué)習(xí)時(shí)需重視實(shí)驗(yàn)在建立計(jì)算公式中的地位和作用，注意每個(gè)計(jì)算公式的適用范圍和條件，不能盲目地生搬硬套。

從傳統(tǒng)的教學(xué)來(lái)看，理論教學(xué)具有一定的抽象性，所以為了將抽象教學(xué)進(jìn)行具象化，積極地利用應(yīng)力圖形和計(jì)算簡(jiǎn)圖，通過力學(xué)的知識(shí)，確定計(jì)算斷面上最不利荷載作用大小，依據(jù)應(yīng)力的分布特點(diǎn)確定作用點(diǎn)位置，結(jié)合材料應(yīng)力特性，通過力的平衡原理及力矩平衡原理方程，確定配筋量的計(jì)算。計(jì)算時(shí)需要將理論計(jì)算與工程實(shí)際相結(jié)合，應(yīng)用計(jì)算原理及表達(dá)式推導(dǎo)出整個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算的過程，來(lái)掌握計(jì)算過程中荷載效應(yīng)的計(jì)算方法。結(jié)構(gòu)抗力需要結(jié)合構(gòu)件的幾何尺寸、配筋數(shù)量、材料性能以及抗力的計(jì)算模式與實(shí)際的吻合程度來(lái)確定。確定計(jì)算配筋量，要結(jié)合構(gòu)造要求和鋼筋的截面面積來(lái)確定實(shí)際配筋量;通過典型結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋量的計(jì)算或復(fù)核，讓學(xué)習(xí)者能正確地進(jìn)行截面尺寸確定、配筋計(jì)算、鋼筋布置、配筋圖繪制;能正確地進(jìn)行構(gòu)件承載力校核;能正確地進(jìn)行構(gòu)件正常使用階段驗(yàn)算;使用計(jì)算原理和計(jì)算公式的運(yùn)用技巧和應(yīng)用方法，充分掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般計(jì)算方法。

1.3 設(shè)計(jì)構(gòu)造要求的學(xué)習(xí)

水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果最終是要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋圖上[3]。在某一截面計(jì)算的過程中，學(xué)習(xí)者認(rèn)為繪制配筋圖這一環(huán)節(jié)并不重要，只需要繪制出截面，象征性地畫幾個(gè)“小黑點(diǎn)”就是配筋圖。豈不知，在構(gòu)件的某一截面上，除了布置受力筋之外，還需要相應(yīng)的配置一定的構(gòu)造鋼筋。那么在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件過程中，就涉及到結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求。構(gòu)造要求是長(zhǎng)期科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)[4]，因此，要充分重視對(duì)構(gòu)造知識(shí)的學(xué)習(xí)。在學(xué)習(xí)的過程中不必死記硬背構(gòu)造的具體規(guī)定，而應(yīng)注意弄懂其中的道理，即明白“為什么要有這個(gè)構(gòu)造要求，這個(gè)構(gòu)造要求的作用是什么”。如在進(jìn)行純彎梁的配筋中除確定受力筋之外，還要根據(jù)梁的截面尺寸，配置一定數(shù)量的箍筋和架立鋼筋，來(lái)確定鋼筋混凝土構(gòu)件中的分布位置和保證受力作用，以滿足施工可操作性的要求;板的配筋過程中除計(jì)算受力鋼筋之外，還要確定一定數(shù)量的分布鋼筋，通過分布鋼筋將板面荷載更均勻地傳布給受力鋼筋，同時(shí)固定受力鋼筋，并起到抵抗混凝土收縮和溫度應(yīng)力的作用。與此同時(shí)，分布鋼筋的間距也是需要理解記憶的，如在承受施工分布荷載作用的板，分布鋼筋最大間距不小于250mm，這個(gè)“250mm”的確定是有一定依據(jù)的，為方便同學(xué)們記憶，可舉例如施工人員所穿鞋碼的大小尺寸的方法加深對(duì)分布鋼筋間距的理解。舉一反三，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者對(duì)構(gòu)造規(guī)定的理解和掌握。

1.4 結(jié)合工程案例掌握混凝土結(jié)構(gòu)的配筋計(jì)算

在授課過程中，所舉的案例均是單一的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，且結(jié)構(gòu)構(gòu)件作用明確，直接用“拿來(lái)主義”，直接套用相應(yīng)類型構(gòu)件的計(jì)算公式，計(jì)算出配筋量來(lái)。這對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，似乎鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算就是這么簡(jiǎn)單，可如果將實(shí)際工程中的某一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行配筋計(jì)算，如鋼筋混凝土渡槽結(jié)構(gòu)的配筋計(jì)算，部分計(jì)算者竟不能確定這是一個(gè)什么性質(zhì)的構(gòu)件（純彎構(gòu)件、彎扭構(gòu)件、剪扭構(gòu)件）;或者不能確定最不利荷載出現(xiàn)的位置及大小。因此，在實(shí)際計(jì)算中還需要將構(gòu)件進(jìn)行受力分析、運(yùn)行工況分析和計(jì)算，從而判斷構(gòu)件的類型和最不利荷載出現(xiàn)的位置和大小，依據(jù)鋼筋混凝土設(shè)計(jì)原理和計(jì)算公式，計(jì)算出相應(yīng)的配筋量，繪制出具有不同受力特點(diǎn)的合理配筋圖來(lái)。這一工作就牽涉到本課程后續(xù)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

1.5 獨(dú)立完成課后作業(yè)

“溫故而知新”，對(duì)于《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程學(xué)習(xí)中，要想熟練掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋計(jì)算原理和方法，完成一定量的課后習(xí)題是必不可缺的。在習(xí)題計(jì)算過程的訓(xùn)練中，不斷對(duì)荷載類型的區(qū)分和荷載效應(yīng)大小確定、計(jì)算簡(jiǎn)圖的理解及計(jì)算公式熟練運(yùn)用，不僅提高了對(duì)計(jì)算公式機(jī)械記憶的加深和理解甚至融會(huì)貫通，而且更進(jìn)一步提高了對(duì)構(gòu)件截面設(shè)計(jì)尺寸的合理優(yōu)化和計(jì)算過程中公式的準(zhǔn)確運(yùn)用能力，使整個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算過程完整準(zhǔn)確、計(jì)算方法得當(dāng)且運(yùn)用得心應(yīng)手。所以，在本課程的學(xué)習(xí)過程中必須重視課后習(xí)題的獨(dú)立完成，且本環(huán)節(jié)對(duì)本課程的設(shè)計(jì)構(gòu)件原理和計(jì)算方法的熟悉、掌握起到及時(shí)鞏固和熟練運(yùn)用的作用。因此，要鞏固和提高本課程的教學(xué)效果，習(xí)題的訓(xùn)練環(huán)節(jié)不可或缺！

1.6 獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)工作

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)這門課程應(yīng)用的實(shí)踐環(huán)節(jié)。缺少這一環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者僅是處在對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論原理的學(xué)習(xí)階段，要達(dá)到設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于實(shí)際工程，必須綜合運(yùn)用混凝土設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合。如進(jìn)行某一個(gè)工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完整設(shè)計(jì)過程中，只有通過某一構(gòu)件的計(jì)算過程和設(shè)計(jì)成果[4]，才能體現(xiàn)出學(xué)習(xí)者對(duì)水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的掌握程度、體現(xiàn)出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果，為將來(lái)從事混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為此，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，教師課堂應(yīng)采用多媒體和板書相結(jié)合的教學(xué)方式[5]。首先，對(duì)一些概念模糊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物類型和形式，可以采用計(jì)算機(jī)多媒體動(dòng)畫技術(shù)，或通過工程實(shí)例照片、錄像、動(dòng)畫模型等的展示進(jìn)行講解，可以增加學(xué)生對(duì)所設(shè)計(jì)建筑物（構(gòu)筑物）形成最初的感性認(rèn)識(shí)[6]，加深對(duì)這些內(nèi)容的理解和掌握。其次，對(duì)于課程中有關(guān)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力分析，確定某一構(gòu)件的類型，并將復(fù)雜構(gòu)件分解，分別計(jì)算不同部分的受力情況，從而根據(jù)構(gòu)件的受力情況確定構(gòu)件的類型。對(duì)于多跨的、連續(xù)梁板構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算的確定時(shí)，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)的內(nèi)力計(jì)算原理[6]，或依據(jù)鋼筋混凝土彈性理論的方法確定最不利荷載的產(chǎn)生的最大內(nèi)力值和最小內(nèi)力值繪制剪力、彎矩包絡(luò)圖，從而確定出不同截面的配筋量，同時(shí)結(jié)合構(gòu)造要求，繪制混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋圖[7-8]。這個(gè)過程需要學(xué)習(xí)者結(jié)合先修課程的內(nèi)容，充分理解設(shè)計(jì)構(gòu)件的受力特點(diǎn)作用，進(jìn)行受力分析，進(jìn)而進(jìn)行配筋計(jì)算和完成配筋圖的繪制。

在課程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)中，雖然設(shè)計(jì)的主體是學(xué)生，但課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)者的作用也不容忽視，指導(dǎo)者對(duì)學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)過程的引導(dǎo)、講述和分析都起到至關(guān)重要的作用;對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)過程中對(duì)方案布局優(yōu)化的合理性、設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)內(nèi)容的完整性等方面均有不可忽視作用。

2? 結(jié)語(yǔ)

在水利工程類專業(yè)復(fù)合型人才的培養(yǎng)方案中，《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)》課程內(nèi)容的掌握和知識(shí)的熟練運(yùn)用非常重要?？梢哉f(shuō)，掌握本門課程的知識(shí)，對(duì)今后從事混凝土設(shè)計(jì)和施工工作有著舉足輕重的作用。而本課程的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)內(nèi)容的掌握程度上，這種掌握的程度通常通過課程考核的方式來(lái)體現(xiàn)。因此，要提高專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)水平和培養(yǎng)質(zhì)量，就需要在提高本課程的教學(xué)方法和教學(xué)效果上狠下功夫，在教學(xué)過程中落實(shí)和執(zhí)行行之有效的措施，順利開展教育教學(xué)活動(dòng)，保證在教學(xué)計(jì)劃時(shí)間內(nèi)，充分利用教學(xué)資源，更好地完成教學(xué)任務(wù);同時(shí)，學(xué)習(xí)者能夠更好地掌握水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)課程的理論知識(shí)，并能學(xué)以致用，做一個(gè)對(duì)社會(huì)有貢獻(xiàn)的建設(shè)者和接班人。

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