交通工程專業(yè)“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”教學(xué)探索

鄭尚敏 童尚蘭 程海根

摘? ? 要：“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是交通工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)選修課程，涉及的概念及公式較多，理論性較強，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大。文章從“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，對影響其教學(xué)效果的因素進行深入分析，提出提高該門課程教學(xué)效果的對策。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理;交通工程;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2020）03-0034-02

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是交通工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)選修課程，在培養(yǎng)學(xué)生掌握工程概念、設(shè)計方法以及解決實際工程問題的能力和創(chuàng)新意識等方面有著較重要的意義[1]。該課程與相關(guān)的課程聯(lián)系較緊密，對學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系起到了重要的作用。本課程的主要內(nèi)容包括鋼筋混凝土材料的基本力學(xué)性能，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理，鋼筋混凝土構(gòu)件的承載能力計算方法以及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算方法等[2]。該課程具有概念、公式以及規(guī)范條文多，理論性較強等特點，學(xué)習(xí)前需要有足夠的基礎(chǔ)知識儲備。作為選修課程，交通工程專業(yè)與土木工程專業(yè)的要求相比有所降低，教學(xué)上也需要采用不同的方式方法。根據(jù)專業(yè)的特點以及教學(xué)過程中遇到的問題，本文經(jīng)過深入探討提出提高該門課程教學(xué)效果的方法及措施。

一、“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”教學(xué)現(xiàn)狀

由于“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程在課程內(nèi)容的編排上存在較強的邏輯關(guān)系，首先介紹材料的物理力學(xué)性能，在認(rèn)識材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，包括可靠性的設(shè)計理念以及基于概率的極限狀態(tài)設(shè)計方法，之后再介紹鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力計算方法。整個課程教學(xué)內(nèi)容上的邏輯關(guān)系：首先必須先學(xué)習(xí)材料的物理力學(xué)性能，才能根據(jù)材料力學(xué)性能進行截面設(shè)計，然后運用力學(xué)知識對結(jié)構(gòu)截面的力學(xué)平衡進行分析，建立基本力學(xué)方程。然而，華東交通大學(xué)交通工程專業(yè)“建筑材料”課程與“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是安排在同一學(xué)期，在進行材料物理力學(xué)性能學(xué)習(xí)前，材料的物理力學(xué)性能尚未學(xué)習(xí)，需要花費足夠的時間對該內(nèi)容進行講解。此外，交通工程專業(yè)對力學(xué)的要求不高，“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程學(xué)習(xí)前只進行“工程力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生該課程的學(xué)習(xí)并不扎實，對基本的力學(xué)概念不夠清晰，這也對“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”中涉及力學(xué)分析部分的內(nèi)容理解帶來了一定的難度。

目前，針對交通工程專業(yè)“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的教學(xué)，主要還是以書上的內(nèi)容為主，由于課時的約束（僅48課時），遇到力學(xué)方面的基礎(chǔ)知識默認(rèn)他們已經(jīng)掌握，有不清楚的地方要求學(xué)生自己課下查漏補缺，盡量將課本的知識按要求教授完成[3]。而實際教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況又如何？學(xué)習(xí)基礎(chǔ)好的學(xué)生基本能跟上教師的節(jié)奏，按部就班地開展學(xué)習(xí)。然而，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不好的學(xué)生，完全無法跟上節(jié)奏，涉及力學(xué)分析部分的內(nèi)容，就像是在聽天書，無法理解，課下也不會花時間來對課上不清楚的地方進行復(fù)習(xí)，下次課，就更聽不懂了，就在這樣的一個死循環(huán)中度過整個學(xué)期。

傳統(tǒng)的課程教學(xué)方法顯然會讓學(xué)生產(chǎn)生一定的厭學(xué)情緒，不利于課程的教授，更不利于課程的學(xué)習(xí)。對學(xué)生的知識體系的構(gòu)建也是不利的?；诖耍枰獙ΜF(xiàn)有教學(xué)方法進行深入分析，探討更適合交通工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法，以期能達到師生的共同目標(biāo)。

二、提高“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”教學(xué)質(zhì)量的對策

（一）加強力學(xué)理論知識回顧

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程涉及構(gòu)件設(shè)計部分內(nèi)容的安排中，首先安排的是鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力計算[4]，該部分內(nèi)容中涉及的截面基本力學(xué)分析以及基本方程的構(gòu)建均是后面各章節(jié)內(nèi)容分析的基礎(chǔ)，所以學(xué)好該部分的內(nèi)容對后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)具有較大的幫助作用。然而針對交通工程專業(yè)學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)薄弱的問題，在教學(xué)過程中，在開展矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計算部分內(nèi)容的教學(xué)前，一定需要花費一定的時間，幫助學(xué)生共同復(fù)習(xí)在力學(xué)課程中的基本力學(xué)知識，以幫助學(xué)生更好地理解受彎構(gòu)件正截面承載力的計算圖示的受力分析。

從力學(xué)角度來說，該處的力學(xué)分析原理較簡單，然而，交通工程專業(yè)的學(xué)生力學(xué)基礎(chǔ)薄弱，對該部分內(nèi)容中力學(xué)分析的理解較吃力。基于此，需要給他們講解最基本的力學(xué)平衡以及力矩平衡原理，并詳細(xì)講解利用等效矩形應(yīng)力圖來代替實際的曲線形應(yīng)力圖，混凝土受壓區(qū)高度對應(yīng)的位置與截面中和軸之間的關(guān)系。

作者在復(fù)習(xí)該部分內(nèi)容時并未按照“工程力學(xué)”書中的內(nèi)容做重復(fù)的講解，而是通過一個經(jīng)典的例子來進行力學(xué)知識回顧——通過阿基米德的一句經(jīng)典的話“給我一個支點，我可以翹起整個地球”來給學(xué)生解釋什么是力平衡，什么是力矩平衡。如此講解，既提高了學(xué)生的聽課興趣，又很好地理解了力學(xué)中基本的力平衡與力矩平衡的概念。

（二）改變傳統(tǒng)授課方式，提高教學(xué)內(nèi)容的形象性

鑒于交通工程專業(yè)學(xué)生的課程設(shè)置、課時安排以及對該門課程的培養(yǎng)要求（無法進行試驗教學(xué)），課程中涉及很多試驗方面的內(nèi)容，如混凝土抗壓強度試驗以及鋼筋抗拉強度試驗部分的內(nèi)容，該部分的內(nèi)容若是采用傳統(tǒng)教學(xué)方法教授，只能為學(xué)生簡單地講解試驗現(xiàn)象及過程，或者配合ppt輔助來展現(xiàn)整個試驗過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法直觀地感受試驗現(xiàn)象。鑒于次，作者通過網(wǎng)絡(luò)收集相關(guān)試驗的視頻資料，通過多媒體播放視頻來加強學(xué)生對試驗過程及現(xiàn)象的理解與認(rèn)識，觀看過程中結(jié)合教師的講解及說明，學(xué)生可以很好地掌握該部分的內(nèi)容。

（三）突出課程的主要知識點

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的內(nèi)容非常繁雜，既有各種規(guī)范規(guī)定的條目性要求，又有基于理論推導(dǎo)的計算公式，以及通過試驗分析得出的經(jīng)驗性成果，所有的這些知識點對學(xué)生都很重要，理論上都應(yīng)該被很好地掌握[5]。然而，該門課程作為交通工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)選修課程，其作用是串聯(lián)相關(guān)課程知識點，構(gòu)建知識體系，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供必要的基礎(chǔ)，加上前期知識掌握較薄弱，以及教學(xué)課時安排不足（只有48課時）?；诖耍煌üこ虒I(yè)的學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)應(yīng)該抓住主要知識點以及有一定深度的知識點，而規(guī)范條文類知識點以及數(shù)字、說明類知識點則可以讓學(xué)生自己學(xué)習(xí)，把主要精力放在重要的、難于理解的知識點上，如受彎構(gòu)件正截面承載力試驗過程，以及基本計算方程的構(gòu)建思路，T形截面的演變過程等。學(xué)生只要把重要的基本理論串聯(lián)起來，其他的知識點即可很好掌握。

（四）于“授業(yè)”中傳遞人生哲理

“教師是人類靈活的工程師”，“師者，所謂傳道，授業(yè)，解惑也?！睆倪@兩句話道出了教師的重要作用——教書、育人。大學(xué)教師同樣肩負(fù)著這樣的責(zé)任，在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計原理這門課的教學(xué)過程中，一方面要把專業(yè)知識教授給學(xué)生，另一方面還需要結(jié)合課程中的內(nèi)容為學(xué)生講授人生的道理，通過易懂的語言為他們傳遞人生哲學(xué)道理。如，講到受彎構(gòu)件設(shè)計的基本問題一節(jié)中，提到的基本假設(shè)中一點：“裂縫出現(xiàn)后，不考慮受拉區(qū)混凝土的抗拉作用，拉應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān)。”從實際試驗過程分析以及理論分析來看，開裂出現(xiàn)后，受拉區(qū)混凝土還是參與抗拉作用的，然而，若是理論中考慮了混凝土的抗拉影響，必然會增大分析的難度，得出的計算公式更不便于設(shè)計師利用，而且從試驗結(jié)果分析可知，開裂后，混凝土參與抗拉作用非常小，理論分析中忽略該作用，既利于理論分析又為設(shè)計理論增加了一定的安全富余，所以說，該處的假設(shè)突出了問題的主要矛盾（抗拉作用主要還是由受拉鋼筋來承擔(dān)），體現(xiàn)了一個重要的哲學(xué)思想“解決問題要抓住問題的主要矛盾，忽略次要矛盾”，也是通過這個假設(shè)推演到學(xué)生平時的生活與學(xué)習(xí)中，遇到問題時，應(yīng)該抓住問題的實質(zhì)，抓住主要矛盾，這樣更有利于問題的解決。

（五）利用有限元軟件提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

有限元軟件目前已廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的力學(xué)計算中，土木工程專業(yè)還會特別開設(shè)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)電算之類的課程[6]，為畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備。針對交通工程專業(yè)的學(xué)生，由于工作性質(zhì)不同，將來工作中可能較少會用到有限元方面的軟件。然而，針對交通工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程的教學(xué)過程中，可以引入有限元軟件來對試驗部分的內(nèi)容（混凝土立方體、棱柱體的抗壓強度試驗、鋼筋抗拉強度試驗、受彎構(gòu)件破壞全過程試驗等）進行模擬來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并通過軟件的操作加深課本內(nèi)容的理解。此外，掌握了軟件的基本操作，在以后的學(xué)習(xí)工作中涉及較復(fù)雜結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的計算也可以直接通過軟件來完成。

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”作為理論與實踐相結(jié)合的課程，對交通工程專業(yè)學(xué)生來說非常重要。由于該課程的要求目標(biāo)的差異以及與基礎(chǔ)課程銜接的問題，在進行該門課程教授的過程中需要更多地把主要內(nèi)容，主要知識點教授給學(xué)生，把關(guān)鍵問題講解透徹，并通過結(jié)合有效的教學(xué)方法，圓滿完成該課程的教授，為交通工程專業(yè)學(xué)生以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[4]張樹仁，黃僑.結(jié)構(gòu)設(shè)計原理：第2版[M].北京：人民交通出版社，2010：62-68.

[6]周靖.鋼筋混凝土梁受彎動態(tài)仿真在教學(xué)中的應(yīng)用[J].赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2018，（8）.

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