基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的建筑結(jié)構(gòu)抗震課程改革初探

高英

摘要：作為土木工程專(zhuān)業(yè)的大學(xué)生而言不僅要學(xué)會(huì)傳統(tǒng)的理論知識(shí)，還應(yīng)該具備新技術(shù)、新工藝的實(shí)施以及新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)造能力，也就是要求未來(lái)的勞動(dòng)者不僅要具備從業(yè)能力，還必須具備創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。以培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新能力為目標(biāo)，本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震課程進(jìn)行了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)元素挖掘，對(duì)日后從事抗震相關(guān)工作的土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生有一定的啟發(fā)與引導(dǎo)。

前言

自從 2008 年的汶川大地震造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失之后，國(guó)人對(duì)于地震的危害有了更清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也對(duì)抗震設(shè)防的重要性有了進(jìn)一步的了解。而對(duì)建筑物進(jìn)行抗震設(shè)防和設(shè)計(jì)是目前減輕地震災(zāi)害的最根本途徑。土木工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生作為未來(lái)的結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當(dāng)掌握地震基本知識(shí)、抗震原理以及工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法。

傳統(tǒng)的抗震手法是通過(guò)概念設(shè)計(jì)和計(jì)算設(shè)計(jì)綜合來(lái)實(shí)現(xiàn)的，雖然理論成熟，但是計(jì)算分析過(guò)程復(fù)雜，相關(guān)參數(shù)需要多次試算，而且罕遇地震下抗震效果并不好。尤其是一些新材料、新結(jié)構(gòu)下的高層超高層建筑，它們的計(jì)算設(shè)計(jì)部分，需要考慮的事項(xiàng)較多，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜多變。因此，更行之有效的抗震設(shè)計(jì)方法或者理念需要進(jìn)一步探究。這就需要在抗震課程的教學(xué)過(guò)程中，積極的引導(dǎo)學(xué)生去思考、去創(chuàng)新抗震設(shè)計(jì)新理念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和行業(yè)責(zé)任感。

1建筑結(jié)構(gòu)抗震課程目前存在的問(wèn)題

（1） 忽視理論推導(dǎo)

結(jié)構(gòu)抗震課程理論性強(qiáng)，涉及到很多公式的推導(dǎo)，特別是結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析這部分內(nèi)容。對(duì)于該部分內(nèi)容的教學(xué)，部分教師認(rèn)為學(xué)生在結(jié)構(gòu)力學(xué)中已學(xué)過(guò)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，而地震作用可看成一種特殊的動(dòng)力荷載，學(xué)生可以很輕松地學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析的理論，因此可少講或略講理論推導(dǎo)，而把重點(diǎn)放在講述公式的如何應(yīng)用上。如果一味地忽視公式的推導(dǎo)，而只是講如何應(yīng)用公式，學(xué)生就會(huì)“知其然，不知其所以然”，在潛移默化中可能滋生急功近利的思想，這對(duì)于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)無(wú)疑是有害的;對(duì)于部分可能深造特別是志在從事結(jié)構(gòu)抗震研究的學(xué)生來(lái)講，理論功底的培養(yǎng)是至關(guān)重要的，否則會(huì)嚴(yán)重影響以后的科研創(chuàng)新工作。

（2） 缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)

工程學(xué)科需要結(jié)合工程實(shí)踐才能培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，在校學(xué)生本來(lái)就缺乏實(shí)踐經(jīng)歷，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中部分與抗震設(shè)計(jì)有關(guān)的原則缺乏足夠的理解和認(rèn)識(shí)，在抗震課程中更無(wú)法與實(shí)際結(jié)合。由于地震的隨機(jī)性，在抗震設(shè)計(jì)中更多強(qiáng)調(diào)的是抗震概念設(shè)計(jì)，而所謂的概念設(shè)計(jì)要求的是理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，因此實(shí)踐性教學(xué)是很重要的，是對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的重要補(bǔ)充。而在目前的教學(xué)中忽視實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，只是在課堂上“填鴨式”地向?qū)W生灌輸相關(guān)的知識(shí)，學(xué)生只能被動(dòng)地接受，這樣做教學(xué)效果差強(qiáng)人意。

2創(chuàng)新元素的挖掘

目前的抗震新技術(shù)主要有兩大方向：消能減震技術(shù)和建筑隔震技術(shù)。

消能減震技術(shù)主要應(yīng)用于多高層建筑，高聳塔架，大跨度橋梁，柔性管道、管線（生命線工程），既有建筑的抗震（或抗風(fēng)）性能的改善，文物建筑及有紀(jì)念意義的建（構(gòu)）筑物的保護(hù)等。

建筑隔震技術(shù)一般應(yīng)用于重要的建筑，一般指甲、乙類(lèi)等特別重要的建筑;也可應(yīng)用于有特殊性使用要求的建筑，傳統(tǒng)抗震技術(shù)難以達(dá)到抗震要求的或有更高抗震要求的某些建筑，也可用于抗震性能不滿足要求的既有建筑的加固改造，文物建筑及有紀(jì)念意義的建（構(gòu)）筑物的保護(hù)等。

在日本的建筑施工中，對(duì)于抗震有三種構(gòu)造概念：耐震、制震和免震。耐震相當(dāng)于我國(guó)的抗震”，為最普通級(jí)別，主要用在低層建筑中;耐震極限只能保證地震時(shí)房屋建筑不壞，并不能保證室內(nèi)家具傾倒傷人，也不能保證家庭財(cái)產(chǎn)不受損失。制震相當(dāng)于中國(guó)的減震”，是對(duì)耐震的補(bǔ)充，是讓建筑物在地震晃動(dòng)中，集中在一個(gè)地方造成損害，但其他地方不會(huì)發(fā)生損毀。

其中一種做法是在建筑物中放置各種球體，讓這個(gè)部分吸收地震能量，等地震過(guò)后，只需把這部分換掉就行，建筑其他地方不會(huì)發(fā)生問(wèn)題。還有比較普遍的做法則是放置油壓器裝置，其作用相當(dāng)于保險(xiǎn)絲，基本高層建筑中，每層都會(huì)放置一個(gè)以上這種裝置。第三種免震，相當(dāng)于中國(guó)的隔震”，即地震時(shí)免去”或避免房屋震動(dòng)。無(wú)論”免震還是隔震都可在大地震發(fā)生時(shí)使房屋內(nèi)家私不倒、人不受傷，理論極限可以達(dá)到使房屋徹底不震的程度。

智能抗震新技術(shù)=減隔震一體化技術(shù)設(shè)計(jì)=（隔震+抗震+消能+減震）合成工藝

3創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

（1） 教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)增加理論推導(dǎo)

在地震作用力的計(jì)算部分，尤其是振型分解反應(yīng)譜法的講解環(huán)節(jié)，注重地震作用（慣性力）原理的講解和公式的推導(dǎo)，讓學(xué)生掌握建筑物在地震作用下的破壞原理和破壞形態(tài)。通過(guò)對(duì)破壞原理的詳細(xì)講解，學(xué)生對(duì)抗震新技術(shù)就有了理論上的認(rèn)知，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考如何更有效的抗震，如何從源頭上切斷地震能量的輸入，做到知其然并知其所以然。

（2） 增設(shè)創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)

通過(guò)讓學(xué)生去地震局，展覽館、紀(jì)念館等實(shí)地單位參觀實(shí)習(xí)，了解最新的抗震新技術(shù)研究進(jìn)展，讓學(xué)生能切身感受到抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程，學(xué)習(xí)前人們前赴后繼的創(chuàng)新進(jìn)取精神，培養(yǎng)學(xué)生肩負(fù)建筑抗震安全的社會(huì)責(zé)任感;去施工企業(yè)、設(shè)計(jì)單位等近距離學(xué)習(xí)抗震新技術(shù)的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的職業(yè)理想和擇業(yè)觀念，開(kāi)發(fā)創(chuàng)造性思維，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)業(yè)能力，提高學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

另外，在授課過(guò)程中可以利用翻轉(zhuǎn)課堂或者組織設(shè)計(jì)競(jìng)賽，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)具有良好抗震性能的建筑結(jié)構(gòu)模型，從理論到實(shí)踐的過(guò)程中，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

4結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)和造就基礎(chǔ)寬厚、富有創(chuàng)新精神、能夠應(yīng)付未來(lái)社會(huì)中國(guó)大學(xué)生就業(yè)發(fā)展和挑戰(zhàn)的人才，是各類(lèi)高校在教育創(chuàng)新中擔(dān)負(fù)的首要任務(wù)。教學(xué)改革創(chuàng)新是無(wú)止境的，在國(guó)家“大眾創(chuàng)新、萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)”的強(qiáng)烈號(hào)召下，必須把握住抗震課程本身的特點(diǎn)，不斷挖掘創(chuàng)新元素，進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展形勢(shì)的創(chuàng)新型土木人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]何克抗. 從“翻轉(zhuǎn)課堂”的本質(zhì)，看“翻轉(zhuǎn)課堂”在我國(guó)的未來(lái)發(fā)展[J]. 電化教育研究，2014（7）：5-6.

[2]王占仁.中國(guó)高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的學(xué)科化特性與發(fā)展取向研究[J].教育研究. 2016，37（03）：56-63

[3]孫文琦.蒙長(zhǎng)玉.王文劍.應(yīng)用型高校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)課程體系研究[J].現(xiàn)代教育管理. 2020，（07）：75-81

山東協(xié)和學(xué)院 工學(xué)院 山東濟(jì)南 250107