鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)本科教學(xué)實踐與改革

摘? 要：文章結(jié)合自身的教學(xué)認識，介紹對組合結(jié)構(gòu)課程的性質(zhì)、目的、教學(xué)內(nèi)容、考核方式以及教學(xué)特點等理解和實踐，對組合結(jié)構(gòu)課程中存在的課時少、試驗教學(xué)缺乏、教材革新和教學(xué)方法等進行探討，并提出教學(xué)改革的建議。

關(guān)鍵詞：組合結(jié)構(gòu);教學(xué)改革;教學(xué)方法;教學(xué)內(nèi)容;考核方式

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）08-0078-04

Abstract： Based on my own teaching experience about steel-concrete composite structure course， this paper introduces the nature， purpose， teaching content， assessment method and teaching characteristics of steel-concrete composite structure course. It also discusses the problems existing in the course， such as less class hours， lack of experimental teaching， teaching material innovation and teaching methods， and puts forward suggestions for this course.

Keywords： steel-concrete composite structures; teaching reform; teaching methods; teaching content; assessment method

組合結(jié)構(gòu)是繼木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)之后，發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)中一種重要的結(jié)構(gòu)體系。它綜合了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，具有承載力高、剛度大、抗震性能好、施工便捷等特點，目前已在高層和超高層建筑、工業(yè)建筑、大跨度橋梁、構(gòu)筑物中得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

為了滿足組合結(jié)構(gòu)在施工、設(shè)計等方面的需求，國內(nèi)高校的土木工程專業(yè)陸續(xù)開設(shè)了組合結(jié)構(gòu)課程，20年來為國家培養(yǎng)了大量的工程設(shè)計、施工、教學(xué)以及科研人才，有力支撐了國家的工程建設(shè)，同時也為組合結(jié)構(gòu)的教學(xué)和學(xué)科發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，引領(lǐng)了學(xué)科的發(fā)展方向。組合結(jié)構(gòu)是面向未來的一門課程，在課程體系中具有重要地位，已得到了國內(nèi)外工程界、教育界的普遍認同。美國ASCE學(xué)會先后發(fā)布了《2025土木工程遠景規(guī)劃實施綱要：專業(yè)規(guī)劃實施路線圖》[1]和《21世紀土木工程師的知識體系》[2]，并指出：“學(xué)院和大學(xué)必須檢查相關(guān)課程是否與未來土木工程師教育的要求相符，以促進遠景規(guī)劃的實現(xiàn)”。組合結(jié)構(gòu)正是符合上述理念的課程。但國內(nèi)《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》[3]對組合結(jié)構(gòu)課程的定位仍較低，將其列為土木工程專業(yè)任選課，且課時偏少，無實驗內(nèi)容要求等。本文結(jié)合自身在組合結(jié)構(gòu)教學(xué)的實踐和思考，淺談該課程的教學(xué)方法和內(nèi)容，并分析其教學(xué)特點，提出教學(xué)改革的建議。

一、教學(xué)內(nèi)容及特點

組合結(jié)構(gòu)課程的目的是拓寬土木工程專業(yè)本科生的知識范疇，訓(xùn)練學(xué)生掌握組合結(jié)構(gòu)的受力性能、破壞機理、計算原理、設(shè)計方法、構(gòu)造措施和施工方法等，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使學(xué)生具有初步的技術(shù)應(yīng)用和科學(xué)研究能力，為今后從事組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工等奠定基礎(chǔ)。本課程主要包括課堂教學(xué)、作業(yè)和考試等環(huán)節(jié)，采用講解、討論、答疑等方式。

（一）教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)環(huán)節(jié)采用多媒體和板書相結(jié)合的方式，教學(xué)內(nèi)容嚴格依照教學(xué)大綱的要求，包括：組合樓板、鋼-混凝土組合梁、鋼骨混凝土梁、鋼骨混凝土柱、鋼管混凝土柱，教學(xué)內(nèi)容的重、難點和學(xué)時分配見表1。教學(xué)推薦的參考書是《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》[4]《鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)與實例精選》[5]和《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)》[6]等，將以上參考書、教材與現(xiàn)行JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[7]、ACI 318—19[8]《建筑結(jié)構(gòu)混凝土規(guī)范要求及譯注》和YB 9082—2006《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[9]緊密結(jié)合。

（二）考核方式

本課程的考核方式曾采用大作業(yè)或綜述報告，從學(xué)生的學(xué)習(xí)效果反饋來看：考核方式過于單一，學(xué)生對課程內(nèi)容缺乏總結(jié)和系統(tǒng)復(fù)習(xí)。因此，考核方式改為了平時考勤、作業(yè)、綜述報告和期末考試相結(jié)合的方式，課程考核項目及比例見表2。

1. 作業(yè)

作業(yè)是輔助教學(xué)的必要環(huán)節(jié)，作業(yè)內(nèi)容分為計算題和思考題，本課程選取了一些綜合性較強的計算題和思考題，通過這些習(xí)題的練習(xí)，讓學(xué)生加深各種基礎(chǔ)概念的理解，以及對現(xiàn)行規(guī)范JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[7]計算方法的掌握，訓(xùn)練學(xué)生綜合分析問題和計算能力。

2. 綜述報告

本課程考核內(nèi)容引入了綜述報告，主要目的是開拓學(xué)生的視野，增加學(xué)生的知識范疇，針對本科生的薄軟環(huán)節(jié)，提高以下能力為目標：（1）如何撰寫綜述報告;（2）使用電子數(shù)據(jù)庫檢索文獻;（3）正規(guī)的報告格式等。在開課初期布置任務(wù)，學(xué)生可結(jié)合教學(xué)內(nèi)容自主選題，從近三年來的教學(xué)效果來看，部分學(xué)生較為認真的完成任務(wù)，達到了預(yù)期的教學(xué)目標。

3. 考試

組合結(jié)構(gòu)課程考察的知識點多，公式多且長，結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜，閉卷考核方式對學(xué)生來說難度偏大，且考試內(nèi)容不能涵蓋大多數(shù)知識點，也不利于考察學(xué)生分析能力。因此，考試方式改為開卷筆試，不但試題的知識覆蓋面更廣，試題難度梯度和題量均可按教學(xué)要求的不同層次安排，而且一些綜合性較高的計算題和問答題納入到考試范圍，比如：鋼骨混凝土梁的受彎和受剪承載力計算，偏心受壓鋼管混凝土柱承載力計算等。

表2 課程考核項目及比例

（三）教學(xué)特點

與土木工程其他專業(yè)課程相比，本課程的主要特點有：

（1）教學(xué)課時少，只有28～32學(xué)時，但所涉及知識點多、計算公式多且步驟繁復(fù)、構(gòu)造復(fù)雜、專業(yè)綜合性強。因此，部分學(xué)生對組合結(jié)構(gòu)的受力過程、破壞形態(tài)、計算方法、結(jié)構(gòu)構(gòu)造理解不透徹，掌握不扎實。此外，由于課時有限，計算例題和工程實例等講授較少，更增加了理解難度。

（2）組合結(jié)構(gòu)的基本原理、計算方法與混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程的關(guān)聯(lián)性強，需要對以上課程有較好的理解和掌握。組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力過程、破壞形態(tài)、計算方法與混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件既有聯(lián)系又有區(qū)別。比如：型鋼混凝土梁、柱正截面受彎承載力、斜截面受剪承載力計算的假設(shè)條件、計算模型等，與混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件有緊密聯(lián)系。在教學(xué)過程中，啟發(fā)學(xué)生聯(lián)系混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力特點、破壞形態(tài)、破壞機理和計算方法，比較其中的不同和相似之處，從而引導(dǎo)學(xué)生更好地理解、掌握組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能和計算方法。

（3）本課程教學(xué)內(nèi)容以教材為主，同時兼顧現(xiàn)行規(guī)范、參考書目的相互補充。教材與現(xiàn)行規(guī)范JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[7]的計算方法和構(gòu)造措施等不符合的內(nèi)容，按照現(xiàn)行規(guī)范內(nèi)容講授，使學(xué)生熟悉規(guī)范的條文要求和條文說明。

（4）組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計計算方法是教學(xué)重點內(nèi)容，國內(nèi)外規(guī)范的計算方法大相徑庭，設(shè)計計算方法并不唯一。在教學(xué)過程中，主要以現(xiàn)行規(guī)范JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[7]為主，將其他規(guī)范的計算方法作為補充。多種計算方法可以相互印證，從而激發(fā)學(xué)生對組合結(jié)構(gòu)計算方法的思考和探求，更深入地理解相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。

二、教學(xué)改革的建議

針對組合結(jié)構(gòu)課程教學(xué)環(huán)節(jié)的特點和不足，提出如下改進建議：

（1）組合結(jié)構(gòu)符合土木工程行業(yè)的發(fā)展方向，但目前組合結(jié)構(gòu)的教學(xué)課時偏少，部分教學(xué)內(nèi)容沒有充足課時講授，因此需要緊密圍繞核心內(nèi)容，比如：教學(xué)內(nèi)容主要側(cè)重于計算方法，而構(gòu)造措施、施工方法等內(nèi)容不能詳細展開講述，因此，建議本科生培養(yǎng)方案應(yīng)適當增加組合結(jié)構(gòu)教學(xué)課時，對組合結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容闡述更加全面、深入。

（2）課程教學(xué)環(huán)節(jié)宜適當增加教學(xué)演示性試驗，使學(xué)生對組合結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力過程、破壞形態(tài)、承載力、變形和構(gòu)造等增進認識，教學(xué)演示試驗內(nèi)容見表3。

（3）教學(xué)采用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方式，利用多媒體教學(xué)手段使學(xué)生對復(fù)雜的節(jié)點構(gòu)造和大量工程應(yīng)用有直觀的認識，此外還充分利用多媒體教學(xué)信息量較大的特點，彌補教學(xué)學(xué)時少。目前課件的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件以平面圖形為主，缺少立體空間構(gòu)造詳圖，部分空間想象能力較差的學(xué)生對構(gòu)件或節(jié)點等復(fù)雜構(gòu)造理解困難和認知不夠準確，因此需要增加繪制立體空間構(gòu)造詳圖。

（4）JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》自2016年12月1日起實施，原JGJ 138—2001《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[10]同時廢止。現(xiàn)有教材仍采用舊規(guī)范編制，與JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》不符，教材內(nèi)容與規(guī)范更新不同步，尤其是在計算方法方面，比如：a. 型鋼為充滿型實腹型鋼混凝土框架梁的斜截面受剪承載力、裂縫寬度、撓度、剛度;b. 正截面偏心受壓型鋼混凝土框架柱的受彎承載力等計算公式等。教材內(nèi)容與現(xiàn)行規(guī)范不符，因此現(xiàn)行教材的更新亟待解決。

三、結(jié)束語

組合結(jié)構(gòu)是土木工程發(fā)展的重要方向，是面向未來的一門重要課程，在工程建設(shè)中的比重愈來愈大，對設(shè)計、施工等環(huán)節(jié)提出了更高要求，因此必須使學(xué)生掌握更為扎實的知識理論水平，主要建議如下：

（1）與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等課程相比，組合結(jié)構(gòu)的教學(xué)課時仍然偏少，應(yīng)適當增加教學(xué)課時。

（2）組合結(jié)構(gòu)的教學(xué)環(huán)節(jié)適當增加教學(xué)演示試驗，讓學(xué)生對組合結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力過程、破壞特征等增加認識。

（3）教材建設(shè)滯后于現(xiàn)行規(guī)范的更新，因此應(yīng)將現(xiàn)行《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的內(nèi)容融入教學(xué)內(nèi)容。

（4）教學(xué)應(yīng)充分利用多媒體教學(xué)，課件中應(yīng)適當增加立體空間詳圖替代平面圖形，使學(xué)生對組合結(jié)構(gòu)的構(gòu)造更為直觀。

（5）組合結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容需要不斷調(diào)整并適應(yīng)工程建設(shè)的發(fā)展實際。

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基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項目“新型活性粉末混凝土預(yù)制疊合梁受力性能研究”（2017D01C045）

作者簡介：李志杰（1974-），男，漢族，新疆烏魯木齊人，工學(xué)博士，講師，研究方向為組合結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)。