土木工程應(yīng)用型結(jié)構(gòu)類課程教法分析

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摘要：應(yīng)用型的培養(yǎng)目標(biāo)決定了對于土木工程課程體系而言改革是當(dāng)務(wù)之急。在此基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)專業(yè)的結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)軟件基礎(chǔ)教程為例，分析改革探索中的幾點具體措施。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型；土木工程；課程教法

1概述

依據(jù)應(yīng)用型的培養(yǎng)目標(biāo)，土木工程的課程體系應(yīng)以“應(yīng)用”為主旨構(gòu)建課程的教學(xué)內(nèi)容體系[1]。如何培養(yǎng)能夠解決實際問題而不是紙上談兵、具有一定創(chuàng)新意識的工程技術(shù)人員，對于應(yīng)用型本科高校教育工作者來說責(zé)無旁貸。作為土木工程三大力學(xué)中綜合性最強(qiáng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，結(jié)構(gòu)力學(xué)以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)為基礎(chǔ)，又為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計等專業(yè)課埋下伏筆，結(jié)構(gòu)力學(xué)在課程體系中無疑起著承上啟下的作用。擁有著諸如建筑材料、混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、施工組織和技術(shù)、房屋建筑學(xué)、土力學(xué)基礎(chǔ)工程、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、建筑抗震設(shè)計等比結(jié)構(gòu)力學(xué)更多的前期先修課程，決定了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計具有起點高、知識儲備多、對工程實踐有一定要求的特點。同時，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計為結(jié)構(gòu)軟件（PKPM）提供結(jié)構(gòu)設(shè)計方案和參數(shù)依據(jù)。結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)軟件共同服務(wù)于土木工程畢業(yè)設(shè)計，為畢業(yè)后的職業(yè)生涯打下良好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，早已起不到很好的引導(dǎo)學(xué)生的作用，如何改變這種課時少、內(nèi)容多不容易教更不易學(xué)的現(xiàn)狀，是教師必須要解決的問題。

2土木工程應(yīng)用型課程改革

2.1加強(qiáng)學(xué)生的建模能力

工程中需要有抓住主要矛盾忽略次要矛盾（抓大放?。┑乃枷耄糜嬎愫唸D來代替構(gòu)造極其復(fù)雜的實際工程結(jié)構(gòu)。因此，建立模型是結(jié)構(gòu)計算分析和施工圖繪制的先決條件。而模型建立的好壞、荷載選取、傳導(dǎo)是否得當(dāng)直接影響結(jié)構(gòu)計算分析的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)體系、桿件、結(jié)點、支座、荷載的簡化是涉及到的幾個主要方面。結(jié)構(gòu)力學(xué)的題目常常是給出現(xiàn)成的力學(xué)簡化圖形，讓學(xué)生用學(xué)過的方法以既有的固定模式加以求解。平日的教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，引導(dǎo)他們嘗試采用逆向思維在設(shè)計前先建立出準(zhǔn)確、客觀、簡潔的模型，再進(jìn)行內(nèi)力計算，繪制內(nèi)力圖。

2.2融入具體實例

為培養(yǎng)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量，近年來不少專家學(xué)者推崇案例教學(xué)法以期改善結(jié)構(gòu)專業(yè)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課枯燥難學(xué)脫離實際應(yīng)用的舊局面。案例教學(xué)法從內(nèi)容、方法、手段角度達(dá)到化抽象為形象的目的。舉一些簡單的例子，如：在講懸臂梁的內(nèi)力計算和位移計算時，可以與雨篷板的實例相結(jié)合，讓學(xué)生從分析內(nèi)力分布的基礎(chǔ)上討論理解挑梁根部截面面積大、端部相對較小以及構(gòu)造上應(yīng)保證板中縱向手拉鋼筋要有足夠的受拉長度的原因。在分析兩端固定的單跨超靜定梁求桿端剪力，桿端彎矩和桿端剪力自相平衡時，可以舉例“方向盤效應(yīng)”，讓學(xué)生體會到生活中力（矩）的平衡無處不在，從而更加深對平衡的認(rèn)識，感知力學(xué)可以活學(xué)活用的意義;在講解結(jié)構(gòu)位移計算時，可以舉例施工階段的位移監(jiān)控計算旨在消除大型屋架或橋梁因自重過大引起相應(yīng)的撓度前給大型屋架或橋梁一個預(yù)拱度，以便于結(jié)構(gòu)成型后處于按設(shè)計要求的水平位置上。這個預(yù)拱度的數(shù)值便是我們定量分析結(jié)構(gòu)位移的目的之一；排架結(jié)構(gòu)其實就是單層工業(yè)廠房的一種基本計算模型，多跨超靜定梁是橋梁結(jié)構(gòu)的一種形式，框架結(jié)構(gòu)是一般民用建筑的典型代表。

2.3強(qiáng)化結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗

傳統(tǒng)的三大力學(xué)教學(xué)中只有材料力學(xué)有相當(dāng)一部分的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)力學(xué)和理論力學(xué)基本上很少有實驗課。但是力學(xué)實驗技術(shù)無論是作為認(rèn)識和檢驗真理的最終標(biāo)準(zhǔn)，還是作為直接解決設(shè)計工程中的力學(xué)問題的專業(yè)手段，仍然有著不可替代的地位[2]。結(jié)構(gòu)力學(xué)的應(yīng)用型的實現(xiàn)離不開實驗的推進(jìn)。比如說，可以讓學(xué)生親自動手組裝幾何可變體系、幾何不變體系、瞬變、常變體系模型，以便于讓學(xué)生進(jìn)一步了解桿系結(jié)構(gòu)的組成和規(guī)律以及結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的區(qū)別；親自動手制作桁架零桿檢測模型，改變荷載的位置或是減少某根零桿來理解零桿既然受力為零是否可以去掉。

2.4強(qiáng)調(diào)引入計算機(jī)技術(shù)

①計算機(jī)技術(shù)對試驗數(shù)據(jù)采集和處理方面有貢獻(xiàn)，實驗方法和數(shù)值計算方法相結(jié)合而產(chǎn)生的實驗和分析雜交技術(shù)方面，充分體現(xiàn)了引入計算機(jī)技術(shù)可以提高實驗成果的效率、精度和可靠度。②作為傳統(tǒng)求解超靜定的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法力法和位移法，由于以手算為主，計算規(guī)模有局限性。當(dāng)超靜定次數(shù)過多或遇大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的分析時，矩陣分析法便顯示出其依托計算機(jī)的矩陣運算規(guī)律性強(qiáng)、易于編程的優(yōu)勢。③土木工程的各門專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課為結(jié)構(gòu)軟件如PKPM等結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件提供參數(shù)依據(jù)，PKPM應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計以及今后的設(shè)計工作。在畢業(yè)設(shè)計中運用電算對手算結(jié)果進(jìn)行對比、校核，分析內(nèi)力計算的施工圖，以利于進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，強(qiáng)化對土木工程專業(yè)各科形成的知識體系的理解。

2.5提升教師工程應(yīng)用能力

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計及結(jié)構(gòu)軟件課程的學(xué)習(xí)，不僅限于書本上現(xiàn)成的理論，更重要的是設(shè)計過程中針對實際工程項目時需要編制設(shè)計說明書、制定方案、整理結(jié)構(gòu)計算書、繪制施工圖、校核。為滿足結(jié)構(gòu)的“安全性、適用性、耐久性”的功能性要求，需要老師具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用能力和豐富的工程檢驗，串聯(lián)起基本原理、設(shè)計、施工、監(jiān)理的相關(guān)內(nèi)容，給學(xué)生方向性的指導(dǎo)，使其少走彎路。

2.6采用問題教學(xué)法

問題教學(xué)法“它的最基本的含義是教師根據(jù)教學(xué)的需要，從教材入手，提出一定的問題，引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行思考和分析，通過尋求問題的解決來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而掌握知識的一種教學(xué)方法”[3]。例如在結(jié)構(gòu)軟件的教學(xué)中可以引入問題驅(qū)動教學(xué)：某六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，7度（0.1g）抗震設(shè)防，抗震等級為三級，樓面恒載標(biāo)準(zhǔn)值為4.5kN/m2,活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/m2，屋面恒載標(biāo)準(zhǔn)值為6.0kN/m2,活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2。樓面梁間線荷載標(biāo)準(zhǔn)值為8kN/m,屋面梁間線荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4kN/m。開間：6000mm，進(jìn)深6000mm，3900mm，6000mm。在引導(dǎo)學(xué)生依次進(jìn)行繪制結(jié)構(gòu)平面圖、進(jìn)行樓層定義（柱、梁、板的布置、本層信息修改）、荷載輸入、設(shè)計參數(shù)的輸入、樓層組裝、SATWE前處理生成各層恒載簡圖（如圖3-6）時，可以拋出問題引發(fā)大家思考，思考圖3中1號房間第一層的恒載簡圖里的13.5kN/m和27kN/m、圖4中2號房間第一層的恒載簡圖里的8.8kN/m和17.5kN/m、圖5和圖6中1號房間第一層的活載簡圖里的6.0kN/m和3.9kN/m的來歷。引發(fā)學(xué)生思考，分組討論，個別提問，循循善誘，引導(dǎo)學(xué)生思考單向板和雙向板的區(qū)別，再讓學(xué)生仔細(xì)觀察分析1號房間和2號房間的板分別是單向板還是雙向板板，明確1號2號均為雙向板后，再將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計里雙向板傳給支撐梁的作用反力的方法的問題拋出并溫習(xí)：以45°等分線為界，分別傳至兩相鄰支座，這樣沿短跨方向的支承梁，承受板面?zhèn)鱽淼娜切畏植己奢d；沿長跨方向的支承梁，承受板面?zhèn)鱽淼奶菪畏植己奢d。反算并使設(shè)問里的數(shù)字得到驗證。運用問題教學(xué)法可以培養(yǎng)學(xué)生自主探尋知識的興趣和能力，明顯區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)里無形中使學(xué)生張嘴等待老師喂的低效教學(xué)模式。

3結(jié)語

實現(xiàn)應(yīng)用型培養(yǎng)目標(biāo)的土木工程結(jié)構(gòu)方向教學(xué)體系的改革任務(wù)對教師而言任重而道遠(yuǎn)。不僅需要老師根據(jù)土木工程各學(xué)科特點結(jié)合學(xué)生實際情況，理論實踐巧妙結(jié)合、因材施教，也需要改進(jìn)教學(xué)方法，不斷加強(qiáng)學(xué)生建模能力，將基本概念時引入具體工程實例，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗，將計算機(jī)先進(jìn)的技術(shù)引入專業(yè)基礎(chǔ)課及專業(yè)課的教學(xué)中，增長教師自身的工程實踐經(jīng)驗以提升的工程實踐能力，采用問題教學(xué)法以提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。

參考文獻(xiàn)

[1]李延強(qiáng).面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)力學(xué)課程教學(xué)研究[J].教育與職業(yè)，2012（24）：142-143.

[2]劉禮華，歐珠光.結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗[M].武漢大學(xué)出版社，2010.

[3]孫顯元，王章豹，李鋼.高等學(xué)校教師教學(xué)科研方法[M].合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005.

作者：楊青 楊國兵 單位：滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院 安徽滁州技師學(xué)院