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(duì)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(jì)、結(jié)構(gòu)軟件基礎(chǔ)教程為例，分析改革探索中的幾點(diǎn)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(shí)際問(wèn)題而不是紙上談兵、具有一定創(chuàng)新意識(shí)的工程技術(shù)人員，對(duì)于應(yīng)用型本科高校教育工作者來(lái)說(shuō)責(zé)無(wú)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(jì)、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)課埋下伏筆，結(jié)構(gòu)力學(xué)在課程體系中無(wú)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(jì)方法、建筑抗震設(shè)計(jì)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(jì)具有起點(diǎn)高、知識(shí)儲(chǔ)備多、對(duì)工程實(shí)踐有一定要求的特點(diǎn)。同時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)軟件（PKPM）提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)、結(jié)構(gòu)軟件共同服務(wù)于土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)，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(shí)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(wèn)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?，用計(jì)算簡(jiǎn)圖來(lái)代替構(gòu)造極其復(fù)雜的實(shí)際工程結(jié)構(gòu)。因此，建立模型是結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)算分析的準(zhǔn)確性。結(jié)構(gòu)體系、桿件、結(jié)點(diǎn)、支座、荷載的簡(jiǎn)化是涉及到的幾個(gè)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(jiǎn)化圖形，讓學(xué)生用學(xué)過(guò)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(jì)前先建立出準(zhǔn)確、客觀、簡(jiǎn)潔的模型，再進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，繪制內(nèi)力圖。

2.2融入具體實(shí)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(lái)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(shí)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(jiǎn)單的例子，如：在講懸臂梁的內(nèi)力計(jì)算和位移計(jì)算時(shí)，可以與雨篷板的實(shí)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(duì)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(zhǎng)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(shí)，可以舉例“方向盤(pán)效應(yīng)”，讓學(xué)生體會(huì)到生活中力（矩）的平衡無(wú)處不在，從而更加深對(duì)平衡的認(rèn)識(shí)，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(jì)算時(shí)，可以舉例施工階段的位移監(jiān)控計(jì)算旨在消除大型屋架或橋梁因自重過(guò)大引起相應(yīng)的撓度前給大型屋架或橋梁一個(gè)預(yù)拱度，以便于結(jié)構(gòu)成型后處于按設(shè)計(jì)要求的水平位置上。這個(gè)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(shí)就是單層工業(yè)廠房的一種基本計(jì)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(shí)驗(yàn)

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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課。但是力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)無(wú)論是作為認(rèn)識(shí)和檢驗(yàn)真理的最終標(biāo)準(zhǔn)，還是作為直接解決設(shè)計(jì)工程中的力學(xué)問(wèn)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(shí)現(xiàn)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)。比如說(shuō)，可以讓學(xué)生親自動(dòng)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(dòng)手制作桁架零桿檢測(cè)模型，改變荷載的位置或是減少某根零桿來(lái)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(jì)算機(jī)技術(shù)

①計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和處理方面有貢獻(xiàn)，實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)值計(jì)算方法相結(jié)合而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)和分析雜交技術(shù)方面，充分體現(xiàn)了引入計(jì)算機(jī)技術(shù)可以提高實(shí)驗(yàn)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(jì)算規(guī)模有局限性。當(dāng)超靜定次數(shù)過(guò)多或遇大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)問(wèn)題的分析時(shí)，矩陣分析法便顯示出其依托計(jì)算機(jī)的矩陣運(yùn)算規(guī)律性強(qiáng)、易于編程的優(yōu)勢(shì)。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(jì)軟件提供參數(shù)依據(jù)，PKPM應(yīng)用于畢業(yè)設(shè)計(jì)以及今后的設(shè)計(jì)工作。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中運(yùn)用電算對(duì)手算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、校核，分析內(nèi)力計(jì)算的施工圖，以利于進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化對(duì)土木工程專業(yè)各科形成的知識(shí)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(jì)及結(jié)構(gòu)軟件課程的學(xué)習(xí)，不僅限于書(shū)本上現(xiàn)成的理論，更重要的是設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目時(shí)需要編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、制定方案、整理結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)、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(yàn)，串聯(lián)起基本原理、設(shè)計(jì)、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(wèn)題教學(xué)法

問(wèn)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(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行思考和分析，通過(guò)尋求問(wèn)題的解決來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而掌握知識(shí)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(wèn)題驅(qū)動(dòng)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(jí)為三級(jí)，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(kāi)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(jì)參數(shù)的輸入、樓層組裝、SATWE前處理生成各層恒載簡(jiǎn)圖（如圖3-6）時(shí)，可以拋出問(wèn)題引發(fā)大家思考，思考圖3中1號(hào)房間第一層的恒載簡(jiǎn)圖里的13.5kN/m和27kN/m、圖4中2號(hào)房間第一層的恒載簡(jiǎn)圖里的8.8kN/m和17.5kN/m、圖5和圖6中1號(hào)房間第一層的活載簡(jiǎn)圖里的6.0kN/m和3.9kN/m的來(lái)歷。引發(fā)學(xué)生思考，分組討論，個(gè)別提問(wèn)，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(hào)房間和2號(hào)房間的板分別是單向板還是雙向板板，明確1號(hào)2號(hào)均為雙向板后，再將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里雙向板傳給支撐梁的作用反力的方法的問(wèn)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?lái)的三角形分布荷載；沿長(zhǎng)跨方向的支承梁，承受板面?zhèn)鱽?lái)的梯形分布荷載。反算并使設(shè)問(wèn)里的數(shù)字得到驗(yàn)證。運(yùn)用問(wèn)題教學(xué)法可以培養(yǎng)學(xué)生自主探尋知識(shí)的興趣和能力，明顯區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)里無(wú)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(yǔ)

實(shí)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(duì)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(diǎn)結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，理論實(shí)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(shí)引入具體工程實(shí)例，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，將計(jì)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(zhǎng)教師自身的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以提升的工程實(shí)踐能力，采用問(wèn)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)

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[2]劉禮華，歐珠光.結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)[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(guó)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