土木工程應用型結構類課程教法探討

楊青，楊國兵

（1.滁州學院地理信息與旅游學院，安徽 滁州 239000；2.安徽滁州技師學院，安徽 滁州 239000）

土木工程應用型結構類課程教法探討

楊青1，楊國兵2

（1.滁州學院地理信息與旅游學院，安徽 滁州 239000；2.安徽滁州技師學院，安徽 滁州 239000）

應用型的培養目標決定了對于土木工程課程體系而言改革是當務之急。在此基礎上，以結構專業的結構力學、混凝土結構設計、結構軟件基礎教程為例，分析改革探索中的幾點具體措施。

應用型；土木工程；課程教法

1 概述

依據應用型的培養目標，土木工程的課程體系應以“應用”為主旨構建課程的教學內容體系[1]。如何培養能夠解決實際問題而不是紙上談兵、具有一定創新意識的工程技術人員，對于應用型本科高校教育工作者來說責無旁貸。

作為土木工程三大力學中綜合性最強的一門專業基礎課，結構力學以高等數學、理論力學、材料力學為基礎，又為混凝土結構設計、建筑結構抗震設計、鋼結構設計等專業課埋下伏筆，結構力學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、混凝土結構基本原理、施工組織和技術、房屋建筑學、土力學基礎工程、荷載與結構設計方法、建筑抗震設計等比結構力學更多的前期先修課程，決定了混凝土結構設計具有起點高、知識儲備多、對工程實踐有一定要求的特點。同時，混凝土結構設計為結構軟件（PKPM）提供結構設計方案和參數依據。結構力學、混凝土結構設計、結構軟件共同服務于土木工程畢業設計，為畢業后的職業生涯打下良好的基礎。傳統的灌輸式教學模式，早已起不到很好的引導學生的作用，如何改變這種課時少、內容多不容易教更不易學的現狀，是教師必須要解決的問題。

2 土木工程應用型課程改革

2.1 加強學生的建模能力

工程中需要有抓住主要矛盾忽略次要矛盾（抓大放?。┑乃枷?，用計算簡圖來代替構造極其復雜的實際工程結構。因此，建立模型是結構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、傳導是否得當直接影響結構計算分析的準確性。結構體系、桿件、結點、支座、荷載的簡化是涉及到的幾個主要方面。結構力學的題目常常是給出現成的力學簡化圖形，讓學生用學過的方法以既有的固定模式加以求解。平日的教學中應加強培養學生的空間想象能力，引導他們嘗試采用逆向思維在設計前先建立出準確、客觀、簡潔的模型，再進行內力計算，繪制內力圖。

2.2 融入具體實例

為培養學生濃厚的學習興趣、提高教學質量，近年來不少專家學者推崇案例教學法以期改善結構專業基礎課以及專業課枯燥難學脫離實際應用的舊局面。案例教學法從內容、方法、手段角度達到化抽象為形象的目的。舉一些簡單的例子，如：在講懸臂梁的內力計算和位移計算時，可以與雨篷板的實例（見圖1）相結合，讓學生從分析內力分布的基礎上討論理解挑梁根部截面面積大、端部相對較小以及構造上應保證板中縱向手拉鋼筋要有足夠的受拉長度的原因。

圖1 雨蓬板的計算簡圖

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”，讓學生體會到生活中力（矩）的平衡無處不在，從而更加深對平衡的認識，感知力學可以活學活用的意義;在講解結構位移計算時，可以舉例施工階段的位移監控計算旨在消除大型屋架或橋梁因自重過大引起相應的撓度前給大型屋架或橋梁一個預拱度，以便于結構成型后處于按設計要求的水平位置上。這個預拱度的數值便是我們定量分析結構位移的目的之一;排架結構其實就是單層工業廠房的一種基本計算模型，多跨超靜定梁是橋梁結構的一種形式，框架結構是一般民用建筑的典型代表。

2.3 強化結構力學實驗

傳統的三大力學教學中只有材料力學有相當一部分的實驗教學環節，結構力學和理論力學基本上很少有實驗課。但是力學實驗技術無論是作為認識和檢驗真理的最終標準，還是作為直接解決設計工程中的力學問題的專業手段，仍然有著不可替代的地位[2]。結構力學的應用型的實現離不開實驗的推進。比如說，可以讓學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，以便于讓學生進一步了解桿系結構的組成和規律以及結構和機構的區別；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 強調引入計算機技術

①計算機技術對試驗數據采集和處理方面有貢獻，實驗方法和數值計算方法相結合而產生的實驗和分析雜交技術方面，充分體現了引入計算機技術可以提高實驗成果的效率、精度和可靠度。

②作為傳統求解超靜定的結構力學方法力法和位移法，由于以手算為主，計算規模有局限性。當超靜定次數過多或遇大型復雜結構問題的分析時，矩陣分析法便顯示出其依托計算機的矩陣運算規律性強、易于編程的優勢。

③土木工程的各門專業基礎課、專業課為結構軟件如PKPM等結構設計軟件提供參數依據，PKPM應用于畢業設計以及今后的設計工作。在畢業設計中運用電算對手算結果進行對比、校核，分析內力計算的施工圖，以利于進一步優化結構設計，強化對土木工程專業各科形成的知識體系的理解。

2.5 提升教師工程應用能力

混凝土結構設計及結構軟件課程的學習，不僅限于書本上現成的理論，更重要的是設計過程中針對實際工程項目時需要編制設計說明書、制定方案、整理結構計算書、繪制施工圖、校核。為滿足結構的“安全性、適用性、耐久性”的功能性要求，需要老師具有較強的工程應用能力和豐富的工程檢驗，串聯起基本原理、設計、施工、監理的相關內容，給學生方向性的指導，使其少走彎路。

2.6 采用問題教學法

問題教學法“它的最基本的含義是教師根據教學的需要，從教材入手，提出一定的問題，引導學生對問題進行思考和分析，通過尋求問題的解決來激發學生學習的積極性，從而掌握知識的一種教學方法”[3]。

例如在結構軟件的教學中可以引入問題驅動教學：某六層鋼筋混凝土框架結構，7度（0.1g）抗震設防，抗震等級為三級，樓面恒載標準值為4.5kN/m2,活荷載標準值為2.0kN/m2，屋面恒載標準值為6.0kN/m2,活荷載標準值為0.5kN/m2。樓面梁間線荷載標準值為8kN/m,屋面梁間線荷載標準值為4kN/m。開間：6000mm，進深6000mm，3900mm，6000mm。在引導學生依次進行繪制結構平面圖（如圖2所示）、進行樓層定義（柱、梁、板的布置、本層信息修改）、荷載輸入、設計參數的輸入、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。

圖2 結構平面布置圖

圖3 第一層恒載簡圖（1號房間）

圖4 第一層恒載簡圖（2號房間）

圖5 第一層活載簡圖（1號房間）

圖6 第一層活載簡圖（2號房間）

引發學生思考，分組討論，個別提問，循循善誘，引導學生思考單向板和雙向板的區別，再讓學生仔細觀察分析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，再將混凝土結構設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：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，承受板面傳來的三角形分布荷載；沿長跨方向的支承梁，承受板面傳來的梯形分布荷載。反算并使設問里的數字得到驗證。運用問題教學法可以培養學生自主探尋知識的興趣和能力，明顯區別于傳統教學里無形中使學生張嘴等待老師喂的低效教學模式。

3 結語

實現應用型培養目標的土木工程結構方向教學體系的改革任務對教師而言任重而道遠。不僅需要老師根據土木工程各學科特點結合學生實際情況，理論實踐巧妙結合、因材施教，也需要改進教學方法，不斷加強學生建模能力，將基本概念時引入具體工程實例，強化結構力學實驗，將計算機先進的技術引入專業基礎課及專業課的教學中，增長教師自身的工程實踐經驗以提升的工程實踐能力，采用問題教學法以提升學生自主學習的興趣。

[1]李延強.面向應用的結構力學課程教學研究[J].教育與職業，2012（24）：142-143.

[2]劉禮華，歐珠光.結構力學實驗[M].武漢大學出版社，2010.

[3]孫顯元，王章豹，李鋼.高等學校教師教學科研方法[M].合肥工業大學出版社，2005.

G642

C

1007-7359（2016）06-0056-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.021

安徽滁州職教集團職業教育教學研究項目——職業院校專業課教師執教能力研究（編號：zlgc201608）。

楊青（1990-），女，安徽滁州人，碩士；助教，主要從事土木工程專業的教學與研究工作。