周孝軍　楊虹　伍平

摘要：混凝土結構設計原理是理論性與實踐性很強的一門課程?；谡n程特點，從有機結合現(xiàn)代多媒體教學與傳統(tǒng)板書、注重聯(lián)系規(guī)范與工程實踐、強化試驗教學環(huán)節(jié)、重視課堂練習與課后習題、多樣化考核等方面，進行了課程教學方法和教學手段的探討和實踐。旨在提高教學水平，使學生較好地理解和掌握混凝土結構設計原理和計算方法，提升學生綜合運用知識進行工程結構設計的能力，為培養(yǎng)合格的工程師打下堅實基礎。

關鍵詞：混凝土結構設計原理；課程特點；教學方法；教學手段；探討

中圖分類號：TU375 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）41-0150-03

前言

混凝土結構設計原理屬于土木工程類核心專業(yè)課程之一，其內容豐富、理論嚴謹、應用性強，是理論性與實踐性相融合的一門學科。課程主要講述鋼筋混凝土結構的設計理論與基本構件的設計計算方法，以及相應的構造措施等，旨在培養(yǎng)學生基本的工程結構設計能力。目前涉及這門課程的教材種類繁多，但有關其教學方法探討與改革實踐方面的研究還相對較少[1-4]。因此，本文從該門課程特點與教學目的出發(fā)，對其教學方法和教學手段進行了探討。

一、課程特點

1.課程內容多，與基礎課程聯(lián)系緊密?；炷两Y構包括素混凝土結構、鋼筋混凝土結構、預應力混凝土結構等結構形式，其設計方法各不相同。要掌握混凝土結構設計原理與計算方法，首先要了解這種復合材料特殊的物理力學性能，更重要的是理解基本構件的受力特性、破壞形態(tài)與承載力計算方法，以及相應的構造措施[2]，課程教學內容多，涉及知識面廣。同時，課程內容與其他基礎課程聯(lián)系非常緊密，特別是對基本構件受力特性的理解以及荷載、內力與變形計算要求有材料力學、理論力學、結構力學的基礎知識作為支撐，要求學生具有良好的力學理論基礎。

2.參數(shù)符號多，取值應用經驗性強。課程參數(shù)符號多：一方面表現(xiàn)在材料強度指標與荷載代表值種類多，不同極限狀態(tài)表達式中荷載代表值與材料強度取值不同，同時還包括相應的分項系數(shù)，學生在初次接觸這些參數(shù)時很容易混淆；另一方面，基本構件強度與承載力影響因素多，計算方法復雜，為簡化計算，在公式推導中引入了計算參數(shù)與經驗系數(shù)，比如相對受壓區(qū)高度ξ、配筋強度比ζ、剪扭承載力降低系數(shù)βt等，這些參數(shù)符號大多較抽象，取值應用來源于試驗分析與工程經驗，理解相對較困難。

3.計算公式應用存在限制條件。鋼筋與混凝土這兩種材料的相互作用、組成比例直接影響基本構件的力學性能，且混凝土屬于彈塑性材料，力學性能影響因素多，離散性大，導致混凝土結構構件的受力性能分析十分復雜，不能直接沿用材料力學的推導公式。基本構件的承載力計算方法主要是以試驗分析為基礎，結合工程經驗，擬定計算基本假定簡化構件截面應力分布，由幾何關系與力的平衡原理以建立相應的計算公式。這樣，計算公式的應用必須滿足一定的適用條件，凡滿足條件的設計結果都是可行的，結果具有不唯一性，需要學生轉變這種思維模式[3，4]。

4.構造措施多，工程背景強。不同類型的結構構件構造措施很多，有些規(guī)定是為避免結構計算中基本假定與實際力學特性的差異，有些是針對一些不便或不必計算的內容而進行的要求。但大多都是根據(jù)長期的工程經驗和試驗結果而規(guī)定的，比如受力鋼筋直徑、間距、保護層厚度，架立鋼筋與腰筋的布置，板中分布鋼筋的布置，以及最小配筋的規(guī)定等。這些措施關聯(lián)性不大、系統(tǒng)性不強，有的只能死記硬背，有些需要結合工程應用來理解性記憶，且容易混淆。

混凝土結構設計原理課程內容豐富，專業(yè)性與實踐性強，是學生進入工作崗位尤其是從事結構設計工作必備的專業(yè)基礎知識。隨著混凝土材料與結構工程技術的進步，混凝土結構設計原理的教學內容還會相應增加，教師應對教學內容編排、教學方法、教學手段與考核機制等各方面嘗試創(chuàng)新與改革，改善教學效果，使學生轉變學習思維，扎實掌握混凝土結構的基本設計原理與計算方法及其應用，培養(yǎng)學生工程結構設計能力[5，6]。

二、教學方法和教學手段探討

針對混凝土設計原理課程的特點，筆者結合自身的教學體驗，通過與同行教師的討論、交流，認真探討總結了該門課程的教學方法與和教學手段，并在教學中得以實施，有效幫助學生掌握混凝土結構的設計原理和計算方法，提升學生的綜合素質和工程設計能力。

1.注重傳統(tǒng)板書與現(xiàn)代多媒體教學有機結合。傳統(tǒng)板書思路清晰，邏輯性與連貫性強，可以較好地引導學生分析問題、主動思考，但一些復雜圖形不便描述，試驗過程與試驗現(xiàn)象無法展示；現(xiàn)代多媒體教學主要是以計算機為核心，通過制作多媒體課件，精心設計教學內容，輔以適當?shù)膭赢嫼鸵曨l錄像來進行講解的現(xiàn)代化教學方法[5]。由于混凝土結構設計原理課程教學內容復雜，用單一的教學方法和手段不能有效完成教學任務或者達不到應有的教學效果[1-4]，因而可以有機結合多媒體教學與傳統(tǒng)板書的優(yōu)點，以多媒體教學為主。教師制作課件前先整合提煉教學內容，編列講解提綱，理清教學思路，多以圖片和動畫代替一些枯燥的敘述。針對一些重點內容則需結合傳統(tǒng)板書，既能引起學生的重視，也能加深理解。例如講解受彎構件正截面與斜截面破壞形態(tài)時，可以簡要板書主要的破壞形態(tài)，然后結合試驗視頻，讓學生對破壞特征進行歸納總結；由等效應力圖建立受彎構件正截面承載力計算方法時，應力分布圖可采用多媒體演示，平衡方程的建立及其適用條件可以通過板書推導；構造措施可以結合工程照片或施工圖進行講解，通過工程實例讓學生有較直觀認識，提高學習積極性。

2.重視規(guī)范應用與工程實踐?；炷两Y構設計原理是一門工程實踐性很強的核心專業(yè)課，課程內容與規(guī)范密切相關，且主要是對規(guī)范條款的解釋、細化和延伸，尤其是一些構造措施與基本構件的承載力計算方法。教師在講解過程中要緊密聯(lián)系現(xiàn)行規(guī)范，結合工程實例，既要指明規(guī)范要求，也要闡述清楚理論依據(jù)與工程意義，讓學生理解工程結構設計不僅應滿足理論計算要求，更應符合規(guī)范規(guī)定，培養(yǎng)學生處理實際工程問題的能力。另外，應有目的地組織學生進行工程現(xiàn)場參觀和學習[5，6]，了解基本構件的鋼筋布置與相應的構造措施，加深對課堂教學內容的理解，提升學生對結構設計的認識，培養(yǎng)學習興趣。

3.強化試驗教學?；炷两Y構構件受力機理復雜、力學性能分析困難，不能直接沿用材料力學的推導公式，需通過大量試驗，結合工程經驗，提出基本假定，推導承載力計算方法進行結構設計，總體思路可概括為：試驗分析與工程經驗→基本假定→簡化應力圖→基本公式→構件設計[2，3]?？梢姡囼灧治鍪菢嫾芰Ψ治雠c計算方法建立與截面設計的基礎，課程教學中應重視試驗教學。在進行拉、壓、彎、剪、扭五大基本構件受力特性講解前，可先結合力學基礎知識分析受力機理，然后給學生觀看試驗教學視頻，了解各種受力狀態(tài)下構件的破壞過程、破壞特征、破壞形態(tài)與影響因素。結合試驗視頻闡述哪些破壞形態(tài)是實際工程中不允許發(fā)生、設計時需避免的，哪些破壞形態(tài)是我們分析構件承載力的依據(jù)和基礎。再分析并建立相應的承載力計算方法，規(guī)定其適用條件，學生自然比較容易接受。另外，盡量安排試驗教學環(huán)節(jié)，以分組的形式讓學生全程參與基本構件試驗模型，從鋼筋的綁扎、應變片的粘貼、混凝土的制備與澆筑，到模型試驗測試、數(shù)據(jù)記錄與結果整理，讓學生對比體會理論與試驗結果的異同，鞏固對不同結構構件受力特性的認識和理解。既能提高學生的學習積極性，也鍛煉了學生的動手能力與團隊合作精神，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

4.重視課堂例題與課后習題。課程中公式參數(shù)多，不同構件的設計計算方法不同，計算方法建立過程學生應盡量掌握，但關鍵是計算方法如何應用、相關參數(shù)的取值、如何進行構件截面設計或校核，這就需要加強課堂例題和課后習題練習。課堂上每個基本構件的計算方法提出后，要分析運用該計算方法時的解題思路，總結計算步驟和注意事項，讓學生先結合教材上的例題熟悉公式與參數(shù)的應用，然后再進行隨堂例題演練，考察學生對計算方法的應用能力，及時發(fā)現(xiàn)問題并有針對性地進行講解指導。比如，關于偏心受壓構件是否需要考慮二階效應應同時滿足三個條件：①桿端彎矩比M1/M2≤0.9；②軸壓比不大于0.9；③長細比lc/i≤34-12（M1/M2）。給出這個三個條件后，隨即給出三個條件同時滿足與個別條件滿足的相關例題，讓學生對比分析，這樣學生就能較容易掌握何時該考慮二階效應。對于這些枯燥的公式和參數(shù)，學生在課堂上理解了而不及時復習鞏固也容易遺忘，課后習題是較好督促學生學習和鞏固的手段，并能檢驗一些基本要求和驗算條件學生是否真正理解清楚，同時了解、發(fā)現(xiàn)學生容易犯的共性錯誤，再有針對性地組織進行習題講解與答疑。

5.課程考核方式多樣化?；炷两Y構設計原理主要要求學生掌握基本構件的受力性能、計算方法以及相應的構造措施，學會運用規(guī)范，具備一定的解決實際工程問題與工程結構設計的能力。但課程中構造規(guī)定多，公式計算復雜，參數(shù)取值需要查表，課程考核方式完全依靠閉卷考試的形式，難免加大學生的記憶工作量，且有些知識點學生在實際工程設計時套用公式或按規(guī)范取值即可，另外也有些內容在實際工程設計時較重要但不適合作為閉卷考試題目[4]。因此，教師應對課程考核方式進行適當?shù)恼{整和改進，按平時考核占課程成績10%、作業(yè)占課程成績10%、期中測試占課程成績10%、試驗占課程成績10%，期末考試占課程成績60%的模式進行綜合考評。同時，為激勵學生主動思考，提高學習積極性，對課堂主動回答問題的學生，根據(jù)情況可給予總評成績0.5～1分的獎勵?？荚囍幸恍﹨?shù)指標或經驗計算公式，比如材料強度指標、斜截面抗剪計算公式、考慮二階效應時截面彎矩計算公式等可有限提供。總之，課程教學旨在培養(yǎng)學生對知識點的理解和應用，課程考核方式可以多樣化。

三、結語

混凝土結構設計原理主要講述基本設計原理和構件設計方法，是一門理論性與實踐性相融合的課程，內容多，知識面廣，應用性很強。教授這門課程要根據(jù)課程特點，結合現(xiàn)行設計規(guī)范，注重理論與實踐的聯(lián)系，認真探索和實踐多樣化的教學手段和方法，幫助學生較好地理解和掌握混凝土結構設計原理和計算方法，提升學生綜合運用知識進行工程結構設計的能力，為從事土木工程相關工作打下堅實基礎。

參考文獻：

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[6]張利.談工程應用型本科專業(yè)課教學[J].高等建筑教育，2004，13（1）：29～31.