陳成芹，張 微，武紅娟，王 睿

(1.西北民族大學 土木工程學院,甘肅 蘭州 730030;2.甘肅省新型建材與建筑節(jié)能重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

混凝土結構設計基礎課程作為無機非金屬材料本科專業(yè)的專業(yè)必修課之一，開設在第六學期，先修課程包括理論力學、材料力學、結構力學、無機非金屬材料工學、混凝土學和膠凝材料學，故在構建無機非金屬材料專業(yè)學生培養(yǎng)方案中起著非常關鍵的作用.本課程內容主要包括兩大部分，基礎知識和混凝土基本構建的設計原理.基礎知識包括混凝土結構的材料要求和設計方法；基本構建設計原理包括結構中所涉及到的基本受力構件，在受到外荷載時表現(xiàn)出來的力學性能、破壞過程、承載力計算、構造規(guī)定等[1].目的是通過兩部分內容的學習，使學生掌握混凝土基本構件的基本設計原理，積累和提高簡單結構或構件的設計驗算復核能力，并為后續(xù)砌塊、攪拌站等畢業(yè)設計以及為將來從事設計工作打下堅實的基礎.

根據(jù)教學大綱和培養(yǎng)方案要求，無機非金屬材料專業(yè)該門課程共設36學時，理論教學26學時，課程設計10學時.面對結構設計原理內容多，學時少，教授本課程時，就存在很多問題.為了在短時間內講完如此多的內容，教師只能加快講課速度，學生學起來就比較吃力，再加上學生本身力學底子比較薄，所以最終該門課知識掌握的就比較差.本文針對教學過程中學生在學習該門課程所表現(xiàn)出來的問題，根據(jù)該門課程的特點和無機非金屬材料專業(yè)學生的特點，結合培養(yǎng)方案和教學大綱以及筆者六年來的教學經(jīng)驗，探究有利于提升無機非金屬材料專業(yè)學生學習能力的教學方式.

1 課程特點

混凝土結構設計基礎作為無機非金屬材料專業(yè)的必修課程，理論知識內容多，應用性強，理論知識抽象，可操作性強.學生通過學習該門課程，不僅學會混凝土結構基本構件所包含的的原理知識，涉及混凝土結構概念、材料的物理力學性能以及結構按極限狀態(tài)法設計計算的方法，彎、剪、扭構件的正截面、斜截面的承載力計算.通過掌握這兩部分知識，提高學生理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題的能力.該門課程主要有以下四個特點.

1.1 內容多

任何一個工程項目都是由無數(shù)構件構成的，每一個基本構件所用的材料、鋼筋、施工方法不同，在進行設計時所依據(jù)的原理差別很大，所以需要了解的內容多.該專業(yè)一般采用的是葉見曙編寫的第四版《結構設計原理》，該書所涉及的內容很多，包括四大基本結構的原理方法，主要由鋼筋混凝土中所用到的材料物理力學性能、結構按極限狀態(tài)法設計計算的方法、受彎構件、受剪構件及偏心受壓構件的承載能力狀態(tài)分析、鋼筋截面面積設計與復核計算、預應力混凝土分類、應力損失等內容組成.為了更加準確的研究實際工程中的混凝土構件，所以該課程假設條件多、構造規(guī)定多、公式多、符號多，學生首次面對這樣一門實用性非常強的課程，焦慮多，自信心降低.

1.2 構件設計理論的公式長、修訂系數(shù)多

自19世紀末，鋼筋混凝土結構在土木建筑工程中出現(xiàn)以來，隨著生產實踐經(jīng)驗的積累和科學研究的不斷深入，鋼筋混凝土結構理論在不斷的發(fā)展和完善[2].構建設計理論大致經(jīng)歷了四個階段：最初的完全經(jīng)驗法；以彈性理論為基礎的容許應力計算法；20世紀30年代蘇聯(lián)學者首次提出的考慮鋼筋混凝土塑形性能的破損階段計算法；隨著對荷載和材料強度變異性研究的深入，20世紀50年代蘇聯(lián)又率先提出了極限狀態(tài)計算法.

極限狀態(tài)計算法是破壞階段計算法的發(fā)展，它規(guī)定了結構的極限狀態(tài)，并把單一安全系數(shù)改為三個分項系數(shù)，即荷載系數(shù)、材料系數(shù)和工作條件系數(shù)，這就是所謂的“半經(jīng)驗、半概率”的“三系數(shù)”極限狀態(tài)設計法[3，4].20世紀70年代以來，國際上以概率論和數(shù)理統(tǒng)計為基礎的結構可靠度理論在土木工程領域逐步進入應用階段，我國才開始在建筑結構領域開展結構可靠度理論和應用研究，并且很快取得成效[4，5]，目前國內應用廣泛的以概率理論為基礎、分項系數(shù)表達的極限狀態(tài)設計方法.

設計方法隨著實踐經(jīng)驗的不斷積累，計算公式中含有大量的系數(shù)，這些都是經(jīng)過長期的經(jīng)驗積累的改進.混凝土構件還受材料性能和環(huán)境因素的影響，所以在經(jīng)驗基礎上提出了一些相應的構造要求.

1.3 涉及面廣

建材專業(yè)學生在學習混凝土結構設計基礎課程時，首先學完了與材料性能關系密切的土木工程材料、無機非金屬材料工學、膠凝材料學和混凝土學、材料力學和結構力學.這么多的先修課程，奠定了學生對材料的理解，結構在荷載作用下表現(xiàn)出的效應.若學生能夠將這些先修課程知識點靈活運用到結構設計原理中，定會事半功倍.但是還要認識這些學科之間的區(qū)別，材料力學研究的對象是理想的彈性體，而該門課程研究的是實際工程的構件，大部分是彈塑性體.為了使所研究的對象更接近于實體，在確定模型時，假定了很多條件，學習過程中應注意分析公式與設計公式之間的聯(lián)系與區(qū)別，了解和掌握我國當前有關混凝土結構設計的技術和經(jīng)濟政策[6].

1.4 答案不惟一，需權衡安全和經(jīng)濟兩方面的因素

混凝土材料本身是一種多相、不均勻材料，加之采用的是半經(jīng)驗半理論計算公式，導致構件進行截面的鋼筋面積布置或復核時，結果出現(xiàn)分歧，導致所設計的構件很多問題并沒有標準答案，需要學生權衡安全和經(jīng)濟兩方面的問題，到底是安全更重要、還是節(jié)約成本更實惠，要求學生明白為什么這么選擇的原因.

2 教學活動中存在的問題

根據(jù)六年多來的教學經(jīng)驗，該門課程在教學活動中存在多方面的問題，有培養(yǎng)方案方面的、教師教學方法方面的、學生方面的等等.

2.1 實驗課課時少

由于建材專業(yè)在設置培養(yǎng)方案時，沒有安排實踐實驗，只是單純的講授理論知識，導致學生在學習時，沒有感性認識，加上原理多，規(guī)定多，久而久之，無法產生學習興趣.

2.2 授課方式比較單一

從事本課程教學以來，筆者主要采用板書方式講授，便于作圖和公式的推導.采用板書方式，雖然教學過程比較單調，但是學生可以清楚地知道公式的由來，缺點就是課堂氣氛比較悶，個別學生不喜歡看復雜的公式，久而久之，有了放棄的念頭.由于沒有實驗課，主要通過放一些構建破壞的視頻，幫助學生理解構建在荷載增大時，內部所發(fā)生的變化，從中了解正常使用極限狀態(tài)、承載能力極限狀態(tài)，從而確定模型，進行承載能力計算.在一定程度上可以幫助學生理解理論知識，但是此種方法由于信息量大，不直觀，學生只能被動的接受，加上年輕教師工程方面的經(jīng)驗不足，教學效果不理想.

2.3 學生力學知識底子薄弱，通性比較差

民族院校學生，尤其建材專業(yè)學生，本身培養(yǎng)方案中的力學知識學的相對較少，導致力學知識底子??；結構設計原理公式多、計算多，有些學生為了應付考試，只得死記硬背，結果花了大量的時間和精力，還是沒有明白其中的道理，個別學生甚至放棄這門課.有個別學生，在學習該門課程時，只是單純的學而學，缺乏獨立解決問題和總結歸納的能力.該課程同材料力學和結構力學關系非常密切，常常需要用到這些課程的相關知識，學生通常不能自主地運用前期所學知識來解決問題，不能實現(xiàn)課程與課程之間的融會貫通，無法形成系統(tǒng)的結構體系和建立結構思維.

3 民族院校建材專業(yè)《混凝土結構設計原理》的教學探討

民族院校的學生，大部分基礎知識底子薄，學習積極性不高，在教學過程中就不能用普通本科院校的要求，而是應該以學生為中心，針對他們的特點，適當調整教學方法和教學手段.為了培養(yǎng)理論基礎較扎實，實踐動手能力強的工程師，筆者針對建材專業(yè)混凝土結構設計原理的教學做了以下四點改進.

3.1 充分利用課堂時間提高教學效果

教學中應結合無機非金屬材料專業(yè)的培養(yǎng)目標，通過實際工程案例來講授理論知識.由于課時設置少，所以在備課過程中對各章節(jié)內容合理分配，充分利用課堂45分鐘，通過各種實際案例開發(fā)學生的思維，激發(fā)學生動腦思考問題的熱情.課堂教學時，必須注意區(qū)別材料與力學的異同點，進一步加深學生對作用效應的認識.按照自然現(xiàn)象發(fā)展規(guī)律，指導學生推導出基本假設，然后畫出實際構件的受力圖，進行受力分析，確定模型，基本計算公式，選鋼筋布置及校核.在教學過程中，運用多種方法全面描述構件的各種力學特征，建立力學模型，同時考慮學生接受知識水平和理解水平，適當選擇教學內容.比如受彎構件正截面承載力計算部分，如果教師投入大量的精力講述單筋矩形截面知識點，學生又理解透徹了，那么雙筋矩形截面就非常簡單了，只需要區(qū)別兩類截面的異同，這樣既鞏固了先修知識，又掌握了新知識.

3.2 多種教學模式并用

傳統(tǒng)的教學模式是以教師為主，教師認真?zhèn)湔n，根據(jù)自己的授課經(jīng)驗，以板書形式，滿堂灌的授課，認真的學生跟著老師的思路走，可以被動的接受老師所講授的內容；如果中間哪個環(huán)節(jié)開小差，思路就跟不上.隨著計算機技術的發(fā)展，當代高校教師更喜歡采用PPT授課方法，尤其是年輕教師，實踐經(jīng)驗缺乏，于是普遍出現(xiàn)照“P”宣科的現(xiàn)象，加上PPT播放速度比較快，學生更易走神，影響教學效果.為了克服這種現(xiàn)象所帶來的弊端，解決當下大部分高校普遍存在的問題，需要變革教學模式，靈活運用多種教學模式.一是可以繼續(xù)使用板書和PPT結合的教學方式.自古以來，大部分教書先生采用板書教學，它有它的優(yōu)勢，需要繼續(xù)沿用.對一些問題，比如構件在受到外荷載時，變化特征可通過動畫給學生直觀的認識，使模糊的東西更加可視化；公式推導過程中，教師引導學生畫出計算草圖，這樣可以加深學生對理論知識的理解，效果更好.二是用多種教學方法.教學過程中，教師應培養(yǎng)學生自主學習的能力，激發(fā)學生的主觀能動性，實踐“多樣化，指導思維方式”的教學模式.在實驗現(xiàn)象的基礎上進行定量和定性分析，以解決思路和方法的實際問題，充分利用思維導圖式、實驗演示、對比、討論等多種教學方法，提高課堂教學效果[7].例如，在理解正截面彎曲構件的承載能力特征時，通過播放少筋梁、超筋梁和適筋梁三種梁的破壞現(xiàn)象，將枯燥的教材描述變?yōu)榭梢姷氖挛铮瑢W生可以在感性中掌握原理.

3.3 實驗教學

建材專業(yè)和土木工程專業(yè)在培養(yǎng)時的側重點不同，所以實驗環(huán)節(jié)相對比較薄弱.針對建材專業(yè)學生，可以提出一些選修實驗，讓學生根據(jù)自己的情況自由選擇，是否切實弄明白構件在工作時發(fā)生的受力特征.在理論知識講解完畢之后，組織學生分組動手操作受彎構件三種梁的加載破壞實驗，加深學生對相關知識的理解.在授課期間教師也可以帶領學生到就近的工地進行參觀實習，使學生能把理論知識與工程實際結合起來[8].

3.4 改進考核方式

建材專業(yè)對本課程的考核包括平時成績、期中成績和期末成績三種方式.平時成績主要是考勤、課堂回答問題、課后題、課程設計，占總評成績的20%；期中成績是針對這一段時間的學習，學生對前一段時間學習的總結，占總評成績的20%；期末成績考察學生對該門課的概念、原理與方法的了解，通過選擇題、判斷題、問答題和計算題的方式進行閉卷測驗，占總評成績的60%.期末成績占比較重，導致部分學生達不到要求，尤其是記不住復雜的公式，只能重修.現(xiàn)在我國不少高校已經(jīng)有了半開卷半閉卷的形式，即對于基本概念和理論可以采用閉卷，而對公式的應用采用開卷方式，學生可將事先發(fā)放的統(tǒng)一規(guī)格的考試用紙帶入考場，允許學生填寫自己認為重要的內容[9]，或者借鑒注冊結構考試的形式，全部采用選擇題，但學生必須書寫解答過程與依據(jù)[1].鑒于此，針對建材專業(yè)的學生力學知識相對薄弱的現(xiàn)狀，不僅可以考察學生動手操作的實踐能力，也能鍛煉學生查規(guī)范、分析問題的能力.

4 結論

混凝土結構設計基礎課程作為無機非金屬材料專業(yè)的必修課程，理論知識內容多、經(jīng)驗公式長、修訂系數(shù)多、涉面廣、綜合性強、實踐性強，但是課時設置少，缺少實驗課，加上民族院校學生基礎知識相對薄弱等問題，在教學過程中，教師應以課程特點為基礎，結合多種教學方法，充分調動學生的主觀能動性，使學生真正理解并掌握混凝土結構的原理與設計方法.對待建材專業(yè)學生不能用單一的考核方式來考察，應采取更靈活的方式，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為學生將來從事設計工作打下堅實的基礎.