钢筋混凝土结构课程的教学与实践

黄 华，吴 涛，刘伯权

（长安大学 建筑工程学院，陕西 西安 710061）

一、引 言

《钢筋混凝土结构》课程自1893年首次开设以来，已走过了近120年的历史，国内外土木工程专业均将其作为主干课程进行教学[1-5]。该课程的先修课程包括：高等数学、理论力学、材料力学、结构力学、建筑材料等。同时，该课程又是砌体结构、建筑结构抗震设计、地基基础、高层建筑、钢-混组合结构等课程的基础。本课程在教学上起着承上启下的重要作用，其教学成败直接关系到整个专业的教学质量和学生的专业知识构成。

长安大学建筑工程学院近年来，根据国家教育部、建设部及其相关教育主管部门对教学计划修订的意见，将混凝土结构系列课程分为《混凝土结构基本理论》和《钢筋混凝土与砌体结构》两门课来讲授。前者为专业基础课，72学时（授课66学时，实验6学时）+两周课程设计，共计6学分（4+2模式）；后者为专业课，40学时+两周课程设计，共计4学分（2+2模式）。《混凝土结构基本理论》课程设计主要进行现浇钢筋混凝土梁板结构设计，内容包括：楼盖结构平面布置，连续板、次梁、主梁的内力计算及截面设计，并绘制施工图一张；一部板式或梁式楼梯的选型、内力、配筋计算，并绘制施工图一张。《钢筋混凝土与砌体结构》课程设计主要进行钢筋混凝土单层工业厂房排架设计，内容包括：承重结构形式选择，构件选型，支撑布置，排架内力分析，柱内力组合，截面设计，单独基础设计，并绘制施工图一张。

《钢筋混凝土结构》课程讲授过程中基础知识多、教学内容多、计算公式多、构造要求多，加上相应规范标准的修订、教材的版本和层次不同，导致学生学习困难，教学效果不佳，对专业知识的深层次理解不够，不能做到灵活应用，这体现在具体的课程设计、教学实验、工程实习等方面。笔者针对本院在该课程教学中存在的问题进行探讨，力求通过加强实践教学，增强学生的理解能力，激发学生的学习兴趣，提高学生的应用能力。

二、教学中存在的问题

针对教学过程中存在的问题，笔者与授课老师、学生等进行了沟通，并分析产生此类问题的原因，主要可归纳为教与学两方面的问题。

（一）教学过程中重理论，轻设计，无构造

《钢筋混凝土结构》课程教学的主要内容有受弯构件正截面、斜截面承载能力计算，构件裂缝宽度计算原理，偏心受压构件正截面承载能力计算，预应力混凝土的基本概念、预应力损失、预应力轴心受拉构件各阶段应力状态及承载力的计算、抗裂、变形验算，单向板肋梁楼盖的设计方法，双向板肋梁楼盖的计算，单层厂房的荷载、等高排架的内力分析，多层框架内力及变形计算；砌体受压构件承载力计算和局部受压承载力计算，静力计算方案的划分，高厚比验算，多层刚性方案房屋墙体设计。

以上教学内容的理论体系严谨，连续性极强，从而导致教学过程中过分强调基本原理的讲解，形成了“原理+计算”的教学模式，从构件破坏过程、可能出现的破坏形态入手，详细剖析构件的受力性能，阐述基本假定，推导基本计算公式，讲解公式的适用条件和计算步骤，并辅以必要的习题。由于教学内容多，学时少，在讲解基本构件过程中，结构构造便被简单的带过，或者成为学生自习的内容。而构造要求往往是对不便和不必计算内容的规定，如不同受力构件的截面形式、几何尺寸、钢筋间距，布置方式等，这些内容较为零散，不具备系统性和逻辑性，因此造成学生理解困难，记忆不佳。笔者在学生作业中就多次碰到类似300mm宽的梁底一排布置10多根钢筋的情况，这说明学生对钢筋间距和直径的构造规定没有掌握。

此外，在讲述基本构件的“原理”和“计算”过程中，教师往往就基本构件展开教学，而结构往往是由构件组合而成的，以构件为出发点的教学模式，使得学生缺乏整体感，并且与所学的力学基础知识对接不上。例如讲授梁正截面和斜截面承载力时，基本上基于简支梁的力学模型，而转化到实际框架结构时，计算简图发生了改变，且梁柱节点的处理又出现刚接和铰接两类不同的节点，学生对此往往难以理解。而混凝土材料的离散性，导致单纯的力学方法无法得出与实验结果相符的结论，进一步加剧了学生对基本力学原理在该课程上的应用困难。同时，学生对基于所学公式的简单计算易于掌握，这得益于教师讲解的例题。然而真正让学生动手进行设计时，往往感到束手无策，其原因在于设计这类题的解是不确定的，学生自己不具备判断对错的能力。因为有限的教学时间往往使得教师着重强调公式的使用，而忽视工程设计中其他影响因素的讲解，诸如截面合理尺寸的选取，荷载的大小及其组合等。

（二）学习过程中缺兴趣，少方法，无动力

《钢筋混凝土结构》课程以力学理论为基础，以实验研究为手段，建立起相关理论，计算公式大部分不能由严密的逻辑推导得出，同时与相关规范、规程，工程实践紧密相连，设计过程中既要考虑结构的安全性、适用性、耐久性、经济性等方面的要求，还需要考虑建筑材料、施工技术等方面的要求。因此，学生在学习过程中就必须注重学习方法，在这里传统课程如力学、数学、物理等的学习方法将不再适用。一方面，学生对题目计算结果唯一性的观念没有转变，计算题多种答案使得学生无所适从；另一方面，只重视基本理论的学习而忽视混凝土构件及组成材料的力学特性，如采用材料力学的基本原理来理解和计算混凝土梁正截面强度，将产生错误。因而学习过程中必须明确构件的受力类型及试验破坏状态，掌握基本假定和截面应力图形，从而推导基本计算公式，并归纳设计计算的基本步骤。

由于学习方法不妥，教学过程中实验现象多、计算假定多，基本概念多，计算公式多，系数和符号多，构造要求多，使得学生望而生畏。随着教学内容的深入，学生没学透的内容增多，厌学情绪逐渐增长，学习兴趣减小，并逐步丧失动力。《混凝土结构基本理论》课程往往进行到后半学期，课堂气氛逐步尴尬，“放鸽子”的学生逐渐增多，抄作业现象更为明显。一部分学生即使自己完成作业，也是根据例题“依葫芦画瓢”，简单的数据变换还能勉强完成，一旦受力状态改变，如梁跨中截面变换为梁端负弯矩区，则不知如何计算内力和配置钢筋，笔者在历年的毕业设计中，都会发现部分学生梁端负弯矩区截面配筋图画不正确。

三、已有的实践教学内容

《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[6]附件二关于土木工程专业实践教育体系中的实践领域、核心实践单元和知识技能点中，对本课程的实践教学内容做出了明确规定。其主要内容包括①混凝土基本构件试验（4学时），②钢筋混凝土肋梁楼盖设计（1周），③单层工业厂房设计（2周）。其中混凝土构件试验指矩形钢筋混凝土梁正截面、斜截面承载力的受力破坏过程，基本力学特性。除此之外，与本课程相关的实践教学内容还有土木工程材料试验、土木工程测试技术、土木工程认识实习、生产实习、毕业实习和毕业论文。

长安大学建工学院开设的《钢筋混凝土课程》，其实践教学内容包含了《专业规范》[6]要求的全部教学内容，并且混凝土基本构件试验增加了矩形钢筋混凝土柱的大偏压试验，课程设计增加了一部钢筋混凝土楼梯的课程设计。与本课程相关的其它实践教学内容也一应俱全。

然而，钢筋混凝土课程的教学内容具有极强的工程背景，相关的工程材料、施工工艺、设计方法、计算手段、规范条文都在不断更新，仅仅依靠以上的实践教学内容，让学生掌握好本课程的全部知识点，并做到学以致用、举一反三，是有很大难度的。并且，基本构件试验教学形式通常是教师布置好实验构件、实验仪器，学生仅参与实验过程，如加载、观察破坏过程、记录实验数据，包括荷载、挠度、裂缝宽度等。学生只是按既定的试验方案进行，对构件的制作过程并不熟悉，对实验方案的制定过程亦不了解。更有甚者，实验是通过单纯的讲解来完成的，这样的教学效果自然大打折扣。而课程设计中，学生照搬计算模板，“不求甚解”，难以形成完整的设计思路，没有真正起到串联构件、结构整体各部分知识的作用。

四、教学方法的改革

针对教学中存在各种问题，以实践教学为手段，提高教学质量为目标，对教学方法进行改革。

（一）完善实践教学内容

钢筋混凝土课程的强实践性决定了其教学过程仅仅依靠《专业规范》[6]规定的实践教学内容，是远远不够的。笔者认为实践教学内容不仅仅是教学实验，课程设计，还应包括带有工程背景的实例讲解、工程视频的观看、规范内容的讲述、科技发展前沿的介绍等与工程实践相关的内容。因此，在结合已有实践教学内容的基础上，宜作如下补充：①补充工程背景，对基本构件在不同结构如工业厂房、住宅、办公楼中的位置，受力特性，破坏状态等通过图片、动画、视频进行展示和说明，并把课堂讲解的例题放到工程背景中讲解，增强学生的工程实践意识；②补充材料力学、结构力学等基本力学原理与混凝土构件及结构在力学性能上存在的异同，进行对比教学，加深学生对混凝土构件基本假定的理解和基础力学知识在工程上的应用；③对部分课程如钢筋的连接方式和加工制作、不同截面上钢筋的摆放位置、混凝土梁柱节点的破坏过程、典型工程事故案例等制作视频，用于教学，以增强学生的感性认识和责任意识；④课堂教学内容体现科技进步，及时反映新理论、新技术、新材料、新 工艺，尤 其是新 规范的 内容[7、8]：如抗震规范[7]中现浇钢筋混凝土房屋的最大适用高度和抗震等级、框架柱端弯矩增大系数、柱轴压比限值等；混凝土规范[8]在混凝土结构设计原则和计算方法上增加了结构方案、结构抗倒塌设计原则和既有结构设计原则，材料使用上提高了钢筋的强度等级和混凝土的最低强度等级，在构造上对钢筋的锚固、保护层的厚度等做了变化。

（二）改善课堂教学方法

我院钢筋混凝土结构课程的课堂教学总学时为106（66+40），学时数适中，若以传统的“口授+板书”方式教学，根本无法达到良好的教学效果，目前正着力进行改善。①充分利用多媒体、互联网、电子教案等现代化教学手段，并与传统教学方法有机结合。一方面，通过视频、动画、施工图片阐述相关工程背景、受力过程、破坏状态、构造措施等，加深学生印象，提高学生学习兴趣；另一方面，通过板书等推导基本计算公式，抓住学生思路，提高学习效率。②精选课后作业，加强习题辅导。通过各种题库选择具有针对性、代表性、综合性的习题让学生做，例如有教师提出[5]采用“一级注册结构工程师专业考试试题”，此类试题计算量小、题目非常灵活、知识点多，不仅可提高学生解题兴趣，而且可加强学生对概念的理解。在解题的同时，教师要加强对学生课后作业的讲解，让学生明白错误所在，以达到良好的学习效果。③开设讨论课。教师根据教学内容，教学进度，将综合性、开放性的习题作为讨论课的内容，例如某教学楼出入口处钢筋混凝土雨篷的设计，可从雨篷的形式选择、荷载取值、配筋计算等多个方面展开讨论，从而充分调动学生学习的积极性和主动性，开拓学生视野。

（三）培养学生创新能力和科研意识

我院近年来定位为教学科研型学院，在保证教学质量的同时，必须努力培养学生创新能力和科研意识。①改革实验教学，将梁柱的整个实验过程从试件设计、制作、养护，直到试件方式的选择，测试仪器的布置，全部交由学生自己完成，从而使学生将构件承载力计算、混凝土配合比、塌落度、钢筋下料长度、钢筋绑扎、钢筋搭接、混凝土养护、应变片选取和黏贴、实验仪器的选取、破坏过程的观测等一系列知识融会贯通，大大调动了学生的学习积极性。②加强课程设计，增加学生对课程设计题目的选择性，并尽可能贴近实际工程，以实际工程图纸为范本，结合工程计算软件、绘图软件的应用，细化设计内容，以增强学生学习兴趣，提高学生解决实际问题的能力。③鼓励学生积极参与课外科技活动，如结构设计大赛、模型制作大赛、大学生创新实验等。我院近年来将多门专业基础课、专业课的课程实验有机结合，形成设计型、开放型系列试验，使教学实验与工程实践紧密结合。2007年以来，学院先后30余项大学生创新实验项目立项，160余名同学参与创新试验，900余名学生参与“数学建模”、“结构设计大赛”、“挑战杯”、“结构力学竞赛”等各类科技活动并多次获奖。通过引导学生进行研究性学习和创新性思维，学生发现问题、分析问题、解决问题的能力得到明显提高，创新意识和创新能力得到培养。④鼓励教师结合自身科研，积极组织学术报告。我院要求副教授以上职称的教师每年为学生举行一场教学、科研或设计等内容的报告，以扩展学生的知识面，加深学生对本专业教学、科研和生产的了解，培养学生的学习兴趣、科研意识。

五、结 语

《钢筋混凝土课程》是土木工程专业一门重要的主干课程，兼具理论性、实践性，是学生接受系统性、专业性学习与训练的重要环节。为取得良好的教学效果，必须从教和学两方面进行努力。一方面要建立科学合理、与时俱进的教学内容体系，培养结构合理、业务精良的教师队伍，探索行之有效的教学方法；另一方面要帮助学生建立符合学科特点的学习方法，努力提升学生的工程意识，培养学生的工程应用能力和科学研究能力。从而实现宽口径，厚基础，重应用的土木工程人才培养目标。

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[1]匡亚川.基于应用型人才培养的混凝土结构与砌体结构教学探索[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2010，11（1）：98-99.

[2]张晓燕，李凤兰，曲福来.混凝土结构设计原理课程教学方法探讨[J].高等建筑教育，2011，20（1）：79-82.

[3]赵淑丽，孙超.混凝土结构原理课程改革与实践教学[J].河北农业大学学报（农林教育版），2011，13（2）：189-192.

[4]覃丽坤，赵天雁，王振，等.混凝土结构设计原理教学法研究[J].武汉大学学报（人文科学版），2009（4）：80-82.

[5]潘颖.提高混凝土结构原理课程教学质量的思考[J].高等建筑教育，2011，20（4）：74-77.

[6]高等学校土木工程学科专业指导委员会.高等学校土木工程本科指导性专业规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[7]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[8]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.