“混凝土结构”课程教学改革的思考

刘 雁，杨鼎久

（扬州大学 建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

一、混凝土结构课程的特点

在高等学校土木工程专业的知识体系中，结构基本原理和方法是该专业知识体系中最重要的知识内容，混凝土结构课程是该专业的主要核心课程之一，具有十分重要的地位，同时也是土木工程专业学生最先接触的专业基础课程。该课程对培养学生的结构概念、结构构件计算、结构设计方法以及将来解决实际工程问题的能力和创新能力等方面都具有重要意义。对于土木工程专业，各高校都十分重视混凝土结构课程的教学，学生领会和掌握混凝土结构知识的程度，对土木工程专业的教学质量和所培养人才的知识结构及把握工程的综合能力都有较大影响。

目前高校的混凝土结构教学，基本上按照“先构件，后结构”顺序进行，即先进行基本构件设计理论的讲授，然后学习结构设计方面的知识。基本构件设计理论主要涉及构件设计，而由于混凝土材料与弹性体材料的差异，难免会使学生在学习之初，感觉课程内容不够严谨，不易掌握。如何让学生正确地理解混凝土基本理论，以及如何很好地与后续讲述的建筑结构设计的整体概念相结合，无论是教或者是学，这都是个难点。如果将上述的教学顺序改成“先结构，后构件，再结构设计（构造）”，即先进行建筑结构的整体概念方面知识的学习，使学生先建立一个整体的建筑结构概念知识，掌握结构的布置原则、要求，进而再学习混凝土结构构件的设计理论，这样可以将建筑结构与基本构件、构造要求等的关联更加紧密，也符合学生的认知特点。

二、土木工程类专业学生的认知特点

据调查，土木工程院校在制定四年制本科的教学计划时，通常将混凝土结构课程的教学安排在第三学年下学期和第四学年上学期进行。该课程与此前学习的多门具有严密科学逻辑体系的基础课程有很大程度的不同，学生会感到混凝土结构课程内容繁杂，符号多、公式多，构造要求多，学习比较吃力，不易掌握。根据我们对土木工程专业一、二年级部分学生有关建筑结构方面基本问题的问卷调查，学生对于每日居住、学习、生活的各类建筑，或多或少都有一些基本的了解，如用的什么材料，是什么结构形式等，加之两年多的土木工程相关课程的初步学习，以及一系列土木专业方面新闻、参观、实习、讲座的熏陶，耳濡目染，对建筑物的结构体系已有一些朦胧的认识和粗浅的了解，也已经有了一些建筑的结构布置等结构概念设计的初步知识。此时在混凝土结构课程的教学中，以学生的认知特点作为切入点，将混凝土结构的教学从传统的“先构件，后结构”改变为“先结构概念，后构件，再结构设计（构造）”的教学顺序，完全可以让学生更好地掌握建筑结构的知识，并真正领会和学习好混凝土结构课程。

三、对现行混凝土结构教材和教学方法的认识

目前所用的混凝土结构教材在具体分析课程特点、考虑学生的认知情况等进行教学内容的组织方面所做的工作不多，在解决该课程的几多（概念多、难点多、公式多、系数符号多、构造规定多等）方面的针对性也不够，对于结构整体、基本构件、构造要求之间的相互联系，相互衔接也不够明确。采用传统的“先构件，后结构”的教学模式，使学生在学完课程后，依旧没有很好地把握建筑结构整体的概念，也没能很好地促进学生建立工程结构的整体意识。总结现在通行的混凝土结构课程的教材及教学现状，存在以下几方面的问题需要解决：

一是目前的混凝土结构教学顺序不利于学生建立完整的结构概念。当前在土木工程院校里，通行的混凝土结构课程教学顺序是先基本构件，后楼盖、再单厂、多高层等，这样的教学顺序使学生能掌握单个构件的知识点，但无法很好地将构件形成结构整体，难于理解结构的整体概念，特别是涉及到结构的“平面内”“平面外”等空间形态问题时，则理解更困难。

二是教学内容和课时匹配的矛盾。从多个院校的土木工程专业教学计划来看，混凝土结构基本原理课程的课时几经压缩，仅混凝土结构基本理论部分的学时由原来的80多学时逐渐降至60学时左右。课时少了，而教学内容却没有减少，加上该课程与专业基础理论课程的不同，导致学生感觉学习困难。

三是课程及课程教学与现行规范的衔接存在问题。目前混凝土课程基本上采用 “先构件，后结构”的教学顺序，对从2011年7月开始实施的《混凝土结构设计规范》的思想没能很好体现。新《规范》编制修订时，在开始的“基本设计规定”部分就补充增加了结构方案、防连续倒塌和既有结构设计原则等有关结构概念设计方面的内容。笔者认为，新规范部分内容的调整，体现了结构整体概念的重要性，也正是体现了“先结构，后构件”的思想。

四、整合教材内容、改进教学措施

为了让学生更好地学习和掌握混凝土结构的知识，根据笔者多年从事结构课程教学的经验，认为应该结合土木工程专业学生已有的课程基础和新规范相关的修订内容，在《高等学校土木工程本科指导性专业规范》的要求框架内，对现有的混凝土结构课程的教学顺序及教材内容进行重新组织、整合，以便于学生更好地学习、理解和掌握混凝土结构课程的基本原理、方法及相关知识。经整合后的混凝土结构教材和教学的合理顺序如下图所示：

由图可见，在教学过程中，混凝土结构教材可根据本专业学生已有的基本房屋知识，首先强调建筑结构的整体概念、结构的分类以及结构的选型与布置原则，让学生对每天生活在其中的建筑有一个整体的结构理解，知道结构整体的重要性；其次，以介绍混凝土结构的材料性能为基础，按照构件形式，受力性能和构件的试验、设计方法，展开讲授梁、板、柱等构件的受力特点和作用；最后，讲授结构设计，强调整体结构是在结构概念设计的基础上，由结构构件有效连接而成，在构件设计与结构设计的讲授同时，介绍规范中相应的构造要求，说明并强调各种构造知识的缘由和重要性。通过以上环节，逐步养成学生重视和严格遵守规范中诸多构造要求的意识和习惯。

（一）注重结构选型和布置，强化建筑结构的概念设计知识

在概念设计方面，让学生通过确定结构方案，进而进行结构体系布置等环节，逐步掌握建筑物空间的形成以及各种结构方案和结构体系的特点，再将结构的抗震知识、结构体系竖向和平面布置原则等进行综合考虑，明确建筑物的可靠、有效与结构体系布置的合理与否与密切相关。因此，在结构概念设计的讲授中，应作如下几方面的加强：

1.加强结构概念设计是保证建筑物抗震性能的基础。在2008年发生汶川、玉树等大地震以后，我国对包括《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》等在内的一系列工程技术规范进行了重新修订，并颁布实施。我国国土几乎所有城市都有抗震设防要求，建筑物抗震概念设计愈加被予重视。因此，在结构概念设计的教学中，可以结合结构抗震的基本概念逐步展开，进而讲授建筑抗震设防分类和设防标准、地震影响及场地与地基以及房屋的选址原则等；在讲授结构体系布置内容时，结合在地震作用下各类建筑结构体系的破坏形式、破坏特点等，阐述结构的空间体系布置原则，诸如结构的抗侧力体系应对称、规则布置；侧向刚度沿竖向应均匀变化；为防止抗侧移刚度及承载力发生突变，抗侧力构件的材料强度和截面尺寸宜自下而上减小、渐变；并将由地震震害总结出的各种结构体系平面、竖向布置的不规则类型予以介绍，让学生通过这部分的学习，建立较为完整的结构整体概念。

2.运用力学知识，加强分析和比较结构体系合理性的训练。由于前期力学等课程的学习和训练，此时学生已具有一定的运用已学的相关知识分析和解决结构体系受力问题的能力，故可以让学生通过对各种工程实例的受力和变形的分析，进行结构的合理性的分析。如进行构件的集中受力与均匀受力；单跨、简支结构与多跨、连续结构；结构的空间作用与平面作用；结构刚性连接与铰接连接；静定与超静定结构体系；传力简捷的结构与传力曲折的结构等进行诸多方面的比较分析，从而形成什么样的结构体系是合理结构体系的概念。

3.结构荷载的概念。在结构概念设计的讲授中，宜拿出部分课时，重点介绍结构荷载以及荷载传递的概念。其中，尤其要强调建筑物的自重，让学生知道建筑物自重不仅是竖向荷载的主要来源（约占85%以上），而且水平荷载中的地震作用亦与之直接相关；让学生明白减轻建筑物自重，不仅可以降低结构承受的荷载，减少建筑材料的用量，而且能降低建筑造价、保护环境。

构件截面设计的部分内容还可以在学习结构布置时予以介绍，如采用框架结构时，如何根据“高跨比”、“高宽比”、“轴压比”等对框架柱、梁的截面尺寸进行估算和确定。

（二）重视材料性能、加强构件设计方法和相关构造的讲解

在学生已学习建筑结构概念设计，以及对结构体系和布置原则已有了解的基础上，讲授结构的材料性能，介绍钢筋、混凝土材料的受力性能以及材料选用原则；再讲述结构设计的计算原则和方法；进而重点进行各种构件的设计计算讲授。并把以往按构件受力性质的不同进行讲授，改为按组成结构体系的各基本构件（如梁、板、柱、墙、基础等）分别讲授。这样的好处是可以强化学生对已学结构概念设计的理解，领会上述诸构件在整个结构体系中所起的作用，以及它们的受力特点。使学生更好地理解完整的结构体系和结构构件的关系。

构造措施部分，可按板、梁、柱（墙）、基础的顺序，依次对每部分构造要求进行讲述。如梁的一般构造要求有基本尺寸要求、纵向受力钢筋直径、弯起和间距；箍筋直径、肢数、间距和形式；混凝土保护层、配筋率等等。要搞清楚这些构造措施的作用，理解它们的重要性，养成注重遵守构造要求的好习惯。特别是通过构造措施，让学生进一步理解：强剪弱弯，强柱弱梁，强节点弱构件的设计理念。

（三）结构设计知识的学习

结构设计讲授的重点内容是整合前述各方面的知识，特别是结构概念设计内容和结构构件设计的有机结合，以及与结构力学知识的联系，按照混凝土单层结构、多层结构、高层结构等分类介绍结构设计知识，让学生通过这部分内容的学习，完全领会混凝土结构的知识。

（四）充分合理利用多媒体技术和案例教学

在混凝土结构课程的讲授中，应充分应用多媒体技术来提高授课效率。利用多媒体技术来表现有些语言难以描述清楚的内容、难以观察到的实验现象和一些抽象的构造措施。例如，将结构构件的受力过程和破坏形态用Flash软件演示，将板、梁、柱的构造做成三维表现图，将工程实例照片引人PPT等。在教学中，把多媒体技术与传统教学手段有机结合，可以起到事半功倍的效果。

考虑到混凝土结构课程实践性强的特点，在授课过程中应适时采用案例教学。根据教学目的和要求，用现实工程中的案例来引导学生的学习，让学生通过自己对工程案例的观察、分析去领悟，并引导学生将所学的知识与工程案例相印证，加深学生对混凝土基本原理和概念的理解。

五、结 论

混凝土结构不仅是一门综合性很强的专业课程，同时，又具有很强的工程性实践性，对该课程知识的掌握程度，影响到学生对后续专业课程的学习和理解，也影响到学生学习能力以及今后面对工程问题的应变能力的培养。因此，提高混凝土结构课程的教学质量，进行教学改革势在必行。通过以上对混凝土结构课程内容的有机整合，以及与结构抗震知识的良好结合，对培养土木工程专业技术人才起到积极的推动作用。

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[1]刘雁，建筑学专业“建筑结构”课程的教学思考[J].高等建筑教育，2011，20：89-91.

[2]中华人民共和国国家标准，混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S].北 京：中 国 建 筑 工 业 出 版社，2011.

[3]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.