土木工程应用型结构类课程教法探讨

杨青，杨国兵

（1.滁州学院地理信息与旅游学院，安徽 滁州 239000；2.安徽滁州技师学院，安徽 滁州 239000）

土木工程应用型结构类课程教法探讨

杨青1，杨国兵2

（1.滁州学院地理信息与旅游学院，安徽 滁州 239000；2.安徽滁州技师学院，安徽 滁州 239000）

应用型的培养目标决定了对于土木工程课程体系而言改革是当务之急。在此基础上，以结构专业的结构力学、混凝土结构设计、结构软件基础教程为例，分析改革探索中的几点具体措施。

应用型；土木工程；课程教法

1 概述

依据应用型的培养目标，土木工程的课程体系应以“应用”为主旨构建课程的教学内容体系[1]。如何培养能够解决实际问题而不是纸上谈兵、具有一定创新意识的工程技术人员，对于应用型本科高校教育工作者来说责无旁贷。

作为土木工程三大力学中综合性最强的一门专业基础课，结构力学以高等数学、理论力学、材料力学为基础，又为混凝土结构设计、建筑结构抗震设计、钢结构设计等专业课埋下伏笔，结构力学在课程体系中无疑起着承上启下的作用。拥有着诸如建筑材料、混凝土结构基本原理、施工组织和技术、房屋建筑学、土力学基础工程、荷载与结构设计方法、建筑抗震设计等比结构力学更多的前期先修课程，决定了混凝土结构设计具有起点高、知识储备多、对工程实践有一定要求的特点。同时，混凝土结构设计为结构软件（PKPM）提供结构设计方案和参数依据。结构力学、混凝土结构设计、结构软件共同服务于土木工程毕业设计，为毕业后的职业生涯打下良好的基础。传统的灌输式教学模式，早已起不到很好的引导学生的作用，如何改变这种课时少、内容多不容易教更不易学的现状，是教师必须要解决的问题。

2 土木工程应用型课程改革

2.1 加强学生的建模能力

工程中需要有抓住主要矛盾忽略次要矛盾（抓大放小）的思想，用计算简图来代替构造极其复杂的实际工程结构。因此，建立模型是结构计算分析和施工图绘制的先决条件。而模型建立的好坏、荷载选取、传导是否得当直接影响结构计算分析的准确性。结构体系、杆件、结点、支座、荷载的简化是涉及到的几个主要方面。结构力学的题目常常是给出现成的力学简化图形，让学生用学过的方法以既有的固定模式加以求解。平日的教学中应加强培养学生的空间想象能力，引导他们尝试采用逆向思维在设计前先建立出准确、客观、简洁的模型，再进行内力计算，绘制内力图。

2.2 融入具体实例

为培养学生浓厚的学习兴趣、提高教学质量，近年来不少专家学者推崇案例教学法以期改善结构专业基础课以及专业课枯燥难学脱离实际应用的旧局面。案例教学法从内容、方法、手段角度达到化抽象为形象的目的。举一些简单的例子，如：在讲悬臂梁的内力计算和位移计算时，可以与雨篷板的实例（见图1）相结合，让学生从分析内力分布的基础上讨论理解挑梁根部截面面积大、端部相对较小以及构造上应保证板中纵向手拉钢筋要有足够的受拉长度的原因。

图1 雨蓬板的计算简图

在分析两端固定的单跨超静定梁求杆端剪力，杆端弯矩和杆端剪力自相平衡时，可以举例“方向盘效应”，让学生体会到生活中力（矩）的平衡无处不在，从而更加深对平衡的认识，感知力学可以活学活用的意义;在讲解结构位移计算时，可以举例施工阶段的位移监控计算旨在消除大型屋架或桥梁因自重过大引起相应的挠度前给大型屋架或桥梁一个预拱度，以便于结构成型后处于按设计要求的水平位置上。这个预拱度的数值便是我们定量分析结构位移的目的之一;排架结构其实就是单层工业厂房的一种基本计算模型，多跨超静定梁是桥梁结构的一种形式，框架结构是一般民用建筑的典型代表。

2.3 强化结构力学实验

传统的三大力学教学中只有材料力学有相当一部分的实验教学环节，结构力学和理论力学基本上很少有实验课。但是力学实验技术无论是作为认识和检验真理的最终标准，还是作为直接解决设计工程中的力学问题的专业手段，仍然有着不可替代的地位[2]。结构力学的应用型的实现离不开实验的推进。比如说，可以让学生亲自动手组装几何可变体系、几何不变体系、瞬变、常变体系模型，以便于让学生进一步了解杆系结构的组成和规律以及结构和机构的区别；亲自动手制作桁架零杆检测模型，改变荷载的位置或是减少某根零杆来理解零杆既然受力为零是否可以去掉。

2.4 强调引入计算机技术

①计算机技术对试验数据采集和处理方面有贡献，实验方法和数值计算方法相结合而产生的实验和分析杂交技术方面，充分体现了引入计算机技术可以提高实验成果的效率、精度和可靠度。

②作为传统求解超静定的结构力学方法力法和位移法，由于以手算为主，计算规模有局限性。当超静定次数过多或遇大型复杂结构问题的分析时，矩阵分析法便显示出其依托计算机的矩阵运算规律性强、易于编程的优势。

③土木工程的各门专业基础课、专业课为结构软件如PKPM等结构设计软件提供参数依据，PKPM应用于毕业设计以及今后的设计工作。在毕业设计中运用电算对手算结果进行对比、校核，分析内力计算的施工图，以利于进一步优化结构设计，强化对土木工程专业各科形成的知识体系的理解。

2.5 提升教师工程应用能力

混凝土结构设计及结构软件课程的学习，不仅限于书本上现成的理论，更重要的是设计过程中针对实际工程项目时需要编制设计说明书、制定方案、整理结构计算书、绘制施工图、校核。为满足结构的“安全性、适用性、耐久性”的功能性要求，需要老师具有较强的工程应用能力和丰富的工程检验，串联起基本原理、设计、施工、监理的相关内容，给学生方向性的指导，使其少走弯路。

2.6 采用问题教学法

问题教学法“它的最基本的含义是教师根据教学的需要，从教材入手，提出一定的问题，引导学生对问题进行思考和分析，通过寻求问题的解决来激发学生学习的积极性，从而掌握知识的一种教学方法”[3]。

例如在结构软件的教学中可以引入问题驱动教学：某六层钢筋混凝土框架结构，7度（0.1g）抗震设防，抗震等级为三级，楼面恒载标准值为4.5kN/m2,活荷载标准值为2.0kN/m2，屋面恒载标准值为6.0kN/m2,活荷载标准值为0.5kN/m2。楼面梁间线荷载标准值为8kN/m,屋面梁间线荷载标准值为4kN/m。开间：6000mm，进深6000mm，3900mm，6000mm。在引导学生依次进行绘制结构平面图（如图2所示）、进行楼层定义（柱、梁、板的布置、本层信息修改）、荷载输入、设计参数的输入、楼层组装、SATWE前处理生成各层恒载简图（如图3-6）时，可以抛出问题引发大家思考，思考图 3中 1号房间第一层的恒载简图里的13.5kN/m和27kN/m、图4中2号房间第一层的恒载简图里的8.8kN/m和17.5kN/m、图5和图6中1号房间第一层的活载简图里的6.0kN/m和3.9kN/m的来历。

图2 结构平面布置图

图3 第一层恒载简图（1号房间）

图4 第一层恒载简图（2号房间）

图5 第一层活载简图（1号房间）

图6 第一层活载简图（2号房间）

引发学生思考，分组讨论，个别提问，循循善诱，引导学生思考单向板和双向板的区别，再让学生仔细观察分析1号房间和2号房间的板分别是单向板还是双向板板，明确1号2号均为双向板后，再将混凝土结构设计里双向板传给支撑梁的作用反力的方法的问题抛出并温习：以45°等分线为界，分别传至两相邻支座，这样沿短跨方向的支承梁，承受板面传来的三角形分布荷载；沿长跨方向的支承梁，承受板面传来的梯形分布荷载。反算并使设问里的数字得到验证。运用问题教学法可以培养学生自主探寻知识的兴趣和能力，明显区别于传统教学里无形中使学生张嘴等待老师喂的低效教学模式。

3 结语

实现应用型培养目标的土木工程结构方向教学体系的改革任务对教师而言任重而道远。不仅需要老师根据土木工程各学科特点结合学生实际情况，理论实践巧妙结合、因材施教，也需要改进教学方法，不断加强学生建模能力，将基本概念时引入具体工程实例，强化结构力学实验，将计算机先进的技术引入专业基础课及专业课的教学中，增长教师自身的工程实践经验以提升的工程实践能力，采用问题教学法以提升学生自主学习的兴趣。

[1]李延强.面向应用的结构力学课程教学研究[J].教育与职业，2012（24）：142-143.

[2]刘礼华，欧珠光.结构力学实验[M].武汉大学出版社，2010.

[3]孙显元，王章豹，李钢.高等学校教师教学科研方法[M].合肥工业大学出版社，2005.

G642

C

1007-7359（2016）06-0056-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.021

安徽滁州职教集团职业教育教学研究项目——职业院校专业课教师执教能力研究（编号：zlgc201608）。

杨青（1990-），女，安徽滁州人，硕士；助教，主要从事土木工程专业的教学与研究工作。