反例教学法在钢筋混凝土结构设计教学中的探索与实践*

李庆涛　袁广林（中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221116）



反例教学法在钢筋混凝土结构设计教学中的探索与实践*

李庆涛袁广林
（中国矿业大学力学与建筑工程学院，江苏徐州221116）

摘要：反例教学法从反面的工程事故案例（简称“反例”）入手，促进正面理论知识的理解和应用，是通过理论联系实际来提高学生学习兴趣的一种有效的教学方法。结合典型的教学案例阐述了反例教学法的过程，提出了反例教学法教学过程中需要注意的事项。

关键词：反例教学法；钢筋混凝土结构；教学改革

Abstract：Based on the negative accident case，the negative case teaching method aims to enhance understanding and application of the right theory and knowledge in the book. It is an effective teaching method to improve the students' interest in learning by linking theory with practice. The paper presents the process of negative case teaching method with the typical teaching case，putting forward the key points of the negative case teaching method in the teaching process.

Key words：negative case teaching method；reinforced concrete structure；teaching reform

钢筋混凝土结构设计是土木工程专业建筑工程方向的核心专业课，是一门理论性和实践性很强的课程，与现行的规范紧密相连。通过“钢筋混凝土结构设计”课程的学习，使学生掌握单层厂房、多层框架结构、高层建筑结构的设计原则、基本设计的计算方法，使学生具有一般工业与民用建筑结构设计的能力。教育部的“卓越工程师教育培养计划”指出我们需要培养优秀的工程技术人才［1］，而钢筋混凝土结构设计是土木工程专业人才培养过程中的关键课程，这就要求我们教师在该课程的教学过程中不仅要注重理论知识和基本设计方法的指导，同时还要提高学生的分析问题和解决问题的能力，培养学生理论与实际结合的应用能力。为了提高教学效果，学者们已经尝试了不同的教学方法进行教学改革［2-5］。

作者在钢筋混凝土结构设计的教学中，选取反面工程事故案例作为切入点的反例教学法，该教学法可以加深学生对所学知识点的用途及重要性的理解，提高学生的感性认识和学习兴趣，使学生能够深刻理解和掌握该专业课的知识，增强作为一名工程技术人员的安全意识和责任感，吸取已有建筑工程事故的经验和教训，将所学知识正确地应用到工程实践中。

一、在钢筋混凝结构设计教学过程中发现的问题

由于钢筋混凝土结构设计教材中的知识点多，并且教材中的计算假定、理论公式较多、较为抽象，对于学生来说较为枯燥，容易失去学习兴趣。同时，由于书本上的理论知识与工程实际应用还有一定的区别，学生虽然学会做课后的习题，但是对于所学知识在工程现场如何应用还是没有自信心。

此外，该课程传统的教学方式主要是课堂讲授，该教学方式以教师的“教”为中心，采用“输出式”的教学方式，虽然能有计划讲解较多的课本知识，但这种教学方法很难提高学生的学习主动性。调查表明仅有5.5%的当代90后大学生会主动预习课本知识［6］，特别是钢筋混凝土结构设计中需要用到的知识点较多，容易造成学生对知识点的混淆，更容易使学生失去学习兴趣；同时由于学生缺少主动参与意识，无法发挥学生的“主体作用”，无法维持学生的学习兴趣和积极性，无法把握理论知识点如何在实际工程中得到具体的作用。

为了改善枯燥的传统授课模式，提高教学质量和效率，采用解决工程实际问题的启发式教学来吸引学生的注意力，提高学生的参与解决实际工程问题的积极性，培养既懂理论又熟知理论应用的专业工程技术人才，作者在钢筋混凝土结构设计的教学中，尝试在不同的理论知识点引入相应的典型工程事故，作为反面的工程案例来激发学生的学习兴趣和增强学生的安全责任意识。

二、反例教学法钢筋混凝土结构课程教学方法的探索

（一）反例教学方法的准备

在讲授到教材中的理论知识时，对学生来说是间接、抽象的，而且这些理论知识并不代表实际的技能，难以直接用于实际工程中。运用反面的工程事故案例能够起到震撼的警示效果，通过引导学生一起发现探讨工程事故中存在的问题，与学生一起分析造成这些问题的原因，应该如何避免出现的问题，如何解决已经出现的这些问题。与学生一起在理论与实际的联系中正确地运用所学的知识去解决实际问题。

1.工程事故反面案例的准备

为了充分发挥教师的引导作用和学生的主体作用，增强课堂教学的互动性，调动学生的学习兴趣，需要教师事先选取具有典型代表的工程事故案例进行分析和整理。工程事故案例的来源最好是教师自己参与的项目，也可以是从相关文献中获取的资料信息。此外，由于目前媒体信息非常发达，教师还可以通过各种媒体收集日常生活中发生的建筑工程事故，特别是新近报道的信息，更有利于学生的查阅相关的信息，结合课堂教学的知识点选择合适的案例并应用到教学中去。

2.多媒体图片的准备

选取好工程案例后，要准备一些相关的现场照片，利用多媒体进行教学，增加工程事故的现场照片通过多媒体给同学以展示，使教学内容更加直观，让学生，有在现场“身临其境”的感觉，以后在现场碰到类似的情况就能够将自己所学的理论知识得到运用，提高学生的学习兴趣，解决了同学感觉枯燥的问题。

3.工程事故案例与理论知识结合点的准备

分析案例与所讲授具体章节的理论知识点的衔接处，提出课本上的正面的知识点指出正确的做法以后，结合工程事故的案例，通过设置一系列的问题分析引导学生来分析造成工程事故的主要原因，调动学生的积极性来一起参与寻找解决问题的方法，从而使学生从建筑工程事故中吸取教训，在将来的设计、施工和管理工作中防止同类事故的重复发生。同时还能够促使学生培养建筑工程质量意识，通过正面知识的讲解和反面工程事故案例的对比分析，提高学生的学习兴趣，达到对教材理论知识的强化理解和正确运用的目的。

（二）反例教学法的举例

以钢筋混凝土结构设计中课程中的单层厂房为例，说明反例教学法在教学中的应用，作者引入了如下工程事故实例。

1.工程事故案例

某单层厂房为18m+24m+9m三跨钢筋混凝土排架结构（如图1所示），建筑面积约4300m②。厂房18m跨布置一台10T行车，24m跨布置10T及16T行车各一台。该车间从2004 年12月23日在24m跨内开挖约为10m×10m×6.8m的设备地下室。在12月31日开挖到地下室底板时，发现B轴中⑧、⑨、⑩轴柱靠近基础杯口处混凝土发生开裂，部分裂缝贯穿整个柱截面的2/3，最大裂缝宽度达1.0mm，且⑨轴柱局部混凝土压碎。同时发现，B轴中⑧、⑨、⑩轴柱发生了明显的水平位移。排架柱顶预埋钢板受屋架的作用，局部与柱混凝土之间脱开。

图1　厂房平面示意图

2.问题的提出

结合单层厂房这一章将要学习的内容，采用多媒体展示工程事故现场照片，提出如下几个问题，引出本章的主要学习内容：（1）常用排架结构单层厂房的组成有哪些？（2）单层厂房所承受的荷载如何进行传递？（3）出现裂缝、局部混凝土压碎、发生侧移的单层厂房柱有何作用？（4）观察单层厂房的排架柱与框架柱相比有何区别？（5）排架柱的截面尺寸、配筋如何确定？（6）造成本工程事故的原因有哪些？如何处理本工程中出现的问题？

3.问题的分析及准备

（1）根据所示现场拍摄的照片，结合教材中本章的内容，做成易于理解的课件图片（如图2所示），介绍单层厂房的结构组成和结构布置。（2）结合现场照片，阐明单层厂房中排架柱所承受的荷载，横向平面排架所承受的荷载及其传递路径，纵向平面排架所承受的荷载及其传递路径；（3）通过问题（1）和（2）的讲解，明确与排架柱在厂房结构中的重要作用，让学生明确在排架柱上发生诸如裂缝、局部混凝土压碎、发生侧移等问题将会带来严重的安全隐患；（4）让学生观察照片中实际工程中的排架柱与教室内身边的框架柱有何区别，然后让学生进行对比分析，进而教师讲解排架柱的组成部分包括上柱、下柱和牛腿，让学生探寻牛腿的作用，牛腿如何设计；（5）激发学生的求知欲，引出通过计算来确定排架柱的截面尺寸和配筋，如何通过选取合理的计算单元确定计算简图，统计作用在计算单元上的荷载，引导学生追寻排架的内力计算方法；（6）通过该工程案例中出现的具体问题，结合出现裂缝、混凝土局部压碎及发生侧移的排架柱的选取，画出原因分析示意图（如图3所示）。

图2　厂房结构组成图

原因分析如下：工业厂房内开挖的设备基础土方量较大，基坑深度接近7m，同时，施工单位为了节省费用，未采取有效的支护措施，直接将挖出的土全部堆积到厂房排架柱的另一侧，堆土高约5m，由于两侧土体高度相差近12m，堆土一侧产生的土压力太大，直接导致了柱的偏移及柱子的开裂，并且引起了排架柱顶预埋钢板局部与柱混凝土之间脱开。

结合现场情况，采用了如下的处理方案：（1）场地内的剩余堆土应尽快外运；（2）用压力注浆法用水泥浆进行地基加固；（3）地下室设备基础应抓紧施工，达到回填条件后应立即回填；（4）采取增大截面法对钢筋混凝土下柱进行加固处理；（5）对受影响的⑧、⑨、⑩轴上柱采用角钢进行加固。

三、反例教学法的效果

反例教学法要求教师最好有处理工程事故的经验，对实际联系理论知识的能力和教学方法的掌握有较高的要求，由于实际生活中的工程事故造成的后果往往都是非常严重的，给人民的生命财产安全会造成严重的损失，所以比选择正常的建筑工程案例具有较强的警示作用，更能吸引学生的注意力。

结合在工程现场拍摄的照片进行教学，具有现实意义。实用性强，能提高学生听课的积极性，同时提供给学生大量有用的信息，加深了学生的感性认识，巩固了所学的理论知识，为他们在以后的工作中，对理论知识的应用打下基础，达到了较好的教学效果。

此外，以实际工程事故案例为依托进行教学，能够增长学生的见识，分析事故发生的原因，让学生认识到理论的错误、计算或者施工的错误都会造成严重的事故，对生命和财产造成严重的损失，促使学生们树立起建筑工程质量意识，从中总结一定的经验教训，为今后的工作起到一个指导的作用，减少工程事故的发生。

图3　事故原因分析示意图

通过教师对事故原因的分析及事故的处理，提高了理论教学的实用性，增加了学生处理工程事故的间接经验，提高了同学们分析问题和处理问题的能力。

四、反例教学法的注意事项

为了运用反例教学法成功地吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣，并起到警示作用促进学生安全意识的提高，作者认为有如下几个关键的注意事项需要教师引起重视。

（1）在选择工程事故案例时，最好选择教师熟悉的、参与过的工程案例，这样增加教师对工程事故的问题把握程度，而且更易于取舍和整理现场工程照片等教学资料。

（2）合理安排工程案例和教学内容的衔接点，将理论知识点化解到所选的工程案例中去，结合工程案例逐渐展开教学内容。

（3）根据工程案例中提出适当的问题让学生思考，设置从简单到复杂的问题逐步启发学生探寻解决问题的答案，在讲解实际工程问题解决的过程中学习理论知识，增加课堂教学的趣味性和实用性。

（4）启发引导学生分析工程事故的原因，尝试让学生提出如何避免此类事故的发生，并给出处理方案，增加学生的工程质量意识，安全责任感。

五、结束语

综上所述，在钢筋混凝土结构设计课程中运用反例教学法可以提高学生的学习兴趣，促使学生们树立起建筑工程质量意识，通过反面的工程事故案例促进学生对正面知识的学习、加深学生对正面知识的理解，正确认识专业理论知识的重要性，增强学生的安全责任感。同时提高了学生在遇到实际工程事故时分析问题和解决问题的能力，培养学生理论与实际相结合的应用能力。作者根据近几年的教学经验进行了一些探索和总结，期待与其他教师共同推进钢筋混凝土结构设计教学质量的提高。

参考文献

［1］林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制［J］.高等工程教育研究，2010（4）：21-29.

［2］江巍，王先军，吴小勇，等.微博在混凝土结构课程教学中的应用探讨［J］.高等建筑教育，2015，24（6）：170-173.

［3］彭明，史传问.项目教学法在水工混凝土结构教学中的应用［J］.黄河水利职业技术学院学报，2009，21（4）：61-63.

［4］徐有邻.授人以鱼，不如授人以渔——对混凝土结构教学的建议［J］.东南大学学报（增刊），2012，14：7-10.

［5］宗兰，张士萍.浅谈混凝土结构教学中教师的作用［J］.东南大学学报（增刊），201 2，14：11-13.

［6］高亚兵.90后大学生学习状况的调查与分析［J］.浙江外国语学院学报，2015，3：84-89.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）07-0142-03

*基金项目：中国矿业大学教改项目（2014QN04）成果之一。

作者简介：李庆涛（1980-），男，中国矿业大学力学与建筑工程学院博士，副教授，主要从事钢筋混凝土结构教学与研究工作。