“现代预应力结构”课程改革与探索

郭楠 侯晓萌

摘要：结合新时期硕士研究生的培养的特点，以“现代预应力结构”课程为载体，提出了理论深度与工程应用相结合、知识掌握与能力培养相结合和平时训练与期末考核相结合的课程改革目标，对教学内容、讲授方法和考核模式等方面进行课程改革与探索，强调对基本概念的深入理解，提高研究生的科研创新能力和工程实践能力。

关键词：现代预应力结构；课程改革；科研创新；工程应用

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）31-0092-02

“现代预应力结构”是为结构工程学科和建筑与土木工程领域的研究生开设的一门专业选修课，与本科生的预应力课不同，这门课更加注重对基本原理的讲解，注重科研创新能力的培养，注重工程技术方面的训练。笔者在讲授“现代预应力结构”课程中，进行了一系列改革与探索，现与广大同仁分享。

一、课程改革意义

以特定的方式在结构构件上预先施加的，能产生与构件所承受的外荷载效应相反的应力状态的力称为预加力。预加力在结构构件上引起的应力称为预应力。预应力技术是结构工程中的一项关键技术，施加了预应力后，能使结构处于更好的受力状态，充分利用材料，减小截面尺寸，实现绿色环保；同时，预应力结构也能实现更大的跨度，增加结构的适用范围，建筑技术的发展和人们对绿色环保的需求，使预应力技术在现代建筑中体现出了越来越重要的作用。

“现代预应力结构”正是在这种大背景下，为研究生开设的一门专业选修课。由于研究生的培养目标与本科生不同，在这门课中，不仅要弄清基本原理，还要讲明其来龙去脉，将基本知识点与科研创新和工程应用相结合，让研究生更多地参与到课程当中，成为课程的主体，真正做到知识传授与能力培养并重。基于上述原因，有必要对这门课进行课程改革，以便更好地适应现代建筑的需求，出色完成人才培养。

二、课程改革目标

1.理论深度与工程应用相结合。研究生课程不再像本科生课程一样以知识讲授为主，而是要讲清各个知识点的基本原理、各种设计方法的来龙去脉，比如新旧规范设计方法的对比，预应力混凝土结构与普通混凝土结构设计方法的对比，在讲授基本理论的过程中，要做到深入浅出，并与实际工程应用相结合，引导学生掌握并运用基本理论，提高其解决实际工程问题的能力。

2.知识掌握与能力培养相结合。经过本科阶段的学习，研究生已经掌握了一定的基本知识，在这个阶段，应更加注重能力的培养，做到知识掌握与能力培养相结合。比如在课程伊始，让每个研究生准备一个时长约20分钟的演讲，演讲内容应体现自己的科研方向，并应与预应力课程相结合，在准备过程中，培养学生查阅资料、制作PPT和组织演讲内容等方面的能力；在演讲结束后鼓励其他同学进行讨论，并进行点评，调动学生的积极性，使其真正成为课堂的主体。再比如，在讲解预应力基本理论的过程中，结合自身的研究方向，告诉学生如何把预应力技术和木结构结合起来，从而形成一些新的结构体系，培养学生的科研创新能力。

3.平时训练与期末考核相结合。为了达到更好的教学效果，避免出现学生只注重结果而忽视过程的现象，采用平时训练与期末考试相结合的模式对学生进行综合考核。授课期间，根据课程进度，对课程内容进行小结，并对学生进行有针对性的训练，比如在讲完“等效荷载与线型”这一章以后，对预应力混凝土板设计的荷载平衡法进行介绍和总结，并布置一个以工程实例为背景的大作业；授课结束后，为了防止学生死记硬背，采用开卷形式进行期末考试，在期末试题中着重考察学生对基本概念的理解和应用。

三、课程改革措施

1.课程内容。作为结构工程学科和建筑与土木工程领域研究生的主要专业课程之一，“现代预应力结构”共计32个学时。根据实际情况，笔者将其分为八个部分进行讲授，这些部分的内容相对独立又彼此关联，基本涵盖了预应力理论体系的主要内容。课程的具体内容包括：第1章预应力专家、预应力建筑与桥梁作品、预应力参考书及预应力基本原理的介绍；第2章预应力材料；第3章预应力锚具及机具；第4章预应力施工工艺；第5章张拉控制应力与预应力损失；第6章等效荷载与线型；第7章预应力构件的裂缝与变形；第8章预应力构件的承载力计算。

2.讲授方法。（1）体现情怀，激发学生兴趣。授课之初，介绍了将预应力混凝土技术推向全世界，预应力工程理论的研究者及最早实施者美国预应力学会创始人之一的“预应力先生”——林同炎教授，还介绍了老先生应用预应力技术设计的造诣极高的建筑及桥梁作品，比如采用预应力混凝土拉杆拱体系的旧金山莫斯康尼会议中心地下展厅，它在地震时期成为许多市民的“避难所”，至今仍被称作大师设计作品中的经典案例。通过摒弃直接授课灌输学生知识点的传统方法，抒发对老先生极尽诚敬的情怀，激发学生学习本门课程的兴趣。（2）对比规范，弄清来龙去脉。授课期间，涉及到规范设计方法沿革的内容，加以强调和说明，避免学生产生误解和记忆上的混淆。以“普通松弛钢丝、钢绞线松弛损失计算公式σ14=0.4ψ（σcon/fptk-0.5）σcon中的系数ψ”为例，在旧《混凝土结构设计规范》中规定一次张拉时，ψ取1，采用超张拉时ψ取0.9，而在新《混凝土结构设计规范》中已经不再体现系数ψ，这说明新规已不再考虑超张拉的有力作用。因此，有必要将新旧规范设计方法不同之处进行对比和分析，使学生对其有更为清晰的理解与认识，也提醒了学生在使用规范时，要特别注意新旧规范的区别，加以重视。（3）结合科研，提高学生创新能力。笔者长期从事预应力胶合木结构方面的研究工作，所以在此课程授课期间也结合自己最新科研进展介绍了部分内容，旨在启发学生思维，培养学生创新能力，使其在此基础上有所探索与创新。以“预应力胶合木梁”为例，现代预应力结构和现代木结构本是相对独立，各成一体，各有优缺的两门学科，但是客观来说，现代木结构中的普通胶合木梁存在抗拉强度不足、脆性破坏、抗压强度不能充分发挥、蠕变等特性，使普通胶合木梁的经济性难以保障，限制了此类构件的推广，所以考虑到将预应力技术引入到胶合木梁中，这样既可以充分利用木材的受压强度又可以利用预应力钢丝受拉强度，达到延性破壞的目的，又可以控制梁的变形，减小构件的截面尺寸。（4）结合工程，提高学生应用水平。结构工程学科和建筑与土木工程领域的研究生毕业后要从事与实际工程直接相关的工作，所以有必要将实际工程问题引入到研究生教学中。以“预应力构件的承载力计算”一章为例，结合了哈尔滨慧隆苑办公楼抽柱后预应力梁设计的实际工程问题，逐步引导学生分析思考这个工程运用到的本章的知识点，比如：通过材料、截面及预应力工艺选择、计算简图及荷载确定、内力计算、预应力筋合力作用线的选取、张拉单位面积预应力筋引起的端部预加力、结间等效荷载及预应力梁控制截面内力预应力筋Ap选配、非预应力筋As选配等。通过这个思考的过程使学生形成一个解决实际工程问题的完整的思路，在面对实际工程问题时不会觉得无从下手。

3.考核模式。为了避免出现高分低能的现象，不同于传统单一的考核方法，笔者又将演讲及设计加入到总分计算中，最终总分由三部分组成，即PPT制作及演讲占总成绩的20%，预应力混凝土板的设计总成绩的20%，开卷考试占总成绩的60%。

首先，PPT制作阶段，通过严格要求PPT制作的质量，来训练和考察学生对基本office软件的应用水平，例如：PPT要做到用图片来体现讲述内容的主线，文字部分作为辅助或解说。其中，PPT中所用图片不应过少，图片内容应与文字直接相关，清晰、满布、不改变长宽比例，鼓励自行绘制的cad插图，绘制后应用墨水瓶插件插入到PPT中；PPT中的文字应能使听众看清，字号不应小于32号，并且做到分条叙述，不能出现整段的文字。演讲过程中，通过严格控制演讲时间和脱稿演讲来锻炼学生上台演讲的能力。

其次，预应力混凝土板的设计考察了学生对所讲荷载平衡法的实际掌握及运用程度，同时也应用到本科所学的知识，例如平法的表达、相关软件探索者的操作、板的构造措施的掌握等。

最后，开卷考试能够有效避免学生死记硬背的情况。它设置题型灵活，包括判断、简答、画图三种题型，通过判断考察大家对基本知识点的理解是否准确、扎实，通过简答考察大家对相关概念的熟悉程度和语言组织能力，通过画图题考察大家对实际工程中预应力筋线型布置情况的理解和掌握。

4.小结。在为期32学时的“现代预应力结构”课程中，笔者进行了较为系统的改革与探索，如通过将预应力技术与木结构相结合，启发学生进行科研创新；通过布置预应力混凝土板的设计作业，训练学生的工程能力；通过课堂演讲，提高学生查阅资料，整理信息和综合表达能力等。在课程结束以后，部分学生对教学效果进行了反馈，普遍反应这些改革措施效果良好，有利于培养研究生的综合能力。在今后的教学和科研工作中，笔者将继续进行大胆改革和创新，把学生培养好，不辜负自己的使命。