浅谈仿真任务教学在高职课堂教学中的应用——以力学与结构基础课程为例

(天津国土资源和房屋职业学院天津，天津 300270)

力学与结构基础是建筑装饰工程技术专业的职业基础课。建筑的装饰过程离不开建筑本身，因此本课程的学习情况直接影响建筑装饰工程技术专业学生对于专业课的学习效果。而因为课程本身理论性太强、知识点繁多、内容跨度大等特点，学生的学习效果并不理想。根据学生对《力学与结构基础》课程的学习现状，对课程内容进行了调整，在典型能力训练项目中以仿真任务形式展开教学。

一、课程概况

力学与结构基础课程服务专业为建筑装饰工程技术，课程性质为职业基础课，总学时为64学时。在教学体系中起到承上启下的作用，为建筑装饰施工技术与管理、建筑装饰概预算、毕业综合实践等后继课程打下基础。力学与结构基础课程内容十分丰富且复杂，包括：结构布置、构件受力分析、荷载计算、内力计算、选择截面尺寸和材料、构造处理、绘制结构施工图等。课程主要学习目标包括：能够进行基本的静力平衡计算、能够对常见简单构件进行配筋计算、能够识读建筑施工图。在本门课程的学习过程中要求学生具备资料整理与阅读能力、语言表达与沟通能力、团队协作与组织能力。

二、课程内容设计

力学与结构基础课程内容繁多，所涉及知识点包括：理论力学里面的静力学、结构力学里面的内力计算及内力图、混凝土结构设计原理里面的配筋计算及结构施工图等。为便于实施仿真任务教学重新对课程内容进行梳理及整合，将课程内容设计为四个项目。课程内容设计及学时分配见表1所示。

表1 课程内容设计及学时分配表

三、能力训练项目设计

根据知识的相关性把课程内容中的项目继续解构和重组，每个项目分解成多个能力训练项目。

项目1：梁、板构件配筋项目，分解成四个能力训练项目。其中每个能力训练的项目编号、项目名称、训练方式手段及步骤见表2所示。

表2 梁、板构件配筋能力训练项目设计表

项目2：柱配筋项目，分解成三个能力训练项目。其中每个能力训练的项目编号、项目名称、训练方式手段及步骤见表3所示。

表3 柱配筋能力训练项目设计表

项目3：结构图识读项目，分解成三个能力训练项目。其中每个能力训练的项目编号、项目名称、训练方式手段及步骤见表4所示。

表4 结构图识读能力训练项目设计表

项目4：常见结构体系及构造认识项目，分解成两个能力训练项目。其中每个能力训练的项目编号、项目名称、训练方式手段及步骤见表5所示。

表5 常见结构体系及构造认识能力训练项目设计表

四、典型仿真任务

在力学与结构基础课程的授课过程中每个能力训练项目均需要给学生下达学习任务书，在典型能力训练项目中模拟真实工作流程编制任务书，要求学生按照任务书的要求完成相应的学习内容。下面以1-3梁的配筋计算为例展示学习内容的重设以及教学方法的改变。

(一)梁的配筋计算任务书

1.设计资料

某办公楼楼面梁采用矩形截面独立简支梁，安全等级为二级,结构设计使用年限为50年,计算跨度5.56m，承受均布恒荷载标准值16KN/m(不包含自重)，均布活荷载标准值8.4KN/m。混凝土强度等级为C25，钢筋采用HRB400。

因此，本研究的主要目的是利用感官评价、色谱骨架成分分析以及GC-Osme等多种风味化学技术评价低度五粮液的风味特征并与高度五粮液的风格特征进行比较，为科学认识五粮液风格特征、诠释民族优秀传统工艺提供有力的数据支撑。

2.设计内容

(1)选取合适的截面尺寸，包括截面高度、宽度；(2)进行恒载内力计算，要求计算不少于三个关键截面； (3)进行活载内力计算并按规范进行荷载组合；(4)根据荷载组合进行正截面配筋计算； (5)根据荷载组合进行斜截面配筋计算；(6)绘制配筋图；(7)制作仿真模型。

3.成果要求

(1)整理完整的计算书，要求统一用A4纸撰写； (2)按照1:10比例制作仿真模型。

(二)设计方法

梁的配筋计算任务书主要以实际工作中的工作流程为依据而编制，在授课过程中首先下达梁配筋计算任务书，在研读任务书过程中对学生提出的问题进行现场解答。然后要求学生按照设计内容逐项进行截面设计工作。

1.截面选择

(1)学生领取教学任务后查阅相关书籍及规范找到解决这项内容的方法，教师在此过程中给予相应指导；(2)教师根据设计内容举例，学生分析教师所举例子是否符合规范要求，在此过程中加深学生对于设计内容及规范的理解；(3)学生根据设计资料中有关内容及规范中相应规定选定截面长度。然后查阅构造知识使所选取的最终截面长度符合构造要求；(4)根据截面长度及构造要求选定合适的截面宽度，注意截面尺寸应符合模数要求；(5)教师对所选择截面尺寸进行评价，不合格者重新进行设计。

学生所选择的截面长度和截面宽度是下面几项设计内容的重要基础，在整个设计过程中非常关键，要求学生保存设计过程中查阅的相关资料及最终所得数据，为后续工作做准备。

2.恒载内力计算

(1)学生根据设计资料里面的基本信息及所选择截面尺寸计算出含自重的恒荷载标准值，其中学生应查阅相关资料得到材料重度；(2)学生根据均布恒荷载标准值画出恒载作用下简支梁计算简图，并进行受力分析；(3)学生根据静力平衡方程计算出恒载作用下的支座反力；(4)指导学生选出三个关键截面，利用截面法计算出每个关键截面内力其中包括弯矩和剪力。

在恒荷载内力计算的过程中学生需要熟练掌握物体的受力分析、支座反力的计算方法、内力计算方法、简单内力图绘制方法等理论知识，在此过程中教师给予现场指导严格把关每一步骤计算方法的正确性。

3.活载内力计算

(1)根据均布活荷载标准值画出活载作用下简支梁计算简图，并进行受力分析；(2)根据静力平衡方程计算出活载作用下的支座反力；(3)指导学生选出三个关键截面，利用截面法计算出每个关键截面内力其中包括弯矩和剪力；(4)分别计算三个关键截面的内力设计值，其中学生需查阅参考资料自学概率极限设计方法及内力组合方法；(5)根据三个关键截面的内力设计值，得到最终截面弯矩值设计值和剪力设计值。

活荷载内力计算方法与恒荷载内力计算方法基本相同不再赘述，在按照承载能力极限状态进行内力组合时需要计算出由活荷载效应控制的组合值和由恒荷载效应控制的组合值，在两种组合的计算结果中选出较大的效应组合值作为最终内力设计值。此环节内容属于单元中的难点，在设计过程中教师进行了较细致的指导工作。

4.正截面配筋计算

(1) 教师指导学生查阅设计资料及相关规范，从中得到混凝土抗压承载力设计值、混凝土抗拉承载力设计值、钢筋抗拉承载力设计值、相对截面受压区高度等参数；(2) 学生根据最终弯矩设计值及受弯构件正截面承载力计算公式计算混凝土受压区高度，根据受压区高度判别梁的是否超筋；(3) 若构件为不超筋梁则计算纵向受力钢筋面积，再根据配筋面积判别构件是否属于少筋梁。在计算过程中如果构件为少筋梁或超筋梁则需重新设计。

受弯构件正截面配筋计算是整个设计任务的重点内容，在此环节应具有结构设计原理的理论知识，在设计过程中需参考混凝土结构设计原理教材，所需要大量参数均可在混凝土设计规范中获得。

5.斜截面配筋计算

(1)根据设计资料及相关规范查出相关参数；(2)复核截面尺寸是否满足要求，满足要求继续下一环节不满足要求重新设计；(3)若满足要求根据最终剪力设计值及受弯构件斜截面承载力计算公式验算是否需要配置箍筋；(4)若需要配置箍筋应按照计算公式及构造要求确定箍筋数量，若不需要配置箍筋则按照最低构造要求配置箍筋；(5)验算配箍率，选配箍筋。

斜截面承载力计算公式属于经验公式，公式的建立基于构件剪压破坏。在设计的过程中复核截面尺寸、验算配箍率均是验证公式的适用范围。教师在设计过程中给与学生现场指导以保证学生顺利完成设计任务。

6.绘制配筋图

(1)根据纵向受力钢筋面积、构造要求等选配纵向受力钢筋直径及根数，并验算钢筋间距是否符合要求；(2)选择架立筋数量；(3)根据纵向受力钢筋直径及间距、箍筋数量、架立筋数量、截面尺寸、保护层厚度等数据绘制配筋图。绘制配筋图部分看似简单实际上涵盖的知识并不少，需要大量的构造知识才能把配筋图画的合理。学生在选配钢筋时结论不唯一，可以降低学生的抄袭现象以此激励学生自主完成任务。

7.制作仿真模型

学生应结合配筋计算结果及配筋图手工制作梁的仿真模型，在制作过程中注意以下问题：(1)模型制作比例正确，在下料与裁料过程中尺寸丈量准确；(2)受力钢筋、架立钢筋、箍筋粗细得当；(3)受力钢筋、箍筋间距符合要求。

制作仿真梁的过程主要考察学生钢筋下料、加工、绑扎等环节，在下料过程中注意下料长度、根数等问题，其中下料长度注意考虑弯钩增加长度及箍筋调整值等。在钢筋加工环节以弯曲成型为主，在弯曲成型过程中注意弯曲后平直部分长度符合构造要求。钢筋绑扎时按照设计结果采用受力钢筋间距及箍筋间距，且绑扎接头应错开。

梁的配筋计算这一任务在任务书设计过程中考虑到学生的实际计算水平，选用了工程中最简单的均布荷载作用下的简支梁为设计题材。重在使学生了解结构设计的工作流程以及结构配筋种类、布设形式等，以避免学生在以后的装饰装修工作中不会因为对结构的不了解而对建筑结构产生破坏。另外由于学时关系本单元中没有涉及按照正常使用极限状态进行验算的内容。

在评价环节以过程考核为主，任务实施过程中定期检查计算结果是否准确合理及模型制作是否规范。在评价过程重点看计算结果前后应统一对应，配筋结果必须符合构造要求，模型制作流程应按照现场施工流程，模型尺寸与配筋结果相对应等。

五、总结

通过对《力学与结构基础》课程内容重设把较分散的知识点有机的结合起来形成系统，逻辑性更强，符合学生的认知规律。教学中以模仿真实工作流程为依据编制任务书以及学生制作仿真模型的过程可以有效的将前后知识点串联起来，使学生更容易掌握本门课程的相关知识，也使学生提前知晓以后从事本专业工作所需的基本专业知识和技能，使学生在学习的过程中提高了学习效率，更容易掌握，易于自学，同时也提高了学生的学习兴趣。利用过程考核的形式加强了学生在学习过程中的自主性，每完成一次学习任务学生都可以计算出自己的单次分数，并经过数个单次得分累加可以清楚自己能否通过考核，提高了学生自主学习能力。建筑装饰工程技术专业学生95%能通过本门课程考核,44%能达到优良水平。