“三字经”在工程结构抗震设计原理教学中的应用

2019-09-10孙广俊李鸿晶

高教学刊 2019年4期

孙广俊李鸿晶

摘要：针对目前工程结构抗震设计原理教学中存在的问题，提出引入《工程抗震三字经》的教学改革思路，通过优选与教学大纲知识点相匹配的“三字经”内容，配合图片和视频等形象化素材，借助多媒体演示手段开展课程教学，实现教学内容的深入浅出和教学过程的全程导学，创造师生互动和教学相长的氛围。教学实践表明，“三字经”的教学应用可以在有限的课时内凝聚课程内容，激发学生的学习兴趣，同时有助于教师以方便学生理解的方式讲授本门课程，从而强化学生对工程结构抗震基本概念、基本理论和基本方法的理解。

关键词：三字经；工程抗震；抗震设计；教学改革；教学案例

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）04-0080-04

Abstract： According to the problems in teaching of seismic principles of structures at present， a teaching reform thinking of introducing Engineering Seismic Three-character Classic into course teaching are proposed. According with teaching program， the Three-character Classic contents are optimized and selected， visualization materials such as pictures and videos are used cooperatively in teaching based on multimedia technology. In this sense， the teaching content becomes easy to understand and is throughout total study process. Meanwhile， the interaction between teacher and students are produced， and teaching also benefits teachers as well as students. The teaching reform analysis and practice indicate that the application of Engineering Seismic Three-character Classic in teaching can condense course contents in limited teaching time， stimulate study interest of students and let teaching easy-to-understand. Therefore， student understanding of basic concepts， theories and methods of engineering structure seismic will be enhanced.

Keywords： Three-character Classic； engineering seismic； seismic design； teaching reform； teaching case

一、研究背景

土木工程给人类带来了无限的文明，同时也给人类带来了无尽的灾难，这个灾难就是土木工程灾害，地震灾害就是其中最为严重的一种。我国又是世界上地震灾害最为严重的国家，新版《中国地震动参数区划图》[1]取消了原来的地震基本烈度小于Ⅵ度的划分，并适当调整提高了部分城镇的地震基本烈度，实现了抗震设防区域的全覆盖。工程抗震设防是减轻地震灾害和损失的行之有效的措施，因此，对土木工程专业的学生而言，开设工程结构抗震设计课程就显得尤为重要。

工程结构抗震设计原理是土木工程专业最重要的专业基础课程之一，开设于上世纪80年代，是学生从事本专业科研、生产和管理工作必备的理论基础。通过本课程的学习，不仅可以使学生掌握工程抗震设防和结构抗震设计的基本理念、原理、步骤和构造措施等方面的知识，了解国内外结构抗震理论的最新动态，而且可以使学生运用所学知识解决具体的实际工程问题。

长期以来，本课程的教学模式主要采用传统的“填鸭式”讲授法。为了适应国内外土木工程教学的最新理念和社会需求，课程进行了一系列比较大的改革[2-5]。例如，以多媒体课件增加教学信息量、以结构地震仿真计算强化学生对基本概念的理解、以图片、录像和动画资料补充教学内容、依托实验室举办结构设计大赛和开放实验活动、课程建设与学科建设紧密结合，通过科研促进教学等。如何通过教学方法和教学手段的研究与改革进一步加深学生对课程内容的理解，提高课堂教学效率和教学质量是教师不断追求的目标。

本文针对本课程教学中亟待解决的若干问题，提出将“三字经”形式引入工程结构抗震设计原理教学的教学改革思路，对《工程抗震三字经》及其教学应用进行了探讨和实践，建议了该方法的实施步骤，分析了该方法的特点和优势，并以教学案例说明了“三字经”在工程结构抗震设计原理教学中的应用。

二、课程教学目前存在的问题

1. 课程内容多、教学课时少：本课程涉及地震基本知识、工程结构抗震设防目标和抗震设计基本要求、地震作用和结构抗震验算方法、常规建筑结构抗震设计原理、步骤和构造措施等[6，7]。课程原教学规划为54学时，后调整為24学时，现在又调整为32学时。以往的教学实践表明，要在非常有限的时间内条理清晰、重点突出而又生动有趣地完成教学内容，难度很大。

2. 教学热情高、学习兴趣低：本课程教学团队的每位成员均一直坚持从事工程抗震研究和实践，承担了国家、省部级科研项目和国际合作研究计划，对教授工程抗震具有很高的热情。然而，由于本课程通常安排在第七学期，即大四上学期，而在此期间，大多数学生以求职或考研为重，对授课内容缺乏兴趣，缺课现象时有发生。

3. 理论难度大、理解掌握差：本课程涉及的学科广泛，包含的概念、公式和规范条文众多，内容抽象难懂。学生由于专业基础知识不足和缺乏学习技巧，对于复杂的知识点，听过就忘，短时间内不容易记忆、理解和掌握。

面对上述存在的问题，如何构思有效的解决方案，从而在有限的时间内凝聚课程内容，吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，以方便理解的方式学习和讲授本门课程，强化课堂的教学内容是教学中需要解决的一个问题。

三、工程抗震三字经及教学应用

众所周知，《三字经》是中国传统启蒙教材中最具代表性的一种，也是影响最大的一种。它深得人们喜爱的一个根本原因在于它的形式：三字一句、形式整齐、读起来上口、听起来悦耳，并且前后句自然连贯、语义通畅、既通俗易懂又蕴含丰富的哲理。

中国地震局工程力学研究所王前信研究员[8-9]采用“三字经”的形式，将涉及面很广的抗震科学知识加以提炼，撰写了《工程抗震三字经》一书，并与1997年由地震出版社出版发行。

《工程抗震三字经》一书通过2000多字的三字经形式凝聚了工程抗震中最主要的知识，涵盖了地震学初步知识、工程地震学初步知识、工程结构抗震分析、试验、设计和措施的精华要点，具有如下特点：

1. 注重基本概念、基本理论和基本方法，注重内容的系统性，丝毫没有生拼硬凑的痕迹。

2. 深入浅出、通俗易懂、言简意赅，浅显明白，适合各层次的读者阅读。

3. 篇幅不大，可以诵读，不但便于学习，还特别便于记忆。

4. 可供非专业人员试读试记，对于所涉及的专业内容则可以留待以后理解。

本文结合工程结构抗震设计原理教学目前存在的问题和《工程抗震三字经》一书的特点，对本课程的教学改革进行了一些思考和实践。建议在教学中引入“三字经”形式，具体实施可以分为以下几个步骤：

1. 准备阶段——课前

（1）以教学大纲为依据，将《工程抗震三字经》与教材相结合，精选出具有基础性、代表性和稳定性强的教学内容。

（2）对精选出的教学内容进行知识点分解，对《工程抗震三字经》内容进行优化重组，选择与知识点相匹配的“三字经”表述。

2. 阅读、分析阶段——课前、课中

（1）将优选重组后的“三字经”提前提供给学生，要求课前试读试记，专业性的内容可以留待课堂理解。

（2）配合图片、录像和动画等形象化素材制作课件，借助多媒体演示手段开展课堂教学，总结精华要点。

3. 讨论、强化阶段——课中、课后

（1）对在“三字经”阅读、记忆和分析中取得了哪些收获，解决了哪些问题，还有哪些问题尚待释疑开展体会交流。

（2）课后反思“三字经”具体反映了哪些知识点，巩固学习内容，进一步加深对精华要点的理解。

四、“三字经”教学模式特点和优势

由上述具体实施步骤可以看出，“三字经”在工程结构抗震设计原理教学中的应用具有以下特点和优势：

1. 深入浅出，文理结合：“三字经”形式具有通俗性、精炼性和启发性，通过文理结合的模式，增加了学生的学习乐趣，以文科感受性的思維模式，强化了学生对工科专业知识理解。

2. 全程导学，内外结合：把课堂教学的有效性从课内扩大到课前-课中-课后全过程，学生带着好奇和疑惑进课堂，教师有的放矢在课堂，学生反思巩固在课后。

3. 师生互动，激活课堂：充分调动教师-学生双主体作用，开展学习“三字经”的体会交流，通过加强教与学的互动性，活跃了课堂气氛。

4. 教学相长，自我提高：教师理解“三字经”的内容，思考如何将“三字经”的内容优化、迁移和拓展到知识点的过程也是一种自身学习过程，促进了教师教学水平的提高。

综上所述，将《工程抗震三字经》引入工程结构抗震设计原理的教学中是一种新颖独特而又行之有效的教学方式，多轮教学实践表明学生可以从中深化对工程抗震原理和方法的理解，体会到工程类专业课与中国传统文化的紧密联系，取得良好的教学效果。

五、教学案例分析

（一）案例1：地震的工程特征

地震的工程特征属于地震及工程抗震基本知识范畴。其中，地震波及其特征涉及概念多、理解难度大且容易混淆。下面以“地震的工程特征”一讲详细说明“三字经”在教学中的应用。

1. 教学内容：地震的工程特征，了解和掌握地震成因、地震波特征及其传播方式和地震动三要素。

2. 知识点分解：

（1）地震发生机制。

（2）地震波及其特征（重点、难点）。

（3）地震动三要素（重点）。

3. 与知识点相匹配的“三字经”[8]：

（1）地震发生机制：

地球状若球形地构造层分明

板块说漂移论巧构思多论证

板缘处地震孕板块内震也生

震发处称震源浅则重深则轻

地面影谓震中

（2）地震波及其特征：

地震波传输能体内生界面存

两体波各自行纵先至继而横

表面波深衰性瑞雷波地表行

椭圆迹倒滚行三二比缓于横

勒夫波蛇步行弥散性软覆层

（3）地震动三要素：

时程图多信息三要素峰频持

4. 配合图片、录像和动画等素材，借助多媒体演示手段开展课堂教学，使学生能从知识体系的视角去看待“三字经”表述，部分多媒体课件如图1所示。

5. 开展师生互动，讨论尚待释疑的问题，具体包括：

（1）地震发生的局部机制。

（2）不同地震波对建筑结构的影响。

（3）三要素分别反映地震动的哪些特性。

6. 加深对以下精华要点的理解：

地球状若球形板块说巧构思

板缘处地震孕

地震波传输能体内生界面存

两体波各自行纵先至继而横

瑞雷波地表行椭圆迹倒滚行

勒夫波蛇步行

三要素峰频持

（二）案例2：地震反应谱

1940年比奥特（Biot M. A.）通过对强地震动记录的研究，首创了反应谱这一新概念，为地震工程学进入一个新的发展阶段打下了基础。50年代初，豪斯纳（Housner G. W.）发展了这一理论，并在加州抗震规范中首先采用反应谱作为抗震设计理论。反应谱的定义为：单自由度弹性体系在给定的地震作用下某个最大反应与体系自振周期的关系曲线。

可以看出，地震反应谱是工程结构抗震设计原理中一个非常重要的概念，其定义抽象、理解难度大。如何用通俗易懂、便于记忆和理解的描述，深入浅出地讲授这一概念一直是教学中需要面对的问题，“三字经”为解决这一问题提供了帮助。与该知识点相匹配的“三字经”表述为[8]：

二阶段反应谱豪与比功卓著

单振子拟结构震作用反应求

远近震场地土与阻尼作参数

峰反应自振周纵横标绘谱图

可以看出，上述言简意赅的48个字涵盖了地震反应谱的提出背景、反应谱的定义、反应谱的建立流程和影响反应谱特性的因素。

教学实践表明，将上述“三字经”内容课前提供给学生试读试记，事先在脑海中建立印象，暂不要求对其深入理解，做到胸中有数，学生就会带着好奇和疑惑进课堂。在此基础上，借助多媒体演示手段（如图2所示）开展课堂教学，释疑问题，开展讨论，可以深化学生对地震反应谱概念的理解，取得事半功倍的教学效果。

六、结束语

针对目前工程结构抗震设计原理教学中存在的教学课时少、学生学习兴趣低和理解掌握差的现状，提出将《工程抗震三字经》引入教學过程的改革思路，并据此进行了多轮教学实践，取得了深入浅出、全程导学、师生互动和教学相长的目标效果。

教学改革和实践表明，对教学方法和手段进行一些小小的改进和补充，都可以促使学生能更好地理解和掌握这门课程。作为一个工程抗震方向的教育工作者和研究工作者，应结合教学中遇到的问题，积极对工程结构抗震设计原理课程进行改革探索，改变传统的教学内容和教学方式，为土木工程专业培养更多的优秀人才。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.中国地震动参数区划图（GB 18306-2015）[M].中国标准出版社，2015.