发布时间:2023-10-07 15:37:36
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇混凝土结构设计基本原理,期待它们能激发您的灵感。
关键词:独立任务型课程;模块化;课程过程考核评价
中图分类号:G642 文献标志码:A 文章编号:10052909(2015)04011204
课程考核方法是实现人才培养目标的重要手段,是高校教学过程管理的一个重要环节。高等工程教育很多专业基础课程和专业课程,其知识体系由相互近似独立的工程任务组成,且设计、分析和计算的原理也不相同。这些专业知识的掌握、能力的培养是一个复杂的分段逐步实现的过程,成绩评定不是一个简单的标准考试的结果,应以人才培养目标为导向,结合不同的教育经验,形成以多模块、多形式、多手段的进程性的过程评价为主的考核评价体系,并在教学中不断指导学生,创造问题情景,激励学生自主学习、独立思考、判断和分析。通过课程评价督促教师纠正教学方法,调整学习的方向和方法, 进而更好地达到人才培养目标。文章基于课程与教学课程基本原理中的过程考核原则,以钢筋混凝土结构设计原理课程为例,研究了独立任务型课程模块化过程考核评价的方法。
一、课程考核评价研究概况和基本原理
(一)研究概况
关于中美大学在课程考核方式上的差异,南京财经大学高等教育研究所陈棣沭等对此进行了系统对比,他认为中国各大学课程评价方法多采用标准化考试,而美国
则更注重过程性考核,并将其成绩纳入课程考核评价体系中[1]。美国也曾认为标准化考试是课程评价的最佳方法,但标准化考试使用了20多年后其弊端逐渐暴露[2]。为此,20世纪30年代美国教育学家泰勒经过了8年的
教育研究,提出了课程与教学基本原理的4条原则[3],构建了当今美国及西方国家从小学到大学课程教学设计的基本准则。其中,泰勒的课程与教学基本原理中第4条给出了课程教学的过程评价方法。20世纪70年代,教育学家欧・桑迪在泰勒课程原理和教育心理学研究成果的基础上,进一步提出了现代课程评价的7条原则[2],其核心是通过引导和刺激,调动学生内在的学习动机,激励其自主学习,强调自我评价,同时,在考核评价手段上注重多样化,在教学进程中采用观察等方法,发现学生的创造力,考察其认识、感悟及应用能力
。目前美国各大学的学生考核方式无不受泰勒和欧・桑迪等教育学家课程考核评价原理的影响。对于中国应用型工程技术学院,德国教育经验值得学习。德国双元制职业教育久富盛名,德国职教界明确将培养学生的综合职业能力作为其主要目标,具体包括专业能力、方法能力和社会能力三大能力。考核标准围绕知识、技能、素质,构建课程考核标准, 体现能力本位的职业教育理念[4]。
(二)任务型课程过程考核评价方法
基于泰勒课程原理,课程考核即课程评价。其主要目的是通过考核检验学生对知识的掌握程度,是否达到了预期的教育效果,以及反馈教学过程中存在的教学问题[5-6]。目前中国各高校传统的课程考核方式是通过期末课程结业标准化考试来评价本学期的教学效果,存在反馈滞后的问题,对学生知识的掌握极为不利。同时,传统的课程考核方式,题型固定、答案统一,禁锢了学生主观能动性和创新思维能力的发挥[7]。
课程考核实质上就是课程教学效果的评价,对于土木工程专业的学生来说,钢筋混凝土结构设计原理课程教学主要目的是使学生具备钢筋混凝土梁、板、柱等构件承载的力学行为的分析能力,并基于分析进行工程结构设计。工程设计问题的分析和解决是结构设计逐步选优的过程,没有绝对统一的答案,因此需要培养学生运用不同方法和手段解决具体工程结构设计的能力。
钢筋混凝土结构设计原理是土木工程专业重要的工程结构设计的基本原理课程,主要包含钢筋混凝土梁和柱构件的承载、构造和耐久性的设计基本原理,具有多个模块工程设计任务型的知识点群。各模块之间的知识体系前后继承性不强,相对独立。因此,该课程知识点具有模块化特点,配合模块化教学模式,其考核方式分模块、分阶段、分类别进行,其目的是使教学工作的重点真正落实到学生的工程设计能力培养之上,使学生在掌握结构设计基本原理的基础上,增强自主独立的工程设计和分析能力,真正实现土木工程专业人才培养目标。
二、课程考核模块划分
钢筋混凝土结构设计原理课程教学目的是让学生掌握结构设计基本原理,进而进行各类钢筋混凝土结构梁、板、柱等构件的承载设计,具体包括结构材料的选择、构件截面的尺寸设计、截面配筋设计。基于课程由不同工程设计任务组合而成的特点,按不同预定完成任务,将模块具体划分如下。
(1)结构材料性能和结构设计基本原理模块主要知识点主要包括:钢筋和混凝土的材料性能及选用原则荷载、材料强度的取值方法和结构设计的基本原理三个方面。
该部分知识点作为课程后续的梁、柱等设计的基础知识,将为这些构件设计提供材料力学性能和结构设计方法,因此考核重点是钢筋混凝土结构设计的基础理论,以及与其相关的土木工程材料力学性能的基础知识。
(2)钢筋混凝土梁构件截面抗弯、抗剪和抗扭设计原理模块的主要知识点包括: 钢筋混凝土梁在弯矩,或剪力,或扭矩作用下截面破坏过程;构件承载力截面设计的基本假定和设计原理;构件承载力设计和梁结构的构造要求三个方面。
该模块教学目的是使学生能够运用所学的结构材料性能、结构设计的基本原理,掌握梁的构造设计方法,利用理论力学和材料力学等相关力学理论和混凝土梁试验研究成果,分析梁截面破坏过程,构建钢筋混凝土梁极限承载力理论计算模型,掌握梁构件的承载力计算方法,同时应用这些方法,进行钢筋混凝土梁构件截面的配筋设计和截面承载能力验算。该部分重点考核学生是否具备钢筋混凝土梁承载的力学行为的分析和工程设计能力,同时,考虑到专业知识的迁移和延伸,着重考核学生的专业知识综合应用能力,重点是将钢筋混凝土梁设计的基本原理拓展到实际的工程结构(框架结构,连续梁,简支梁、悬臂梁结构)应用中。
(3) 钢筋混凝土设计原理模块的主要知识点包括:钢筋混凝土柱构造设计要求(材料、截面、钢筋);
轴心受压构件正截面的破坏过程和特征及承载力计算方法;
偏心受压构件破坏过程和特征及正截面承载力计算方法;
偏心受拉构件正承面载力和斜截面承载力计算方法;
对称配筋条件下,柱的承载力设计五个部分。
该模块教学目的是使学生熟练掌握结构材料性能和结构设计的基本原理,进行柱的构造设计,利用理论力学、材料力学相关理论,以及混凝土柱试验研究成果,分析柱的截面破坏过程,构建钢筋混凝土柱极限承载力理论计算模型,掌握柱构件在轴心、偏心受压条件下,以及对称与非对称条件下的承载力计算方法,同时运用这些方法进行钢筋混凝土柱构件截面设计。重点考察学生是否具备钢筋混凝土柱承载设计的能力和对该类工程问题的分析能力。
(4)钢筋混凝土梁构件正常使用阶段挠度和耐久性的设计原理,以及预应力混凝土梁设计原理模块,主要考核构件截面在长期和短期荷载作用下截面刚度和变形控制设计;构件截面裂缝宽度的验算方法和环境侵蚀对构件承载能力的影响;预应力混凝土构件的预应力损失、预应力设计和构件承载力计算方法及构造要求。
该模块教学目的是使学生能够运用所学的结构材料性能和结构设计基本原理,理解和掌握构件正常使用的设计方法,利用理论力学和材料力学相关理论,学会构建钢筋混凝土梁正常使用阶段截面刚度理论计算模型,掌握混凝土结构耐久性设计要求,通过对预应力结构施工工艺、承载设计原理的理解,掌握预应力结构设计方法。是否具备预应力梁结构的设计能力是考察的重点。
三、考核方式和标准的设计
基于模块化教学改革的要求和独立任务型课程模块化过程考核评价的基本原理,该课程考核评价引入了分阶段、按模块、多手段的考核模式,最终目的是调动学生学习的积极性和主动性,强化学生“能力”培养,真正实现人才培养的目标。同时,解决教与学的偏差、教学信息反馈滞后问题,提高课程教学质量,最终实现进程性模块化课程过程考核评价的设计。该评价方式和标准的设计主要包括各模块考核评价的要点设计和课程考核成绩评定方案设计两部分。
(一)模块考核评价要点
教学模块1包括钢筋混凝土结构设计的基础理论和结构材料力学性能,主要为其它模块知识点的理解和掌握提供理论支撑。该部分知识贯穿整个教学过程,因此其考核要点是专业基础概念和基本原理。为了便于学生综合应用相关课程(土木工程材料,材料力学等)知识,理解和掌握结构设计基本原理,考试中增加混凝土材料组成和制备、钢筋混凝土材料力学性能的基本知识。该部分考核以书面闭卷形式为主,题型主要有名词概念、简答、钢筋混凝土工程材料问题分析。
教学模块2、3是该课程的重点教学内容,主要培养学生工程问题综合分析、工程设计和创新思维能力。由于该部分理论性和工程应用性强,而且每一个知识点具有明确的工程设计目的。因此该模块考核可根据工程设计的特点,采取以灵活多样的开卷(工程问题分析、研究、工程设计计算)考试为主,以试验研究、工程设计大作业、结构设计大赛、结构问题研究为辅进行考核,其目的是考查学生对工程(梁、柱)设计理论方法的理解和掌握情况,以及工程实践分析和创新解决工程问题的能力。其中工程设计作业、工程设计大赛和梁柱的试验等辅考核,由课题组教师指导,以小组为单位共同完成。通过设计作品展示、试验设计和钢筋混凝土结构设计大赛、研究报告等形式,较好地激发学生对结构分析和设计的兴趣,培养学生的创新能力、协作能力和团队合作精神。
由于教学模块4教学知识点体系内容多,通过单一试卷考试不能全面反映学生对该部分知识点的掌握程度,因此,该模块考核以具体工程项目中预应力梁设计为背景的大作业形式为主,全面考核学生进行新型结构研究和创新实践的能力。
(二)课程考核成绩评定方案的设计
基于该课程考核要点,并结合阶段模块化教学改革的要求,有针对性地进行题型设计。在考试题型设计中,工程问题分析,解决问题的方案、思路和工程设计计算作为重点题型,考核学生是否能够善学善用,运用所学工程设计原理,进行独立思考、解决和分析工程问题。在考核评价过程中,鼓励学生提出具有创新性的、探讨性的观点,并在分值上给予体现,同时,工程问题论述分析题的评分标准要基于工程设计原理,允许有不同见解的答案,评卷时应着力关注试卷的分析问题和计算推导,以及不同方案的比选过程。具体题型设计和考核评定标准如表1。
研究性试验、构件设计作业,竞赛、研究报告100小组考核100全过程
平时平时出勤(20%)、作业(40%)、课堂笔记(20%其检查4次)、互动问题回答(课堂活动和小组互动20%)100全过程
总成绩平时(10%)+考试(60%)+研究型(30%)100
四、结语
(1)课程教学过程考核和考核手段多样化是目前国内外高等教育课程考核评价的主要方法和趋势。
(2)课程考核评价模式的改革要结合课程特点,以实现人才培养目标为指导思想,因地制宜进行系统设计,实现课程教学和评价一体化的改革。
(3)对于独立任务型课程,采用分阶段、按模块、多手段的过程考核模式符合现代课程过程评价改革的理念。参考文献:
[1] 陈棣沭,韩婧.大学课程考核方法之比较分析[J].教育与现代化,2009,29(2):91-96.
[2] 韩锋.美国评价学生的七项标准[N].山东教育,2001,19:124.
[3] (美)劳拉夫.泰勒.课程与教学基本原理[M].施良方,译.北京:人民教育出版社,1994:23.
[4] 张海容.德国职业教育对我院高职教育课程考核模式的启示[J].北京劳动保障职业学院学报,2010,4(3):41-44.
[5] 黄亚红,曹弋.对当前大学课程考核模式改革的思考[J].高等函授学报:哲学社会科学版,2007,20(2): 67-68.
关键词:土木工程;混凝土结构;教学方法;教学过程;教学质量
作者简介:杨敬林(1978-),男,湖南武冈人,湖南农业大学工学院,讲师;方亮(1981-),女,湖南岳阳人,湖南农业大学工学院,讲师。(湖南 长沙 410128)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)20-0082-01
“混凝土结构”课程是土木工程专业的一门理论性及实践性都较强的专业基础课程。本课程的主要任务和基本要求是:学生通过本课程的学习,掌握混凝土结构设计的基本原理及结构设计基本方法,能正确应用混凝土结构设计规范进行混凝土结构基本构件的设计,并具有初步分析和解决一般混凝土结构实际工程技术问题的能力。[1]本文以湖南农业大学土木工程专业“混凝土结构”课程的教学为研究对象,结合该课程教学中存在的问题,就如何改进教学方法,提高教学效果和教学质量进行探讨。
一、“混凝土结构”课程现状及存在问题
“混凝土结构”课程包括混凝土结构基本原理和混凝土结构设计两个部分,分上下两册两学期开设,上册主要内容有绪论、混凝土结构的材料及结构设计方法、混凝土结构各种基本构件(包括受拉构件、受弯构件、受压构件、受扭构件、预应力混凝土等)的设计原理和方法,最后就是混凝土构件的刚度(包括裂缝、挠度等)计算;[2]下册主要内容有混凝土梁板结构、工业厂房结构和多层与高层建筑结构。课程教学大纲上下两册要求学生通过“混凝土结构”课程的学习,掌握基本理论、基本概念,在熟悉和了解混凝土结构设计规范的基础上掌握混凝土结构基本构件的设计原理和计算方法,能从事土木建筑混凝土结构的设计、施工、制造和简单的预应力混凝土结构设计等。从课程教学效果和学生反馈的信息来看,该课程在教学过程中主要存在以下一些问题:[3-6]
课程内容多而复杂。“混凝土结构”课程的内容从基本原理到各种混凝土结构物的设计计算,涵盖面广,涉及到的内容比较多,学时数也较少,需要较扎实的数学力学基础知识,也要求学生有较强的空间想象能力和绘图能力。
课程内容计算公式多且复杂。混凝土结构设计主要是各种房屋建筑结构物的设计计算需要配筋,包括钢筋的级别、直径、数量、长度等等,这些内容带有很大的不唯一性,使得计算增大了难度,学生初次接触这种不确定性的设计更加懵懂,接受尚需要一个过程,通过不断的练习和讲解才会明白和理解。
课程教学方法陈旧。混凝土结构设计讲授内容大多枯燥,缺乏具体的实际教学模型和例子,课堂上学生觉得乏味就不用心听,不用心听课就更加理解困难,日积月累,学习便恶性循环。
课程学习方法不合理。“混凝土结构”课程的学习是要循序渐近,需要不断积累的,学生普遍认为该课程理论简单,公式容易,在认识上存在学习误区,没有找到适合自己个人学习“混凝土结构”课程的方法。
二、“混凝土结构”课程教学体会
针对“混凝土结构”课程学时少、基础薄、难度大、任务重的特点,笔者结合在湖南农业大学讲授该门课程教学实践过程中的一些经验,就如何改善和提高该门课程的教学水平和取得良好教学效果谈些体会。
1.合理安排教学计划和教学环节
湖南农业大学土木工程专业教学计划中“混凝土结构”课程教学分为上、下两册,上册为混凝土结构基本原理,安排在第四学期开设,下册为混凝土结构设计,安排在第五学期开设,各为40学时。刚好安排在“建筑材料”课程结束后开设比较合理,上册课程学时建议调整为50学时,下册为40学时保持不变,这样课程的安排和开设学期均比较合理。课程安排的教学计划与课程教学环节(课程实验、课程设计等)均有机结合了起来,既不与前续课程起冲突,也不影响后续课程的连贯性学习,很大程度上保证了课程教学计划的科学性、适用性。
2.学习方法与时间安排合理调节
方法不是万能的,但是没有方法也是万万不能的。如果方法得当,学习也就事半功倍,方法笨拙,学习反倒累而无效。因此,在大学专业课程的学习过程中,既要掌握方法,也要合理安排和调整学习时间,二者能够有机合理安排,学习一定效果极佳。课前预习:自学过程中的疑问,通过在课堂上听老师的讲解、分析,尽可能消化;咬文嚼字:看书时要一个字一个词、一句话细嚼慢咽,逐渐加以理解和消化;理解记忆:学习记忆某些理论、公式方法,注意它们之间的联系,理解地记忆;课后复习:课后对于课堂上某些难懂或重点的知识点应加强复习,以加深对这些知识点的理解。在学习过程中一定要注意合理安排学习时间,学习效率不是学习时间简单的叠加,学习需要学习效率,只要学习效率高,学习时间可以减少,学习效率高,学习质量自然也就上来了。因此学习方法和学习时间结合得当,事半功倍,成绩也斐然。专业教师在“混凝土结构”课程教学过程中就要对学生讲解学习方法和学习时间之间的相互关系,要求每一位学生在学习过程中逐步找到适合自己学习的最好方法,以提高自身的学习效率和质量。
3.理论计算与规范要求相互结合
“混凝土结构”课程中讲述了大量的理论计算公式,推导过程复杂而难理解,规范规定的构造要求多且细,学生开学领到教材一看,公式多,配筋图多,规范构造要求多,感觉难学发愁,加深了学习“混凝土结构”课程的畏惧心理。其实,“混凝土结构”课程的计算公式都比较简单,容易理解记忆,只要能将结构的相关参数代入公式就能计算,再结合混凝土结构设计的构造要求,以结构的基本参数(如截面尺寸、计算简图、材料特性)的计算为前提,代入混凝土结构的计算公式中设计计算。因此,笔者在教学过程中,对教材中大量的计算公式的推导循序渐进,一步一步深入,在每个公式推导过程中将结构设计规范规定的构造要求贯穿其中,帮助学生们理解记忆,对于课程里面较复杂的公式,在每周的答疑时间安排课后答疑、习题讲解,进行解释与推导,有针对性和有目的性地讲解课程的重难点内容。
4.教学形式多样化和教学手段现代化
教学是一个庞大的复杂系统工程,教学形式应该简单、直观,多样化、科学化,切不能生搬硬套,要有针对性讲授“混凝土结构”课程的重点内容,选择性地因材施教,启发式教学,活学活用。采用多种形式的教学方法:传统教学与现代化教学相结合,课内教学与课外答疑相结合,理论教学与习题作业相结合,视频与试验相结合,等等,不断增强“混凝土结构”课程教学的针对性、适用性和趣味性,以增强学生主动学习和理论联系实际的学习思维。例如,在讲完混凝土结构受弯构件的基本原理之后,任课教师可增加一节课内讨论课,结合教学楼中受弯构件的实例,分两三组讨论,并给予每组学生合理性的分析解释。在教学手段上,笔者应用现代化教学手段,采用多媒体电教化教学,融文字、图片、动画于一体,把教材抽象的理论知识与活生生的具体的工程实际例子结合起来,讲解并扩充混凝土结构设计最新发展动态和最新理论成果,在课内一起探讨和学习,弥补教材内容的不足,开阔学生学习视角,以促进学生学习的兴趣,提高学习的积极性。
三、结语
专业课程教学改革是一项长期而艰巨工作,当代大学生学习知识缺乏主动性,独立思考问题的能力欠缺,大学专业教师应以课程教学改革为契机,不断更新教学理念,探索新的教学模式,探索出一个适合专业教师教授专业知识和当代大学生学习专业知识最佳结合点。综合湖南农业大学这几年的“混凝土结构”教学情况,笔者的教学方法和教学改革取得了一些进展,教学效果显著,得到了学校和学生的一致认可。
参考文献:
[1]覃丽坤,赵天雁,王振,等.混凝土结构设计原理教学法研究[J].高等建筑教育,2009,18(4):80-82.
[2]沈蒲生,梁兴文.混凝土结构设计原理[M].北京:高等教育出版社,2007.
[3]张卫东.混凝土结构课程教学改革[J].高等建筑教育,2005,14(4):60-62.
[4]姚力,葛明兰,尹冶.“混凝土结构设计原理”课程建设探讨[J].中国电力教育,2009,(6):133-134.
【关键词】建筑结构 新版混凝土规范 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)03-0019-02
1 引言
《建筑结构》是非土建类专业开设的专业基础课程,内容涵盖混凝土基本原理、钢筋混凝土结构设计、砌体结构、钢结构以及抗震设计,知识面广、内容全面。在"需求导向,能力为本,知行合一,重在创新"的人才培养理念指导下,《建筑结构》课程应紧密结合结构设计规范[1],以结构设计基本原理为基础,以建筑结构发展最新动向为延伸,强调学生对基本概念和设计方法的掌握,培养学生发现问题、解决问题的能力。
2010年新修订的《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)[2]于2011年7月1日在全国范围内开始实施。新规范在总结今年来全国科研、高校和设计单位的科研成果和工程实践经验基础上,学习借鉴国外先进规范和经验,广泛征求国内有关单位意见,经过反复修订而成,代表了混凝土结构学科在现阶段的技术水平。而《建筑结构》课程体系中最重要的混凝土基本原理和钢筋混凝土结构设计必须遵循新版混凝土规范要求。因此,在新版混凝土规范出台之际,《建筑结构》课程教学应适时进行调整和完善,以确保学生能正确完成钢筋混凝土结构的设计,了解混凝土结构学科发展趋势。
2 《建筑结构》课程特点
《建筑结构》课程授课对象是非土建类学生,这一特殊的教学群体决定了该课程的主要特点:
(1)课程内容繁多。《建筑结构》以"混凝土基本原理"为基础,以"钢筋混凝土结构"、"砌体结构"、"钢结构"为应用,以"抗震设计"为补充,基本涵盖了土建类专业的大多数专业基础课。同时在《建筑结构》的教学环节中,涉及了工程材料、材料力学以及结构力学等多门课程内容,要求学生具备扎实的基础知识。
(2)课程课时少。《建筑结构》课程通常分两学期教学,总课时不足90学时,远低于土建类专业课时数。在内容多、课时少的背景下,必然要求对建筑结构教学内容进行合理分配,结合教学对象,针对专业特点,把握全局,突出重点。
(3)学生基础薄弱。非土建类学生数学、力学基础较差,面对《建筑结构》中大量公式的推导和应用,往往存在心有余而力不足的现象。尤其对一些理论性稍强的内容,学生普遍认为内容太难,无法完全掌握。
(4)学生思想不重视。学生往往只关注本专业的核心课程,不重视《建筑结构》课程,在学习过程中只求应付考试,不求真正掌握、灵活应用,所以即使老师反复强调,教学效果仍然不佳。
因此,《建筑结构》课程只有针对课程自身特点,结合非土建类专业学生基础,因材施教,才能真正实现课程教学目的。恰逢2010版混凝土规范修订,可通过对教学内容和教学方式的改进,突出新旧混凝土规范的差异,促进学生对混凝土规范的认识和理解,提高教学效果。
3 《建筑结构》教学内容改革
(1)采用高强高性能材料
新版混凝土规范提倡高强高性能材料,要求适当提高一般结构的混凝土强度等级,钢筋混凝土强度不应低于C20,采用强度级别400MPa及以上的钢筋时,混凝土强度等级不应低于C25。同时废除23MPa5级钢筋,以300MPa级钢筋代替,新增500MPa级钢筋,大力推广400MPa级、500MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋,并逐步限制335MPa级钢筋。
(2)统一受剪承载力计算公式
在2002版规范[3]中,均布荷载作用下的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.25fyv(Asv/s)h0,受集中荷载作用的受弯构件箍筋抗剪承载力为1.0fyv(Asv/s)h0。新版混凝土规范统一了受弯构件抗剪承载力计算公式,均按1.0fyv(Asv/s)h0计算,修订后规范适当提高了斜截面受剪承载力的安全储备。
(3)提高最小配筋率
2002版混凝土规范规定受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率取0.6,对400MPa级钢筋可减小0.1。新版混凝土规范中根据抗震设计要求,受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率如表1所示,修订后受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率有所提高。
表1 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中最小配筋率规定
受力类型 最小配筋率(%)
受压构件 全部纵向钢筋 0.50(500MPa级钢筋)
0.55(400MPa级钢筋)
0.60(300、335MPa级钢筋)
一侧纵向钢筋 0.2
受弯构件、偏心受拉、轴心
受拉构件一侧的受拉钢筋 0.2和45 中的较大值
表中:ft为混凝土抗拉强度设计值,MPa;fy为钢筋屈服强度设计值,MPa。
(4)调整裂缝宽度计算公式
新版混凝土规范中裂缝宽度计算公式形式保持不变,但对于三级裂缝控制等级的非预应力混凝土构件,最大裂缝宽度可按荷载准永久组合并考虑长期作用影响的效应计算。同时对于非预应力的受弯或偏心受压构件,受力特征系数αcr减小为1.9。修订后计算得到的裂缝宽度值有所减小,解决了采用高强钢筋受裂缝宽度限制的问题。
(5)完善了各种构件的构造要求
新版混凝土规范中对板、板柱结构、混凝土墙、钢筋锚固等构造要求进行了完善修订。包括:正式提出现浇空心楼板的最小板厚200mm;修改了锚固长度的修正系数,将锚固长度的下限值减低为0.6;完善装配式结构的构造要求,增补机械连接、浆锚接头等连接方式等等。
(6)提出新的设计原则
新版混凝土规范为提高结构抵御灾害的能力,提出了结构防倒塌概念设计,介绍了结构防倒塌定量设计方法的原则。同时为完善耐久性设计,针对既有建筑改造的迫切需要,提出了既有结构延长年限、安全复核、改变用途、扩建改造、修复加固的设计原则。
4 《建筑结构》教学方式改革
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)在第六批规范课程研究的基础上,对"从截面计算到结构设计"、"增加结构防倒塌设计的原则"、"耐久性及既有结构再设计"、"提高安全度设置水平"、"采用高强-高性能材料"以及"技术进步标准协调国际接轨"六个方面进行了补充、完善、提高。新版混凝土规范的发展方向代表了混凝土结构领域的发展方向,体现了不断进步、紧密联系工程的精神。因此,作为《建筑结构》课程更应及时贯彻2010版混凝土规范精神,结合工程实践开展教学工作,具体可进行以下几方面的教学改革尝试。
(1)大量运用对比分析法
在众多《建筑结构》课程教改研究成果中,对比分析法可以通过比较,找出事物的相同点和不同点,加深学生对教学知识的理解和掌握[4]。在《建筑结构》课程教学过程中,可采用对比分析法对新旧混凝土规范内容进行举例说明,不仅要突出修订后的内容,也应介绍规范修订的背景、原则,让学生在记住专业知识的同时,也对混凝土学科发展方向有所了解。
(2)开展"现场"教学
《建筑结构》课程中的部分概念性知识,学生往往很难把握。为让学生拥有对混凝土结构的直观认识,可以带领学生参观结构试验大厅,逐一介绍钢筋、水泥、砂石、模板等基本材料;还可带领学生旁观土建类专业学生材料试验课和混凝土试验课,观察钢筋绑扎、混凝土浇筑、振捣以及适筋梁破坏试验。通过"现场"教学把抽象的事物、概念实体化,加深学生的理解,培养学生对《建筑结构》课程的学习热情。
(3)紧密结合工程实例
对于非土建专业学生,大量概念、公式、计算内容的讲授不免显得枯燥,因此需要在教学过程中不时通过生动的工程照片、实例、视频吸引学生注意、强化学生的感性认知,将有助于《建筑结构》课程教学效果的改善。
(4)教师不断自我培训
随着新技术、新工艺、新知识的不断发展,混凝土规范进行了再次修订和完善,以规范为根本的《建筑结构》课程也应紧跟发展趋势,不断自我完善。因此,任课教师必须及时更新知识结构、增长工程实践经验、及时掌握行业发展动向,积极参与课程相关的各项科研、教改研究,不断进行自我培训,提高自身素质。同时在教学环节中,以身作则给学生树立积极向上的榜样。
5 小结
本文以新版混凝土规范为背景,结合非土建类专业学生特点,初步探讨了《建筑结构》课程的教学改革。通过对教学内容和教学方法的改进和完善,以期实现课程教学目的,完成教学任务,达到教学效果,使学生在接受建筑结构设计相关理论知识的同时,了解行业发展方向,提高自身实践能力。
参考文献:
1.王文龙. 高职《建筑结构》课程的教改实践与探索[J]. 长江工程职业技术学院学报. 2006,23(1):43-45.
2.中华人民共和国住房和城乡建设部. 《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)[S]. 中国建筑工业出版社出版. 2010.
【关键词】混凝土结构,卓越土木工程师,教学改革
世界经济竞争主要是科学技术的竞争,归根结底是人才的竞争。竞争、变革与发展是当今时代的特点。在世界综合国力的竞争中,拥有高素质工程技术人才的多少已成为衡量一个国家科技进步、经济实力、生产力发展水平的重要指标和依据。因此,培养大批量具有高素质工程技术人才,是我国经济、科技国际化和时展的需要。“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”)是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《国家中长期人才发展规划纲要》的重大改革项目,是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类高质量工程技术人才。为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。
安徽建筑工业学院是国家“卓越工程师教育培养计划”实施高校,其中“土木工程专业”是“卓越计划”的重要实施专业,该专业于2007年通过了国家建设部全国高等教育专业评估、为国家特色专业建设点。《混凝土结构》作为土木工程程专业的核心课程,是一门理论与工程实际紧密联系的课程,其知识体系、理论和方法既具有很强的工程性,又具有严密的科学性,而实际工程应用的综合性又使得本课程的涉及面和内容十分丰富,其涉及到数学、力学、材料、实验等多种知识与技能,对提升学生的工程素养,培养学生的工程实践能力、设计能力和创新能力起着重要作用。本文从分析课程特点人手,提出了有关改革实践办法。
1分析课程特点,优化教学内容
1.1课程特点
混凝土结构课程包括“混凝土结构设计原理”和“混凝土结构设计”两部分内容。第一部分属于专业技术基础课范畴,主要涉及混凝土基本构件的受力性能、截面设计计算和构造要求等内容,重点在于掌握混凝土基本构件受力性能分析和计算方法。第二部分属于专业课范畴,主要涉及梁板结构、单层工业厂房结构和多层框架结构等内容,重点培养学生综合运用第一部分的知识和力学知识,解决实际工程问题的能力。从教学实践看,该课程是土木工程专业学生较难掌握,同时又是教师较难教的课程,具体表现在以下几个方面:
(1)内容繁杂、涉及面广。课程主要内容有材料的力学性能研究,结构计算基本原理研究,各种受力构件的实验分析研究、基本公式的建立和计算方法的研究,构造措施的研究等。具有概念多、内容多、实验现象多、计算公式多、符号参数多、构造要求多、教学环节多等特点。造成学生在学习过程中难以抓住重点、难点,从而产生厌学情绪。
(2)实践性强、知识更新快。由于混凝土结构是由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成的复合材料构件,其物理力学性能复杂,涉及的因素复杂多变,目前尚缺乏完整的理论体系,大多数公式不可能通过理论推导直接得出,而是在实验和工程实践基础上,提出有关计算公式。因此,在结构设计中引用了大量基于试验以及工程经验的计算规定。该课程内容的研究对象,都直接来源于土木工程结构中的实际受力结构或构件,教师在讲授中,一定要注意将身边的工程实例引入课堂,抽象的纸上谈兵不利于学生对该课程的理解。混凝土结构又是在大量工程实践和科学研究基础上发展起来的一门实用性强的应用学科,与工程实践中的新成果息息相关,由于土木工程的发展日新月异,新的工程实践和新的技术不断出现,其前沿性和时代性的内容体现在每一个知识点上,因此教学内容紧随其发展,这是工程实践性的必然要求和结果。《混凝土结构设计规范》基本上每2年要进行一次局部修改,每10年要进行一次较大更新。
(3)综合性强、具有创新性。混凝土结构不仅与前续的理论力学、材料力学、结构力学及土木工程材料等课程内容紧密相关,同时又是后续的高层建筑结构、桥梁工程、抗震结构设计等专业课程学习的基础,也是毕业设计中主要综合应用的内容。它既要处理构件的承载力和变形计算问题,还要综合考虑各方面的因素,确定构件选型、材料选用、结构计算简图和分析方法以及配筋构造和施工方案等设计内容。同一工程设计有多种方案和设计数据,设计的结构不是唯一的,应综合考虑使用功能、材料供应、施工条件、造价等各项指标,通过对各种方案的分析比较,选择最佳的设计方案。另外,由于混凝土结构设计理论在不断的更新,结构设计不应完全被规范所束缚,除按《规范》进行设计外,还应在深刻理解规范设计理论的基础上,充分发挥设计者的主动性和创造性。
1.2熟悉卓越培养计划,优化课程教学内容
传统的土木工程专业各门课程均强调本身的完整性和系统性,未能站在完善培养对象整个知识结构的高度确定教学内容,课程教学内容重复现象比较严重。“混凝土结构设计原理”作为专业基础课部分,课程内容从原来单一的建筑工程拓宽到涵盖土木工程的各个领域,因此在有限的学时内需对教学内容进行优化。教学实践中,可将各专业方向通用的混凝土结构基本原理及基本计算方法与规范分离,突出重点,对构件在各种受力状态下的破坏性能进行详细讲解,然后再将各种设计规范的不同要求简要介绍给学生。“混凝土结构设计”属于混凝土基本构件的后续专业课,在教学计划中,它主要是为建筑工程方向开设的,主要介绍有关典型钢筋混凝土结构(平面楼盖、单层厂房、多层框架)的设计,主要讲授:实际结构计算简图内力计算分析构件截面设计与构造措施等,主要训练学生综合分析、应用能力。
2、改革教学方法,提升教学质量
混凝土结构的教学模式已从传统的以知识传授为主发展到知识、能力、综合素质的培养为主的模式,并进一步向创新型、研究型教育模式转变。对不同的教学内容要采用不同的教学方法,以激发学生的学习兴趣,构成以学生为主体,教师为主导的模式。对课程的基本原理、计算方法等采用系统讲授法,便于较短时间内传授较丰富的知识;对课程中的构造要求等采用现场参观、习题练习等方法,让学生增加感性认识、加深理解和掌握。采用讨论式教学,让学生积极参与,使掌握的知识更深刻;对一些重要的理论、现象等采用演示实验法,并经常在教学中增加当前科技发展的新技术、新工艺、新材料等内容,以拓宽学生的知识面。
(1)传统教学方法和现代多媒体教学手段相结合
混凝土结构课程不仅有大量的理论和经验公式,同时又与工程实践密切相关。对于推导性质、逻辑思维性质等内容,传统授课方法更为有效,更加符合认知规律。但仅仅沿袭传统的教学方法,单纯讲解混凝土结构,学生面对各种枯燥的理论公式,既不易理解,也激发不了学习兴趣,教学效果不甚理想。现在,多媒体已经成为课堂上必不可少的教学手段,对于一般了解的教学内容、图示性质的教学内容适宜于多媒体授课,在多媒体课件中,大量的图文、声像、动静俱全的学习资源让学生看到了书本上无法捕获到的东西。同时,利用互联网技术,将多媒体课件、相关习题等提供到校园网上,实现信息共享,方便学生预习、复习以及讨论,提高了教学效率;开辟网上课程讨论区,为学生提供良好的释疑环境以及知识交流平台。将传统的教学方法与现代的教学手段相结合会得到事半功倍的效果。这种新的教学方式拓宽了学生的知识面,调动了学生学习的积极性,加深了学生对理论内容的理解程度,从而提高了课堂效率。
(2)改革课堂教学方式,激发学生创新能力
根据课程内容的不同,可以采用灵活多样的课堂教学方式,充分发挥以学生为主体、以教师为主导的教育理念,激发学生的学习积极性和创新能力。案例法教学。针对混凝土结构原理课程实践性强的特点,教师可在授课过程中适时采用案例教学。教师根据教学目的要求,引用研究成果和工程案例,开展课堂讨论,引导学生积极参与,师生互动,让学生通过自己的观察、思考、分析、选择、领悟去获取知识,并把所学的知识运用于实践。教给他们分析问题和解决问题的方法,进而提高分析问题和解决问题的能力,加深学生对基本原理和概念的理解。
启发式、互动式教学。启发式教学关键的是引导学生思考,并给学生留出充分的思维空间,启发和引导学生思考。我们要求教师按照“提出问题分析问题解决问题结论和讨论”的思路,组织好课堂教学。互动式教学要求教师和学生之间要有对话和交流,同时学生对老师提出的问题要有响应。要发挥教师在课堂教学中的主导作用,教师要精心设计教学过程中不同阶段能够启发学生思考的问题;其次是要尊重学生在教学活动中的主体地位,学生对老师提出的问题要积极地去思考和回答。
比较法教学。在教学过程中,采用比较法教学,能提高学生的理解能力、分析问题能力。
问题引入式教学。重视问题的引入,根据不同的课堂内容,布置课后思考题,提出与所讲内容相关的工程问题让同学思考,引起学生的好奇心,然后在后面的讲解过程中解答问题,这样学生就会在课堂上认真听讲,变被动的接受知识为主动学习,培养学生主动学习的能力。
(3)结合教学内容,把实践引入课堂。混凝土结构和工程实践密切相关。如果单纯学习书本知识,学生就会产生疑惑,渐渐失去学习的兴趣。实践就是打开疑惑的大门,除了教学计划安排的实践性环节外,结合教学内容,通过载体,教师要善于把工程实践引入课堂。可利用的载体是设计规范、标准图集、施工图纸、结构模型、混凝土结构最近发展动态等。建筑工程和我们的生活息息相关,教育学生平时多到工地走走,处处留心,多多学习,拉进理论和实践的距离,增加学生工程意识。
(4)专业知识学习和实践、创新能力培养相结合
引导、鼓励学生结合课程内容,制作结构模型、撰写专业学术论文、自主设计大学生科研训练计划、参加结构设计竞赛等。
3、加强实践性教学,培养学生工程能力
由于混凝土结构课程具有很强的实践性特点,因此,加强实践环节势在必行,主要包括课程试验、课程设计、毕业设计等几方面。
(1)重视结构试验课教学,培养学生创新能力。混凝土结构课程教学中涉及较多试验研究内容,课堂中对试验内容只进行理论解说,往往事倍功半,效果不佳。教学过程中,一方面可利用试验影像资料,加强学生感性认识,激发其学习兴趣;另一方面,将结构试验室作为一个创新平台,引导学生参与课题研究,亲自参加试验,培养学生以试验现象、基本理论为基础进行科学研究的能力,进而培养学生的创新能力。
(2)强化课程设计训练,培养学生综合能力。课程设计是一项综合训练,培养规范、手册、技术资料和工具书等使用方法,提高学生设计计算、工程制图能力。这是由理论走向实践,应用能力培养的关键性环节。要“真题真做”或“真题假做”,选择难易程度、工作量和内容覆盖面相近的实际工程的一部分作为课程设计题目。在设计中要把握好教师对学生引导作用的分寸,切忌采取“保姆”式的包办指导办法,要突出“学生为主,教师为辅”的教学指导思想,教师应“授之以渔”而非“授之以鱼”,促使学生一开始就建立依靠自己动手动脑解决问题的独立性,让学生在设计中充分发挥主角作用,使他们通过设计实实在在积累知识经验,熟练技术技能,全面提高业务素质。
(3)采用“双导师制”,提高毕业设计质量。毕业设计是学生对大学四年所学知识的综合运用,也是学生走上工作岗位前最为重要的实战演习。可采用“双导师制”进行指导工作,即由教师和设计院工程技术人员共同指导学生毕业设计。此阶段除注重提高学生将混凝土结构设计原理、设计方法与规范的综合运用能力之外,还应重视培养学生的识图、绘图能力和软件应用能力,如设计图纸要求有一定比例的手绘和CAD绘图,结构计算结果要求采用有限元程序或软件校核,以提高学生的工程素质,缩短学生适应工作的时间。学生经过毕业设计,学会了综合运用课程知识、查阅资料、设计计算、软件使用等许多在工作中有用的东西,也就是分析问题和解决问题的能力得到快速提高。
4、结语
混凝土结构课程的学习关系到学生对后续专业课程的学习,关系到对学生学习能力的培养,提高其教学质量势在必行。在“卓越土木工程师”培养计划下,如何提高混凝土结构课程进行效果,更好地适应“卓越土木工程师”人才培养目标,不仅与教学内容与方法的改革有关,更与师资队伍和企业的参与度紧密相连,有待于在今后的教学实践中不断加以完善。
参考文献:
[1]张建文.混凝土课程应用能力的培养[J].宜春学院学报,2011,33(4):166-167.
[2]阎石,张海风,张曰果.新形势下混凝土结构课程教学改革初探[J],建筑结构,2008,38(增刊):93-95.
关键词:混凝土结构基本原理;专业基础课;教学方法
土木工程是指基础设施的设计、建造和维护,是一门专业性和实践性都很强的工程学科,中国开展土木工程学科高等教育已有将近一个世纪的时间。混凝土结构基本原理是土木工程专业的核心必修课程,主要内容包括混凝土结构的发展与设计方法、混凝土结构材料的力学性能、混凝土构件的承载力设计、混凝土结构的变形和耐久性设计、预应力混凝土构件的设计[1]。目前,世界上大部分工程结构均为混凝土结构,因此,该课程与实际工程联系紧密,主要培养土木工程专业学生对混凝土结构基本构件的设计能力,对混凝土结构基本工程问题的分析和解决能力,为后续专业课程,如混凝土与砌体结构设计、高层建筑结构设计、建筑抗震等的学习奠定坚实的理论基础。随着全球化进程的加快,用人单位对具有国际竞争力的工程人才需求日益增加,越来越重视对国际化人才的培养。教育部2001年印发的《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》指出:要在高校公共课程和专业课程中积极推动使用英语等外语进行教学[2]。在该意见提出的十几年来,全国各大高校在双语教学实践中进行了探索,并取得了一定的成绩。土木工程是一门全球性学科,混凝土结构基本原理是土木工程专业最重要的专业课程之一,但各国制定的规范在混凝土结构的设计方法和思路上存在一定差别,因此,为培养学生的国际视野,开阔学生眼界,提高土木工程专业学生的国际竞争力,在土木工程学科中的重点课程开展双语教学是非常必要的[3-5]。混凝土结构基本原理的教学工作主要分为3个部分,即理论教学、实验教学和课程设计。如何激发学生的学习兴趣,提高学生对专业知识与设计方法的理解和掌握程度,确定英语与母语的使用比例,并将原本“枯燥乏味”的规范条文讲得生动有趣,是主讲教师需要认真思考的问题。如何让学生在教学过程中深刻理解基本的理论知识,掌握基本构件的设计方法,并能熟练解决工程实际问题,是主讲教师在设计教学方法时的基本出发点。学生对教学内容是否感兴趣,以及对相关知识的理解和掌握程度是衡量教学效果的主要标准。
一、教学过程中出现的问题
目前,中国几百所高等院校平均每年向国家输送几万名土木工程专业的毕业生,但据工程建设单位反映,土木工程专业的毕业生力学概念和常识较差,只知道照搬公式、照抄规范,缺乏独立思考能力[6]。因此,专业课程的主讲教师在教学过程中不能照本宣科,一味让学生背公式、记规范,否则,“人才”将培养成只会运用工具的“工匠”。混凝土结构基本原理教学内容多,涉及的知识面广,既有理论推导和实验研究,又需要实际工程经验,是一门教学难度较大的专业课程。而该课程的教学学时极为有限,住房和城乡建设部2011年颁布的《高等学校土木工程本科指导性专业规范》[7]仅建议60个学时,部分高校安排的教学学时更是低于该标准,因此,在教学过程中有很多课程内容无法详细展开,学生难以充分理解课堂上讲授的理论知识,只能依靠死记硬背,从而逐渐失去对这门课程的学习兴趣。对哈尔滨工业大学(深圳)土木工程专业硕士研究生新生专业英语词汇掌握程度的调查发现,大多数学生专业英语词汇掌握程度较低,有的学生甚至连一些基本的专业英语词汇都没有掌握。出现这种情况的原因可能是:在仅有的教学学时内,连教材内容都很难全面讲解,更不用说进行双语教学;学生对新知识的吸收能力有限,很难在短时间内掌握外语表述的概念;重视程度不够,专业英语掌握能力未列入考核内容。鉴于此,为激发学生对混凝土结构基本原理的学习兴趣,提高课程的学习效率和对专业英语的掌握程度,培养学生独立思考的能力,结合多年的教学实践经验,提出一系列创新的教学方法与实施建议,供广大土木工程专业课程主讲教师参考借鉴。
二、教学方法的创新与实践
(一)注重培养学生的学习兴趣混凝土结构基本原理是土木工程专业学生较早接触的与实际工程紧密联系的专业课程之一,学生在刚开始接触这门课程时,往往抱有新鲜感和好奇感,如果能适时激发学生的学习兴趣和热情,培养学生良好的学习习惯,必将极大提高学生的学习效率,事半功倍,从而进一步增强学生学习该门课程的兴趣,形成良性循环。结合多年的教学实践经验,总结了以下几点方法:(1)善用多媒体技术。由于该课程包含较多的基本概念、图和表格,采用传统的板书形式,学生很难做到全过程集中注意力记板书、听讲解,教学效率低[8]。因此,在教学过程中需要善用多媒体技术,在每一个基本概念讲解后配上相应的图片,在教学课件中引入经典工程的施工图片和现场视频、经典实验的图片和视频,不仅缩短了板书和讲解时间,而且有利于激发学生的学习兴趣和科研热情,使学生在集中注意力听完概念或理论的讲解后,通过视频和图片缓解学习疲劳、增长见识、加强记忆。同时,通过介绍经典工程中的施工方法、施工技术、新材料、新工艺,以及经典实验中采用的实验方法、实验技术和注意事项等,丰富教学内容,让学生对土木工程专业未来的发展有一定程度的了解。值得注意的是,多媒体技术虽然节约时间,但对于公式推导,运用多媒体技术易造成教学进度过快,学生跟不上教学节奏的问题,此时应将传统的教学方法与多媒体技术结合,如,在讲解混凝土构件的破坏现象时,可以运用多媒体技术播放相应的实验动画或视频,让学生对不同的破坏模式有一个感性的认识,在应力分布和公式推导部分,宜采用板书形式,一步步推导和讲解,加深学生对公式演变的理解。(2)巧用数值的表达方法。在教学过程中,学生对平淡的讲述方式往往会感到厌烦,从而对一些基本概念没有较为明确的认识。“混凝土的抗拉强度远小于抗压强度”这一基本概念,如果表述为“混凝土的抗拉强度约为抗压强度的1/16~1/10”,则能在学生的脑海中形成清晰的印象,加强学生对混凝土抗拉强度低的认识,自然在后续的受弯构件设计中不会考虑受拉区混凝土的贡献。(3)勤用工程实例。在讲解混凝土构件的构造措施时,列举与基本概念相对应的工程实例,有利于加深学生对这些构造措施的理解。例如,“钢筋加密区与非加密区”“钢筋的连接与锚固”“架立筋、腰筋、鸭筋和浮筋”等,如果只简单介绍基本概念,学生由于没有实际工程经验,很难知道这些构造措施究竟是什么,起什么作用,就算在课堂上记住了这些基本概念,在实际工程中也很难分辨。
(二)紧抓教学内容中出现的共性问题在教学过程中,应注重每个章节的共性问题。抓住共性的问题展开深入讲解,学生会更容易理解,也有助于提高学习效率。针对较难理解的设计公式,要以学生能接受的方式逐步推导,并引导学生理解公式推导思路,而不是单纯让学生记忆公式。如,混凝土受弯构件和偏心受压构件的设计公式都是基于平截面假定、力和力矩平衡条件推导出来的,且计算简图类似,只需要理解和掌握其中一种构件的计算简图和设计公式,其他相似受力构件的设计和计算自然迎刃而解。对于混凝土受弯构件承载力计算公式的推导,首先可解释公式中各部分表示的含义,公式中的各项材料性能参数可根据《混凝土结构设计规范》[9]查表求得,然后讲解各种类型题目的解题思路,求解受压区和受拉区钢筋的截面面积,并对截面配筋和混凝土受压区高度进行验算,分别判断是否满足承载力和适筋梁的要求。对于其他类型构件的公式推导和计算,解题思路是一致的,均按照画出计算简图给出力的平衡方程和力矩的平衡方程求配筋或验算截面的流程进行计算。引导学生理解公式推导的思路,不仅能帮助学生记忆公式,更有利于激发学生的学习兴趣,达到事半功倍的学习效果。
(三)注重理论与实际相结合的实验教学模式实践是检验真理的唯一标准。在教学过程中,不能只重视理论教学,而忽视实验教学和课程设计。学生在实验教学和课程设计中可以学到平时在理论教学中没有注意到的知识点,进一步加深对书本上重要知识点的理解和掌握。学校十分重视本科生的实验教学,每年投入大量经费用于实验设备的采购和更新,以及实验试件的设计和加工,为实验教学的顺利开展投入了大量的人力和物力。如,混凝土适筋梁、超筋梁和少筋梁的实验教学,学生自主设计实验方案和实验试件,由主讲教师审核确认,再联系相关加工厂家制作试件,预约实验场地。实验过程中安排实验员与课程助教共同指导学生安装实验设备,布置测量仪器,开展实验并记录实验现象和实验数据。实验教学不仅加深了学生对不同配筋率的混凝土梁破坏模式的理解,认识了理论推导公式与实验结果的差别,而且使学生有机会提前接触科学实验,提高学生的动手能力,培养学生的学习兴趣和科研热情。在课程设计的教学中,主讲教师会预约专门的设计教室供学生进行课程设计,并通过布置设计任务,引导学生自行查找相关规范和参考书籍,独立完成设计任务。在课程设计的整个过程中,主讲教师和课程助教轮流在设计教室为学生答疑,确保学生在课程设计过程中遇到问题能及时解决,提高学生课程设计的质量,增强学生对结构设计的兴趣。
(四)注重课后指导学生在课堂教学中所学的知识,很难在短时间内消化、吸收,而且在此过程中,又会发现新的问题,如果不及时解决这些问题,累积的问题会越来越多,不仅影响学生对所学知识的消化和吸收,而且有可能打击学习的积极性。此外,对于一些较难理解的内容,一个知识点没能及时理解可能导致学生整节课都没听懂,而由于教学学时有限,主讲教师不可能重复讲解课程内容,因此,为不影响学生的学习进度,课后指导尤为重要。学校非常重视本科课程的理论教学,建立了课程助教制度,选拔优秀的研究生担任课程助教,帮助本科生及时解决课程学习中遇到的难题,如果课程助教发现大多数学生都存在的共性问题,或对某一章节的知识点掌握程度较低,则会及时将问题反馈给主讲教师,主讲教师在课堂上有针对性地展开讲解。此外,课程助教还利用课余时间对课后习题逐一详细讲解,帮助学生查找自身知识的缺漏和不足并及时更正。由此可见,课后指导是非常重要的教学环节,可以及时解决学生在课程学习中遇到的问题,帮助学生消化、吸收课堂教学中所学的知识,并让主讲教师及时了解学生对不同知识点的掌握程度,进而有针对性地调整教学内容,提高教学效率。
(五)注重双语教学在课堂上适当引进原版英文教材,采用英语教学有利于拓宽学生知识面,并为学生日后的科研、学习、工作和交流奠定语言基础。但是,混凝土结构基本原理这门课程内容多,公式复杂,概念较难掌握,即便采用中文进行授课,也是难度较大的一门专业课。因此,需要制定一套比较合理的双语教学方案,使学生能在学习的过程中掌握相关专业英语词汇。哈尔滨工业大学(深圳)所使用的教材是“十二五”国家级规划中文教材[1],因为学生英语水平参差不齐,盲目选用英文教材对英语水平不够扎实的学生会造成很大的学习负担,导致“上课讲不深,学生学不进”的现象。在教学方法上,考虑到班内的学生英语水平不一致的情况,采用国内大学较为通用的嵌入式教学模式[10],根据学科特点,确定在课堂上第二语言与母语所占的比重。在教学过程中,确定英语和母语在每章节所占的比重尤为重要,倘若英语教学占用比重较大,得到的效果往往适得其反。在《混凝土结构设计原理》[1]中,前两章的内容主要为基本概念,介绍混凝土结构的发展历史与设计方法的演化、混凝土结构材料的力学性能和结构设计方法等,与前期学习的专业基础课教学内容,如建筑材料、建筑结构荷载等有较多重叠,且内容相对于后续的理论推导课程较为简单,因此,在这两章中可侧重于英语教学,通过逐步渗透的方式让学生慢慢掌握相关概念。首先,引出每节课需要掌握的重点词汇。课前,提出这节课所需要掌握的重点词汇,并在讲述到相应内容时,对重点词汇进行讲解,加强学生记忆。例如:钢筋混凝土的英文为“reinforcedconcrete”,因为以前的混凝土构件是没有钢筋的,容易开裂,承载力低,延性也很差,研究发现,在混凝土受拉区预埋钢筋可显著提高混凝土构件的承载力和延性,将这种钢筋混凝土称为增强的混凝土,因此,钢筋混凝土的英文为“reinforcedconcrete”,“reinforcement”也衍生出钢筋的意思。此外,混凝土徐变的英文为“creep”,混凝土的徐变是一个长期而又缓慢的形变过程,而“creep”有缓慢移动的意思,因此,将徐变这一现象用“creep”表述。在课程开始前就给出这些重点词汇的英文单词,让学生思考为什么要这么表述,在讲到相关内容时再详细解释,加深学生对专业英语词汇的掌握程度和对相关概念的理解程度。然后,反复强调。课后,带领学生重复练习这节课所学的专业英文单词,加强记忆。在后续的学习过程中,如果碰到所学词汇,也应注意中英文的相互转换。由于概念性的词汇在混凝土结构基本原理课程中重复的概率大,学生在学习的过程中,不知不觉积累起专业英语词汇量。最后,不定期考核。利用5~10min的课堂时间,对学生专业英语词汇的掌握程度进行抽查,可采用课堂小测的形式,测试完毕后由助教进行批改,小测的完成情况将作为平时成绩的一部分记录在案。这种做法有利于督促学生利用课余时间复习巩固所学的专业英语词汇。在后续理论推导的章节,由于推导过程复杂繁琐,经验公式偏多,为让学生明白公式推导的全过程,课程讲解应以中文讲授为主,英文讲解的重心放在解题的步骤和表述方式上。由于学生将来可能进入外企工作或出国深造,了解英文的解题步骤和表述方式将为他们未来的发展奠定基础。
(六)重视课外活动指导在课余时间,鼓励和支持学生参加各类相关的专业竞赛,例如:混凝土设计竞赛、结构设计竞赛、PKPM设计竞赛等,让学生学会将所学知识运用到实际中,从竞赛中学习,培养学生的创新和实践能力。学校大力支持学生参加各类竞赛活动,并为每组学生指派研究生和教师进行相关指导和培训,帮助学生解决各种问题,激发学生的竞赛兴趣。学生在参与竞赛的过程中,不仅开拓了眼界,积累了大量的学术知识,也增加了自身的职业素养和学科素养[11]。除此之外,学校的教师团队承担了多项国家级、省部级、市区级科研项目,其中不少是关于混凝土结构的研究项目,包括结构加固、结构修复以及结构耐久性方面的研究等,应充分利用此科研优势,鼓励学生积极参与科研项目的研究工作,通过参与科研活动,培养学生的科研兴趣,锻炼学生的动手实践能力,强化对课本知识的理解,认识混凝土领域最新的研究成果和研究现状。积极组织学生申请大学生创新实践项目,通过项目立项到结题验收的整个流程,熟悉科研项目的研究过程,把教材“学厚”“学精”,为今后从事科研工作打下坚实基础。
关键词:锚固长度 施工
中图分类号:TU 文献标识码:A 文章编号:1007-0745(2013)05-0065-02
混凝土结构基本原理和混凝土结构设计是土木工程专业中最重要的专业基础课和专业课。然而,多年的实践表明:往往因锚固长度概念认识不足,为此,有必要对这一问题加以讨论,澄清模糊认识。
一、受拉钢筋的锚固长度的理论计算
钢筋与混凝土之间良好的粘结性能是钢筋与混凝土两种不同材料共同工作的基础。当混凝土中的钢筋单独受力时,钢筋上的力必须通过一定长度上粘结力的累积方能传递到混凝土上,这个长度称为传递长度或称钢筋应力发展长度。
以直径为2c′的圆形截面混凝土试件内配置直径为d的带肋钢筋拔出模型为例,图1a、c所示,推算钢筋在混凝土中的传递长度ltr。当钢筋受到拉力T时,由于钢筋表面凸出的肋与混凝土间的机械咬合作用,钢筋的肋会对混凝土产生斜向挤压力(图1a)。斜向挤压力的竖向分量合力就是钢筋与混凝土间的粘结力。斜向挤压力的水平分量使钢筋混凝土犹如受内压的管壁(图1d)。假定:(1)粘结应力沿钢筋纵向均匀分布(图1b);(2)内压p引起的混凝土中的拉应力按线性分布(图1d);(3)当混凝土发生纵向劈裂破坏时粘结失效。
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)(以下简称“规范”)推荐的充分利用钢筋抗拉强度时的钢筋锚固长度计算公式即是根据这一原理而建立的,如式la≥αfy/ftd。“规范”称la为基本锚固长度。
二、大直径钢筋混凝土结构后锚固施工工艺流程及操作要点
1、工艺流程
定位孔位钢筋探查成(扩)孔清理孔钢筋处理灌胶植入钢筋钢筋定位固化、保护。
2、操作要点
定位:按设计要求标示钻孔位置、型号;
定位后钢筋探测仪检查孔位,若孔位上存在受力钢筋,钻孔位置在经设计同意后可适当调整,因大直径刚劲位置的变动将影响其受力性能。
3、钻孔
1)钻孔宜用水钻成孔,如遇非受力钢筋可直接下钻,保证孔位符合设计要求。
2)钻孔孔径d+4-10mm(为钢筋、螺栓直径)。
3)钻孔深度不得小于设计深度。
4)钻孔有效深度自构件表面坚实或从主筋保护层深度处的混凝土算起,不得包括装饰层及抹灰层厚度。
5)清理孔:钻孔完毕,检查孔深、孔径合格后,应先用清水循环转动洗净或用空气压缩机、手动气筒彻底吹净孔内碎渣和粉尘(不得带进油污),再用吸水材料擦拭孔道,并保持孔道无水。若有废孔,清净后应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填实。
6)现场负责人检查清孔工作,请总包及监理验收,做好隐检记录。
4、钢筋处理
1)在钢筋端部相应位置做上标记,标示好除锈清理的长度范围;要求此长度范围大于要求锚固深度50mm。钢材锚固长度范围内的铁锈、油污应清除干净(青色氧化外皮也应除去),并打磨出金属光泽,采用角磨机和钢丝轮片速度较快。
2)将除锈清理好的钢筋用棉丝蘸丙酮,将除锈清理长度范围内的钢筋表面擦拭干净,放在干燥处整齐码放,报请现场负责人检查。
5、准备胶:采用喜利得RE500锚固胶,产品A、B双组份的已按比例配置,应保证产品在有效期内。特制胶枪可将A、B双组份混合均匀,挤压枪柄及可使用。
6、注胶:注胶时一定保证孔洞内胶体饱满,可采用两种方法。打胶时将胶枪前断打胶管深入孔底,然后旋转打胶胶枪。此时打胶胶枪会在孔内胶的压力下自动退出,至合适深处(以胶注满孔深2/3左右为宜)停止旋转打胶枪并将其取出。可根据钻孔直径D、埋置深度L以及钢筋直径d的大小,计算出其理论用量V(体积):V=1.10×3.14/4×(D@-d@) ×L×l0-3(ml)
7、植入钢筋:注胶完成后迅速植入钢筋。
1)如为盲孔钢筋埋植:将锚固用胶注入孔洞内2/3 即可;将处理好的钢筋,除锈清理端朝向孔洞,一边向同一方向旋转,一边缓慢将钢筋插入洞内,直至到达孔洞底部为止。此时,如无锚固用胶从洞内溢出,说明注胶量不够,须将钢筋拔出,重新注胶,再次插入钢筋,直至能使胶溢出洞口。
2)如为通孔钢筋埋植:先将处理好的钢筋插入孔内,孔两端用环氧砂浆封堵,封堵时,须在一端留出注胶孔,另一端留出出气孔;待环氧砂浆凝固后方可进行高压注胶。将配制好的锚固用胶装入打胶筒内,安装打胶嘴;将锚固用胶通过注胶孔注入孔洞内,直至另一端出气孔溢出胶为止;而后,用环氧砂浆或其它材料将注胶孔及出气孔封堵死。
8、钢筋定位及密封处理:钢筋在植入的过程中位置会有所偏转,胶液也会有流淌,批量植筋完成后应进行检查,将流淌的胶重新填回,同时对偏转的钢筋进行定位处理。
9、固化、保护
1)RE500锚固胶有一个固化过程,日平均气温25℃以上8小时内不得扰动钢筋,日平均气温25℃以下12小时内不得扰动钢筋,若有较大扰动宜重新处理。
2)RE500锚固胶在常温、低温下均可良好固化,若固化温度25℃左右,1天即可承受设计荷载;若固化温度5℃左右,2天即可承受荷载,且锚固力随时间延长继续增长。
3)对已埋植好的钢筋要做好保护工作,如进行必要的违挡、固定、挂明显标志牌等。以防锚固用胶在固化时间内,钢筋被摇摆动或碰撞,影响埋植效果。
4)用棉丝蘸少许丙酮,清理工作面遗留的胶及清理工作面的垃圾。
三、结语
我们必须理论联系实际,文章从受拉钢筋的锚固长度的理论计算出发,讨论了大直径钢筋混凝土结构后锚固施工方法,旨在使读者理解基本概念、灵活运用已掌握的基本理论和知识。
参考文献:
[1]顾祥林.混凝土结构基本原理[M].2版.上海:同济大学出版社,2011.
[2]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
【关键词】混凝土结构;应用型;改革
0 前言
《混凝土结构设计原理》和《混凝土结构设计》为土木工程专业若干力学课程后的专业基础课程,具有很强的理论性和实践性。它们都是土木工程专业重要的核心课程,具有理论性、应用性等特点。本课程既有较为复杂的理论分析,又与现行国家规范、标准和工程实践紧密相关。这两门课的任课教师具有较为丰富的实践工程设计经验,多名教师具有国家注册结构工程师资格,为本课程应用型教学打下了良好的基础。本文就针对混凝土结构应用型教学改革作一些介绍。
1 修改教学大纲重新组织教学内容和环节
传统的《混凝土结构设计原理》和《混凝土结构设计》这两门课教学内容主要体现在基本概念多、破坏特征烦、计算公式多、理论推导多等特点,教学环节也集中在课堂理论讲授。针对以上特点,作为应用型本科教学改革教研项目,我们重新修改教学大纲,在课程教学内容上与工程实践相关的我们多讲一点、讲深一点,在教学大纲中也加入了实践教学的环节,比如混凝土结构课程设计、混凝土结构试验、现场参观教学等。在讲完设计构件基本原理后,主要进行大量实际工程与施工的教学,注重培养学生分析问题、解决问题的能力[1]。
2 理论联系实际,加强应用型教学
2.1 结合实际工程教学
通常情况下,教材所叙述的是全国通用的基本理论设计方法,但有时候地方性的设计作法可能与课本不一致,这时需要工程实践经验丰富的老师把地方性作法讲解给学生,并告诉学生这些并不冲突。它们都符合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的要求,有时地方性作法是考虑施工方便和节省材料等因素,因此要灵活把握,综合考虑,使学生在课堂上就了解解决实际工程问题的基本方法[2]。
混凝土结构是应用性很强的课程,很多学生以前几乎没有接触过这方面的知识,有的也只是肤浅的听说,甚至很多学生没有到过施工现场一线或建筑设计研究院。因此,在教学环节上,我们安排一定的课时带领学生去实际工程现场学习,结合正规设计院设计的结构施工图纸讲解,把设计规范、标准图集、结构模型引入现场教学,激发学生的兴趣,达到课本理论与实践工程相结合的目的。
通过实践现场的教学,使学生对在书本知识学习时很难领会的一些知识,如混凝土保护层厚度、钢筋的间距与净距、钢筋的空间位置、受力筋与构造筋、钢筋的绑扎与搭接等内容,通过现场参观学习,很快就融会贯通,一些在课堂上难以理解的空间概念和结构概念通过实地参观,其问题就迎刃而解了,以达到良好的教学效果。
2.2 课程设计
混凝土结构课程设计是一次综合性、应用性的训练,它能使学生熟悉结构布置方法与原则、设计计算方法与要求和相应的构造细则,掌握施工图绘制与表达方法等设计全过程;通过课程设计使学生了解了结构体系的选择和布置,尤其是抗侧力结构单元的布置对结构抗侧能力的影响,了解了结构优化设计的思想,增强学生发现问题和分析解决结构设计问题的能力;使学生完成从理论到结构整体概念认识的飞跃。
以往课程设计普遍采用假题假做,往往沿袭几年前的课程设计任务书,容易导致准备工作不充分,指导工作缺乏针对性的现象。我们重新调整了课时和内容,做一项一到二周的综合课程设计,由指导老师给出实际工程的真题,并把它分成基础设计、框架梁、板、柱的设计、楼梯设计等等,由学生自选,分组进行,不用面面俱到,这样锻炼了学生综合运用混凝土结构设计的知识[2-3]。
2.3 课程实验教学
混凝土结构课程是学生较早接触的专业课程,它与以前所学的课程相比,有混凝土的破坏形态和规范规定的构造措施等。而看录像与实际动手做是有明显差别的,通过理论和实践教学环节,使学生获得构件受力及破坏特征的直观认识,有助于学生在此基础上深入掌握公式的来龙去脉和相关构造措施的有关规定,尽快适应专业课程的学习。
本校采用开放性实验的组织形式,学生可在规定的四个试验中选择其中的某个试验,填写开放性实验申请表,写明试验目的并编写试验大纲,大纲内容包括:概述、试件设计及制作工艺、加载方案与设备、测试方案和内容、安全技术措施、试验组织与管理、附录等内容,交给结构实验室。由试验室指定指导教师负责审核修改,并负责以后试验的指导工作。达到要求后方可进行试件的制作,仪器的调试率定等准备工作。教师指导采取“抓”和“放”相结合的办法。“抓”主要指的是审核学生撰写的实验大纲内容的合理性、完整性、可行性,提出具体的修改意见,以及应该注意的专业知识点;批阅实验完成以后形成的实验报告,指明分析的深度和分析的方向。“放”主要指的是放手让学生自己动手,包括拟定实验方案、设计混凝土的配合比并进行试配,绑扎钢筋,根据实验方案拟定的测点粘贴应变片,在指导老师的指导下操作实验仪器,并学习排除简单的操作故障,提高学生的动手能力,并能够运用知识分析实验结果的合理性。
3 总结
结合应用型人才培养目标,对土木工程专业的混凝土结构课程进行教学法研究,强调其应用性,加强对学生实践动手能力的培养,把这种能力的培养渗透在教学的各个环节中。本文根据混凝土结构课程的特点,以土木工程专业人才基本素质培养为目的,从教学内容、教学方法和课程设计改革几个方面探讨了应用型能力方面培养的措施。经本校的实践证明,这些方法可以较好地提高学生的应用能力、分析问题能力和解决实际问题的能力,以达到应用型本科教育的目的。
【参考文献】
[1]魏春明,赵星海,秦力.钢筋混凝土课程的教学探讨[J].东北电力大学学报,2010,30(5):44-47.
关键词:荷载 结构设计 课程教学 教学方法 设计规范
作为土木工程专业学生进行工程结构设计时必须掌握的一门专业基础课程,基于荷载与结构设计方法课程旨在要求学生通过对本课程的学习,掌握在工程结构设计时考虑荷载、荷载产生的背景、荷载计算方法以及结构设计所采用的设计原理,以便于为后续深入学习《混凝土结构设计原理》、《混凝土结构与砌体结构》、《钢结构》等课程和相关课程设计、毕业设计奠定基础。
一、课程的基本要求及主要内容
鉴于荷载与结构设计方法课程是土木类专业的工程结构设计方面的基础教学课程,以专业基础核心课的地位,要求学生完成掌握工程结构可能承受的各种主要荷载、工程结构设计中可采用的设计背景的教学目的和任务[1]。学生通过学习本课程来掌握工程结构设计时考虑的荷载因素、产生背景、荷载计算方法;并掌握工程结构可靠度设计原理和方法,包括荷载和抗力的统计分析、结构可靠度基本原理、结构概论可靠度设计方法等。
1、 掌握各种重要作用的定义、工程计算背景、原理和方法。
2、 通过学习掌握影响结构抗力的各种不定性因素及其统计参数的确定方法;各种荷载的概率分析模型和设计时所采用的代表值种类和确定方法,以及多种荷载同时出现时的荷载效应组合;结构可靠度的基本原理和基本分析方法,以及概率可靠度设计时的基本表达式,使学生掌握我国现行工程结构的基于可靠度理论的极限状态设计方法。
3、 以《荷载结构设计规范》GB50009-2012和教材为基础,详细透彻讲解理论内容,其中,各种重要作用的定义、工程计算背景、原理和方法,荷载统计分析中各种荷载代表值的意义和用途,结构抗力统计分析中各种不定性的含义与原因,以及结构可靠度的基本原理和基本分析方法为教学重点。
4、 拓宽知识面,以《荷载结构设计规范》GB50009-2012为基础,与实际工程相结合。
二、课程存在的主要问题
荷载与结构设计方法课程是一门承上启下的重要课程,在先修课程《概率论与数理统计》、《材料力学》《工程材料》等课程以及后续课程《混凝土结构》、《钢结构》之中起着非常重要的衔接作用,但目前依旧存在许多亟待解决的问题[2]。
(一)重视程度不足:学时较少,容易混淆
本课程分为两大部分,即工程结构荷载和可靠度设计方法。但由于只有16理论课时,并且,由于工程结构荷载形式多样,学生容易产生混乱;可靠度设计方法部分概念抽象,学生较难理解和掌握,另外,理论性工程概念的教学方式较为传统,也极容易导致学生感到枯燥乏味,学习兴趣丧失,自主学习的能力削弱。
(二)课程难度较大:理论抽象,计算复杂
本课程是一门理论与计算为主导的结构可靠理论,又设立在学生尚未接触钢结构、钢筋混凝土结构原理等结构课之前,并且需要有较为扎实的数学基础,课程难度较大。要求学生仅仅只掌握一次二阶矩方法也倍感吃力,再加上公式推导复杂、计算步骤较多,会引起学生对该课程产生畏惧,慢慢丧失学好该课程的自信心。
(三)忽视行业规范:基本素养欠缺
前文已经提到,目前,荷载与结构设计方法课程应对《荷载与结构设计规范》GB50009-2012作全面正确的解读,由于工程面临问题的变化以及技术、经济条件的发展,《荷载与结构设计规范》也要随之被修订和调整。所以学好这门课程的关键在于,紧密结合现行《荷载与结构设计规范》GB50009-2012内容,了解修订原则和重点,对修订、增加的内容加强注意,学生才能在以后的工作中具有土木工程专业技术人员的基本素养,若教学时不能做到与现行设计规范相联系,学生自身缺乏自主学习的能力,不能定时去查阅了解相关行业规范,致使教学内容相对工程实际滞后。
三、构建有效的教学体系
通过对上述问题的分析,本文将提出以下几点解决措施。
1、重视理论阐述,激发学生学习兴趣
兴趣是最好的老师,大学生本身已经具备对自身负责的自主学习责任感,因此在实际教学中过度的去迎合学生反而不是一件值得推崇的事情,针对于大学生这一特殊群体,首先要将大学生看作一个能对自己负责的成年体,在教学前期与辅导员进行合作,为学生进行一次职业规划测试,让学生在职业规划测试中明白自身未来发展和职业发展,制定起近期和长远目标,以此来激励自身主动学习。当然,在实际教学过程中,教师也要适时采取多样化的教学方式,尽可能地借助多媒体资源帮助学生认识了解相关理论知识,讲解深入浅出、重难点突出,帮助学生抓住要领学习;同时,定时邀请一些已经工作的学长学姐来传授学习经验,这也能很好地激起学生的学习兴趣,激励着学生不断地向目标努力奋斗。
2、优化学业评价方法
对于基础理论性较强的课程,传统的学业考核方式大多为卷面成绩一种方式,但现在普遍推行的对学生进行全面综合考评方式,因此也应将学业考核进行结构优化,将其分为课堂表现、卷面成绩两类,如在平时可以建立起小组教学模式,在课堂上让小组成员来讲授课程内容,每个小组按照自己的想法来进行创意教学,其他小组对其教学效果进行评价和打分,最后各小组的得分按照一定比例归入综合评分中;此外,对于课堂上表现突出的学生,也应当适当给予加分待遇。
3、做到课程教学和学习与现行设计规范相联系
由于全球气候变化,极端天气与灾害如风灾频发;全球恐怖活动升级以及现代化设施及交通工具普及和猛增,住房和城乡建设部在2012年5月28日第1405号公告中批准了《建筑结构荷载规范》GB50009-2012,规定该规范从2012.10.1开始实施。在《荷载与结构设计规范》GB50009-2012 中:为了应对自然灾害频发和全球气候变化,补充了关于雪、风和温度的基本气象数据;针对活荷载增加了设计使用年限调整系数,适当提高了结构的安全度;增加了温度作用和偶然荷载,完善了标准体系,满足了特殊结构或特殊使用环境下的设计所需;从风剖面、体形系数以及风振响应计算等方面全方位统筹考虑了风荷载的修订,并且补充了高层、大跨等结构的抗风研究新成果。教学时应结合《建筑结构荷载规范》GB50009-2012和教材,理论与实践相联系。
结束语:
基于荷载与结构设计方法课程现阶段虽然存在着些许问题,但其作为理论奠定的重要衔接点,就需要在实际教学中对其给予足够的重视,教师要明白其与其它学科相结合的重要特性,注意其所具有的数学、力学方面的知识,教学时要将这些知识体系相互融合贯通,努力为学生营造出一个良好的知识构建环境;此外,对现行的行业规范标准要进行及时补充,让学生明白行业规范标准对于培养自身素养的重要性,要将理论知识与实际相结合,充分发挥自身主动学习的能力,在实践中积累更多宝贵的经验。
参考文献:
基金项目:黑龙江八一农垦大学教学研究课题(ndjy11306)
作者简介:刘文洋(1981-),男,黑龙江八一农垦大学工程学院讲师,硕士,主要从事多高层钢结构和大跨空间结构研究,(e-mail)wyliu81@126.com。
摘要:结合应用型本科院校教学的实际情况,对钢结构课程体系进行了合理设置,并在理论教学和实践教学过程中以加强学生实践能力培养为目标进行了探索和实践。文章介绍了黑龙江八一农垦大学钢结构课程体系教学安排和具体做法,总结了教学过程中的经验以及应注意的问题,并对存在部分的问题进行了讨论,给出了具体建议。
关键词:钢结构课程教学;课程体系;实践能力;人才培养
中图分类号:g642;tu391文献标志码:a文章编号:10052909(2013)05004904随着中国钢产量的飞速增长,钢结构的应用也获得快速发展,广泛应用于大跨度结构、高层高耸结构、轻型结构和特种结构等领域。国家建筑钢结构产业“十五”计划和2015年发展规划纲要已明确要求:当前,中国已一改过去钢材不足的局面,转而成为钢材供过于求,摆在日程上的课题早己不是少用钢材,而是积极合理地扩大钢结构在建筑中的应用。
鉴于钢结构的快速发展和广泛应用,工程界已提出“加强钢结构人才培养,造就一批钢结构高级工程技术专门人才”,“建立与钢结构发展相适应的教育体系,在校的结构专业学生应接受不少于80课时的钢结构课教育”的建议。可见,随着钢结构行业的快速发展,市场对钢结构专业人才的培养已经提出了更高要求,对钢结构专业人才的需求也将会越来越大,可以预见钢结构课程的地位将会越来越重要。
一、课程体系的设置
《高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲》[1]中把钢结构课程分为原理和设计两个部分,包括课程设计和毕业设计等。其中钢结构基本原理为专业基础课,课程目的是较全面地掌握钢结构材料、构件和连接的基础知识,熟悉一些常用钢结构的分析原理;钢结构设计是专业必修课,课程目的是在掌握钢结构设计的基本原理基础上,学习常用钢结构的特点、基本设计方法、计算简图和内力分析,并能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理,课程内容主要包括单层厂房钢结构、大跨钢结构和多高层钢结构。过去由于种种原因,学校钢结构课程建设存在一些问题,具体表现在以下几个方面。
(1)课程设置不合理。在专业课程的设置上重混凝土轻钢结构。混凝土结构课程90时数,而同样在土木工程专业课程中占有重要地位的钢结构课程学时数仅为50~60,钢结构设计只开设了一门大跨空间结构的选修课。学生仅仅学习了钢结构的连接方法以及常见的构件设计,对整体结构设计的概念和理解不够。过去,钢结构课程安排在第7学期(大四上学期),这主要基于先修课程基础知识学习的考虑,然而此时学生面临找工作、考研等诸多问题影响,很难把主要精力投入到专业课学习上来。
(2)实践教学不足。钢结构教学中的实践性教学环节仅有钢结构课程设计一项内容,学生在学习的过程中没有机会见到实际的钢结构建筑物,对于钢结构加工、制作更是不知所云。虽然教学实习中安排了认识实习和施工生产实习,但基本还是以混凝土结构和砌体结构为主,很少接触到实际的钢结构工程。此外,从毕业设计的选题看,几乎全部是混凝土结构,基本没有钢结构方面的毕业设计题目。
高等建筑教育2013年第22卷第5期
刘文洋,等应用型本科院校钢结构课程教学探索与实践
事实上,过去很多学校在课程设置和教学实施上都或多或少地存在类似问题,但经不断探索已基本解决,并且在教学实践中积累了丰富的经验,形成了相对合理又各具特色的课程体系。学校自2006年以来通过几次修订教学计划,构建了钢结构系列课程体系(见表1),并在多年的教学实践中,不断改进和丰富教学内容,保证钢结构课程的教学质量。应该指出,由于课程设计安排在钢结构原理课学期末,目前设计内容主要局限于钢屋架结构,若能把课程设计安排在钢结构设计课程之后,则可以有更多的结构形式供课程设计选用。表1钢结构系列课程教学安排课程开课学期学时内容钢结构560钢结构基本原理钢结构设计630厂房钢结构、多高层钢结构大跨空间结构730网架、网壳、悬索等空间结构钢结构课程设计61.5周钢屋
架设计毕业设计813周各类钢结构设计二、理论教学的实施
专业课的教学目的在于通过具体工程对象的分析,使学生了解一般土木工程项目的设计、施工等基本过程,学会应用专业基础课程学到的基本理论,较深入地掌握专业技能,建立初步的工程经验,以适应当前国内用人单位对土木工程专业本科人才基本能力的一般要求[1]。
理论教学是培养学生专业技能和实践能力的基础,因此要重视理论教学环节。在教学中除了基本教学内容的讲授以外,还应特别强调以下几个方面在钢结构课程学习中的作用。
(一)重视力学基础与钢结构教学的结合
钢结构是一门理论性和综合性都很强的专业基础课,需要以材料力学、结构力学、荷载与结构设计原理等课程知识作为基础,因此在课程学习初首先回顾先修课程基础知识非常必要,以此引导学生复习相关内容,为学习钢结构课程打下良好理论基础。
(二)理论教学与工程实例相结合
理论教学稍显枯燥,在课程教学中应适当穿插工程实例以调整学生学习状态,调动课堂积极性。在绪论中结合钢结构的应用和发展介绍学生感兴趣的钢结构工程,引导学生讨论结构特点及选型、设计中存在的问题,或者在连接和构件分析与设计中介绍与某个问题相关的背景实例。例如:在讲授轴心拉杆设计时介绍索穹顶结构的组成和特点,以使学生对受拉构件能充分利用材料强度进而节省材料有直观认识;在讲授轴心压杆的稳定时介绍加拿大魁北克大桥和美国哈特福德体育馆由于构件失稳而导致结构发生倒塌破坏的例子,使学生了解相关问题的历史背景,也使学生充分认识到稳定对于钢结构的重要性。 在课程教学中结合演示性或学生动手参与的试验和实际工程中的影像资料进行讲解,使学生通过直观感受加深对钢结构基本概念和理论的理解。目前,一些有条件的高校建立了钢结构多功能教学实验平台[2],通过实验平台训练学生对钢结构构件和连接的实验技能,培养学生的创新意识与创新能力,教学成效显著。不具备条件的高校可以利用影像资料弥补这些不足。例如:由于学校实验条件有限,笔者所在的教研团队在钢结构加工厂拍摄了大量钢结构生产、制作过程的视频和图片资料,在课堂上结合相应的教学内容进行展示,也取得了较好的效果。
(三)理论教学与结构设计规范相结合
结构设计必然要结合结构设计规范,学生毕业后要从事钢结构设计工作,需要使用很多规范,在课程教学中把教学内容和相关规范要求结合起来,既能加深学生对抽象规范条文的理解,又能培养学生独立使用各种规范、查阅相关文献资料的能力。此外,在教学中还注重将注册结构工程师执业资格制度和注册结构工程师考试相关内容作一定介绍,引导和培养学生在这方面的兴趣,调动学生努力学习专业知识的积极性。
(四)计算机软件与结构分析设计相结合
目前钢结构的分析与设计基本采用专门的软件来完成,如ansys、abaqus、sts、mst、3d3s等。为使学生尽快掌握这方面的能力,适应以后的工作需要,在教学中引入部分计算机软件的演示和讲授。例如:演示使用ansys有限元分析软件进行钢结构基本构件和空间结构的计算分析,讲授sts设计软件进行钢桁架结构和钢框架结构的设计,介绍mst设计软件进行空间网格结构的设计。同时在后续的课程设计和毕业设计中鼓励学生使用相关软件进行结构计算和施工图绘制,进一步培养学生使用结构设计软件进行设计的能力。
三、实践教学的实施
实践教学环节是土木工程教学中非常重要的环节,在现代工程教育中占有十分重要的地位,是培养学生综合运用知识、动手能力和创新精神的关键环节,其作用和功能是理论教学所不能替代的。工程师最终的任务是将理论知识在实践中加以运用,并通过实践来验证理论结果是否正确,所以工程人员必须具备实践能力。同时,土木工程师还应具有一定的实践经验,很多工程问题的处理由于客观情况过于复杂,难以如实地进行理论分析,在很大程度上仍然依靠实践经验来解决[3]。
目前,钢结构课程的实践能力培养主要依靠课程设计、毕业设计等来实现。有条件的院校也可通过专业实习和观察演示性实验等环节组织学生开展讨论来认识、理解钢结构的组成、特点、应用及结构和构件的受力特性等。
(一)课程设计
学校钢结构课程设计内容仍为传统的钢屋架结构。虽然这种结构形式较为简
单,但其内容涵盖了轴心受力构件(桁架杆件)、受弯构件(檩条)及压弯、拉弯构件(当上弦或下弦有节间荷载时),主要为焊缝连接。因此通过完成设计,可以实现由基本构件、连接到简单结构选型、计算分析、设计和施工图绘制的训练。
在具体实施上,鼓励学生通过学习ansys、sts等软件完成结构计算分析和施工图绘制。通常,学生在进行结构计算分析时多采用ansys有限元软件或结构力学求解器并辅以手算校核的方式,而在施工图绘制阶段基本都采用sts软件来实现。通过这些训练,学生已基本能够熟练使用软件完成一般结构的设计工作。
(二)毕业设计
过去,由于钢结构应用不太广泛,很多高校的毕业设计题目都采用混凝土结构的形式,这也是过去在教学上重视混凝土结构而轻视钢结构的原因之一。但由于钢结构发展迅速、前景广阔,很多学生希望毕业后从事钢结构设计与施工方面的工作,或者选择了攻读钢结构方向的研究生,因此希望能有机会进一步深入地学习钢结构设计方面的知识。
近年来,在毕业设计中增加了一些钢结构方面的题目,如多高层钢框架结构、轻型门式钢架结构和网架结构等,尝试指导学生进一步学习和应用钢结构知识,实践效果良好。此外,除了基本的手算内容以外,还鼓励学生采用sts、mst等软件完成结构计算分析和施工图绘制工作。
通过认识实习—理论课教学—课程设计—毕业设计这样一系列教学环节的深入,使学生对知识的理解和掌握从简单到复杂、从理论到实践、从基本原理、基本构件到简单结构进而到复杂结构,培养学生工程设计的能力和思维。
四、结语
学校钢结构课程教学工作虽然在课程体系的设置、学生实践能力的培养上做了一定的思考、探索与实践,但同时与国内一些高水平大学在人才培养模式、教学条件、教学质量和教学效果等方面还存在差距,还需要在今后的教学实践中不断探索和努力,不断提高教学质量和人才培养质量,以适应钢结构行业对人才的需求。
参考文献:
[1] 高等学校土木工程专业指导委员会.高等学校土木工程专业本科教育培养目标和培养方案及课程教学大纲[m].北京:高等教育出版社,2002.
[2] 王伟,赵宪忠,郭小农,等.钢结构多功能教学实验平台的研制与实践[j].高等建筑教育,2009,18(2):102-104.
[3] 林峰,顾祥林,何敏娟.现代土木工程特点与土木工程专业人才的培养模式[j].高等建筑教育,2006,15(1):26-28.
steel structure teaching in applicationoriented universities and colleges
liu wenyang, zhang zhaoqiang, liu jinyun
(college of engineering, heilongjiang bayi agricultural university, heilongjiang 163319, p. r. china)
abstract: based on the actual teaching situation of applicationoriented universities and colleges, the course system of steel structure is reasonably arranged and it has been put into practice in the teaching process to strengthen students’ practical ability. we introduced the teaching arrangement of steel structure course and some methods used in the teaching process in heilongjiang bayi agricultural university, analyzed problems should be paid attention to, and presented some suggestions for steel structure teaching.
针对工程造价专科学生的特点和就业趋向,分析工程结构课程的教学特点,提出在教学中强化结构概念设计、设计公式、工程参数的理解,加强图表能力训练。综合运用
多种媒体提升教学效果,加强理论与实践相结合,以培养学生基本职业技能。
关键词:工程结构; 课程教学; 工程造价
中图分类号:G420;TU311 文献标志码:A 文章编号:
10052909(2013)04008904
工程结构是工程造价专科专业的一门核心课程,64学时(不含课程设计),也是建筑施工、工程项目管理等课程的先行课程,其内容涵盖建筑结构设计基本原理、钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、单层工业厂房、道路与桥梁工程结构等内容,知识覆盖面广,学习难度较大。
针对工程造价专科学生特点及就业趋向,通过分析工程结构课程的教学特点,调整教学内容和教学重点,结合作者工程实践经验,提出在教学中强化结构概念设计、设计公式、工程参数的理解,综合运用实景照片、动画、视频、3D模型、计算软件等多种媒体提升教学效果,加强理论与实践相结合,培养学生识图能力,问题分析和处理能力的具体方法。
一、工程结构课程的教学特点
(一)针对专业特色,调整教学重点
武汉科技大学工程造价专科毕业生毕业后大部分进入土木工程施工、监理、咨询等领域,从事施工员、预算员、材料员等岗位工作,从事结构设计工作的学生较少。因此,对工程结构课程的讲授必然有别于土木工程或结构工程本科专业,在教学中应增加建筑结构概念设计及应用的教学课时,降低结构构件计算部分的难度,重点培养学生建立结构体系概念,掌握基本原理。
(二)针对学生学习特点,把握课程难度
工程造价专科学生仅修高等数学(少学时),未修线性代数和概率与数理统计,力学也仅修了工程力学(少学时),因此,工程结构设计理论有关概率论的部分学生理解吃力,结构分析困难。在教学中应适当压缩设计公式理论推导部分的学时,着重讲解公式适用的条件及参数含义。
(三)形象教学与案例教学相结合
工程结构课程与生活联系紧密,大到高层建筑、桥梁、体育场,小到自行车棚、广告牌,无不蕴含着结构原理。因此,在教学中充分利用多媒体手段,采用启发式教学和案例教学,消除学生的畏难情绪。
(四)做好课程之间的衔接
在工程结构课程教学中经常需要回顾建筑材料、建筑构造等相关内容,绘制弯矩图和剪力图,加强工程力学基本训练。由于建筑施工课程与建筑结构课程在同一学期开设,通过分析桩的吊装
受力,将两门课程有机联系,让学生知晓工程结构在设计、施工中的广泛应用。
二、工程结构课程教学方法
(一)注重结构概念设计
在讲解《建筑结构设计基本原理》章节时,以承载能力极限状态设计表达式γ0S≤R为核心,从概念设计角度引导学生思考增加结构(构件)安全储备的设计方法:一是增加荷载组合效应设计值S,从荷载组合公式可知,恒载乘以系数1.2,意味着恒载增大20%,活载乘以系数1.4,意味着活载增大40%,对于安全等级为一级的重要建筑物,γ0取1.1意味着整体荷载设计值增大10%;二是减小结构构件抗力设计值R,体现在结构构件承载力设计值均为其标准值除以大于1的材料系数。通过一增一减,保证结构(构件)有足够的安全储备。
结构刚度是结构抵抗变形的能力。从结构概念设计的角度看,内力传递途径越直接,结构刚度越大;内力分布越均匀,结构刚度越大;内力越小,结构刚度越大[1]。例如:对于深基坑工程采用钢管内支撑,若基坑宽度大于20 m,一般考虑在钢支撑跨中部位增加临时立柱,通过减小跨度,增大钢支撑的刚度,防止失稳破坏。
(二)注重理解公式参数的物理含义
钢筋混凝土结构设计是一门理论结合试验研究的学科,涉及公式多。在教学中,可以简化公式的理论推导过程,着重强调对公式的理解,特别是对公式中重要参数物理含义的理解。例如:在钢筋混凝土单筋矩形梁正截面承载力计算中,首先讲清楚梁正截面受弯的三个阶段,然后引导学生理解适筋梁承载力计算公式Mu=α1fcbx(h0-x/2)时,参数x的物理含义是梁受压破坏时受压区混凝土的高度,其值最大为ξb,进一步启发学生计算出适筋梁最大配筋率为α1ξbfc/fy。由此,还可以引申以下规律:(1)混凝土强度等级,钢筋强度等级一定,加大截面的有效高度h0可增大梁的正截面抗弯能力;(2)钢筋强度等级一定,梁截面一定,其最大抗弯能力为Mu=α1fcbx(h0-x/2),适当采用高等级混凝土对梁正截面抗弯有利;(3)钢筋尽量布置为单排,在梁截面一定的情况下,不但有利于施工,对增大h0也有利;(4)梁钢筋、混凝土强度等级一定,截面高度一定,若设计弯矩大于α1fcbξb(h0-ξb/2),则只能采用双筋截面梁。
(三)注重总结规律
《工程结构》教材[2]中含有大量的表格,教学中要指导学生阅读表格,并进行纵向横向比较,总结规律。例如:通过阅读钢筋混凝土轴心受压构件稳定系数值表(表1),可以得到以下结论:圆形截面短柱(长细比l0/d≤7)的稳定系数值φ=1.0,圆形截面长柱(长细比l0/d>7)
随着长细比的增大,稳定系数φ值逐渐减小。通过阅读砌体抗压强度设计值表格(表2),可以得到以下规律:对于同类砌体材料,若材料强度等级一定,砂浆强度等级越高,砌体抗压强度设计值越大;若砂浆强度等级一定,砌体材料的强度等级越高,砌体的抗压强度设计值越大。
(四)注重讲解工程参数取值的依据
受篇幅限制,《工程结构》教材[2]
各类设计表格仅列出工程参数取值,但较少解释其取值来源或依据,授课教师要择其重点进行讲解。例如:《砌体结构设计规范》[4] 第3.2.3条规定“对于无筋砌体构件,其截面面积小于0.2 m2时,γa(砌体强度设计值调整系数)为其截面面积加0.8”,其原因是砌体构件面积过小,受各种偶然因素影响(截面缺口,构件碰撞),可能导致砌体强度降低,因此,需对砌体强度设计值乘以γa进行折减。
四、课程教学手段
(一)工程实景照片的应用
工程结构课程实践性强,尽管教材中给出了结构(构件)的布置图、示意图,但学生理解仍然困难,尤其单层工业厂房,构件种类多,连接形式复杂,是学习的难点之一。授课教师借助工程实景图片展示构件及其连接形式,起到了较好的教学效果。图1为轻钢厂房中门式钢架与檩条连接的实景图。
(二)动画及视频的应用
动画及视频能较好地体现结构构件在荷载作用下的破坏过程。通过观看混凝土偏心受压长柱破坏试验,能较好地理解整个破坏过程和破坏特征。采用动画演示先张法、后张法施工工艺过程,能使学生对预应力混凝土结构的设计目的、受力特点形成完整认识。
(三)结构模型的应用
由于工程造价专业二年级学生尚未接触实际工程,尤其对钢结构工业厂房建筑结构的细部节点构造理解困难。在教学中借助3DMax计算机软件良好的建模功能,展示钢结构细部构造及其连接。图2为钢结构主梁与次梁连接的3D模型。
(四)结构计算软件的应用
为弥补学生在结构计算能力方面存在的不足,在课堂教学中引入“理正结构工具箱”软件,帮助培养学生相关技能,结构计算软件典型界面如图3。通过软件验算教材中的柱、梁、板、墙、楼梯、基础构件及砌体结构计算例题,让学生知晓计算过程,读懂计算书,学会根据所学的结构知识对其计算结果进行判断。
五、实践教学
工程结构是一门实践性很强的课程,在教学中要特别重视实践,培养学生的基本职业技能,创造机会让学生多接触实体工程,将理论知识与工程实践相结合。
(一)培养学生的施工图识图能力
识图是工程造价专业毕业生必备的一项基本职业技能。在先导课程建筑制图中,学生已掌握了一些建筑施工图、结构施工图的基础知识,但还未达到实践应用水平。在教学中重点讲解完整的钢筋混凝土结构、钢结构施工图,并专门讲解平法制图规则和识图方法,通过课堂讲授和课下作业,让学生熟练掌握结构施工图的识读方法。
(二)培养学生对问题的分析能力
在学习了梁构件的受力特点后,以武汉天河机场T2航站楼玻璃幕墙支承结构(如图4)为例,考察学生对问题的分析能力,讨论玻璃幕墙上的力的传递路径、支承结构的受力特点、支承结构的截面设计。最后授课教师给出点评:大面积的点式玻璃幕墙采用一系列平面桁架梁支承,这些平面桁架梁的工作性能类似于竖向简支梁,风荷载引起的弯矩在跨中最大,端部最小,桁架梁的截面呈抛物线,与弯矩图匹配,因此,平面桁架梁设计合理,轻巧美观。
(三)利用地域优势开展工程实践
武汉科技大学校位于武汉市青山区,距武汉火车站、武汉天兴洲长江大桥、武汉钢铁集团公司较近。在工程结构实践教学中,教师特别注意发挥地域优势,引导学生进行工程实践。例如:布置课后作业考察武汉火车站的屋盖结构,绘制简图并分析其设计特点。通过实践,学生能较好地掌握拱结构、网壳结构的受力特点及应用特性。在学习了桥梁基本组成和分类知识后,要求学生实地考察武汉天兴洲长江大桥,直观了解斜拉桥的结构体系和受力特点。
六、结 语
笔者论述了工程结构课程的理论和实践教学方法,提出了以培养工程造价专业学生基本职业技能和分析处理问题能力为目标,建立结构体系,强化结构分析的基本概念和方法的理解,综合运用多媒体提升教学效果的教学方法,以加强学生运用理论指导工程实践的能力。
参考文献:
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[4] 中国建筑东北设计研究院有限公司.GB 50003-2011 砌体结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.
Research on teaching methods of engineering structure course for junior college students of engineering cost management
YU Hongliang
(School of Management, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, P.R. China)
Abstract:
优化教学内容设计
以“必需、够用、适度”为指导思想,[4]对传统教学内容结构进行了优化和取舍,将教学内容融合为结构设计方法、结构材料、基本构件、结构设计、结构抗震设计基础、结构施工图等新教学模块。以结构基本原理、结构基本构件的计算、钢筋混凝土楼盖、钢筋混凝土框架结构、砌体结构、钢结构和结构施工图为教学重点。对工程管理专业的学生,抓住各类“建筑结构”基本原理和设计应用核心,对重点理论部分进行详细讲解,注重结构概念,强化结构布置的基本要求和建筑构造教学。在传授学生知识技能的过程中,围绕课程模块内容核心,以一些典型的受力状态作为重点,并加以透彻的讲解。构造教学应该着眼于理解,讲清为什么,特别是其中的力学道理。现有“建筑结构”的教学内容,未能很好地体现“建筑结构”工程应用能力培养,而且忽视学生结构施工图识图能力的培养。[5]识图能力是工程管理专业学生的核心能力之一。围绕结构施工图识图能力的培养,在教学过程中应增加结构施工图的识读等教学内容。注重讲授混凝土结构、砌体结构、钢结构三种结构施工图的图示与识读方法。其中,以钢筋混凝土结构施工图平面整体表达法和系列图集为重点教学内容。
课程教学方法探索
1团队式教学模式
高校教师实际教学工作中各有侧重,有的以混凝土教学为主,有的以钢结构教学为主,有的以从事“建筑结构”抗震教学为主。根据课程内容特点,结合教师具备的实际工程经验和主讲课程优势,整合优秀教学资源,采用团队教学模式,即“建筑结构”课程按混凝土结构、钢结构、砌体结构和结构抗震等四大课程中主讲教师组成的课程小组,共同承担和完成授课任务,改变传统由单一教师主讲的授课模式。课程由资深教授负责人牵头,组织和编制教学资料,集体备课、案、统一讲稿、统一课件。针对“建筑结构”课程内容特点划分如下教学部分:结构设计原理和方法教学模块;混凝土构件和结构计算模块;钢结构模块;砌体结构模块;“建筑结构”抗震和地基基础模块;工程项目案例教学模块。课程各部分内容主讲教师根据自己经验和专长,优化课程内容和讲课方式,弥补了采用单个教师授课时对部分教学内容的生疏或具体实际工程经验的不足,相对更容易使学生掌握课程主要内容和强化相应的结构概念和工程应用能力,获得较好的教学效果。
2面向项目教学模式
面向工程项目教学模式,就是围绕真实的典型工程设计和实施案例连续地组织授课内容,可使各部分相对独立的课程内容更显内在逻辑性和更具工程直观性,会使学生更容易接受“建筑结构”工程的理论知识。教师根据教学模块内容要求引入具体工程案例,以工程案例为基本教学背景,将学习者引入工程实践的情境中。教学工程案例应具有很强的实践性,要蕴含工程实践的理论、原理和方法,要具有新颖性、时效性、背景清晰等特征。[6]课程教学采取案例引入、任务驱动、实际项目训练等教学模式。教学实施过程充分体现能力训练、支撑知识学习、工程应用能力整合。具体教学实施内容如下:能力训练项目内容,尽可能根据工程实际设计和选取;单项能力训练与理论知识学习融为一体,实现了一体化教学;工程应用能力培养以真实的工作任务为载体,实行了项目引导、任务驱动式的教学;整个教学从课内到课外,围绕工程应用型人才培养目标,形成了真实场境为载体、课内外能力训练并举、项目引导、任务驱动式的实践教学模式,突出了应用型工程人才教学培养的特点。具体例如通过7层的底层框架商住楼(框架结构-砌体结构)来进行实际工程项目教学,案例中的平面柱网布置图、平面楼板配筋图、梁平面配筋图、楼梯结构图等就使“混凝土结构”课程中的受弯构件正截面、斜截面承载力计算和受压构件承载力计算及梁板结构等成为主要能力训练项目内容。通过案例教学内容实际化、具体化,范例很直观地展示了建筑工程中梁、板、柱及楼梯等构件的平面布置和钢筋的设置要求,使学生更容易理解课本中的基础理论知识。分析项目中框架和砌体结构在使用过程中材料、施工及建筑构造处理措施对保证工程质量的重要性。尤其是结合框架和砌体结构由于材料、施工及构造处理不当而引起工程质量事故案例分析,培养学生工程项目分析和解决一般结构问题的能力。同时,通过作业、录像、参观、生产实习等实践环节,增强感性认识和加强理论与实际的联系,逐步培养实际应用和综合分析的能力。[7]教学中采取“项目导向”教学方法,以实际工程对象为目标,实施课程教学,普遍受到学生的欢迎。在课程教学实践中进行了该教学方法的应用,取得了很好的教学效果。通过在项目教学模式实践教学过程中,提供给学生灵活运用课程现有知识去分析、解决工程实际具体问题的实践平台,逐步培养学生实际应用和综合分析的能力,构建工程管理专业学生的结构知识体系。
结束语
关键词:建筑结构;团队式教学模式;工程项目教学
作者简介:胡尚瑜(1981-),男,湖南永州人,桂林理工大学土木与建筑工程学院,讲师;
覃荷瑛(1972-),女,湖南邵阳人,桂林理工大学土木与建筑工程学院,副教授。
基金项目:本文系新世纪广西高等教育教学改革工程项目“构建与注册师制度相适应的土木工程专业课程体系建设研究与实践”(项目编号:2011JGA056)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)14-0107-02
“建筑结构”是工程管理专业的一门重要专业基础课。课程内容主要包括建筑结构概论、混凝土结构构件、砌体结构和钢结构、钢筋混凝土结构和地基基础、建筑结构抗震设计等五部分。在该门课程的学习期间,学生需掌握钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构等三大结构的设计原理、设计方法和建筑结构的选型、地基基础、抗震设计的基本知识,并能进行一般的常用结构和构件的设计。由于这门课程内容繁多、覆盖面广,加上教学课时数的限制,对于工程管理专业学生来说,想要全面掌握其设计理论和计算方法,存在着较大的难度。如何改进“建筑结构”课程的教学设计和提升教学效果,并使得工程管理专业学生对建筑结构理论和工程实践具有较准确的理解和掌握,对于培养具有良好结构素养和工程应用能力的复合型工程管理人才具有重要意义。笔者从优化课程教学内容,应用团队式教学模式和改进教学方法等方面对“建筑结构”课程进行了系列探讨。
一、“建筑结构”课程教学存在的问题
1.教学内容的设计不足
课程主要内容基本是由传统的混凝土结构、砌体结构、钢结构、建筑抗震等几门课程简单“拼盘”组成,未能摆脱以培养结构设计人才为目标的内容框架。[1-2]然而由于工程管理专业学生相对缺乏理解结构设计原理与建筑构造、施工技术、力学原理及材料特性等结构概念的思维,以及缺乏相应的建筑材料、建筑力学、施工技术等课程作为对接课程的内容支撑,加大了学习难度,极易使他们对“建筑结构”课程产生畏难情绪,这极大地影响了学生的学习兴趣和教学质量的全面提高。如何加强建筑结构与建筑材料、建筑力学、施工技术等课程的内在联系,对于提升学生结构素养和工程应用能力具有重要意义。
2.教学内容广度与深度难兼顾
从广度上来看,“建筑结构”课程涵盖钢筋和混凝土材料的力学性能、结构设计基本计算原则、钢筋混凝土基本构件的计算和构造要求、梁板结构、单层工业厂房、多层框架以及钢结构、结构抗震构造和地基基础工程等专业基础知识,另外还融合了理论力学、材料力学、结构力学、建筑材料等课程的内容。[3]同时课程内容存在“五多”,即概念多、公式多、系数多、符号多、构造规定多。在有限的课时里,如何合理将“建筑结构”课程讲授的广度与深度有机地统一起来,是进一步提高本课程教学效果的一个突破口。
二、优化教学内容设计
以“必需、够用、适度”为指导思想,[4]对传统教学内容结构进行了优化和取舍,将教学内容融合为结构设计方法、结构材料、基本构件、结构设计、结构抗震设计基础、结构施工图等新教学模块。以结构基本原理、结构基本构件的计算、钢筋混凝土楼盖、钢筋混凝土框架结构、砌体结构、钢结构和结构施工图为教学重点。对工程管理专业的学生,抓住各类“建筑结构”基本原理和设计应用核心,对重点理论部分进行详细讲解,注重结构概念,强化结构布置的基本要求和建筑构造教学。在传授学生知识技能的过程中,围绕课程模块内容核心,以一些典型的受力状态作为重点,并加以透彻的讲解。构造教学应该着眼于理解,讲清为什么,特别是其中的力学道理。
现有“建筑结构”的教学内容,未能很好地体现“建筑结构”工程应用能力培养,而且忽视学生结构施工图识图能力的培养。[5]识图能力是工程管理专业学生的核心能力之一。围绕结构施工图识图能力的培养,在教学过程中应增加结构施工图的识读等教学内容。注重讲授混凝土结构、砌体结构、钢结构三种结构施工图的图示与识读方法。其中,以钢筋混凝土结构施工图平面整体表达法和系列图集为重点教学内容。
三、课程教学方法探索
1.团队式教学模式
高校教师实际教学工作中各有侧重,有的以混凝土教学为主,有的以钢结构教学为主,有的以从事“建筑结构”抗震教学为主。根据课程内容特点,结合教师具备的实际工程经验和主讲课程优势,整合优秀教学资源,采用团队教学模式,即“建筑结构”课程按混凝土结构、钢结构、砌体结构和结构抗震等四大课程中主讲教师组成的课程小组,共同承担和完成授课任务,改变传统由单一教师主讲的授课模式。课程由资深教授负责人牵头,组织和编制教学资料,集体备课、案、统一讲稿、统一课件。针对“建筑结构”课程内容特点划分如下教学部分:结构设计原理和方法教学模块;混凝土构件和结构计算模块;钢结构模块;砌体结构模块;“建筑结构”抗震和地基基础模块;工程项目案例教学模块。课程各部分内容主讲教师根据自己经验和专长,优化课程内容和讲课方式,弥补了采用单个教师授课时对部分教学内容的生疏或具体实际工程经验的不足,相对更容易使学生掌握课程主要内容和强化相应的结构概念和工程应用能力,获得较好的教学效果。
2.面向项目教学模式
面向工程项目教学模式,就是围绕真实的典型工程设计和实施案例连续地组织授课内容,可使各部分相对独立的课程内容更显内在逻辑性和更具工程直观性,会使学生更容易接受“建筑结构”工程的理论知识。教师根据教学模块内容要求引入具体工程案例,以工程案例为基本教学背景,将学习者引入工程实践的情境中。教学工程案例应具有很强的实践性,要蕴含工程实践的理论、原理和方法,要具有新颖性、时效性、背景清晰等特征。[6]课程教学采取案例引入、任务驱动、实际项目训练等教学模式。教学实施过程充分体现能力训练、支撑知识学习、工程应用能力整合。
具体教学实施内容如下:能力训练项目内容,尽可能根据工程实际设计和选取;单项能力训练与理论知识学习融为一体,实现了一体化教学;工程应用能力培养以真实的工作任务为载体,实行了项目引导、任务驱动式的教学;整个教学从课内到课外,围绕工程应用型人才培养目标,形成了真实场境为载体、课内外能力训练并举、项目引导、任务驱动式的实践教学模式,突出了应用型工程人才教学培养的特点。具体例如通过7层的底层框架商住楼(框架结构-砌体结构)来进行实际工程项目教学,案例中的平面柱网布置图、平面楼板配筋图、梁平面配筋图、楼梯结构图等就使“混凝土结构”课程中的受弯构件正截面、斜截面承载力计算和受压构件承载力计算及梁板结构等成为主要能力训练项目内容。通过案例教学内容实际化、具体化,范例很直观地展示了建筑工程中梁、板、柱及楼梯等构件的平面布置和钢筋的设置要求,使学生更容易理解课本中的基础理论知识。分析项目中框架和砌体结构在使用过程中材料、施工及建筑构造处理措施对保证工程质量的重要性。尤其是结合框架和砌体结构由于材料、施工及构造处理不当而引起工程质量事故案例分析,培养学生工程项目分析和解决一般结构问题的能力。同时,通过作业、录像、参观、生产实习等实践环节,增强感性认识和加强理论与实际的联系,逐步培养实际应用和综合分析的能力。[7]
教学中采取“项目导向”教学方法,以实际工程对象为目标,实施课程教学,普遍受到学生的欢迎。在课程教学实践中进行了该教学方法的应用,取得了很好的教学效果。通过在项目教学模式实践教学过程中,提供给学生灵活运用课程现有知识去分析、解决工程实际具体问题的实践平台,逐步培养学生实际应用和综合分析的能力,构建工程管理专业学生的结构知识体系。
四、结束语
笔者以工程应用型人才培养为目标,优化课程教学内容,以团队教学课题组组织教学,采用“任务驱动”、“项目导向”教学方法,构建工程管理专业学生结构知识体系和提升工程应用能力素质。教学实践证明,该教学方法能充分提高学生的学习积极性,拓展学生的工程实践能力,提升工程应用能力,可为学生形成将来在房屋建造、工程管理、工程监理、建筑设计、工程造价等岗位工作中所要求的结构分析能力奠定良好的基础。
参考文献:
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关键词: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。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、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。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。
参考文献
[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.
以“必需、够用、适度”为指导思想,[4]对传统教学内容结构进行了优化和取舍,将教学内容融合为结构设计方法、结构材料、基本构件、结构设计、结构抗震设计基础、结构施工图等新教学模块。以结构基本原理、结构基本构件的计算、钢筋混凝土楼盖、钢筋混凝土框架结构、砌体结构、钢结构和结构施工图为教学重点。对工程管理专业的学生,抓住各类“建筑结构”基本原理和设计应用核心,对重点理论部分进行详细讲解,注重结构概念,强化结构布置的基本要求和建筑构造教学。在传授学生知识技能的过程中,围绕课程模块内容核心,以一些典型的受力状态作为重点,并加以透彻的讲解。构造教学应该着眼于理解,讲清为什么,特别是其中的力学道理。现有“建筑结构”的教学内容,未能很好地体现“建筑结构”工程应用能力培养,而且忽视学生结构施工图识图能力的培养。[5]识图能力是工程管理专业学生的核心能力之一。围绕结构施工图识图能力的培养,在教学过程中应增加结构施工图的识读等教学内容。注重讲授混凝土结构、砌体结构、钢结构三种结构施工图的图示与识读方法。其中,以钢筋混凝土结构施工图平面整体表达法和系列图集为重点教学内容。
二、课程教学方法探索
1.团队式教学模式
高校教师实际教学工作中各有侧重,有的以混凝土教学为主,有的以钢结构教学为主,有的以从事“建筑结构”抗震教学为主。根据课程内容特点,结合教师具备的实际工程经验和主讲课程优势,整合优秀教学资源,采用团队教学模式,即“建筑结构”课程按混凝土结构、钢结构、砌体结构和结构抗震等四大课程中主讲教师组成的课程小组,共同承担和完成授课任务,改变传统由单一教师主讲的授课模式。课程由资深教授负责人牵头,组织和编制教学资料,集体备课、案、统一讲稿、统一课件。针对“建筑结构”课程内容特点划分如下教学部分:结构设计原理和方法教学模块;混凝土构件和结构计算模块;钢结构模块;砌体结构模块;“建筑结构”抗震和地基基础模块;工程项目案例教学模块。课程各部分内容主讲教师根据自己经验和专长,优化课程内容和讲课方式,弥补了采用单个教师授课时对部分教学内容的生疏或具体实际工程经验的不足,相对更容易使学生掌握课程主要内容和强化相应的结构概念和工程应用能力,获得较好的教学效果。
2.面向项目教学模式
教师根据教学模块内容要求引入具体工程案例,以工程案例为基本教学背景,将学习者引入工程实践的情境中。教学工程案例应具有很强的实践性,要蕴含工程实践的理论、原理和方法,要具有新颖性、时效性、背景清晰等特征。[6]课程教学采取案例引入、任务驱动、实际项目训练等教学模式。教学实施过程充分体现能力训练、支撑知识学习、工程应用能力整合。具体教学实施内容如下:能力训练项目内容,尽可能根据工程实际设计和选取;单项能力训练与理论知识学习融为一体,实现了一体化教学;工程应用能力培养以真实的工作任务为载体,实行了项目引导、任务驱动式的教学;整个教学从课内到课外,围绕工程应用型人才培养目标,形成了真实场境为载体、课内外能力训练并举、项目引导、任务驱动式的实践教学模式,突出了应用型工程人才教学培养的特点。具体例如通过7层的底层框架商住楼(框架结构-砌体结构)来进行实际工程项目教学,案例中的平面柱网布置图、平面楼板配筋图、梁平面配筋图、楼梯结构图等就使“混凝土结构”课程中的受弯构件正截面、斜截面承载力计算和受压构件承载力计算及梁板结构等成为主要能力训练项目内容。通过案例教学内容实际化、具体化,范例很直观地展示了建筑工程中梁、板、柱及楼梯等构件的平面布置和钢筋的设置要求,使学生更容易理解课本中的基础理论知识。分析项目中框架和砌体结构在使用过程中材料、施工及建筑构造处理措施对保证工程质量的重要性。尤其是结合框架和砌体结构由于材料、施工及构造处理不当而引起工程质量事故案例分析,培养学生工程项目分析和解决一般结构问题的能力。同时,通过作业、录像、参观、生产实习等实践环节,增强感性认识和加强理论与实际的联系,逐步培养实际应用和综合分析的能力。[7]教学中采取“项目导向”教学方法,以实际工程对象为目标,实施课程教学,普遍受到学生的欢迎。在课程教学实践中进行了该教学方法的应用,取得了很好的教学效果。通过在项目教学模式实践教学过程中,提供给学生灵活运用课程现有知识去分析、解决工程实际具体问题的实践平台,逐步培养学生实际应用和综合分析的能力,构建工程管理专业学生的结构知识体系。
三、结束语