交通工程专业“混凝土结构设计原理”教学探索

    郑尚敏　童尚兰　程海根

    摘? ? 要：“混凝土结构设计原理”是交通工程专业一门重要的专业基础选修课程，涉及的概念及公式较多，理论性较强，学生学习压力大。文章从“混凝土结构设计原理”课程教学现状出发，对影响其教学效果的因素进行深入分析，提出提高该门课程教学效果的对策。

    关键词：混凝土结构设计原理;交通工程;教学改革

    中图分类号：G642.3? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? 文章编号：1002-4107（2020）03-0034-02

    “混凝土结构设计原理”是交通工程专业一门重要的专业基础选修课程，在培养学生掌握工程概念、设计方法以及解决实际工程问题的能力和创新意识等方面有着较重要的意义[1]。该课程与相关的课程联系较紧密，对学生构建完整的知识体系起到了重要的作用。本课程的主要内容包括钢筋混凝土材料的基本力学性能，钢筋混凝土结构设计的基本原理，钢筋混凝土构件的承载能力计算方法以及预应力混凝土结构的设计与计算方法等[2]。该课程具有概念、公式以及规范条文多，理论性较强等特点，学习前需要有足够的基础知识储备。作为选修课程，交通工程专业与土木工程专业的要求相比有所降低，教学上也需要采用不同的方式方法。根据专业的特点以及教学过程中遇到的问题，本文经过深入探讨提出提高该门课程教学效果的方法及措施。

    一、“混凝土结构设计原理”教学现状

    由于“混凝土结构设计原理”课程在课程内容的编排上存在较强的逻辑关系，首先介绍材料的物理力学性能，在认识材料力学性能的基础上学习结构设计原理，包括可靠性的设计理念以及基于概率的极限状态设计方法，之后再介绍钢筋混凝土结构的承载力计算方法。整个课程教学内容上的逻辑关系：首先必须先学习材料的物理力学性能，才能根据材料力学性能进行截面设计，然后运用力学知识对结构截面的力学平衡进行分析，建立基本力学方程。然而，华东交通大学交通工程专业“建筑材料”课程与“混凝土结构设计原理”是安排在同一学期，在进行材料物理力学性能学习前，材料的物理力学性能尚未学习，需要花费足够的时间对该内容进行讲解。此外，交通工程专业对力学的要求不高，“混凝土结构设计原理”课程学习前只进行“工程力学”课程的学习，大部分学生该课程的学习并不扎实，对基本的力学概念不够清晰，这也对“混凝土结构设计原理”中涉及力学分析部分的内容理解带来了一定的难度。

    目前，针对交通工程专业“混凝土结构设计原理”课程的教学，主要还是以书上的内容为主，由于课时的约束（仅48课时），遇到力学方面的基础知识默认他们已经掌握，有不清楚的地方要求学生自己课下查漏补缺，尽量将课本的知识按要求教授完成[3]。而实际教学过程中，学生的学习状况又如何？学习基础好的学生基本能跟上教师的节奏，按部就班地开展学习。然而，学习基础不好的学生，完全无法跟上节奏，涉及力学分析部分的内容，就像是在听天书，无法理解，課下也不会花时间来对课上不清楚的地方进行复习，下次课，就更听不懂了，就在这样的一个死循环中度过整个学期。

    传统的课程教学方法显然会让学生产生一定的厌学情绪，不利于课程的教授，更不利于课程的学习。对学生的知识体系的构建也是不利的。基于此，需要对现有教学方法进行深入分析，探讨更适合交通工程专业学生的教学方法，以期能达到师生的共同目标。

    二、提高“混凝土结构设计原理”教学质量的对策

    （一）加强力学理论知识回顾

    “混凝土结构设计原理”课程涉及构件设计部分内容的安排中，首先安排的是钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算[4]，该部分内容中涉及的截面基本力学分析以及基本方程的构建均是后面各章节内容分析的基础，所以学好该部分的内容对后续内容的学习具有较大的帮助作用。然而针对交通工程专业学生力学基础薄弱的问题，在教学过程中，在开展矩形截面受弯构件正截面承载力计算部分内容的教学前，一定需要花费一定的时间，帮助学生共同复习在力学课程中的基本力学知识，以帮助学生更好地理解受弯构件正截面承载力的计算图示的受力分析。

    从力学角度来说，该处的力学分析原理较简单，然而，交通工程专业的学生力学基础薄弱，对该部分内容中力学分析的理解较吃力。基于此，需要给他们讲解最基本的力学平衡以及力矩平衡原理，并详细讲解利用等效矩形应力图来代替实际的曲线形应力图，混凝土受压区高度对应的位置与截面中和轴之间的关系。

    作者在复习该部分内容时并未按照“工程力学”书中的内容做重复的讲解，而是通过一个经典的例子来进行力学知识回顾——通过阿基米德的一句经典的话“给我一个支点，我可以翘起整个地球”来给学生解释什么是力平衡，什么是力矩平衡。如此讲解，既提高了学生的听课兴趣，又很好地理解了力学中基本的力平衡与力矩平衡的概念。

    （二）改变传统授课方式，提高教学内容的形象性

    鉴于交通工程专业学生的课程设置、课时安排以及对该门课程的培养要求（无法进行试验教学），课程中涉及很多试验方面的内容，如混凝土抗压强度试验以及钢筋抗拉强度试验部分的内容，该部分的内容若是采用传统教学方法教授，只能为学生简单地讲解试验现象及过程，或者配合ppt辅助来展现整个试验过程，学生在学习过程中无法直观地感受试验现象。鉴于次，作者通过网络收集相关试验的视频资料，通过多媒体播放视频来加强学生对试验过程及现象的理解与认识，观看过程中结合教师的讲解及说明，学生可以很好地掌握该部分的内容。

    （三）突出课程的主要知识点

    “混凝土结构设计原理”课程的内容非常繁杂，既有各种规范规定的条目性要求，又有基于理论推导的计算公式，以及通过试验分析得出的经验性成果，所有的这些知识点对学生都很重要，理论上都应该被很好地掌握[5]。然而，该门课程作为交通工程专业学生的专业基础选修课程，其作用是串联相关课程知识点，构建知识体系，为专业课程的学习提供必要的基础，加上前期知识掌握较薄弱，以及教学课时安排不足（只有48课时）。基于此，交通工程专业的学生对该门课程的学习应该抓住主要知识点以及有一定深度的知识点，而规范条文类知识点以及数字、说明类知识点则可以让学生自己学习，把主要精力放在重要的、难于理解的知识点上，如受弯构件正截面承载力试验过程，以及基本计算方程的构建思路，T形截面的演变过程等。学生只要把重要的基本理论串联起来，其他的知识点即可很好掌握。

    （四）于“授业”中传递人生哲理

    “教师是人类灵活的工程师”，“师者，所谓传道，授业，解惑也。”从这两句话道出了教师的重要作用——教书、育人。大学教师同样肩负着这样的责任，在开展结构设计原理这门课的教学过程中，一方面要把专业知识教授给学生，另一方面还需要结合课程中的内容为学生讲授人生的道理，通過易懂的语言为他们传递人生哲学道理。如，讲到受弯构件设计的基本问题一节中，提到的基本假设中一点：“裂缝出现后，不考虑受拉区混凝土的抗拉作用，拉应力全部由钢筋承担。”从实际试验过程分析以及理论分析来看，开裂出现后，受拉区混凝土还是参与抗拉作用的，然而，若是理论中考虑了混凝土的抗拉影响，必然会增大分析的难度，得出的计算公式更不便于设计师利用，而且从试验结果分析可知，开裂后，混凝土参与抗拉作用非常小，理论分析中忽略该作用，既利于理论分析又为设计理论增加了一定的安全富余，所以说，该处的假设突出了问题的主要矛盾（抗拉作用主要还是由受拉钢筋来承担），体现了一个重要的哲学思想“解决问题要抓住问题的主要矛盾，忽略次要矛盾”，也是通过这个假设推演到学生平时的生活与学习中，遇到问题时，应该抓住问题的实质，抓住主要矛盾，这样更有利于问题的解决。

    （五）利用有限元软件提高学生学习积极性

    有限元软件目前已广泛应用于结构的力学计算中，土木工程专业还会特别开设相应的结构电算之类的课程[6]，为毕业设计做准备。针对交通工程专业的学生，由于工作性质不同，将来工作中可能较少会用到有限元方面的软件。然而，针对交通工程专业的结构设计原理课程的教学过程中，可以引入有限元软件来对试验部分的内容（混凝土立方体、棱柱体的抗压强度试验、钢筋抗拉强度试验、受弯构件破坏全过程试验等）进行模拟来提高学生的学习积极性，并通过软件的操作加深课本内容的理解。此外，掌握了软件的基本操作，在以后的学习工作中涉及较复杂结构力学方面的计算也可以直接通过软件来完成。

    “混凝土结构设计原理”作为理论与实践相结合的课程，对交通工程专业学生来说非常重要。由于该课程的要求目标的差异以及与基础课程衔接的问题，在进行该门课程教授的过程中需要更多地把主要内容，主要知识点教授给学生，把关键问题讲解透彻，并通过结合有效的教学方法，圆满完成该课程的教授，为交通工程专业学生以后的专业课学习打下坚实的基础。

    参考文献：

    [1]周孝军，杨虹，伍平.混凝土结构设计原理课程教学探讨[J].教育教学论坛，2015，（41）.

    [2]徐海宾，韩晓斌，姚小平.《混凝土结构设计原理》课程教学探讨[J].河北工程大学学报：社会科学版，2018，（1）.

    [3][5]郑玉国.“结构设计原理”教学激励机制的设计与评价[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2017，（2）.

    [4]张树仁，黄侨.结构设计原理：第2版[M].北京：人民交通出版社，2010：62-68.

    [6]周靖.钢筋混凝土梁受弯动态仿真在教学中的应用[J].赤峰学院学报：自然科学版，2018，（8）.

    收稿日期：2019-04-17

    作者简介：郑尚敏（1984—），男，安徽来安人，华东交通大学土木建筑学院讲师，博士，主要从事结构设计原理教学研究。