水工钢筋混凝土结构设计在港航专业中的教学研讨

    刘伟 刘楠

    摘 要：钢筋混凝土结构设计是大土木类专业的一门重要专业课程，在港口、航道及海岸工程专业中，该课增加水工二字，又独具特性。本文通过分析、讨论教学方法、教学实践等一系列教学改革，让学生在有限学时内，牢固掌握水工钢筋混凝土结构的基本理论，有效提高学生工程实践应用的能力，为培养专业的港航人才做准备。

    关键词：水工钢筋混凝土结构设计; 教学改革; 港航专业

    中图分类号：TV33-4 ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ?文章编号：1006-3315（2019）03-162-002

    1.课程教学现状

    水工钢筋混凝土结构设计是高等学校港口、航道与海岸工程专业的一门重要专业课程。水工钢筋混凝土结构主要应用于水利工程、港口工程、近海工程等，与一般土木工程类钢筋混凝土结构设计课程内容高度重合，但又独具特点，其对结构限裂和裂缝开展宽度有更高的要求。该课程要求学生在掌握三大力学及一定的高数知识基础上，理解和掌握水工钢筋混凝土结构设计基本理论，并在确定相关规范计算公式来源的基础上进行钢筋混凝土结构设计，是一门理论性和实践性都较强的应用性学科。

    水工钢筋混凝土结构设计课程公式、图表、规范条文较多，具有内容丰富、知识点细而繁、构造形式复杂、与工程实际联系密切、工程应用性强等特点，按照现行本科教学大纲的要求，钢筋混凝土结构教学的学时相对有限，教师课堂教学的时间主要用于对钢筋混凝土结构基本理论知识的讲解，没有足够的时间加强学生的力学知识，并把理论知识应用于实践。多年教学以来，在众多专业课中，水工钢筋混凝土结构设计课程的考试成绩一般，其课程设计对学生来说也是较难的考验，且在后续课程港口水工建筑物课程设计及最终的毕业设计过程中，学生表现出了对本课程知识的实践应用掌握的并不熟练。此外，港航工程采用的国家规范是《水运工程混凝土结构设计规范》（JTS151-2011），但考虑到本专业学生有很大部分从事水利工程，在水工结构设计方面，还有电力系统的《水工混凝土结构设计规范》（DL/T5057-2009），和水利系统《水工混凝土结构设计规范》（SL191-2008），在授课过程中也要涉及到不同规范的区别，更增添了课程的难度。如何尽可能在有限学时内，帮助学生牢固掌握水工钢筋混凝土结构的基本理论，同时有效地提高学生在港航工程、水利工程中的实践应用能力，是水工钢筋混凝土结构课程教学研究的重要课题。这对学生毕业后尽快适应社会对水工钢筋混凝土结构人才的需求有着重要的现实意义。

    2.课程改革理念及思路

    水工钢筋混凝土结构设计课程的改革将通过合理安排学时，理论教学和实践教学环节并重等几个方面入手，使学生扎实掌握水工钢筋混凝土结构基本理论，并具备其充分应用到水工结构设计中去的能力。

    2.1教学内容改革

    水工钢筋混凝土结构课程教学内容多，知识点多，涉及面广，而教学学时有限，因此，教学中要精简内容，突出重点、难点知识，并结合国内外著名工程进行讲解，如三峡工程、港珠澳大桥、迪拜第一楼哈利法塔等，增加学生的学习興趣，培养学生的工程意识，提升学生的专业荣誉感，调动学生的积极性。同时，适当补充教材中没有的新知识和学科前沿动态信息，拓宽学生视野。精简、优化课程教学内容，突出讲解重点理论，讲透难点知识，避免教学资源的浪费。在精简课程内容的同时适当增加当前国内外的高新技术研究及其在实际工程中的应用，鼓励学生去搜集相关信息，拓展学生思维，增加学生的创新意识，培养学生的创新能力。在学生的短期发展上，为参加大学生创新创业竞赛、结构设计大赛等校内外比赛提供知识储备，长期发展上，则为学生的职业规划添砖加瓦。如利用建筑信息模型（BIM）技术，实现装配式混凝土结构的设计、生产、运输、装配、运维的信息交互和共享。

    2.2教学方法改革

    2.2.1精炼课堂。（1）充分研究教材内容与前后课程的衔接，简单回顾已学知识，提炼新知识点。水工钢筋混凝土结构设计是在先导课材料力学、结构力学、建筑材料等专业基础课的基础上，探讨钢筋混凝土材料在工程中如何设计及施工的课程。为在有限学时达成课程标准确定的目标，教师必须强调教学重点，提炼知识点。例如钢材和混凝土材料的力学性能及指标，先导课中已经都有充分讲授，那么在这节课中，在复习旧知识点的基础上，重点探讨钢材和混凝土的区别及两材料如何通过粘结共同工作。又如水工钢筋混凝土结构受弯构件正截面承载力是基于材料力学中的平截面假定进行分析的，可简单回顾平截面假定的含义，重点放到该假定在本节知识点的应用上。此外，对于港航学生而言，还要注意各规范之间的区别，并明白这些区别并不是根本性的理论的区别，而只是一些小差异。

    （2）准备试验视频及工程案例。在本课程中，各钢筋混凝土构件受力后破坏的形态均有相应视频可供学生观看，使学生直观立体地了解各钢筋混凝土构件从未开裂-开裂-裂缝开展-混凝土构件破坏的步骤，观察裂缝出现的位置、裂缝开展的趋势以及裂缝的间距，使其与理论相结合，理解配筋量及配筋的位置对按两种极限状态设计钢筋混凝土构件的意义。此外，还要提供同理论配套的工程案例供学生学习和思考。恰当的工程案例可以极大地提高学生学习相关理论知识的兴趣。学生通过对比分析自己的设计同工程案例设计之间的差别，可发现不足，增强对理论知识的理解，丰富设计经验，提高解决工程实际问题的能力。例如在绘制配筋图时，有些同学绘制的箍筋和纵向受力筋有很大距离，为什么这样绘制不行？通过对比案例中的配筋图，及钢筋骨架的立体图，使学生发现自己的错误，并更加深入地理解箍筋的作用。又如在工程监理时，发现有工人贪图方便，违规使用海沙制作钢筋混凝土构件，敦促学生思考这样做为什么不可行。通过思考，使学生掌握了混凝土结构耐久性要求中的具体知识。通过种种实际工程案例，使学生的学习热情极大提高，知识点的掌握更加牢固，将课堂知识转化成学生的内功，实现知识与能力系统的自我建构。

    （3）课件编写。目前课堂授课主要采用PPT形式。这种方式传授知识量大，随着幻灯片的播放，学生容易前后知识点失去联系，爱走神犯困。那么在课件的编写上要充分注意这个问题。如绘制本节课的内容流程图，每个知识点的讲解都将从这个流程图上调动出来;将学习目标、重难点清楚地进行色彩标记，精简文字;播放小动画模拟荷载作用下构件的应力-应变变化等，通过充分调动视觉、听觉来吸引学生关注等。这些小技巧虽然会需要教师付出较多时间和精力，但能帮助学生理解知识点，增强学习效果。

    2.2.2网络教学。基于当今时代的发展，互联网的广泛使用，我校建立了便于师生沟通的网络教学平台。该平台除了可实现学生布置作业、发布PPT课件、发表论点等基本功能外，教师还可设置连接网络资源如国家精品课程作为学生的课外知识延展、上传有争议的课程前沿问题作为论点供学生讨论、提供各种相关规范和职业考试试题供有余力的学生学习和探索。

    借助网络技术可促使学生自主学习，将学习内容细分、将相关知识拓展，增加学生的学习效益。通过踊跃留言、发帖讨论、给教师发私信等方式，开展互助式学习和自助式学习，使学生得到最大化的帮助，快速解决学习中遇到的问题，积极思考，提高学生的学习能动性。

    2.2.3实践教学。目前，水工钢筋混凝土结构设计课程的实践教学环节主要包括钢筋混凝土结构课程设计和毕业设计两个方面。但在大三暑期的专业实习时，学生们普遍会接触到水工钢筋混凝土结构的施工、检测、监理等工作。

    （1）课程设计。水工钢筋混凝土结构课程设计安排在课程结束后的学期末进行，是钢筋混凝土结构教学的主要实践性环节。课程设计是对课程知识的综合应用。从荷载设计值的计算、最不利荷载组合、纵横向钢筋的配置、弯矩和剪力包络图的绘制及最终的施工图设计都有涉及。因此在授课过程中就注重把相关知识放到大设计中去讲解，比如在进行纵向钢筋的配置时，可选择的钢筋组合不是唯一的，这时给同学们铺垫一下，在随后进行斜截面受剪钢筋的配置时，为了方便横向钢筋抗剪弯起，就可以回到前面例题找到纵向钢筋的最佳配置方案。通过联系前后知识点的这种教学方式，使学生在学习过程中建立工程整体的概念，提高了将理论知识运用于工程实际的能力，可取得良好的教学效果。

    （2）毕业设计。港航专业的毕业设计一般是进行码头、防波堤、人工岛、护岸、船闸等水工结构的设计，这些都会使用到水工钢筋混凝土结构设计的知识。通过水工钢筋混凝土结构设计课程中理论与工程实例相结合的精心培养，学生的结构设计能力得到了很好的锻炼，在面对综合性应用所学知识进行毕业设计的时候就可以得心应手，一气呵成。

    此外，结合学生实习期间涉及到的钢筋混凝土结构知识，请实习归来的学生以讲座问答的形式对下一级学生进行讲解，强调课程中的各个知识点在实際工程中的作用和意义，极大地调动学生的学习积极性，增加学生学习的内驱力，端正学习态度，起到事半功倍的效果。

    2.3课堂教学方式改革

    钢筋混凝土结构课程的课堂教学模式目前是PPT教学，虽然动画演示非常清楚，但由于灯光昏暗，学生视觉疲劳，注意力不容易集中，且容易犯困。因此，在改革后的课堂教学模式中，将采用以教师PPT教学为主，以板书为辅，学生参与讨论的课堂教学模式，对板书不能体现的内容，如工程图片、表格、模型等，通过PPT向学生展示。而公式推导，力学知识分析，则以板书步骤分解和PPT动画相结合，加深学生对知识点的理解和掌握。在知识点的讲解结束后，提出历年来学生容易出错混淆的问题，让学生讨论，自己找到问题的解决方法，教师给予分析点评，充分鼓励和认可学生的努力思考。

    另外，课堂练习是水工钢筋混凝土结构课程必不可少的教学环节。课堂练习将以工程实例为原型，结合水工钢筋混凝土结构设计的理论知识，讲解实际工程中的结构设计方法。

    2.4成绩评定系统改革

    学习的目的是应用，因此，改变以往传统的期末考试成绩（70%）加平时成绩（30%，出勤、作业各占15%）评定方式，采用期末考试（50%）、平时成绩（30%）及过程考核（20%）的形式，最终的成绩由三部分组成：

    第一部分采用闭卷考试的形式，主要考查学生对基本理论知识的掌握情况，占总成绩的50%;第二部分考核主要为平时表现，通过详细记录学生平时的出勤，对学生作业完成情况及课堂回答问题的情况，其中作业完成情况通过网络教学平台进行考核，学生上交作业与否，作业完成情况如何，统计准确，节省教师工作量;第三部分进行过程考核，主要考核学生对知识的灵活应用和应用基础知识解决具体问题的能力，该考核是将本课程内容按教学周分为几部分，分别给出相关工程问题进行考核，允许学生看书和例题来进行结构设计，既考核了学生的掌握情况，也加深了学生对所学知识的印象，回顾了几周以来的学习内容，了解自己对该部分内容掌握的不足和缺陷，及时查缺补漏。同样，本部分考核通过网络教学平台完成。

    3.结论

    通过对水工钢筋混凝土结构设计课程进行四个方面改革，理论结合实践，充分调动学生积极性，激发学生学习内驱力、享受学习过程，使学生在有限的学时内，打下坚实的理论基础，掌握基础的钢混结构施工技术，具备一定的结构设计能力，为将来的职业生涯做好准备。