十種方法激發學生對“建筑結構抗震”課程的興趣

摘要：“建筑結構抗震”是一門理論性、綜合性、實踐性很強的專業課，如果采用傳統的教學方法則難以引起學生興趣。從課程本身和聽課學生的特點出發，總結了十種激發學生學習興趣的具體教學方法：通過圖片、新聞視頻、實驗錄像、計算機程序等現代化的多媒體資料沖擊學生的視聽，用工程實例、生活小例和學生所關注的問題集中學生的注意力，采用課堂討論、課堂習題、規范總結等方式啟發學生思考。多種方法的綜合運用，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：建筑結構抗震；激發興趣；教學方法

作者簡介：吳琛（1978-），女，福建福州人，福建工程學院土木工程系，副教授。（福建 福州 350108）

基金項目：本文系國家自然科學基金資助項目（項目編號：51108083）、福建省自然科學基金項目（項目編號：2010J05103）、福建省教育廳A類科研項目（項目編號：JA08173）、福建工程學院教育科學研究項目（項目編號：GB-K-11-14）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）31-0072-02

我國近年來的地震震害表明：建筑工程的抗震設防是目前減輕震害最直接、有效的方法。[1]因而，對于土木工程專業的學生而言，“建筑結構抗震”是一門重要的專業課。這門課程的內容涉及了地球物理學、地質學、地震學、結構動力學、工程結構學等多方面的知識，綜合性強，具有一定的學習難度。[2，3]同時，這門課程學時數少，而且開設在第七學期，此時學生正忙于就業或考研。作為教師，思考如何采用多樣化的教學手段激發學生的學習熱情，讓處于焦躁狀態的學生靜下心來利用有限的課時學習這門既重要又有難度的課程是很有必要的。筆者在近幾年的抗震課教學中，嘗試了以下幾種教學方法，取得了一定的成效。

一、展示歷史震害，激發專業責任感和求知欲

每門課程的第一節課都很關鍵，它可能影響到學生整個學期的聽課興趣。抗震類課程的教材一般開篇即講述地震的類型、成因等工程地震學知識，[4]難以吸引學生的注意力。如改變思路，第一課以汶川地震、玉樹地震、日本大地震等近年來被大家所熟知的地震震害圖片開場并加以原因分析，就能帶給學生視覺上的震撼，使他們意識到建筑工程抗震設防的重要性，從而產生強烈的專業責任感和求知欲望。

二、收看新聞視頻，解釋地震術語

“震級”、“震中烈度”、“震源深度”等是抗震課上學生必須掌握的地震術語，但一味地從文字上去定義這些術語就會導致學生死記硬背、概念不清。筆者在講解這一知識點時先引入一段2011年3月11日日本東北部海域發生里氏9.0級地震并引發海嘯的新聞視頻，由學生們找出新聞中出現的地震術語，然后加以解釋，最后引導學生們用專業的眼光重新解讀這則新聞，這種教學方法不僅生動有趣而且印象深刻。

三、觀看實驗錄像，講解破壞機制

“強柱弱梁”與“強梁弱柱”是抗震框架的兩種主要破壞機制，用語言描述它們的差異顯然空洞而枯燥。日本防災科學技術研究所曾做過一個六層三跨的框架結構振動臺實驗，分別展示了兩種機制的破壞現象。這段實驗錄像的播放極大地吸引了學生們的興趣，他們邊看邊討論著實驗的過程和結果，最后還能準確地總結出兩類破壞的特點、性質，達到了良好的教學效果。

四、編寫計算機程序，分析地震反應譜

反應譜是抗震設計的基礎，曾被美國加州大學Chopra教授稱為地震工程中的核心概念，[5]如果學生不能明白反應譜的由來，就很難正確理解其含義。鑒于此，筆者用MATLAB語言編寫了單自由度體系在地震動作用下的時程分析程序，并在課堂上通過依次改變結構自振周期，繪制出多條反應時程，最后由學生自己找出各時程曲線中的最大值，繪制出最大值與自振周期的關系曲線，即地震反應譜。程序演示和反應譜繪制吸引了學生的注意力，使他們能夠很好地把握反應譜的兩個關鍵點：它是單自由度體系的反應量；它反映的是反應量最大值與自振周期的關系。

五、引用工程實例，講解概念設計

工程類學生往往重“參數設計”，輕“概念設計”。為幫助學生理解“概念設計”的重要性及其涵蓋的內容，可采用案例教學法。例如：在說到建筑結構體形要求時，引用了1972年馬那瓜地震中，18層的美洲銀行大廈因平面規則、對稱，震后損壞輕微，而與之僅一街之隔的15層中央銀行大廈卻因體型不規則導致損毀嚴重的工程實例。又如在說到場地選擇時，引用了1920年寧夏海原地震中處于黃土梁上的牛家山莊，其烈度比一公里外處于渭河谷底的姚莊高出2度的實例，從而說明場地選擇應盡量避開不利地段。這些真實的工程案例不僅能引起學生們對“概念設計”的重視，而且使學生對抗震設計所應遵循的基本原則也能記憶深刻。

六、列舉生活小例，闡述復雜機理

抗震課的教學中會遇上一些抽象、復雜的理論，如能聯系日常生活中常見的自然現象加以解釋則能事半功倍。例如，飽和砂土、粉土的液化機理是一個較難理解的知識點，但大家在生活都有這樣的經驗：拍打盛滿干砂的杯子，砂子就會緊實而表面下沉，但如果振動砂粒間充滿水的飽和砂，就看不到這樣的現象。從這一生活小例就能使學生聯想到，飽和砂粒在地震時趨于緊實，孔隙水因不可壓縮壓力不斷上升，土的有效應力隨之減小直至失去承載能力，這就是液化。授課時，只需準備一杯干砂、一杯濕砂，通過拍打演示即可將復雜的理論變得簡單明了，學生的聽課興致自然高漲。

七、結合“一注”真題和畢業設計，提高學習積極性

一級注冊結構工程師執業資格考試和第八學期就要迎來的畢業設計是學生十分關心的兩個方面。因此，在授課時只要結合“一注”考試或畢業設計進行教學，學生總是非常感興趣。例如在講解框架柱的體積配箍率驗算時，與其用多條枯燥的條文規范去詮釋它，不如引入一道真題，這將使學生驚訝于這樣一個簡單的公式在參數取值上居然還蘊藏著許多的陷阱，枯燥的條文規范就會變得真實生動起來。又如在講軸壓比的限值時，告訴學生曾在往年畢業設計中出現軸壓比超限但是不知如何調整的先例，學生定會踴躍討論解決方法。這些講課中的小插曲，可使學生快速集中注意力，牢固掌握知識點。

八、組織課堂討論，啟發學生思考

傳統以老師講授為中心的教學方式常常導致學生在聽課的中途走神，難以掌握知識要點。以“底部剪力法”的教學為例，常有學生因沒有明確該法的基本原理和修正前提而盲目套用公式。因而，組織課堂討論使學生由被動接受知識變成主動思考。筆者先交代了這種方法的適用范圍和基本假定，而后提出問題：如果是長周期結構和頂部帶有突出屋面小建筑物的結構，與適用范圍或基本假定是否存在矛盾？而后啟發學生共同參與課堂討論。學生們找到矛盾處之后即可水道渠成地引出頂部附加集中力修正和鞭梢效應修正。在課堂討論的過程中，學生對于知識點的理解更加透徹深入。

九、演示課堂習題，解決實踐難題

抗震設計具有很強的實踐性，僅從理論分析難以理清設計思路，學生也常因在某一設計環節思路受阻從此對整個課程的學習失去信心。例如，“三強三弱”的內力調整問題一直是抗震設計中的重點和難點。從以往的教學經歷來看，由于步驟復雜，教師在詳細闡述了內力調整的方法后，學生仍會感到思路混亂。因此，注重理論與實踐的結合，在理論講解之后適時地配上一道課堂習題，演示工程實例的內力調整過程，就能有助于學生理清思路，掌握要點，思想上不再懼怕難題，順利完成整個課程的學習。

十、引導學生歸納總結，掌握知識要點

“抗震措施”和“抗震構造措施”是抗震設計的要點，但這兩個概念既有聯系又有區別，初學者非常容易混淆。筆者在講解這兩個概念時，首先闡明各自所涵蓋的內容以及二者的包含關系；緊接著帶領學生詳讀與之相關的條文，使同學們認識到二者的區別；課后要求學生依據規范條文，匯總各烈度區各類建筑的抗震措施以及各種場地所對應的抗震構造措施。在自己歸納總結的過程中，學生加深了對這兩個重要概念的理解，而且也培養了他們積極學習的能動性。

十一、結語

“建筑結構抗震”是一門理論性、綜合性、實踐性很強的課程，教學中必須摒棄傳統的教學思想，形成良好的現代教學理念，方能激發學生的聽課興趣，提高學習積極性。筆者在教學實踐中，嘗試通過圖片、視頻、錄像、計算機程序等現代化的多媒體資料沖擊學生的視覺和聽覺，用工程實例、生活小例和學生所關注的問題集中學生的注意力，采用課堂討論、課堂習題、規范總結等方式啟發學生思考，營造師生互動的教學氛圍。多種教學手段的綜合運用對于激發學生對抗震課的興趣、提高教學質量起到了推動作用。

參考文獻：

[1]國家標準建筑抗震設計規范管理組.建筑抗震設計規范（GB50011-2010）統一培訓教材[M].北京：地震出版社，2010.

[2]王建強，曾力，趙湘育.建筑結構抗震設計教學探索[J].高等建筑教育，2010，19（2）：122-124.

[3]陳連云.建筑抗震設計課程教學研究[J].赤峰學院學報（科學教育版），2011，3（6）：160-162.

[4]郭繼武.建筑抗震設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[5]Anli K.Chopra.結構動力學：理論及其在地震工程中的應用[M].謝禮立，呂大剛，等譯.第二版.北京：高等教育出版社，2005.

（責任編輯：劉輝）