應用型人才培養模式下結構抗震設計教學思考與實踐

劉方成等

摘要：

圍繞能力培養這一核心目標，結合教學實踐經驗，總結了應用型人才培養模式下提高結構抗震設計課程教學質量，培養學生創新能力和工程實踐能力的一些思考與經驗，從提高學生興趣、改進教學方法、加強實踐環節、改革考核方式等方面進行了探索和實踐。

關鍵詞：結構抗震設計；能力培養；教學方法；實踐環節

中圖分類號：TU3-4 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2014）02007004

地震是地球上的主要自然災害之一，地震造成工程結構的破壞給人類帶來了重大的災難。就我國而言，近年來的多次地震造成了重大的損失，因此，工程結構的抗震問題再次引起社會的關注。為了防御地震災害，減少地震造成的生命財產損失，必須重視結構抗震問題。結構抗震設計是高校土木工程專業的一門重要專業課程，主要介紹地震的基本知識、地震作用的計算以及各類工程結構的抗震設計與抗震構造。結構抗震設計課程涵蓋的學科知識面廣、內容豐富，與規范聯系緊密，相對來說，學時較少，因此，在教學中教師對教學內容的側重與取舍有較大自由，但也同時增加了教學的難度，近年來各高校也加強了對結構抗震設計課程的教學研究[1-4]。

應用型人才培養是適應于我國目前經濟社會發展對人才實際需求的一種人才培養模式，這種人才培養模式的核心是注重對學生實踐能力和創新意識的培養[5]。在這種教育模式下，對實踐能力的培養應貫穿于實踐性教學和課堂教學的整個過程。結構抗震設計作為一門綜合性專業課程，在其教學過程中如何著眼于能力培養，既關系著結構抗震設計課程教學效果，也將直接影響結構抗震設計理論研究和實踐應用的發展。

一、激發學習興趣，為能力培養打下基礎

抗震課程總體來說屬于專業理論性較強的課程，學生容易產生

畏難情緒。這就要求課程的講授必須保持一定的活躍性與趣味性，避免課堂沉悶。在引起學生的學習興趣方面，第一堂課尤為重要。第一堂課中，可以首先通過大量的圖片、視頻等多媒體資料展示地震對工程結構所造成的巨大破壞及由此帶來的損失，讓學生切身體會抗震設防的重要性。在我國近期發生的幾次地震中，都是農村地區的民居、學校等結構破壞嚴重，不少學生來自農村，熟悉的房屋結構倒塌破壞會引起他們強烈的共鳴，增強學生對地震災害的感性認識。筆者利用查閱到的典籍文字、歷史圖片等資料，制作了中國地震歷史回顧的PPT，從公元前780年的陜西岐山“西周三川皆震，是歲也，三川竭，歧山崩”的地震記載，到汶川地震、雅安地震，讓學生從歷史事件中縱向了解地震帶來的巨大災難，從而對如何抵御地震災害產生強烈的求知欲，反響良好。在此基礎上，適時告知學生，按照相關力學基本原理進行抗震設計是抵御地震的最有效途徑。同時給學生介紹抗震課程的基本內容與框架，并明確課程學習的難點與重點，引導學生有針對性地復習和預習，為課程教學打下堅實基礎。

二、采用多種教學手段培養學生的綜合能力

（一）善用啟發式教學，培養學生的思考能力

在“灌輸式”的教學方式下，學生只是被動地接收，學習積極性不高。采用啟發式教學，不但可以調動學生學習的積極性，提高學習效率，而且能充分培養其思考能力。例如，

在學習基本烈度的概念時，先讓學生回憶之前學過的“基本風壓”、“基本雪壓”等概念，再引導學生思考：“同樣是對設計標準的預測，如何考慮不同地區地震發生的可能性及地震影響的大小？”之后再給予答案，向學生介紹基本烈度的概念。在學習地震作用的計算時，可以先讓學生思考：“在同樣的場地、同樣的地震輸入下，質量相同但寬胖不同的結構其地震作用是否相同？”學生憑直覺可以猜到應該是不相同的，但不清楚原理。

此時，引導學生應用結構動力學的知識建立單自由度彈性體系的運動方程，并分析該非齊次微分方程的定解參數，發現在干擾項（即隨時間變化的地面運動）一定的情況下，結構的反應與自身的動力特性（即自振頻率和阻尼比）有關，質量相同而寬胖不同的結構，其剛度不同因而自振頻率不同，地震反應自然也就不相同了。又如，在介紹不同結構的抗震設計和抗震措施時，先通過實例介紹不同結構的主要破壞特征和類型，然后啟發學生思考：“針對其破壞特征，應該從哪些方面來加強抗震設防？”

為了讓學生充分認識概念設計的重要性，在課程中應當突出強調地震的隨機性，包括設防烈度和地震參數的設定、場地的影響、計算模型的簡化等都存在不確定性，因此，抗震計算并不能唯一保證結構的抗震安全性。

講解時應結合一些工程實例，引導學生從結構選型、平立面布置、延性設計等方面分析在實際地震中的不同震害表現，并適時總結概念設計的基本原則。總之，通過層層設問、啟發引導式的教學，吸引學生的注意力，讓學生在問題面前積極思考，學會尋找解答問題的途徑與方法。

（二）利用網絡資源，培養學生查閱資料和自學的能力

結構抗震設計課程內容多，涉及面廣，在有限的學時內學好所有的課程內容非常困難。網絡信息資源豐富，為學習提供了另一個廣闊的寶庫。在結構抗震設計課程的教學中，安排一定的學習主題，引導學生利用網絡資料有目的地自主學習。一方面可以培養鍛煉學生查閱資料、閱讀理解、綜合概況的能力，另一方面也可以擴展學生的視野，培養其學習興趣。例如，在學習地震場地時，采用灌輸式教學，學生可能不理解場地分類的意義與必要性，而事先布置主題任務，要求學生查閱資料文獻，了解不同場地上結構震害的調查情況、場地對地表地震波特性及結構地震反應的影響，并提出自己的結論性意見。學生通過自學，了解場地的地震效應，從而對設計譜按場地分類進行區別。同理，在樁基的水平抗震設計方面，一般的結構抗震設計教材講得較少，而學生又比較感興趣，則可以給學生提供一些綜述性的資料文獻作引導，繼而布置學習主題讓學生查詢有關地震中樁基破壞的資料，在課堂上讓學生討論樁基的水平抗震問題。建議學生利用業余時間瀏覽《土木工程學報》《建筑結構學報》《地震工程與工程振動》等專業期刊和相關專業論壇，使學生了解專業的科研動態和發展趨勢，擴展學生的視野。利用網絡資源輔助學生形成自學習慣，將使學生終身受益。

（三）加強與其他課程的橫向聯系，培養學生融會貫通的能力

結構抗震設計課程與土木工程其他專業課程存在密切的聯系，如結構力學、地基基礎、鋼筋混凝土結構設計原理、高層建筑結構、砌體結構等，在課程的安排上，有的是其前導課程，有的是并行的。在教學中加強與其他課程的聯系，一方面可以使學生厘清區別與聯系，避免因看似重復的知識點而感到厭倦，另一方面可以促進學生對專業知識的融會貫通、綜合應用。在學習地基基礎的抗震設計時，可以讓學生聯系基礎工程中有關非抗震設計時地基設計的內容進行對比。在學習單自由度體系水平地震反應時，讓學生復習結構動力學中有關運動方程的建立、高等數學中非齊次方程的求解等內容，通過具體的應用加強學生對所學基礎知識的理解。

在講述多高層鋼筋混凝土結構的抗震設計時，要緊密結合混凝土結構設計和高層建筑結構設計的課程內容，要注意三者之間的有機銜接，突出各自的重點，避免簡單的重復。

結構抗震設計課程重點在抗震的基本原理，如地震作用計算、地震效應調整。高層結構設計則主要是學習不同類型結構的內力分析方法，兩者側重點不同。總之通過與其他課程的銜接，使學生逐步建立較為系統的專業知識體系。

（四）采用案例教學，培養學生分析實際問題的能力

近百年來世界各地發生的地震為闡述工程結構的抗震性能提供了大量的實例。收集并合理利用這些案例進行教學，將大大提高教學效果。需要注意的是案例教學包括實例教學但不止于實例教學。

講解抗震計算時，應注重實例計算，講授概念設計和各類結構的抗震設計時，則應注重案例的分析。如：在講概念設計的“規則、簡單、均勻、對稱”的布置原則時，厄瓜多爾中央銀行和美洲銀行的破壞對比可作為生動的案例。在學習鋼筋混凝土的抗震設計時，可以提出汶川地震中普遍發生的強梁弱柱這一實際問題，跟學生一同探討，分析原因。我國最近幾次強烈地震中普遍發生的學校建筑破壞嚴重，底部框架結構底層整體破壞，裝配式預制板樓蓋破壞嚴重，樓梯及樓梯間破壞嚴重等現象

，都可作為抗震設計中的教學案例。實踐表明，應用案例教學提高了學生學習的主動性，鍛煉了學生的分析能力、發散思維以及口頭表達能力，活躍了課堂氣氛，取得了良好的效果。

（五）加強實踐環節，培養學生的動手能力

結構抗震設計課程雖然理論性較強，但其內容與工程實踐聯系緊密，在教學上應該加強與實踐的聯系。首先，加強與規范的聯系。規范是對工程實踐的直接約束性文件，是設計、施工等工程實踐行為的準則，通過課程的學習，要培養學生的工程意識，認識到規范的重要性。近幾年，我國建筑抗震設計規范經歷了2001版、2008局部修改版和2010版等幾個版本的變化，因此，需要向學生介紹規范的修訂歷程、背景與發展，引導學生學習理解規范的內容，并通過實例教學鍛煉其運用規范的能力。其次，加強課程教學與生產實習、畢業實習等實踐性環節的結合。結構抗震設計課程本身沒有實踐環節，但大多數學校抗震課程一般安排在第七學期，即生產實習與畢業實習之間，為實踐學習提供了條件。如案例教學中緊密聯系學生實習的內容進行舉例，在各類結構抗震構造措施的學習時，附上教師或學生自己記錄的現場照片，拉近課堂與實踐的距離，有利于促進學生將實習中獲得的感性認識轉化為理性認識，而在畢業實習中再次鞏固強化并形成應用能力。第三，充分利用模型競賽、創新性試驗、素質提高班活動等實踐性環節加強抗震課程與實踐的結合，引導學生走進試驗室、自主開展創新性試驗，進行結構模型的抗震試驗、小型結構抗震設計等，以切實增強學生的動手能力。第四要加強對作業的要求，給出的作業要適量，針對重要概念通過作業的訓練加深印象以達到培養動手能力的目的。

三、 改革考核形式

對于一門課程而言，考核的方式和內容對其教學效果起到指導作用。要培養應用型人才的綜合能力，就必須改革現有考核方式。針對結構抗震設計課程綜合性強的特點，在傳統的課程考試基礎之上，鼓勵學生以課程設計、課程論文、實驗報告等形式完成課程考核。對非考試形式的考核，不僅要考查學生完成成果的內容，還要通過答辯考查學生對抗震基本概念的掌握和應用能力。

四、提高教師自身的實踐能力

在結構抗震設計課程教學中要培養具有實踐能力的應用型人才，另一個關鍵因素還在于教師本身的實踐能力和創新意識。教師一方面要不斷提高自身的科研和理論水平，掌握前沿的科研動態，以科研推動教學，另一方面要積極參與工程實踐，真正將課堂和工地、工程融合起來，拉近兩者的距離，不再是“紙上談兵”。

五、結語

加強能力培養是應用型人才培養的核心目標，文章從能力培養的角度出發，對如何提高結構抗震設計課程的教學質量提出了幾點經驗看法，但深入的研究還有待繼續探索。參考文獻：

[1]翟長海， 李爽， 徐龍軍， 等. 建筑結構抗震設計教學改革探索[J]. 高等建筑教育，2011， 20（3）：88-90.

[2]李英民，伍云天，楊溥，等. 項目教學法在建筑結構抗震設計課程中的應用[J]. 高等建筑教育， 2012， 21（4）：94-95.

[3]張耀軍，周翠玲，王新元. 提高《建筑結構抗震設計》課程教學質量的教學改革探索[J]. 東南大學學報：哲學社會科學版， 2012， 14（S）：119-121.

[4]汪大海，李書進，張季如. 結構抗震設計原理實踐教學探索——以農村民居抗震性能自主調查為例[J]. 高等建筑教育，2013， 22（4）：106-109.

[5]李國強. 區分不同類型土木工程專業人才培養標準的必要性與初步設想[C]//高等學校土木工程學科專業指導委員會. 高等學校土木工程本科指導性專業規范. 北京：中國建筑工業出版社，2011.