工程結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)改革初探

劉平+張雯雯+王婷+張愛娟

摘要：根據(jù)獨立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，結(jié)合人才培養(yǎng)方案，針對工程結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)的現(xiàn)狀和問題，提出了在教學(xué)改革中的一些有益的設(shè)想與建議，對指導(dǎo)今后的工作有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)抗震；教學(xué)改革；概念設(shè)計

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）15-0072-02

一、引言

中國是地震多發(fā)的國家之一，許多地區(qū)都位于地震區(qū)。因此，為了滿足工程建設(shè)的需要，工程技術(shù)人員除了應(yīng)熟悉專業(yè)知識外，還必須具有地震學(xué)與地震工程學(xué)方面的知識，這樣才能設(shè)計出抗震性能良好，經(jīng)濟合理的建筑結(jié)構(gòu)。工程結(jié)構(gòu)抗震課程是土木工程專業(yè)、港口與航道工程專業(yè)本科生必修的專業(yè)課。近些年隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地震工程學(xué)的研究方法與理論有了全面的進步，對于理論與實際的結(jié)合，科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，都提出了更高的要求。以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的獨立學(xué)院，要求厚基礎(chǔ)的同時強調(diào)實踐能力的培養(yǎng)，這就要求學(xué)生既要理解工程結(jié)構(gòu)抗震的相關(guān)理論，又要掌握工程抗震的相關(guān)技術(shù)。而想要滿足新時期社會對人才的要求，獨立院校必須對該課程的教學(xué)進行改進，通過課程教學(xué)的規(guī)范化和系統(tǒng)化，達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

二、本門課程的特點及目前存在的問題

本課程教學(xué)內(nèi)容主要包括抗震設(shè)計理論與抗震設(shè)計應(yīng)用兩大部分，內(nèi)容涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等多門專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課。該課程所涉及的知識面廣，學(xué)時有限，一些知識點抽象難懂，導(dǎo)致學(xué)生容易產(chǎn)生一定的消極怠學(xué)情緒。經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對于工程結(jié)構(gòu)如何簡化為計算模型，計算模型與實際工程結(jié)構(gòu)的差異，以及模型計算到底要算什么不清楚。學(xué)生只重視知識的死記硬背和計算能力的提高，能夠熟練地解答純粹的數(shù)學(xué)題，卻忽視了結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計和構(gòu)造的要求，對于應(yīng)用問題無從下手，學(xué)而不能致用，這些問題在畢業(yè)設(shè)計中都有所體現(xiàn)。

三、教學(xué)改革的具體措施

本課程教學(xué)改革的目的是在有限的學(xué)時內(nèi)選擇最優(yōu)的教學(xué)方法，從而提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生今后應(yīng)用抗震知識解決工程結(jié)構(gòu)方面的實際問題奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)中，教學(xué)方法的選擇對于學(xué)生接受知識、鍛煉能力都起著非常重要的作用。因此工程結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)方法的改革探索具有十分重要的意義。按照夯實基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)面，加強實踐環(huán)節(jié)的思路，該課程在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和實踐教學(xué)上進行了一系列的改革和完善，具體改進措施如下。

1.夯實基礎(chǔ)，拓寬知識面。應(yīng)用型創(chuàng)新人才需要具備扎實的專業(yè)基礎(chǔ)，合理的知識結(jié)構(gòu)體系和較強的學(xué)習(xí)能力。本門課程的基礎(chǔ)部分為“工程抗震設(shè)計原理”，該部分主要包括地震基本知識，地震危險性分析及地震烈度區(qū)劃，工程結(jié)構(gòu)抗震的基本思想與對策，工程結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計，場地、地基和基礎(chǔ)，地震作用與結(jié)構(gòu)抗震驗算等工程專業(yè)基礎(chǔ)知識內(nèi)容[1]。此部分的內(nèi)容是學(xué)生進一步學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，對于解決實際工程問題有重要影響，因此要加強對學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，做到“厚基礎(chǔ)”[2]。

不僅如此，在夯實基礎(chǔ)的同時也要注重能力的培養(yǎng)，本門課程的應(yīng)用部分為“工程抗震設(shè)計應(yīng)用”，包括鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計，多層砌體結(jié)構(gòu)房屋和底部框架-抗震墻房屋抗震設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計，單層鋼筋混凝土柱廠房抗震設(shè)計，橋梁抗震設(shè)計，結(jié)構(gòu)隔震、減震設(shè)計等工程專業(yè)知識[1]。在講授課程的同時，緊密結(jié)合建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011—2010），建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計通則（CECS160：2004）（簡稱通則）以及公路橋梁抗震設(shè)計細則（JTG/T B02-01-2008），對于某些重要的規(guī)范條文，輔以工程實例進行分析，從而幫助學(xué)生透徹了解條文的用意，達到靈活應(yīng)用的目的。雖然《通則》不在大綱要求的范圍之內(nèi)，但是這是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論和設(shè)計方法的發(fā)展方向[3]。基于結(jié)構(gòu)性態(tài)的地震工程包括與設(shè)計和建造有關(guān)的所有工程任務(wù)，其目的是使所設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)在未來地震中具備預(yù)期的功能[4]。在授課過程中，適時地引導(dǎo)學(xué)生了解該通則的計算原則和方法，并對《通則》中的抗震設(shè)計方法與教材中的方法進行對比和討論，以加深對本課程的認(rèn)識和理解。

2.重視抗震概念設(shè)計思想的培養(yǎng)。概念設(shè)計的目的是力求使設(shè)計方案更加經(jīng)濟、合理，它不僅可以保證設(shè)計原則的正確性，同時也可以通過它來解決設(shè)計中出現(xiàn)的問題，從而提高設(shè)計水平[5]。不僅如此，其還可以借助概念性簡化計算來完成，雖然有一定誤差，但概念清楚，定性準(zhǔn)確，手算簡便、快捷，能很快地選擇和確定最佳方案，同時也是施工圖設(shè)計階段判斷計算機計算結(jié)果可靠與否的主要依據(jù)[6]。

概念設(shè)計是一個優(yōu)秀工程師必備的能力，需要在學(xué)習(xí)階段有意識地加以培養(yǎng)，達到促進學(xué)生了解和掌握建筑方案的結(jié)構(gòu)特性與空間形式性能之間整體關(guān)系的目的。這就要求教師把概念設(shè)計的思想滲透到課程教學(xué)過程中。一方面通過多媒體教學(xué)展示震害實例，以此來說明、強化一些重要的設(shè)計概念；另一方面要指導(dǎo)學(xué)生能在提出結(jié)構(gòu)的總體系之前做到概念化的方案選擇，并且能夠?qū)χ饕Y(jié)構(gòu)分體系的設(shè)計方案進行比較選擇[9]。

3.提高教師專業(yè)素質(zhì)，培養(yǎng)雙師型人才。教師是教學(xué)過程中的主導(dǎo)因素，其知識結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)水平直接影響學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)能力。本門課程涉及結(jié)構(gòu)動力學(xué)的許多相關(guān)知識，數(shù)學(xué)表達式較復(fù)雜，這就要求教師能夠?qū)⒁恍┏橄蟮年P(guān)鍵知識點盡可能用形象的比喻講清楚，同時要讓學(xué)生明白。理論若不能用數(shù)學(xué)表達式來描述，就如同沒有牙齒的老虎。而數(shù)學(xué)表達式能夠?qū)⒗碚撨M行拓展，使之如虎添翼。在注重啟蒙學(xué)生的同時更要點燃其智慧，培養(yǎng)高層次的應(yīng)用型人才，教師必須從事過工程實踐工作，具有豐富的實踐經(jīng)驗。只有教師貼近社會，學(xué)生才能貼近社會，才能更快地進入角色。因此，應(yīng)采取各種形式，分期分批地派青年教師到設(shè)計或者施工單位工作一段時間，參加一些設(shè)計和施工項目，從而達到全面提高自身素質(zhì)的目的。

4.采用先進的教學(xué)方式，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。學(xué)生由于不能看到實際的工程結(jié)構(gòu)，在進行模型簡化時會存在一定的困難，若在授課過程中采用一些工程結(jié)構(gòu)模型并結(jié)合震災(zāi)事例，則有助于解決此問題，也有助于學(xué)生克服“見木不見林”的弊端；對于較抽象概念的理解以及震害的現(xiàn)象，采用多媒體教學(xué)方法，有助于加深學(xué)生的理解和記憶。本課程中多媒體主要應(yīng)用于：地震基礎(chǔ)知識，地震作用下建筑物倒塌的動態(tài)模擬，場地液化造成建筑物傾倒的震害以及其他震害現(xiàn)象等，實現(xiàn)將抽象的教學(xué)內(nèi)容盡量具體化展現(xiàn)。在授課過程中同時采用板書的教學(xué)方式，板書教學(xué)主要應(yīng)用于：加速度反應(yīng)譜原理及應(yīng)用，振型分解反應(yīng)譜法與底部剪力法的算例講解。教學(xué)是一個復(fù)雜的過程，要多種形式相結(jié)合，各展所長，充分發(fā)揮各自不可取代的優(yōu)勢，以達到更好的教學(xué)效果。

建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，制作網(wǎng)絡(luò)課件，并將教學(xué)大綱、教案、習(xí)題等同時在網(wǎng)上開放，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，同時可以緩解課程信息量增加與壓縮授課學(xué)時之間的矛盾；通過布置內(nèi)容豐富、形式多樣的習(xí)題作業(yè)，以方便學(xué)生理解和掌握所學(xué)知識；教師根據(jù)學(xué)生的具體情況，引導(dǎo)學(xué)生按照正確的思路與解題步驟完成習(xí)題和作業(yè)，從而提高教學(xué)效率；建立豐富完備的試題庫及合理有效的考試形式，準(zhǔn)確了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也減輕了教師的工作負(fù)擔(dān)。這些措施調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，增強了學(xué)習(xí)效果，提高了學(xué)生處理實際工程的能力。

5.課程教學(xué)與實踐教學(xué)緊密結(jié)合。結(jié)合實際工程進行實踐教學(xué)，使學(xué)生逐步建立工程抗震意識。不僅如此，要結(jié)合工程結(jié)構(gòu)抗震的教學(xué)內(nèi)容，組織學(xué)生參觀實際工程的施工現(xiàn)場，了解整個工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的要點，使學(xué)生建立起工程結(jié)構(gòu)抗震的概念。考慮到多數(shù)教材及畢業(yè)設(shè)計參考書中的圖例大都是示意圖，無標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)施工圖，教師應(yīng)向?qū)W生展示真實的結(jié)構(gòu)施工圖，通過解讀工程圖紙，使學(xué)生了解工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防措施要點，縮短從理論到實踐的過程，同時對學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中繪制高質(zhì)量的施工圖也有一定的幫助。

在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時，要注重對學(xué)生的動手能力的培養(yǎng)，組織學(xué)生進行“抗震結(jié)構(gòu)模型設(shè)計與制作”活動，旨在提高學(xué)生防災(zāi)減災(zāi)的意識，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維，讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的力學(xué)知識、抗震思想與實際應(yīng)用相結(jié)合。在實踐過程中，一些同學(xué)設(shè)計的模型巧妙地采用力學(xué)知識減輕了結(jié)構(gòu)總質(zhì)量，體現(xiàn)了強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱構(gòu)件的抗震思想，設(shè)計新穎，想法獨到；在平面布置上能夠做到簡單規(guī)整，豎向布置上均勻連續(xù)，剛度中心和質(zhì)量中心盡可能一致，復(fù)雜體型的建筑物采取了加強措施，概念設(shè)計在模型設(shè)計中均有體現(xiàn)。還有一些同學(xué)對所建抗震模型進行了有限元軟件分析。通過動手制作模型使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與動手能力均得到了提高，對所學(xué)的專業(yè)課也有了更為深刻的理解，達到了夯實基礎(chǔ)，明確概念的目的。

四、結(jié)束語

工程結(jié)構(gòu)抗震是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，也是土木工程領(lǐng)域研究成果不斷推陳出新的前沿學(xué)科。課程必須根據(jù)社會發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步與時俱進，不斷賦予新的內(nèi)涵。隨著目前就業(yè)競爭的日益激烈，社會對人才的要求也越來越高。為了適應(yīng)社會發(fā)展的需要，在教學(xué)活動中應(yīng)當(dāng)及時發(fā)現(xiàn)問題，并進行教學(xué)改革，努力提高教學(xué)質(zhì)量，加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從而培養(yǎng)出社會所需要的應(yīng)用型人才。

參考文獻：

[1]柳炳康，沈小璞.工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[M].武漢理工大學(xué)出版社，2012.

[2]尚守平，李崢.工程結(jié)構(gòu)抗震課程教學(xué)改革研究[J].中國建設(shè)教育，2006，（8）：46-48.

[3]張耀軍，周翠玲，王新元.提高《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計》課程教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)改革探索[J].東南大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2012，（14）：199-121.

[4]謝禮立，馬玉宏，翟長海.基于性態(tài)的抗震設(shè)防與設(shè)計地震動[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[5]朱慈勉，尹小明.概念設(shè)計的意義和應(yīng)用分析[J].建筑技術(shù)，2005，（8）：626-628.

[6]林同炎，S·D·斯多臺斯伯利.結(jié)構(gòu)概念和體系[M].第二版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.