水工鋼筋混凝土結構設計在港航專業中的教學研討

劉偉 劉楠

摘 要：鋼筋混凝土結構設計是大土木類專業的一門重要專業課程，在港口、航道及海岸工程專業中，該課增加水工二字，又獨具特性。本文通過分析、討論教學方法、教學實踐等一系列教學改革，讓學生在有限學時內，牢固掌握水工鋼筋混凝土結構的基本理論，有效提高學生工程實踐應用的能力，為培養專業的港航人才做準備。

關鍵詞：水工鋼筋混凝土結構設計; 教學改革; 港航專業

中圖分類號：TV33-4 ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1006-3315（2019）03-162-002

1.課程教學現狀

水工鋼筋混凝土結構設計是高等學校港口、航道與海岸工程專業的一門重要專業課程。水工鋼筋混凝土結構主要應用于水利工程、港口工程、近海工程等，與一般土木工程類鋼筋混凝土結構設計課程內容高度重合，但又獨具特點，其對結構限裂和裂縫開展寬度有更高的要求。該課程要求學生在掌握三大力學及一定的高數知識基礎上，理解和掌握水工鋼筋混凝土結構設計基本理論，并在確定相關規范計算公式來源的基礎上進行鋼筋混凝土結構設計，是一門理論性和實踐性都較強的應用性學科。

水工鋼筋混凝土結構設計課程公式、圖表、規范條文較多，具有內容豐富、知識點細而繁、構造形式復雜、與工程實際聯系密切、工程應用性強等特點，按照現行本科教學大綱的要求，鋼筋混凝土結構教學的學時相對有限，教師課堂教學的時間主要用于對鋼筋混凝土結構基本理論知識的講解，沒有足夠的時間加強學生的力學知識，并把理論知識應用于實踐。多年教學以來，在眾多專業課中，水工鋼筋混凝土結構設計課程的考試成績一般，其課程設計對學生來說也是較難的考驗，且在后續課程港口水工建筑物課程設計及最終的畢業設計過程中，學生表現出了對本課程知識的實踐應用掌握的并不熟練。此外，港航工程采用的國家規范是《水運工程混凝土結構設計規范》（JTS151-2011），但考慮到本專業學生有很大部分從事水利工程，在水工結構設計方面，還有電力系統的《水工混凝土結構設計規范》（DL/T5057-2009），和水利系統《水工混凝土結構設計規范》（SL191-2008），在授課過程中也要涉及到不同規范的區別，更增添了課程的難度。如何盡可能在有限學時內，幫助學生牢固掌握水工鋼筋混凝土結構的基本理論，同時有效地提高學生在港航工程、水利工程中的實踐應用能力，是水工鋼筋混凝土結構課程教學研究的重要課題。這對學生畢業后盡快適應社會對水工鋼筋混凝土結構人才的需求有著重要的現實意義。

2.課程改革理念及思路

水工鋼筋混凝土結構設計課程的改革將通過合理安排學時，理論教學和實踐教學環節并重等幾個方面入手，使學生扎實掌握水工鋼筋混凝土結構基本理論，并具備其充分應用到水工結構設計中去的能力。

2.1教學內容改革

水工鋼筋混凝土結構課程教學內容多，知識點多，涉及面廣，而教學學時有限，因此，教學中要精簡內容，突出重點、難點知識，并結合國內外著名工程進行講解，如三峽工程、港珠澳大橋、迪拜第一樓哈利法塔等，增加學生的學習興趣，培養學生的工程意識，提升學生的專業榮譽感，調動學生的積極性。同時，適當補充教材中沒有的新知識和學科前沿動態信息，拓寬學生視野。精簡、優化課程教學內容，突出講解重點理論，講透難點知識，避免教學資源的浪費。在精簡課程內容的同時適當增加當前國內外的高新技術研究及其在實際工程中的應用，鼓勵學生去搜集相關信息，拓展學生思維，增加學生的創新意識，培養學生的創新能力。在學生的短期發展上，為參加大學生創新創業競賽、結構設計大賽等校內外比賽提供知識儲備，長期發展上，則為學生的職業規劃添磚加瓦。如利用建筑信息模型（BIM）技術，實現裝配式混凝土結構的設計、生產、運輸、裝配、運維的信息交互和共享。

2.2教學方法改革

2.2.1精煉課堂。（1）充分研究教材內容與前后課程的銜接，簡單回顧已學知識，提煉新知識點。水工鋼筋混凝土結構設計是在先導課材料力學、結構力學、建筑材料等專業基礎課的基礎上，探討鋼筋混凝土材料在工程中如何設計及施工的課程。為在有限學時達成課程標準確定的目標，教師必須強調教學重點，提煉知識點。例如鋼材和混凝土材料的力學性能及指標，先導課中已經都有充分講授，那么在這節課中，在復習舊知識點的基礎上，重點探討鋼材和混凝土的區別及兩材料如何通過粘結共同工作。又如水工鋼筋混凝土結構受彎構件正截面承載力是基于材料力學中的平截面假定進行分析的，可簡單回顧平截面假定的含義，重點放到該假定在本節知識點的應用上。此外，對于港航學生而言，還要注意各規范之間的區別，并明白這些區別并不是根本性的理論的區別，而只是一些小差異。

（2）準備試驗視頻及工程案例。在本課程中，各鋼筋混凝土構件受力后破壞的形態均有相應視頻可供學生觀看，使學生直觀立體地了解各鋼筋混凝土構件從未開裂-開裂-裂縫開展-混凝土構件破壞的步驟，觀察裂縫出現的位置、裂縫開展的趨勢以及裂縫的間距，使其與理論相結合，理解配筋量及配筋的位置對按兩種極限狀態設計鋼筋混凝土構件的意義。此外，還要提供同理論配套的工程案例供學生學習和思考。恰當的工程案例可以極大地提高學生學習相關理論知識的興趣。學生通過對比分析自己的設計同工程案例設計之間的差別，可發現不足，增強對理論知識的理解，豐富設計經驗，提高解決工程實際問題的能力。例如在繪制配筋圖時，有些同學繪制的箍筋和縱向受力筋有很大距離，為什么這樣繪制不行？通過對比案例中的配筋圖，及鋼筋骨架的立體圖，使學生發現自己的錯誤，并更加深入地理解箍筋的作用。又如在工程監理時，發現有工人貪圖方便，違規使用海沙制作鋼筋混凝土構件，敦促學生思考這樣做為什么不可行。通過思考，使學生掌握了混凝土結構耐久性要求中的具體知識。通過種種實際工程案例，使學生的學習熱情極大提高，知識點的掌握更加牢固，將課堂知識轉化成學生的內功，實現知識與能力系統的自我建構。

（3）課件編寫。目前課堂授課主要采用PPT形式。這種方式傳授知識量大，隨著幻燈片的播放，學生容易前后知識點失去聯系，愛走神犯困。那么在課件的編寫上要充分注意這個問題。如繪制本節課的內容流程圖，每個知識點的講解都將從這個流程圖上調動出來;將學習目標、重難點清楚地進行色彩標記，精簡文字;播放小動畫模擬荷載作用下構件的應力-應變變化等，通過充分調動視覺、聽覺來吸引學生關注等。這些小技巧雖然會需要教師付出較多時間和精力，但能幫助學生理解知識點，增強學習效果。

2.2.2網絡教學。基于當今時代的發展，互聯網的廣泛使用，我校建立了便于師生溝通的網絡教學平臺。該平臺除了可實現學生布置作業、發布PPT課件、發表論點等基本功能外，教師還可設置連接網絡資源如國家精品課程作為學生的課外知識延展、上傳有爭議的課程前沿問題作為論點供學生討論、提供各種相關規范和職業考試試題供有余力的學生學習和探索。

借助網絡技術可促使學生自主學習，將學習內容細分、將相關知識拓展，增加學生的學習效益。通過踴躍留言、發帖討論、給教師發私信等方式，開展互助式學習和自助式學習，使學生得到最大化的幫助，快速解決學習中遇到的問題，積極思考，提高學生的學習能動性。

2.2.3實踐教學。目前，水工鋼筋混凝土結構設計課程的實踐教學環節主要包括鋼筋混凝土結構課程設計和畢業設計兩個方面。但在大三暑期的專業實習時，學生們普遍會接觸到水工鋼筋混凝土結構的施工、檢測、監理等工作。

（1）課程設計。水工鋼筋混凝土結構課程設計安排在課程結束后的學期末進行，是鋼筋混凝土結構教學的主要實踐性環節。課程設計是對課程知識的綜合應用。從荷載設計值的計算、最不利荷載組合、縱橫向鋼筋的配置、彎矩和剪力包絡圖的繪制及最終的施工圖設計都有涉及。因此在授課過程中就注重把相關知識放到大設計中去講解，比如在進行縱向鋼筋的配置時，可選擇的鋼筋組合不是唯一的，這時給同學們鋪墊一下，在隨后進行斜截面受剪鋼筋的配置時，為了方便橫向鋼筋抗剪彎起，就可以回到前面例題找到縱向鋼筋的最佳配置方案。通過聯系前后知識點的這種教學方式，使學生在學習過程中建立工程整體的概念，提高了將理論知識運用于工程實際的能力，可取得良好的教學效果。

（2）畢業設計。港航專業的畢業設計一般是進行碼頭、防波堤、人工島、護岸、船閘等水工結構的設計，這些都會使用到水工鋼筋混凝土結構設計的知識。通過水工鋼筋混凝土結構設計課程中理論與工程實例相結合的精心培養，學生的結構設計能力得到了很好的鍛煉，在面對綜合性應用所學知識進行畢業設計的時候就可以得心應手，一氣呵成。

此外，結合學生實習期間涉及到的鋼筋混凝土結構知識，請實習歸來的學生以講座問答的形式對下一級學生進行講解，強調課程中的各個知識點在實際工程中的作用和意義，極大地調動學生的學習積極性，增加學生學習的內驅力，端正學習態度，起到事半功倍的效果。

2.3課堂教學方式改革

鋼筋混凝土結構課程的課堂教學模式目前是PPT教學，雖然動畫演示非常清楚，但由于燈光昏暗，學生視覺疲勞，注意力不容易集中，且容易犯困。因此，在改革后的課堂教學模式中，將采用以教師PPT教學為主，以板書為輔，學生參與討論的課堂教學模式，對板書不能體現的內容，如工程圖片、表格、模型等，通過PPT向學生展示。而公式推導，力學知識分析，則以板書步驟分解和PPT動畫相結合，加深學生對知識點的理解和掌握。在知識點的講解結束后，提出歷年來學生容易出錯混淆的問題，讓學生討論，自己找到問題的解決方法，教師給予分析點評，充分鼓勵和認可學生的努力思考。

另外，課堂練習是水工鋼筋混凝土結構課程必不可少的教學環節。課堂練習將以工程實例為原型，結合水工鋼筋混凝土結構設計的理論知識，講解實際工程中的結構設計方法。

2.4成績評定系統改革

學習的目的是應用，因此，改變以往傳統的期末考試成績（70%）加平時成績（30%，出勤、作業各占15%）評定方式，采用期末考試（50%）、平時成績（30%）及過程考核（20%）的形式，最終的成績由三部分組成：

第一部分采用閉卷考試的形式，主要考查學生對基本理論知識的掌握情況，占總成績的50%;第二部分考核主要為平時表現，通過詳細記錄學生平時的出勤，對學生作業完成情況及課堂回答問題的情況，其中作業完成情況通過網絡教學平臺進行考核，學生上交作業與否，作業完成情況如何，統計準確，節省教師工作量;第三部分進行過程考核，主要考核學生對知識的靈活應用和應用基礎知識解決具體問題的能力，該考核是將本課程內容按教學周分為幾部分，分別給出相關工程問題進行考核，允許學生看書和例題來進行結構設計，既考核了學生的掌握情況，也加深了學生對所學知識的印象，回顧了幾周以來的學習內容，了解自己對該部分內容掌握的不足和缺陷，及時查缺補漏。同樣，本部分考核通過網絡教學平臺完成。

3.結論

通過對水工鋼筋混凝土結構設計課程進行四個方面改革，理論結合實踐，充分調動學生積極性，激發學生學習內驅力、享受學習過程，使學生在有限的學時內，打下堅實的理論基礎，掌握基礎的鋼混結構施工技術，具備一定的結構設計能力，為將來的職業生涯做好準備。