提高《水工鋼筋混凝土結構》課程教學效果的方法探討

梁謙 程建萍

摘? 要：隨著我國農業機械化、現代化進程的不斷推進，農業水利工程的建設和改革也隨之出現了蓬勃發展的趨勢，與之配套的田間工程也相繼在不同灌區得到改造和提升，這就需要大量的設計、施工人員熟練掌握混凝土結構的設計原理和施工技術。因此，在培養農業水利工程、水利水電工程專業等專業人才的過程中，要不斷改善其學習方法，以此來提高學習效果、加強學習者對混凝土結構設計專業理論的掌握和對施工技術的應用能力。為此，有必要在《水工鋼筋混凝土結構》課程教學過程中不斷探討教學方法和教學效果的研究和探討，達到從根本上提高學習者對水工混凝土結構設計的掌握和應用能力。

關鍵詞：水工混凝土? 結構設計? 教學方法? 教學效果

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0170-04

Abstract： With the development of mechanization agriculture and modernization in China， the construction and reform of agricultural hydraulic engineering has also developed vigorously， and the field projects accompanying it have been transformed and upgraded in different irrigation districts， this requires a large number of design， construction personnel skilled grasp the design of concrete structure and construction technology. Therefore， in the process of training professional talents such as agricultural hydraulic engineering， water conservancy and hydropower engineering， we should constantly improve their learning methods， in order to improve the learning effect， strengthen the learners to the concrete structure design specialized theory grasping and the construction technology application ability. To this end， it is necessary to study teaching methods and teaching effects in the course of hydraulic reinforced concrete structure， to fundamentally improve the learners' mastery and application ability of hydraulic concrete structure design.

Key Words： Hydraulic concrete;Structure design;Teaching method;Teaching effect

鋼筋混凝土結構是水利水電工程、農業水利工程中最基本的結構形式。正因為如此，《水工鋼筋混凝土結構》是高等學校水利水電工程、農業水利工程學科人才培養大綱中最為重要的技術基礎課程[1]。學習本課程的目的，是掌握水工鋼筋混凝土結構構件設計計算的基本理論和構造知識，為學習后續專業課程和順利從事鋼筋混凝土建筑物的設計和施工打下牢固的理論基礎。在本課程的學習中，最大的特點是突出知識的應用[2]。因此，在教學過程中要重點突出課程實踐性的特點，這樣，理論知識才能恰當地應用到實際工程中。在近幾年的教學過程中發現，老師授課過程中講的繪聲繪色、滔滔不絕且深入淺出，而學生中的一部分學習者聽的卻是茫然若迷、如墜云霧、不知所云。因此，探討如何改善《水工鋼筋混凝土結構》教學方式和教學效果，讓學習者充分理解和掌握混凝土結構構件設計的原理和配筋的計算方法，成為當前水利類結構力學學科的一個重要課題。

1? 提高教學效果方法的討論

《水工鋼筋混凝土結構》課程雖然不屬于高等教育理工類的“三大力學”核心課程之一，但它與《材料力學》有相同之處，分析問題的基本思路即由材料的物理關系、變形的幾何關系和受力平衡關系建立計算公式的分析方法，同樣適用于鋼筋混凝土構件。所以，相較水利工程專業的其他專業課程而言，在學習過程中用到的力學知識較多，知識應用更深入、更具體。因此，要學會應用并達到融會貫通的程度具有相當難度，易使學習者失去學習信心和學習興趣。通過近幾年《水工鋼筋混凝土結構》課程教學過程中總結，得出要提升其課程的教學效果和提高學習者的掌握程度，有必要不斷改進或重視課堂教學方法，激發學生探索知識的渴望，培養學生的實踐能力和創新能力，需要在教學過程中重視和實施以下六個方面，來保證和提高教學質量和教學效果。

1.1 重視先修課程的學習

在《水工鋼筋混凝土結構》課程的學習中，要想順利地“楔入”到課程理論的學習，需掌握先修課程內容的回顧與熟悉，如《建筑材料》《材料力學》《結構力學》《水工建筑物》等課程。先修課程在本門課程的學習中顯得至關重要，如《建筑材料》課程使學習者對混凝土、鋼筋等材料的種類和性能有大致的了解和掌握;又如，通過《水工建筑物》的學習使學習者對水工建筑物結構構件的作用、形狀有了宏觀的認識;同時，對構件的尺寸通過建筑物的等級和規模，依據相應的標準和規范可初步確定;又如《材料力學》的重點知識，在學習《水工鋼筋混凝土結構》課程中顯得尤為重要，從某種意義上來說，鋼筋混凝土結構學是研究鋼筋混凝土的材料力學。雖然材料力學研究的是線彈性體構件，而鋼筋混凝土結構研究鋼筋和混凝土兩種材料組成的構件，混凝土為非彈性體，因而材料力學的許多公式不能直接應用于鋼筋混凝土構件，但材料力學中分析問題的基本思路，同樣適合與鋼筋混凝土構件;再如《結構力學》知識的應用，在鋼筋混凝土結構的配筋計算中，計算的關鍵點是應用結構力學中力的平衡、力矩平衡原理、力矩計算方法等確定構件所需要承受荷載效應，只有準確計算出荷載效應如剪力、軸力、和彎矩等，才能根據材料所具有的應力，依據結構抗力大于荷載效應的原理，確定出結構構件尺寸和計算合理的配筋量。因此，在本課程的教學過程中，須重視先修課程的回顧，并學習過程中不斷地將知識進行積累和總結，才能在授課的過程中無形地引導學習者進入本課程知識點的理解和掌握，并達到融會貫通的程度。

1.2 計算原理的理解和計算公式的掌握

在混凝土結構的計算中，計算原理不外乎力的平衡和力矩的平衡，說起來非常簡單，但理解起來就不那么容易了，其原因是鋼筋混凝土結構的計算公式是在大量實驗基礎上，經理論分析建立起來的，學習時需重視實驗在建立計算公式中的地位和作用，注意每個計算公式的適用范圍和條件，不能盲目地生搬硬套。

從傳統的教學來看，理論教學具有一定的抽象性，所以為了將抽象教學進行具象化，積極地利用應力圖形和計算簡圖，通過力學的知識，確定計算斷面上最不利荷載作用大小，依據應力的分布特點確定作用點位置，結合材料應力特性，通過力的平衡原理及力矩平衡原理方程，確定配筋量的計算。計算時需要將理論計算與工程實際相結合，應用計算原理及表達式推導出整個結構計算的過程，來掌握計算過程中荷載效應的計算方法。結構抗力需要結合構件的幾何尺寸、配筋數量、材料性能以及抗力的計算模式與實際的吻合程度來確定。確定計算配筋量，要結合構造要求和鋼筋的截面面積來確定實際配筋量;通過典型結構構件配筋量的計算或復核，讓學習者能正確地進行截面尺寸確定、配筋計算、鋼筋布置、配筋圖繪制;能正確地進行構件承載力校核;能正確地進行構件正常使用階段驗算;使用計算原理和計算公式的運用技巧和應用方法，充分掌握混凝土結構設計的一般計算方法。

1.3 設計構造要求的學習

水工鋼筋混凝土結構計算結果最終是要體現在結構構件的配筋圖上[3]。在某一截面計算的過程中，學習者認為繪制配筋圖這一環節并不重要，只需要繪制出截面，象征性地畫幾個“小黑點”就是配筋圖。豈不知，在構件的某一截面上，除了布置受力筋之外，還需要相應的配置一定的構造鋼筋。那么在設計結構和構件過程中，就涉及到結構的構造要求。構造要求是長期科學實驗和工程經驗的總結[4]，因此，要充分重視對構造知識的學習。在學習的過程中不必死記硬背構造的具體規定，而應注意弄懂其中的道理，即明白“為什么要有這個構造要求，這個構造要求的作用是什么”。如在進行純彎梁的配筋中除確定受力筋之外，還要根據梁的截面尺寸，配置一定數量的箍筋和架立鋼筋，來確定鋼筋混凝土構件中的分布位置和保證受力作用，以滿足施工可操作性的要求;板的配筋過程中除計算受力鋼筋之外，還要確定一定數量的分布鋼筋，通過分布鋼筋將板面荷載更均勻地傳布給受力鋼筋，同時固定受力鋼筋，并起到抵抗混凝土收縮和溫度應力的作用。與此同時，分布鋼筋的間距也是需要理解記憶的，如在承受施工分布荷載作用的板，分布鋼筋最大間距不小于250mm，這個“250mm”的確定是有一定依據的，為方便同學們記憶，可舉例如施工人員所穿鞋碼的大小尺寸的方法加深對分布鋼筋間距的理解。舉一反三，引導學習者對構造規定的理解和掌握。

1.4 結合工程案例掌握混凝土結構的配筋計算

在授課過程中，所舉的案例均是單一的結構構件，且結構構件作用明確，直接用“拿來主義”，直接套用相應類型構件的計算公式，計算出配筋量來。這對初學者來說，似乎鋼筋混凝土結構的計算就是這么簡單，可如果將實際工程中的某一個構件進行配筋計算，如鋼筋混凝土渡槽結構的配筋計算，部分計算者竟不能確定這是一個什么性質的構件（純彎構件、彎扭構件、剪扭構件）;或者不能確定最不利荷載出現的位置及大小。因此，在實際計算中還需要將構件進行受力分析、運行工況分析和計算，從而判斷構件的類型和最不利荷載出現的位置和大小，依據鋼筋混凝土設計原理和計算公式，計算出相應的配筋量，繪制出具有不同受力特點的合理配筋圖來。這一工作就牽涉到本課程后續的課程設計環節。

1.5 獨立完成課后作業

“溫故而知新”，對于《水工鋼筋混凝土結構》課程學習中，要想熟練掌握結構構件的配筋計算原理和方法，完成一定量的課后習題是必不可缺的。在習題計算過程的訓練中，不斷對荷載類型的區分和荷載效應大小確定、計算簡圖的理解及計算公式熟練運用，不僅提高了對計算公式機械記憶的加深和理解甚至融會貫通，而且更進一步提高了對構件截面設計尺寸的合理優化和計算過程中公式的準確運用能力，使整個設計計算過程完整準確、計算方法得當且運用得心應手。所以，在本課程的學習過程中必須重視課后習題的獨立完成，且本環節對本課程的設計構件原理和計算方法的熟悉、掌握起到及時鞏固和熟練運用的作用。因此，要鞏固和提高本課程的教學效果，習題的訓練環節不可或缺！

1.6 獨立完成課程設計工作

鋼筋混凝土結構課程設計是學習這門課程應用的實踐環節。缺少這一環節的學習，學習者僅是處在對鋼筋混凝土結構設計的理論原理的學習階段，要達到設計理論應用于實際工程，必須綜合運用混凝土設計原理與實踐環節相結合。如進行某一個工程中鋼筋混凝土結構構件的完整設計過程中，只有通過某一構件的計算過程和設計成果[4]，才能體現出學習者對水工鋼筋混凝土結構設計的掌握程度、體現出學習者的學習效果，為將來從事混凝土的結構設計和施工打下堅實的基礎。

為此，在課程設計環節中，教師課堂應采用多媒體和板書相結合的教學方式[5]。首先，對一些概念模糊、結構復雜的建筑物類型和形式，可以采用計算機多媒體動畫技術，或通過工程實例照片、錄像、動畫模型等的展示進行講解，可以增加學生對所設計建筑物（構筑物）形成最初的感性認識[6]，加深對這些內容的理解和掌握。其次，對于課程中有關結構或構件的受力分析，確定某一構件的類型，并將復雜構件分解，分別計算不同部分的受力情況，從而根據構件的受力情況確定構件的類型。對于多跨的、連續梁板構件內力計算的確定時，結合結構力學的內力計算原理[6]，或依據鋼筋混凝土彈性理論的方法確定最不利荷載的產生的最大內力值和最小內力值繪制剪力、彎矩包絡圖，從而確定出不同截面的配筋量，同時結合構造要求，繪制混凝土結構構件的配筋圖[7-8]。這個過程需要學習者結合先修課程的內容，充分理解設計構件的受力特點作用，進行受力分析，進而進行配筋計算和完成配筋圖的繪制。

在課程設計這一環節中，雖然設計的主體是學生，但課程設計指導者的作用也不容忽視，指導者對學習者設計過程的引導、講述和分析都起到至關重要的作用;對結構構件設計過程中對方案布局優化的合理性、設計理念的創新性、設計內容的完整性等方面均有不可忽視作用。

2? 結語

在水利工程類專業復合型人才的培養方案中，《水工鋼筋混凝土結構》課程內容的掌握和知識的熟練運用非常重要。可以說，掌握本門課程的知識，對今后從事混凝土設計和施工工作有著舉足輕重的作用。而本課程的教學效果主要體現在學生對本課程知識內容的掌握程度上，這種掌握的程度通常通過課程考核的方式來體現。因此，要提高專業技術人才的培養水平和培養質量，就需要在提高本課程的教學方法和教學效果上狠下功夫，在教學過程中落實和執行行之有效的措施，順利開展教育教學活動，保證在教學計劃時間內，充分利用教學資源，更好地完成教學任務;同時，學習者能夠更好地掌握水工鋼筋混凝土結構學課程的理論知識，并能學以致用，做一個對社會有貢獻的建設者和接班人。

參考文獻

[1] 陳亞梅.水工鋼筋混凝土結構教學的方式研究[J].教育現代化，2017，4（3）：290-291.

[2] 羅立權，何金春.水工鋼筋混凝土結構教學改革與實踐探討[J].高等建筑教育，2017，26（2）：57-61.

[3] 顧文虎.案例教學法在鋼筋混凝土結構設計原理課程教學中的應用——基于“卓越工程師教育培養計劃”下的教學改革[J].新課程研究（中旬刊），2013（10）：92-93.

[4] 王俊，霍兵勇，劉敬云.基于銜接行業標準的《混凝土結構設計原理》課程教學改革與實踐[J].許昌學院學報，2020，39（2）：49-52.

[5] 王先軍.提升“水工鋼筋混凝土結構學”課堂教學效果的方法探討[J].課程教育研究，2017（36）：163-164.

[6] 楊蘭，白夏，武心嘉，等.《水工鋼筋混凝土結構》課程工程化教學方法研究[J].科技創新導報，2017，14（30）：217-218.

[7] 劉建平，史萍.高校《混凝土結構設計原理》課程思政教育改革與實踐[J].教育現代化，2019，6（56）：100-101，109.

[8] 周翠玲，馮竟竟，張耀軍.工程教育專業認證背景下鋼筋混凝土結構課程教學改革[J].山東農業工程學院學報，2018，35（11）：28-31.