交通工程專業“混凝土結構設計原理”教學探索

鄭尚敏　童尚蘭　程海根

摘? ? 要：“混凝土結構設計原理”是交通工程專業一門重要的專業基礎選修課程，涉及的概念及公式較多，理論性較強，學生學習壓力大。文章從“混凝土結構設計原理”課程教學現狀出發，對影響其教學效果的因素進行深入分析，提出提高該門課程教學效果的對策。

關鍵詞：混凝土結構設計原理;交通工程;教學改革

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2020）03-0034-02

“混凝土結構設計原理”是交通工程專業一門重要的專業基礎選修課程，在培養學生掌握工程概念、設計方法以及解決實際工程問題的能力和創新意識等方面有著較重要的意義[1]。該課程與相關的課程聯系較緊密，對學生構建完整的知識體系起到了重要的作用。本課程的主要內容包括鋼筋混凝土材料的基本力學性能，鋼筋混凝土結構設計的基本原理，鋼筋混凝土構件的承載能力計算方法以及預應力混凝土結構的設計與計算方法等[2]。該課程具有概念、公式以及規范條文多，理論性較強等特點，學習前需要有足夠的基礎知識儲備。作為選修課程，交通工程專業與土木工程專業的要求相比有所降低，教學上也需要采用不同的方式方法。根據專業的特點以及教學過程中遇到的問題，本文經過深入探討提出提高該門課程教學效果的方法及措施。

一、“混凝土結構設計原理”教學現狀

由于“混凝土結構設計原理”課程在課程內容的編排上存在較強的邏輯關系，首先介紹材料的物理力學性能，在認識材料力學性能的基礎上學習結構設計原理，包括可靠性的設計理念以及基于概率的極限狀態設計方法，之后再介紹鋼筋混凝土結構的承載力計算方法。整個課程教學內容上的邏輯關系：首先必須先學習材料的物理力學性能，才能根據材料力學性能進行截面設計，然后運用力學知識對結構截面的力學平衡進行分析，建立基本力學方程。然而，華東交通大學交通工程專業“建筑材料”課程與“混凝土結構設計原理”是安排在同一學期，在進行材料物理力學性能學習前，材料的物理力學性能尚未學習，需要花費足夠的時間對該內容進行講解。此外，交通工程專業對力學的要求不高，“混凝土結構設計原理”課程學習前只進行“工程力學”課程的學習，大部分學生該課程的學習并不扎實，對基本的力學概念不夠清晰，這也對“混凝土結構設計原理”中涉及力學分析部分的內容理解帶來了一定的難度。

目前，針對交通工程專業“混凝土結構設計原理”課程的教學，主要還是以書上的內容為主，由于課時的約束（僅48課時），遇到力學方面的基礎知識默認他們已經掌握，有不清楚的地方要求學生自己課下查漏補缺，盡量將課本的知識按要求教授完成[3]。而實際教學過程中，學生的學習狀況又如何？學習基礎好的學生基本能跟上教師的節奏，按部就班地開展學習。然而，學習基礎不好的學生，完全無法跟上節奏，涉及力學分析部分的內容，就像是在聽天書，無法理解，課下也不會花時間來對課上不清楚的地方進行復習，下次課，就更聽不懂了，就在這樣的一個死循環中度過整個學期。

傳統的課程教學方法顯然會讓學生產生一定的厭學情緒，不利于課程的教授，更不利于課程的學習。對學生的知識體系的構建也是不利的。基于此，需要對現有教學方法進行深入分析，探討更適合交通工程專業學生的教學方法，以期能達到師生的共同目標。

二、提高“混凝土結構設計原理”教學質量的對策

（一）加強力學理論知識回顧

“混凝土結構設計原理”課程涉及構件設計部分內容的安排中，首先安排的是鋼筋混凝土受彎構件正截面承載力計算[4]，該部分內容中涉及的截面基本力學分析以及基本方程的構建均是后面各章節內容分析的基礎，所以學好該部分的內容對后續內容的學習具有較大的幫助作用。然而針對交通工程專業學生力學基礎薄弱的問題，在教學過程中，在開展矩形截面受彎構件正截面承載力計算部分內容的教學前，一定需要花費一定的時間，幫助學生共同復習在力學課程中的基本力學知識，以幫助學生更好地理解受彎構件正截面承載力的計算圖示的受力分析。

從力學角度來說，該處的力學分析原理較簡單，然而，交通工程專業的學生力學基礎薄弱，對該部分內容中力學分析的理解較吃力。基于此，需要給他們講解最基本的力學平衡以及力矩平衡原理，并詳細講解利用等效矩形應力圖來代替實際的曲線形應力圖，混凝土受壓區高度對應的位置與截面中和軸之間的關系。

作者在復習該部分內容時并未按照“工程力學”書中的內容做重復的講解，而是通過一個經典的例子來進行力學知識回顧——通過阿基米德的一句經典的話“給我一個支點，我可以翹起整個地球”來給學生解釋什么是力平衡，什么是力矩平衡。如此講解，既提高了學生的聽課興趣，又很好地理解了力學中基本的力平衡與力矩平衡的概念。

（二）改變傳統授課方式，提高教學內容的形象性

鑒于交通工程專業學生的課程設置、課時安排以及對該門課程的培養要求（無法進行試驗教學），課程中涉及很多試驗方面的內容，如混凝土抗壓強度試驗以及鋼筋抗拉強度試驗部分的內容，該部分的內容若是采用傳統教學方法教授，只能為學生簡單地講解試驗現象及過程，或者配合ppt輔助來展現整個試驗過程，學生在學習過程中無法直觀地感受試驗現象。鑒于次，作者通過網絡收集相關試驗的視頻資料，通過多媒體播放視頻來加強學生對試驗過程及現象的理解與認識，觀看過程中結合教師的講解及說明，學生可以很好地掌握該部分的內容。

（三）突出課程的主要知識點

“混凝土結構設計原理”課程的內容非常繁雜，既有各種規范規定的條目性要求，又有基于理論推導的計算公式，以及通過試驗分析得出的經驗性成果，所有的這些知識點對學生都很重要，理論上都應該被很好地掌握[5]。然而，該門課程作為交通工程專業學生的專業基礎選修課程，其作用是串聯相關課程知識點，構建知識體系，為專業課程的學習提供必要的基礎，加上前期知識掌握較薄弱，以及教學課時安排不足（只有48課時）。基于此，交通工程專業的學生對該門課程的學習應該抓住主要知識點以及有一定深度的知識點，而規范條文類知識點以及數字、說明類知識點則可以讓學生自己學習，把主要精力放在重要的、難于理解的知識點上，如受彎構件正截面承載力試驗過程，以及基本計算方程的構建思路，T形截面的演變過程等。學生只要把重要的基本理論串聯起來，其他的知識點即可很好掌握。

（四）于“授業”中傳遞人生哲理

“教師是人類靈活的工程師”，“師者，所謂傳道，授業，解惑也。”從這兩句話道出了教師的重要作用——教書、育人。大學教師同樣肩負著這樣的責任，在開展結構設計原理這門課的教學過程中，一方面要把專業知識教授給學生，另一方面還需要結合課程中的內容為學生講授人生的道理，通過易懂的語言為他們傳遞人生哲學道理。如，講到受彎構件設計的基本問題一節中，提到的基本假設中一點：“裂縫出現后，不考慮受拉區混凝土的抗拉作用，拉應力全部由鋼筋承擔。”從實際試驗過程分析以及理論分析來看，開裂出現后，受拉區混凝土還是參與抗拉作用的，然而，若是理論中考慮了混凝土的抗拉影響，必然會增大分析的難度，得出的計算公式更不便于設計師利用，而且從試驗結果分析可知，開裂后，混凝土參與抗拉作用非常小，理論分析中忽略該作用，既利于理論分析又為設計理論增加了一定的安全富余，所以說，該處的假設突出了問題的主要矛盾（抗拉作用主要還是由受拉鋼筋來承擔），體現了一個重要的哲學思想“解決問題要抓住問題的主要矛盾，忽略次要矛盾”，也是通過這個假設推演到學生平時的生活與學習中，遇到問題時，應該抓住問題的實質，抓住主要矛盾，這樣更有利于問題的解決。

（五）利用有限元軟件提高學生學習積極性

有限元軟件目前已廣泛應用于結構的力學計算中，土木工程專業還會特別開設相應的結構電算之類的課程[6]，為畢業設計做準備。針對交通工程專業的學生，由于工作性質不同，將來工作中可能較少會用到有限元方面的軟件。然而，針對交通工程專業的結構設計原理課程的教學過程中，可以引入有限元軟件來對試驗部分的內容（混凝土立方體、棱柱體的抗壓強度試驗、鋼筋抗拉強度試驗、受彎構件破壞全過程試驗等）進行模擬來提高學生的學習積極性，并通過軟件的操作加深課本內容的理解。此外，掌握了軟件的基本操作，在以后的學習工作中涉及較復雜結構力學方面的計算也可以直接通過軟件來完成。

“混凝土結構設計原理”作為理論與實踐相結合的課程，對交通工程專業學生來說非常重要。由于該課程的要求目標的差異以及與基礎課程銜接的問題，在進行該門課程教授的過程中需要更多地把主要內容，主要知識點教授給學生，把關鍵問題講解透徹，并通過結合有效的教學方法，圓滿完成該課程的教授，為交通工程專業學生以后的專業課學習打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]周孝軍，楊虹，伍平.混凝土結構設計原理課程教學探討[J].教育教學論壇，2015，（41）.

[2]徐海賓，韓曉斌，姚小平.《混凝土結構設計原理》課程教學探討[J].河北工程大學學報：社會科學版，2018，（1）.

[3][5]鄭玉國.“結構設計原理”教學激勵機制的設計與評價[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2017，（2）.

[4]張樹仁，黃僑.結構設計原理：第2版[M].北京：人民交通出版社，2010：62-68.

[6]周靖.鋼筋混凝土梁受彎動態仿真在教學中的應用[J].赤峰學院學報：自然科學版，2018，（8）.

收稿日期：2019-04-17

作者簡介：鄭尚敏（1984—），男，安徽來安人，華東交通大學土木建筑學院講師，博士，主要從事結構設計原理教學研究。