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《混凝土結構設計規范》對比分析,詳細闡述其修訂或刪減的主要依據,并對新版規范的修訂內容作了較為全面的總結,提出混凝土結構設計課程在教學方法上的新要求。
關鍵詞:混凝土結構;教學方法;設計規范;修訂內容;技術要點
中圖分類號:G6420 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2909(2013)02-0053-05
中國建筑科學領域的工程結構設計規范(或標準)大約每10年修訂一次,2002版《混凝土結構設計規范》[1]自頒布實施至今已有10余年,尤其是2008年“5.12”汶川地震和2010年“4.14”青海玉樹地震發生之后,2002版規范中關于工程結構設計理論、工程結構構造措施以及工程結構抗震理論存在的不足更加突顯。同時,中國工程結構設計理論研究水平的不斷提高,新材料的不斷出現以及工程經驗的不斷積累,也縮短了工程結構設計規范的修訂周期。2011年7月,正式頒布實施GB50010―2010《混凝土結構設計規范》[2]。新規范根據多年工程經驗和研究成果,同時考慮與國際其他發達國家混凝土結構設計標準接軌,貫徹國家“四節一環保(節能、節地、節水、節材和環境保護)”政策編制而成。新規范的編制標志著中國混凝土結構的計算理論和設計水平有了新的提高;同時也對高等學校土建類專業學生如何結合新版規范進行快速知識更新,高校教師如何及時改進混凝土結構設計及相關課程教學方法提出了新要求[3-6]。
一、新版規范關于結構材料強度的修訂
(一)混凝土強度的修訂
新版混凝土結構設計規范刪除了2002版規范4.1.4條中注1和注2的相關規定,即關于受壓構件尺寸效應(現澆鋼筋混凝土軸心受壓及偏心受壓構件,如截面的長邊或直徑小于300 mm,則混凝土的強度設計值應乘以系數0.8)和離心混凝土的有關規定。2002版規范源于前蘇聯規范,最近俄羅斯規范關于此條的規定已被取消,而離心混凝土的強度設計值應按專門的標準取用,不再列
入,故新版混凝土規范將此項內容刪除。另外,新版混凝土規范刪除了2002版規范4.1.6條中關于混凝土軸心抗壓、軸心抗拉疲勞強度設計值,以及當蒸養溫度超過60℃時,計算混凝土強度設計值應提高20%的規定,因為高溫蒸養引起的主要問題是裂縫,而非提高設計強度所能解決。
(二)鋼筋強度的修訂
新版混凝土結構設計規范4.2.2條增加了強度標準值為500 MPa的HRB500、HRBF500級高強鋼筋,并規定其抗拉強度設計值(fy=435MPa)與抗壓強度設計值(f′y=410MPa)分別取不同數值。加入靠控溫軋制而具有一定延性、可焊性、機械連接性能及施工適應性的HRBF系列細晶粒熱軋帶肋鋼筋,限制并準備淘汰強度標準值為335 MPa級熱軋帶肋鋼筋的應用,立即淘汰強度標準值為235 MPa的HPB235級光圓鋼筋的應用,以HPB300級光圓鋼筋取代之。同時,規定了過渡方法,要求在規范的過渡期及對既有結構進行設計時,235 MPa級光圓鋼筋的設計值仍按原規范取值;同時,推廣強度標準值400 MPa、500 MPa級高強鋼筋作為受力的主導鋼筋。對預應力鋼筋,為了補充中強空擋,增加了強度等級為1 960 MPa和大直徑21.6 mm的鋼絞線,補充了預應力螺紋鋼筋及中強鋼絲的有關設計參數,并淘汰了錨固性能差的刻痕鋼絲,刪除了不常用的預應力筋的強度等級和直徑。
二、新版規范關于基本設計規定的修訂
為了進一步完善2002版規范,保證結構的安全,增強結構的整體穩固性,提高混凝土結構抗偶然作用的能力,新版混凝土結構規范設計原則從以構件設計為主擴展到整個結構體系,補充了3.2條“結構方案”和3.6條“結構抗連續倒塌設計原則”,增加了3.7條“既有結構改造設計原則”的規定,指出結構方案設計對建筑物安全性有著決定性影響,鑒于結構防連續倒塌設計的難度和代價較大,一般結構只須進行防連續倒塌的概念設計,以定性設計的方法增強結構的整體穩固性;同時新版規范3.4.4條對構件撓度、裂縫寬度計算采用的荷載組合進行了調整,新增鋼筋混凝土構件采用荷載準永久組合并考慮長期作用的影響,完善了承載能力極限狀態設計內容,增加以構件分項系數進行應力設計等方面的內容。另外,新版混凝土規范3.4.1條第4款及3.4.6條還增加了樓蓋舒適度的要求,并規定樓蓋豎向自振頻率的限值。
三、新版規范關于承載能力極限狀態計算的調整修訂
(一)正截面承載力計算的修訂
新版混凝土結構設計規范對受彎構件正截面承載力的計算未作改動,但對受壓構件正截面承載力的計算改動較大,主要是針對鋼筋混凝土結構中的二階效應問題。2002版混凝土規范在考慮P-δ效應時[7-8],對引起結構側移的荷載或作用所產生的一階彎矩Ms和不引起結構側移的荷載產生的一階彎矩Mns不加區別,全部乘以增大系數ηs,即考慮P-δ效應時結構的彎矩為M=(Mns+Ms)ηs。新版混凝土結構設計規范在考慮P-δ效應時,對除排架結構以外的框架結構、剪力墻結構、框架―剪力墻結構及筒體結構只增大引起結構側移的荷載或作用所產生的一階彎矩Ms,不增加不引起結構側移的荷載產生的一階彎矩Mns,即結構中的彎矩為M=Mns+ηsMs。另外,對于P-δ效應,2002版規范通過初始偏心距增大系數η來考慮P-δ效應,而新版混凝土規范6.2.3條規定偏心壓力構件通過調整構件控制截面的彎矩設計值M來考慮P-δ效應(彎矩作用平面內截面對稱的偏心受壓構件,當同一主軸方向的桿端彎矩比不大于0.9且軸壓比不大于0.9,同時構件的長細比滿足的偏心受壓構件時不用考慮P-δ效應),取消了軸向力偏心距增大系數η對二階效應的影響。關于軸向壓力在撓曲桿件中產生的P-δ效應新舊規范具體的變化如表1(以非預應力鋼筋混凝土偏心受壓構件為例)。
(二)斜截面承載力計算的修訂
2002版混凝土結構規范關于受彎構件斜截面承載力計算公式,經過驗證發現:當集中荷載對支座截面或節點邊緣產生的剪力值占總剪力的75%時,分別按均布荷載和集中荷載兩種情況計算的箍筋差異很大,即造成配箍不連續。因此,為了克服上述不足,新版混凝土結構設計規范6.3.4條統一了一般受彎構件與集中荷載作用下梁的斜截面受剪承載力計算公式,并調整了斜截面受剪承載力計算公式中箍筋抗力項的系數,適當增加斜截面受剪承載力的安全儲備,新舊規范關于受彎構件斜截面受剪承載力的計算公式如表2(以非預應力鋼筋混凝土受彎構件為例)。同理,將考慮地震作用的框架梁其斜截面受剪承載力計算公式也作了相應修改。
四、新版規范關于正常使用極限狀態驗算的調整修訂
(一)裂縫控制驗算的修訂
新版混凝土結構設計規范3.4.4條保留了2002版混凝土規范有關裂縫控制等級劃分的規定,但對受力裂縫的控制進行了適當放松(詳見新版混凝土規范第3.4.4及7.1.1條規定)。另外,在進行最大裂縫寬度wmax計算時,新版混凝土規范7.1.2條調整了計算中鋼筋應力σs的計算方法,以及表7.1.2-1中關于鋼筋混凝土受彎、偏心受壓構件受力特征系數αcr的取值,將wmax的公式計算值適當減小。
(二)撓度驗算的修訂
在進行受彎構件撓度驗算時,新版混凝土結構設計規范7.2.2條在受彎構件短期剛度Bs的基礎上,補充提出了考慮荷載準永久組合和荷載標準組合的長期作用對撓度增大的影響,給出了剛度計算公式B=Bs/θ。另外,根據國內研究成果,在預應力混凝土構件短期剛度Bs計算公式的基礎上,采用無粘結預應力筋等效面積折減系數α1,適當調整值ρ,就可將原公式用于無粘結部分預應力混凝土構件的短期剛度計算(詳見新版混凝土規范第7.2.3條規定[1])。
五、新版規范關于構造規定的調整修訂
(一)混凝土保護層厚度規定的修訂
新版混凝土結構設計規范8.2.1條調整了鋼筋保護層厚度的規定,從混凝土碳化、脫鈍和鋼筋銹蝕的耐久性角度考慮,不再以縱向受力鋼筋的外緣計算,而以最外層鋼筋(包括箍筋、構造筋、分布筋等)的外緣計算混凝土保護層厚度。修訂后的保護層厚度實際上比原規范的規定有所增加,一般情況下略有增加,而惡劣環境下增加的幅度較大,新舊規范關于混凝土保護層最小厚度c的對比如表3。從表3可以看出,新版規范中關于混凝土保護層的厚度無論從數值上還是具體計算規定上都明顯增大,充分考慮了混凝土結構的耐久性要求,新增設計使用年限100年的結構,其保護層厚度取相應類別使用年限為50年的1.4倍,同時細化環境類別,將原規范中的環境三類細化為三a、三b兩個子類,并進一步加大惡劣環境下混凝土保護層厚度的取值。
(二)關于鋼筋錨固長度規定的修訂
新版混凝土結構設計規范8.3.1條對基本錨固長度的計算公式未作改動,但明確了鋼筋的錨固長度la=ξalab,其中修正系數ξa根據錨固條件取用,同時在計算基本錨固長度lab時,刪除了原規范中錨固性能較差的刻痕鋼絲。由于2002版規范中關于混凝土強度最高等級取C40偏于保守,故新版規范將混凝土最高強度等級提高到C60,以提高錨固的性能。
六、新版規范在混凝土課程教學過程中的新要求
新版混凝土規范自2011年7月頒布實施以來,已經有近一年,而目前中國高校所使用的教材多數是在2002版規范基礎之上編寫而成,如何將教學內容與新規范相結合是目前混凝土任課教師亟待解決的問題,筆者認為在教學的過程中將重點從如下幾個方面入手。
一是,改變以教材為主要參考資料而較少閱讀和學習《規范》的傳統教學方法,提高學生解決結構實際問題的綜合能力。強調實踐性教學環節,包括到施工現場參觀的認識實習、課程設計及綜合技能訓練等。在混凝土結構課程開課前,讓學生對梁、板、柱等常見的混凝土基本構件以及框架結構、剪力墻結構等常見的混凝土結構形式形成初步感性認識,并借以引發和提高學生學習混凝土結構課程的興趣。
二是,改變以往授課過程中只重視單個構件的設計,輕視整體結構設計的教學思想,補充“結構方案”和“結構抗倒塌”設計方面的內容。使學生了解和掌握結構系統概念,了解課程的主要層次關系,從全局把握學習重點,理清學習思路,建立結構整體系統概念,理清各部分之間的關系,為課程學習建立總體框架。
三是,注意新舊規范關于混凝土和鋼筋兩種材料在強度和級別方面的修訂和增補原因。目前,由于規范處于過渡階段,故應重點向學生講明混凝土和鋼筋兩種材料的級別調整和增補原因,糾正以往對鋼筋等級(例如Ⅰ級鋼、Ⅱ級鋼、Ⅲ級鋼等)的提法,而應以規范規定的提法為準,同時提醒學生關于兩種材料強度的調整規定。
四是,關于單個構件承載能力極限狀態中受彎構件斜截面受剪承載力和偏心受壓構件正截面承載力計算新舊規范的對比,以及新規范修改的原因,在授課時引用《規范》中的條文進行講解。這樣可以讓學生在理解課堂教學知識的同時,進一步熟悉《規范》規定的原因以及依據。
五是,注意鋼筋混凝土和預應力混凝土構件在正常使用極限狀態下裂縫寬度和撓度驗算的變動;授課過程中應注重鋼筋混凝土構造和鋼筋混凝土結構構件(如板、梁、柱)有關內容的變化。構造措施是人們在長期實踐經驗基礎上總結而成的,是防止因計算考慮不周全而造成結構構件開裂、破壞,或者是保證結構構件在使用和施工上的需要而采用的,構造措施在混凝土結構設計中非常重要,大多數抗震設計的相關問題都是通過構造措施得以
保證,因此一定要引起足夠重視。
七、結語
混凝土結構是中國工業與民用建筑采用最多的一種結構形式?;炷两Y構設計是目前高校土木工程專業非常重要的一門專業課程。新版混凝土規范在高強高性能材料的應用、結構分析內容的擴展以及實現與國際接軌等方面都有了很大進步,同時新規范更加側重房屋、鐵路、公路、港口和水利水電工程混凝土結構共性技術問題設計方法的統一,這與“大土木”專業設置要求和土木工程專業“寬基礎、多出口”的培養目標更加吻合。筆者僅介紹了規范與本科教學有關的主要修訂內容,并以此提出教學新要求,以期拋磚引玉,共同推進混凝土結構設計課程教學的改革。
參考文獻:
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Teaching of concrete structure design course
LI Fengchen1,2, ZHANG Lina1,2, XU Chi2, YI Pinghua1
( 1.College of Civil Engineering and Architecture, East China Institute of Technology, Nanchang 330013, P. R. China;
2. Fuzhou Institute of Exploring and Architectural Design, Fuzhou 344000, P. R. China)
關鍵詞:案例教學法;鋼筋混凝土結構設計原理;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0568(2013)29-0092-02
為了全面貫徹落實教育部提出的關于“卓越工程師教育培養計劃“的重大項目,全面提高學生的動手實踐能力和創新能力,許多高校在教學模式和教學內容上作了相應的調整,旨在培養出一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各種類型的高質量工程技術人才。
一、案例教學緣起
隨著教學的不斷摸索,提出了案例教學法的教學方法。案例教學以學生對案例的運用和討論為特點,幫助學生掌握對實際問題進行分析和反思的方法,重在提高學生的認知水平和解決問題的能力,并發展學生的創新精神,是培養富有分析研究能力和解決實際問題能力及團隊合作精神的高素質人才的一條重要途徑。案例教學法始創于19世紀70年代哈佛大學法學院,最先運用于法學和醫學教學,其后被運用于其它領域。
《混凝土結構設計原理》是土木工程專業的一門重要專業基礎課,是一門基于試驗和理論研究來指導工程應用的課程。將案例教學法引入到鋼筋混凝土結構設計原理教學中,可以使學生對該門課程具有更好的理解和認識,使得他們在今后的工作中遇到相關的問題,可以更好地運用相關的理論知識分析和解決問題。
二、案例教學原理
案例教學法是根據教學目標的需要,以案例為基本素材,把學生帶入特定的事件情景中,進而識別問題、分析問題和解決問題,其最根本的內容就是案例的選取和使用,這也是案例教學區別于其它方法的關鍵。案例是案例教學的核心,離開了案例,案例教學就無從談起。作為案例教學中的案例,應具有以下幾個基本特征:
(1)真實性。對于一個工科課程,案例可以幫助學生認識并了解工程實際情況,加強學生對工程實踐的體驗和感受。因此,案例應取材于工程實際,它是真實發生的,而不是憑空想象和杜撰出來的。
(2)典型性。并不是所有的事例都可以作為案例,案例是具有一定代表性的典型事例,代表著某一類事物或現象的本質屬性。案例要能夠涵蓋眾多理論知識,使學生可以掌握有關的原理和方法,同時要考慮學生知識水平和能力,使教學內容和學生基礎相適應。
(3)規范性。教學案例的選取與設計要注意將相關的行業規范貫穿其中,使案例教學成為對學生進行行業相關規范、規程的學習過程,使得學生在今后的工作中能夠重視規范的重要性。
(4)啟發性。案例應該能夠引入深思,啟迪思路,進而深化教學內容,并能留給學生必要的想象和自主發揮空間。
(5)實用性。案例教學的目的是解決問題,使學生掌握的知識有用武之地。因此,任何案例都不可信手拈來,需要經過充分的篩選、比較、論證,選取最精華的東西,使案例教學取得實效。
三、案例教學方法
1.案例研究法
這種方法是芝加哥大學首先開發使用的,所以又叫芝加哥研究法。其實施過程是:首先給學生分發案例,讓他們進行閱讀,然后學生和教師一起站在客觀的、公正的和旁觀者的角度,討論發生這樣事情的原因,深入分析,從中找出一般規律。
2.案例分析法
也被稱為哈佛教學法,所使用的案例多是現實中發生的復雜問題,其主要目的在于提高學生解決問題的能力和判斷力,重點放在解決問題的過程上。參與者要扮演案例中的角色,以達到身臨其境進行分析和決策的效果。哈佛的案例教學有三類:①問題評審型,即給出問題和解決問題的方案,讓學生去評價;②分析決策,即不給出方案,要求學生通過討論分析提出決策方案;③發展理論型,即通過案例發現新的理論生長點,發展并不斷完善理論體系。
四、鋼筋混凝土結構設計原理教學中的案例教學過程
以“鋼筋混凝土結構設計原理”課程中“混凝土梁的受彎破壞及影響因素”為例,講述本課程案例教學的使用過程。
1.課前案例教學準備
案例教學的成功與否取決于教師與學生的共同努力,需要師生之間的參予和配合。學生在學習本章節之前,首先形成感性知識,激發學習興趣。教師要熟悉案例,仔細研究案例內容以及與之相關的教科書中相關章節課程的內容,通過案例分析,使學生學習和掌握那些原理和知識。其次,要組織學生到工地現場實地觀察,調查鋼筋混凝土梁破壞形式,尤其對于一些已建建筑物,要調查鋼筋混凝土梁在荷載作用下的彎曲變形形狀、裂縫分布特點及鋼筋銹蝕情況等相關內容。
該階段教學目的:利用課間業余時間展示工程現狀,這些具體、直觀、形象的信息,能有效幫助學生形成感性知識,激發他們的學習興趣,活躍課堂氣氛,啟發他們提出各類問題,調動他們積極主動地探求此類工程問題的解決方案。
2.課內案例教學組織與實施
課內的教學要注意以引導學生為主進行討論,而不是由教師為主進行講授。教師要認真傾聽學生的發言,善于發現和捕捉他們發言中的閃光點,及時調動他們的積極性。學生以實際工程為載體,分析工程場地和具體工程參數對混凝土梁破壞的影響,探討如何解決工程實際問題。教師要通過文字、公式推導等方式,引導學生去論證梁破壞的產生原因以及如何預防類似問題發生,這樣可以使學生考慮不同參數對梁的影響。
該階段的目的:以濃厚的工程氛圍、嚴謹的工程語言,向學生傳遞實際工程信息和工程急需解決的問題,增強學生的工程意識、解決工程問題的責任心,集中學生的注意力。同時,讓學生對一些概念有一個理性認識,這樣更便于理解記憶。
3.課后案例教學的總結評析
課后案例的總結和反思是提高案例教學質量的重要措施之一。對于案例中涉及的重要知識點,可以通過課堂講解掌握,而對于其他知識點,則指導學生通過自學去熟悉或了解。學生通過相關案例的學習,可以構建一定的理論知識體系,通過課后案例教學的反思,加深對理論知識的理解與記憶。最后,通過實驗室的鋼筋混凝土梁加載試驗,可以驗證課本的理論知識與實際發生是否一致,讓學生對課本的理論知識進一步加深認識。
通過對理性知識的簡單運用與加深。重新審視本章節內容能夠解決的工程問題,給學生以啟發和引導,通過討論指出解決問題的思路與方向。通過這樣的案例分析,可以培養學生獨立思考的習慣和解決工程問題的意識與能力,培養學生的團隊協作精神,增強學生的實際工程現場意識,及其對課程理論知識的再認識。
五、案例教學的應用效果
案例教學法在鋼筋混凝土結構設計原理課程中的使用,可以大大提高學生主動分析并掌握問題重點的能力,強化學生獨立思考問題的能力,可以通過不斷的探討,使得學生在分析問題、解決問題能力方面得到提高。另外,還可以使學生加深對現實工程情況的了解,通過互相溝通,培養和發揚團隊精神。
案例教學法同樣可以提高教師的綜合業務能力。課程的教學改革,要求授課教師必須具備“雙師資格”(教師資格和工程師資格)。授課教師應該根據專業特點,在具備扎實的理論知識的基礎上,投身工程實踐,通過工程實踐把自己鍛煉成合格的工程師,以便于更好地投入到教學工作中。
案例教學的重點就是對于案例的選取與使用,建立的案例要能覆蓋足夠多的知識點。同時,要具有合適的規模,這樣才能恰到好處。要鼓勵教師進行案例教學法,這對于絕大多數教師來說,是一種相對新穎的教學方法,一時無法讓更多的教師接受,這就需要教師改變傳統思想,接受新的教學理念。最后,案例教學的使用改變了傳統的教學方式,可以大大提高學習效率。
參考文獻:
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關鍵詞:道橋專業;項目模塊;實踐環節;人才培養
中圖分類號:G6420 文獻標志碼:A 文章編號:10052909(2017)02006204
混凝土結構設計原理課程內容豐富,與實際聯系較緊密[1],在道橋專業中處于十分重要的地位。分析道橋專業課程體系的特點,課程的定位明確:既是導前課程在實際中的應用,又是后續課程的基礎,如圖1所示。
從圖1中不難發現,混凝土結構設計原理作為專業課程體系的“橋梁”,實踐性較強,既在綜合應用中鞏固了基礎課程知識,又在循序漸進的學習過程中為后續課程打下了基礎。因此,學生對該課程掌握的情況對專業技能的培養影響較大。文章結合混凝土結構設計原理的特點和課程體系中的定位,對該課程的教學做了探索性思考和總結。
一、混凝土結構設計原理課程教學存在的問題
作為道橋專業的學位課程,該課程的要求較高,但學生掌握的情況不夠理想。以三峽大學科技學院為例,課程的最終成績由閉卷考試的卷面成績(60%)、實驗成績(20%)和平時成績(20%)綜合評定。從2013級道橋本科專業成績分析結果來看,達到合格標準的只占70%,優良的只占18%,如表2所示。
結合該課程的特點和學生學習的情況,很多專業教師就教學方法和教學手段的改革進行了探索,提供了較多好的方法和建議[2~4],但仍然存在如下問題。
(一)理論和實踐學時不均衡,缺乏實踐訓練
為強化學生對理論知識點的熟悉程度,混凝土結構設計原理課程的授課往往以理論教學為主,實踐環節學時占比較少,部分高校學時分配如表3所示。
(二)教材例}設置過于簡化,未結合工程實際
混凝土結構設計原理教材例題的側重點在于對基本計算理論的鞏固,往往在設置時簡化了大部分內容,學生在練習的過程中過于依賴例題,缺乏分析思維和解決問題能力的訓練。比如矩形截面設計問題,實際工程的設計過程是結構計算簡圖的抽象結構荷載分析不同荷載的作用效應計算內力最不利的組合截面尺寸的擬定材料的選擇設計計算構造性要求變形和裂縫驗算結構施工圖,而教材由于篇幅的限制和側重點的不同,將大部分例題的設計過程設定為設計計算構造性要求配筋圖,雖然節約了大量教學時間,但不符合工程實際,也漸漸抹殺了學生的創新和分析能力。
(三)課程設計的實踐訓練過于集中,收效甚微
道橋專業在相應實踐教學環節中均會設置混凝土結構設計原理的課程設計,目的是綜合訓練學生查閱資料、分析問題和設計的初步能力,一般要求學生一周完成設計。課題內容較多,任務量較大,加上同一學期其他專業課程的要求,學生為完成任務要么依賴例題,要么抄襲別人的成果。此外,混凝土結構設計原理的課程設計一般為梁板結構設計,偏向土木工程房建方向,而道橋專業后一學期的橋梁工程課程為混凝土簡支梁橋的設計,其大部分內容是重復的,因此,對于道橋專業學生而言,混凝土結構設計原理課程設計的效果不佳。
三、基于項目模塊教學方法的探索
專業課程的理論知識是實際工程應用的基礎,傳統的教學模式使得混凝土結構設計原理課程慢慢地獨立于專業課程體系之外,不符合應用技術型人才培養模式的要求,為增強學生的專業綜合素質和就業優勢,文章以項目模式為基礎對該課程的教學做了探索。
(一)項目模塊的設定與課程內容的對應
結合道橋專業的需求,將現澆混凝土橋梁工程作為項目模塊分解混凝土設計原理課程,設定4個項目模塊及10個子模塊,與課程內容的對應關系如圖1所示。
以項目模塊分解課程內容不僅讓課程教學更加符合理論應用于實踐的宗旨,也讓學生在學習過程中逐漸學會了如何解決實際工程中的五大類問題,即材料如何選擇?截面如何設計?鋼筋用量如何計算?施工圖如何繪制?結構質量如何控制?
(二)項目子模塊的實踐環節
實踐教學環節作為理論知識的應用在專業教學中尤為重要,由于條件和學時的限制,傳統的混凝土結構設計原理課程實踐僅僅是在課程設計中體現,并沒有達到綜合訓練的目的,因此,以項目模塊驅動的課程教學在子模塊中設定了三大類實踐任務和10個訓練項目,理論與實踐緊密結合,綜合訓練學生的分析、動手能力,如表4所示。
(三)項目模塊教學課程考核方案的思考
考核是學習成果檢驗的重要環節,也直接引導了學習的目的性。傳統的考核方案以閉卷考試為主,使得學生習慣性養成了以應試為目的學習態度,上課敷衍了事,考前死記硬背,逐漸形成了高分低能、無法解決實際問題的怪相。
為培養具有較扎實理論基礎和較強實踐能力的應用技術型人才,在以項目模塊設定的教學模式基礎上,對課程的考核方案做了如下思考。
(1)放棄閉卷考試的考查。混凝土結構設計原理課程本身就具有公式多、條件多的特點,記憶大量的公式和公式條件并不是學習該課程的主要目的,學會步驟分析的方法,學會解決不同條件下的實際問題才是學習這門課程的宗旨,顯然閉卷考試并不能客觀反映學生對課程的掌握程度。
(2)以平時成績、子模塊實踐訓練項目成績綜合評定。如表5所示考核方案,平時成績的考核主要訓練學生的學習態度,項目設計成績考核主要強化學生對設計理論和規范的應用,實驗成績考核主要訓練學生的動手和分析能力,實訓成績考核主要考查學生對實際工程問題的判斷和寫作能力。
(3)為增強課程考核要求的約束性,設定學分和學位獲得條件,如表6所示。
四、結語
以實際項目模塊為基礎,將混凝土結構設計原理的理論課程分解到項目模塊中,相應的子項目的訓練增強了課程實踐教學的效果,不僅將理論知識迅速地應用于實踐,而且增強了項目所設定的實驗的意義,提高了學生學習的興趣和目的性。
課程的考核方案從學習態度、理論知識掌握程度、資料的搜集及規范的應用、動手能力和實際問題判斷能力各個方面綜合評價學生的學習情況,在重復訓練中提高學生的專業技能,避免了學生以考試為目的,被迫學習的心理,為后續的學習打下堅實的基礎,也為同類院校提高專業課程體系的教學質量提供了參考和借鑒。
參考文獻:
[1]周孝軍,楊虹,等. 混凝土結構設計原理課程教學探討[J]. 教育教學論壇,2015.10(41):150-152.
[2]周愛萍,黃東升,等. 關于混凝土結構設計原理的教學探討[J]. 教育教學論壇,2015.10(43):166-167.
[3]商懷帥,楊琳,等. 工程案例在混凝土結構設計原理教學中的應用[J]. 中國冶金教育,2014(5):34-35.
[4]陳進,謝孝,等.基于執業能力培養的混凝土結構設計原理系列課程改革[J].高等建筑教育,2010,19(1):51-53.
Abstract:Concrete structure principle course is very important in road and bridge specialty curriculum system, simplified conditions of the traditional teaching methods is not conducive to the training of creative thinking and analytical thinking. This paper explored the course teaching by project module, set the links of practice and the scheme of course examination to improve students, interest in learning and close to actual project scenario. It can not only train the students, professional skills, also provide reference for the training of applied talents.
關鍵詞:水工鋼筋混凝土結構學;課程設計;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)36-0124-02
水工鋼筋混凝土結構學課程的實踐性很強,課程設計又是本課程實踐教學環節中重要的一環。經過課程設計的訓練,學生可以加深對水工鋼筋混凝土結構學設計計算原理的理解,同時可以熟悉各類受力構件計算方法及相應公式的適用條件,提高學生的綜合分析問題、解決問題的能力,而且撰寫設計計算書及說明書的能力得到了大大提高,還可以培養學生的工程項目開發能力[1]。
一、分析過去課程設計中存在的不足
筆者通過多年的課程設計教學總結,發現存在下面一些問題。
1.過去課程設計的選題主要體現在水工建筑物的設計方面,這種教學模式暴露出的問題是前后的知識銜接不好,學生總是學了前面而后面又忘了,平時學生靈活運用知識解決構件設計問題的能力就較差,因此解決結構設計就更成問題了。通常課程設計是全班做1~2個題目,設計程序基本相同,通過調整材料、荷載等改變設計方案,課程設計的效果不理想。
2.在進行鋼筋混凝土結構受力構件的強度計算時,往往從構造圖中選取構件的計算簡圖不合理,致使構件的受力分析不準確,造成彎矩圖、剪力圖結果有誤,影響到危險截面的確定、結構設計及計算結果的合理性。
3.傳統的課程設計往往以設計小組為單位提交設計成果,進行團隊考核,而部分學生缺乏團隊意識,工作不積極主動,形成“坐、等、靠”現象,沒有發揮學生的團結協作能力,也談不上團隊合作精神,個別成員甚至沒融入進去,照抄組員的設計結果,影響了優秀學生參與設計的積極性,無法達到課程設計真正的目的[2]。
4.根據選取的結構型式、材料、幾何參數擬定結構框架尺寸并進行總體布置后,構件施工圖和計算書應同時進行,經試算后需進行必要的調整與修正,使設計成果不斷完善。部分學生卻將計算與畫圖分開進行,甚至出現計算與圖紙是兩張皮的現象,工程計算就失去了意義。
二、課程設計改革的建議
(一)課程設計的時間安排
專業培養方案中將《水工鋼筋混凝土結構學》課程設計安排在理論教學結束之后,歷時1周。這樣的安排往往會導致課程設計與理論授課的脫節問題,同時由于進入期末考試階段,學生為了準備期末考試,對課程設計投入的時間、精力等嚴重不足。鑒于上述問題的存在,嘗試在水工鋼筋混凝土結構學課程授課學期的中期將課程設計任務下達給學生,保證了水工鋼筋混凝土結構學理論基本能介紹完,在掌握了水工鋼筋混凝土結構學基本理論之后,讓學生逐漸熟悉設計任務,初步了解設計內容,這樣學生會帶著課程設計任務書中的疑問再去聽教師講課,有利于學生對課堂內容的理解,更有助于實踐能力的培養。在這一環節的學習中,能培養學生及時發現問題并想辦法解決問題的能力。這對課程設計的順利開展大有裨益。由于部分理論授課與課程設計同步進行,這也給學生創造了更多與教師溝通交流的機會,有助于更好的解決問題,也使得大多數學生對水工鋼筋混凝土結構學設計產生了濃厚的興趣。
(二)課程設計的選題
目前水利水電工程專業的課程設計采用的題目大多是水工建筑物中常見的輸水渡槽設計,題目內容盡管符合對實訓教學環節的要求,學生也能得到一定的實踐鍛煉,但是題目單一,沒有比較難度系數不能完全體現,學生的個性化差異不能夠得到因人而異的合理化選題,為此在課程設計選題方面不再固執于單一的水工結構,體現設計題目的多樣性、差異性和實用性;題目有利于個性差異的學生選擇,有利于培養學生獨立分析問題、解決問題的能力。如對水利水電工程專業的學生可選用水閘工作橋、擋土墻、肋形樓蓋等進行實踐訓練,保證了學生對先修課程知識的熟練應用,也使課程設計的質量能夠得到進一步的提高。
(三)應用先進技術設計
課程設計實訓要求采用先進的技術來完成,這也是今后工程設計發展的趨勢。目前工程繪圖CAD技術已經廣泛應用于水利、交通、建筑等行業,而水利水電工程專業的學生在本科二年級就已經學習了CAD軟件課程。AutoCAD方便操作,設計思想符合工程技術人員的傳統習慣。在進行課程教學中,可以讓學生學習和熟悉相關軟件,對激發學生的學習興趣、培養學生工程設計非常有益。課程設計采用CAD輔助繪圖,無論從設計質量還是從設計速度上都優于傳統的設計方法[3],因此可以很好地調動學習的積極性。
(四)課程設計分組進行
學生按個性化差異分組進行課程設計,由于學生對知識的掌握水平不一,興趣愛好也各有差異。課程設計時,允許學生自由搭配分組,各小組自由選擇適合自己能力的設計選題,但同一個題目不能重復選,各組員分工協作。小組成員開展項目討論,弘揚團隊精神,形成團結合作。通過分組完成設計的過程,培養學生的團隊協作能力,增強學生分析問題、解決問題的自信心,開發學生的智力。
(五)課程設計進度計劃
課程設計實訓采用導師輔助答疑、學生主體完成設計成果的方式進行。課程設計進度安排如表1所示。
(六)課程設計考核
課程設計結束后,教師參照學生提交的設計計算說明書中設計方案的可行性、計算結果的合理性、文本格式編輯的規范性、鋼筋混凝土結構施工圖尺寸與計算書尺寸的一致性及答辯效果等,較全面、理性的評定了學生的成績。參與課程設計的水電4個班的成績分布圖見圖1。由圖1可知,成績符合正態分布規律。
三、結語
筆者結合多年教學的實踐,對《水工鋼筋混凝土結構學》課程設計教學進行了改革嘗試,大大改進了教學效果,培養了學生團隊意識,提高了學生團結協作能力,激發了學生參與實訓的熱情及創新精神,但高校設計類課程實踐教學改革任重而道遠,應切實加強具有實際操作能力、較好適應社會發展需要的新型應用性水利人才的培養。
參考文獻:
[1]朱秀清.基于行業需求為導向的《水工鋼筋混凝土結構學》課程教學改革嘗試[J].天津農學院學報,2013,(4):59-64.