《混凝土结构》课程的教学方法初探

混凝土结构课程的教学方法初探摘要：针对混凝土结构课程的特点，分别从结构系统概念、实践性教学环节、教学次序、采用对比联系方法和注重构造措施等几个方面，对该课程的教学方法进行初步的探讨。关键词：混凝土结构；教学方法；课程中图分类号：G642.41文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）05-0105-02混凝土结构使用至今已经有160年的历史，与钢、木和砌体结构相比，因其在物理力学性能及材料来源等方面的诸多优点，同时结合高强度结构钢材很好的受拉性能、延性以及与混凝土间良好的粘结性能等优点，目前已发展出了钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、钢骨混凝土结构、钢管混凝土组合结构、纤维混凝土结构等诸多结构形式，发展速度快，应用范围也非常广泛。混凝土结构是我国高等院校土木工程专业本科培养计划中一门重要的专业学位课，一般而言的混凝土结构是混凝土结构设计原理和混凝土结构与砌体结构设计两门课的总称，以下简称“混凝土结构”课程。作为土建类专业本科生必修的一门重要的专业课程，近年来关于混凝土结构的教科书、专著和论文很多，但有关其教学方法研究方面的论文却很少，基于这一点，本文从土木工程专业本科教学的角度出发，对混凝土结构的教学方法进行探讨。一、混凝土结构课程的特点混凝土结构课程包括基本（构件）理论和结构设计两大部分内容。第一部分为基本（构件）理论，主要探讨钢筋混凝土基本构件受弯构件、轴心受拉、受压构件、偏心受拉、受压构件以及受扭构件等，在单一的拉、压、弯、剪、扭应力状态及几种复合应力状态共同作用下的受力性能分析方法、设计计算和构造配筋等方面内容。在教学计划上，这部分内容属于专业基础课，重点在于让学生掌握钢筋混凝土各种构件受力性能的分析和设计计算1。第二部分为结构设计部分，主要探讨楼盖结构、单层厂房结构和高层建筑结构的设计，在教学计划上，这部分内容属于专业课，重点在于让学生掌握结构设计的总体思路、设计步骤及具体施工图的绘制，培养学生解决实际问题的综合能力。由于在第一部分基本（构件）理论中，概念多、公式多、符号多、配筋构造多、计算过程繁琐，使得初学者往往抓不住重点；而在结构设计部分中，需要当把各种单个构件组合成整体结构进行设计时，就更难弄清楚了。因此在讲授本课程时，必须首先了解本课程的特点。1.混凝土结构涉及的问题往往都是工程上的一些实际问题，很少有孤立存在的，学生在学习本课程之前一般都缺少工程概念，有一些构件是怎么连接的根本不清楚，就更谈不上清楚构件间受力的传递路径是怎样的了，因此在开始学习本课程时必然感到不适应。2.钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种力学性能完全不同的材料组成的，根本不属于理想变形体，因此不能采用以往在材料力学和结构力学课程中学习的杆件或结构的一些力学公式进行计算分析。因此，混凝土结构中各种构件的承载力计算公式，一般都是以室内模型实验分析数据为依据，再基于某些基本假定，得到截面破坏时的应力图形，利用分析截面应力平衡条件建立平衡方程，进而得到各种构件承载力计算的基本公式。3.混凝土结构构件承载力极限状态设计主要包括：材料选择、截面预估和配筋计算三部分。在这三部分中，“材料选择”是根据工程特点和设计经验确定的，“截面预估”是根据构造要求和工程上常用尺寸确定的，只有“配筋计算”是根据承载力计算公式计算出来的。可以说，我们在进行结构构件设计时，是“由未知求未知”的过程，解答必然也是多种多样的，因此如何合理的选择设计参数并优选出最佳的配筋结果，这是学生在以往课程中所没有遇到的。二、教学方法分析根据混凝土结构课程的特点，总结出如下几条教学经验，以提高本课程的教学效果，加强学生综合能力的培养。（一）从全局建立结构系统概念为了使学生了解和掌握结构系统概念，了解本课程的主要层次关系，从全局把握学习重点，理清学习思路。我们首先以一个学生比较熟知的、具体的结构（如教学楼）为例，从全局上介绍结构构件截面材料体系，讲清结构设计程序是从结构构件截面，同时构件的受力性能又取决于材料，而课程的教学程序则与设计程序相反，是从材料截面构件结构，通过这样讲授，使学生一开始就建立结构整体系统的概念，理清了各部分的关系，为课程学习建立了一个总体框架，更重要的是使学生明白了所应解决的问题1，2。（二）强调实践性教学环节实践性教学环节包括：到施工现场参观的认识实习、课程设计及综合技能训练等。在混凝土结构课程开课之前，安排学生到一些建筑工地去参观正在施工中的混凝土结构工程，观察结构形式、分析梁、板、柱的受力和传力关系，了解各种构件的配筋特点及主要的构造措施，使学生对梁、板、柱等常见的混凝土基本构件和框架结构、剪力墙结构等常见的混凝土结构形式有一些初步的感性认识，并借以引发和提高学生学习混凝土结构课程的兴趣。在混凝土结构课程后期安排的混凝土楼盖结构设计、混凝土单层厂房结构设计等课程设计，使学生有机会完成混凝土结构设计的完整过程，诸如确定结构方案、建立结构计算简图、结构受力分析、结构配筋计算、结构施工图绘制等各个环节的训练，使学生全面消化、吸收和运用在课堂教学中已经学到的理论知识，培养学生综合分析和处理实际工程问题的能力。（三）注重采用对比联系的方法介绍问题由于混凝土材料物理力学性能的复杂性，使得混凝土结构构件在许多情况下的受力分析也变得十分复杂，因此，在课堂授课过程中要尽量采用对比、分析因果关系和联系的方法进行讲解，使学生对所研究问题的思路更加清晰，理解也更加深刻。例如我们在讲解梁的正截面受弯及偏心受压柱的实验研究时3，4，可将三种破坏类型采用如表1、表2所示的对比方法讲述，这样把引起三种破坏形式的原因就清晰直观的表达了出来。另外，我们在讲解问题时还应注重各章之间的联系，使知识融会贯通，形成一个网络，例如，“受弯构件”和“受压构件”是两个完全不同的章节，也是两个不同的结构构件，但它们之间却存在着一定的联系，如在讲解“矩形截面偏心受压构件”时，可以指出“矩形截面偏心受压构件的受力模式，就是受弯构件竖立起来再施加轴力的模式”，由于学生之前已经学过了“受弯构件”，所以在学习这一知识点时就不会感觉到新内容的负担。这样不仅学习起来比较轻松，而且容易将前后知识点联系起来，加深印象，提高学习效果。（四）重视构造措施结构和构件设计时，必须经过计算和构造设计两部分才能完成。由于强度和变形计算并非考虑了结构上的所有作用，因此除了利用承载力公式计算配筋外，还必须用构造设计来补充。构造措施是人们在长期实践经验的基础上总结出来的，可防止因计算中没有考虑的影响因素而使结构构件开裂和破坏，同时也是为了结构构件在使用和施工上的需要而采用的。构造措施是混凝土结构课程学习中既简单又难于掌握的一部分知识，简单在于规范规定很明确，而且表达形式简单；难于掌握在于内容多且零散，系统性和逻辑性较差。但构造措施在混凝土结构设计中又是非常重要的，大多数抗震设计的相关问题都是通过构造措施来保证的，所以在给学生授课时一定要重视构造措施的讲解。仔细分析不难发现，混凝土结构的构造措施主要包括三个方面：关于构件截面尺寸的要求、纵筋（主筋）的要求以及箍筋的要求，对于这些规定性的内容，只有将其进行适当的分类和文字上的加工，使其变为条理化和简单化的形式，才能产生良好的理解和记忆效果。（五）重视现行设计规范与书本内容的结合我们培养的土木工程专业学生毕业后有一部分要到设计单位工作，从事与钢筋混凝土结构设计有关的工作，因此必须熟悉、掌握和应用国家颁布的有关结构设计计算和构造要求的技术规定和标准，如建筑结构荷载规范（GB50009-2001）、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）、建筑抗震设计规范（GB50011-2010）等。它是工程技术人员进行设计时必须遵守的法规，因此我们在讲课过程中，应该紧密结合现行规范，分析工程设计实例，对教材的内容加以拓宽，使学生认识到：作为实际工程结构设计，既要满足理论分析计算，还要符合现行规范规定的要求。综上所述，混凝土结构是一门理论与实践紧密联系的课程，具有很强的工程概念，教授这门课时，应紧紧把握住混凝土结构课程的特点，从全局建立结构系统概念，以力学知识为基础，合理的安排教学次序，加强理论与实际的联系、章节之间的联系，同时结合设计规范，通过多种考核方式使学生真正的掌握这门课程，为土木工程专业的学生毕业后成为一名合格的工程师打下坚实的基础。参考文献：1喻萍，罗志坚.混凝土结构教学方法初探J.昆明大学学报，2004，（1）：73-74.2刘雁，李琪，徐宜和.混凝土结构教学改革尝试J.扬州大学学报，1997，（4）：49-51.3王秋萍，李宏伟.混凝土结构课程的教学方法