结构设计原理课程教学方法探讨

结构设计原理课程教学方法探讨

交通学院　姚伟发　张娟秀^[1]

一、前言

“结构设计原理”课程是高等院校交通土建专业学生必修的一门重要专业基础课，主要研究土木基础设施工程中各种工程结构的基本构件受力性能、计算方法和构造设计原理，它是学习和掌握桥梁工程和其他道路人工构造物设计的基础。

该门课程的特点有：（1）本课程涉及内容非常广泛，既有理论推导，又有试验研究，同时还与规范条文、工程实际联系密切，因此教学难度较大；（2）本课程中大多设计计算公式来源于试验研究，具有半经验半理论的特点，学生学起来枯燥无味，抽象难懂，造成学生的学习积极性不高；（3）本课程中有较多的构造规定，内容比较零散，系统性和逻辑性差，学生们常常感到杂乱无章、概念混杂。如何圆满完成教学计划所规定的内容，提高学生对本专业的学习兴趣，培养学生创新能力，提高课程教学质量，一直是我们在教学实践中探索的重点。鉴于此，本文对该课程在理论和实践环节的教学方法进行探讨。

二、采用启发式教学方法

要改变“灌注式或填鸭式”的封闭教学法，变为启发、引导及讨论式教学方法，在教学过程多提出问题，这些问题可以采用在教师的引导下由学生来回答，也可以由教师慢慢分析自问自答。

例如在讲解钢筋混凝土受弯构件设计原理前，可以提出“钢筋混凝土梁在竖向荷载作用下梁的受弯裂缝是多好还是少好”的问题让学生思考，到下一次课前鼓励学生积极发表看法，然后对学生观点进行总结分析，并给予正确的解释。通过学生一起参与讨论，鼓励学生独特的见解和发散思维，不但强化了学习的效果，而且锻炼了学生的逻辑思维能力和口头表达能力，同时教师也检查了学生的学习效果和能力水平。

在每一单元讲述之前，首先提出问题讲清背景，再进行分析问题并讲清思路。在单元内容讲解之后，适时小结，让学生既见树木又见森林。同时还可留一些问题和课程内容让学生独立思考。

例如在本课程教学之初，首先要介绍这门课是重要的专业基础课，是理论和实践都比较强的课程，强调本课程与材料力学、建筑材料、结构力学、建筑施工、桥梁工程等课程的关系，提高学生对本门课的认识，激发学生学习的热情。也要让学生能清楚认识本门课在结构设计中具体要解决什么实际工程问题，可以某桥梁的一根梁为例，介绍清楚我们如何设计此梁并怎样保证此梁安全可靠地工作，重点是要学生理解我们对该梁进行设计配筋的依据是梁的设计内力，而此内力又是怎么计算来的。

在教学过程中，还要介绍清楚本课程各章节之间的承上启下，让学生能在杂乱无章的内容中抓住主线。如在介绍正常使用极限状态设计（第9章）^［1］之前，要让学生理解在设计某一构件时不仅要满足安全（即承载能力极限状态设计，也就是3～8章^［1］介绍的内容）的要求，还要满足可用和耐久（即正常使用极限状态设计）。

三、教学内容重点突出，合理安排教学内容

“结构设计原理”课程内容多，涉及面广，因此在教学过程中要掌握重点，合理安排教学内容。“结构设计原理”课程教学基本内容是钢筋混凝土和预应力混凝土构件配筋原理以及钢结构的设计原理。其中梁板受力构件主要受弯矩、剪力作用，柱主要受压力作用，因此在弯、剪、压受力状态下混凝土构件的配筋问题是该门课程的教学重点，而钢筋混凝土受弯构件的设计计算原理、计算公式和设计构造要求是本门课程的核心内容。所以在介绍结构的基本知识和结构材料的力学性能后，重点介绍第2、3、4章^［1］，其中承载力极限状态设计方法是一个难点，学生们往往很难理解，一定要讲透，并且通过例题反复讲解。正截面承载力设计计算是解决如何配置梁和板纵向受力钢筋，斜截面承载力设计计算是解决如何配置梁的腹筋（即箍筋、弯筋和斜筋）。在讲授这些知识时要放慢进度，适当安排实验、实习以及相关习题课，让学生有时间巩固所学知识，打好扎实的理论基础。对于其中一些构造措施做一归纳性概述，教学时多讲蕴涵其中的道理，少讲构造要求中的数字，例如对于主筋的保护层的构造规定，不要只列举规定的具体数字，而是讲清楚规范^［2］为什么要这么规定。在介绍完正、斜截面承载力设计计算原理后，综合运用前面所学，结合例题和课程设计讲解典型的受弯构件T形梁的配筋计算和构造措施。

四、传统与现代教学方法相结合

结构设计原理课程需要利用大量的半理论半经验公式来进行构件的设计计算，在讲解此部分内容时，依托设计的基本假定和计算图式，一步一步地介绍公式的由来和如何利用公式进行设计计算，采用粉笔和黑板的传统教学方法是行之有效的，也是难以取代的教学手段，但仅采用传统的教学方法讲解，学生面对各种试验过程、特点的文字描述和枯燥的公式，既不易理解，也激发不了学习兴趣，久而久之对该门课程就产生了厌倦心理，教学效果也不会理想。

多媒体、互联网、电子教案、计算机辅助教学CAI（Computer　Assisted　Instruction）等现代化教学手段为教学目标的成功实现提供了强有力的技术支撑，如在介绍结构基本组成时，结合各种现代化桥型的图片并介绍结构当中的基本受力构件；在介绍梁和板的钢筋组成构造时配以清晰的三维桥梁图片和桥梁中的钢筋图片；在介绍设计假定时可以配合实验教学录像；讲授预应力混凝土施工方法时带领学生深入施工现场学习或观看Flash动画模拟施工过程；还可以利用互联网网上交流平台，将多媒体课件、实验录像、相关习题以及文件提供到网上共享，也为学生与学生之间以及学生与老师之间提供良好的交流和答疑的平台。实践证明，教学效果会大不一样。因而本课程将传统的、现代的多种教学手段有机地结合起来，使授课内容生动，也有助于学生理解课程内容。

五、重视实践教学

“结构设计原理”课程实践教学是促进学生实现理论与实践相结合的重要途径，可使学生综合运用所学基本理论、基本知识和基本技能，分析和解决实际问题，从而得到从事混凝土结构设计以及应用能力的培养和训练。

教学过程中，笔者特别注重加强学生在这方面的训练，在讲解钢筋混凝土结构设计部分安排一钢筋混凝土T形梁的配筋设计大作业，将此大作业分解成一道道小作业题并安排在相应章节后让学生完成，最后实际就是相当于完成一钢筋混凝土梁的课程设计。在讲解完预应力混凝土结构配筋设计内容后，再配以预应力混凝土空心板的课程设计，以达到锻炼和提高学生对混凝土梁（板）结构的计算、设计、构造处理以及绘制结构施工图的能力，培养正确、熟练运用结构设计规范、手册及参考书的技能。

人们往往存在一种模糊的认识，认为本课程的实践阶段就是集中进行课程设计，似乎实践教学就是搞好课程设计。笔者认为，课程设计只是实践教学的一部分，本课程的实践教学应当穿插在整个教学过程中。在教学过程中，在保证对学生进行本课程所需基本理论教学的前提下，尽可能把生产、管理或科研实践中最先进、最实用的技术教给学生，起到深化理论知识、拓展学生知识面的作用。如前文所提到的安排观看幻灯片、Flash、录像或参观梁筋的布置，和结合工程结构构件计算方法的实际应用，都可使学生接触到更多实际工程，做到理论联系实际，加深了学生的感性认识。

六、结束语

“结构设计原理”是我院交通土建工程专业的重要专业基础课，经过几年的教学实践，坚持以学生为本，重视实践教学，采用讨论式、启发式教学方法，结合传统和现代化教学手段，增加了课堂教学的信息量，激发了学生学习的兴趣，调动了学生学习的积极性和主动性，同学们反映这门课学起来不枯燥无味，因而改善了教学效果，提高了教学质量。

参考文献

［1］　叶见曙．结构设计原理［M］．北京：人民交通出版社，2006

［2］　中华人民共和国行业标准．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62—2004）［S］．北京：人民交通出版社，2004

［3］　［美］林同炎；高立人等译．结构概念和体系［M］．北京：中国建筑工业出版社，1999

【注释】

[1]姚伟发，交通学院，讲师，东南大学青年教师授课竞赛第十四届二等奖获得者。张娟秀，交通学院，讲师，东南大学青年教师授课竞赛第十四届三等奖获得者。