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摘要:“荷载与结构设计方法”是土木工程专业基础课。课程涉及专业知识丰富,教学难度大。根据对该课程教学过程的体会和对学生学习效果的总结,从课程内容、教学计划、教学方法和教学任务等环节进行了探讨,得出一些有益认识。
关键词:荷载与结构设计方法;土木工程;专业基础课;教学实践
作者简介:李树山(1977-),男,辽宁绥中人,华北水利水电学院土木与交通学院,讲师,主要研究方向:结构可靠度;解伟(1959-),男,山西临猗人,华北水利水电学院土木与交通学院,教授,主要研究方向:结构可靠度。(河南 郑州 450045)
1998年全国高等教育本科专业调整以后,原建筑工程、交通土建、地下工程及矿山建设等专业合并为土木工程专业,其课程体系设置也作了相应调整,增设了“荷载与结构设计方法”这门专业基础课。[1]大土木背景下的“荷载与结构设计方法”课程,横跨多个学科,涵盖的专业知识丰富,教学难度增大。在本课程的教学计划中,学时数仅为32学时,计划安排在第5学期开课。在学时少、基础知识缺乏、课程内容繁多的条件下,如何给土木工程专业的学生上好这门重要的专业基础课,提高课程的教学效果,具有一定的难度。笔者结合授课过程的体会,从以下几个方面对“荷载与结构设计方法”课程教学实践进行了探讨。
一、“荷载与结构设计方法”课程内容简介
“荷载与结构设计方法”侧重介绍有关基本原理与方法,从课程内容上分为两个部分。[2]一是介绍工程结构承受的各种荷载及其相应的计算方法,重点在于让学生掌握基本概念、基本理论。针对大土木要求,介绍与建筑工程、桥涵工程、水利工程等密切相关的结构荷载计算,包括重力、土压力、水压力、风、雪、地震等荷载计算方法。二是介绍结构设计的主要概念、结构可靠度原理以及满足可靠度要求的设计方法。荷载计算这部分内容涉及学科众多,各自独立,是进行结构设计的前提,而满足可靠度要求的结构设计方法是后续结构类专业课程的理论基础。能否学好这门课程不但直接影响到后续结构设计专业课的学习效果,更重要的是关系到学生对本专业知识的认识和专业兴趣的培养。因此,该课程在土木工程专业课程设置体系中占有重要的地位,起着承上启下的作用。
二、大土木背景下的“荷载与结构设计方法”课程内容
根据大土木培养目标,该课程中教学内容不仅要包括建筑结构、桥梁结构、水工建筑物结构荷载的介绍,还应包括对隧道工程、港口工程、海岸与海洋工程等荷载的介绍。[1]由于课程横跨多个学科体系,知识点多,对教学提出了很高的要求。这势必要求教师提高自身业务水平,认真钻研教学大纲、教材,对课程的整体结构及重点、难点摸清吃透,仔细研究哪些知识要求掌握,哪些知识要求熟悉、了解。
由于土木工程专业中荷载计算与其结构设计方法的内容目前还没有统一,这些不同点体现在各自的行业规范中。因此,根据土木专业各方向的实际要求,紧密结合各方向所涉及的工程特点,有针对性地介绍荷载计算与结构设计方法。这样更有利于学生了解不同土木工程结构规范在荷载与设计方法方面的差异和整个土木工程结构的设计理念。在教学内容拓宽上应体现全面、精练的原则,可以结合实际工程编写典型工程算例,突出重点,强化难点,使学生更清楚理解大土木背景下在不同结构形式、不同专业设计时荷载与结构设计方法的不同运用。
三、合理安排本课程与相关课程的开课时间
根据高等学校土木工程专业指导委员会制定的“荷载与结构设计方法”课程教学大纲,该课程所要求的前修课为结构力学、结构动力学及概率与统计。实际上,要很好地完成该课程的教学任务,还需要完成其他专业基础课程的学习,例如土力学、水力学等课程。该课程安排在第5学期8～16周时间段内较好,此时学生已完成所有力学课程学习,并即将开展结构类专业课程(“混凝土结构设计”、“砌体结构设计”、“钢结构设计”课程)教学。这样安排既有利于学生对荷载计算这一块内容的理解,又有利于在后续课程中巩固结构设计方法学习的效果。
四、综合利用多种教学手段
“荷载与结构设计方法”作为一门专业基础课,具有概念多、公式多等特点,此类内容的课件,只能是教材内容的照搬,课件的表达往往不尽如人意,学生难以理解。传统板书教学手段有利于课堂中师生之间交流知识、经验和体会,板书也恰恰能根据学生基础的不同和各种随机情况,灵活地为学生推导、演算教学中难以理解的公式和例题。在难点处,特别是理论公式的推导上(如荷载计算、可靠度计算等),采用板书方式,可以给学生充分的思考时间,以利于学生消化吸收。
同时,“荷载与结构设计方法”课程所涉及的工程专业方向较多,为使专业背景介绍直观化,引起学生学习兴趣,提高课堂讲授效率,适当采用多媒体教学课件也是必不可少的。把教学中涉及的各类典型工程荷载以图片、录像的形式融入到多媒体课件相应的内容中,使学生能够对各类土木工程结构受力问题有一个直观的印象,既能帮助学生更好地理解抽象的理论知识,又能提高学生的学习兴趣。
因此,可将传统教学与多媒体教学紧密结合,按教学内容分别采用不同的授课方式。“荷载与结构设计方法”课程按内容可分为荷载分析和结构设计方法两大部分。针对不同阶段和不同内容,教学的过程、形式、内容、时间安排都应有所不同。在荷载分析部分,可将教学内容制作成多媒体课件,使抽象问题直观化,以加深印象。在结构设计方法部分,可稍微淡化课件的使用,增加板书的分量,针对具体问题,有侧重地给学生演算,使学生熟练理解和掌握基本知识点,提高逻辑推理的能力。
五、培养学生学习兴趣,提高自主学习能力
“荷载与结构设计方法”是一门理论性很强的课程,具有理论推导复杂、概念和方法较多且易混淆的特点,对学生的概率统计、工程力学等学科知识以及综合分析、处理问题的能力要求较高。“荷载与结构设计方法”课程开设时间一般安排在第5学期,学生刚开始专业基础课的学习,对于专业的认识还比较模糊。因此,在学习过程中易产生厌烦情绪,对工程荷载与可靠度知识不感兴趣,进而不爱上课,不喜欢做作业,影响学习效果。在教学过程中,将理论与具体的工程实际结合,可以使教学更具生动性和直观性,激发学生对课程的兴趣,增强学生的学习主动性。通过对一些具体工程情况和实际现象的介绍,可以使学生在学习过程中亲身体会到知识的作用和价值,提高学习兴趣,从而逐渐由应付考试的被动学习慢慢向获取知识的主动学习转变。
以往的教学以传授专业知识为主,强调的是课堂知识讲授。而现代教育认为,课堂教学不单单是传授有效的知识,更注重培养学生的创造能力和创新思维,掌握科学的研究方法。本课程在先修的“概率论与数理统计”、“材料力学”和“结构力学”等课程的基础上,进一步锻炼学生综合运用数学模型、力学模型等基础知识解决实际工程设计的能力,为学生进一步掌握专业知识和创新能力打下基础。通过对不同工程结构设计方法的自主学习,启发学生多角度地去观察问题,使学生分析问题的思路开阔,有利于举一反三、触类旁通,使学生的发散性思维得到培养,能够激发学生的创造欲望,面对工程中的新问题,学生们会跃跃欲试,利用掌握的知识去解决问题,进而培养学生自主学习能力。
六、结语
土木工程类型很多,给不同专业方向的学生了解宽口径土木工程荷载及设计方法带来困难。为真正适应“大土木”所倡导的“厚基础、宽专业”的培养理念,“荷载与结构设计方法”课程必须拓宽原有教学内容。面对新的挑战,通过在“荷载与结构设计方法”实践教学中所得的一些体会和思考,认为科学安排课程开课时间,合理调整课程内容,综合利用多媒体与板书相结合的教学手段,将提高学生对课程的兴趣、培养学生自主学习能力作为主要教学任务,才能教好这门重要的专业基础课。
参考文献:
[1]土木工程教育[Z].http://edu.zgtm.com/jy/jy.htm.
[2]白国良,刘明.荷载与结构设计方法[M].北京:高等教育出版社,2003.
[3]张小刚,林小嵩.适应大土木要求的荷载与结构设计方法知识点讲解研究[J].高等建筑教育,2006,15(4).74-77.
[4]李富民,夏军武,杜健民,等.荷载与结构设计方法课的设置矛盾与对策[J].高等建筑教育,2007,16(3):75-78.
(责任编辑:麻剑飞)
关键词:荷载与结构设计方法;土木工程;专业基础课;教学实践
作者简介:李树山(1977-),男,辽宁绥中人,华北水利水电学院土木与交通学院,讲师,主要研究方向:结构可靠度;解伟(1959-),男,山西临猗人,华北水利水电学院土木与交通学院,教授,主要研究方向:结构可靠度。(河南 郑州 450045)
1998年全国高等教育本科专业调整以后,原建筑工程、交通土建、地下工程及矿山建设等专业合并为土木工程专业,其课程体系设置也作了相应调整,增设了“荷载与结构设计方法”这门专业基础课。[1]大土木背景下的“荷载与结构设计方法”课程,横跨多个学科,涵盖的专业知识丰富,教学难度增大。在本课程的教学计划中,学时数仅为32学时,计划安排在第5学期开课。在学时少、基础知识缺乏、课程内容繁多的条件下,如何给土木工程专业的学生上好这门重要的专业基础课,提高课程的教学效果,具有一定的难度。笔者结合授课过程的体会,从以下几个方面对“荷载与结构设计方法”课程教学实践进行了探讨。
一、“荷载与结构设计方法”课程内容简介
“荷载与结构设计方法”侧重介绍有关基本原理与方法,从课程内容上分为两个部分。[2]一是介绍工程结构承受的各种荷载及其相应的计算方法,重点在于让学生掌握基本概念、基本理论。针对大土木要求,介绍与建筑工程、桥涵工程、水利工程等密切相关的结构荷载计算,包括重力、土压力、水压力、风、雪、地震等荷载计算方法。二是介绍结构设计的主要概念、结构可靠度原理以及满足可靠度要求的设计方法。荷载计算这部分内容涉及学科众多,各自独立,是进行结构设计的前提,而满足可靠度要求的结构设计方法是后续结构类专业课程的理论基础。能否学好这门课程不但直接影响到后续结构设计专业课的学习效果,更重要的是关系到学生对本专业知识的认识和专业兴趣的培养。因此,该课程在土木工程专业课程设置体系中占有重要的地位,起着承上启下的作用。
二、大土木背景下的“荷载与结构设计方法”课程内容
根据大土木培养目标,该课程中教学内容不仅要包括建筑结构、桥梁结构、水工建筑物结构荷载的介绍,还应包括对隧道工程、港口工程、海岸与海洋工程等荷载的介绍。[1]由于课程横跨多个学科体系,知识点多,对教学提出了很高的要求。这势必要求教师提高自身业务水平,认真钻研教学大纲、教材,对课程的整体结构及重点、难点摸清吃透,仔细研究哪些知识要求掌握,哪些知识要求熟悉、了解。
由于土木工程专业中荷载计算与其结构设计方法的内容目前还没有统一,这些不同点体现在各自的行业规范中。因此,根据土木专业各方向的实际要求,紧密结合各方向所涉及的工程特点,有针对性地介绍荷载计算与结构设计方法。这样更有利于学生了解不同土木工程结构规范在荷载与设计方法方面的差异和整个土木工程结构的设计理念。在教学内容拓宽上应体现全面、精练的原则,可以结合实际工程编写典型工程算例,突出重点,强化难点,使学生更清楚理解大土木背景下在不同结构形式、不同专业设计时荷载与结构设计方法的不同运用。
三、合理安排本课程与相关课程的开课时间
根据高等学校土木工程专业指导委员会制定的“荷载与结构设计方法”课程教学大纲,该课程所要求的前修课为结构力学、结构动力学及概率与统计。实际上,要很好地完成该课程的教学任务,还需要完成其他专业基础课程的学习,例如土力学、水力学等课程。该课程安排在第5学期8～16周时间段内较好,此时学生已完成所有力学课程学习,并即将开展结构类专业课程(“混凝土结构设计”、“砌体结构设计”、“钢结构设计”课程)教学。这样安排既有利于学生对荷载计算这一块内容的理解,又有利于在后续课程中巩固结构设计方法学习的效果。
四、综合利用多种教学手段
“荷载与结构设计方法”作为一门专业基础课,具有概念多、公式多等特点,此类内容的课件,只能是教材内容的照搬,课件的表达往往不尽如人意,学生难以理解。传统板书教学手段有利于课堂中师生之间交流知识、经验和体会,板书也恰恰能根据学生基础的不同和各种随机情况,灵活地为学生推导、演算教学中难以理解的公式和例题。在难点处,特别是理论公式的推导上(如荷载计算、可靠度计算等),采用板书方式,可以给学生充分的思考时间,以利于学生消化吸收。
同时,“荷载与结构设计方法”课程所涉及的工程专业方向较多,为使专业背景介绍直观化,引起学生学习兴趣,提高课堂讲授效率,适当采用多媒体教学课件也是必不可少的。把教学中涉及的各类典型工程荷载以图片、录像的形式融入到多媒体课件相应的内容中,使学生能够对各类土木工程结构受力问题有一个直观的印象,既能帮助学生更好地理解抽象的理论知识,又能提高学生的学习兴趣。
因此,可将传统教学与多媒体教学紧密结合,按教学内容分别采用不同的授课方式。“荷载与结构设计方法”课程按内容可分为荷载分析和结构设计方法两大部分。针对不同阶段和不同内容,教学的过程、形式、内容、时间安排都应有所不同。在荷载分析部分,可将教学内容制作成多媒体课件,使抽象问题直观化,以加深印象。在结构设计方法部分,可稍微淡化课件的使用,增加板书的分量,针对具体问题,有侧重地给学生演算,使学生熟练理解和掌握基本知识点,提高逻辑推理的能力。
五、培养学生学习兴趣,提高自主学习能力
“荷载与结构设计方法”是一门理论性很强的课程,具有理论推导复杂、概念和方法较多且易混淆的特点,对学生的概率统计、工程力学等学科知识以及综合分析、处理问题的能力要求较高。“荷载与结构设计方法”课程开设时间一般安排在第5学期,学生刚开始专业基础课的学习,对于专业的认识还比较模糊。因此,在学习过程中易产生厌烦情绪,对工程荷载与可靠度知识不感兴趣,进而不爱上课,不喜欢做作业,影响学习效果。在教学过程中,将理论与具体的工程实际结合,可以使教学更具生动性和直观性,激发学生对课程的兴趣,增强学生的学习主动性。通过对一些具体工程情况和实际现象的介绍,可以使学生在学习过程中亲身体会到知识的作用和价值,提高学习兴趣,从而逐渐由应付考试的被动学习慢慢向获取知识的主动学习转变。
以往的教学以传授专业知识为主,强调的是课堂知识讲授。而现代教育认为,课堂教学不单单是传授有效的知识,更注重培养学生的创造能力和创新思维,掌握科学的研究方法。本课程在先修的“概率论与数理统计”、“材料力学”和“结构力学”等课程的基础上,进一步锻炼学生综合运用数学模型、力学模型等基础知识解决实际工程设计的能力,为学生进一步掌握专业知识和创新能力打下基础。通过对不同工程结构设计方法的自主学习,启发学生多角度地去观察问题,使学生分析问题的思路开阔,有利于举一反三、触类旁通,使学生的发散性思维得到培养,能够激发学生的创造欲望,面对工程中的新问题,学生们会跃跃欲试,利用掌握的知识去解决问题,进而培养学生自主学习能力。
六、结语
土木工程类型很多,给不同专业方向的学生了解宽口径土木工程荷载及设计方法带来困难。为真正适应“大土木”所倡导的“厚基础、宽专业”的培养理念,“荷载与结构设计方法”课程必须拓宽原有教学内容。面对新的挑战,通过在“荷载与结构设计方法”实践教学中所得的一些体会和思考,认为科学安排课程开课时间,合理调整课程内容,综合利用多媒体与板书相结合的教学手段,将提高学生对课程的兴趣、培养学生自主学习能力作为主要教学任务,才能教好这门重要的专业基础课。
参考文献:
[1]土木工程教育[Z].http://edu.zgtm.com/jy/jy.htm.
[2]白国良,刘明.荷载与结构设计方法[M].北京:高等教育出版社,2003.
[3]张小刚,林小嵩.适应大土木要求的荷载与结构设计方法知识点讲解研究[J].高等建筑教育,2006,15(4).74-77.
[4]李富民,夏军武,杜健民,等.荷载与结构设计方法课的设置矛盾与对策[J].高等建筑教育,2007,16(3):75-78.
(责任编辑:麻剑飞)