工程结构课程教学改革与实践

　　摘要：针对工程管理专业学生的力学、结构概念薄弱，而工程结构课程内容多、难度大这一问题，首先分析了工程结构课程的特点和教学现状，然后根据工程管理专业特征，提出教学内容整合思路和课时分配建议，最后，围绕提高教学质量，对工程结构课程的教学手段、教学方法和实践教学等进行了探讨。
　　关键词：工程结构；工程管理；教学方法；教学改革

　　工程管理专业是２０世纪８０年代末成立的一个相对新兴专业，其主要任务就是培养既懂土木工程专业知识又具有管理科学知识的人才。大部分院校该专业的知识结构主要包含工程技术、工程经济、工程管理和工程法律。工程结构课程是国家专业指导委员会规定的工程管理专业技术平台基础课程，旨在解决学生今后工作中不时遇到的结构方面的问题，同时与我国正在稳步推行注册师制度（注册房地产评估师、注册造价工程师、注册监理工程师、注册建造师、注册结构工程师等等）相适应，在注册师执业资格考试和国际相互认定中，执业人员在工程结构方面的专业知识尤为重要，结构知识是土木建筑类相关执业注册是的基本素质要求。
　　目前大部分高校工程结构课程的教学内容基本是由传统的混凝土结构、砌体结构、钢结构、地基基础和结构抗震等几门课程简单“拼盘”，未能摆脱以培养结构设计人才为目标的内容框架。上述五方面内容自成系统，体系单一，内容狭窄，既不能适应工程技术的飞速发展，也不能适应工程管理专业的不同需求。受相关课程掌握程度的制约性明显工程管理专业的工程结构课程，虽然教学要求低于土木工程专业，但内容几乎涵盖土木工程专业有关结构设计的大部分内容。课程涉及面广，各部分相对独立，对课程的理解受建筑材料、建筑力学、建筑构造、建筑施工等相关课程的制约性尤为明显。
　　以工程结构与建筑力学为例，目前工程结构课程的教学内容一般都继承材料力学“拉、压、弯、剪、扭”系统和结构力学中杆件体系分析系统，其好处能将混凝土、砌体、钢结构基本构件（梁、柱、板、墙等）与学过的内容联系起来，形成更高级的信息网络。但在学生不了解结构整体布局的情况下讲授上述内容尤为抽象，而且实体结构抽象为特定条件下的力学模型受结构受力特征、荷载传递特性制约。学生学习后对基本构件的截面计算比较熟悉，而对结构丰富的内涵以及它们和建筑的联系却了解不够。对于工程管理专业的工程结构课程教学设计，应注重对实体结构向力学模型简化过程的理解，而不能局限于结构计算理论本身。
　　工程结构的基本理论很多直接来源于对广泛工程实践经验总结，国家颁布的相应设计规范和规程会根据最新研究成果和工程实践经验适时修订。学生学好工程结构基本理论只是认知土木工程的基础，但参与实践，用脑感受实际、有手接触实际，却更为根本。目前工程管理专业学生普遍认为从事土木工程管理和工程造价等工作，只需要会识图、会按图施工、按图计算工程量即可，用不着掌握结构构件的计算。工程结构课程一般由土木工程专业教师担任，很多教师对工程管理的相关专业知识了解不多，对所授内容的精简存在盲目性，往往把工程结构课程看成“简化版、压缩版”的工程结构设计原理课程，很少结合工程管理专业特点进行教学。
　　工程结构课程是一门应用力学理论知识解决土木工程中实际问题的专业技术课，要求学生能够将建筑力学（拉压弯剪扭）基本理论运用到结构基本构件（梁柱板墙）计算中，教学内容中力学概念多、公式多、系数多、符号多。对于工程管理专业学生，其力学知识相对薄弱，容易出现教师难教、学生难学的问题。教学资源的匮乏工程结构教材质量参差不齐，缺乏传统的经典教材，现有教材内容过于集中于结构设计本身，土木工程专业的印迹过重。在这种情况下，往往要求任课教师根据个人的理解对教材内容进行调整。所以各校工程管理专业的学生接受的结构相关知识差异性大，学生就业后没有统一系统的知识基础。
　　将混凝土结构、砌体结构、钢结构、地基基础与结构抗震等课程有机融合在一起，打破原有学科化内容体系，形成通用化、综合化的工程结构课程，体现工程管理专业培养建筑施工一线的技术与管理人才这一目标，是教学内容整合的基本方向。课程内容组织包括四大部分，即基础知识、基本构件计算原理、结构设计拓展知识、综合应用。课时分配要结合教学内容的合理整合和取舍、教学方法和教学手段系统的分析。笔者所在学校工程管理专业（本科）培养方案的专业课程教学安排，工程结构课程为８学分，总教学课时为１１６学时（其中理论课时１１２学时，实践课时６学时），根据多年的教学实践、学生的生源特点、毕业就业情况，采用图１所示的学时分配组织教学较为科学。在传授学生知识技能的过程中，要紧紧抓住各类工程结构基本原理的核心，如混凝土结构原理的核心是钢筋和混凝土两种性质互补材料的粘结一级它们在构件内共同变形和共同受力的特征；钢结构原理的核心连接和钢构件的整体和局部稳定性；砌体结构原理的核心是砌体和砂浆复合材料的强度验算和砌体墙体的布置。以一些典型的受力状态作为重点，加以透彻的讲解、练习和巩固。
　　针对工程管理专业学生力学、结构、构造、材料等基础薄弱，工程结构教学内容还应适当拓展与相关课程紧密联系的“相关内容”。比如在讲授混凝土、砌体、钢受压构件计算原理及设计方法时，可以先用１个学时简要介绍建筑力学中强度、刚度、稳定性的基本理论。介绍基本理论时，要适时补充三类构件计算方法的异同。例题分析时，要辅以材料、构造和施工等方面的相关知识，从而最大限度地将工程结构联系到其他内容的主题，淡化课程内容的专业性，激发学生的学习兴趣。
　　工程管理专业学生毕业如果从事建筑和房地产的行业、市场、企业、项目四个层次的管理工作，就会面临着国家注册工程师的考试。工程结构是考试中（如注册建造师、注册监理师等）重要组成部分，因此，在讲授课程时，应注意与国家注册工程师考试相结合，教学内容应该覆盖国家注册工程师考试大纲中涉及到工程结构的主要内容，很多习题可借鉴或直接选取注册考试的原题。这样既检查了学生对知识的掌握程度，又使学生今后能尽快适应注册考试的需要。建筑结构施工平面整体设计方法（简称平法）和系列图集，是目前混凝土结构施工图主要表达方法。平法在建筑制图课程略有介绍，学生在没有结构概念的情况下对之也只能是一知半解。识图能力是工程管理专业学生的核心能力之一，而结构施工图的识读是其难点。因此，工程结构课程应将“平法”作为重要教学内容。
　　授课中，可以在结构设计拓展知识中增加这一部分（２学时），介绍完钢筋混凝土框架结构的构造要求和抗震设计后，可以辅以一套完整的结构施工图，详细介绍各类构件（梁、柱、板、剪力墙）的平法施工图和标准构造详图。传统的教学采用灌输式的封闭的教学方式，忽视了学生的主动性。启发式教学、讨论式教学的核心是要有问题引导。教师以问题为基础，启发学生的思维，组织学生讨论，激发学生的创新意识和热情。学生可以在课前针对教学内容，搜集问题，然后在课堂上进行讨论。师生共同互动、质疑、求新，从而培养学生发现、分析、解决问题的能力。注重平衡课堂和课外时间，营造学社自主学习的兴趣和环境。
　　例：在介绍钢梁局部稳定知识点时，可以课前提出问题：如果钢梁的局部稳定不满足要求，是否可以采用提高钢材强度等级的方法？进而让学生搜集资料。课堂上通过给出矩形薄板屈曲应力公式，组织学生讨论、分析。最后总结影响钢梁局部稳定的主要因素。得出结论：采用高强度钢材不能提高钢梁的局部稳定。这种教学方法能够启发学生的思维，激发学生的学习兴趣，教学效果良好。工程结构课程体系来看，主要是三大材料（混凝土、砌体、钢结构）设计计算方法，每种类型构件的设计都讲透，时间上不允许，难度也很大。为此，作者提出了将课程内容进行有机组合，主要将三类构件穿插起来讲授。这样的授课顺序非常有利于类比介绍法。每将一个概念，采用对比介绍，分析它们之间的异同，讲清各自的出发点和适用条件，有助于学生对结构设计的理解。
　　例：在介绍三类受压构件稳定性时，可以先介绍各自基本假定、基本公式、使用条件和构造要求。然后进行对比分析，三类构件计算公式中都有影响系数，混凝土受压构件（矩形）的影响系数主要考虑高宽比（ｌ０／ｂ）；砌体受压构件主要考虑高厚比、偏心距和砂浆强度等级；钢结构受压构件主要考虑长细比和钢材强度等级。进一步分析可以看出：混凝土受压构件主要是强度计算，稳定性只是辅助问题；而钢结构构件稳定性计算尤为重要。原因是钢结构是“细柔”构件。通过一步步的对比分析，不仅可以在较短的时间将理论讲清、讲透，而且培养了学生分析解决问题的能力。工程结构是一门实践性很强的课程，如何在有限的学时内让学生掌握基本理论，并应用于工程实践，是所有授课教师孜孜以求的目标。在授课过程中，将基本理论同具体的工程事例结合分析，授课结束后，辅以工程设计项目让学生独立完成。这样，学生在工程案例听课中理解基本理论，在工程项目完成中掌握应用理论。
　　例：在介绍预应力混凝土理论时，可先通过生动形象的实例介绍预应力概念。如传统的木桶制作，竹箍拧紧提供环向预拉力，木桶板产生的环向预压力防止水的渗漏，学生了解预应力概念后，引入预应力混凝土概念。然后选取预应力混凝土梁施工（先张法、后张）的录像播放，让学生对预应力混凝土结构材料、张拉工艺、预应力损失等有较清晰、较直观的认识。最后再对具体的设计问题作详细的讲解。理论介绍之后，将一个简单的预应力梁设计项目交给学生，要求学生进行材料的选择、预应力度的控制、预应力损失分析、承载力计算等，并将计算结果在考虑构造要求之后以施工图的形式表达出来。学生在这一过程中始终处于主体地位，教师只起到指导作用。在教学手段方面，现代化的多媒体技术和传统的教学手段（板书）孰优孰劣一直是教育界争论的热点。笔者以为，任一种教学手段都有其优、缺点，关键要同具体课程、具体教学内容相结合。如工程结构课程，理论推导部分如果采用多媒体教学可能学生很难接受；而一些复杂的施工工艺、构造要求板书也无法表达。所以针对课程的自身特征，必须采用传统教学手段（板书）和现代技术（工程照片录像、工程图纸、模型、ＣＡＩ课件、ｆｌａｓｈ动画）相结合的方法。
　　例：在介绍混凝土受弯构件时，首先采用多媒体课件回顾以前内容；采用受弯试验录像分析梁的破坏三阶段和三类梁（少筋、适筋、超筋）破坏特征；然后应用板书方式一步一步介绍基本假定，应力图形，基本公式，适用条件及截面设计与复核；再用多媒体课件讲述构造内容和例题分析；最后可以辅以梁结构平法施工图纸和梁结构施工现场照片。