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摘要：为了避免“知识孤岛”的讲授方式，在混凝土结构课程教学中需要加强结构手算、电算和概念分析的有机联系，进行简化计算、概念分析与软件电算贯通式教学的探索。教学中采用简化计算和概念分析相联系，再与电算分析相印证的方法，将电算和概念分析穿插于传统的知识传授教学内容之中，使学生对结构的实际力学行为有更加直观的感性认知，并认同结构内力简化计算方法的正确性。同时结合实际工程，讲授了结构分析软件的使用，强化了学生的工程能力和素养，起到了一举数得的作用。本教学方法尝试打通学生所学的零散知识点，激发学生的兴趣，提高学生学习的自主性和积极性。
关键词：混凝土结构；教学方法；课程设计；工程能力
作者简介：潘志宏（1970-），男，湖北武汉人，江苏科技大学船舶与建筑工程学院，副教授。（江苏 张家港 215600）谢凌燕（1973-），女，湖南洞口人，江苏科技大学南徐学院，编辑。（江苏 镇江 212003）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）35-0127-02
混凝土结构原理与设计是土木工程专业中最重要的专业课程之一，为学生将来从事工程设计、施工和管理工作提供专业技术基础，需要重点培养学生手算、电算和概念分析等能力。概念分析可以帮助人们分清主次，抓住关键，[1，2]概念分析与概念设计构成工程素质的重要部分。[3]需要注意的是，许多简化分析手算方法，例如竖向荷载作用下分层法、弯矩分配法，水平荷载作用下的反弯点法和D值法等都是以反映结构性态本质的定性知识为基础，与概念分析密切相关，注重此方面的教学，能提高学生对结构合理形式、结构变形和内力等的定性分析能力。因此，混凝土结构课程教学中，除了重视知识的传授外，还需要理顺手算、电算和概念分析的关系。电算的兴起，带来学生对手算分析的困惑甚至产生排斥情绪。然而，在采用计算机分析计算时，学生又会发现由于对实际工程结构的整体受力特点缺乏总体把握，他们常常对电算结果的正确性和合理性难以判断。当前，结构分析的教学分散于结构力学和混凝土结构课程之中，电算相关的教学则集中在结构分析设计软件的课程中。此外，在教学的时间安排上，出于为毕业设计服务的目的，一般的做法是把软件学习和上机实践集中起来，单独放在本科学习的后期。众多缺乏连贯性的零散课程学习往往容易使学生产生“知识孤岛”，[4]在结构概念、结构电算和手算分析方面所学的知识点处于割裂的零碎状态，相互缺少有机联系。在具体教学组织上，教师往往感到一味只讲软件操作将偏离土木工程本科的“厚基础”培养目标，但如果在课堂上空谈概念分析则容易使学生觉得枯燥乏味。
当前，土木工程专业对学生的知识结构和能力结构提出了更高的要求，教学内容需要进行必要的整合，应为学生创造既能主动构建知识，又能提高工程意识和创新能力的条件；[5]在教学方式上，需要提倡“工程模式”，通过启发引导作用，调动学生自主学习的主动性和积极性，[6]让学生通过自己的理解体会获得知识，通过实践培养获得知识的能力；在教学内容上，突出结构概念设计和优化设计思想以加强创新意识和创新能力的培养已经引起重视。[7]为避免“知识孤岛”的讲授方式，笔者把如何将实际工程结构抽象为结构分析计算模型作为混凝土结构课程教学的一项重要任务，将部分结构软件的学习时间从原来第8学期的集中时段提前到与相应教学内容同步进行，在课程教学阶段和课程设计阶段将电算和概念分析穿插于传统的知识传授教学内容之中，结合手算简化方法进行了与概念分析和软件实训的贯通式教学探索。概念与计算机分析的结合，将使学生真正了解各类结构的特性。本教学方法尝试打通学生所学的零散知识点，通过与实际工程相联系，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的自主性和积极性，同时对于提高学生的思维能力和动手能力具有实际意义。
一、混凝土结构课程教学主要内容及相关软件
混凝土结构课程的主要内容一般由原理和设计两部分组成，教学按照从构件到结构的顺序展开。在原理部分，主要教学内容包括拉压弯剪扭等基本受力性能和梁、柱、板及预应力等构件的设计计算和构造，结构设计部分一般包括楼盖结构设计和两类常用结构型式——排架和框架的设计和构造。当前相关主流软件也可以按构件和结构层次进行划分，课程教学主要内容与相关软件关系见表1。笔者改革传统的知识传授教学方式，选用相应的软件，将电算教学穿插在简化计算、概念分析的讲解之中。
二、课程教学阶段的教学案例
1.框架结构竖向和水平荷载作用下内力分析
多层框架结构内力简化手算分析方法的教学内容主要包括竖向荷载作用下的分层法和水平荷载作用下的反弯点法、D值法。简化分析计算方法除了能对电算结果进行校核之外，还为概念分析提供基础。然而，传统教学方法中仅仅对这些方法本身进行讲解，不与计算机分析和概念分析建立联系，结果学生认为又返回到了结构力学的课程，甚至可能因为与结构力学前修的内容发生混淆而感到困惑。笔者在教学中，在讲解完简化方法的原理和用法后，分别采用SAP2000软件和分层法、反弯点法、D值法计算同一榀混凝土框架结构，对比其内力图。看到通过软件分析快速得到的结构各种内力图后，学生的兴趣受到很大的激发，接着趁热打铁，通过变化不同梁柱参数，对软件分析结果进行预测和评价，使得学生能真切感知结构概念。由分层法思想进行拓展，首先对加层改造后结构在竖向荷载作用下的内力进行概念分析，判断出加层后除与增加楼层相连的原来顶层梁柱的弯矩会发生变化外，加层对其余楼层的弯矩影响不大。然后用软件分析加层前后竖向荷载下结构的弯矩并进行对比。对水平荷载作用下运用反弯点法或D值法的概念进行分析，得到各楼层梁柱弯矩都会加大的结论，并同样采用软件分析进行验证。简化计算和概念分析相联系，再与计算机分析印证，使得学生对结构概念获得感性的认识，进一步信服简化计算方法的结果，同时学习了结构软件的使用，并知道联系实际工程进行应用，起到了一举数得的作用。
2.肋梁楼盖中连续梁模型和框架模型适用范围的辨析
在肋梁楼盖设计的教学中，学生们首先学习了采用连续梁对主梁进行分析计算的方法。进入框架结构分析计算的教学内容后，重点讲述的是梁柱刚接的框架模型。此时，在学生眼里，同样是梁柱体系，已经学习的连续梁模型与框架模型产生了矛盾，因而感到疑惑。笔者通过修改参数，不断降低柱相对于梁的线刚度，分别运用弯矩分配法的概念和计算机软件对改变参数的整体框架模型进行分析，使得学生清楚地感知结构体系的宏观变形特征和结构内力的变化规律，从而认识到当柱相对于相邻跨梁的线刚度较小时可以采用连续梁模型作进一步简化分析，理解了连续梁模型有其适用范围，同时学会正确运用简化计算方法对计算机分析结果进行判断。
三、课程设计阶段教学与实践的方法与要求
混凝土结构课程设计的目的是通过课程设计的实践训练，加深学生对基本设计原理和设计方法的理解，培养学生在平面结构布置、构件计算、结构构造以及施工图绘制等方面的基本工程素质和结构设计的能力。混凝土结构课程相关的课程设计题目主要包括楼盖设计、排架结构和框架结构设计。与课程设计相联系，笔者也进行了概念分析与软件实训的教学和实践探索。
学生毕业后进入设计院工作，初出茅庐的他们首先面对的常常是板的设计和楼梯的设计。因此，楼盖的课程设计的锻炼可能直接影响到他们今后专业生涯中给人的第一印象。PMCAD软件中不仅能生成楼板的计算书，而且能进行施工图绘制，生成的施工图对学生的课程设计能起到重要的参考示范作用。然而PMCAD只提供基于弹性设计方法的计算书，塑性方法计算结果与教科书上手算方法所得的结果不能完全对应，特别是楼面活载不利布置由软件自动进行，具有黑箱效应。为此，笔者采用SAFE软件进行平行计算，利用其中的样式荷载（Pattern Live）功能，分区格进行活载布置，并让学生与教科书中活载的不利布置方法进行对比验证。
在单层工业厂房的课程设计中，PK强大的施工图绘制功能激发了学生的兴趣，并且电算施工图为学生提供了很好的手绘图纸模板。但是，PK的荷载组合同样具有黑箱效应，为了让学生更加明确地与手算对应，笔者同时引导学生采用SAP2000对各种荷载工况进行了内力分析，并与手算结果对比。混凝土框架结构课程设计中，笔者在讲解平面分析概念的同时，穿插了平面分析软件PK与空间分析软件SATWE、TAT等分析结果的对比。
四、结语
为了避免“知识孤岛”的讲授方式，需要加强结构手算、电算和概念分析的有机联系，改革传统的知识传授为主的教学方式。笔者在混凝土结构课程教学中按照打通学生所学的零散知识点的思路，进行了简化计算、概念分析与软件实训贯通式教学的探索。本文教学方法能激发学生的兴趣，提高学生学习的自主性和积极性；能使结构概念成为看得见、摸得着的东西；能让学生们真切地认识到简化计算方法在成果校核和概念分析中的重要作用，引导他们学习和掌握了相关内容计算机软件分析计算和设计的方法，从而在一定程度上强化了工程能力和工程素质的培养。由于本文教学方法探索的时间不长，教学内容和教学时间安排等方面有待进一步深入研究。
参考文献：
[1]彭俊生,罗永坤.结构概念分析与SAP2000应用[M].成都:西南交通大学出版社,2005:1-2.
[2]季天健,A.Bell.感知结构概念[M].北京:高等教育出版社,2009:3-4.
[3]张振奎,付安元,王民.混凝土结构设计“平法”中几个问题的探讨[J].山东建筑大学学报,2008,23(3):277-280.
[4]黄真,林少培.现代结构设计的概念与方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2010:2-3.
[5]沈祖炎.挑战与突破:面向21世纪土建类专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究[M].上海:同济大学出版社,2000:24-25.
[6]罗福午.大学工程教学16讲[M].北京:清华大学出版社,2007:18-19.
[7]邱洪兴.建筑结构设计(第三册)——学习指导[M].北京:高等教育出版社,2009:1-2.
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：混凝土结构；教学方法；课程设计；工程能力
作者简介：潘志宏（1970-），男，湖北武汉人，江苏科技大学船舶与建筑工程学院，副教授。（江苏 张家港 215600）谢凌燕（1973-），女，湖南洞口人，江苏科技大学南徐学院，编辑。（江苏 镇江 212003）
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）35-0127-02
混凝土结构原理与设计是土木工程专业中最重要的专业课程之一，为学生将来从事工程设计、施工和管理工作提供专业技术基础，需要重点培养学生手算、电算和概念分析等能力。概念分析可以帮助人们分清主次，抓住关键，[1，2]概念分析与概念设计构成工程素质的重要部分。[3]需要注意的是，许多简化分析手算方法，例如竖向荷载作用下分层法、弯矩分配法，水平荷载作用下的反弯点法和D值法等都是以反映结构性态本质的定性知识为基础，与概念分析密切相关，注重此方面的教学，能提高学生对结构合理形式、结构变形和内力等的定性分析能力。因此，混凝土结构课程教学中，除了重视知识的传授外，还需要理顺手算、电算和概念分析的关系。电算的兴起，带来学生对手算分析的困惑甚至产生排斥情绪。然而，在采用计算机分析计算时，学生又会发现由于对实际工程结构的整体受力特点缺乏总体把握，他们常常对电算结果的正确性和合理性难以判断。当前，结构分析的教学分散于结构力学和混凝土结构课程之中，电算相关的教学则集中在结构分析设计软件的课程中。此外，在教学的时间安排上，出于为毕业设计服务的目的，一般的做法是把软件学习和上机实践集中起来，单独放在本科学习的后期。众多缺乏连贯性的零散课程学习往往容易使学生产生“知识孤岛”，[4]在结构概念、结构电算和手算分析方面所学的知识点处于割裂的零碎状态，相互缺少有机联系。在具体教学组织上，教师往往感到一味只讲软件操作将偏离土木工程本科的“厚基础”培养目标，但如果在课堂上空谈概念分析则容易使学生觉得枯燥乏味。
当前，土木工程专业对学生的知识结构和能力结构提出了更高的要求，教学内容需要进行必要的整合，应为学生创造既能主动构建知识，又能提高工程意识和创新能力的条件；[5]在教学方式上，需要提倡“工程模式”，通过启发引导作用，调动学生自主学习的主动性和积极性，[6]让学生通过自己的理解体会获得知识，通过实践培养获得知识的能力；在教学内容上，突出结构概念设计和优化设计思想以加强创新意识和创新能力的培养已经引起重视。[7]为避免“知识孤岛”的讲授方式，笔者把如何将实际工程结构抽象为结构分析计算模型作为混凝土结构课程教学的一项重要任务，将部分结构软件的学习时间从原来第8学期的集中时段提前到与相应教学内容同步进行，在课程教学阶段和课程设计阶段将电算和概念分析穿插于传统的知识传授教学内容之中，结合手算简化方法进行了与概念分析和软件实训的贯通式教学探索。概念与计算机分析的结合，将使学生真正了解各类结构的特性。本教学方法尝试打通学生所学的零散知识点，通过与实际工程相联系，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的自主性和积极性，同时对于提高学生的思维能力和动手能力具有实际意义。
一、混凝土结构课程教学主要内容及相关软件
混凝土结构课程的主要内容一般由原理和设计两部分组成，教学按照从构件到结构的顺序展开。在原理部分，主要教学内容包括拉压弯剪扭等基本受力性能和梁、柱、板及预应力等构件的设计计算和构造，结构设计部分一般包括楼盖结构设计和两类常用结构型式——排架和框架的设计和构造。当前相关主流软件也可以按构件和结构层次进行划分，课程教学主要内容与相关软件关系见表1。笔者改革传统的知识传授教学方式，选用相应的软件，将电算教学穿插在简化计算、概念分析的讲解之中。
二、课程教学阶段的教学案例
1.框架结构竖向和水平荷载作用下内力分析
多层框架结构内力简化手算分析方法的教学内容主要包括竖向荷载作用下的分层法和水平荷载作用下的反弯点法、D值法。简化分析计算方法除了能对电算结果进行校核之外，还为概念分析提供基础。然而，传统教学方法中仅仅对这些方法本身进行讲解，不与计算机分析和概念分析建立联系，结果学生认为又返回到了结构力学的课程，甚至可能因为与结构力学前修的内容发生混淆而感到困惑。笔者在教学中，在讲解完简化方法的原理和用法后，分别采用SAP2000软件和分层法、反弯点法、D值法计算同一榀混凝土框架结构，对比其内力图。看到通过软件分析快速得到的结构各种内力图后，学生的兴趣受到很大的激发，接着趁热打铁，通过变化不同梁柱参数，对软件分析结果进行预测和评价，使得学生能真切感知结构概念。由分层法思想进行拓展，首先对加层改造后结构在竖向荷载作用下的内力进行概念分析，判断出加层后除与增加楼层相连的原来顶层梁柱的弯矩会发生变化外，加层对其余楼层的弯矩影响不大。然后用软件分析加层前后竖向荷载下结构的弯矩并进行对比。对水平荷载作用下运用反弯点法或D值法的概念进行分析，得到各楼层梁柱弯矩都会加大的结论，并同样采用软件分析进行验证。简化计算和概念分析相联系，再与计算机分析印证，使得学生对结构概念获得感性的认识，进一步信服简化计算方法的结果，同时学习了结构软件的使用，并知道联系实际工程进行应用，起到了一举数得的作用。
2.肋梁楼盖中连续梁模型和框架模型适用范围的辨析
在肋梁楼盖设计的教学中，学生们首先学习了采用连续梁对主梁进行分析计算的方法。进入框架结构分析计算的教学内容后，重点讲述的是梁柱刚接的框架模型。此时，在学生眼里，同样是梁柱体系，已经学习的连续梁模型与框架模型产生了矛盾，因而感到疑惑。笔者通过修改参数，不断降低柱相对于梁的线刚度，分别运用弯矩分配法的概念和计算机软件对改变参数的整体框架模型进行分析，使得学生清楚地感知结构体系的宏观变形特征和结构内力的变化规律，从而认识到当柱相对于相邻跨梁的线刚度较小时可以采用连续梁模型作进一步简化分析，理解了连续梁模型有其适用范围，同时学会正确运用简化计算方法对计算机分析结果进行判断。
三、课程设计阶段教学与实践的方法与要求
混凝土结构课程设计的目的是通过课程设计的实践训练，加深学生对基本设计原理和设计方法的理解，培养学生在平面结构布置、构件计算、结构构造以及施工图绘制等方面的基本工程素质和结构设计的能力。混凝土结构课程相关的课程设计题目主要包括楼盖设计、排架结构和框架结构设计。与课程设计相联系，笔者也进行了概念分析与软件实训的教学和实践探索。
学生毕业后进入设计院工作，初出茅庐的他们首先面对的常常是板的设计和楼梯的设计。因此，楼盖的课程设计的锻炼可能直接影响到他们今后专业生涯中给人的第一印象。PMCAD软件中不仅能生成楼板的计算书，而且能进行施工图绘制，生成的施工图对学生的课程设计能起到重要的参考示范作用。然而PMCAD只提供基于弹性设计方法的计算书，塑性方法计算结果与教科书上手算方法所得的结果不能完全对应，特别是楼面活载不利布置由软件自动进行，具有黑箱效应。为此，笔者采用SAFE软件进行平行计算，利用其中的样式荷载（Pattern Live）功能，分区格进行活载布置，并让学生与教科书中活载的不利布置方法进行对比验证。
在单层工业厂房的课程设计中，PK强大的施工图绘制功能激发了学生的兴趣，并且电算施工图为学生提供了很好的手绘图纸模板。但是，PK的荷载组合同样具有黑箱效应，为了让学生更加明确地与手算对应，笔者同时引导学生采用SAP2000对各种荷载工况进行了内力分析，并与手算结果对比。混凝土框架结构课程设计中，笔者在讲解平面分析概念的同时，穿插了平面分析软件PK与空间分析软件SATWE、TAT等分析结果的对比。
四、结语
为了避免“知识孤岛”的讲授方式，需要加强结构手算、电算和概念分析的有机联系，改革传统的知识传授为主的教学方式。笔者在混凝土结构课程教学中按照打通学生所学的零散知识点的思路，进行了简化计算、概念分析与软件实训贯通式教学的探索。本文教学方法能激发学生的兴趣，提高学生学习的自主性和积极性；能使结构概念成为看得见、摸得着的东西；能让学生们真切地认识到简化计算方法在成果校核和概念分析中的重要作用，引导他们学习和掌握了相关内容计算机软件分析计算和设计的方法，从而在一定程度上强化了工程能力和工程素质的培养。由于本文教学方法探索的时间不长，教学内容和教学时间安排等方面有待进一步深入研究。
参考文献：
[1]彭俊生,罗永坤.结构概念分析与SAP2000应用[M].成都:西南交通大学出版社,2005:1-2.
[2]季天健,A.Bell.感知结构概念[M].北京:高等教育出版社,2009:3-4.
[3]张振奎,付安元,王民.混凝土结构设计“平法”中几个问题的探讨[J].山东建筑大学学报,2008,23(3):277-280.
[4]黄真,林少培.现代结构设计的概念与方法[M].北京:中国建筑工业出版社,2010:2-3.
[5]沈祖炎.挑战与突破:面向21世纪土建类专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究[M].上海:同济大学出版社,2000:24-25.
[6]罗福午.大学工程教学16讲[M].北京:清华大学出版社,2007:18-19.
[7]邱洪兴.建筑结构设计(第三册)——学习指导[M].北京:高等教育出版社,2009:1-2.
（责任编辑：麻剑飞）