《结构设计原理》课程教学改革的探索

《结构设计原理》课程教学改革的探索

涂木兰 王娟

成都师范学院 物理与工程技术学院，四川 成都 610030

摘要：结构设计原理是土建类专业的必修课、主干课，旨在培养学生工程实践创新能力。通过目前教学过程中存在的不足，提出了教学改革的探索：利用虚拟仿真技术，将平面信息立体化、理论知识可视化，丰富教学内容，激发学生学习兴趣；加强课程设计，增强学生实践动手和创新能力，实现“理论知识实践化”和“实践知识理论化”的完美结合，真正能达到培养土建类应用型人才的目的。

关键词：结构设计原理;仿真虚拟技术;课程设计

1.引言

《结构设计原理》这门课程是土建类专业学生必修的一门专业基础课，主要讲述的是混凝土结构设计的基本原则以及各类构件的计算方法和构造等。它起着承上启下作用，即与先修课程包括：工程力学、建筑材料、房屋建筑学等密切相关，又对后修课程基础工程、建筑工程预算等起着重要的基础作用。

随着科学技术的不断进步，建筑行业蓬勃发展，对土建类专业人才的需求不断扩大，特别是实践创新能力强的土建类人才的需求旺盛。但目前高校的人才受到培养方案、教学方式、教学条件等限制，难以适应社会实际需要。如何改变当前《结构设计原理》课程教学与社会需求脱节的问题，实现生产与学校学习无缝对接是这门课程教学研究的重要课题。

2.《结构设计原理》课程教学的现状

2.1教学及学生学习方面

这门课程教学内容庞杂，涉及的公式参数多、设计结果不唯一、构造要求繁杂、规范条文严格，目前大多教材重理论轻实践，重设计轻施工。这些都使得课堂内容抽象、枯燥难懂学生学习难度较大，产生倦怠情绪，教学效果不尽人意。

2.2教学条件方面

由于学生人数较多，受安全、组织难度大等因素的影响，《结构设计原理》课程现场教学难度较大，学生难以深入施工现场，实物求证。这些实际情况都在很大程度上制约了课程教学内容改革的深入，影响了人才培养质量。

3.课程教学改革的探索思考

3.1虚拟仿真技术的运用

考虑到大多数学生以后的毕业方向多为施工或造价，所以为了适用社会人才需要，在结构设计原理课程中增加结构施工图和平法图集的识读是至关重要的。但结构施工图及平法图集的讲解是相当枯燥、抽象的，学生学习兴趣不大，且不易掌握。为了增强教学效果，应用虚拟仿真技术就可以很好地解决问题。

利用虚拟仿真技术将原本枯燥难懂的纯理论教学内容数字化、图像化、动画化、视频化，从而实现教学内容的生动、形象、多样，便于学生理解和掌握。

例如：在16G101-1图集中讲到梁平法时，单独的解释某一根梁（图1和图2）的平法规则（图1）以及梁中纵向钢筋构造（图2）就显得比较抽象，很多学生很难一下子把该梁的三维钢筋骨架想象出来。但利用虚拟仿真技术就非常方便，二维的平法表示立马显示成三维钢筋骨架（图3），非常立体、直观、易懂，学生仿佛身临其境，切身体会结构内部构造，学习兴趣大大激发，教学效果大大提升，实现了“理论知识可视化”，这也为他们后续学习建筑工程预算中钢筋算量以及走上工作岗位打下了扎实的基础。

图1 梁平法表达方式

图2 梁中纵向钢筋构造

图3 梁的三维钢筋骨架图

3.2加强课程设计

课本中的知识都是一块一块、一节一节的，学生通常学习了后面忘记了前面。一学期下来，学生对这门课程的认识也是碎片化的、零散的，没有形成系统和整体，不利于学生彻底理解和牢记知识点，此时加入课程设计就显得尤为重要。课程设计的内容可以根据学生学习情况和课时情况而定，可以是某一根悬臂梁的设计或是一个肋型楼盖的设计等。

在《结构设计原理》的第三章讲到概率极限状态设计法以及设计的表达式，学生上课时就觉得该内容很深奥难懂，其中的系数繁多，若只是老师上课讲讲，学生的认识只停留在表面，无法真正理解规范中一些系数的意义和具体使用。

例如根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）永久荷载的分项系数规定为：

当永久荷载效应对结构不利时，对由可变荷载效应控制的组合应取1.2，对由永久荷载效应控制的组合应取1.35；

当永久荷载效应对结构有利时，不应大于1.0。

对于这个规范条文应该如何理解和应用，就必须通过类似于图4这样的课程设计来解决。

图4 某梁的受力示意图

学生通过课程设计的动手练习，不仅增强了他们的动手能力、思考能力和创新能力，也进一步理解了课本和规范中的理论内容，并将课本中学到的零散知识串成整体，真正实现了“理论知识实践化”和“实践知识理论化”的完美结合。

4.总结

《结构设计原理》课程教学作为土建专业教学课程体系的重要组成部分，在教学过程中占据重要地位，对学生日后的继续深造和工作实践都具有很强的实践指导价值。通过利用虚拟仿真技术，将平面信息立体化、理论知识可视化，丰富教学内容，激发学生学习兴趣；加强课程设计，增强学生实践动手和创新能力，让学生所学的内容始终跟进建筑业发展的步伐，不脱节、不滞后，真正能达到培养建筑工程类应用型人才的目的。

参考文献：

【1】董吉武，孙爱琴. 应用型高校混凝土结构设计原理教学改革探索[J].天津中德应用技术大学学报，2019.6.

【2】建筑结构荷载规范[S] GB 50009-2012.

【3】混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图16G101-1[S].

作者简介：

涂木兰：1981年生，女，安徽省安庆市人，讲师，主要研究方向为钢筋混凝土结构和工程造价。