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結構設計原理教案范文1
關鍵詞：混凝土結構基本原理；課堂教學；教學計劃；多樣性教學方法
中圖分類號：TU37；G6420 文獻標志碼：A 文章編號：10052909（2015）04005905
混凝土結構基本原理作為土木工程專業中重要的專業必修基礎課程，其主要任務是培養學生掌握鋼筋及混凝土兩種材料所組成結構構件的基本力學性能，具備混凝土結構構件設計能力，理解其與先修課程（如材料力學、結構力學）和平行課程（如鋼結構）的關聯性，要求學生掌握鋼筋和混凝土兩種材料組成的混凝土結構構件在承受軸向力、彎矩、剪力、扭矩以及共同作用時的截面設計和承載能力評估，掌握預應力混凝土結構構件在軸心拉力和彎矩作用下的承載能力計算和評估，掌握混凝土構件裂縫寬度和撓度確定的基本原理和驗算方法。為學習后續課程混凝土結構設計和畢業設計打好基礎。圖1為與該課程相關的先期、平行和后期課程。
圖1 混凝土結構基本原理的先期課程、平行課程及后續課程示意圖
我國高校土木工程專業的混凝土結構基本原理與北美國家課程設置有所不同。筆者在美國田納西大學和加拿大麥吉爾大學做訪問學者期間跟班學習混凝土結構課程，兩所大學土木工程專業的本科生在該門課程上的學時為每周3小時，共36學時，學習內容包括基本原理和結構[1]，課程緊密結合設計規范，授課教師更加注重實際應用。而我國的教學將混凝土結構基本原理和結構
設計分為兩門課程，在兩個學期完成，原理部分64學時，設計部分36學時，學生能更好地理解混凝土結構的基本原理。
筆者以90分鐘課堂教學為例，結合同濟大學混凝土結構課程教學實踐，闡述了多樣性教學的意義，揭示了教學計劃在課堂教學中的重要地位，反映了中國高?；炷两Y構課程教學特色。
一、 混凝土結構基本原理教學特色
積極發揮課堂特色是提高教學質量的有力舉措。筆者所在高校（同濟大學）以顧祥林教授為首的“混凝土結構基本原理”教學團隊在長期教學實踐活動中形成了自己的教學特色，這些特色包括立體化教材、國際化辦學、開放性以及自選式試驗等。立體化教材是指采用教學團隊編制的中文教材[2]、試驗指導書和英文教材（即將出版），并集紙質教材、多媒體電子教案、教學錄像、試驗錄像、試件陳列室等多種表現形式于一體。土木工程專業國際化辦學指通過研究國際化模式并初步實踐，加強雙語教學和英文教材建設。開放性、自選性試驗指專門配置了混凝土結構教學實驗平臺[3]，開放性、自選式教學試驗貫穿整個理論教學過程。試驗錄像在課程網站上，可隨時觀看學習。課堂是發揮和展示這些特色教學形式的平臺，根據教學大綱要求科學合理安排好課堂時間是提高教學效果的根本保證。同濟大學混凝土結構基本原理課程先后被國家、上海市、學校評為精品課程。這些課堂特色的形成凝結了幾代人的不斷努力和探索實踐，是CDIO工程教育模式的具體表現[4]。
二、混凝土結構基本原理教學方法的多樣性
課堂教學方法的多樣性有利于提高教學效果。多樣性的課堂教學方法分別在學習模式、雙語教學、考評方式、教研結合中充分體現。
引導學生采用先進的學習模式。自主學習、研究性學習和實踐性學習是先進的學習模式，課堂教學中通過回答開放性問題（包括概念型、知識型和資源型等三種類型），讓學生自己在思考和查閱資料中找到問題的答案，培養學生自主學習能力；根據個人興趣和專業需要安排學生選擇教學實驗，接觸工程實際，提高解決實際問題的能力，初步掌握正確的思考和研究方法。
雙語教學和全英文教學。本課程開出完全用英語講課的平行班，供學生自由選課，以滿足學生的不同需求。隨著學生英文水平的提高和國際化要求，目前全英文教學取代了雙語教學。2014―2015年度選修人數占學生總數的10%。
考試方法改革。采取靈活的成績評定方式：理論考查占90%，實驗報告占10%。采取激勵機制，將研究性學習和實踐性學習的考評作為附加成績。
教學團隊的教師承擔多項國家級、省部級課題以及實踐應用課題，課題中大多為混凝土結構課題的試驗研究項目。充分利用這種優勢，積極引導學生參與課題研究，積極在各類課題科研試驗項目中鍛煉學生實踐能力，強化感性認識，加深課本理論的理解，認清學科發展前沿。同時積極把國家標準、規范和規程的研究成果反映到課程教學中。由于《既有建筑物結構檢測與評定標準》《裝配式混凝土結構技術規程》《纖維增強復合材料加固混凝土結構技術規程》等標準、規程為本課程組教師參與編寫，授課教師根據編寫體會進行深層次的講解，使學生及時掌握學科發展前沿和動態。此外，積極組織學生參加土木工程學院大學生創新實踐訓練計劃（SITP）項目。
三、 混凝土結構基本原理課堂教學
混凝土課程具有內容多，公式符號多，構造規定多，工程實踐強等特點。該課程可分為承載能力和使用性能兩大部分。承載能力涵蓋正截面承載能力和斜截面承載能力。正截面承載力包括軸向力、彎矩，以及彎矩與軸力共同作用時的混凝土結構構件的截面承載力，斜截面承載力包括混凝土結構構件承受剪力和扭矩時截面上的承載能力。使用性能作為課程的一個部分，簡單介紹混凝土結構構件的變形，包括裂縫寬度、受彎構件撓度的計算方法。承載能力分析和使用性能課時比例為14∶1。結合試驗研究，從加載到破壞全過程，提煉混凝土開裂、鋼筋屈服、混凝土壓碎等代表性的狀態，以力的不同類型作用下的承載能力分析方法分析其破壞機理。
縝密、細致、科學的課堂教學計劃是提高教學效果的關鍵。以混凝土結構基本原理課程中“斜截面受剪承載力”教學環節為例，根據教學大綱制定科學合理的教學計劃，并對每一步教學分配合理的教學時間是提高課堂教學質量的有效途徑。教學計劃中應突出基本概念和原理，理論聯系實際，注重系統性、新穎性和趣味性。
（一） “斜截面抗剪承載能力性能與計算”章節教學內容及要求
該章節教學內容包括：（1）無腹筋梁的受剪性能；（2）有腹筋梁的受剪承載力計算；（3）保證斜截面受彎承載力計算的構造要求。
該章節教學的基本要求：（1）熟悉無腹筋梁斜裂縫出現前后的應力狀態；（2）掌握剪跨比的概念，無腹筋梁斜截面受剪的三種破壞形態以及腹筋對斜截面受剪破壞形態的影響；（3）熟練掌握矩形、T形和工字形等截面受彎構件斜截面受剪承載力的計算模型、計算方法及限制條件；（4）掌握受彎構件鋼筋的布置、梁內縱筋的彎起、截斷及錨固等構造要求。
（二）90分鐘課程教學計劃與實施
教學環節根據教學內容的第（2）點和教學要求的第（3）條展開，在90分鐘的教學環節中，考慮特定時間內圍繞教學目的劃分若干步驟完成知識點、重點及難點的復習、解釋和討論，在此過程中合理安排教師與學生互動時間（表1）。
步驟教學目的教學知識點重點及難點教生扮演角色時間分配
1鞏固平截面假定在受剪承載力分析中的不適，以及鞏固斜截面的基本假定正應力與剪應力的共同作用決定構件的裂縫位置及走向斜裂縫的出現 學生討論為主5分鐘
2復習斜截面受剪承載力的實驗研究復習剪跨比的概念，剪跨比對抗剪破壞模式的影響剪跨比作用的原因學生討論為主10分鐘
3復習無腹筋梁受剪承載力無腹筋梁承載力計算公式推導忽略不確定因素，
簡化計算模型 學生討論為主5分鐘
4有腹筋受剪承載力計算平面桁架模型基于有腹筋梁平面桁架模型的承載力計算公式推導桁架模型中的裂縫間混凝土簡化為桁架模型中的壓桿教師講解為主25分鐘
5有腹筋梁受剪承載力的半理論半經驗公式受剪承載力計算公式的組成及應用上限和下限值的確定教師解釋為主25分鐘
6受剪承載力公式及應用小結及作業布置剪跨比計算、臨界截面確定、箍筋面積計算和間距確定、最小配箍率和截面限制條件的驗算等教師講解為主20分鐘
表1中的步驟1―3用于鞏固與復習，加深學生對剪跨比概念的理解，為后續的斜截面受剪承載力性能和計算作鋪墊。這3個步驟以學生討論為中心，共分配20分鐘時間。步驟4―6用于講解新的知識點，通過前3個步驟將學生的注意力集中于課堂教學之后，教師確認大部分學生掌握了構件斜截面抗剪的基本特征和關鍵參數時，以教師為主進行步驟4―6的教學，根據內容需分配70分鐘時間。
步驟1實施時，結合先期課程（材料力學）和該課程第二章的材料性能中的相關內容，復習公式（1）中的正應力和剪應力產生的內力，正應力源于彎矩，而剪應力源于剪力。
σtp，cp=σ2±σ24+τ2 （1）
裂縫的發展方向與τ/σ比值有關，與水平方向夾角為1/2arctan（2τ/σ）；τ/σ越大，裂縫發展方向越陡。
步驟2實施時，必然涉及剪跨比的概念，這時可引導學生深化剪跨比的概念，為什么剪跨比能夠決定構件抗剪破壞的模式，可從裂縫發展與構件長度方向的夾角大小判斷，裂縫發展方向與構件長度方向的夾角越小，構件的抗剪承載能力越低。而決定夾角大小的是τ/σ，剪應力τ取決于剪力V的大小，而σ可由彎距M推算出來。這樣，σ/τ可以用彎距M與剪力V和截面有效高度h0乘積的比值，可以表示為
MVh0= VaVh0=ah0（2）
ah0稱為剪跨比λ。
如此，σ/τ∝MVh0，τ/σ與λ成反比。τ/σ越大，λ越小，受剪承載力越大。進而，可以用剪跨比λ說明構件抗剪破壞模式。
步驟3實施時，復習在剪壓破壞模式下，沿斜裂縫取隔離體，忽略斜裂縫截面上難以確定的縱向鋼筋的銷栓力和裂縫間的摩擦力，得出無腹筋梁的受剪承載力為
Vc=0.24-0.06σsρsfc0.5+0.24λfcσsρsfcbh0=αc'fcbh0=αcftbh0
（3）
步驟4實施時，重點說明桁架模型，箍筋作為桁架的拉桿，上下弦縱向鋼筋作為桁架的拉桿和壓桿，裂縫間混凝土作為桁架的斜壓桿。在桁架模型中學生往往對斜壓桿難以理解。構件抗剪破壞時，斜裂縫間的混凝土受到上下縱向鋼筋的約束分析，斜裂縫間混凝土受壓，可以理解為斜壓桿。然后，講解縱向鋼筋的受力，再說明水平鋼筋的受力，最終得出有腹筋梁的受剪承載力為
Vu=nvhcorcotα=fyvAsvshcorcotα（4）
由公式（3）和（4）疊加，得出受剪承載力計算理論公式。
講解步驟（3）和（4）之后，學生基本上可以接受這樣一種思路：雖然斜截面受剪承載力性能與計算不符合平截面假定，但它仍然利用“實驗―基本假定―計算模型―基本公式―適用條件―公式應用”的線索，從中體現課程的系統性。
實施步驟5過程中，在講解為什么不用最大配箍率作為承載能力的上限時，利用實驗研究結果（圖2）解釋。從圖1可以看出，隨著配箍率的增大，即橫坐值的增加，縱坐標將不再變化，這表明受剪承載力Vu 與構件截面有效面積bh0的比值保持不變，因此受剪承載力受截面面積的控制或限制，解釋了受剪承載力上限值的確定方法。
圖2 受剪承載力/抗拉承載力比值與配箍率關系圖
為開拓學生解決問題思路，可從解析角度解釋。試驗研究中表明，當配箍率超過一定值后，則在箍筋屈服前，斜壓桿混凝土已壓壞，故取斜壓破壞作為受剪承載力的上限。而《混凝土結構設計規范》[5]是通過控制受剪截面的剪力設計值不大于斜壓破壞時的受剪承載力來防止由于配箍率過高而產生的斜壓破壞。學生對這一點往往難以理解，對從配箍率控制轉化為截面面積控制感到困惑。
其實，在疊加公式（3）和（4），得到受剪承載力計算理論公式（5）后，
Vu=0.7ftbh0+1.25fyvAsvsh0（5）
不妨定義最大配箍率ρsv=1.2ftfyv，并將該配箍率帶入公式（5），簡單變化后可得
Vu=0.25βcfcbh0（6）
如此變化，即可得到規范設置的依據。
在第6個步驟中，為了增強學生的工程概念，在公式應用時，啟發學生思考作用在梁上的集中荷載的工程意義。通常情況下，學生根據實驗課獲取的經驗認為集中荷載是分配梁產生的或者是千斤頂給予的。通過啟發學生的思考，引導他們從實際結構的主次梁考慮，解釋集中荷載的位置其實就是另一方向梁的支座位置，集中荷載大小即為另一方向梁的支座反力。往往在這個時刻，學生會恍然大悟，記憶深刻，產生良好的教學效果。接著，討論在集中荷載部位實際上應如何布置箍筋，是配在次梁支座的兩側還是放在支座的中間，只要從受剪承載力的基本原理出發，學生能得出應放在支座兩側的正確答案，因為支座處的實際計算截面積遠大于bh0。如此，不僅增強了學生對工程概念的理解也提高了學習興趣，體現了課程的新穎性和趣味性。
公式多、教材繁、考試難是多樣化教學方法實施前學生對混凝土結構基本原理課程的普遍反映。多樣化教學的實施加強了混凝土結構基本原理課堂教學的新穎性、趣味性、系統性，改變了學生被動學習的局面，提高了學生自主學習能力。2014年，同濟大學通過網上評議調查，93%的學生反映課程教學方法靈活多樣，激發了學生的興趣和深度思考；97%的學生反映課程內容豐富新穎，具有挑戰性；93%的學生反映多樣化教學效果很好。從2014―2015年度學生期終考試中構件受剪承載力考題的抽查結果來看，90%以上的學生能掌握配箍率限界的概念，并能合理判斷受剪控制截面和熟練應用計算公式進行抗剪配筋設計。
四、結語
同濟大學混凝土結構基本原理課堂教學實踐證明，通過多樣化的教學方法可培養和提高學生自主學習能力，充分發揮90分鐘內不同時段的教學效能是提高教學效果的重要途徑。因此，只有堅持這些鮮明的教學特色，才能更好地保證和提高混凝土結構基本原理課堂教學質量。參考文獻：
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結構設計原理教案范文2
【關鍵詞】中職物理 課程改革
【中圖分類號】G71 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）08-0158-02
一、中職物理課程改革的背景
物理課程是中等職業學校學生選修的一門公共基礎課，針對不同專業開設。按照專業差異統一規劃教材也劃分為通用類、機械建筑類、電工電子類、化工農醫類等，但這樣的分類并不完全貼合各類專業，章節的安排也并非完全適應專業需要。另外，目前以物理學的發展來看，它己滲透到自然科學的各個領域，形成了一系列的邊緣學科和實用學科，甚至是中職學校開設的一些專業課程就是物理學的重要分支，與物理學的關系非常密切，如電工電子課程。然而，針對中職學生的認知水平較低，為了完成教學任務，開設的這些專業課程的考核內容和水平都在一定程度上降低，甚至很多知識點是和物理課程重疊的，造成了課時、師資及教學資源的嚴重浪費。在這種情況下，學校自然會在專業課發展上進行投入，不斷壓縮物理課程的課時和教學環境，使物理課就更加陷入尷尬的境地。中職學生學習自覺性本來就差，面對他們從內心就覺得很難的物理課又是如此的枯燥無趣，自然也提不起學習欲望，物理課程的教學很難發揮它應有的作用。
總之，現行的物理教學內容、教學方式、方法和手段已經越來越不適應現代職業教育的要求，物理課程應該與其他專業課程不斷溝通和融合，在教學學時不斷減少的情況下，不要過多強調課程的系統性和完整性，內容無須面面俱到，而是要反映當今物理領域的新思維、新成果、新技術，更多的將理論聯系實際、聯系專業。在教學方法上要像專業課學習，大膽改革，不斷靠攏經濟社會的需要和專業學習的需要。所以物理課程必須要進行改革，在改革中解決“教什么”和“如何教”的問題。
二、中職物理課程改革的思考
1.中職物理課程的教材整合
作為選修的公共基礎課，中職物理課程對后續課程學習有著承上啟下的作用，對它的總體要求是讓學生能夠掌握必要的物理基礎知識和基木技能，同時為專業課打好基礎，服務于專業課程。因此中職物理課程要以“必須、夠用”作為取舍教學內容的重要依據。因此，首先我們要解決中職物理“教什么”的問題，也就是對教材的運用要大膽改革。目前，物理課程只能在國家規劃教材中進行選擇，而按照專業劃分的教材專業特色也不是很明顯，因此筆者認為中職物理課程應該選用《物理（通用類）》教材。這本教材的結構和難易程度能夠滿足物理課程教會學生基本知識和技能的要求，與初中知識的接合點也比較明顯，可以在“補習”初中物理知識的同時完成知識的深化和拓展。大多數中職學生的初中物理學習都是有缺失的，中職物理課程必須要幫助學生對初中學習的缺失進行很好的彌補，才能讓學生對物理知識的了解提升到新的層次，從感性認知逐步走向理性認知。因此，對《物理（通用類）》教材的選用能很好的完成中職物理課程承前的重要作用。
而對于專業特色的突顯不要盲目的選擇所謂的具有專業方向的物理教材，其中的結構設計未必適用，而且這種物理教材對專業的劃分還不夠細致和明確。教材中體現專業特色的部分需要中職物理教師針對自己學校開設物理課程的專業進行深入研究，了解社會對該專業的要求和對學生各種素質的要求，了解該專業的專業培養方向和專業計劃，熟悉該專業的專業課程以及這些課程與物理知識的關系。然后通過集結團隊的力量，進行深入研討，在《物理（通用類）》教材的基礎上，針對體現專業特色的物理知識章節進行擴充編制，形成具有專業特色的物理輔助講義。筆者認為這樣編制的輔助講義是在針對一個專業，針對該專業的課程，針對該專業學生的特質所編制的，甚至是其中的一些案例也是貼合這個專業?？梢哉f是為該專業的物理學習量身定做的，運用起來一定事半功倍。而且，在教材的編制過程中，教師可以把專業課程中關于物理知識的內容融合到物理課程的講授中，真正的為專業課打好基礎，做好服務。例如針對制冷專業的學生，他們要學習電工電子課程，但該課程中的電功、電功率等知識點與物理課程完全重合，但表述方法更貼近實際生產和生活。在這種情況下，物理課程完全可以按照電工電子課程的要求對該部分知識進行講解，并能很好的將物理理論的表述與專業術語中的表述進行對比學習。這樣為電工電子課程的學習節省了課時，打好基礎，避免重疊講授，落實了服務于專業課的指導思想。
2.中職物理課程的教學資源整合
目前，很多中職學校的物理課程還循規蹈矩的利用規劃教材中提供的課件和資源按部就班的進行課程傳授，而這些資源已經過時，甚至是與現代社會發展的現狀不吻合。例如在核能的應用上，課本還停留在核武器的應用和核電站建設的初期階段。針對諸如此類的問題，在中職物理課程的改革中，教學資源庫的整合和建設也是迫在眉睫。首先是對教學資源庫的整合，在現有的教學資源中，物理教師要大膽的將不合時宜的案例移植出課堂教授，這些案例本身的價值僅剩對物理知識乏味的闡述，已經不能激起學生的學習興趣，對它的運用和講解無疑是在浪費課時，機械的完成教學任務，很有可能產生沉悶課堂氣氛的不良效果，這也是物理課程改革急需突破的現狀。教學資源庫中的資源減少了，為了豐富課堂教授內容，物理教師自然會積極地對教學資源庫進行建設。教學資源庫的建設中，我們必須明確這樣一種思想，中職物理知識在深度上要求不高但要有寬度，案例的選擇要注重講清概念，強化應用，拓寬學生的眼界，主動適應時代的發展。因此教學資源庫的建設要選用對物理概念表現突出的案例，要選用學生身邊正在發生的案例，選用學生感興趣、具有時代特征的話題。這樣的選擇會吸引學生的注意力，讓他對物理學習產生興趣，進而愿意討論知識原理。這樣的選擇對物理教師具有相當大的挑戰。物理教師必須把這些案例從現象引申到某一具體的物理知識點，對案例進行包裝和加工，以及科學的、標準的文字描述，讓學生看到現象很自然的聯想到物理知識，運用起來也不至于顯得生硬。除了搜集整理案例資源外，參與資源庫建設的教師還應該自行制作電子教案、ppt課件、視頻等類型的資源，通過網絡和現代信息技術實現共享，既豐富了教學資源，又能讓學生隨時隨地獲取知識信息。
3.中職物理課程教學手段和方法的改革
眾所周知，實驗是物理課程不可缺少的環節，幾乎所有的物理理論和觀點都有賴于實驗的驗證和演示推導。但我們應該正確認識和運用實驗這一教學手段和工具。很多物理教師都把學生實驗看得過重，不自覺的已經夸大了它的比重，過分強調教學效果不佳、課堂氣氛不活躍是因為沒有充足的實驗條件，不能夠培養學生的動手能力。物理實驗條件不充足是中職學校普遍存在的問題，但它不應該成為阻礙教學效果提升的理由。改變中職物理課程教學效果、活躍課堂氣氛的關鍵是教師設計的教學手段和方法能不能實用。傳統的教與學模式已經明顯不適應現代的職業學校教育，科學的教學方法和現代化的教學手段要根據學生的實際情況，從教育學、心理學的角度來審視教和學的關系，從而做出恰當的選擇。在中職教學改革的浪潮中，時下盛行的教學方法和手段有很多，例如項目教學法、任務驅動法等，可能不適用于整體的物理教學，但作為物理教師應該大膽的嘗試在某一章節或某一知識模塊運用。凡是能讓學生充分動眼、動耳、動腦、動手、動口的教學方法和手段，我們都應該進行嘗試。例如對于實驗部分的處理，我們可以借鑒“翻轉課堂”的思想，把實驗的演示過程以微視頻的形式共享到網絡上，讓學生提前去觀察，根據學生自己的接受速度反復的觀察，教師對該視頻配以引導性的說明和相應的觀察任務?；氐秸n堂時，學生們應該具備了同等水平的認知，可以直接進行實驗的總結和新知識的講授，或者是讓學生講解實驗的相關過程，以檢驗學生自主學習的效果。而不是像傳統的講授方法把時間浪費在演示實驗上，更多的是把時間留給學生參與的活動和知識的應用上?，F代職業教育的要求是增強教學的互動性、趣味性和探索性，激發學生的學習熱情，樹立起學習的信心，注重培養學生的創新能力。所以我們必須要配套以實用的教學方法和手段。多提倡“啟發性”、“討論式”、“參與式”的教學方法，教會學生如何學習、如何應用，運用有聲有色多媒體教學手段，給學生以較強的感觀刺激，以活躍課堂的教學效果。
三、結束語
中職物理課程改革是必然趨勢，這種改革不是跟潮流、趕時髦，而是教學的需要。它不僅要依靠具有創新意識和變革意識的教師團隊，還要依靠職業學校經濟和人力的支持與投入，他更要靠職業教育發展大環境的推動。只有這樣才能對中職物理課程進行全方位的改革，從而使中職物理教學適應現代社會的發展需求，達到對人才培養的目的。
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