反例教學法在鋼筋混凝土結構設計教學中的探索與實踐*

李慶濤　袁廣林（中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院，江蘇徐州221116）

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反例教學法在鋼筋混凝土結構設計教學中的探索與實踐*

李慶濤袁廣林
（中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院，江蘇徐州221116）

摘要：反例教學法從反面的工程事故案例（簡稱“反例”）入手，促進正面理論知識的理解和應用，是通過理論聯(lián)系實際來提高學生學習興趣的一種有效的教學方法。結合典型的教學案例闡述了反例教學法的過程，提出了反例教學法教學過程中需要注意的事項。

關鍵詞：反例教學法；鋼筋混凝土結構；教學改革

Abstract：Based on the negative accident case，the negative case teaching method aims to enhance understanding and application of the right theory and knowledge in the book. It is an effective teaching method to improve the students' interest in learning by linking theory with practice. The paper presents the process of negative case teaching method with the typical teaching case，putting forward the key points of the negative case teaching method in the teaching process.

Key words：negative case teaching method；reinforced concrete structure；teaching reform

鋼筋混凝土結構設計是土木工程專業(yè)建筑工程方向的核心專業(yè)課，是一門理論性和實踐性很強的課程，與現(xiàn)行的規(guī)范緊密相連。通過“鋼筋混凝土結構設計”課程的學習，使學生掌握單層廠房、多層框架結構、高層建筑結構的設計原則、基本設計的計算方法，使學生具有一般工業(yè)與民用建筑結構設計的能力。教育部的“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”指出我們需要培養(yǎng)優(yōu)秀的工程技術人才［1］，而鋼筋混凝土結構設計是土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中的關鍵課程，這就要求我們教師在該課程的教學過程中不僅要注重理論知識和基本設計方法的指導，同時還要提高學生的分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生理論與實際結合的應用能力。為了提高教學效果，學者們已經(jīng)嘗試了不同的教學方法進行教學改革［2-5］。

作者在鋼筋混凝土結構設計的教學中，選取反面工程事故案例作為切入點的反例教學法，該教學法可以加深學生對所學知識點的用途及重要性的理解，提高學生的感性認識和學習興趣，使學生能夠深刻理解和掌握該專業(yè)課的知識，增強作為一名工程技術人員的安全意識和責任感，吸取已有建筑工程事故的經(jīng)驗和教訓，將所學知識正確地應用到工程實踐中。

一、在鋼筋混凝結構設計教學過程中發(fā)現(xiàn)的問題

由于鋼筋混凝土結構設計教材中的知識點多，并且教材中的計算假定、理論公式較多、較為抽象，對于學生來說較為枯燥，容易失去學習興趣。同時，由于書本上的理論知識與工程實際應用還有一定的區(qū)別，學生雖然學會做課后的習題，但是對于所學知識在工程現(xiàn)場如何應用還是沒有自信心。

此外，該課程傳統(tǒng)的教學方式主要是課堂講授，該教學方式以教師的“教”為中心，采用“輸出式”的教學方式，雖然能有計劃講解較多的課本知識，但這種教學方法很難提高學生的學習主動性。調查表明僅有5.5%的當代90后大學生會主動預習課本知識［6］，特別是鋼筋混凝土結構設計中需要用到的知識點較多，容易造成學生對知識點的混淆，更容易使學生失去學習興趣；同時由于學生缺少主動參與意識，無法發(fā)揮學生的“主體作用”，無法維持學生的學習興趣和積極性，無法把握理論知識點如何在實際工程中得到具體的作用。

為了改善枯燥的傳統(tǒng)授課模式，提高教學質量和效率，采用解決工程實際問題的啟發(fā)式教學來吸引學生的注意力，提高學生的參與解決實際工程問題的積極性，培養(yǎng)既懂理論又熟知理論應用的專業(yè)工程技術人才，作者在鋼筋混凝土結構設計的教學中，嘗試在不同的理論知識點引入相應的典型工程事故，作為反面的工程案例來激發(fā)學生的學習興趣和增強學生的安全責任意識。

二、反例教學法鋼筋混凝土結構課程教學方法的探索

（一）反例教學方法的準備

在講授到教材中的理論知識時，對學生來說是間接、抽象的，而且這些理論知識并不代表實際的技能，難以直接用于實際工程中。運用反面的工程事故案例能夠起到震撼的警示效果，通過引導學生一起發(fā)現(xiàn)探討工程事故中存在的問題，與學生一起分析造成這些問題的原因，應該如何避免出現(xiàn)的問題，如何解決已經(jīng)出現(xiàn)的這些問題。與學生一起在理論與實際的聯(lián)系中正確地運用所學的知識去解決實際問題。

1.工程事故反面案例的準備

為了充分發(fā)揮教師的引導作用和學生的主體作用，增強課堂教學的互動性，調動學生的學習興趣，需要教師事先選取具有典型代表的工程事故案例進行分析和整理。工程事故案例的來源最好是教師自己參與的項目，也可以是從相關文獻中獲取的資料信息。此外，由于目前媒體信息非常發(fā)達，教師還可以通過各種媒體收集日常生活中發(fā)生的建筑工程事故，特別是新近報道的信息，更有利于學生的查閱相關的信息，結合課堂教學的知識點選擇合適的案例并應用到教學中去。

2.多媒體圖片的準備

選取好工程案例后，要準備一些相關的現(xiàn)場照片，利用多媒體進行教學，增加工程事故的現(xiàn)場照片通過多媒體給同學以展示，使教學內容更加直觀，讓學生，有在現(xiàn)場“身臨其境”的感覺，以后在現(xiàn)場碰到類似的情況就能夠將自己所學的理論知識得到運用，提高學生的學習興趣，解決了同學感覺枯燥的問題。

3.工程事故案例與理論知識結合點的準備

分析案例與所講授具體章節(jié)的理論知識點的銜接處，提出課本上的正面的知識點指出正確的做法以后，結合工程事故的案例，通過設置一系列的問題分析引導學生來分析造成工程事故的主要原因，調動學生的積極性來一起參與尋找解決問題的方法，從而使學生從建筑工程事故中吸取教訓，在將來的設計、施工和管理工作中防止同類事故的重復發(fā)生。同時還能夠促使學生培養(yǎng)建筑工程質量意識，通過正面知識的講解和反面工程事故案例的對比分析，提高學生的學習興趣，達到對教材理論知識的強化理解和正確運用的目的。

（二）反例教學法的舉例

以鋼筋混凝土結構設計中課程中的單層廠房為例，說明反例教學法在教學中的應用，作者引入了如下工程事故實例。

1.工程事故案例

某單層廠房為18m+24m+9m三跨鋼筋混凝土排架結構（如圖1所示），建筑面積約4300m②。廠房18m跨布置一臺10T行車，24m跨布置10T及16T行車各一臺。該車間從2004 年12月23日在24m跨內開挖約為10m×10m×6.8m的設備地下室。在12月31日開挖到地下室底板時，發(fā)現(xiàn)B軸中⑧、⑨、⑩軸柱靠近基礎杯口處混凝土發(fā)生開裂，部分裂縫貫穿整個柱截面的2/3，最大裂縫寬度達1.0mm，且⑨軸柱局部混凝土壓碎。同時發(fā)現(xiàn)，B軸中⑧、⑨、⑩軸柱發(fā)生了明顯的水平位移。排架柱頂預埋鋼板受屋架的作用，局部與柱混凝土之間脫開。

圖1　廠房平面示意圖

2.問題的提出

結合單層廠房這一章將要學習的內容，采用多媒體展示工程事故現(xiàn)場照片，提出如下幾個問題，引出本章的主要學習內容：（1）常用排架結構單層廠房的組成有哪些？（2）單層廠房所承受的荷載如何進行傳遞？（3）出現(xiàn)裂縫、局部混凝土壓碎、發(fā)生側移的單層廠房柱有何作用？（4）觀察單層廠房的排架柱與框架柱相比有何區(qū)別？（5）排架柱的截面尺寸、配筋如何確定？（6）造成本工程事故的原因有哪些？如何處理本工程中出現(xiàn)的問題？

3.問題的分析及準備

（1）根據(jù)所示現(xiàn)場拍攝的照片，結合教材中本章的內容，做成易于理解的課件圖片（如圖2所示），介紹單層廠房的結構組成和結構布置。（2）結合現(xiàn)場照片，闡明單層廠房中排架柱所承受的荷載，橫向平面排架所承受的荷載及其傳遞路徑，縱向平面排架所承受的荷載及其傳遞路徑；（3）通過問題（1）和（2）的講解，明確與排架柱在廠房結構中的重要作用，讓學生明確在排架柱上發(fā)生諸如裂縫、局部混凝土壓碎、發(fā)生側移等問題將會帶來嚴重的安全隱患；（4）讓學生觀察照片中實際工程中的排架柱與教室內身邊的框架柱有何區(qū)別，然后讓學生進行對比分析，進而教師講解排架柱的組成部分包括上柱、下柱和牛腿，讓學生探尋牛腿的作用，牛腿如何設計；（5）激發(fā)學生的求知欲，引出通過計算來確定排架柱的截面尺寸和配筋，如何通過選取合理的計算單元確定計算簡圖，統(tǒng)計作用在計算單元上的荷載，引導學生追尋排架的內力計算方法；（6）通過該工程案例中出現(xiàn)的具體問題，結合出現(xiàn)裂縫、混凝土局部壓碎及發(fā)生側移的排架柱的選取，畫出原因分析示意圖（如圖3所示）。

圖2　廠房結構組成圖

原因分析如下：工業(yè)廠房內開挖的設備基礎土方量較大，基坑深度接近7m，同時，施工單位為了節(jié)省費用，未采取有效的支護措施，直接將挖出的土全部堆積到廠房排架柱的另一側，堆土高約5m，由于兩側土體高度相差近12m，堆土一側產(chǎn)生的土壓力太大，直接導致了柱的偏移及柱子的開裂，并且引起了排架柱頂預埋鋼板局部與柱混凝土之間脫開。

結合現(xiàn)場情況，采用了如下的處理方案：（1）場地內的剩余堆土應盡快外運；（2）用壓力注漿法用水泥漿進行地基加固；（3）地下室設備基礎應抓緊施工，達到回填條件后應立即回填；（4）采取增大截面法對鋼筋混凝土下柱進行加固處理；（5）對受影響的⑧、⑨、⑩軸上柱采用角鋼進行加固。

三、反例教學法的效果

反例教學法要求教師最好有處理工程事故的經(jīng)驗，對實際聯(lián)系理論知識的能力和教學方法的掌握有較高的要求，由于實際生活中的工程事故造成的后果往往都是非常嚴重的，給人民的生命財產(chǎn)安全會造成嚴重的損失，所以比選擇正常的建筑工程案例具有較強的警示作用，更能吸引學生的注意力。

結合在工程現(xiàn)場拍攝的照片進行教學，具有現(xiàn)實意義。實用性強，能提高學生聽課的積極性，同時提供給學生大量有用的信息，加深了學生的感性認識，鞏固了所學的理論知識，為他們在以后的工作中，對理論知識的應用打下基礎，達到了較好的教學效果。

此外，以實際工程事故案例為依托進行教學，能夠增長學生的見識，分析事故發(fā)生的原因，讓學生認識到理論的錯誤、計算或者施工的錯誤都會造成嚴重的事故，對生命和財產(chǎn)造成嚴重的損失，促使學生們樹立起建筑工程質量意識，從中總結一定的經(jīng)驗教訓，為今后的工作起到一個指導的作用，減少工程事故的發(fā)生。

圖3　事故原因分析示意圖

通過教師對事故原因的分析及事故的處理，提高了理論教學的實用性，增加了學生處理工程事故的間接經(jīng)驗，提高了同學們分析問題和處理問題的能力。

四、反例教學法的注意事項

為了運用反例教學法成功地吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣，并起到警示作用促進學生安全意識的提高，作者認為有如下幾個關鍵的注意事項需要教師引起重視。

（1）在選擇工程事故案例時，最好選擇教師熟悉的、參與過的工程案例，這樣增加教師對工程事故的問題把握程度，而且更易于取舍和整理現(xiàn)場工程照片等教學資料。

（2）合理安排工程案例和教學內容的銜接點，將理論知識點化解到所選的工程案例中去，結合工程案例逐漸展開教學內容。

（3）根據(jù)工程案例中提出適當?shù)膯栴}讓學生思考，設置從簡單到復雜的問題逐步啟發(fā)學生探尋解決問題的答案，在講解實際工程問題解決的過程中學習理論知識，增加課堂教學的趣味性和實用性。

（4）啟發(fā)引導學生分析工程事故的原因，嘗試讓學生提出如何避免此類事故的發(fā)生，并給出處理方案，增加學生的工程質量意識，安全責任感。

五、結束語

綜上所述，在鋼筋混凝土結構設計課程中運用反例教學法可以提高學生的學習興趣，促使學生們樹立起建筑工程質量意識，通過反面的工程事故案例促進學生對正面知識的學習、加深學生對正面知識的理解，正確認識專業(yè)理論知識的重要性，增強學生的安全責任感。同時提高了學生在遇到實際工程事故時分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生理論與實際相結合的應用能力。作者根據(jù)近幾年的教學經(jīng)驗進行了一些探索和總結，期待與其他教師共同推進鋼筋混凝土結構設計教學質量的提高。

參考文獻

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［2］江巍，王先軍，吳小勇，等.微博在混凝土結構課程教學中的應用探討［J］.高等建筑教育，2015，24（6）：170-173.

［3］彭明，史傳問.項目教學法在水工混凝土結構教學中的應用［J］.黃河水利職業(yè)技術學院學報，2009，21（4）：61-63.

［4］徐有鄰.授人以魚，不如授人以漁——對混凝土結構教學的建議［J］.東南大學學報（增刊），2012，14：7-10.

［5］宗蘭，張士萍.淺談混凝土結構教學中教師的作用［J］.東南大學學報（增刊），201 2，14：11-13.

［6］高亞兵.90后大學生學習狀況的調查與分析［J］.浙江外國語學院學報，2015，3：84-89.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）07-0142-03

*基金項目：中國礦業(yè)大學教改項目（2014QN04）成果之一。

作者簡介：李慶濤（1980-），男，中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院博士，副教授，主要從事鋼筋混凝土結構教學與研究工作。