“現代預應力結構”課程改革與探索

郭楠 侯曉萌

摘要：結合新時期碩士研究生的培養的特點，以“現代預應力結構”課程為載體，提出了理論深度與工程應用相結合、知識掌握與能力培養相結合和平時訓練與期末考核相結合的課程改革目標，對教學內容、講授方法和考核模式等方面進行課程改革與探索，強調對基本概念的深入理解，提高研究生的科研創新能力和工程實踐能力。

關鍵詞：現代預應力結構；課程改革；科研創新；工程應用

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）31-0092-02

“現代預應力結構”是為結構工程學科和建筑與土木工程領域的研究生開設的一門專業選修課，與本科生的預應力課不同，這門課更加注重對基本原理的講解，注重科研創新能力的培養，注重工程技術方面的訓練。筆者在講授“現代預應力結構”課程中，進行了一系列改革與探索，現與廣大同仁分享。

一、課程改革意義

以特定的方式在結構構件上預先施加的，能產生與構件所承受的外荷載效應相反的應力狀態的力稱為預加力。預加力在結構構件上引起的應力稱為預應力。預應力技術是結構工程中的一項關鍵技術，施加了預應力后，能使結構處于更好的受力狀態，充分利用材料，減小截面尺寸，實現綠色環保；同時，預應力結構也能實現更大的跨度，增加結構的適用范圍，建筑技術的發展和人們對綠色環保的需求，使預應力技術在現代建筑中體現出了越來越重要的作用。

“現代預應力結構”正是在這種大背景下，為研究生開設的一門專業選修課。由于研究生的培養目標與本科生不同，在這門課中，不僅要弄清基本原理，還要講明其來龍去脈，將基本知識點與科研創新和工程應用相結合，讓研究生更多地參與到課程當中，成為課程的主體，真正做到知識傳授與能力培養并重。基于上述原因，有必要對這門課進行課程改革，以便更好地適應現代建筑的需求，出色完成人才培養。

二、課程改革目標

1.理論深度與工程應用相結合。研究生課程不再像本科生課程一樣以知識講授為主，而是要講清各個知識點的基本原理、各種設計方法的來龍去脈，比如新舊規范設計方法的對比，預應力混凝土結構與普通混凝土結構設計方法的對比，在講授基本理論的過程中，要做到深入淺出，并與實際工程應用相結合，引導學生掌握并運用基本理論，提高其解決實際工程問題的能力。

2.知識掌握與能力培養相結合。經過本科階段的學習，研究生已經掌握了一定的基本知識，在這個階段，應更加注重能力的培養，做到知識掌握與能力培養相結合。比如在課程伊始，讓每個研究生準備一個時長約20分鐘的演講，演講內容應體現自己的科研方向，并應與預應力課程相結合，在準備過程中，培養學生查閱資料、制作PPT和組織演講內容等方面的能力；在演講結束后鼓勵其他同學進行討論，并進行點評，調動學生的積極性，使其真正成為課堂的主體。再比如，在講解預應力基本理論的過程中，結合自身的研究方向，告訴學生如何把預應力技術和木結構結合起來，從而形成一些新的結構體系，培養學生的科研創新能力。

3.平時訓練與期末考核相結合。為了達到更好的教學效果，避免出現學生只注重結果而忽視過程的現象，采用平時訓練與期末考試相結合的模式對學生進行綜合考核。授課期間，根據課程進度，對課程內容進行小結，并對學生進行有針對性的訓練，比如在講完“等效荷載與線型”這一章以后，對預應力混凝土板設計的荷載平衡法進行介紹和總結，并布置一個以工程實例為背景的大作業；授課結束后，為了防止學生死記硬背，采用開卷形式進行期末考試，在期末試題中著重考察學生對基本概念的理解和應用。

三、課程改革措施

1.課程內容。作為結構工程學科和建筑與土木工程領域研究生的主要專業課程之一，“現代預應力結構”共計32個學時。根據實際情況，筆者將其分為八個部分進行講授，這些部分的內容相對獨立又彼此關聯，基本涵蓋了預應力理論體系的主要內容。課程的具體內容包括：第1章預應力專家、預應力建筑與橋梁作品、預應力參考書及預應力基本原理的介紹；第2章預應力材料；第3章預應力錨具及機具；第4章預應力施工工藝；第5章張拉控制應力與預應力損失；第6章等效荷載與線型；第7章預應力構件的裂縫與變形；第8章預應力構件的承載力計算。

2.講授方法。（1）體現情懷，激發學生興趣。授課之初，介紹了將預應力混凝土技術推向全世界，預應力工程理論的研究者及最早實施者美國預應力學會創始人之一的“預應力先生”——林同炎教授，還介紹了老先生應用預應力技術設計的造詣極高的建筑及橋梁作品，比如采用預應力混凝土拉桿拱體系的舊金山莫斯康尼會議中心地下展廳，它在地震時期成為許多市民的“避難所”，至今仍被稱作大師設計作品中的經典案例。通過摒棄直接授課灌輸學生知識點的傳統方法，抒發對老先生極盡誠敬的情懷，激發學生學習本門課程的興趣。（2）對比規范，弄清來龍去脈。授課期間，涉及到規范設計方法沿革的內容，加以強調和說明，避免學生產生誤解和記憶上的混淆。以“普通松弛鋼絲、鋼絞線松弛損失計算公式σ14=0.4ψ（σcon/fptk-0.5）σcon中的系數ψ”為例，在舊《混凝土結構設計規范》中規定一次張拉時，ψ取1，采用超張拉時ψ取0.9，而在新《混凝土結構設計規范》中已經不再體現系數ψ，這說明新規已不再考慮超張拉的有力作用。因此，有必要將新舊規范設計方法不同之處進行對比和分析，使學生對其有更為清晰的理解與認識，也提醒了學生在使用規范時，要特別注意新舊規范的區別，加以重視。（3）結合科研，提高學生創新能力。筆者長期從事預應力膠合木結構方面的研究工作，所以在此課程授課期間也結合自己最新科研進展介紹了部分內容，旨在啟發學生思維，培養學生創新能力，使其在此基礎上有所探索與創新。以“預應力膠合木梁”為例，現代預應力結構和現代木結構本是相對獨立，各成一體，各有優缺的兩門學科，但是客觀來說，現代木結構中的普通膠合木梁存在抗拉強度不足、脆性破壞、抗壓強度不能充分發揮、蠕變等特性，使普通膠合木梁的經濟性難以保障，限制了此類構件的推廣，所以考慮到將預應力技術引入到膠合木梁中，這樣既可以充分利用木材的受壓強度又可以利用預應力鋼絲受拉強度，達到延性破壞的目的，又可以控制梁的變形，減小構件的截面尺寸。（4）結合工程，提高學生應用水平。結構工程學科和建筑與土木工程領域的研究生畢業后要從事與實際工程直接相關的工作，所以有必要將實際工程問題引入到研究生教學中。以“預應力構件的承載力計算”一章為例，結合了哈爾濱慧隆苑辦公樓抽柱后預應力梁設計的實際工程問題，逐步引導學生分析思考這個工程運用到的本章的知識點，比如：通過材料、截面及預應力工藝選擇、計算簡圖及荷載確定、內力計算、預應力筋合力作用線的選取、張拉單位面積預應力筋引起的端部預加力、結間等效荷載及預應力梁控制截面內力預應力筋Ap選配、非預應力筋As選配等。通過這個思考的過程使學生形成一個解決實際工程問題的完整的思路，在面對實際工程問題時不會覺得無從下手。

3.考核模式。為了避免出現高分低能的現象，不同于傳統單一的考核方法，筆者又將演講及設計加入到總分計算中，最終總分由三部分組成，即PPT制作及演講占總成績的20%，預應力混凝土板的設計總成績的20%，開卷考試占總成績的60%。

首先，PPT制作階段，通過嚴格要求PPT制作的質量，來訓練和考察學生對基本office軟件的應用水平，例如：PPT要做到用圖片來體現講述內容的主線，文字部分作為輔助或解說。其中，PPT中所用圖片不應過少，圖片內容應與文字直接相關，清晰、滿布、不改變長寬比例，鼓勵自行繪制的cad插圖，繪制后應用墨水瓶插件插入到PPT中；PPT中的文字應能使聽眾看清，字號不應小于32號，并且做到分條敘述，不能出現整段的文字。演講過程中，通過嚴格控制演講時間和脫稿演講來鍛煉學生上臺演講的能力。

其次，預應力混凝土板的設計考察了學生對所講荷載平衡法的實際掌握及運用程度，同時也應用到本科所學的知識，例如平法的表達、相關軟件探索者的操作、板的構造措施的掌握等。

最后，開卷考試能夠有效避免學生死記硬背的情況。它設置題型靈活，包括判斷、簡答、畫圖三種題型，通過判斷考察大家對基本知識點的理解是否準確、扎實，通過簡答考察大家對相關概念的熟悉程度和語言組織能力，通過畫圖題考察大家對實際工程中預應力筋線型布置情況的理解和掌握。

4.小結。在為期32學時的“現代預應力結構”課程中，筆者進行了較為系統的改革與探索，如通過將預應力技術與木結構相結合，啟發學生進行科研創新；通過布置預應力混凝土板的設計作業，訓練學生的工程能力；通過課堂演講，提高學生查閱資料，整理信息和綜合表達能力等。在課程結束以后，部分學生對教學效果進行了反饋，普遍反應這些改革措施效果良好，有利于培養研究生的綜合能力。在今后的教學和科研工作中，筆者將繼續進行大膽改革和創新，把學生培養好，不辜負自己的使命。