數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在“工程結(jié)構(gòu)”教學(xué)中的應(yīng)用研究

黃世鴻

（廣西財(cái)經(jīng)學(xué)院 廣西南寧 530003）

數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要是指借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立一個(gè)能夠反映問(wèn)題本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行數(shù)學(xué)模型的方式，尋求高效率、高質(zhì)量、高準(zhǔn)確度的計(jì)算方式，在上述理論思路下完成對(duì)程序的編制，并完成計(jì)算驗(yàn)證。可以說(shuō)，在工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題上，由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題具有隱患性和抽象性，教師若是單純開(kāi)展理論教學(xué)，或是讓學(xué)生自己對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入探究和分析，所能達(dá)到的教學(xué)效果有限。然而，教師若是導(dǎo)入直觀的數(shù)據(jù)來(lái)證明工程結(jié)構(gòu)的理論知識(shí)，則可以很好地提升教學(xué)質(zhì)量，建立具有實(shí)踐應(yīng)用操作能力的工程結(jié)構(gòu)安全人才隊(duì)伍。

一、工程結(jié)構(gòu)課的教學(xué)現(xiàn)狀

工程結(jié)構(gòu)課是建筑等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)性課程，其主要是展開(kāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)本質(zhì)的理論教學(xué)，從而提高學(xué)生對(duì)建筑行業(yè)的實(shí)踐操作能力。建筑是百年大計(jì)。建筑工程的施工質(zhì)量安全問(wèn)題影響著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，更影響著社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。過(guò)去頻繁的建筑安全問(wèn)題已經(jīng)給我國(guó)帶來(lái)了巨大的消極影響。然而，問(wèn)題出現(xiàn)的本質(zhì)，歸根究底是因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合格所帶來(lái)的。建筑工程結(jié)構(gòu)課正是展開(kāi)建筑設(shè)計(jì)的根本所在。可以說(shuō)，建筑工程結(jié)構(gòu)課教學(xué)直接影響著建筑行業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對(duì)國(guó)家未來(lái)建筑行業(yè)的質(zhì)量安全有著很大的作用。但是，在傳統(tǒng)教學(xué)理念以及教學(xué)工具的影響下，工程結(jié)構(gòu)課的教學(xué)效率和教學(xué)效果并不樂(lè)觀。以建筑工程結(jié)構(gòu)課的教學(xué)目標(biāo)為例，其要求學(xué)生能夠擁有專(zhuān)項(xiàng)能力，具備對(duì)常見(jiàn)建筑結(jié)構(gòu)的認(rèn)知能力，對(duì)各種建筑結(jié)構(gòu)的荷載能力以及荷載組合能力能進(jìn)行選定和判斷，還要求能確定結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖與具備內(nèi)力計(jì)算能力，由此展開(kāi)建筑施工材料的選定，更好地處理建筑工程中的基本構(gòu)件設(shè)計(jì)和組合問(wèn)題。但是，在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)活動(dòng)中，課堂采用的教學(xué)方式較為單一，主要是依靠學(xué)生自己的計(jì)算能力以及專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)展開(kāi)對(duì)工程結(jié)構(gòu)內(nèi)容的練習(xí)和學(xué)習(xí)。事實(shí)上，這種陳舊的教學(xué)理念和教學(xué)方式導(dǎo)致建筑工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)能力有限，并不能展開(kāi)精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的計(jì)算和選擇。同時(shí)，這種方式還要求學(xué)生在數(shù)學(xué)計(jì)算方面具有較強(qiáng)的能力，能選擇最合適的數(shù)學(xué)計(jì)算方式展開(kāi)高效率的工程結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算。這無(wú)疑是給建筑專(zhuān)業(yè)教學(xué)帶來(lái)了挑戰(zhàn)和壓力，也影響著建筑行業(yè)所培養(yǎng)人才的專(zhuān)業(yè)情況。對(duì)此，我們要尋求現(xiàn)代教育技術(shù)的幫助，導(dǎo)入一些行業(yè)技術(shù)手段來(lái)實(shí)施教學(xué)。這樣才能有效攻克教學(xué)難題，提高工程結(jié)構(gòu)課的教學(xué)質(zhì)量和效率。[1]

二、數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)課中的應(yīng)用探索

文章前面已經(jīng)分析了數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的原理以及其在工程結(jié)構(gòu)課中應(yīng)用的價(jià)值。當(dāng)前，在建筑工程結(jié)構(gòu)課的教學(xué)創(chuàng)新探索中，本文以建筑工程結(jié)構(gòu)課中的基本構(gòu)件設(shè)計(jì)與驗(yàn)算的能力教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)為例，實(shí)現(xiàn)了數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的具體應(yīng)用。

首先，確定能力的教學(xué)目標(biāo)。要求教師展開(kāi)對(duì)砼受彎構(gòu)件正截面承載計(jì)算能力的教學(xué)應(yīng)用。確定能夠根據(jù)鋼筋砼受彎構(gòu)件的實(shí)際施工情況，展開(kāi)對(duì)正截面承載力的設(shè)計(jì)計(jì)算，并由這些相關(guān)數(shù)據(jù)展開(kāi)施工圖的繪制。

其次，展開(kāi)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用流程教學(xué)。在工程結(jié)構(gòu)圖教學(xué)中，教師要能展開(kāi)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)理論教學(xué)，確保學(xué)生能夠完成計(jì)算機(jī)操作，懂得如何打開(kāi)并且進(jìn)入到該技術(shù)中，導(dǎo)入建筑工程的相關(guān)要求和內(nèi)容。然后，教師要在課堂中對(duì)相關(guān)的結(jié)構(gòu)承載力條件因素進(jìn)行確定。比如，學(xué)生要知道工程基本構(gòu)件中，哪一些構(gòu)件是起到主要承載力的作用，哪一些構(gòu)件是起到影響的作用，而影響的幾率大小又是多少。例如，學(xué)生要知道在鋼筋砼受彎構(gòu)件中，簡(jiǎn)支梁截面的尺寸大小對(duì)整個(gè)建筑工程結(jié)構(gòu)的承載力和美觀性都有影響。因此，在計(jì)算中，學(xué)生要能先確定所要展開(kāi)計(jì)算的未知條件。[2]

再次，導(dǎo)入數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)流程。基于數(shù)值模擬的出發(fā)點(diǎn)，展開(kāi)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中能夠反映各個(gè)構(gòu)件基本問(wèn)題的微分方程以及相應(yīng)定解條件的確定，進(jìn)行數(shù)學(xué)模式的初步確定。選擇高效率、高準(zhǔn)確度的計(jì)算方式。在當(dāng)前的計(jì)算機(jī)發(fā)展中，其已經(jīng)不僅僅能利用微積分方程的離散化方法及求解方式，還可以利用貼體坐標(biāo)的建立、邊界條件的處理展開(kāi)對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)各個(gè)模擬問(wèn)題的解答。確定完采用哪些方式之后，我們就可以開(kāi)始編制程序進(jìn)行計(jì)算。由于所構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型以及采用的計(jì)算方式所呈現(xiàn)出來(lái)的是一個(gè)非線性的復(fù)雜的方程，因此，其在數(shù)值的求解結(jié)果上呈現(xiàn)出不完善性。因此，我們要求再次通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式加以驗(yàn)證。

最后，對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)的計(jì)算以及驗(yàn)證。展開(kāi)建筑工程結(jié)構(gòu)圖的繪制，由此加強(qiáng)學(xué)生對(duì)建筑行業(yè)專(zhuān)業(yè)核心技能的學(xué)習(xí)和操作。本文的實(shí)踐應(yīng)用探索旨在能為其他專(zhuān)業(yè)學(xué)科中的教學(xué)重難點(diǎn)環(huán)節(jié)起到指導(dǎo)和借鑒的作用。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)課教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)可知，其存在著教學(xué)質(zhì)量不高、人才實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)培育效果不佳等現(xiàn)實(shí)情況。因此，教師要對(duì)工程結(jié)構(gòu)課的教學(xué)進(jìn)行改革。導(dǎo)入數(shù)值模式實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為課堂教學(xué)的新方法和技術(shù)，可以很好地完成教學(xué)內(nèi)容的探索實(shí)踐，切實(shí)提高學(xué)生的工程結(jié)構(gòu)實(shí)踐能力，從而完成對(duì)人才的培養(yǎng)。