高等農(nóng)業(yè)院校建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索

黃劍峰 楊 松 龍立焱

云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院 云南昆明 650201

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高等農(nóng)業(yè)院校建筑抗震設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索

黃劍峰 楊 松 龍立焱

云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院 云南昆明 650201

摘 要：以高等農(nóng)業(yè)院校中土木工程專業(yè)建筑抗震設(shè)計(jì)課程中表現(xiàn)出的內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、學(xué)習(xí)難度大、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)為背景，結(jié)合該門課程建設(shè)內(nèi)容和農(nóng)業(yè)院校工科學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，探索卓越工程師環(huán)境下如何進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：建筑抗震設(shè)計(jì)；農(nóng)業(yè)院校；教學(xué)改革

建筑抗震設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)建筑工程方向非常重要的一門專業(yè)課［1］，該課程涉及多個(gè)學(xué)科且發(fā)展很快，綜合性較強(qiáng)，學(xué)生要想真正掌握好并不容易。該課程要求學(xué)生具備工程數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料、結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)，其前續(xù)課程為結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)等，后續(xù)課程為PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用，最終為最后一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。該門課程教學(xué)效果好壞直接關(guān)系學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)技能和畢業(yè)后從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工的能力水平。由于該門課程涉及的高等數(shù)學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)知識(shí)較深、較難，同時(shí)和專業(yè)規(guī)范結(jié)合緊密，學(xué)時(shí)相對(duì)其他課程較少，加上農(nóng)業(yè)院校工科學(xué)生自身基礎(chǔ)和自學(xué)能力相對(duì)較弱，學(xué)生普遍感覺抗震基本原理難學(xué)，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法難懂。

云南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院自2004年開始招收土木工程本科專業(yè)以來，就在大四上學(xué)期（第七學(xué)期）開設(shè)建筑抗震設(shè)計(jì)課程，2013年學(xué)校將該門課程列為一類課程建設(shè)，同年土木工程專業(yè)獲得省級(jí)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”建設(shè)項(xiàng)目，另外我院水利工程專業(yè)也獲得了國(guó)家級(jí)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”建設(shè)項(xiàng)目。“卓越計(jì)劃”的培養(yǎng)特點(diǎn)是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程，學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。在這樣的背景條件下，對(duì)土木工程專業(yè)建筑抗震設(shè)計(jì)這門課進(jìn)行教學(xué)改革已顯得十分必要。

1　課程歷史與現(xiàn)狀

建筑抗震設(shè)計(jì)課程最早在我們學(xué)院農(nóng)建專業(yè)中開設(shè)，主要考慮到該專業(yè)偏結(jié)構(gòu)方向，課程主要由教數(shù)學(xué)和力學(xué)的教師承擔(dān)，當(dāng)時(shí)課程學(xué)分為3.5，一直到2011年教學(xué)大綱修訂，將學(xué)分減為3，但與其他學(xué)校同類專業(yè)抗震課程設(shè)置相比還多1個(gè)學(xué)分，原因是雖然其他學(xué)校這門課只有2個(gè)學(xué)分，但它們都開過結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程，我們所多出的這1個(gè)學(xué)分也會(huì)在上課時(shí)安排加強(qiáng)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)這部分內(nèi)容，所以現(xiàn)在這門課的學(xué)時(shí)安排比較恰當(dāng)。此外任課教師一直是擔(dān)任力學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課的教師，雖然這對(duì)這門課的力學(xué)理論基礎(chǔ)來說是有好處的，但這門課實(shí)踐性很強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)完最終要能對(duì)各種工程結(jié)構(gòu)實(shí)際對(duì)象進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，所以還需要任課教師具備一定的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。在師資較為缺乏的條件下應(yīng)對(duì)擔(dān)任這門課的教師進(jìn)行相關(guān)專業(yè)進(jìn)修或聘請(qǐng)一些校外工程設(shè)計(jì)單位的工程師完成部分教學(xué)內(nèi)容。這應(yīng)該會(huì)對(duì)學(xué)生的對(duì)該門課的學(xué)習(xí)和掌握工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法有一定好處。這方面的問題在學(xué)院師資招聘條件的具體要求下近幾年也逐漸得到改善。筆者結(jié)合農(nóng)業(yè)院校工科學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和多年來講授該門課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)當(dāng)前該門課程教學(xué)中存在的一些問題特點(diǎn)［2］，進(jìn)行以下幾點(diǎn)教學(xué)改革探索和嘗試，希望在卓越工程師環(huán)境下能對(duì)該門課程的教學(xué)質(zhì)量提高和學(xué)生將來就業(yè)及參加全國(guó)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試有一定的輔助作用。

2　課程建設(shè)和教學(xué)改革探索與實(shí)踐

2.1教材應(yīng)隨規(guī)范更新 震害實(shí)例與時(shí)俱進(jìn)

在2008年汶川大地震之前，這門課程所使用的教材基本上按GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》編寫，2009年到2010年之間使用過按GB50011-2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（2008版）編寫的教材，2010年后至今使用的都是按GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》編寫的教材。該門課程除了抗規(guī)外還涉及《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)行業(yè)規(guī)范。這些規(guī)范也在抗規(guī)修訂后進(jìn)行了更新，因此2008年后教材更換頻繁，基本上每一屆所使用的教材都不相同。在平時(shí)教學(xué)過程中我們密切注意相關(guān)規(guī)范的修訂動(dòng)態(tài)，及時(shí)更新教材及教學(xué)內(nèi)容，注意特別強(qiáng)調(diào)新舊規(guī)范的修訂差別之處。特別是近年來，世界上包括我們國(guó)家尤其西南地區(qū)地震較為頻繁，例如最近的2015年4月25日尼泊爾發(fā)生8.1級(jí)強(qiáng)震，給我國(guó)西藏、印度、孟加拉國(guó)等也造成人員傷亡，另外如2011年“311”日本東海岸9級(jí)大地震，2008年“512”四川汶川8級(jí)大地震，2010年“414”青海玉樹7.1級(jí)地震，2013年“420”四川雅安7級(jí)地震，2014年“803”云南魯?shù)?.5級(jí)地震，2014年“817”云南永善5級(jí)地震，2014年“1122”四川康定6.3級(jí)地震，2014年云南景谷“1007” 6.6級(jí)地震以及“1206” 5.8級(jí)地震等，工程結(jié)構(gòu)在地震中所表現(xiàn)出的抗震性能對(duì)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的估量是非常重要的，作為一個(gè)合格的結(jié)構(gòu)工程師所設(shè)計(jì)的房屋、水工結(jié)構(gòu)等能否抵御發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度都不確定的地震是擺在當(dāng)前的一個(gè)重大問題，也是一項(xiàng)責(zé)任和使命。因此，根據(jù)最新相關(guān)規(guī)范、結(jié)合最新的震害實(shí)例更新相關(guān)課程的教學(xué)內(nèi)容，對(duì)該門課程的理解特別是抗震概念設(shè)計(jì)顯得尤為重要。應(yīng)該把最新的震害實(shí)例納入教材，及時(shí)更新該門課程的授課內(nèi)容，緊跟領(lǐng)域內(nèi)的前沿研究和發(fā)展方向，做到與時(shí)俱進(jìn)。通過引用最新震害資料到課堂后，學(xué)生反映出較高的關(guān)注度，因?yàn)楹芏嗾鸷Φ陌l(fā)震時(shí)間離課堂教學(xué)時(shí)間非常近，而且有些震害就來自學(xué)生們的家鄉(xiāng)（如魯?shù)榈卣?、永善地震等），增?qiáng)了學(xué)生學(xué)好這門課的決心。另外結(jié)合農(nóng)業(yè)院校學(xué)生大部分來自農(nóng)村甚至偏遠(yuǎn)山區(qū)，屬于地震頻發(fā)的高烈度地區(qū)，土木石結(jié)構(gòu)房屋偏多，還應(yīng)補(bǔ)充這類房屋的抗震設(shè)計(jì)及鑒定加固等內(nèi)容。

2.2改變傳統(tǒng)授課模式 授課方法多樣化

通過多年教學(xué)發(fā)現(xiàn)，該門課程如果以傳統(tǒng)的授課模式“填鴨式”教學(xué)為主，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性很低，學(xué)生普遍都感到該門課程枯燥、乏味，學(xué)生基本對(duì)課程沒有任何興趣，學(xué)生逃課率也高，教學(xué)效果也差。因此應(yīng)改變傳統(tǒng)授課方式，更新教育觀念，讓學(xué)生參與教學(xué)過程，授課方法多樣化，如大連理工大學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)抗震教學(xué)中利用微博進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐［3］，條件允許還可以安排各種地表及結(jié)構(gòu)震害現(xiàn)象的錄像課，例如在教學(xué)中我們使用了哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院謝禮立院士有關(guān)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的視頻公開課，花費(fèi)學(xué)時(shí)不多，但對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性起到了很好的效果，學(xué)生觀看后對(duì)今后及將來世界各國(guó)包括我們國(guó)家在內(nèi)抗震的重要性及土木工程師肩負(fù)的使命有了深刻的認(rèn)識(shí)。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性還可以結(jié)合歷年全國(guó)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中有關(guān)抗震的賽題，從圖片到視頻多角度給學(xué)生展示結(jié)構(gòu)抗震的重要性?，F(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入信息時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅猛，很多教育資源可以通過網(wǎng)絡(luò)共享。該門課程國(guó)外有開放課程，國(guó)內(nèi)很多高校也有相應(yīng)的精品課程資源，教師可以引導(dǎo)學(xué)生基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)這門課程。一方面可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；另一方面可以滿足不同層次的學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。特別是最后一學(xué)期，有部分學(xué)生準(zhǔn)備考研，教師登記后可以不來上課（但必須交作業(yè)和參加最后的考試），一方面培養(yǎng)了這類學(xué)生的自學(xué)能力；另一方面也為這類學(xué)生贏得寶貴的考研復(fù)習(xí)準(zhǔn)備時(shí)間。教學(xué)內(nèi)容中涉及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和抗震驗(yàn)算這一章中的振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法，農(nóng)業(yè)院校土木類大部分學(xué)生由于數(shù)學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)較差普遍感覺抽象難懂，教師可利用現(xiàn)代數(shù)值模擬商業(yè)軟件［4，5］（如ANSYS，PKPM，MIDAS，SAP2000等），通過建立三維結(jié)構(gòu)模型，將這兩種方法在地震作用下的結(jié)果圖片和動(dòng)畫動(dòng)態(tài)地展示給學(xué)生。如圖1和圖2所示，一方面學(xué)生可以加深對(duì)這兩種方法的理解；另一方面學(xué)生對(duì)地震作用下兩種方法計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)會(huì)有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)并提高了學(xué)習(xí)的興趣，經(jīng)過一學(xué)期這樣安排后發(fā)現(xiàn)效果很好，還可以用有限元軟件模擬各種結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)及破壞模式［6］，最終引導(dǎo)學(xué)生深入研究抗震知識(shí)。另外特別是讓學(xué)生做好與PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件課程相應(yīng)銜接，通過本門課程加深對(duì)PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件中輸入地震信息的理解，提高學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和工作打好基礎(chǔ)。我院PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件課程與建筑抗震設(shè)計(jì)課程是在同一學(xué)期開設(shè)，學(xué)生們?cè)谑褂肞KPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)碰到很多地震參數(shù)需要設(shè)置，這時(shí)他們會(huì)在建筑抗震設(shè)計(jì)課程講授到該部分有關(guān)內(nèi)容時(shí)進(jìn)行認(rèn)真聽課并主動(dòng)學(xué)習(xí)查閱有關(guān)規(guī)范。最后在平時(shí)教學(xué)過程中，還可以邀請(qǐng)一些設(shè)計(jì)或施工單位的專家給學(xué)生講部分抗震專題，有條件的可以帶領(lǐng)學(xué)生親臨施工現(xiàn)場(chǎng)講解抗震構(gòu)造措施，同時(shí)側(cè)面了解學(xué)生對(duì)授課方式的不同意見，綜合改進(jìn)后及時(shí)調(diào)整講授方法。

圖1　某高層建筑地震作用下第一振型圖

圖2　某高層建筑地震作用下的位移圖

2.3改革考核方法 全面提升教學(xué)效果

當(dāng)前，很多課程的考核方法不外乎閉卷考試、開卷考試、半開半閉相結(jié)合考試等幾種形式。我院該門課程考試2011年之前基本都采用開卷考的形式，學(xué)生通過率較高，但不能反映學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)情況，有的學(xué)生考試成績(jī)很高，但實(shí)踐能力很差，特別到畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)就表現(xiàn)出來。近年來，我們采用閉卷方式，學(xué)生通過率有所下降，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性增加，但學(xué)生考試作弊行為較為突出。因此，在考核方式上必須改革。我們現(xiàn)在采取多種方式評(píng)定最終成績(jī)，淡化最后一次期末考試的比重，如加入幾個(gè)大作業(yè)的形式，緒論上完后布置學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)自己收集統(tǒng)計(jì)近10年來國(guó)內(nèi)外震級(jí)較大的地震數(shù)據(jù)（包括發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)、損失等），再從中挑選一次自己感興趣的震害實(shí)例，分類整理后精選典型和有代表性的震害圖片并加以相應(yīng)震害說明及其原因剖析，這樣使學(xué)生對(duì)震害有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，對(duì)地震作用下結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理及易損部位有清醒認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程震害分析的能力［7］，同時(shí)更好地理解抗震概念設(shè)計(jì)的重要性和方法?；炷两Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)這章上完后布置學(xué)生自己手算一榀3層左右的混凝土框架結(jié)構(gòu)（強(qiáng)調(diào)不要電子版的必須手寫），可為下學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇偏結(jié)構(gòu)方向的同學(xué)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)都在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)上。這些作業(yè)的結(jié)果都占到總評(píng)成績(jī)的一部分，避免以往僅僅通過一張?jiān)嚲淼目己藖矶芰Φ谋锥?。另外期末考可以結(jié)合歷年全國(guó)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試中有關(guān)抗震的題目，在平時(shí)教學(xué)中可以提示學(xué)生自己去關(guān)注，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。這樣實(shí)踐后很多學(xué)生反映更加關(guān)注平時(shí)的學(xué)習(xí)，而不是靠最后期末考時(shí)才來突擊應(yīng)付，而且在下學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)中很多做結(jié)構(gòu)方向的學(xué)生反映：凡是當(dāng)時(shí)經(jīng)過建筑抗震設(shè)計(jì)課程認(rèn)真系統(tǒng)學(xué)習(xí)的學(xué)生做起畢業(yè)設(shè)計(jì)來也相對(duì)得心應(yīng)手，而那些當(dāng)時(shí)沒有認(rèn)真學(xué)習(xí)的學(xué)生就處處受絆，需要花費(fèi)很大力氣才能完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。通過這些方式來全面綜合地考察、評(píng)定學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)掌握和理解程度，從而更好地反饋和指導(dǎo)教學(xué)，全面提升教學(xué)效果。

3　結(jié)束語

針對(duì)當(dāng)前全球地震高發(fā)期的背景及我國(guó)高等工程教育中“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的實(shí)施，高等農(nóng)業(yè)院校土木工程專業(yè)建筑抗震設(shè)計(jì)課程改革勢(shì)在必行。作為農(nóng)業(yè)院校里的工科應(yīng)采取有效措施適應(yīng)這種變化，首先教材滯后于這門課程的發(fā)展，教師應(yīng)補(bǔ)充最新震害實(shí)例和抗震領(lǐng)域的新進(jìn)展；其次，教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，多媒體教學(xué)、專題講座、觀看相關(guān)視頻影像資料、利用微博等多種手段相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并與PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)做好相應(yīng)接軌；最后不斷完善和充實(shí)教學(xué)資源，包括加入最新震害實(shí)例、抗震最新技術(shù)、歷年全國(guó)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試中與該課程的相關(guān)考題、試題庫建設(shè)等，采用多渠道評(píng)價(jià)考核方法，真正使學(xué)生“學(xué)有所用”。筆者按以上的一些思路實(shí)踐后，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性有所增強(qiáng)，學(xué)習(xí)效果明顯改善，在后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)中反映良好。筆者鑒于近年來歷次地震中由于滑坡造成堰塞湖，很多土石壩、水庫出現(xiàn)開裂漏水現(xiàn)象，水工結(jié)構(gòu)抗震問題也日益突出，希望水利工程專業(yè)的學(xué)生也開設(shè)這門課程，可以安排適當(dāng)學(xué)時(shí)根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)選學(xué)部分章節(jié)內(nèi)容。最終使建筑抗震設(shè)計(jì)這門課程的教學(xué)真正為土木工程專業(yè)和水利工程專業(yè)“卓越工程師”的培養(yǎng)起到應(yīng)有的作用。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2015-11-25

作者簡(jiǎn)介：黃劍峰，博士，副教授。

基金項(xiàng)目：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)第八批校級(jí)一類課程建設(shè)項(xiàng)目。

Exploration of Teaching Reform of Seismic Design of Buildings in Agricultural Universities

Huang Jianfeng， Yang Song， Long Liyan
College of Hydraulic Engineering， Yunnan Agricultural Universitiy， Kunming， 650201， China

Abstract：In the course of Seismic Design of Buildings for civil engineering specialty in agricultural universities， it is characterized by more contents， less time， more diffcult to learn， and more comprehensive. This paper combines the contents of the course construction and the learning characteristics of engineering students in agricultural universities. We explore how to carry out the teaching reform and practice of the seismic design course under the environment of excellent engineers.

Key words：seismic design of buildings； agricultural universities； teaching reform