土木工程專業課程教學的應用

土木工程專業課程教學的應用

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　　土木工程專業課程教學的應用【1】

　　摘 要：教學實踐證明，以工程實例為載體的案例教學是適合土木工程專業課程的教學模式。

　　關鍵詞：土木工程專業;特點;案例教學

　　土木工程(建筑)業是我國國民經濟的支柱產業，土木工程以各類建筑物或構筑物的工程設計與施工為研究對象。

　　土木工程專業課程的主要任務是，通過課程學習，使大學生具備正確選擇、設計方案和成功進行施工管理的能力，為以后從事結構工程設計、工程監理、工程合同控制等工作掌握扎實的土木工程實踐知識，具備一定的解決工程實踐問題的能力，進而提高本專業大學生的擇業競爭力。

　　一、土木工程專業課程的特點

　　土木工程專業課程具有課程綜合性強、知識跨度大、工程實踐性強、案例性強等特點。

　　(1)課程綜合性強、知識跨度大。

　　課程所含理論知識涉及工程技術、經濟與管理等多學科領域。

　　(2)工程實踐性強。

　　土木工程專業課程與工程生產活動密切相關，課程內容是工程實踐的總結，它來之于實踐，用之于實踐;課程的主要內容大都是典型工程設計及其施工實踐，這一特點為土木工程專業課程進行案例教學改革奠定了知識體系基礎。

　　二、案例教學在土木工程專業課程教學中的實施

　　1.土木工程專業課程案例教學改革的依據

　　(1)土木工程專業課程案例教學改革始終是以馬克思主義關于認識發展的一般規律為指導的。

　　土木工程專業課程案例教學符合人類對客觀世界認識的一般規律，教學改革強調對專業的感性認識源于工程實踐，并通過工程實踐得以提升到理性知識，理性知識用來指導工程活動并在新的工程實踐中得到發展;同時，在教學改革中強調學生的主觀能動性對教學效果的影響。

　　案例教學改革的基本思路如下：

　　工程現場場景(感性知識)→通過實際工程提出需要解決的問題(通過實踐提出問題，激發學生的主觀能動性)→歸納、提煉、講解課程的基本知識(理性知識)→啟發學生獨立解決第二環節中需要解決的問題(理性知識的運用與深理解)→生產實習(學生已經具備相當的理論知識和基本的實習基礎，同時理性知識在指導實踐的過程中得到發展)。

　　(2)土木工程專業課程的工程實踐性強、案例性強等特點，是土木工程專業課程案例教學改革的另一依據，為案例教學改革提供了可能。

　　(3)土木工程專業課程案例教學是啟發式教學的基本要求。

　　啟發式教學要求采用恰當的教學方式，啟發學生通過發散思維去發現問題，并獨立解決問題，這恰恰滿足了土木工程專業課程的要求。

　　因為，土木工程實踐中出現的問題，很可能是沒有預見的，解決方案也不是唯一的，采用案例教學有利于為學生營造工程現場氛圍，有利于幫助學生形成獨立解決工程問題的意識。

　　2.土木工程專業課程案例教學改革的內容

　　(1)根據該課程教學大綱和土木工程實踐的發展現狀對課程內容進行整合。

　　能否在教學時間有限的前提下，提高本課程的教學質量，選擇講授的基本內容和確定講授重點至關重要。

　　土木工程專業課程可以分為工程技術類和工程組織類兩部分，要想在有限的學時內，把每一章的內容都講述一遍，顯然是不可能的。

　　這就要求教師能針對學生的特點，選擇主要的內容，突出重點和難點。

　　另外，還要搜集、選擇國內外最新工程資料，以便能及時調整講授的內容，補充最新成果，使學生所掌握的知識能與工程實踐保持同步。

　　(2)把選擇講授的內容整合成相對獨立的模塊，確定案例涉及的知識體系。

　　土木工程項目多以分部、分項工程為單元，對于知識量小的分部和分項工程單元，可以設置一個模塊;對于知識量大的單元，根據工程的內在的連續性、知識點的內在聯系和知識量的大小，可以設置幾個模塊，每個模塊對應一個案例。

　　(3)確定各案例所涉及的教學內容并規劃教學環節。

　　進行案例設置時，每一個案例一般都包括：針對本案例核心知識的現場錄像、針對本案例核心知識的工程現狀、提出針對本案例核心知識的工程問題、講解本案例核心知識的基本原理與典型工藝過程原理的flash演示、討論并解決上述問題。

　　其中，現場錄像、工程現狀與演示典型工藝過程原理的flash素材是案例教學的重要基礎，其質量直接關系到案例教學的效果，需要根據案例核心知識點認真準備。

　　3.土木工程專業課程案例教學的環節

　　以“施工技術”課程中“基坑開挖與基坑降水”為例，講述土木工程專業課程案例教學的教學過程。

　　(1)形成感性知識，激發學習興趣階段。

　　通過多媒體播放5～8分鐘工程現場錄像，錄像的內容主要涉及與基坑開挖方式和基坑降水有關的工程概況、場地情況、施工機械、基坑降水設備及其工作過程等內容。

　　該階段教學目的：在有限的時間內利用多媒體提供給學生大量圖形信息，展示工程現狀。

　　這些具體、直觀、形象的信息能有效幫助學生形成感性知識，激發學生學習興趣，活躍課堂氣氛，啟發學生提出各類問題，調動學生積極主動探求此類工程問題的解決方案，為案例教學的第二環節打下良好基礎。

　　(2)以實際工程為載體，展示工程場景和具體工程參數，提出工程要解決的問題。

　　以文字為主，圖形信息為輔，介紹正在準備進行基坑開挖(需基坑降水)的工程，包括工程概況、地質狀況參數、基坑形式、擬開挖基坑的基本信息、施工平面圖及參數、所需施工機械、施工任務等，注意不要在本階段給出問題的答案。

　　該階段教學目的：以濃厚的工程氛圍、嚴謹的工程語言向學生傳遞實際工程信息和工程急需解決的問題，增強學生的工程意識、解決工程問題的責任心與緊迫感，集中學生的注意力。

　　通過以上兩個階段，學生具備一定的感性知識，并能夠以濃厚的學習興趣與求知欲、強烈的工程責任心進入下一階段的理論知識學習。

　　(3)構建理論知識體系。

　　以課堂理論教學方式概要講解該案例涉及的知識點，同時考慮到施工過程的動態性，對一些典型的施工工藝過程采用flash動畫演示其工藝原理，必要時引入工程圖片來說明。

　　案例涉及的重要知識點，通過課堂講解掌握，其他知識點指導學生通過自學去熟悉或了解。

　　學生帶著(2)中的問題進行該階段學習，所以，該階段的理論學習是有的放矢的，課堂氣氛是輕松的，學習效果是高效的。

　　通過以上三個階段，學生對基坑開挖與基坑降水理論知識能形成完整的構架，具備了解決簡單工程問題的能力。

　　(4)理性知識的簡單運用與加深。

　　重新審視(2)中要解決的工程問題，給學生以啟發和引導，通過討論指出解決問題的思路與方向。

　　將學生編成小組，啟發各小組學生采用各種方式獨立地完成針對(2)中問題的技術報告。

　　該階段教學目的：通過解決案例問題，培養學生獨立思考的習慣和解決工程問題的意識與能力，培養土木工程所需要的團隊協作精神，增強學生的實際工程現場意識，是對課程理論知識的再認識。

　　案例教學的程序如圖1所示。

　　三、土木工程專業課程案例教學的作用

　　土木工程專業課程案例教學的主要作用如下：

　　1.提升學生以下能力

　　第一，主動分析并掌握問題重點的能力;

　　第二，思考及分析個案的能力;

　　第三，表達個人觀點的能力;

　　第四，通過討論找出最合適的解決問題的方法的能力。

　　另外，還可以使學生更了解現實工程情況，通過互相溝通，培養及發揚團隊精神。

　　經過對本專業兩屆學生的教學實踐，證明該教學方式深受學生歡迎，教學效果顯著。

　　2.提高授課教師綜合業務能力

　　土木工程專業課程案例教學改革，要求授課教師必須具備“雙師資格”(教師資格和工程師資格)。

　　授課教師應該根據專業特點，在具備扎實的理論知識的基礎上，投身土木工程實踐，通過工程實踐把自己鍛煉成合格的工程師。

　　3.提升教育理念

　　土木工程案例教學是有利于培養土木工程應用型人才的教育教學方式，是對土木工程行業應用型人才需求的響應，最終有利于提高土木工程專業畢業生的就業競爭力。

　　四、結論與建議

　　組織土木工程專業課程案例教學時應注意以下幾點：

　　第一，模塊劃分時，應該考慮模塊的完整性及模塊間的獨立性，注重模塊內錄像、工程實例、工程原理的一致性;

　　第二，應該精心設計各案例要解決的主要原理，突出重點;所涵蓋的內容不宜太多，否則，案例教學又將變成“填鴨式”的平鋪直敘;

　　第三，進行土木工程專業課程案例教學時，所選擇的工程實例應該既能反映該案例要傳遞的基本原理，又要盡量地反應現代土木工程實踐的前沿信息;

　　第四，采用土木工程專業課程案例教學的同時，應該改革傳統的考試方式。

　　考試應增加與實踐相結合的內容，注重對學生綜合能力和創新能力的考查;在考試形式上，要避免“考前背筆記，考完全忘記”現象的出現，注重對學生理解、掌握和運用知識能力的考查;除了傳統的閉卷考試以外，還可以采用綜合題開卷、討論、答辯、科技論文寫作等形式，從多個角度考查學生的綜合能力。

　　參考文獻：

　　[1]姜秀英.土木工程專業建筑施工課程教學改革與實踐[J].高等理科教育，2001(4).

　　[2]仲景冰.土木工程施工課程教學改革及思考[J].高等建筑教育，2002(6).

　　[3]葉作楷.土木工程施工課程教學改革的探討[J].高等建筑教育，2000(4).

　　“運籌學”在土木工程課程中的應用【2】

　　[摘 要]:基于“運籌學”的基本理論，重點闡述“運籌學”理論在土木工程專業課理論中的應用，得出土木工程專業學生學習和掌握“運籌學”的基本理論的必要性和重要性。

　　[關鍵詞]:運籌學 土木工程 應用

　　一、概述

　　“運籌學”作為科學名字出現于20 世紀30 年代末的二次世界大戰期間。

　　當時，應用在軍事戰爭年代，直到20 世紀60 年代，才被人們普遍認可并加以發展應用到工業、農業、經濟和社會等領域，特別在當今科技發展迅速、經濟突飛猛進的有利條件，“運籌學”的基本理論先后被引進了各個學科的學科理論中，成為了科研技術人員必備的理論基礎，對于土木工程學科而言也不例外。

　　因此，作為土木工程專業未來的工程技術人才而言，學習和掌握“運籌學”的基本理論知識和如何將專業知識與其聯系起來有其必要性和重要性。

　　二、“運籌學”在土木工程專業課理論中的應用

　　“運籌學”的理論基本要點，就是將數學中的優化思想與社會實際問題的有機結合，作為從事在本工程專業的技術人員，只有具備扎實的理論數學和工程應用數學基礎，才能將該課程基本理論與土木工程專業相關理論相結合并靈活運用于教學、科研和工程實踐中，以下結合土木工程部分幾方面淺談“運籌學”的基本理論在土木工程專業中的應用。

　　1.結構分析課程

　　結構分析，是土木工程專業中最基本的專業基礎，是學習和靈活掌握其他專業課的必要前提。

　　其主要內容是通過對各種結構形式在不同荷載情況下的荷載效應進行分析，計算得出內力分布，分析出在建筑功能要求一定的條件下的結構最優布局形式，以便今后工作中從事實際工程設計時，能靈活運用所學的知識選擇出合理的結構形式。

　　例如，我們所開設的《材料力學》是分析單個構件的受力、而隨之所開設的《結構力學》是將《材料力學》的單個構件組合成結構，進行整體分析等。

　　2.結構設計課程

　　結構設計課程，主要是通過學習相應的專業課基本理論，再讓學生結合相應的理論進行課程設計實訓，從而提高學生靈活運用理論進行實際工程設計方面和處理實際問題的能力，為以后更好、更快適應工作環境打下良好的基礎。

　　(1)《鋼筋混凝土結構》

　　《鋼筋混凝土結構》是土木工程專業中一門重要的基礎專業課，它所要解決的主要問題是根據結構的力學分析結果，合理設計配置鋼筋和混凝土，使得鋼筋和混凝土充分利用，以至鋼筋混凝土設計達到安全、適用、經濟的目標，這三個目標中有主有次，相輔相成。

　　一般原則為保證安全，滿足適用，追求經濟。

　　所以，應根據實際工程條件建立與實際工程條件基本吻合的力學模型，再進行受力分析，確定設計優化目標函數，合理配置鋼筋和混凝土。

　　(2)《鋼結構》

　　隨著社會經濟、科技文化水平的不斷發展，人民生活水平逐步提高，再加上世界人口的增多，社會對大型公共建筑物的需求日益迫切，而在大跨度結構方面鋼結構有著自身的優點(強度高、自重輕、抗震性能好等)。

　　為此，《鋼結構》的理論越來越顯重要。

　　《鋼結構》課程理論主要是圍繞結構的節點設計、材料的強度以及結構或構件的剛度和穩定性展開的，由于鋼材的強度高，截面尺寸小，大多數鋼結構的破壞都不是由材料強度引起的，而是由結構的節點設計不合理，使結構構件長細比過大，導致出現失穩破壞造成的，為此在鋼結構設計時應確定造價為目標函數，以鋼結構的容許撓度為約束條件，并考慮鋼結構中受壓桿件的長細比對其強度影響等因素進行結構優化設計，最終在滿足安全可靠的前提下，達到最為經濟的結構設計結果。

　　(3)《結構優化設計》

　　《結構優化設計》是運用優化的相關理論對結構進行布局以及受力分析，盡可能使結構材料性能得到充分利用，以至結構在保證安全可靠的條件下，得到最為經濟合理的結構形式。

　　3.施工管理與建筑經濟

　　施工管理與建筑經濟是學生將來到施工單位從事管理、施工和施工項目概預算工作的必備基本專業知識，下面就相關專業課程談談“運籌學”在其中的運用。

　　(1)《施工組織設計》

　　《施工組織設計》主要是講述施工過程的組織和進度計劃的合理安排，其中施工進度計劃的安排和流水施工圖的繪制就運用到了“運籌學”的網絡優化的相關理論，合理安排施工進度計劃，優化施工機械和勞動力的配置，使得施工全過程做到安全有序，保質、保量按期完成。

　　(2)《建筑經濟與企業管理》

　　《建筑經濟與企業管理》這門課主要講述如何降低成本、提高經濟效益的問題，這就涉及將“運籌學”的相關理論運用到項目前期可行性論證、工程招投標、工程項目預算、施工過程的管理、施工項目的竣工和概算、后期質量與經濟效益分析整個過程中，力求做到宏觀調控、統籌安排。

　　例如，基本建設投資效果分析、建筑工程技術經濟分析、預測與決策以及建筑企業管理等用 到了單純形法、圖解法和網絡技術等方面的運籌理論。

　　4.土木工程科研工作

　　由于土木工程專業與工程實踐聯系極為緊密，為此，從事土術工程方面的科研人員應根據實際工程的需要進行相應的研究，主要如何利用土木專業的理論來解決工程中急需解決的問題。

　　例如，中國建筑科學研究院所開發的設計軟件TBSA和PKPM等，而將“運籌學”的相關理論運用到土木工程科研中尤顯重要。

　　例如，空間網格結構的優化設計程序的研究，這一研究成果的完成將為設計人員帶來方便，為工程建設單位降低造價，其中用到了單純形和非線性規劃的理論來優化結構的形式和結構的總造價。

　　總之，土木工程方面的大多數研究都是在安全可靠得到保證的前提下，圍繞結構造價進行一系列的優化研究，最終得到方便實際工程應用的研究成果，為工程設計與施工人員提供科學合理的依據。

　　三、結論

　　綜合以上所述，可以看出，“運籌學”理論在土術工程中的運用的實用性、廣泛性和重要性。

　　為此，作為未來從事土木工程專業技術工作的專業人員而言，初步了解并掌握“運籌學”的基本理論和思維方式尤顯必要。

　　參考文獻：

　　[1]錢頌迪.運籌學(修訂版).北京：清華大學出版社，1993.

　　[2]鄭連慶.建筑經濟與企業管理(第二版).廣州：華南理工大學出版社.

　　[3]重慶建筑大學、同濟大學、哈爾濱建筑大學合編.建筑施工(第三版).北京：中國建筑工業出版社，1998.

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