高等农业院校建筑抗震设计课程教学改革探索

黄剑峰 杨 松 龙立焱

云南农业大学水利学院 云南昆明 650201



高等农业院校建筑抗震设计课程教学改革探索

黄剑峰 杨 松 龙立焱

云南农业大学水利学院 云南昆明 650201

摘 要：以高等农业院校中土木工程专业建筑抗震设计课程中表现出的内容多、学时少、学习难度大、综合性强等特点为背景，结合该门课程建设内容和农业院校工科学生的学习特点，探索卓越工程师环境下如何进行建筑抗震设计课程的教学改革与实践。

关键词：建筑抗震设计；农业院校；教学改革

建筑抗震设计是土木工程专业建筑工程方向非常重要的一门专业课［1］，该课程涉及多个学科且发展很快，综合性较强，学生要想真正掌握好并不容易。该课程要求学生具备工程数学、力学、材料、结构等方面的知识，其前续课程为结构力学、钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、地基基础等，后续课程为PKPM结构设计软件应用，最终为最后一学期的毕业设计奠定基础。该门课程教学效果好坏直接关系学生的专业素质技能和毕业后从事结构设计及施工的能力水平。由于该门课程涉及的高等数学、结构动力学知识较深、较难，同时和专业规范结合紧密，学时相对其他课程较少，加上农业院校工科学生自身基础和自学能力相对较弱，学生普遍感觉抗震基本原理难学，结构抗震设计方法难懂。

云南农业大学水利学院自2004年开始招收土木工程本科专业以来，就在大四上学期（第七学期）开设建筑抗震设计课程，2013年学校将该门课程列为一类课程建设，同年土木工程专业获得省级“卓越工程师教育培养计划”建设项目，另外我院水利工程专业也获得了国家级“卓越工程师教育培养计划”建设项目。“卓越计划”的培养特点是行业企业深度参与培养过程，学校按通用标准和行业标准培养工程人才，强化培养学生的工程能力和创新能力。在这样的背景条件下，对土木工程专业建筑抗震设计这门课进行教学改革已显得十分必要。

1　课程历史与现状

建筑抗震设计课程最早在我们学院农建专业中开设，主要考虑到该专业偏结构方向，课程主要由教数学和力学的教师承担，当时课程学分为3.5，一直到2011年教学大纲修订，将学分减为3，但与其他学校同类专业抗震课程设置相比还多1个学分，原因是虽然其他学校这门课只有2个学分，但它们都开过结构动力学课程，我们所多出的这1个学分也会在上课时安排加强结构动力学这部分内容，所以现在这门课的学时安排比较恰当。此外任课教师一直是担任力学等专业基础课的教师，虽然这对这门课的力学理论基础来说是有好处的，但这门课实践性很强，学生学习完最终要能对各种工程结构实际对象进行抗震设计，所以还需要任课教师具备一定的工程实际经验。在师资较为缺乏的条件下应对担任这门课的教师进行相关专业进修或聘请一些校外工程设计单位的工程师完成部分教学内容。这应该会对学生的对该门课的学习和掌握工程结构设计方法有一定好处。这方面的问题在学院师资招聘条件的具体要求下近几年也逐渐得到改善。笔者结合农业院校工科学生的学习特点和多年来讲授该门课程的教学经验，针对当前该门课程教学中存在的一些问题特点［2］，进行以下几点教学改革探索和尝试，希望在卓越工程师环境下能对该门课程的教学质量提高和学生将来就业及参加全国注册结构工程师考试有一定的辅助作用。

2　课程建设和教学改革探索与实践

2.1教材应随规范更新 震害实例与时俱进

在2008年汶川大地震之前，这门课程所使用的教材基本上按GB50011-2001《建筑抗震设计规范》编写，2009年到2010年之间使用过按GB50011-2001《建筑抗震设计规范》（2008版）编写的教材，2010年后至今使用的都是按GB50011-2010《建筑抗震设计规范》编写的教材。该门课程除了抗规外还涉及《建筑工程抗震设防分类标准》《建筑结构荷载规范》《建筑地基基础设计规范》《混凝土结构设计规范》《钢结构设计规范》《砌体结构设计规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》等相关行业规范。这些规范也在抗规修订后进行了更新，因此2008年后教材更换频繁，基本上每一届所使用的教材都不相同。在平时教学过程中我们密切注意相关规范的修订动态，及时更新教材及教学内容，注意特别强调新旧规范的修订差别之处。特别是近年来，世界上包括我们国家尤其西南地区地震较为频繁，例如最近的2015年4月25日尼泊尔发生8.1级强震，给我国西藏、印度、孟加拉国等也造成人员伤亡，另外如2011年“311”日本东海岸9级大地震，2008年“512”四川汶川8级大地震，2010年“414”青海玉树7.1级地震，2013年“420”四川雅安7级地震，2014年“803”云南鲁甸6.5级地震，2014年“817”云南永善5级地震，2014年“1122”四川康定6.3级地震，2014年云南景谷“1007” 6.6级地震以及“1206” 5.8级地震等，工程结构在地震中所表现出的抗震性能对人员伤亡和财产损失的估量是非常重要的，作为一个合格的结构工程师所设计的房屋、水工结构等能否抵御发生时间、地点、强度都不确定的地震是摆在当前的一个重大问题，也是一项责任和使命。因此，根据最新相关规范、结合最新的震害实例更新相关课程的教学内容，对该门课程的理解特别是抗震概念设计显得尤为重要。应该把最新的震害实例纳入教材，及时更新该门课程的授课内容，紧跟领域内的前沿研究和发展方向，做到与时俱进。通过引用最新震害资料到课堂后，学生反映出较高的关注度，因为很多震害的发震时间离课堂教学时间非常近，而且有些震害就来自学生们的家乡（如鲁甸地震、永善地震等），增强了学生学好这门课的决心。另外结合农业院校学生大部分来自农村甚至偏远山区，属于地震频发的高烈度地区，土木石结构房屋偏多，还应补充这类房屋的抗震设计及鉴定加固等内容。

2.2改变传统授课模式 授课方法多样化

通过多年教学发现，该门课程如果以传统的授课模式“填鸭式”教学为主，学生学习的积极性很低，学生普遍都感到该门课程枯燥、乏味，学生基本对课程没有任何兴趣，学生逃课率也高，教学效果也差。因此应改变传统授课方式，更新教育观念，让学生参与教学过程，授课方法多样化，如大连理工大学在建筑结构抗震教学中利用微博进行教学实践［3］，条件允许还可以安排各种地表及结构震害现象的录像课，例如在教学中我们使用了哈尔滨工业大学土木工程学院谢礼立院士有关结构抗震设计的视频公开课，花费学时不多，但对学生学习的积极性起到了很好的效果，学生观看后对今后及将来世界各国包括我们国家在内抗震的重要性及土木工程师肩负的使命有了深刻的认识。为了激发学生学习积极性还可以结合历年全国大学生结构设计竞赛中有关抗震的赛题，从图片到视频多角度给学生展示结构抗震的重要性。现在已经进入信息时代，互联网技术发展迅猛，很多教育资源可以通过网络共享。该门课程国外有开放课程，国内很多高校也有相应的精品课程资源，教师可以引导学生基于网络环境下学习这门课程。一方面可以调动学生学习的主动性；另一方面可以满足不同层次的学生的学习需求。特别是最后一学期，有部分学生准备考研，教师登记后可以不来上课（但必须交作业和参加最后的考试），一方面培养了这类学生的自学能力；另一方面也为这类学生赢得宝贵的考研复习准备时间。教学内容中涉及结构动力学的结构地震反应分析和抗震验算这一章中的振型分解反应谱法和时程分析法，农业院校土木类大部分学生由于数学力学基础相对较差普遍感觉抽象难懂，教师可利用现代数值模拟商业软件［4，5］（如ANSYS，PKPM，MIDAS，SAP2000等），通过建立三维结构模型，将这两种方法在地震作用下的结果图片和动画动态地展示给学生。如图1和图2所示，一方面学生可以加深对这两种方法的理解；另一方面学生对地震作用下两种方法计算结构动力响应会有一个感性认识并提高了学习的兴趣，经过一学期这样安排后发现效果很好，还可以用有限元软件模拟各种结构在地震作用下的动力响应及破坏模式［6］，最终引导学生深入研究抗震知识。另外特别是让学生做好与PKPM结构设计软件课程相应衔接，通过本门课程加深对PKPM结构设计软件中输入地震信息的理解，提高学生计算机应用能力，为今后的毕业设计和工作打好基础。我院PKPM结构设计软件课程与建筑抗震设计课程是在同一学期开设，学生们在使用PKPM软件进行结构设计时会碰到很多地震参数需要设置，这时他们会在建筑抗震设计课程讲授到该部分有关内容时进行认真听课并主动学习查阅有关规范。最后在平时教学过程中，还可以邀请一些设计或施工单位的专家给学生讲部分抗震专题，有条件的可以带领学生亲临施工现场讲解抗震构造措施，同时侧面了解学生对授课方式的不同意见，综合改进后及时调整讲授方法。

图1　某高层建筑地震作用下第一振型图

图2　某高层建筑地震作用下的位移图

2.3改革考核方法 全面提升教学效果

当前，很多课程的考核方法不外乎闭卷考试、开卷考试、半开半闭相结合考试等几种形式。我院该门课程考试2011年之前基本都采用开卷考的形式，学生通过率较高，但不能反映学生真实学习情况，有的学生考试成绩很高，但实践能力很差，特别到毕业设计时就表现出来。近年来，我们采用闭卷方式，学生通过率有所下降，学生学习主动性增加，但学生考试作弊行为较为突出。因此，在考核方式上必须改革。我们现在采取多种方式评定最终成绩，淡化最后一次期末考试的比重，如加入几个大作业的形式，绪论上完后布置学生通过网络自己收集统计近10年来国内外震级较大的地震数据（包括发生时间、地点、震级、损失等），再从中挑选一次自己感兴趣的震害实例，分类整理后精选典型和有代表性的震害图片并加以相应震害说明及其原因剖析，这样使学生对震害有一个直观的认识，对地震作用下结构破坏机理及易损部位有清醒认识，培养学生对工程震害分析的能力［7］，同时更好地理解抗震概念设计的重要性和方法。混凝土结构抗震设计这章上完后布置学生自己手算一榀3层左右的混凝土框架结构（强调不要电子版的必须手写），可为下学期毕业设计选择偏结构方向的同学打下坚实基础，因为毕业设计中结构部分的重点和难点都在结构抗震设计上。这些作业的结果都占到总评成绩的一部分，避免以往仅仅通过一张试卷的考核来定能力的弊端。另外期末考可以结合历年全国注册结构工程师考试中有关抗震的题目，在平时教学中可以提示学生自己去关注，提高学生的学习积极性。这样实践后很多学生反映更加关注平时的学习，而不是靠最后期末考时才来突击应付，而且在下学期毕业设计中很多做结构方向的学生反映：凡是当时经过建筑抗震设计课程认真系统学习的学生做起毕业设计来也相对得心应手，而那些当时没有认真学习的学生就处处受绊，需要花费很大力气才能完成毕业设计任务。通过这些方式来全面综合地考察、评定学生对该门课程的学习掌握和理解程度，从而更好地反馈和指导教学，全面提升教学效果。

3　结束语

针对当前全球地震高发期的背景及我国高等工程教育中“卓越工程师教育培养计划”的实施，高等农业院校土木工程专业建筑抗震设计课程改革势在必行。作为农业院校里的工科应采取有效措施适应这种变化，首先教材滞后于这门课程的发展，教师应补充最新震害实例和抗震领域的新进展；其次，教师应该转变传统的教学模式，多媒体教学、专题讲座、观看相关视频影像资料、利用微博等多种手段相结合，鼓励学生利用网络资源自主学习，激发学生学习兴趣，并与PKPM结构设计软件课程和毕业设计做好相应接轨；最后不断完善和充实教学资源，包括加入最新震害实例、抗震最新技术、历年全国注册结构工程师考试中与该课程的相关考题、试题库建设等，采用多渠道评价考核方法，真正使学生“学有所用”。笔者按以上的一些思路实践后，学生学习积极性和主动性有所增强，学习效果明显改善，在后续毕业设计中反映良好。笔者鉴于近年来历次地震中由于滑坡造成堰塞湖，很多土石坝、水库出现开裂漏水现象，水工结构抗震问题也日益突出，希望水利工程专业的学生也开设这门课程，可以安排适当学时根据专业特点选学部分章节内容。最终使建筑抗震设计这门课程的教学真正为土木工程专业和水利工程专业“卓越工程师”的培养起到应有的作用。

参考文献

［1］ 高等学校土木工程学科专业指导委员会.高等学校土木工程本科指导性专业规范［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［2］ 郑妮娜，杨溥，刘立平.结构抗震设计课程教学问题调研［J］.高等建筑教育，2014，23（3）：75-77.

［3］ 霍林生，李宏男.新媒体视野下建筑结构抗震微博教学实践［J］.高等建筑教育，2014，23（2）：126-128.

［4］ 杨迎春，吴照学，邱磊.数值模拟在《工程结构抗震》课程教学中的应用［J］.赤峰学院学报：自然科学版，2013，29（1）：194-195.

［5］ 王德玲，沈疆海，张系斌.ANSYS在结构动力学和工程抗震教学中的应用［J］.水利与建筑工程学报，2010，8（1）：39-41.

［6］ 陈素文，李国强，陈建兵.建筑结构抗震多媒体课件建设研究与实践［J］.高等建筑教育，2012，21（3）：151-153.

［7］ 邬喆华.抗震教学中工程震害分析能力的培养［J］.高等建筑教育，2014，23（3）：66-70.

收稿日期：2015-11-25

作者简介：黄剑峰，博士，副教授。

基金项目：云南农业大学第八批校级一类课程建设项目。

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