严佳川 王永辉 邹超英

摘要：“工程结构”课程是给水排水科学与工程专业一门重要的专业课，是理论密切联系实践的工程类课程，要求学生通过学习，能够掌握给水排水工程中各种功能构筑物、建筑物的结构基本设计原理和设计方法。本文通过对比分析“工程结构”和“钢筋混凝土结构”的异同以及考虑给水排水科学与工程专业学生在先修专业基础课方面的不足，提出针对“工程结构”课程的讲授方法。从形象化展示给水排水工程结构与房屋建筑结构的区别、教学重点和教学方法调整、培养学生解决实际工程能力和强调科学思维与工程思维之间的转换等四个方面详细展开，旨在改革传统的教学方法，有效提高教学质量。

关键词：工程结构；教学探索；给水排水

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）39-0163-03

《工程结构》课程是给水排水科学与工程专业一门重要的专业课，是理论密切联系实践的工程类课程，使学生能够掌握给水排水工程中各种功能构筑物、建筑物的结构基本设计原理和设计方法。由于构筑物、建筑物的结构部分在给水排水工程中的重要性且建设投资占比较大，本课程为学生学习给水排水工程结构知识提供基础，作为学生从事给水排水专业设计的结构配套基础课程具有重要意义。

由于给水排水工程结构主要采用钢筋混凝土结构，因此在给水排水工程结构课程中主要围绕钢筋混凝土结构设计原理进行讲授。然而，与为建筑类土木工程专业本科生讲授的钢筋混凝土结构课程不同，给水排水科学与工程专业本科生并没有系统学习过房屋建筑学、土木工程材料、材料力学和结构力学等先修专业基础课程。另一方面，由于混凝土材料属于非均质、非弹性材料，使得钢筋混凝土结构与材料力学和结构力学既有联系又有区别，是在理论分析和大量科学试验基础上建立起来的。同时，钢筋混凝土结构单靠理论分析还不够，还要辅以一定的构造措施。考虑到给水排水科学与工程专业本科生的先修课程以及钢筋混凝土结构设计原理本身的特点，如果仍采用为建筑类土木工程专业本科生授课的教学方法，可能会让一部分同学难以理解课程内容，这部分学生进而会产生畏难和厌倦情绪，影响对本门课程的学习，甚至可能对其毕业后所从事的给水排水工程相关工作产生不利的铺垫。

笔者自2017年结合工程素质教育，对开设的“工程结构”课程进行改革实践与探索，根据给水排水工程结构与房屋建筑结构的区别与联系制定主要教学内容。以给水排水科学与工程专业培养方案为基础，依据对学生的毕业要求，调整教学重点和教学方法。充分考虑学生先修课程的特点，在课堂上培养学生解决实际工程的能力。根据课程特点，强调科学思维与工程思维之间的转换，培养学生从事工程领域工作的基本素质。从“知识、能力、素质”三个方面对学生进行培养，帮助学生取得实质性进步。

一、形象化展示给水排水工程结构与房屋建筑结构的区别

给水排水工程中各种功能的构筑物包括：水池、水塔、水渠、水厂等；建筑物包括：管理用房、泵房等。在讲授给水排水工程结构时强调给水排水工程结构的特殊性在于：给水排水工程结构是几何形状复杂的空间结构、薄壁结构；由于使用功能的限制，给水排水工程的抗裂、抗渗、防冻、保温、防腐要求严格；给水排水工程结构作用荷载繁多：包括重力荷载、风荷载、雪荷载、水压力、土压力、温度荷载、收缩应力、地基不均匀沉降等，引起外加变形等。

上述给水排水工程结构与房屋建筑结构的区别若只在绪论中简要介绍，并不能为学生建立起一个对于给水排水工程结构清晰的认识。应在授课中以PPT图片形式形象地展示出给水排水工程结构与房屋建筑结构的异同。首先，在绪论的讲授中，对比给出水渠、水池等给水排水工程结构的截面与房屋建筑结构基本构件截面的区别。其次，在讲授混凝土的耐久性要求时，以PPT图片形式形象地展示出因给水排水工程结构的设计使用年限、使用功能和所处环境条件的特殊性，对混凝土的抗渗、抗冻、防腐提出的特殊要求。再次，讲授钢筋混凝土结构的基本计算原则时，在PPT中用图片展示出给水排水工程结构上可能遇到的水压力、土压力、温度荷载、收缩应力、地基不均匀沉降等荷载或作用。

二、依据培养方案，调整教学重点和教学方法

给水排水科学与工程专业的培养方案对毕业生的培养目标为：能够从事给水排水工程的规划、设计、施工、运营、管理、研究开发等工作的复合型高级工程技术人才。工程结构作为给水排水工程工艺流水线的重要组成部分，学生毕业后应具有工程结构的基本设计知识，从事给水排水工程相關工作时，能够对结构所选择的材料、结构形式以及结构布置是否合理做出地判断，把握结构构件的受力特点、配筋形式和破坏模式，了解构件的截面设计方法和构造措施。

因此，在授课过程中，教学重点为学生对工程结构中各类构件受力形式、可能出现的工程设计问题及破坏规律的掌握，了解计算公式中各符号的物理意义及适用条件，并不要求学生机械地记忆计算公式，了解工程结构设置构造措施的目的，而不是机械地记忆构造措施的内容。在教学方法中避免灌输式教学方法，将不同受力状态下的混凝土结构构件设计理论的知识点联系起来，对不同受力状态下结构设计中存在的共性问题给予概念性讲解，培养学生对工程问题的认识、分析、解决能力。

同时，在授课过程中强调，工程结构设计的答案不是唯一的，任何一项设计都有多种方案可以选择。在工程结构设计的全过程中，结构所选择的材料、结构形式以及结构布置方案对结构的经济合理、安全适用、技术先进影响至关重要，这些步骤同时也是工程结构设计中的决策性步骤。引导学生在进行结构时有全局意识，能够根据所学结构概念从整体对结构设计进行决策。

三、充分考虑学生先修课程的特点，在课堂上培养学生解决实际工程的能力

给水排水科学与工程专业学生的先修课程中只有工程力学，对材料力学和结构力学并没有系统地学习，而工程结构设计中结构的内力分析和截面的应力分析离不开结构力学和材料力学的基础，如果仍然按照为建筑结构类本科生授课的方法，可能会使力学基础不扎实的学生产生畏惧和畏难心理，影响学习效果。

因此，在授课过程中，应充分考虑到学生所学的力学知识，帮助学生回顾材料力学、结构力学的一些基本知识，帮助学生建立力学基本概念，如梁横截面上的正应力、梁横截面上的剪应力、简支梁的剪力图和弯矩图、两跨连续梁的剪力图和弯矩图等。在回顾基本知识的基础上，培养解决实际工程的能力，根据不同的工程问题，帮助学生掌握如何查阅工具书《给水排水工程结构设计手册》，比如当学生解决水池的池盖设计工程问题时，使学生能够熟练掌握并获得多跨连续梁的计算跨度、梁弯矩图和剪力图，并能从力学概念上对得到的弯矩图、剪力图是否合理做出判断。

四、根据课程特点，强调科学思维与工程思维之间的转换

给水排水工程结构所涉及的混凝土结构设计理论大都建立在试验研究的基础之上，很多设计公式不能由严密的逻辑推导得出，只能由试验结果回归而成。授课过程中，培养学生思维方式的转变，为学生强调科学思维与工程思维的不同，比如在具体工程问题的分析和求解计算公式时，可适当简化，降低工程问题分析难度，得到实用的工程设计计算式，再通过试验结果得到具有一定保證率设计方法。

教学中要反复强调概念理解的重要性，使学生不要陷入机械性地公式推导和记忆中，要侧重给出公式得到的全过程，掌握处理工程问题的工程思维，使学生根据构件的受力特点、配筋方式、破坏模式，运用工程思维把握构件设计的主要影响因素，理解计算公式中各系数的物理意义。

五、结语

由于结构设计在给水排水工程中的重要性，给水排水工程结构课程是一门重要的理论密切联系实践的工程类课程。从课程本身与混凝土结构课程的联系，形象化展示给水排水工程结构与房屋建筑结构的区别。在本课程的教学过程中，根据给水排水科学与工程专业的毕业要求，调整教学重点和方法。充分考虑学生先修课程的特点，在课堂上培养学生解决实际工程的能力。根据课程特点，强调科学思维与工程思维之间的转换，培养学生从事工程领域工作的基本素质。培养学生主动学习的兴趣，有效提高实验教学的教学质量。

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