铁道工程专业工程结构设计原理课程文化建设的探索与实践.docx

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铁道工程专业“工程结构设计原理”课程文化建设的探索与实践

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郭占月

摘要：课程文化建设是高职院校培养高素质应用型人才的必然要求。高职教育在课程文化建设的过程中，需要避免简单地把文化建设理解为文化课程的建设，而是要将知识传授与观念、理念、思维的培养协同起来，推行知识、能力与素质三位一体的教学模式。本文基于高职铁道工程专业的专业基础课程多年教学实践与研究，提出了构建高职专业技术课程文化建设的概念、思路与途径。

关键词：铁道工程专业；工程结构设计原理；课程文化建设

：G712：A：1672-5727（2014）12-0089-04

以应用能力培养为核心目标的高职教育教学改革已取得了很多成果。其中，将知识传播与能力培养相结合，知识、能力、素养三位一体的教学目标已经形成共识。从培养综合能力，提高从事职业活动的认知能力、思维能力、判断能力、方法能力的角度，把课程知识作为载体，将文化教育渗透其中，形成反映课程知识与能力特征的课程文化，从而使课程教育立体化，可以让学生不再执著于课程知识的“迷宫”。

“工程结构设计原理”课程是铁道工程专业的一门专业基础知识课程，以道路桥面类桥涵设计通用规范、混凝土结构技术规程为基础，主要教授钢筋混凝土、预应力混凝土、圬工结构构件的设计原理，其主要内容包括如何合理选择构件截面尺寸及其联结方式，并根据作用的情况验算构件的承载力、稳定性、挠度和裂缝等问题，它为学习铁道工程、桥梁隧道构造物的设计计算与施工技术奠定理论基础。

当我们从传授知识的视角，将其视为一门重要的技术基础课时，我们意识到了这门课程对规范条文的概念、实质的理解与应用能力的重要性。

结构的静力平衡条件与事物的生存法则

静力平衡条件是钢筋混凝土受弯构件按承载能力极限状态设计，无论是单筋矩形截面，或双筋矩形截面或T形截面，基本计算式从两个方面得到，一是水平力平衡，二是弯矩平衡。以单筋矩形截面为例：

由水平力平衡，即∑H=0，可得

fcd·bx=fsd·As（1）

由弯矩平衡，即∑M=0，可得

M=fcd·bx（h0-■）（2）

根据按承载能力的极限状态设计的原则得出两个公式：

γ0Md≤fcd·bx（h0-■）（3）

γ0Md≤fcd·As（h0-■）（4）

公式的适用条件是

X≤ξ0h0（5）

ρ=■≥ρmin（6）

结构计算的目的要求得到As并确定梁体截面尺寸b和h0。从数学的角度，在给定已知参数的情况下，用公式（1）、与公式（3）或（4）两个方程就可以解出包括在内的两个未知数。

这种结构设计计算的关键不在于解方程的技巧，而在于对计算公式适用条件的选择。需要讨论x≤ξbh0的条件是否满足。一是要考虑平衡建立的基础条件：承载能力达到极限状态下梁在下部截面上发生了什么？二是要考虑梁的配筋条件设定得是否合理，钢筋过多还是过少。

从知识的角度，我们引导学生把问题简单化，即只要会解这个二元二次方程就行了；强调从思维能力的角度，需要学生考虑一个问题，那就是任何事物处于平衡状态都是有条件的。

事物的平衡条件包括两个方面——主观条件与客观条件。在这里客观条件就是要求梁的极限承载能力发生时既不能钢筋太少，也不能钢筋太多，即公式（5）、（6）给定的条件；主观条件则是由自己设定的，设计者一开始假设的参数as（公式中h0=（h-as））是否合理。通过反复的练习，学生主要不是在解题熟练程度上的长进，而是对适用条件的掌握，懂得了自己设定的条件会成为所得结果的重要影响因素。当跳出这种计算，我们会发现，世上事物的许多不平衡往往确实存在着客观条件限制，这是我们很难改变的，但更多情况下是由于我们自身设定的偏差。调整设定值，问题就能得到圆满的解决。

结构设计的多方案性与三分法思维

土建结构的设计与施工所面对的工程项目具有四大特性，即作业条件与环境的开放性；时间、地点、资源的制约性；项目本身与最终成果的唯一性；进度、成本、质量影响因素的不确定性等特征。因此具体到每一个设计结果，答案不是唯一的。在结构设计原理的设计案例中，有时未知数条件过多需要假设，有时需要多次修改反复验算，条件不同答案就不同。对于一个梁的承载能力计算，满足同样的荷载要求，梁的截面与配筋方案可以是多样的，关键看设计者在计算过程中将什么视为主要因素。我们在批阅学生完成的设计方案时，对其答案不应该简单地用“√”或“×”来进行判断。很多情况下，要从他考虑问题的角度考察其过程是否正确，考虑的因素是否齐全，鼓励学生从多角度考虑设计问题。

工程结构设计需要多方案比较，这是由工程设计的特性决定的。在结构设计原理学习中，特别鼓励学生对同一设计案例作出多种方案。在学习过程中逐步培养工程思维能力，即充分论证方案的可行性、可操作性和运筹性；正确处理方案的可靠性与可错性、容错性；积极调动设计者思维的流畅性、变通性和独特性。

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