十种方法激发学生对“建筑结构抗震”课程的兴趣

摘要：“建筑结构抗震”是一门理论性、综合性、实践性很强的专业课，如果采用传统的教学方法则难以引起学生兴趣。从课程本身和听课学生的特点出发，总结了十种激发学生学习兴趣的具体教学方法：通过图片、新闻视频、实验录像、计算机程序等现代化的多媒体资料冲击学生的视听，用工程实例、生活小例和学生所关注的问题集中学生的注意力，采用课堂讨论、课堂习题、规范总结等方式启发学生思考。多种方法的综合运用，取得了良好的教学效果。

关键词：建筑结构抗震；激发兴趣；教学方法

作者简介：吴琛（1978-），女，福建福州人，福建工程学院土木工程系，副教授。（福建　福州　350108）

基金项目：本文系国家自然科学基金资助项目（项目编号：51108083）、福建省自然科学基金项目（项目编号：2010J05103）、福建省教育厅A类科研项目（项目编号：JA08173）、福建工程学院教育科学研究项目（项目编号：GB-K-11-14）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）31-0072-02

我国近年来的地震震害表明：建筑工程的抗震设防是目前减轻震害最直接、有效的方法。[1]因而，对于土木工程专业的学生而言，“建筑结构抗震”是一门重要的专业课。这门课程的内容涉及了地球物理学、地质学、地震学、结构动力学、工程结构学等多方面的知识，综合性强，具有一定的学习难度。[2，3]同时，这门课程学时数少，而且开设在第七学期，此时学生正忙于就业或考研。作为教师，思考如何采用多样化的教学手段激发学生的学习热情，让处于焦躁状态的学生静下心来利用有限的课时学习这门既重要又有难度的课程是很有必要的。笔者在近几年的抗震课教学中，尝试了以下几种教学方法，取得了一定的成效。

一、展示历史震害，激发专业责任感和求知欲

每门课程的第一节课都很关键，它可能影响到学生整个学期的听课兴趣。抗震类课程的教材一般开篇即讲述地震的类型、成因等工程地震学知识，[4]难以吸引学生的注意力。如改变思路，第一课以汶川地震、玉树地震、日本大地震等近年来被大家所熟知的地震震害图片开场并加以原因分析，就能带给学生视觉上的震撼，使他们意识到建筑工程抗震设防的重要性，从而产生强烈的专业责任感和求知欲望。

二、收看新闻视频，解释地震术语

“震级”、“震中烈度”、“震源深度”等是抗震课上学生必须掌握的地震术语，但一味地从文字上去定义这些术语就会导致学生死记硬背、概念不清。笔者在讲解这一知识点时先引入一段2011年3月11日日本东北部海域发生里氏9.0级地震并引发海啸的新闻视频，由学生们找出新闻中出现的地震术语，然后加以解释，最后引导学生们用专业的眼光重新解读这则新闻，这种教学方法不仅生动有趣而且印象深刻。

三、观看实验录像，讲解破坏机制

“强柱弱梁”与“强梁弱柱”是抗震框架的两种主要破坏机制，用语言描述它们的差异显然空洞而枯燥。日本防灾科学技术研究所曾做过一个六层三跨的框架结构振动台实验，分别展示了两种机制的破坏现象。这段实验录像的播放极大地吸引了学生们的兴趣，他们边看边讨论着实验的过程和结果，最后还能准确地总结出两类破坏的特点、性质，达到了良好的教学效果。

四、编写计算机程序，分析地震反应谱

反应谱是抗震设计的基础，曾被美国加州大学Chopra教授称为地震工程中的核心概念，[5]如果学生不能明白反应谱的由来，就很难正确理解其含义。鉴于此，笔者用MATLAB语言编写了单自由度体系在地震动作用下的时程分析程序，并在课堂上通过依次改变结构自振周期，绘制出多条反应时程，最后由学生自己找出各时程曲线中的最大值，绘制出最大值与自振周期的关系曲线，即地震反应谱。程序演示和反应谱绘制吸引了学生的注意力，使他们能够很好地把握反应谱的两个关键点：它是单自由度体系的反应量；它反映的是反应量最大值与自振周期的关系。

五、引用工程实例，讲解概念设计

工程类学生往往重“参数设计”，轻“概念设计”。为帮助学生理解“概念设计”的重要性及其涵盖的内容，可采用案例教学法。例如：在说到建筑结构体形要求时，引用了1972年马那瓜地震中，18层的美洲银行大厦因平面规则、对称，震后损坏轻微，而与之仅一街之隔的15层中央银行大厦却因体型不规则导致损毁严重的工程实例。又如在说到场地选择时，引用了1920年宁夏海原地震中处于黄土梁上的牛家山庄，其烈度比一公里外处于渭河谷底的姚庄高出2度的实例，从而说明场地选择应尽量避开不利地段。这些真实的工程案例不仅能引起学生们对“概念设计”的重视，而且使学生对抗震设计所应遵循的基本原则也能记忆深刻。

六、列举生活小例，阐述复杂机理

抗震课的教学中会遇上一些抽象、复杂的理论，如能联系日常生活中常见的自然现象加以解释则能事半功倍。例如，饱和砂土、粉土的液化机理是一个较难理解的知识点，但大家在生活都有这样的经验：拍打盛满干砂的杯子，砂子就会紧实而表面下沉，但如果振动砂粒间充满水的饱和砂，就看不到这样的现象。从这一生活小例就能使学生联想到，饱和砂粒在地震时趋于紧实，孔隙水因不可压缩压力不断上升，土的有效应力随之减小直至失去承载能力，这就是液化。授课时，只需准备一杯干砂、一杯湿砂，通过拍打演示即可将复杂的理论变得简单明了，学生的听课兴致自然高涨。

七、结合“一注”真题和毕业设计，提高学习积极性

一级注册结构工程师执业资格考试和第八学期就要迎来的毕业设计是学生十分关心的两个方面。因此，在授课时只要结合“一注”考试或毕业设计进行教学，学生总是非常感兴趣。例如在讲解框架柱的体积配箍率验算时，与其用多条枯燥的条文规范去诠释它，不如引入一道真题，这将使学生惊讶于这样一个简单的公式在参数取值上居然还蕴藏着许多的陷阱，枯燥的条文规范就会变得真实生动起来。又如在讲轴压比的限值时，告诉学生曾在往年毕业设计中出现轴压比超限但是不知如何调整的先例，学生定会踊跃讨论解决方法。这些讲课中的小插曲，可使学生快速集中注意力，牢固掌握知识点。

八、组织课堂讨论，启发学生思考

传统以老师讲授为中心的教学方式常常导致学生在听课的中途走神，难以掌握知识要点。以“底部剪力法”的教学为例，常有学生因没有明确该法的基本原理和修正前提而盲目套用公式。因而，组织课堂讨论使学生由被动接受知识变成主动思考。笔者先交代了这种方法的适用范围和基本假定，而后提出问题：如果是长周期结构和顶部带有突出屋面小建筑物的结构，与适用范围或基本假定是否存在矛盾？而后启发学生共同参与课堂讨论。学生们找到矛盾处之后即可水道渠成地引出顶部附加集中力修正和鞭梢效应修正。在课堂讨论的过程中，学生对于知识点的理解更加透彻深入。

九、演示课堂习题，解决实践难题

抗震设计具有很强的实践性，仅从理论分析难以理清设计思路，学生也常因在某一设计环节思路受阻从此对整个课程的学习失去信心。例如，“三强三弱”的内力调整问题一直是抗震设计中的重点和难点。从以往的教学经历来看，由于步骤复杂，教师在详细阐述了内力调整的方法后，学生仍会感到思路混乱。因此，注重理论与实践的结合，在理论讲解之后适时地配上一道课堂习题，演示工程实例的内力调整过程，就能有助于学生理清思路，掌握要点，思想上不再惧怕难题，顺利完成整个课程的学习。

十、引导学生归纳总结，掌握知识要点

“抗震措施”和“抗震构造措施”是抗震设计的要点，但这两个概念既有联系又有区别，初学者非常容易混淆。笔者在讲解这两个概念时，首先阐明各自所涵盖的内容以及二者的包含关系；紧接着带领学生详读与之相关的条文，使同学们认识到二者的区别；课后要求学生依据规范条文，汇总各烈度区各类建筑的抗震措施以及各种场地所对应的抗震构造措施。在自己归纳总结的过程中，学生加深了对这两个重要概念的理解，而且也培养了他们积极学习的能动性。

十一、结语

“建筑结构抗震”是一门理论性、综合性、实践性很强的课程，教学中必须摒弃传统的教学思想，形成良好的现代教学理念，方能激发学生的听课兴趣，提高学习积极性。笔者在教学实践中，尝试通过图片、视频、录像、计算机程序等现代化的多媒体资料冲击学生的视觉和听觉，用工程实例、生活小例和学生所关注的问题集中学生的注意力，采用课堂讨论、课堂习题、规范总结等方式启发学生思考，营造师生互动的教学氛围。多种教学手段的综合运用对于激发学生对抗震课的兴趣、提高教学质量起到了推动作用。

参考文献：

[1]国家标准建筑抗震设计规范管理组.建筑抗震设计规范（GB50011-2010）统一培训教材[M].北京：地震出版社，2010.

[2]王建强，曾力，赵湘育.建筑结构抗震设计教学探索[J].高等建筑教育，2010，19（2）：122-124.

[3]陈连云.建筑抗震设计课程教学研究[J].赤峰学院学报（科学教育版），2011，3（6）：160-162.

[4]郭继武.建筑抗震设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[5]Anli K.Chopra.结构动力学：理论及其在地震工程中的应用[M].谢礼立，吕大刚，等译.第二版.北京：高等教育出版社，2005.

（责任编辑：刘辉）

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