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土木工程专业课程教学的应用
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土木工程专业课程教学的应用【1】
摘 要：教学实践证明，以工程实例为载体的案例教学是适合土木工程专业课程的教学模式。
关键词：土木工程专业;特点;案例教学
土木工程(建筑)业是我国国民经济的支柱产业，土木工程以各类建筑物或构筑物的工程设计与施工为研究对象。
土木工程专业课程的主要任务是，通过课程学习，使大学生具备正确选择、设计方案和成功进行施工管理的能力，为以后从事结构工程设计、工程监理、工程合同控制等工作掌握扎实的土木工程实践知识，具备一定的解决工程实践问题的能力，进而提高本专业大学生的择业竞争力。
一、土木工程专业课程的特点
土木工程专业课程具有课程综合性强、知识跨度大、工程实践性强、案例性强等特点。
(1)课程综合性强、知识跨度大。
课程所含理论知识涉及工程技术、经济与管理等多学科领域。
(2)工程实践性强。
土木工程专业课程与工程生产活动密切相关，课程内容是工程实践的总结，它来之于实践，用之于实践;课程的主要内容大都是典型工程设计及其施工实践，这一特点为土木工程专业课程进行案例教学改革奠定了知识体系基础。
二、案例教学在土木工程专业课程教学中的实施
1.土木工程专业课程案例教学改革的依据
(1)土木工程专业课程案例教学改革始终是以马克思主义关于认识发展的一般规律为指导的。
土木工程专业课程案例教学符合人类对客观世界认识的一般规律，教学改革强调对专业的感性认识源于工程实践，并通过工程实践得以提升到理性知识，理性知识用来指导工程活动并在新的工程实践中得到发展;同时，在教学改革中强调学生的主观能动性对教学效果的影响。
案例教学改革的基本思路如下：
工程现场场景(感性知识)→通过实际工程提出需要解决的问题(通过实践提出问题，激发学生的主观能动性)→归纳、提炼、讲解课程的基本知识(理性知识)→启发学生独立解决第二环节中需要解决的问题(理性知识的运用与深理解)→生产实习(学生已经具备相当的理论知识和基本的实习基础，同时理性知识在指导实践的过程中得到发展)。
(2)土木工程专业课程的工程实践性强、案例性强等特点，是土木工程专业课程案例教学改革的另一依据，为案例教学改革提供了可能。
(3)土木工程专业课程案例教学是启发式教学的基本要求。
启发式教学要求采用恰当的教学方式，启发学生通过发散思维去发现问题，并独立解决问题，这恰恰满足了土木工程专业课程的要求。
因为，土木工程实践中出现的问题，很可能是没有预见的，解决方案也不是唯一的，采用案例教学有利于为学生营造工程现场氛围，有利于帮助学生形成独立解决工程问题的意识。
2.土木工程专业课程案例教学改革的内容
(1)根据该课程教学大纲和土木工程实践的发展现状对课程内容进行整合。
能否在教学时间有限的前提下，提高本课程的教学质量，选择讲授的基本内容和确定讲授重点至关重要。
土木工程专业课程可以分为工程技术类和工程组织类两部分，要想在有限的学时内，把每一章的内容都讲述一遍，显然是不可能的。
这就要求教师能针对学生的特点，选择主要的内容，突出重点和难点。
另外，还要搜集、选择国内外最新工程资料，以便能及时调整讲授的内容，补充最新成果，使学生所掌握的知识能与工程实践保持同步。
(2)把选择讲授的内容整合成相对独立的模块，确定案例涉及的知识体系。
土木工程项目多以分部、分项工程为单元，对于知识量小的分部和分项工程单元，可以设置一个模块;对于知识量大的单元，根据工程的内在的连续性、知识点的内在联系和知识量的大小，可以设置几个模块，每个模块对应一个案例。
(3)确定各案例所涉及的教学内容并规划教学环节。
进行案例设置时，每一个案例一般都包括：针对本案例核心知识的现场录像、针对本案例核心知识的工程现状、提出针对本案例核心知识的工程问题、讲解本案例核心知识的基本原理与典型工艺过程原理的flash演示、讨论并解决上述问题。
其中，现场录像、工程现状与演示典型工艺过程原理的flash素材是案例教学的重要基础，其质量直接关系到案例教学的效果，需要根据案例核心知识点认真准备。
3.土木工程专业课程案例教学的环节
以“施工技术”课程中“基坑开挖与基坑降水”为例，讲述土木工程专业课程案例教学的教学过程。
(1)形成感性知识，激发学习兴趣阶段。
通过多媒体播放5～8分钟工程现场录像，录像的内容主要涉及与基坑开挖方式和基坑降水有关的工程概况、场地情况、施工机械、基坑降水设备及其工作过程等内容。
该阶段教学目的：在有限的时间内利用多媒体提供给学生大量图形信息，展示工程现状。
这些具体、直观、形象的信息能有效帮助学生形成感性知识，激发学生学习兴趣，活跃课堂气氛，启发学生提出各类问题，调动学生积极主动探求此类工程问题的解决方案，为案例教学的第二环节打下良好基础。
(2)以实际工程为载体，展示工程场景和具体工程参数，提出工程要解决的问题。
以文字为主，图形信息为辅，介绍正在准备进行基坑开挖(需基坑降水)的工程，包括工程概况、地质状况参数、基坑形式、拟开挖基坑的基本信息、施工平面图及参数、所需施工机械、施工任务等，注意不要在本阶段给出问题的答案。
该阶段教学目的：以浓厚的工程氛围、严谨的工程语言向学生传递实际工程信息和工程急需解决的问题，增强学生的工程意识、解决工程问题的责任心与紧迫感，集中学生的注意力。
通过以上两个阶段，学生具备一定的感性知识，并能够以浓厚的学习兴趣与求知欲、强烈的工程责任心进入下一阶段的理论知识学习。
(3)构建理论知识体系。
以课堂理论教学方式概要讲解该案例涉及的知识点，同时考虑到施工过程的动态性，对一些典型的施工工艺过程采用flash动画演示其工艺原理，必要时引入工程图片来说明。
案例涉及的重要知识点，通过课堂讲解掌握，其他知识点指导学生通过自学去熟悉或了解。
学生带着(2)中的问题进行该阶段学习，所以，该阶段的理论学习是有的放矢的，课堂气氛是轻松的，学习效果是高效的。
通过以上三个阶段，学生对基坑开挖与基坑降水理论知识能形成完整的构架，具备了解决简单工程问题的能力。
(4)理性知识的简单运用与加深。
重新审视(2)中要解决的工程问题，给学生以启发和引导，通过讨论指出解决问题的思路与方向。
将学生编成小组，启发各小组学生采用各种方式独立地完成针对(2)中问题的技术报告。
该阶段教学目的：通过解决案例问题，培养学生独立思考的习惯和解决工程问题的意识与能力，培养土木工程所需要的团队协作精神，增强学生的实际工程现场意识，是对课程理论知识的再认识。
案例教学的程序如图1所示。
三、土木工程专业课程案例教学的作用
土木工程专业课程案例教学的主要作用如下：
1.提升学生以下能力
第一，主动分析并掌握问题重点的能力;
第二，思考及分析个案的能力;
第三，表达个人观点的能力;
第四，通过讨论找出最合适的解决问题的方法的能力。
另外，还可以使学生更了解现实工程情况，通过互相沟通，培养及发扬团队精神。
经过对本专业两届学生的教学实践，证明该教学方式深受学生欢迎，教学效果显著。
2.提高授课教师综合业务能力
土木工程专业课程案例教学改革，要求授课教师必须具备“双师资格”(教师资格和工程师资格)。
授课教师应该根据专业特点，在具备扎实的理论知识的基础上，投身土木工程实践，通过工程实践把自己锻炼成合格的工程师。
3.提升教育理念
土木工程案例教学是有利于培养土木工程应用型人才的教育教学方式，是对土木工程行业应用型人才需求的响应，最终有利于提高土木工程专业毕业生的就业竞争力。
四、结论与建议
组织土木工程专业课程案例教学时应注意以下几点：
第一，模块划分时，应该考虑模块的完整性及模块间的独立性，注重模块内录像、工程实例、工程原理的一致性;
第二，应该精心设计各案例要解决的主要原理，突出重点;所涵盖的内容不宜太多，否则，案例教学又将变成“填鸭式”的平铺直叙;
第三，进行土木工程专业课程案例教学时，所选择的工程实例应该既能反映该案例要传递的基本原理，又要尽量地反应现代土木工程实践的前沿信息;
第四，采用土木工程专业课程案例教学的同时，应该改革传统的考试方式。
考试应增加与实践相结合的内容，注重对学生综合能力和创新能力的考查;在考试形式上，要避免“考前背笔记，考完全忘记”现象的出现，注重对学生理解、掌握和运用知识能力的考查;除了传统的闭卷考试以外，还可以采用综合题开卷、讨论、答辩、科技论文写作等形式，从多个角度考查学生的综合能力。
参考文献：
[1]姜秀英.土木工程专业建筑施工课程教学改革与实践[J].高等理科教育，2001(4).
[2]仲景冰.土木工程施工课程教学改革及思考[J].高等建筑教育，2002(6).
[3]叶作楷.土木工程施工课程教学改革的探讨[J].高等建筑教育，2000(4).
“运筹学”在土木工程课程中的应用【2】
[摘 要]:基于“运筹学”的基本理论，重点阐述“运筹学”理论在土木工程专业课理论中的应用，得出土木工程专业学生学习和掌握“运筹学”的基本理论的必要性和重要性。
[关键词]:运筹学 土木工程 应用
一、概述
“运筹学”作为科学名字出现于20 世纪30 年代末的二次世界大战期间。
当时，应用在军事战争年代，直到20 世纪60 年代，才被人们普遍认可并加以发展应用到工业、农业、经济和社会等领域，特别在当今科技发展迅速、经济突飞猛进的有利条件，“运筹学”的基本理论先后被引进了各个学科的学科理论中，成为了科研技术人员必备的理论基础，对于土木工程学科而言也不例外。
因此，作为土木工程专业未来的工程技术人才而言，学习和掌握“运筹学”的基本理论知识和如何将专业知识与其联系起来有其必要性和重要性。
二、“运筹学”在土木工程专业课理论中的应用
“运筹学”的理论基本要点，就是将数学中的优化思想与社会实际问题的有机结合，作为从事在本工程专业的技术人员，只有具备扎实的理论数学和工程应用数学基础，才能将该课程基本理论与土木工程专业相关理论相结合并灵活运用于教学、科研和工程实践中，以下结合土木工程部分几方面浅谈“运筹学”的基本理论在土木工程专业中的应用。
1.结构分析课程
结构分析，是土木工程专业中最基本的专业基础，是学习和灵活掌握其他专业课的必要前提。
其主要内容是通过对各种结构形式在不同荷载情况下的荷载效应进行分析，计算得出内力分布，分析出在建筑功能要求一定的条件下的结构最优布局形式，以便今后工作中从事实际工程设计时，能灵活运用所学的知识选择出合理的结构形式。
例如，我们所开设的《材料力学》是分析单个构件的受力、而随之所开设的《结构力学》是将《材料力学》的单个构件组合成结构，进行整体分析等。
2.结构设计课程
结构设计课程，主要是通过学习相应的专业课基本理论，再让学生结合相应的理论进行课程设计实训，从而提高学生灵活运用理论进行实际工程设计方面和处理实际问题的能力，为以后更好、更快适应工作环境打下良好的基础。
(1)《钢筋混凝土结构》
《钢筋混凝土结构》是土木工程专业中一门重要的基础专业课，它所要解决的主要问题是根据结构的力学分析结果，合理设计配置钢筋和混凝土，使得钢筋和混凝土充分利用，以至钢筋混凝土设计达到安全、适用、经济的目标，这三个目标中有主有次，相辅相成。
一般原则为保证安全，满足适用，追求经济。
所以，应根据实际工程条件建立与实际工程条件基本吻合的力学模型，再进行受力分析，确定设计优化目标函数，合理配置钢筋和混凝土。
(2)《钢结构》
随着社会经济、科技文化水平的不断发展，人民生活水平逐步提高，再加上世界人口的增多，社会对大型公共建筑物的需求日益迫切，而在大跨度结构方面钢结构有着自身的优点(强度高、自重轻、抗震性能好等)。
为此，《钢结构》的理论越来越显重要。
《钢结构》课程理论主要是围绕结构的节点设计、材料的强度以及结构或构件的刚度和稳定性展开的，由于钢材的强度高，截面尺寸小，大多数钢结构的破坏都不是由材料强度引起的，而是由结构的节点设计不合理，使结构构件长细比过大，导致出现失稳破坏造成的，为此在钢结构设计时应确定造价为目标函数，以钢结构的容许挠度为约束条件，并考虑钢结构中受压杆件的长细比对其强度影响等因素进行结构优化设计，最终在满足安全可靠的前提下，达到最为经济的结构设计结果。
(3)《结构优化设计》
《结构优化设计》是运用优化的相关理论对结构进行布局以及受力分析，尽可能使结构材料性能得到充分利用，以至结构在保证安全可靠的条件下，得到最为经济合理的结构形式。
3.施工管理与建筑经济
施工管理与建筑经济是学生将来到施工单位从事管理、施工和施工项目概预算工作的必备基本专业知识，下面就相关专业课程谈谈“运筹学”在其中的运用。
(1)《施工组织设计》
《施工组织设计》主要是讲述施工过程的组织和进度计划的合理安排，其中施工进度计划的安排和流水施工图的绘制就运用到了“运筹学”的网络优化的相关理论，合理安排施工进度计划，优化施工机械和劳动力的配置，使得施工全过程做到安全有序，保质、保量按期完成。
(2)《建筑经济与企业管理》
《建筑经济与企业管理》这门课主要讲述如何降低成本、提高经济效益的问题，这就涉及将“运筹学”的相关理论运用到项目前期可行性论证、工程招投标、工程项目预算、施工过程的管理、施工项目的竣工和概算、后期质量与经济效益分析整个过程中，力求做到宏观调控、统筹安排。
例如，基本建设投资效果分析、建筑工程技术经济分析、预测与决策以及建筑企业管理等用 到了单纯形法、图解法和网络技术等方面的运筹理论。
4.土木工程科研工作
由于土木工程专业与工程实践联系极为紧密，为此，从事土术工程方面的科研人员应根据实际工程的需要进行相应的研究，主要如何利用土木专业的理论来解决工程中急需解决的问题。
例如，中国建筑科学研究院所开发的设计软件TBSA和PKPM等，而将“运筹学”的相关理论运用到土木工程科研中尤显重要。
例如，空间网格结构的优化设计程序的研究，这一研究成果的完成将为设计人员带来方便，为工程建设单位降低造价，其中用到了单纯形和非线性规划的理论来优化结构的形式和结构的总造价。
总之，土木工程方面的大多数研究都是在安全可靠得到保证的前提下，围绕结构造价进行一系列的优化研究，最终得到方便实际工程应用的研究成果，为工程设计与施工人员提供科学合理的依据。
三、结论
综合以上所述，可以看出，“运筹学”理论在土术工程中的运用的实用性、广泛性和重要性。
为此，作为未来从事土木工程专业技术工作的专业人员而言，初步了解并掌握“运筹学”的基本理论和思维方式尤显必要。
参考文献：
[1]钱颂迪.运筹学(修订版).北京：清华大学出版社，1993.
[2]郑连庆.建筑经济与企业管理(第二版).广州：华南理工大学出版社.
[3]重庆建筑大学、同济大学、哈尔滨建筑大学合编.建筑施工(第三版).北京：中国建筑工业出版社，1998.
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