孫廣俊 李鴻晶

摘 要：針對目前工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理教學中存在的問題，提出引入《工程抗震三字經(jīng)》的教學改革思路，通過優(yōu)選與教學大綱知識點相匹配的“三字經(jīng)”內(nèi)容，配合圖片和視頻等形象化素材，借助多媒體演示手段開展課程教學，實現(xiàn)教學內(nèi)容的深入淺出和教學過程的全程導學，創(chuàng)造師生互動和教學相長的氛圍。教學實踐表明，“三字經(jīng)”的教學應用可以在有限的課時內(nèi)凝聚課程內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣，同時有助于教師以方便學生理解的方式講授本門課程，從而強化學生對工程結(jié)構(gòu)抗震基本概念、基本理論和基本方法的理解。

關(guān)鍵詞：三字經(jīng)；工程抗震；抗震設(shè)計；教學改革；教學案例

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）04-0080-04

Abstract： According to the problems in teaching of seismic principles of structures at present， a teaching reform thinking of introducing Engineering Seismic Three-character Classic into course teaching are proposed. According with teaching program， the Three-character Classic contents are optimized and selected， visualization materials such as pictures and videos are used cooperatively in teaching based on multimedia technology. In this sense， the teaching content becomes easy to understand and is throughout total study process. Meanwhile， the interaction between teacher and students are produced， and teaching also benefits teachers as well as students. The teaching reform analysis and practice indicate that the application of Engineering Seismic Three-character Classic in teaching can condense course contents in limited teaching time， stimulate study interest of students and let teaching easy-to-understand. Therefore， student understanding of basic concepts， theories and methods of engineering structure seismic will be enhanced.

Keywords： Three-character Classic； engineering seismic； seismic design； teaching reform； teaching case

一、研究背景

土木工程給人類帶來了無限的文明，同時也給人類帶來了無盡的災難，這個災難就是土木工程災害，地震災害就是其中最為嚴重的一種。我國又是世界上地震災害最為嚴重的國家，新版《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[1]取消了原來的地震基本烈度小于Ⅵ度的劃分，并適當調(diào)整提高了部分城鎮(zhèn)的地震基本烈度，實現(xiàn)了抗震設(shè)防區(qū)域的全覆蓋。工程抗震設(shè)防是減輕地震災害和損失的行之有效的措施，因此，對土木工程專業(yè)的學生而言，開設(shè)工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計課程就顯得尤為重要。

工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理是土木工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，開設(shè)于上世紀80年代，是學生從事本專業(yè)科研、生產(chǎn)和管理工作必備的理論基礎(chǔ)。通過本課程的學習，不僅可以使學生掌握工程抗震設(shè)防和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本理念、原理、步驟和構(gòu)造措施等方面的知識，了解國內(nèi)外結(jié)構(gòu)抗震理論的最新動態(tài)，而且可以使學生運用所學知識解決具體的實際工程問題。

長期以來，本課程的教學模式主要采用傳統(tǒng)的“填鴨式”講授法。為了適應國內(nèi)外土木工程教學的最新理念和社會需求，課程進行了一系列比較大的改革[2-5]。例如，以多媒體課件增加教學信息量、以結(jié)構(gòu)地震仿真計算強化學生對基本概念的理解、以圖片、錄像和動畫資料補充教學內(nèi)容、依托實驗室舉辦結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽和開放實驗活動、課程建設(shè)與學科建設(shè)緊密結(jié)合，通過科研促進教學等。如何通過教學方法和教學手段的研究與改革進一步加深學生對課程內(nèi)容的理解，提高課堂教學效率和教學質(zhì)量是教師不斷追求的目標。

本文針對本課程教學中亟待解決的若干問題，提出將“三字經(jīng)”形式引入工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理教學的教學改革思路，對《工程抗震三字經(jīng)》及其教學應用進行了探討和實踐，建議了該方法的實施步驟，分析了該方法的特點和優(yōu)勢，并以教學案例說明了“三字經(jīng)”在工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理教學中的應用。

二、課程教學目前存在的問題

1. 課程內(nèi)容多、教學課時少：本課程涉及地震基本知識、工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防目標和抗震設(shè)計基本要求、地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗算方法、常規(guī)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理、步驟和構(gòu)造措施等[6，7]。課程原教學規(guī)劃為54學時，后調(diào)整為24學時，現(xiàn)在又調(diào)整為32學時。以往的教學實踐表明，要在非常有限的時間內(nèi)條理清晰、重點突出而又生動有趣地完成教學內(nèi)容，難度很大。

2. 教學熱情高、學習興趣低：本課程教學團隊的每位成員均一直堅持從事工程抗震研究和實踐，承擔了國家、省部級科研項目和國際合作研究計劃，對教授工程抗震具有很高的熱情。然而，由于本課程通常安排在第七學期，即大四上學期，而在此期間，大多數(shù)學生以求職或考研為重，對授課內(nèi)容缺乏興趣，缺課現(xiàn)象時有發(fā)生。

3. 理論難度大、理解掌握差：本課程涉及的學科廣泛，包含的概念、公式和規(guī)范條文眾多，內(nèi)容抽象難懂。學生由于專業(yè)基礎(chǔ)知識不足和缺乏學習技巧，對于復雜的知識點，聽過就忘，短時間內(nèi)不容易記憶、理解和掌握。

面對上述存在的問題，如何構(gòu)思有效的解決方案，從而在有限的時間內(nèi)凝聚課程內(nèi)容，吸引學生的注意力，激發(fā)學生的學習興趣，以方便理解的方式學習和講授本門課程，強化課堂的教學內(nèi)容是教學中需要解決的一個問題。

三、工程抗震三字經(jīng)及教學應用

眾所周知，《三字經(jīng)》是中國傳統(tǒng)啟蒙教材中最具代表性的一種，也是影響最大的一種。它深得人們喜愛的一個根本原因在于它的形式：三字一句、形式整齊、讀起來上口、聽起來悅耳，并且前后句自然連貫、語義通暢、既通俗易懂又蘊含豐富的哲理。

中國地震局工程力學研究所王前信研究員[8-9]采用“三字經(jīng)”的形式，將涉及面很廣的抗震科學知識加以提煉，撰寫了《工程抗震三字經(jīng)》一書，并與1997年由地震出版社出版發(fā)行。

《工程抗震三字經(jīng)》一書通過2000多字的三字經(jīng)形式凝聚了工程抗震中最主要的知識，涵蓋了地震學初步知識、工程地震學初步知識、工程結(jié)構(gòu)抗震分析、試驗、設(shè)計和措施的精華要點，具有如下特點：

1. 注重基本概念、基本理論和基本方法，注重內(nèi)容的系統(tǒng)性，絲毫沒有生拼硬湊的痕跡。

2. 深入淺出、通俗易懂、言簡意賅，淺顯明白，適合各層次的讀者閱讀。

3. 篇幅不大，可以誦讀，不但便于學習，還特別便于記憶。

4. 可供非專業(yè)人員試讀試記，對于所涉及的專業(yè)內(nèi)容則可以留待以后理解。

本文結(jié)合工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理教學目前存在的問題和《工程抗震三字經(jīng)》一書的特點，對本課程的教學改革進行了一些思考和實踐。建議在教學中引入“三字經(jīng)”形式，具體實施可以分為以下幾個步驟：

1. 準備階段——課前

（1）以教學大綱為依據(jù)，將《工程抗震三字經(jīng)》與教材相結(jié)合，精選出具有基礎(chǔ)性、代表性和穩(wěn)定性強的教學內(nèi)容。

（2）對精選出的教學內(nèi)容進行知識點分解，對《工程抗震三字經(jīng)》內(nèi)容進行優(yōu)化重組，選擇與知識點相匹配的“三字經(jīng)”表述。

2. 閱讀、分析階段——課前、課中

（1）將優(yōu)選重組后的“三字經(jīng)”提前提供給學生，要求課前試讀試記，專業(yè)性的內(nèi)容可以留待課堂理解。

（2）配合圖片、錄像和動畫等形象化素材制作課件，借助多媒體演示手段開展課堂教學，總結(jié)精華要點。

3. 討論、強化階段——課中、課后

（1）對在“三字經(jīng)”閱讀、記憶和分析中取得了哪些收獲，解決了哪些問題，還有哪些問題尚待釋疑開展體會交流。

（2）課后反思“三字經(jīng)”具體反映了哪些知識點，鞏固學習內(nèi)容，進一步加深對精華要點的理解。

四、“三字經(jīng)”教學模式特點和優(yōu)勢

由上述具體實施步驟可以看出，“三字經(jīng)”在工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理教學中的應用具有以下特點和優(yōu)勢：

1. 深入淺出，文理結(jié)合：“三字經(jīng)”形式具有通俗性、精煉性和啟發(fā)性，通過文理結(jié)合的模式，增加了學生的學習樂趣，以文科感受性的思維模式，強化了學生對工科專業(yè)知識理解。

2. 全程導學，內(nèi)外結(jié)合：把課堂教學的有效性從課內(nèi)擴大到課前-課中-課后全過程，學生帶著好奇和疑惑進課堂，教師有的放矢在課堂，學生反思鞏固在課后。

3. 師生互動，激活課堂：充分調(diào)動教師-學生雙主體作用，開展學習“三字經(jīng)”的體會交流，通過加強教與學的互動性，活躍了課堂氣氛。

4. 教學相長，自我提高：教師理解“三字經(jīng)”的內(nèi)容，思考如何將“三字經(jīng)”的內(nèi)容優(yōu)化、遷移和拓展到知識點的過程也是一種自身學習過程，促進了教師教學水平的提高。

綜上所述，將《工程抗震三字經(jīng)》引入工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理的教學中是一種新穎獨特而又行之有效的教學方式，多輪教學實踐表明學生可以從中深化對工程抗震原理和方法的理解，體會到工程類專業(yè)課與中國傳統(tǒng)文化的緊密聯(lián)系，取得良好的教學效果。

五、教學案例分析

（一）案例1：地震的工程特征

地震的工程特征屬于地震及工程抗震基本知識范疇。其中，地震波及其特征涉及概念多、理解難度大且容易混淆。下面以“地震的工程特征”一講詳細說明“三字經(jīng)”在教學中的應用。

1. 教學內(nèi)容：地震的工程特征，了解和掌握地震成因、地震波特征及其傳播方式和地震動三要素。

2. 知識點分解：

（1）地震發(fā)生機制。

（2）地震波及其特征（重點、難點）。

（3）地震動三要素（重點）。

3. 與知識點相匹配的“三字經(jīng)”[8]：

（1）地震發(fā)生機制：

地球狀 若球形 地構(gòu)造 層分明

板塊說 漂移論 巧構(gòu)思 多論證

板緣處 地震孕 板塊內(nèi) 震也生

震發(fā)處 稱震源 淺則重 深則輕

地面影 謂震中

（2）地震波及其特征：

地震波 傳輸能 體內(nèi)生 界面存

兩體波 各自行 縱先至 繼而橫

表面波 深衰性 瑞雷波 地表行

橢圓跡 倒?jié)L行 三二比 緩于橫

勒夫波 蛇步行 彌散性 軟覆層

（3）地震動三要素：

時程圖 多信息 三要素 峰頻持

4. 配合圖片、錄像和動畫等素材，借助多媒體演示手段開展課堂教學，使學生能從知識體系的視角去看待“三字經(jīng)”表述，部分多媒體課件如圖1所示。

5. 開展師生互動，討論尚待釋疑的問題，具體包括：

（1）地震發(fā)生的局部機制。

（2）不同地震波對建筑結(jié)構(gòu)的影響。

（3）三要素分別反映地震動的哪些特性。

6. 加深對以下精華要點的理解：

地球狀 若球形 板塊說 巧構(gòu)思

板緣處 地震孕

地震波 傳輸能 體內(nèi)生 界面存

兩體波 各自行 縱先至 繼而橫

瑞雷波 地表行 橢圓跡 倒?jié)L行

勒夫波 蛇步行

三要素 峰頻持

（二）案例2：地震反應譜

1940年比奧特（Biot M. A.）通過對強地震動記錄的研究，首創(chuàng)了反應譜這一新概念，為地震工程學進入一個新的發(fā)展階段打下了基礎(chǔ)。50年代初，豪斯納（Housner G. W.）發(fā)展了這一理論，并在加州抗震規(guī)范中首先采用反應譜作為抗震設(shè)計理論。反應譜的定義為：單自由度彈性體系在給定的地震作用下某個最大反應與體系自振周期的關(guān)系曲線。

可以看出，地震反應譜是工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理中一個非常重要的概念，其定義抽象、理解難度大。如何用通俗易懂、便于記憶和理解的描述，深入淺出地講授這一概念一直是教學中需要面對的問題，“三字經(jīng)”為解決這一問題提供了幫助。與該知識點相匹配的“三字經(jīng)”表述為[8]：

二階段 反應譜 豪與比 功卓著

單振子 擬結(jié)構(gòu) 震作用 反應求

遠近震 場地土 與阻尼 作參數(shù)

峰反應 自振周 縱橫標 繪譜圖

可以看出，上述言簡意賅的48個字涵蓋了地震反應譜的提出背景、反應譜的定義、反應譜的建立流程和影響反應譜特性的因素。

教學實踐表明，將上述“三字經(jīng)”內(nèi)容課前提供給學生試讀試記，事先在腦海中建立印象，暫不要求對其深入理解，做到胸中有數(shù)，學生就會帶著好奇和疑惑進課堂。在此基礎(chǔ)上，借助多媒體演示手段（如圖2所示）開展課堂教學，釋疑問題，開展討論，可以深化學生對地震反應譜概念的理解，取得事半功倍的教學效果。

六、結(jié)束語

針對目前工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理教學中存在的教學課時少、學生學習興趣低和理解掌握差的現(xiàn)狀，提出將《工程抗震三字經(jīng)》引入教學過程的改革思路，并據(jù)此進行了多輪教學實踐，取得了深入淺出、全程導學、師生互動和教學相長的目標效果。

教學改革和實踐表明，對教學方法和手段進行一些小小的改進和補充，都可以促使學生能更好地理解和掌握這門課程。作為一個工程抗震方向的教育工作者和研究工作者，應結(jié)合教學中遇到的問題，積極對工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理課程進行改革探索，改變傳統(tǒng)的教學內(nèi)容和教學方式，為土木工程專業(yè)培養(yǎng)更多的優(yōu)秀人才。

參考文獻：

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[9]王前信.工程抗震三字經(jīng)[J].世界地震工程，1998，14（1）：91-95.