《工程结构可靠度》教学的实践与体会

摘 要：针对《结构可靠度》教学内容庞杂,数学基础要求较高的特点,从教学目的、教学内容、教学方法、考核方式及教师素质培养等方面进行探讨和实践,以推进教学改革和完善人才培养模式,并有针对性地提出具体的改革措施和实践方法.

关 键 词：教学方法；《工程结构可靠度》；土木工程

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）35-0078-03

随着科技的发展,土木工程的相关规范已经逐步过渡到基于概率的设计方法,即考虑结构可靠度的设计方法.1998年出台了国际标准,《结构可靠性总原则》ISO2394：1998,2002年,考虑结构可靠度的欧洲新规范《结构设计基础》（EN1990：2002）出台,2008年,我国的新国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》颁布.规范颁布至今时间不长,相关的教育教学还不完善.目前本科阶段没有《结构可靠度》这门课,土木研究生只是选修课.本文针对我校研究生的现状,谈谈《工程结构可靠度》这门课的教学和体会.

一、《结构可靠度》开设的必要性

《工程结构可靠度设计统一标准》1992年第一版颁布以来,各土木行业也陆续颁布了相应的可靠度统一标准,包括港口工程结构可靠度设计统一标准（GB50158—92）,水利水电工程结构可靠度设计统一标准（GB50199—94）,铁路工程结构可靠度设计统一标准（GB50216—94）,公路工程结构可靠度设计统一标准（GB/T50283—1999）.2008年第二版的《工程结构可靠度设计统一标准》,对第一版进行了修订并增加了对既有结构可靠性的评定.《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）也是修订版.各标准的执行,标志着普遍设计方法的进步,它从原规范的经验系数法转到以概率为基础的极限状态设计法.这种设计方法的转变,具有普遍性,涉及到结构工程的各种行业,包括土木、水电、建筑、铁路、公路、港口等等.相关的从业工程技术人员也经历了以经验为主的安全系数法的旧规范到基于可靠度理论的极限状态法设计的新规范的“转轨”.新近入行的技术人员不必“转轨”,直接采用新规范,但新规范的基础——可靠度理论,只在极少数大学开设,这造成了理论与实践的脱节,学生从业后对规范理解不够深入和透彻.面对规范的“转轨”,我校的相应教学还没跟上,作为规范的核心内容工程结构可靠度原理在本科阶段是不学的.事实上,为了方便学生以后从事土木工程,需要在本科生阶段就进行教学,可以在本科生高年级开设.目前只在研究生阶段学习,除了了解基于可靠度的规范外,也为学生科研提供了新方法,开拓了视野.

二、《工程结构可靠度》教学体系探讨

《工程结构可靠度》教学体系,应包括可靠度分析的基本方法,可靠度方法在不同地区、不同行业的实施情况,即规范,可靠度研究的进展情况,让学生对可靠度在土木行业的应用和研究有较深入的理解,为学生的研究开阔视野.具体分析有以下几点.

1.教学目的.《结构可靠度分析》是为土木研究生开设的课程.本课程主要介绍结构分析中的可靠度理论、方法和应用.目前我国工程结构设计,已从传统的安全系数的方法转变为基于可靠度理论的状态设计方法.传统的设计方法没有充分考虑设计参数的不确定性,而可靠度理论则较充分地考虑了参数的随机变异性,广义可靠度则还能进一步考虑模糊不确定性和未确知性,是结构设计理论与实践发展的必然方向.课程目的是通过教学让学生学会从随机概率分析的角度来处理力学和结构问题.

2.教学内容选择.工程结构可靠度教学采用的教材是《工程结构可靠性设计原理》,参考教材是《结构可靠度理论》,内容包括：工程结构可靠度研究历史简介,传统设计方法和半概率设计方法,中心点法——次二阶矩理论之一,验算点法——次二阶矩理论之二,荷载及抗力的统计分析,近似概率法的应用,材料性能的质量要求和控制,以及工程结构可靠度理论发展中的几个问题.本课程学习的重点是一次二阶矩理论、概率极限设计实用表达式和结构体系可靠度.由于是研究生课程,在讲授时增加了结构的稳健性与抗倒塌设计,既有结构可靠性评估,又有岩土工程可靠度等内容,为学生科研提供参考.

3.教学方法.当今教育注重知识讲授与能力培养的统一.知识是能力的基础,能力是已获知识应用的手段和体现.（1）在课堂教学方法上,采用小班教学,课堂教学方式相对比较灵活.根据教学内容的不同可采用讲解、回答问题、讨论、自学等多种教学方式.（2）将多种教学手段引入教学体系.除常规教学手段外,还可采用多媒体技术,比如ppt、视频、动画,以形象直观地展示教学内容,使学生理解更加容易,另外,由于土木工程的普遍性,还可以采用带学生现场参观的形式,拉近课堂与现实的距离.这些教学表现形式的多样化,大大提高了教学效率和质量.（3）提升学生的科研意识.课堂上重视科研现状和科研前沿的介绍,让学生了解相关方面的研究情况.

4.重视应用网络.在互连网发达的今天,学生上网几乎成了习惯.充分利用这个条件,让学生从网上搜集资料,自己了解和解决一些对他们相对有难度的问题.培养学生搜集、查阅资料、综合资料的基本科研能力.

5.提高教师素质.教师的素质直接关系着教学的质量和效果.深厚的基础理论和广博的专业知识,一定的生产实践经验,相当的科学研究能力,是对现代大学教师的时代要求.教师须注重调整知识结构体系,努力学习新技术,才能保证在教学中有效地提高讲授的质量,较好地提升学生的工程意识和科研意识.当然,作为教师的一般素质要求的提升也不可懈怠,比如表达能力、与学生互动的能力、敏感捕捉学生疑惑点的能力等.教师自身素质的提升,是保证土木《工程结构可靠度》良好教学效果的动力和源泉.

三、《工程结构可靠度》教学实践总结

结合教学实践,下面是对《工程结构可靠度》的教学实践总结.

1.精心组织教学,全力保证教学质量.在学生掌握结构可靠度教学目的的基础上,让学生学会如何把结构可靠度用于自己的研究领域；利用多样化的教学手段,培养学生理解、解决实际问题的能力.

2.拓展课堂教学,开展多层次多种形式的教学活动.对于可靠度相关的概率、数理统计、随机振动等数学知识,采用重点讲解与学生自主学习相结合,对于规范现状及发展趋势,科研现状及发展趋势,在课堂讲解时穿插进行,开设与教学内容相关的专题讲座,开拓学生的视野,对可靠度有较深入的了解.结果表明：通过学习拓展、前沿讲解和专题讲座,学生巩固了所学知识,开阔了视野,丰富了结构可靠度的教学内容.

3.结合科研与实际工程,提升教师素质.做好科研课题,积极参加实际工程,可以有效提升教师的素质.做好科研,才能把握土木结构可靠度的快速发展,及时调整知识结构,拓展知识面,了解新技术和新方法.积极参加实际工程,才能提高动手能力,增强工程素质.实践表明：通过将科研和工程实践成果引入教学,能深入浅出,避免纸上谈兵,有效增强教学效果.

4.考核办法.考核采用平时成绩和写论文的形式,由于是小班,学生本科学习的背景不一样,每个学生的论文题目和方向是不一样的,迫使其独立完成.经学生的实践说明,这种考核方法是适合该课程特点的一种较好的考试办法.它既可以促进学生掌握可靠度的基本内容,又可以增强学生分析问题和解决问题的能力,并对以后的硕士论文撰写有帮助.

四、结束语.

在结构可靠度的教学实践中,有如下几点体会：（1）课程内容应尽可能地反映学科领域的发展现状.课堂讲义应反映一些较成熟的、工程上适用的较新研究成果,着重从方法和思路方面加以讲解.（2）教学与学生扩展阅读、自己查资料、写论文相结合.培养学生自己就某个方向收集资料、提炼观点的能力.（3）针对部分学生本科教学的背景差异,在课堂讲授时,做一些查漏补缺的教学.该部分应简单易懂,并给出进一步阅读的参考书目或,以方便学生拓展阅读.（4）教学与科研相结合.高水平的教学离不开科研,科研与教学相互促进,高质量的教学需要高质量科研的融入.

[4]GB50216—94,铁路工程结构可靠度设计统一标准[S].北京：中国计划出版社,1994.

[5]GB/T50283—1999,公路工程结构可靠度设计统一标准[S].北京：中国计划出版社,1999.

[6]赵国藩,贡金鑫,赵尚传.我国土木工程结构可靠性研究的一些进展[J].大连理工大学学报,2000,（3）.

[7]中华人民共和国国家标准,工程结构可靠性设计统一标准（GB50153-2008）[S].北京：中国建筑工业出版社,2009.

[8]GBJ68—84,建筑结构设计统一标准[S].北京：中国建筑工业出版社,1984.

[9]贡金鑫,魏巍巍.工程结构可靠性设计原理[M].北京：机械工业出版社,2007

[10]赵国藩,金伟良,贡金鑫.结构可靠度理论[M].北京：中国建筑工业出版社,2010.

作者简介：杨世浩（1970-）,男,湖北荆门人,副教授,博士,从事结构工程方面的研究.