工程结构分析论文范文

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1前言

21世纪是地下空间作为重要资源开发的世纪，人防工程不仅在战争时期是国家防御体系的重要组成部分，在和平时期的经济建设中同样有着十分重要的地位，但是长久以来地下建筑工程的渗漏已是建设者们伤透脑筋的大事，由于地下室不同程度的渗漏水限制了已建人防工程的开发利用，每年不得不投入大量人力、物力、财力进行维修，所以提高防水效果是当前人防工程建设中需解决的重点问题之一。2001年新修订的《地下工程防水技术规范》（GB50108－2001）把结构自防水明确规定为“应选”，而不是旧规范的“宜选”，体现了以结构自防水为主的思想，结构自防水是人防工程防水的治本措施，提高结构自防水质量是提高人防工程最终防水效果的关键。根据自己亲自参与人防工程设计、质监及施工的实践，谈谈提高人防工程结构自防水中应注重的几个问题。想对当前人防建设起到抛砖引玉的作用。

2影响人防工程结构自防水质量的主要因素

2.1工程地质方面。工程地质对基础的均匀沉降有重要影响，是影响人防工程防水效果的关键因素之一。湖南有些城区地质状况较复杂，岩溶和土洞均有不同程度的分布，属地质灾害发育的场地，如果工程地质状况未掌握清楚，地质钻探深度不到位或抄袭相邻的地质报告，工程地质报告未正确反映土层性质、地下水和土工试验情况，则会造成结构设计方案欠佳，施工措施不到位，可能导致基础不均匀沉降，出现人防地下室渗水现象。

2.2设计方面。在认识上，未真正树立以混凝土结构自防水为防水之本的设计理念，在实际工作中往往重防水材料，轻防水混凝土。在设计时，强调防水混凝土的强度等级，而对混凝土抗裂性能未引起足够重视。细部结构和配筋不合理，防水设计与工程结构设计未很好结合，结构形式设计过于复杂。同时，人防专业设计单位缺乏，非专业设计单位的设计人员掌握的人防工程设计知识参差不齐，造成人防工程设计问题较多，使工程质量受到影响。

2.3施工方面。原材料质量控制不良，坍落度控制不好，施工缝等细部结构处理不当，混凝土浇注后未按照施工规范要求进行养护。混凝土结构自防水施工是个精细过程，必须合理地选用配合比、水灰比、坍落度等参数，把好混凝土浇筑、振捣关，注意养护时间和条件，否则将导致混凝土内部出现空隙，结构表面出现裂缝。

2.4监督管理方面。对防水工程质量监督检查不严，未严格按有关规定进行工程全过程监督检查。图纸设计不够规范，设计审查不严。施工前未认真进行图纸技术交底，承包人未掌握防水施工要点，不少人防工程在建设的关键环节和关键部位上，现场监督没有完全到位。对监理公司的监督管理不严，素质和技术管理水平不高，甚至存在无专项资格的监理。

3提高人防工程结构自防水质量的措施

3.1选用合理的结构形式。结构自防水是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度，提高结构本身的抗渗性能，它要求结构本身必须具备一定的刚度，而合理的结构形式是提高结构整体刚度的关键。因此，在结构选型方面，应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定，避免结构平面突变或断面刚度突变，尽量使结构平面选型规整，借以提升结构的整体刚度。

3.2科学设计防止混凝土开裂方案。提高混凝土结构自防水性能关键是控制钢筋混凝土裂缝的产生，在地下工程防水设计中，应特别注重防止混凝土开裂的设计方案，从混凝土强度设计及材料选用、钢筋及拉结筋布置、防止不均匀沉降等方面减少和控制混凝土开裂。

3.2.1选择适宜的主体结构材料强度。提到防水混凝土质量，人们自然想到如何提高强度和抗渗等级，混凝土设计强度、抗渗等级越高，单位水泥用量也就越多，水泥水化产生的热量也高，收缩变形加大，结果导致混凝土结构开裂。因此，要根据使用功能、防水等级、工程埋深等，考虑适宜的人防地下室工程主体结构材料强度，混凝土强度等级不宜低于C30，但也不应过高，抗渗等级应根据工程埋置深度在S6～S12范围内选用。

3.2.2合理选择混凝土原材料及配合比。一是正确选择水泥品种和用量。一般选用水化热较低的水泥，在保证混凝土强度和其他性能的前提下，通过优选砼配合比，尽量减少水泥用量。二是严格骨料质量，特别应重视粗骨料的选择，宜选用表面粗糙、质地坚硬、级配良好、空隙率和含砂率小的石料。三是掺用符合国家标准要求的粉煤灰替代混凝土中的部分水泥制成粉煤灰混凝土，降低水化热，增加密实性，增强砼后期强度，提高砼的抗掺性和抗裂性。四是掺入适量的膨胀剂，配制成补偿收缩混凝土。补偿收缩防水混凝土不但可以减少混凝土在各龄期的收缩值，而且使混凝土在硬化过程中推迟了收缩的产生时间，提高了混凝土抵抗收缩应力的能力，从而减少了收缩裂缝的数量。

3.2.3钢筋布置的设计。一是适当增加墙体水平构造筋。墙体受力钢筋过多，水平构造筋过少是墙体容易开裂原因之一。为了防止这些裂缝的产生，可以采用螺纹钢筋，并适当减少水平构造筋的间距，增加墙体水平构造筋，以提高混凝土极限拉伸强度。二是合理设计拉结筋结构。在设置拉结筋时，采用“梅花型”布置，尽量少而精。双面配筋采用统一的模数确定钢筋间距，保证双面钢筋交叉点连线垂直于钢筋网。在拉结筋中间焊接止水环，或将拉结筋与模板拉杆二者结合起来，合设一个止水环。

3.2.4防止基础不均匀沉降。在开始设计前，要取得全面、准确的工程地质情况资料。在设计时应注意上部结构的均衡布置，以减少上部荷载不均导致沉降差，地基基础设计以控制变形值为主，设计单位必须进行基础最终沉降量和偏心距离的验算。岩溶和土洞有不同程度分布的人防工程，应对持力层范围内的岩溶、土洞进行相应处理，在地基土的压缩性有显著不同处或在地基处理方法不同处设置沉降缝。

3.3提高防水混凝土的施工质量

3.3.1控制好原材料的质量。混凝土的原材料必须符合现行国家标准、施工及验收规范和设计的有关规定。在施工前进场材料必须现场抽样检验，达不到要求不得使用，重点控制好水泥的用量、强度，砂石含泥量及级配，要通过增加优质粉煤灰等来减少水泥用量，避免混凝土实际强度超过设计强度，提高抗裂性能。

3.3.2把好混凝土浇筑、振捣关。混凝土应分层浇筑、分层振捣，相邻两层浇筑时间应根据气温情况合理确定，以确保上、下层混凝土在初凝之前的牢固结合。混凝土泵送入模时，应使其水平均匀入模，并控制其自由倾落的高度。混凝土振捣前应先根据具体的结构物设计振捣点，振捣时间一般为10～30s，以混凝土开始出浆和不冒气泡为准,避免漏振、欠振和超振。

3.3.3选择合理的混凝土坍落度。实践证明，在同等条件下，混凝土坍落度越小，混凝土早期收缩越小，施工后主体结构出现的裂缝越少。用于防水的商品混凝土入模坍落度应控制在120±20mm，目前，人防地下室普遍采用混凝土泵送施工方法，为控制坍落度同时又保证可泵性，应选择质量好的混凝土输送泵，最好选用进口混凝土输送泵。

3.3.4设置、处理好细部构造。混凝土应尽量做到连续浇筑，不留或少留施工缝。施工缝的设置，主要考虑一次混凝土浇筑强度和有效控制混凝土的收缩裂纹，在施工缝处继续浇筑混凝土前，对接缝表面应进行凿毛处理,粘贴遇水膨胀止水条或中埋式止水带。因工程设计需要设置后浇带的地方应提高施工质量，采用补偿收缩混凝土，其配合比应经试验确定，施工前，应将接缝面用钢丝刷认真清理，凿去表面砂浆层，完全露出新鲜混凝土后再浇筑。

3.3.5重视混凝土拆模及养护工作。抗裂防水混凝土由于掺加了大量矿物掺合料，早期强度增长一般较为缓慢，后期强度有较高的持续增长，因此拆模时间和养护制度与普通混凝土不同，混凝土侧模的拆除时间一般比普通混凝土晚2d，严禁过早拆模。混凝土终凝后应进行养护，养护时间不少于14d，以防止在硬化期间产生干裂。

3.4加强质量监督管理，把好设计审查、施工监督、竣工验收关

3.4.1坚持标准，严把设计审查关。要选择有资质的设计单位，提高设计质量。抓好施工图设计审查，对不符合人防工程建设设计规范、强制性条文及行业标准的施工图，提出审查修改意见，由设计单位进行修改，经审核批准后方可施工。进行设计交底和图纸会审，使施工单位熟悉设计图纸，了解工程特点和设计意图以及人防工程施工的质量要求等。

3.4.2跟踪到位，严把施工监督关。人防工程质监部门要对建设、勘查设计、施工、监理单位在工程建设中作出的具体质量行为合法性进行监督检查，对每一项报监工程制定质量监督计划，对关键工序、关键部位、关键环节实行跟踪监督检查，采取法律、经济、行政手段及时纠正问题，严防不合格的工序质量形成或进入下一道工序。建设、施工单位要建立健全质量管理制度，设置工序控制点，把好工程材料进场关，加强施工过程质量控制，杜绝随意变更设计和不按审查批准的设计图纸施工现象的发生，确保设计、施工方案和质量保证措施在实际工作的落实。

3.4.3规范管理，严把竣工验收关。利用人防工程竣工验收备案这一强制手段，强化监督管理，检查设计、施工等环节的工作成效，对存在的问题要求及时整改，使得不合格的工程不能备案，更不能投入使用。

4工程实践

某综合楼地上十二层，地下二层，建筑高度约56m，总建筑面积约10.41万m2，该工程地下一、二层为汽车库及配套设备用房，其中，主楼地下二层设有部分人防地下室，防水等级为一级。近年来，由于结构裂缝影响人防工程地下室正常使用的问题越来越突出，该工程一开始就对结构自防水问题认真对待，确定“综合治理，以混凝土结构自防水为主”的防水原则，重点对结构自防水采取了以下措施：

4.1强化地质状况调查，采用合理的主体结构形式。根据该工程所在地的地质情况，对持力层范围内的岩溶、土洞进行了相应处理，设人防地下室的主楼基础形式通过采用复合地基和调整桩基的桩长、桩数、桩径等来调整各部分的沉降量。地下室布置规整，为现浇钢筋混凝土结构，从结构选型方面提高了结构整体刚度。

4.2优化配合比设计。混凝土配合比经与混凝土厂家反复试配后慎重决定。如C45、S8剪力墙1m3混凝土各种材料用量分别为：水泥340kg、河砂649kg、碎石1058kg、粉煤灰73kg、矿碴73kg、缓凝高效减水剂7.29kg、水180kg，即配合比为1：1.909:3.112:0.215:0.215:0.021:0.529。本配合比最大特点是通过掺入优质粉煤灰和矿碴(每m3混凝土掺入量达146kg)，减少了水泥用量，降低了混凝土最高绝对温升，同时节约了成本。

4.3严格施工工艺和方法。严格控制混凝土坍落度，当坍落损失后不能满足施工要求时，加入原水灰比的水泥浆或二次掺加减水剂进行搅拌，严禁直接加水。严格控制混凝土入模温度，避免在高温时段灌注混凝土。主体结构施工时，采用合理振捣方法，拆模时间不宜过早，混凝土养护及时到位，采用混凝土养护自动喷淋系统。

4.4加强工程质量的监督。对设计中存在的问题提出了审查修改意见，经再次审核批准后施工。制定了该项目质量监督方案，对关键工序进行重点监督抽查验收。

该人防工程地下室建成近一年来，工程质量完好，未出现渗漏水现象，取得了良好的效果。

5结语

以上是多年来自己从理论到实践从事人防工程设计、施工、质监工作中的点滴体会，是对人防工程结构自防水问题的研究和探讨，总的来说可以归纳总结出提高人防工程结构自防水质量的“一个理念、一个重点、四项手段”的解决方案。即树立“混凝土结构自防水为主，防排结合”的理念；以防止混凝土开裂为重点，提高人防工程防水耐久性；采取“四项手段”：一是选择规整的结构平面形式，二是从混凝土强度选择、优化配合比、钢筋及拉结筋布置、防止不均匀沉降等方面科学设计防止混凝土开裂的方案，特别是针对龙岩优质粉煤灰较多情况，在保证混凝土强度的前提下，减少混凝土中水泥用量，增加粉煤灰用量，三是提高防水混凝土施工质量，特别是在许可的范围内尽可能降低混凝土坍落度，把好混凝土浇筑、振捣、养护关，四是加强质量监督管理，做好防水混凝土施工前、施工中和竣工的全过程质量监督管理。希望能对提高人防工程结构自防水有所帮助，不当之外，请批语指正。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家标准.GB50038－2005，人民防空地下室设计规范.

[2]中华人民共和国国家标准.GB50134－2004，人民防空工程施工及验收规范.

[3]朱祖熹.浅谈地下工程防水规范实施中的若干问题.施工技术2003.（03）

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0前言

程结构跨度变得越来越大，结构的动力特性也就显得越来越重要，因此结构设计帅和上程技术人员也对它更加重视。方面，通过对结构动力特性优化设计，使结构处于良好的上作状态，保证了结构的安全可靠性，延长了结构的使用周期和减少了对环境的厂几扰:另一方而，通过结构的动力特性可了解复杂结构的结构性能和技术性能，从而作出科学的技术评定。运用结构动力特性解决程实际问题，需要有个桥梁—近20余年迅速发展起来的模态分析技术。模态分析是结构动特性分析的，种手段，通过分析L.程结构的模态特性可建立结构在动态激励条件下的响应，预测结构在实际五作状态下的工作行为及其对环境的影响。

1模态分析理论

1.l模态分析的实质

模态分析实质是一种坐标系统的变换，目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量放到所谓的“模态坐标系统”中描述，这一坐标系统每一个基向量恰好是振动系统的个特征向量，利用各特征向量之间的正交性，可使描述响应向量的各个坐标互相独立而无藕合，于是，振动方程是一组互无祸合的方程，各个坐标均可单独求解。

1.2模态分析的方法

模态分析可分为实验模态分析与计算模态分析两种方法。实验模态分析是采用实验与理论分析相结合的方法来识别结构模态参数(模态频率、模态阻尼、振型)，用实验的方法来寻求模态振型以及描述响应向量的各个坐标，即模态坐标。它对程结构的动态分析及优化设计有实用价值。工程结构可视一系统，系统的动态特性是指系统随频率、刚度、阻尼变化的特性。它既可用频域的频响函数描述，也可用时域的脉冲响应函数描述。建立频响函数与模态参数之间的关系，以便识别模态参数，是模态分析的理论一项重要内容。

实验模态分析可分为两种不同的实验方法:

正则振型实验法(NMT):此法用多个激振器对结构同时进行正弦激励，当激振力矢量被调到正比f某一振型时，就可激励出某一纯模态振型，并直接测出相应的模态参数，不必再进行计算。该法的优点在于所得的结果精度高;但它需要高精度的庞大测试仪器和熟练的实验技能，费时长，成本高。

频响函数法(FRF):此法可只在结构的某一选定点卜进行激励，同时在多个选定点依次测量其响应。将激励和响应的时域信号，经FFT分析仪转换成频域的频谱。因频响函数是响应与激励谱的复数比，对已建立的频响函数数学模型进行曲线拟合，就可从频响函数求出系统的模态参数。该法的优点在于可同时激励出全部模态，测试的时间短，所用仪器设备较简单，实验方便，在产业和科研部门得到了一泛的应用。

1.3模态分析技术

模态分析技术的各主要环节如下图所示:

频响函数H表示系统的输出X与输入F的复数比，基木定义是

它的物理含义是:在频率山处输入(激励)—一单的正弦力，则系统将在同样的田处产生一正弦运动的输出(响应)，如下别所示:

而对于线性定常系统，任何输入/输出谱，都可以认为是正弦谱的迭加。故描述系统动态特性的频响函数(FRF)与用来测量的信号类型无关，可用同样应用于简谐激励、瞬态激励和随机激励。

模态分析中结构的各阶固有频率相差较大，而阻尼又较小的情况下，以某一固有频率激振时，该阶固有模态就占土导地位，在定的误差范围内即可当作纯模态响应看待，于是识别L:作可化为一个一个的单自由系统进行就非常方便。但是实际实验中要激出“纯模态”响应是不可能的，因为任何一种分布的激振力必将激出多个模态响应，实际测得的响应是多个响应的叠加。从能量的角度米看，各阶模态之间是正交的，各固有模态之间总是不祸合的，每阶固有模态表现为一种特定的能量平衡状态，各平衡状态之间没有能量交换也互不祸合，结构的能量就是各阶固有模态能量的总和。

模态分析最主要的应用是建立结构动态响应的预测模型，为结构的动强度设计及疲劳寿命的估计服务。模态分析的结果必将伴随着模态坐标的缩减，因为在实际中，我们总是只是取其中的若厂阶起土要作用的模态，而忽略其余阶模态。在物理坐标系中所表达的结构振动方程是按动力平衡观点或牛顿第，二定理来建立的，而在模态坐标系统中建立的响应计算模型或动力方程是从能量平衡观点建立的。局部物理参数的变化总能在模态参数中得到反映，但并非是很敏感的，有的局部变化甚至是不敏感。例如，在某阶振型的节点(该处振幅理论值为零)处附加质量，对该阶模态参数就不会引起变化，所以我们常常能够通过模态参数的变化来检测结构局部损伤，但不能检测非常小的局部损伤。实践说明，在结构动特性中，振型对局部损伤的敏感性大于其它参数的敏感性，而应变模态振型比位移模态振型更敏感。

众所周知，结构在脉冲激励下作自山振动时，由于结构阻尼的存在，其响应将逐渐衰减。理论，结构的动力响应可视为各阶模态按不同比例叠加的结果。对于结构位移响应而言，高阶模态的位移贡献相对较小，而低阶模态的位移贡献相对较大。因此当结构自由振动时，不少人认为结构的模态阶数越高，其响应衰减的速度就越快，最后保留的部分响应是以结构第一阶模态所作的自山衰减振动。目前，这直觉甚至被当作结论被L程界所接受，并在许多上程结构的动态测试中应用，特别是被用来确定结构的第一阶固有频率和阳尼系数。从结构的位移响应中获得的这直观结论，在振动理论尚未给予明确的回答。事实，并非所有程结构都表现为“结构的模态阶数越高，其对应的位移响应衰减的就越快”。

2工程实例

湖北省秘归县三峡库区一钢筋混凝上结构转体施1.拱桥(土跨105米)的成桥动力试验中，为了获取桥梁在车辆激励作用下的自由振动响应信号，在桥而一3/8处(点A1),1/8处(中点A2),3/8处(点A3),1/4处(点A1)，分别布置了加速度传感器(桥梁结构示意图如图1所示)。桥梁结构在不同速度的载重车辆的激励下，其振动的自由衰减响应信号由低频加速度传感器获取，经过电荷放大器、滤波器后，送数值信号采集分析系统作频谱分析。

A1点的加速度响应频谱如图2所示，结构的第1至4阶固有频率分别识别为2.12Hz,3.54Hz,4.781-Iz和G.44Hz;而由A2点的加速瓜响应频谱分析仅识别出结构第2阶和第4阶固有频率:3.54Hz和G.44Hz(对称点的响应信号无法识别出反对称的振动模态，即该结构的第1阶模态是反对称的)。如果将A1点的加速度自伯响应信号经过一定时间衰减后(截取信号的后部分，其类似d单自由度振动系统的自由衰减响应信号)，对其作余振波形分析，固有频率为3.SOHz;如果对其信号作频谱分析，识别的固有频率为3.54Hz,皆为结构的第2阶固有频率。其分析结果表明该桥梁结构的第2阶模态比第1阶模态衰减得快，即结构自由振动时各阶模态衰减的快慢并非一定按模态顺序排列。同时必须指出的是，在许多成桥动力检测中，目前仍然应用结构的余振波形来确定结构的第1阶固有频率和阻尼比，这样就很有可能将结构的高阶模态参数误作为第1阶模态参数，进而对结构的建造质量和技术性能作出错误的判断。

3结论

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一、在应用性课程中进行论文答辩的必要性

以笔者曾旁听过的结构分析II果程为例。结构分析in是阿尔伯塔大学土木与环境工程学院所开的一门专业课程，主要内容是钢结构的结构分析和构造设计，开课对象主要为三年级学生。在课程进行中，学生以4一6人为一个小组，要求各小组分别完成一个公路桥的设计，但并没有留出专有的课堂设计时间，一切作业皆在课余完成。在课程结束前的最后一周，教师会安排时间要求学生对自己完成的课程设计内容进行陈述并进行答辩。

结构分析II:陈程是关于钢结构的构造、计算等设计内容，但要求的课程设计题目比较概括，并没有严格的限制，所以课程设计涉及到了更为广泛的知识面。结构主体既有钢结构，也包括钢结构与钢筋混凝土组成的混合结构，其造型新颖，主体结构形式涵盖了梁式、拱式、桁架及悬索结构，提交的报告书内容包含了结构设计、施工方案及技术及经济上的可行性指标分析等。

在对答辩旁听的过程中，笔者感觉到学生进行的课程设计有着较高的水准。学生的知识面较广，独立学习的能力强，能够有效地将学习内容和掌握到的知识体系有机地联系和整合在一起，在课程的学习过程中不拘泥于教师要求的内容，会主动地学习和摄取其他与结构分析II]课程相关的内容，具有自我完善并构成完整的知识体系的能力。与国内高校的学生相比较，或许在纯理论基础上没有什么差异，但动手、实践及科研能力明显较强。

在阿尔伯塔大学进修学习的时间内，笔者注意到，国外的教师若仅以其在课堂上对知识点的讲解能力而言，并非比国内的高校教师更优秀，课堂教学手段也同样是辅助以幻灯和投影，但其课堂外的教学手段则显得更为灵活多变，学生的学习主动性和积极性较之国内的学生有着明显的优势。因此，即使受到中国目前教育条件和资源所限，发达国家教育体系中一些对基础设施和社会资源要求较高的手段我们无法直接借鉴，但我们也可挖掘自身的潜力、发挥自己的优势，在目前的环境条件下取得一个最大化的成果。就课程答辩这一环节而言，在我们的教学工作中就可以直接应用，并且从教学工作出发，也是相当有必要的。

提高学生的综合素质是中国高等教育急需解决的问题。在国内高校中，一般都没有课程答辩环节，但答辩对学生能力的完善却有着相当重要的作用。在一门课程的学习过程中，如果学生只是完成课程考试或仅是以设计或论文的提交即告结束，那么对相关知识的理解和认识必然就缺乏一个反馈的过程，要么没有从实用的角度得到总结，要么对于在自己学习或所写论文中没有涉及到的知识点难以得到更深层次的认识和理解。而通过答辩过程的实施，教师可以通过对提交论文的批阅掌握教学情况和学生学习情况，并在答辩过程中提出针对性的问题，以加强学生对相关知识的理解。更为重要的一点，就是学生不仅加深了对自己完成工作的认识，还可以在听取其他学生的论文答辩过程中了解和掌握自己没有涉及到的知识点。这是一个教学互动的过程，通过完成课程论文或设计并完成答辩，学生可以更为准确地把握课程的核心内容，并且通过独立地完成论文和答辩达到对课程知识点系统性的认识，培养了主动学习的能力。

二、在应用性课程中进行论文答辩的可行性

多媒体教学方法开始全面引入到大学的课程教学中，同时国内高校对多媒体教学手段的应用也趋于普遍化。先进的教学手段的使用，使得教师可以节省板书时间，而把主要的精力都放在概念的讲解上。但若仅是作如此调整，并不能够完全改变传统教学方式对素质教育的束缚，依然是教师主动地教、学生被动地学，不能完全发挥出先进教学手段的优势。因此，现在国内教学界对多媒体教学方式的采用仍然存在相当大的争论。从素质教育的根本出发，从培养学生综合能力的角度出发，最为重要的还是需要培养学生学习的主动性和积极性。

培养学生的目的是学以致用，使学生具有较高的综合素质，但学生在一些课程的学习中，由于单纯的课堂教学存在讲解呆板、枯燥的情况，学生学习积极性不高。其实即便学科的理论性再强，这些科目与实践工程和生活的联系都是很紧的，因此，教师可以直接从实际工程中取材，把教学工作与实践应用结合起来，设立课堂论文的环节。多媒体教学手段的应用在提高课堂教学信息量的同时，也可以大幅减少课堂板书的时间，节余的教学时间可以用于学生的论文答辩。

笔者在进行结构程序分析课程教学时，也探索性地使用了増设课程论文答辩的方式进行教学。

结构程序分析是一门基础专业课，学时数一共为54学时，其中理论讲解36个学时，上机实习18个学时，主要的教学内容是杆系有限元与平面有限元程序设计和分析其在结构工程中的应用。考核的方式为期末考试，课堂成绩占80%上机实习成绩占20%。由于其中涉及到大量的结构程序分析的内容，因此，在教学过程中，略显烦琐的矩阵分析和弹塑性的公式推导占据了教学的大部分时间。这种传统教学方式显得相对单调，学生在学习中普遍感受枯燥，主动性较差；而上机作业不时有抄袭的现象发生。

为了提高教学质量，改变教学工作以课堂讲授为主的模式，提高学生在学习过程的积极性、主动性，尽管结构程序分析课程学时数非常少，笔者还是在教学中大胆地引入了课程论文答辩环节。该课程一开始即要求学生以3—5人自由分组共同完成一个命题论文，安排了与该课程相关的并结合结构程序设计命题让学生选择。同时在课堂教学过程中，注重与工程实践的联系，引导学生关注与该课程相关的其他学科，要求其独立完成自己所选择的课程论文。

目前国内的教学条件与发达国家相比较，还有着较大的差距。就笔者的教学实践与阿尔伯塔大学比较，教学班的人数有着明显的差距。我校一个教学班，一般由2—3个自然班组成，学生人数可达到100人左右。因此，如此多的学生人数要完成课堂上的即席答辩，压力相当大。为了留出答辩时间，需要对课堂教学内容进行适当调整，加强重点概念的讲解而对一些易于接受的问题则只做出提示的方式；利用多媒体的教学工具，节约画图和板书时间。这样，将36个学时的理论讲解压缩到了30个学时，而在余下6个学时中，要求学生以小组为单位简短介绍自己的课程论文思路，完成情况，并由教师针对论文提出问题，由学生完成答辩。

学生对这样的教学安排有着非常高的热情，一改以前在完成课程作业过程的被动，而是主动地查阅资料，并针对一些具体问题积极地在该课程及相关学科中寻求答案。由于学生需要自主完成答辩的过程，基本上杜绝了抄袭现象，学习的积极性、主动性乃至上课时的精神面貌都有了很大的改善。

三、结语

在课程学习中増设课程论文或设计并完成答辩，是必要的，也是可行的。任何一门学科都必然与工程实际存在一定的联系，要提高学生学习的积极性和主动性，课堂教学必然要与课外学习相辅才能完成。

通过课程答辩，学生可以自己把握课程在实践应用中的重要性及课程在学科中所处的位置。课程论文的完成，不一定局限在单一的本学科内，学生可以应用到所有的相关学科，提高了学生学习的兴趣和主动性，也能让学生真正了解到自己当前的学习状况。课程答辩中的反馈与互动，还可以让学生弥补自己在日常学习中有所欠缺的地方。

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【中图分类号】R2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0024-02

材料结构分析技术是研究晶体结构及其变化规律的重要手段，是材料科学工作者必须掌握的基本知识。随着科学技术的不断发展，众多新型材料不断涌现，材料微观组织与结构分析在材料科学研究中所扮演的角色也越来越重要。因此，高校理工科专业开设有关材料结构分析相关课程，其必要性与重要程度不言而喻。

中南大学材料学院开设的“材料结构分析”一课是全院乃至全校示范性课程，其拥有一流的教师队伍，课程教学内容充实、教学方法先进，教学管理制度完善，教学团队还根据课程内容出版了一系列高水平教材和实验指导书籍。课程的主要内容是有关材料结构表征，以及相关分析仪器和测试技术的介绍，一直是金属材料工程、材料加工工程、粉末冶金工程、材料科学与工程等本科专业必修的专业基础课，并于2008年被评为湖南省精品课程、国家精品课程。在多年的教学实践中，各位任课教师和学者积累了丰富的经验，形成了一支科研业务强、教学水平高的一流团队，为学生创造出了一套完整、科学的理论和实践能力培养体系，在教学改革方面也取得了显著的效果。

一、以创新教育为核心，建立人才创新体系，培养高水平人才

本课程按照国家精品课程的标准和要求进行建设，在教师队伍、教学内容、教学模式、教学方法、教材建设和教学管理等方面争创一流，旨在培养学生的创新思维和创新能力。

学生通过本课程的学习，了解材料科学研究工作者通常关注的主要显微结构分析内容；掌握各种常见分析仪器的功能和基本原理，掌握材料结构分析的基本实验技术、样品制备方法；能与专门从事X射线、电子显微分析等材料结构分析工作的实验人员共同设计试验方案，正确分析检测结果，熟练选用材料结构分析手段开展相关科学研究。

通过扎实的基础理论学习和过硬的实验技能训练，培养学生从事材料科学研究必备的结构分析实验技能，提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。

二、加强师资培养，形成了一支结构合理、水平较高的主讲教师队伍

本课程已有近五十年历史，近半个世纪的传承，经过经验丰富的老教师的传、帮、带，形成了一支由黄伯云院士担任教学顾问，教授/博导、副教授、讲师和高级实验师组成的高水平教学团队，具有博士学历者60%以上；知识结构和年龄结构合理，既有经验丰富的老教师，也有年富力强的中青年教师骨干；师资配置合理，主讲教师9人，讲授/辅导教师4人，实验教师5人。其中教授/博导6人，研究员1人，副教授4人，讲师/实验师6人，助教1人。其中具有博士学位的11人，留学回国人员10人。教学队伍师德优良，学术造诣高，教学能力强，责任心强，团队和谐，长期承担本课程和相关课程教学工作，经验丰富，特色鲜明，青年教师培养计划科学合理，卓有成效。

五年来，材料结构分析精品课程教学团队中45岁以下主讲教师3人晋升为教授，1人晋升为研究员，4人评聘为博导。获国家级、省级、校级教学成果奖10人次，1人获政府特殊津贴，2人被评为教育部优秀人才，1人被评为芙蓉学者，2人选为湖南省青年骨干教师培养对象。由45岁以下主讲教师参与、主持国家级教学改革项目2项，主持国家863项目4项，国家自然科学基金项目3项，军工配套项目2项，其它省、部级重大科研项目12项。期间，他们发表高水平学术300多篇论文，申请专利6项。

本课程教学队伍一直工作在教学科研第一线，具有多年从事教学工作的丰富经验和强烈的敬业奉献精神。经过多年的教学改革与实践，建立了长期的合作伙伴关系和友好的团队协作精神，是一支“强业务，高水平，爱岗敬业的年富力强”的教学团队。

三、精炼教学内容，形成特色体系

“材料结构分析”原理与技术是晶体学、结构化学、金属学、原子物理、微电子学等多学科的交叉与融合。本课程针对全校材料学、材料加工工程、材料化学、粉体材料、冶金工程、机械工程等不同专业的共性和个性，整合、优化教学内容，凝炼核心技术，科学设计课程体系，形成了自己的体系特色。

针对我校材料科学与工程专业本科人才培养目标和“材料结构分析”课程定位，在“以学生为本，融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的现代教学理念指引下，本课程结合“材料结构分析”的基本原理和学科的前沿发展，立足于“重基础、宽口径”、“服务有色金属行业、拓展新材料领域”的大材料学科人才培养思想，精选“X射线衍射分析”和“电子显微分析技术”为主要教学内容，遵循现代教育教学规律，科学地设计了课程体系，实现了理论教学与实践教学的有机统一。

理论教学以材料结构表征、分析仪器及测试技术为主线，突出晶体X射线衍射、电子衍射等重点教学内容，恪守“表征为核心、仪器重操作、技术抓应用”的原则，注重先修基础课及后续专业课的衔接。且善于采用案例教学法，将主讲教师承担科研项目获得的典型实验结果（照片）引入课堂，既正确处理好了经典与现代的关系，又确保了教学内容的基础性、研究性和前沿性。

实践教学以其优越的条件为学生提供了一个应用理论来解决实际问题的平台。目前，我院拥有4台不同型号的X射线衍射仪，2台透射电镜，4台扫描电镜，仪器强件较多，而且全部实现了开放运行，有条件安排本科生上机练习。实践教学的主要方式是由实验老师配合课程授课内容，对照仪器讲解，介绍仪器结构、工作原理和操作步骤，学生在教师的指导下自己动手制备样品，操作仪器进行样品测试，实验获得图谱或照片也要求由学生进行自行分析，教师最后组织讨论和讲解。

实践教学针对“基本操作”、“测试手段”和“研究方法”三大训练模块开设了多层次、多方位的多种类型实验。其中“基础型”实验4项，主要针对X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜和能谱仪的结构、原理及操作方法进行训练，加深学生对“材料结构分析”理论的理解，让学生熟悉仪器构造和基本操作方法；“综合型”实验6项，主要包括为X射线衍射物相分析、点阵常数的精确测量、金属薄膜样品的制备及典型组织的观察、扫描电镜成分衬度像及高倍组织观察，让学生学会样品制备和实验结果分析，熟悉材料结构分析的基本应用，学会针对不同研究对象选择正确的分析方法，了解“材料结构分析”的应用；“设计创新型实验”3项，主要是结合学生课外创新研究课题及导师课题设计大型实验，运用已掌握的知识真刀实枪地解决材料科学研究中的实际问题，从而提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。另外，我们制订并实施了引导学生参加课外科技创新实验和科学研究的方法与政策，并进行考核，形成了“课程实验+课外创新实验+毕业论文”四年不断线的实践教学格局。

四、启发式教学，以灵活的教学手段保证教学质量

在先进的教学理念指引下，创新了教学方法和教学设计，既重视发挥教师的主导作用，又尊重学生在学习活动中的主体地位，实行启发式教学，鼓励学生积极参与学校组织的本科生创新实验和科研活动。并将多种教学方法有机结合，改革考试考核办法，建立了完善的教学评价与考核体系，有效地调动了学生学习的主观能动性和积极性，极大地激发了学生的学习潜能。我们在教学手段和教学方法等方面进行了全面改革，完全淘汰了传统的黑板加粉笔式教学模式，将多媒体教学、网络教学、双语教学相结合，且取得了很好的成效。

在理论基础部分的教学过程中，通过多媒体课件和动画将理论公式的推导思路分步、形象、启发式地进行讲述，有效地促进了学生的积极思考，培养了学生思考问题、解决问题的能力；在有关仪器设备内容的教学过程中，通过模拟动画进行解剖和分析，使原来在黑板上难以讲深讲透的内容形象、生动地展示在学生面前，提高了学生的学习兴趣和学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握，同时启发学生对现有设备提出结构改进意见，培养了学生的创新性思维能力。此外，利用留学回国教师和青年教师具有良好英语基础的优势，开展了双语教学。本课程“晶体基础”、“电子显微分析”部分采用英语课件，向学生推荐优秀的国外原版教学参考书，在传授专业知识的同时，提高了学生的外语学习兴趣和外语应用水平，同时为本课程与国际接轨奠定了基础。

网络教学环境学校的校园局域网及宽带网均与校内各教学楼、办公室、学生宿舍及教职工住宅区相通，并与国内外Internet网相联，网络教学软件资源齐备，硬件运行环境良好。 我们自行制作能满足本课程教学需要的一整套授课教案、电子课件以及一系列仪器设备模拟动画和录像等教学软件，并从日本引进了Jade 6射线衍射数据处理软件，可通过学校的局域网及宽带网经常保持更新，在教学过程中发挥积极的作用。在课程网站上建立了电子教案、教学指导、自测练习等，学生可以在网上自主学习，促进了教学效果的发挥。

重点、难点理论部分的教学采用“课前预习-学生发问-难点讲解-老师质疑-小组报告-学生汇报讲演”的“六步教学法”。通过学生自主学习，老师难点讲解的办法，逐步加深学生对教学重点、难点的理解，最后通过“汇报讲演”的形式牢固紧握。除此，本课程主讲教师都承担了大量的科研项目，在介绍材料结构分析方法基础知识后，结合科研案例讲解材料结构分析方法在材料研究中的具体应用，激发了学生的学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握。

五、编纂特色教材，夯实教学基础

在教学条件保障上，所在学科为一级国学重点学科，该课程开设历史悠久，积淀深厚。自1980年以来，中南大学编写了《金属X射线衍射与电子显微分析技术》、《晶体X射线衍射学基础》（李树棠主编，冶金工业出版社出版）等教材，姜锋、尹志民主编的《材料结构分析》被纳入新世纪材料科学丛书选题；出版了《X射线衍射学实验方法》（李树棠主编，冶金工业出版社出版）及《金属材料科学与工程实验教程》（潘清林主编，中南大学出版社出版）等实验指导书籍，另外，尹志民主编了实验讲义《材料电子显微分析实验技术》，黄继武主编了网络讲义《Jade 5使用手册》。这些教材、实验教材及网络讲义等被全国多所高校选为本科教材和考研参考书，在国内产生极大的影响和反响。

精品课程建设旨在利用现代信息技术，发挥高校人才优势和知识文化传承创新作用，广泛传播国内外文化科技发展趋势和最新成果，展示我国高校教师先进的教学理念、独特的教学方法、丰硕的教学成果。经过课程建设，使本课程形成系统、完善的全方位、立体化的教学体系，取得高质量的教学研究成果的同时，将中南大学“材料结构分析”课程建设成教学资源网络共享、在全国具有示范作用的国家级精品课程。

参考文献：