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關(guān)鍵詞:土木工程 結(jié)構(gòu) 識別 方法
中圖分類號: S969.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號:
前言:對大多數(shù)土木工程結(jié)構(gòu)而言,一定程度的帶傷工作是允許的,故而現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)安全評估工作多半是屬于結(jié)構(gòu)可靠性評估的研究,涉及土木工程結(jié)構(gòu)缺陷識別原理和檢測方法的研究開展的還比較少。雖然,目前己經(jīng)發(fā)展了一些比較先進(jìn)的結(jié)構(gòu)檢測方法并且研制出了相應(yīng)的測試儀器,但是,這些方法都是一些可視或局部的試驗方法,比如,裂縫檢測的聲發(fā)射或超聲發(fā)射方法、裂縫分析的磁方法、混凝土缺陷檢測的雷達(dá)技術(shù)、混凝土微裂縫檢測的X一射線技術(shù)和溫度測量的遠(yuǎn)紅外成像技術(shù)等。
1.基于頻率觀測的結(jié)構(gòu)識別方法
在長期的試驗觀測中,人們發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物理特性的變化將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)頻率的改變,這一現(xiàn)象直接推動了模態(tài)測試在結(jié)構(gòu)損傷識別和健康監(jiān)控中的應(yīng)用。僅利用結(jié)構(gòu)頻率的改變來判斷結(jié)構(gòu)是否存在局部損傷或結(jié)構(gòu)模型是否存在誤差的識別方法,由于不需求解反演問題,因此稱為直接法。當(dāng)需要同時判斷結(jié)構(gòu)損傷或模型誤差的位置和程度時,就需要求解反演問題,這種方法叫做反演法。
1.1基于頻率觀測的直接法
直接法的基本思想是:首先,假定結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的可能狀態(tài),通過數(shù)值模擬計算出在各種可能狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng);然后,將觀測的頻率數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)的預(yù)測頻率進(jìn)行對比,認(rèn)為預(yù)測頻率與實測數(shù)據(jù)最為接近的狀態(tài)就是結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)。以海洋石油平臺為背景,根據(jù)結(jié)構(gòu)觀測頻率的改變,采用直接法研究了石油平臺的損傷識別問題,得出如下結(jié)論:頻率是結(jié)構(gòu)特性的全局量,對結(jié)構(gòu)的局部損傷不敏感;環(huán)境因素對結(jié)構(gòu)的頻率觀測產(chǎn)生較大影響,因此,如果單獨使用結(jié)構(gòu)頻率的改變來識別結(jié)構(gòu)損傷,會出現(xiàn)較大的識別誤差,難以在實際工程中應(yīng)用。
1.2基于頻率觀測的反演法
基于頻率觀測的反演法在結(jié)構(gòu)識別中可以確定結(jié)構(gòu)模型誤差或損傷單元的位置和程度。這種方法在頻率觀測的基礎(chǔ)上,通過求解反問題來識別結(jié)構(gòu)。基于頻率觀測的反演法主要采用解析法和靈敏度分析的數(shù)值法。研究表明,當(dāng)觀測模態(tài)數(shù)少于損傷參數(shù)時,使用靈敏度方法識別結(jié)構(gòu)損傷就會出現(xiàn)很大的困難。產(chǎn)生困難的原因在于這時系統(tǒng)顯著地欠定,沒有足夠的獨立信息來確定所有的剛度降低系數(shù),在這種情況下,使用廣義逆得到的解答會變得病態(tài)。
2.基于振型觀測的結(jié)構(gòu)識別方法
頻率觀測數(shù)據(jù)無法提供關(guān)于結(jié)構(gòu)特性的空間信息,因此在結(jié)構(gòu)識別的研究中引入了振型數(shù)據(jù)。可能是使用振型信息對結(jié)構(gòu)損傷定位進(jìn)行系統(tǒng)研究的第一個學(xué)者。在研究中不再使用先驗FEM模型,而是使用模態(tài)保證標(biāo)準(zhǔn)(MAC)來確定觀測振型數(shù)據(jù)在損傷前后的相關(guān)性水平,在振型數(shù)據(jù)分塊的基礎(chǔ)上,根據(jù)MAC的分塊計算結(jié)果來確定損傷位置。在基于振型觀測的結(jié)構(gòu)識別解析法的研究中,根據(jù)這種模型,利用裂紋應(yīng)變能函數(shù)導(dǎo)出了兩部分的相容條件,相容條件最終可以寫成與裂紋長度和位置有關(guān)的振型和頻率的方程組。通過模態(tài)測試,至少獲得兩個位置的振動幅值數(shù)據(jù)和一階頻率數(shù)據(jù),然后使用Newton.Raphson方法求解方程組來確定裂紋參數(shù)。
3.基于位移觀測的結(jié)構(gòu)識別方法
早期基于位移觀測的結(jié)構(gòu)識別方法研究的都是觀測數(shù)據(jù)完整、不考慮觀測噪聲的理想情況。
Sheen提出了一種根據(jù)無噪聲靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)來改進(jìn)結(jié)構(gòu)模型的方法,這種方法首先假定一些特定的位置上的位移是可以觀測的,并且使用樣條函數(shù)進(jìn)行插值而得到那些非觀測點上的位移預(yù)測值,然后通過調(diào)整剛度矩陣的所有元素,使得在滿足觀測位移約束的條件下的結(jié)構(gòu)實際剛度矩陣和有限元分析模型剛度矩陣的差異達(dá)到最小,從而確定結(jié)構(gòu)的待估計參數(shù)。sanayei和scamPolils建立了結(jié)構(gòu)識別的方程誤差法。方程誤差方法是一種采用優(yōu)化策略來最小化外部荷載和內(nèi)力之差的方法,這種方法受到必須在外部載荷作用點上進(jìn)行位移觀測的限制。使用靜力縮聚技術(shù)改進(jìn)了方程誤差方法,彌補了必須在外部荷載作用點上進(jìn)行位移觀測所帶來的不便。Hajela和soeir對一些結(jié)構(gòu)識別技術(shù)進(jìn)行了分類,將參數(shù)估計方法劃分為方程誤差方法、輸出誤差方法和極小偏差方法三大類,并且分別采用這三類方法,利用靜態(tài)位移觀測和動態(tài)觀測數(shù)據(jù)估計了結(jié)構(gòu)單元剛度的變化,而且還對大型結(jié)構(gòu)提出了參數(shù)估計的子結(jié)構(gòu)和降階技術(shù)。Banan等研究了基于靜態(tài)位移觀測的參數(shù)估計方法,在文中使用基于梯度的約束非線性優(yōu)化算法求解結(jié)構(gòu)的本構(gòu)參數(shù),建立了靜態(tài)位移參數(shù)估計的統(tǒng)一框架,提出了參數(shù)估計的力誤差模型和位移誤差模型,并且進(jìn)一步研究了參數(shù)的分組方法、求解器初始值的選取和參數(shù)變量的尺度變換方法。
4.基于時域觀測的結(jié)構(gòu)識別方法
結(jié)構(gòu)在動力荷載激勵下,直接觀測得到的是動力響應(yīng)數(shù)據(jù),基于模態(tài)參數(shù)的結(jié)構(gòu)識別方法需要對時域觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的變換,要對傳遞函數(shù)做出一些限制性的假定,這樣,許多信號特征在變換過程中會被歪曲或濾掉.直接基于時域觀測響應(yīng)的結(jié)構(gòu)識別方法能夠避免基于模態(tài)方法在這方面的缺點。盡管在結(jié)構(gòu)時域識別方面己經(jīng)取得了這些研究成果,但是,輸入未知、觀測不完整和觀測噪聲仍然是時域結(jié)構(gòu)識別技術(shù)發(fā)展所面臨的最大困難,不完整和有噪聲觀測條件下的時域識別的研究進(jìn)展將會促進(jìn)這一技術(shù)在結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用。
結(jié)語:
隨著計算機技術(shù)、結(jié)構(gòu)測試技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、模態(tài)分析技術(shù)以及以有限元為代表的數(shù)值分析方法的迅速發(fā)展,結(jié)構(gòu)識別的研究也在蓬勃興起,正在不同的領(lǐng)域不斷取得新的理論成果與應(yīng)用進(jìn)展。土木工程中存在大量的結(jié)構(gòu)識別問題,雖然針對不同的具體問題,己經(jīng)發(fā)展了許多有效的識別方法。
參考文獻(xiàn):
[1]馮新.土木工程中結(jié)構(gòu)識別方法的研究[D].大連理工大學(xué).2010.11.
[2]李國強 周晶.土木工程結(jié)構(gòu)健康診斷中的統(tǒng)計識別方法綜述.地震工程與工程振2005.02.
關(guān)鍵詞:土木結(jié)構(gòu);裂縫;方法
中圖分類號:TV543+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:
1、引言
裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象,它的出現(xiàn)不僅會降低建筑物的抗?jié)B能力,影響建筑物的使用功能,而且會引起鋼筋的銹蝕,混凝土的碳化,降低材料的耐久性,影響建筑物的承載能力。建筑結(jié)構(gòu)在使用狀態(tài)下允許出現(xiàn)裂縫,結(jié)構(gòu)建筑影響混凝土裂縫的因素有很多,例如混凝土材料的收縮性能,混凝土的變形模量、抗拉強度以及徐變等力學(xué)性能,但是不能超過結(jié)構(gòu)裂縫的最大間距,(如表1)所示,超過最大間距的裂縫,會對結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生極大的影響,不僅在美觀,實用等方面,甚至影響結(jié)構(gòu)的安全性,在地震作用下容易最先發(fā)生破壞,以至于倒塌。因此,本文主要研究土木工程結(jié)構(gòu)中裂縫的控制的相關(guān)方法, 為混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計者提供一定的技術(shù)依據(jù)。
2、影響混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的因素
裂縫產(chǎn)生的原因主要是變形作用,如溫度變形、收縮變形、基礎(chǔ)不均勻沉降變形等多因素,此類裂縫占全部裂縫的80%以上。對于變形作用引起的裂縫控制研究還很不成熟,缺乏相關(guān)規(guī)范及規(guī)程,它涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基基礎(chǔ)、施工技術(shù)、材料質(zhì)量、環(huán)境狀態(tài)等諸多因素,特別是泵送混凝土施工工藝的發(fā)展,使得混凝土裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。
3、混凝土結(jié)構(gòu)控制裂縫的方法
3.1合理設(shè)計結(jié)構(gòu)平面布置
建筑平面宜規(guī)則,避免平面形狀突變。當(dāng)平面有凹口時,凹口處外橫墻宜與內(nèi)橫墻拉通對齊,并肩在凹口處邊緣設(shè)置拉粱,其戳面及配筋不宜太小、;凹口周邊樓板宜適當(dāng)加厚并加強配筋,宜考慮該處樓板負(fù)筋拉通,使能抵抗在此處集中的溫力及混凝土收縮應(yīng)力。由于建筑標(biāo)準(zhǔn)對通風(fēng)、采光、日照、明廳、明衛(wèi)的要求,因此建筑平面不規(guī)則,凹凸布局比較普遍。在凹口處,樓板寬度減少很多,溫度應(yīng)力和混凝土收縮應(yīng)力很容易在此處集中,導(dǎo)致該處樓板貫穿性拉裂。特別是結(jié)構(gòu)層面中部凹口處,按“長墻及地基板的溫度收縮應(yīng)力”理論,水平應(yīng)力最大,樓板結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計應(yīng)予以構(gòu)造性加強。
對于連續(xù)長度較長的外墻,建筑上可以考慮設(shè)置大的落地門窗和八角窗以減小墻端部處溫差應(yīng)力,避免樓板切角裂縫的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)角窗處樓板宜加設(shè)暗拉梁。減少外墻和室內(nèi)樓板的溫差一般很難做到,根據(jù)裂縫控制“放”的原則,通過減小外墻的連續(xù)長度來減小溫差應(yīng)力。
當(dāng)樓房長度大于60m時,可在房屋中部設(shè)置收縮后澆帶或設(shè)置沉降縫,以減小混凝土收縮應(yīng)力及溫度應(yīng)力的影響。當(dāng)建筑物地基可能具有不均勻沉降時,也可設(shè)置后澆帶或設(shè)置沉降縫,避免沉降裂縫的產(chǎn)生。根據(jù)“長墻及地基板的溫度收縮應(yīng)力”理論,在房屋中部處,由混凝土收縮和溫度變形產(chǎn)生的縱向拉應(yīng)力最大,在此處設(shè)置后澆帶或設(shè)置沉降縫,可減小相應(yīng)影響。
3.2根據(jù)具體情況設(shè)置后澆帶
現(xiàn)行規(guī)范的伸縮縫規(guī)定控制開裂與否的唯一因素是結(jié)構(gòu)長度。然而根據(jù)大量現(xiàn)場調(diào)查,引起結(jié)構(gòu)裂縫的原因是綜合性的,結(jié)構(gòu)長度只是影響溫度收縮應(yīng)力綜合因素之一,而不是唯一的因素。僅就長度而言,結(jié)構(gòu)長度與應(yīng)力呈非線性關(guān)系,如結(jié)構(gòu)長度小于規(guī)范的規(guī)定,似乎結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響很小,伸縮縫或后澆帶可以有效地控制裂縫。但是對于承受很大溫差和收縮作用的現(xiàn)澆樓板、大截面梁、剪力墻及長墻等約束度較高的結(jié)構(gòu),裂縫的概率仍然很高。此外,由于綜合因素的關(guān)系,有些工程長度超過規(guī)范的規(guī)定并沒有開裂。從防水角度分析,由于近代建筑規(guī)模日趨宏大,超長、超寬、超厚結(jié)構(gòu)都日趨增多,永久性的變形縫(包括伸縮縫、沉降縫、抗震縫)給工程的防水質(zhì)量帶來嚴(yán)重不利,止水帶滲漏是常見而又難以處理的質(zhì)量缺陷。所以,后澆帶的應(yīng)用是一種進(jìn)步,但并不是在任何條件下都能奏效。利用后澆帶取代永久伸縮縫時應(yīng)當(dāng)注意以下兩個問題:
(l) 后澆帶中清理垃圾困難,接縫不密實,防水質(zhì)量差,后期可能形成兩條裂縫,因此后澆帶的構(gòu)造很重要;
(2) 后澆帶的間距不宜過長(30m左右),填充封閉時間不宜過短,以能將總降溫及收縮變形進(jìn)行一半以上的時間為佳,從目前混凝土的收縮量來看,估計3-6個月方能取得明顯效果,最短不少于45d;在軟土地區(qū),填充時間在結(jié)構(gòu)封頂以后,方可有效地釋放差異沉降的應(yīng)力。如通過地基處理解決差異沉降問題,為此目的而設(shè)的后澆帶可以不設(shè)。根據(jù)現(xiàn)場實踐經(jīng)驗,裂縫分為有害的及無害的兩類,
3.3按照要求設(shè)計混凝土構(gòu)件厚度
對現(xiàn)澆樓板板厚宜)L/30-L/35(L為單向板跨度或雙向板短向跨度),一般設(shè)計厚度不宜小于100mm(廚房、浴廁、陽臺板不得小于90mm),屋面板厚度宜大于等于120mm。對現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu),外墻墻厚宜大于160mm,其中地下室外墻墻厚宜大于250mm。就現(xiàn)澆混凝土樓板的最小厚度問題,GB5O010-2002在考慮鋼筋錨固、耐久性等因素而確定的最小厚度,對于民用建筑單向板僅要求為60mm,對于雙向板僅要求為80mrn。樓板厚度越薄,相應(yīng)產(chǎn)生的混凝土干縮應(yīng)力亦越大。根據(jù)工程設(shè)計經(jīng)驗,厚度低于100mm的樓板的溫度—收縮裂縫很難控制。從構(gòu)造角度,并考慮經(jīng)濟(jì)合理的原則,提出混凝土現(xiàn)澆樓板的適宜厚度。
3.4減少施工因素帶來的影響
施工因素產(chǎn)生的裂縫主要有以下幾個方面:模板及其支撐不牢固、產(chǎn)生變形或局部沉降、拆模不當(dāng)引起開裂、養(yǎng)護(hù)不好引起開裂、混凝土和易性不好、澆筑后產(chǎn)生分層產(chǎn)生裂縫、冬季施工拆除保溫材料時溫差過大引起裂縫、烈日曝曬后突然降雨產(chǎn)生裂縫、大體積混凝土的水化熱使內(nèi)部與表面溫差過大產(chǎn)生裂縫、大面積現(xiàn)澆混凝土由于溫度收縮產(chǎn)生裂縫、主筋位置嚴(yán)重位移使結(jié)構(gòu)受拉區(qū)開裂、混凝土初凝后又受到振動產(chǎn)生的裂縫等等。
4、結(jié)論
在實際工程中,經(jīng)常會出現(xiàn)因為設(shè)計、施工、環(huán)境的原因,使結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)裂縫,從而影響正常使用,工期拖延,給社會造成了巨大經(jīng)濟(jì)損失。隨著建筑規(guī)模的擴大和結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜化,加上工程進(jìn)度的加快,裂縫問題日益嚴(yán)重。混凝土裂縫問題一直嚴(yán)重困擾著混凝土的施工質(zhì)量,在混凝土生產(chǎn)以及施工過程中有針對性地采取預(yù)防措施,盡可能采取有效的設(shè)計措施、材料措施、以及施工措施從源頭上防止裂縫的發(fā)生,使結(jié)構(gòu)盡量不出現(xiàn)裂縫,或盡量減少裂縫的數(shù)量和寬度,特別是避免有害裂縫的出現(xiàn),以確保工程質(zhì)量,使建筑物具備良好的耐久性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
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[3] 趙國藩、李樹瑤、廖婉卿、文明秀、來玉普、王鍵等.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制 北
京:海洋出版社,1991.
土木工程專業(yè)中實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要有實驗(如土力學(xué)實驗、流體力學(xué)實驗、土木工程材料實驗、工程力學(xué)實驗等)、實習(xí)(包括認(rèn)識實習(xí)、測量實習(xí)、工程地質(zhì)實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí))、課程設(shè)計(如道路勘察設(shè)計課程設(shè)計、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程設(shè)計、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計等)、畢業(yè)設(shè)計等。課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計是土木工程專業(yè)實踐教學(xué)的重要組成部分,其中課程設(shè)計時在課程理論教學(xué)完成后進(jìn)行,時間為1~2周,畢業(yè)設(shè)計一般安排在大學(xué)的最后一個學(xué)期,時間約為13周。課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計是完成教學(xué)計劃、達(dá)到本科生培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié),主要培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。土木工程專業(yè)的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計大部分需要繪制圖紙,要將自己所設(shè)計的內(nèi)容通過圖紙的形式表達(dá)出來,涉及到非常多土木工程制圖的知識。因此,土木工程制圖在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中起著舉足輕重的作用。
2課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計圖紙中存在的問題及原因
學(xué)生在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的圖紙中存在的主要問題有:圖框及標(biāo)題欄的繪制不規(guī)范、線型線寬錯誤、中心線缺失、圖名和比例缺失、字體大小及圖樣布置不合理、尺寸標(biāo)注錯誤、剖面圖標(biāo)注錯誤等。土木工程制圖是一門非常嚴(yán)肅的課程,必須遵循制圖國家標(biāo)準(zhǔn),主要包括《技術(shù)制圖》、《房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》、《道路工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》、《水利水電工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》等。課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計圖紙中出現(xiàn)的問題反映出教師和學(xué)生對制圖標(biāo)準(zhǔn)的重視程度不夠,學(xué)生沒有形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。從教師而言,土木工程制圖課教師、其他專業(yè)課教師、畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師對圖紙的重視程度不夠。土木工程制圖的教授過程中,對工程實例的要求相對較少,造成學(xué)生對制圖標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識和識圖能力有限。很多課程設(shè)計甚至畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)書中比較看重結(jié)構(gòu)計算的內(nèi)容,忽視了制圖國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,造成學(xué)生注重計算書而忽視圖紙。從學(xué)生而言,學(xué)生從思想上對制圖標(biāo)準(zhǔn)不重視,認(rèn)為只要圖紙上能表達(dá)清楚就行。漢字寫得“龍飛鳳舞”,不按制圖課上要求的仿宋體書寫;數(shù)字隨意傾斜、潦草,大小不合適;繪圖時不按照步驟執(zhí)行,圖樣布置不合理。另外,很多學(xué)生認(rèn)為以后的工作中計算機繪圖很重要,忽視了手工制圖的環(huán)節(jié),導(dǎo)致學(xué)生對工程圖樣的表達(dá)方法、制圖標(biāo)準(zhǔn)和讀圖繪圖基本技能相對欠缺,對平面圖形缺乏認(rèn)識。此外,還存在一些客觀原因。土木工程制圖課程一般開設(shè)在大一的第一個學(xué)期,中期課程設(shè)計沒有嚴(yán)格按照制圖標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,大四第二個學(xué)期做畢業(yè)設(shè)計時很多標(biāo)準(zhǔn)中的要求都已經(jīng)忘記,導(dǎo)致圖紙的質(zhì)量很差,不能符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
3教學(xué)方法探討
(1)分兩個學(xué)期、小班授課。
土木工程制圖課程內(nèi)容多,其中畫法幾何和制圖基礎(chǔ)部分包括工程制圖基本知識、多面正投影、軸測投影、標(biāo)高投影等章節(jié);專業(yè)工程圖則包括房屋建筑施工圖、建筑結(jié)構(gòu)施工圖、路橋工程圖、水利工程圖等。由于大一新生具備的土木工程專業(yè)的知識較少,在專業(yè)工程圖講解時需要介紹背景知識,否則會造成學(xué)生的專業(yè)工程圖識讀障礙。例如,在講解建筑結(jié)構(gòu)圖中的鋼筋混凝土構(gòu)件圖時,需要較詳細(xì)介紹鋼筋混凝土相關(guān)的知識,這樣學(xué)生才能更好地理解房屋建筑、橋梁工程、水利工程中鋼筋混凝土構(gòu)件的表達(dá)內(nèi)容和方法。將畫法幾何與制圖基礎(chǔ)、專業(yè)工程圖與計算機繪圖分為兩大部分,分兩個學(xué)期授課,更有利于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和吸收。土木工程制圖課程作業(yè)較多,尤其是在畫法幾何和制圖基礎(chǔ)部分,每次課后都有作業(yè),每個同學(xué)出現(xiàn)的問題可能不同;在專業(yè)工程圖的識讀過程中,學(xué)生的理解角度可能存在差異。因此,需要針對不同的問題進(jìn)行專門的講解和輔導(dǎo),小班授課有利于教師與學(xué)生的交流,教學(xué)效果較好。
(2)增強學(xué)生對課程的興趣。
土木工程制圖課程講解時,由于內(nèi)容多、教師需要不停地講,會造成學(xué)生聽覺疲勞。而理論部分的前后連貫性很強,如立體的截切與相貫要用到線面相交以及面面相交的知識,前面知識沒有理解,后面學(xué)習(xí)就很困難。因此,增強學(xué)生對土木工程制圖課程的興趣,對于知識的掌握非常重要。在理論部分的教學(xué)過程中,可采用多媒體與板書、講與練相結(jié)合方式,講完一個知識點后立即讓學(xué)生做練習(xí),提高學(xué)生的成就感,緩解聽覺疲勞。此外,可根據(jù)學(xué)生作業(yè)的情況,讓學(xué)生講解自己的解題思路和方法,讓其他同學(xué)評判,調(diào)動學(xué)生的積極性。在專業(yè)工程圖部分,可采取“找茬游戲”方式,讓學(xué)生交換繪制好的圖紙,遵照規(guī)范找錯誤,加深對規(guī)范的理解。另外,還可采取參觀工程實例的方法,比如講到直紋面的投影時,帶學(xué)生尋找直紋面的工程實例,增強學(xué)生的感性認(rèn)識。
(3)注重實際工程圖的識讀。
在教材及習(xí)題集中,由于受篇幅所限,專業(yè)圖紙只是某項工程中的部分圖樣。由于圖紙不完整,學(xué)生無法從宏觀上認(rèn)識工程圖。為培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力,最好的方法是讓學(xué)生在專業(yè)實踐中鍛煉。為此,在教學(xué)過程中,教師可收集典型的、相對簡單的實際工程案例,給學(xué)生識讀。比如,在房屋建筑圖部分,可選取居住建筑或公共建筑施工圖;在路橋工程圖部分,可選取結(jié)構(gòu)形式簡單的橋梁工程圖。首先對房屋或橋梁的整體情況做出講解,然后讓學(xué)生分組讀圖,從而達(dá)到從整體到局部再到整體、逐步讀懂圖樣的目的。通過實際工程圖的識讀,在繪制圖樣時,也會自然而然地遵照規(guī)范的要求來實施,繪圖的規(guī)范性也就得到了加強。
(4)注重土木工程制圖實踐能力的考核。
畫法幾何與制圖基礎(chǔ)部分的考核可采用平時成績+閉卷考試的方式。平時成績主要考查學(xué)生完成作業(yè)的情況,閉卷考試主要考查學(xué)生對基本理論的理解和應(yīng)用。專業(yè)工程圖和計算機繪圖部分的考核可采用平時成績+開卷考試的方式。平時成績主要考查工程圖樣的補繪和抄繪等,針對問題及時糾正和指導(dǎo),一般為單個圖樣。開卷考試可采取繪制工程圖方式,由教師結(jié)合工程實例制定指導(dǎo)書,將學(xué)生分成小組,每個小組完成一整套圖紙。在繪制過程中,要求學(xué)生以設(shè)計者的角度,充分理解整套圖紙中各部分重點表達(dá)的內(nèi)容,各部分的內(nèi)在聯(lián)系等,以此提高學(xué)生繪圖能力。
(5)加強制圖課程與課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計的聯(lián)系。
土木工程制圖課程教師在授課時,應(yīng)強調(diào)其作用和地位,還可將往屆優(yōu)秀的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計圖紙向?qū)W生展示。課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計教師在布置任務(wù)時,要強調(diào)規(guī)范作圖的重要性,在任務(wù)書參考資料中增加相關(guān)制圖規(guī)范,增加圖紙質(zhì)量的成績比重,并加強易錯點的講解。只有加強土木工程制圖課程與后續(xù)專業(yè)課程、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)的聯(lián)系,才能讓學(xué)生逐步積累、提升識圖和繪圖水平,增強實踐能力。
4結(jié)語
【關(guān)鍵詞】土木工程概預(yù)算 問題 解決方法
【中圖分類號】TU723.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2015)18-0104-02
前言
《土木工程概預(yù)算》是土木工程及建筑專業(yè)的一門非常實用的專業(yè)課,專業(yè)性、實踐性及綜合性較強,也可以作為學(xué)生的一個就業(yè)方向。它主要是研究建筑產(chǎn)品與生產(chǎn)過程中的資源消耗及合理的建筑產(chǎn)品價格的一門科學(xué),學(xué)習(xí)和實踐好該門課程對于學(xué)生來說能更好的適應(yīng)社會需求和增強競爭力。如何能更好的獲得好的學(xué)習(xí)方法和效果,是我們在教學(xué)過程中不斷摸索和探究的問題。
1、學(xué)?!锻聊竟こ谈蓬A(yù)算》現(xiàn)階段存在的問題
1.1理論不能與實踐相結(jié)合
目前本校該門課程的學(xué)習(xí)重點是施工圖預(yù)算造價的編制,而預(yù)算造價的編制方法較多,不管哪種方法來計算造價,工程量的計算是基礎(chǔ)。但是通過學(xué)生課程設(shè)計過程中對工程量計算緩慢、計算數(shù)據(jù)的選用猶豫不定等可以看出,其對理論課學(xué)習(xí)掌握不容樂觀。
1.2人才培養(yǎng)大綱過舊,不能培養(yǎng)應(yīng)用型人才
我校人才培養(yǎng)大綱仍然停留在手工計算概預(yù)算造價階段,而目前計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,用人單位都采用計算機辦公和電算造價,這比過去的人工計算省時省力,效率較高。通過比較,我校的人才培養(yǎng)計劃已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上發(fā)展的步伐,需要及時調(diào)整培養(yǎng)大綱和計劃。
1.3學(xué)時量偏少
土木工程概預(yù)算是一門專業(yè)技術(shù)課程,該門課大綱要求48學(xué)時完成。目前的課程內(nèi)容包括了概述、定額原理介紹、各種預(yù)算文件的編制、主要的重點是施工圖預(yù)算造價的編制基礎(chǔ),需要講建筑面積及工程量的計算規(guī)則。往往完成了理論課程的學(xué)習(xí)后,基本沒有時間去學(xué)習(xí)預(yù)算軟件,可是預(yù)算軟件的學(xué)習(xí)是適應(yīng)社會發(fā)展的需要,必須要進(jìn)行學(xué)習(xí)并且要掌握,而一個預(yù)算軟件的學(xué)習(xí)不是短短幾個課時就能學(xué)習(xí)掌握的。
2、教師、學(xué)生在教學(xué)、學(xué)習(xí)過程中存在的問題
2.1教學(xué)過程中存在的問題
師者,傳道授業(yè)解惑!教師對課程內(nèi)容的把握準(zhǔn)確與否直接影響到學(xué)生學(xué)習(xí)知識的正確性,但是教師往往是充滿了理論知識,而實踐性很弱,有時遇到了實踐性強的問題,教師也不一定能正確解決。第二,現(xiàn)在的課堂上利用傳統(tǒng)的教學(xué)方式授課已不能滿足傳授較大信息量的新內(nèi)容,必須要結(jié)合多媒體手段??墒墙處熢赑PT制作上往往力不存心,只能最簡單的將知識展現(xiàn)出來。這種純粹的PPT展示,不能激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
2.2學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的問題
從授課過程中發(fā)現(xiàn),學(xué)生對該門課的學(xué)習(xí)主要存在以下幾點問題。第一,對課程認(rèn)識不到位。學(xué)生學(xué)習(xí)這門課只能單純想拿到該門課的學(xué)分而已,不是把它作為一種專業(yè)技能的培養(yǎng)來學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)的目的不同,對學(xué)習(xí)效果就大打折扣。第二,學(xué)習(xí)存在盲目性。在第一個問題的基礎(chǔ)上,學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度就不會很端正。從講課過程中及布置的課后作業(yè)情況來看,學(xué)生的學(xué)習(xí)存在盲目性,沒有自己的理解。盲目性主要表現(xiàn)在自己沒有理解教師講的內(nèi)容,對于布置的作業(yè)只是盲目的抄襲課本或其他同學(xué)的。另外,學(xué)生在上課過程中不注意聽講,一味的接受書本上的內(nèi)容,對教師更正過的錯誤還是繼續(xù)出錯。這些都是導(dǎo)致該門課學(xué)習(xí)效果不佳的原因。
3、解決方法
就現(xiàn)階段我?!锻聊竟こ谈蓬A(yù)算》課程設(shè)置、教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題均是影響該門課教學(xué)效果及學(xué)生學(xué)習(xí)效果不容忽視的一些關(guān)鍵問題。從教學(xué)過程中總結(jié)了一些解決方法如下:
3.1改革課程結(jié)構(gòu)體系及內(nèi)容,增強學(xué)生就業(yè)競爭性
學(xué)院應(yīng)該重新修訂人才培養(yǎng)計劃及教學(xué)大綱,培養(yǎng)社會實用性及適應(yīng)性人才。所以,建議將教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該進(jìn)行重新的調(diào)整,增大實踐教學(xué)和軟件課時,注重實踐鍛煉和上機操作,將理論內(nèi)容的學(xué)習(xí)作為輔助軟件計算原理的補充?;蛘邔㈩A(yù)算軟件開設(shè)為專業(yè)選修課,課后由學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)。例如可以將定額原理的學(xué)習(xí)內(nèi)容改為如何查閱定額手冊更為實用。學(xué)生不需要了解這是定額數(shù)據(jù)是怎么計算得到的,而是需要掌握這些數(shù)據(jù)在定額中是什么意思,如何運用即可。增加上機的學(xué)時,通過預(yù)算軟件的學(xué)習(xí),學(xué)生可以獨立進(jìn)行建設(shè)項目的繪圖、套用定額、并正確的計算工程造價。掌握一門軟件的應(yīng)用,可以增加學(xué)生的就業(yè)機會,增大社會競爭力。
3.2改善教學(xué)方法及手段
對于教師而言,不僅要加強理論知識的學(xué)習(xí),更要結(jié)合實踐,才能不斷提高自身經(jīng)驗積累。在教學(xué)過程中通過聽課,不斷積累好的教學(xué)經(jīng)驗和方法,提高自己的教學(xué)水平。如果利用多媒體等教學(xué)手段輔助教學(xué)的話,盡量提高PPT的質(zhì)量,好的課件不僅只展示課程的內(nèi)容,而且可以提供更多、更新、更廣的知識點,開闊視野,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
3.3加強實踐教學(xué),提高學(xué)生動手能力
課程設(shè)計依然是加強學(xué)生動手能力的重要手段。通過課程設(shè)計,學(xué)生掌握了工程定額的使用、工程量的計算等,一個課程設(shè)計是學(xué)生對該門課程的理論知識的綜合應(yīng)用能力的反應(yīng)。而且課程設(shè)計還可以提高學(xué)生對預(yù)算軟件的應(yīng)用水平,通過課程設(shè)計就可以將預(yù)算軟件中的各個主要功能進(jìn)行掌握,為今后的工作打下堅實基礎(chǔ)。
3.4激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
通過以上的學(xué)習(xí)實踐,學(xué)生們普遍掌握了概預(yù)算的編制方法并且能夠準(zhǔn)確計算工作量,具備了一定的解決問題的能力。學(xué)院可以通過開設(shè)課外輔導(dǎo)班等,鼓勵學(xué)生報考相關(guān)的預(yù)算員資格考試,為畢業(yè)后順利工作奠定了基礎(chǔ)。另一方面,學(xué)院可以開展相關(guān)的知識、技能競賽等,通過對比激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。例如利用預(yù)算軟件可以實現(xiàn)手工算量和軟件算量結(jié)果的對比,激發(fā)學(xué)生主動分析兩者存在差異的原因,為學(xué)生進(jìn)一步的工程實踐打下一定的基礎(chǔ)。
4、總結(jié)
隨著我國建筑市場進(jìn)一步發(fā)展,對工程預(yù)算人員的需求也是大量的,但是在滿足量的要求同時必須要保證質(zhì)的要求。而要做到這一點,就必須樹立正確的人才觀念,進(jìn)行《土木工程概預(yù)算》課程教學(xué)的改革,只有這樣才能提高教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)出適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的實用型及社會適應(yīng)性人才。
參考文獻(xiàn):
[1]馬蕓.《建筑工程概預(yù)算》課程教學(xué)改革的探索[J].鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版).2009,28(3):176-177.
關(guān)鍵詞:卓越工程師;土木工程專業(yè);實驗教學(xué)方法;
作者簡介:張婷婷(1983—),女,山東平度,博士,講師,研究方向為低碳建筑材料,作者簡介:王寶民(1972—),男,山東,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向為混凝土材料及其耐久性等.
1研究型大學(xué)與卓越工程師教育培養(yǎng)計劃
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(簡稱“卓越計劃”)是教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》實施的高等教育重大計劃,旨在培養(yǎng)造就一大批卓越工程師后備人才,為建設(shè)創(chuàng)新型國家,實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅實的人力資源基礎(chǔ)。根據(jù)教育部《關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見》(教高[2011]1號),“卓越計劃”的實施是為了樹立全面發(fā)展和多樣化的人才觀念,樹立主動服務(wù)國家戰(zhàn)略要求、主動服務(wù)行業(yè)企業(yè)需求的觀念,改革和創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式,創(chuàng)立高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制,著力提高學(xué)生服務(wù)國家和人民的社會責(zé)任感、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的實踐能力[1]。
“卓越計劃”是一項教育教學(xué)改革工程,在實施“卓越計劃”過程中需要找到一個行之有效的載體、切入點和最終落腳點。與“卓越計劃”相適應(yīng)和匹配的培養(yǎng)體系最終要落實到具體的課程建設(shè)和教學(xué)活動上,對應(yīng)的教學(xué)效果對卓越工程師人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)起著舉足輕重的作用。
目前我國高校有研究型、研究教學(xué)型、教學(xué)研究型和本科教學(xué)型等類型,不同類型高校的人才培養(yǎng)層次也不相同,在實施卓越工程師教育教學(xué)改革中的特點因之有所不同。
作為研究型大學(xué),如何利用其優(yōu)勢學(xué)科和大型工程科研資源,以“卓越計劃”為引導(dǎo),在理論教學(xué)和實踐教學(xué)上進(jìn)行合理的知識體系構(gòu)建和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革并有所突破,對提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和人文素養(yǎng)有重要意義[2]。
2“卓越計劃”重點需要解決的問題
在“卓越計劃”的實施中,培養(yǎng)計劃應(yīng)實行“工程教育不斷線、創(chuàng)新實踐不斷線、企業(yè)合作不斷線”的課程配置體系,改革傳統(tǒng)的專業(yè)知識結(jié)構(gòu),加大實踐環(huán)節(jié)和企業(yè)學(xué)習(xí)的內(nèi)容,注重工程系統(tǒng)的思維訓(xùn)練[3-4]。培養(yǎng)方案將繼承工程教育的優(yōu)良傳統(tǒng),以行業(yè)企業(yè)需求為導(dǎo)向,以工程實際為背景,以工程技術(shù)為主線,凝練人才培養(yǎng)目標(biāo),調(diào)整現(xiàn)有課程體系,深化校企合作人才培養(yǎng)模式改革,加強實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)建設(shè),做到目標(biāo)明確、措施得當(dāng)、保障有力。
在實施過程中,需要重點解決以下問題:
(1)教學(xué)內(nèi)容和知識體系與卓越工程師人才培養(yǎng)脫節(jié)的問題。
(2)課堂與實踐教學(xué)方法和手段與卓越工程師人才培養(yǎng)不匹配的問題。
(3)教師缺乏工程師背景的問題。
(4)企業(yè)在卓越工程師人才培養(yǎng)中,尤其在課程教學(xué)中的參與度及作用薄弱問題。
(5)土木工程專業(yè)教材建設(shè)機制與卓越工程師教育不匹配的問題。
3土木工程專業(yè)主干課程實驗特點及社會需求
根據(jù)《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》(2011年),“鋼筋混凝土”、“建筑材料”(或“土木工程材料”)、“土力學(xué)與地基基礎(chǔ)”等主干課是土木工程專業(yè)重要核心課程,其實驗主要分驗證性、設(shè)計性和研究性3種類型。驗證性實驗需要學(xué)生通過基本實驗操作來驗證性質(zhì)、現(xiàn)象、特征等;設(shè)計性實驗需要學(xué)生通過設(shè)計、計算及多次實驗操作、修改,最終得出成果;研究性實驗可以培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的能力。這些專業(yè)實驗多具有實踐性、綜合性和應(yīng)用性強的特點,對培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力、動手能力、工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力有著非常大的促進(jìn)作用和效果,是土木卓越工程師人才培養(yǎng)中的重要內(nèi)容之一。
在科技進(jìn)步的背景下,工程技術(shù)得到了拓展和創(chuàng)新,社會對土木工程專業(yè)畢業(yè)生的要求也趨向重動手能力、重技術(shù)、重創(chuàng)新能力。為了適應(yīng)多樣化、現(xiàn)代化和科技化的行業(yè)發(fā)展特點[5-6],研究型大學(xué)充分開展工程實驗和實踐教學(xué)也是大勢所趨。
4研究型大學(xué)土木工程專業(yè)實驗教學(xué)方法設(shè)計
大連理工大學(xué)作為“985工程”大學(xué),目標(biāo)是建設(shè)成為國際知名的研究型大學(xué),也是首批實施“卓越計劃”的高校,并在2012年研究完成基于卓越工程師計劃的新一輪培養(yǎng)方案。大連理工大學(xué)土木工程專業(yè)是國家首批卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè),已經(jīng)研究并完成大連理工大學(xué)教學(xué)改革基金課題重大項目“土建類卓越工程師教育培養(yǎng)體系研究與國家級工程實踐教育中心建設(shè)”,完善了土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案和具有國際視野的土木工程國際班培養(yǎng)方案,批準(zhǔn)建立了2個國家級工程實踐教育中心。
4.1開發(fā)工程虛擬實驗
這種實驗教學(xué)模式適用于一些驗證性的實驗。驗證性實驗可以深化對專業(yè)理論知識的理解,多數(shù)簡單易懂,為學(xué)生創(chuàng)新思維與能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。但這部分只是有一定的獨立性,邏輯聯(lián)系不緊密,實驗過程中留給學(xué)生發(fā)揮的空間不足,實驗結(jié)果雷同,不易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[7]。同時,土木工程專業(yè)的基礎(chǔ)驗證性實驗類型比較多,而實驗課的課時又有限,為了解決節(jié)省時間和空間的問題,在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)展的情況下,由教師開發(fā)出相應(yīng)的虛擬實驗軟件和平臺供學(xué)生使用,將實驗過程虛擬化、圖形化,并借助多媒體技術(shù)來充分展示,既可以使實驗更直觀,也可以彌補學(xué)生實際操作時可能有實驗現(xiàn)象未被觀察到的問題。
工科課程虛擬實驗既增加了課程的趣味性,也靈活地解決了在重視綜合性實驗而不得不適當(dāng)壓縮驗證性實驗數(shù)量的問題。比如建筑材料課程中的水泥、砂石性質(zhì)實驗,土力學(xué)與地基基礎(chǔ)中的土的物理性質(zhì)實驗、鋼筋混凝土課程中的鋼筋混凝土簡支梁受彎性能實驗,都可以設(shè)計成虛擬實驗。
4.2開發(fā)綜合設(shè)計性實驗
綜合設(shè)計性實驗要求學(xué)生根據(jù)課程資料,完成實驗的構(gòu)想、設(shè)計、驗證、撰寫報告的過程,教師可以給出實驗的整體框架和思路,在實驗實施過程中給予引導(dǎo)和指導(dǎo),使學(xué)生真正處于教學(xué)的中心位置,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想和創(chuàng)新能力。這種實驗一般是分小組進(jìn)行,還可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作精神[8]。
4.3結(jié)合多課程的綜合性和設(shè)計性實驗
土木工程專業(yè)主干課程具有相關(guān)性,為了加強各課程之間的聯(lián)系,將知識“由點到線,由線到面”有機地組合,可以將多門課程的重點實驗內(nèi)容進(jìn)行整合設(shè)計,增加實驗的設(shè)計性、綜合性和先進(jìn)性,這樣做既有利于學(xué)生對各課程內(nèi)容的全面理解,增加學(xué)生對整個學(xué)科的認(rèn)識,同時也可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、綜合分析能力和創(chuàng)新能力。這種想法已在一些院校得到了實現(xiàn),比如中原工程學(xué)院已完成了“鋼筋混凝土梁綜合性實驗”、“巖土工程勘察綜合性實驗”等綜合性實驗,“混凝土配合比與拉壓彈性模量測試”等設(shè)計性實驗的設(shè)計[9]?!敖Y(jié)構(gòu)試驗”中的“簡支梁在靜載作用下的試驗”綜合了“混凝土配合比設(shè)計”、“鋼筋配置”和“靜載試驗”的內(nèi)容[10]。
4.4鼓勵學(xué)生參與教師科研項目
教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將自己的科研課題轉(zhuǎn)化為科研項目提供給學(xué)生,使教學(xué)與科研相互促進(jìn)。教師吸收學(xué)生參與實際科研課題,充當(dāng)科研助手,讓學(xué)生有機會了解科研過程,學(xué)會數(shù)據(jù)采集方法和實驗技術(shù),懂得利用網(wǎng)絡(luò)電子資源收集文獻(xiàn)資料,培養(yǎng)學(xué)生初步的探索性研究能力[11],訓(xùn)練學(xué)生初步的科研能力[12]。
4.5鼓勵學(xué)生參與實際工程實習(xí)并撰寫小論文
培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)是“卓越計劃”中重點要解決的問題之一。研究型大學(xué)還應(yīng)鼓勵并組織學(xué)生參與到實際工程中實習(xí),并給出一些課題供學(xué)生選擇,通過工程實際中的問題來深刻理解和運用所學(xué)知識,且能夠接觸到最新的工程技術(shù)、規(guī)范規(guī)程及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等,有利于學(xué)生畢業(yè)后更快進(jìn)入工作角色。
4.6開展科技創(chuàng)新項目和科技競賽
科技創(chuàng)新項目或科技競賽活動作為課程實驗教學(xué)活動的延伸,所涉及的領(lǐng)域不僅包括課程內(nèi)的知識領(lǐng)域,還可包括學(xué)科前沿[13]。學(xué)生參與到項目完成的整個過程中,完成文獻(xiàn)調(diào)研、制定研究方案和方法、進(jìn)行實踐操作、數(shù)據(jù)整理和分析、得出實驗結(jié)果等環(huán)節(jié)?;炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、混凝土配合比設(shè)計大賽等競賽已在我校開展多年,得到學(xué)生的廣泛歡迎和認(rèn)可。
4.7充分利用校內(nèi)外實驗基地開展實驗教學(xué)活動
依托重點學(xué)科和實驗室建立的校內(nèi)實驗中心和與企業(yè)合作的校外實踐基地展開實驗教學(xué)活動,培養(yǎng)具有工程素養(yǎng)、實踐能力、創(chuàng)新能力的土建類卓越工程師。
“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。該計劃的實施目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才,為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)?!白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”具有三個特點:一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程;二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才;三是強化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。教育部將在五個方面采取措施推進(jìn)該計劃的實施:一是創(chuàng)立高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機制;二是以強化工程能力與創(chuàng)新能力為重點改革人才培養(yǎng)模式;三是改革完善工程教師職務(wù)聘任、考核制度;四是擴大工程教育的對外開放;五是教育界與工業(yè)界聯(lián)合制訂人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
2010年7月,華南理工大學(xué)成為全國第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”實施高校。土木工程“卓越全英班”是該計劃的重要組成部分,是為探索個性化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式而開辦的。注重培養(yǎng)學(xué)生掌握力學(xué)、結(jié)構(gòu)基本理論和設(shè)計方法、先進(jìn)施工技術(shù)及工程管理知識,突出外語、計算機應(yīng)用能力。大部分課程采用全英教學(xué),注重和加強實踐和創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié),配備高水平教師擔(dān)任導(dǎo)師進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)和科研實踐指導(dǎo)。開設(shè)科技前沿專題講座,參與國際工程實踐。培養(yǎng)具有良好的人文、科學(xué)與工程的綜合素質(zhì),具有國際視野和國際交往能力的土木工程優(yōu)秀創(chuàng)新人才,力爭與國際土木工程領(lǐng)域的培養(yǎng)模式接軌。
研究性教學(xué)是一種符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律和綜合素質(zhì)形成邏輯的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式,得到“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的大力提倡和著力推廣。該文著重介紹采用研究性教學(xué)方法進(jìn)行土木工程專業(yè)道路工程方向的一項探索性試驗設(shè)計過程及其效果。
1 典型的研究性教學(xué)方法
研究性教學(xué)是以探究為基礎(chǔ)的教學(xué),它以學(xué)生的發(fā)展為本,把學(xué)習(xí)與研究相統(tǒng)一,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題,使學(xué)生成為教學(xué)活動的中心,成為自我反思和自我發(fā)展的主體[1]。作為一種教學(xué)方法體系,研究性教學(xué)主要有案例教學(xué)、基于問題解決的學(xué)習(xí)和基于問題的學(xué)習(xí)等三種典型的教學(xué)方法。
1.1 案例教學(xué)法
案例教學(xué)法是一種使得學(xué)生處在面臨問題的決策者角色的教學(xué)方法。在案例教學(xué)法課堂,無論是教師和學(xué)生必須以不同的方式被激活。教師和學(xué)生相互依賴、互相學(xué)習(xí)。教師一般都是專家,但他們很少直接告知學(xué)生專業(yè)知識。
案例教學(xué)法主要是用在商業(yè)學(xué)院和公共政策學(xué)院教學(xué)活動中。例如,1908年已被用于在哈佛商學(xué)院和公共政策學(xué)院。教學(xué)案例研究是全球頂尖的商學(xué)院進(jìn)行核心功能。他們常常組織比賽確定最佳的新的教學(xué)案例。商業(yè)案例是模仿或模擬真實情況下的文檔。案例陳述的現(xiàn)實讓讀者參與其中。案件往往說明企業(yè)或政策形勢需要解決問題,還包括課堂討論和研究的其他信息。在沒有明顯的解決方案的情況下,提供了充分的事實基礎(chǔ)上激發(fā)學(xué)生獲得一切可能的結(jié)果。作為現(xiàn)實的模擬,案例必須具有三個特征:一個重要的業(yè)務(wù)問題或問題。沒有問題的情況下,沒有教育價值;充分的信息基礎(chǔ);沒有明確的結(jié)論。
在案例教學(xué)過程中,教師的作用是選擇和組織案例,這也是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。
1.2 基于問題解決的學(xué)習(xí)
基于問題解決的學(xué)習(xí)方法是1980年美國數(shù)學(xué)教師協(xié)會正式提出來的[2]。它將學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計成問題,或由學(xué)生提出問題,讓學(xué)習(xí)者通過解決問題來獲得相應(yīng)的知識和能力。
讓學(xué)生提出高質(zhì)量的問題是這種教學(xué)方法的關(guān)鍵。要求學(xué)生將問題具體化和形象化,構(gòu)造成模擬實際生活的故事情節(jié)。學(xué)生在原有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,通過分析解決問題,發(fā)現(xiàn)更加復(fù)雜和深入的問題。
因此,學(xué)生提出問題的多少、思考問題的廣度和深度等是基于問題解決的學(xué)習(xí)方法的重要的評價標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 基于問題的學(xué)習(xí)
基于問題的學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。學(xué)習(xí)的目的是獲得解決問題的經(jīng)驗、思考策略和該領(lǐng)域的知識[3]?;趩栴}的學(xué)習(xí)的目標(biāo)是幫助學(xué)生形成靈活的知識、有效解決問題的能力、自主學(xué)習(xí)、有效的協(xié)作能力和內(nèi)在動機。
基于問題的學(xué)習(xí)是一個主動的學(xué)習(xí)方式[4]。在工作過程中,學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們已有的知識,需要知道什么,以及如何和在哪里獲得新的信息,可能會有益于該問題的解決。教師的作用是為了促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)、支持、指導(dǎo)和監(jiān)控學(xué)習(xí)過程。導(dǎo)師必須建立學(xué)生對解決問題的信心,并鼓勵學(xué)生,同時也拓展他們的理解。
Barrows定義了基于問題的學(xué)習(xí)模型為[5]:
(1)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)。
(2)學(xué)習(xí)是學(xué)生小團(tuán)體做的,理想的6~10人。
(3)教師指導(dǎo)學(xué)生而不是教學(xué)。
(4)以問題為基礎(chǔ)組織和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)。
(5)問題是設(shè)置是提高學(xué)生解決問題能力的基礎(chǔ),是刺激的認(rèn)知過程。
(6)學(xué)生通過自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)獲得新的知識。
基于問題的學(xué)習(xí)要求教師的教學(xué)風(fēng)格達(dá)到幾個主要標(biāo)準(zhǔn):首先,要有一個與教師科研相關(guān)的“學(xué)習(xí)中心”,所有的學(xué)生都需要圍繞該中心。第二個標(biāo)準(zhǔn)是必須有一個驅(qū)動問題,學(xué)生通過完成項目獲得問題的答案。這個問題也不能有一個預(yù)定的結(jié)果,它應(yīng)該要求學(xué)生使用的先驗知識來所有可能的結(jié)果。其他標(biāo)準(zhǔn)包括建設(shè)性的調(diào)查研究、學(xué)生的自主權(quán)等。
基于問題的學(xué)習(xí)的主要教學(xué)過程包括提出問題、分析問題、形成假設(shè)、驗證假設(shè)、修正假設(shè)。
2 土木工程探索性試驗設(shè)計
近年來華南理工大學(xué)開展了“探索性實驗”教學(xué)項目建設(shè)工作,引導(dǎo)教師將科研項目成果轉(zhuǎn)化為計劃內(nèi)實驗教學(xué)內(nèi)容,從而深化實驗教學(xué)內(nèi)容和體系改革,推進(jìn)實驗室開放共享;通過科研與教學(xué)融合,切實促進(jìn)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
下面介紹用研究性教學(xué)方法設(shè)計所申報的“探索性實驗”教學(xué)項目“瀝青混合料多軸加載試驗”。
2.1 提出問題
最新版的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20-2011)中瀝青混合料的試驗方法主要包括:單軸壓縮、單軸拉伸、小梁彎曲和劈裂試驗等。試驗過程中,瀝青混合料試件處于單軸或雙軸應(yīng)力狀態(tài)。而實際瀝青路面中,瀝青混合料處于多軸受力狀態(tài),承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。因此,現(xiàn)有瀝青混合料的試驗裝置與方法無法模擬實際瀝青路面材料的多軸受力狀態(tài)。
2.2 分析問題
為了模擬實際瀝青路面材料的多軸受力狀態(tài),采用如圖1所示的試驗裝置。通過轉(zhuǎn)動的橡膠輪胎帶動圓柱體試件轉(zhuǎn)動,試件受到橡膠輪胎的表面摩擦力F和鉛垂方向的壓力P作用。同時,在試件水平方向施加壓力Q。從而模擬實際路面材料多軸受力狀態(tài),使得試件承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。
2.3 試驗步驟
(1)試件制作。采用擊實法、靜壓法或旋轉(zhuǎn)壓實法制作的圓柱體試件;或在輪碾法制作的板塊狀試件中鉆取的圓柱體試件;或在路面中鉆取圓柱體的芯樣。
(2)安裝試件。將試驗室的環(huán)境溫度控制在試驗溫度±0.1 ℃范圍內(nèi)。加載前,保溫時間為90~120 min。
(3)水平方向加載。通過水平加載油缸對試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載。
(4)鉛垂方向加載。通過鉛垂方向加載裝置在橡膠輪上施加荷載,從而在試件中部上方施加鉛垂方向荷載。
(5)啟動橡膠輪驅(qū)動馬達(dá),使得橡膠輪單向旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速為1~100 r/s。
2.4 試驗結(jié)果的分析與討論
試件轉(zhuǎn)動一定次數(shù)后,量測試件中部加載位置的直徑,計算直徑變化率。加載后試件中部直徑的變化百分率計算公式為:100%×加載一定次數(shù)后加載位置試件直徑/加載前試件直徑。
同時,量測試件長度,計算加載后試件長度的變化率。加載后試件長度變化百分率計算公式為:100%×加載一定次數(shù)后試件長度/加載前試件長度。
教學(xué)過程中,共15位同學(xué)參與該項試驗,分為3組,每組5人(表1)。
3 教學(xué)效果
采用研究性教學(xué)方法,有助于把學(xué)生納入教師的科研項目,驅(qū)使學(xué)生調(diào)查研究,組織討論會,分析問題,解決問題,完成工作任務(wù)。
授課教師與同學(xué)們一起通過該試驗項目掌握了實際路面材料的受力狀態(tài),并創(chuàng)新性的設(shè)計了“瀝青混合料多軸加載試驗”方法。依托研究成果申報了2項實用新型專利和2項發(fā)明專利。在國外SCI源刊投稿論文2篇。
4 結(jié)語
研究性教學(xué)是一種符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律和綜合素質(zhì)形成邏輯的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式,得到“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的大力提倡和著力推廣。本文著重介紹采用研究性教學(xué)方法進(jìn)行土木工程專業(yè)道路工程方向的一項探索性試驗設(shè)計過程及其效果。主要結(jié)論如下。
(1)采用研究性教學(xué)方法,與教師的研究課題相結(jié)合,將土木工程專業(yè)實驗教學(xué)中部分傳統(tǒng)的驗證性實驗改革為探索性實驗是培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力的重要舉措。
>> 土木工程專業(yè)材料力學(xué)教學(xué)與后續(xù)課程銜接的探討 土木工程專業(yè)材料力學(xué)的教學(xué)改革 土木工程專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式下的材料力學(xué)課教改初探 土木工程材料力學(xué)課程教學(xué)的整體理論體系及其內(nèi)在邏輯關(guān)系 獨立學(xué)院土木工程專業(yè)基礎(chǔ)力學(xué)課程及教材建設(shè)探討 力學(xué)在土木工程專業(yè)中的應(yīng)用 材料力學(xué)案例教學(xué)的實踐與研究 《土木工程材料》課程教學(xué)方法探討 土木工程材料課程教學(xué)方法探討 新型土木工程材料探討 淺談“土木工程材料”的教學(xué)方法 基于案例模糊推理的土木工程造價估算方法探討 “學(xué)案導(dǎo)學(xué)法”在中職土木工程力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用 土木工程材料的淺析 獨立學(xué)院土木工程專業(yè)土木工程材料課程教學(xué)改革的探索 土木工程專業(yè)《CAD制圖》課程的探討 土木工程專業(yè)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教學(xué)方法淺談 探討高校土木工程專業(yè)的教學(xué)方法 土木工程專業(yè)學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)方法探討 土木工程專業(yè)“混凝土結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)方法探討 常見問題解答 當(dāng)前所在位置:l,2010-01-21.
[6]李文,王樹偉,盧召紅,周英明.《土木工程概預(yù)算》課程教學(xué)改革研究[J].價值工程,2013(09).
[7]王樹偉,李文,盧召紅,周英明.土木工程專業(yè)實踐教學(xué)改革的幾點思考[J].價值工程,2013(10).
【關(guān)鍵詞】土木工程;自動化;當(dāng)前現(xiàn)狀;發(fā)展動向
引言
結(jié)合社會進(jìn)程的各個階段發(fā)展情況分析,土木工程建筑都起著重要的推進(jìn)作用。就我國目前經(jīng)濟(jì)建設(shè)情況而言,國民經(jīng)濟(jì)中土木工程的作用日益重要。結(jié)合土木工程的發(fā)展歷史來看,無論是在實際應(yīng)用還是科技研究方面都取得了喜人成績,特別近幾年的飛速發(fā)展,促使土木工程建設(shè)方面有了重大飛躍,本文作者結(jié)合目前土木工程建設(shè)現(xiàn)實科研與未來發(fā)展情況分析未來土木工程的發(fā)展形勢,結(jié)合作者觀點全面分析土木工程發(fā)展未來。
1、就目前發(fā)展形勢,分析土木工程當(dāng)前形勢
目前土木工程研究的對象主要集中在以下幾個方面:
1.1高層建筑擁有全新的發(fā)展時期
目前在土木工程修建過程中,不僅原料、構(gòu)造方法、施工技術(shù)等方面有所變化,自動化的施工方法也被普遍應(yīng)用,建筑規(guī)模也有所增大,建筑的數(shù)量不斷增多,而且高度也有所提升。我國很多城市的建筑水平已經(jīng)在世界排名中位于前列,高層建筑的發(fā)展形勢擁有了一個全新局面。
1.2目前土木工程發(fā)展情況,設(shè)計結(jié)構(gòu)方面必然會有所變化
在許多情況下風(fēng)荷載和地震荷載已成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素,因此大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系抗風(fēng)抗震的設(shè)計理論及其相關(guān)問題正在被極大的關(guān)注。相關(guān)的研究課題將包括設(shè)計地震動及災(zāi)害性風(fēng)荷載的作用機理,特大跨度橋梁的結(jié)構(gòu)體系及抗風(fēng)抗震。同時,“以柔克剛”的抗震思想在結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)中將進(jìn)一步得到體現(xiàn),現(xiàn)代振動問題正在向著自適應(yīng)控制、智能控制、吸震減震技術(shù)研究方向發(fā)展,土木工程結(jié)構(gòu)健康檢測、災(zāi)害結(jié)構(gòu)相應(yīng)控制等基礎(chǔ)性的研究將會進(jìn)一步加強。
1.3土木工程發(fā)展關(guān)注重心將轉(zhuǎn)移地下施工建設(shè)與開發(fā)方面
隨著人口數(shù)量的不斷遞增,在世界范圍內(nèi)都出現(xiàn)空間資源利用緊張,所以開發(fā)利用地下資源將成為緩解空間緊張最有效的方法,無論是在其他國家還是國內(nèi)的發(fā)展城市中,地下施工建設(shè)和開發(fā)都成為城市發(fā)展的重點。目前,國內(nèi)城市應(yīng)用地下工程建設(shè)技術(shù)已經(jīng)能夠達(dá)到世界先進(jìn)水平,這必將帶來地下空間合理利用的又一個起點。
2、科技信息化為土木工程發(fā)展帶來新的契機
隨著科技信息化的不斷進(jìn)步,也帶動了其他行業(yè)的發(fā)展,這也是目前新形式下國家發(fā)展的方向??萍夹畔⒒褪抢每萍荚O(shè)備實現(xiàn)現(xiàn)代科技提升工程效率,并且最大限度的降低工程成本。通過科技信息化建設(shè)過程,使現(xiàn)代化的建設(shè)理念貫穿土木工程發(fā)展全過程,甚至在以往工程建筑技術(shù)難以完成的建筑工程。通過科技信息化在土木工程方面的擴大應(yīng)用,不僅提升了建筑工藝,也擴大了建筑領(lǐng)域,為土木工程的發(fā)展帶來了嶄新的機會。
2.1土木工程中的“三S”系統(tǒng)應(yīng)用與推廣
遙感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)的集成綜合,構(gòu)成整體,實時,動態(tài)的對地觀測,判別,分析應(yīng)用,在土木工程界已發(fā)揮了巨大的作用,并具有廣闊的前景。近年來提出的“數(shù)字城市”的要領(lǐng)就是在“三S”系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,即綜合應(yīng)用GIS、遙感、遙測、網(wǎng)絡(luò)、多媒體、及虛擬仿真對城市的基礎(chǔ)設(shè)施、功能機制進(jìn)行自動采集,動態(tài)監(jiān)測管理和輔助決策服務(wù),顯然,“數(shù)字城市”是以數(shù)字化信息處理技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為背景的技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的使用和全國推廣,必將把我國的城市規(guī)劃建設(shè)與運營提升到一個新的水平。
2.2技術(shù)控制方式現(xiàn)在以及未來發(fā)展形勢
對于一個大型的復(fù)雜工程項目,可能需要多個成員甚至多個設(shè)計部門的參與和設(shè)計,也需要其他的在線咨詢與協(xié)同工作,或由分布在不同的地域的設(shè)計人員,設(shè)計分支機構(gòu),協(xié)作單位或部門使用不同的軟硬件平臺和不同的設(shè)計手段在同一規(guī)定的時間段完成。針對電子數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的方便應(yīng)用,目前國外以開發(fā)出系列化的雙向無線電通訊設(shè)備,用于工地的聯(lián)絡(luò),以及利用GPS技術(shù)的人機通訊設(shè)備。信息技術(shù)的發(fā)展,已使得國際承包商可以克服地域的壁壘。
2.3土木工程的應(yīng)用離不開對于現(xiàn)實模擬技術(shù)
在傳統(tǒng)的土木工程中,人們不得不用一些平面圖紙,用特定的符號傳遞大量的信息和數(shù)據(jù),這種方法受到信息接收者的行業(yè)、知識結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗等的限制,而且隨著新時代土木工程的復(fù)雜程度的不斷提高,使得使用這種方法交流起來比較困難。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為土木工程中的交流提供了一種新的前景和手段。另一方面,它在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的計算、施工過程的模擬等復(fù)雜計算過程中更有其獨特的優(yōu)勢。通過計算機三維圖形技術(shù)實現(xiàn)可視化計算,可以將設(shè)計參數(shù)變化以后的結(jié)果直觀的顯示出來,在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計等方面也會出現(xiàn)一個很大的飛躍。通過虛擬技術(shù)的應(yīng)用,將設(shè)計時間和施工時間相對縮短,空問相對縮小,通過計算機計算和人機交互,對最佳方案的選擇使得獲得最佳工期、最低費用和對資源的最有效合理利用成為可能,對工程施工的質(zhì)量把握的更為準(zhǔn)確、科學(xué)。
土木工程能夠使用的時間,以及在不同空間內(nèi)的發(fā)展,都成為科技人員重視的研究問題,環(huán)境對于建筑影響,以及結(jié)構(gòu)在不同空間內(nèi)有什么變化,也是未來一段時間的研究方向。而模擬技術(shù)的擴大應(yīng)用,使這些熱點研究問題得到很好的控制和解決,土木工程的發(fā)展趨勢因為模擬技術(shù)應(yīng)用而實現(xiàn)了更廣闊的空間。
結(jié)束語
無論是國家的發(fā)展,還是一個城市的建設(shè),都離不開建筑業(yè)的支持,就土木工程的發(fā)展趨勢而言,不僅是國家建設(shè)的迫切需要,也是緩解空間資源緊缺最有效的方法,雖然,土木工程建筑在過去人類文明進(jìn)程方面,已經(jīng)取得了卓越成績,文中介紹了目前土木工程所涉及的幾個方面,也結(jié)合科技信息化下土木工程的發(fā)展趨勢有所介紹。結(jié)合土木工程這一專業(yè)現(xiàn)實情況而言,新技術(shù)與信息化所帶來的不僅是技術(shù)方面的革新,同時也是發(fā)展領(lǐng)域拓展與實現(xiàn),如何能夠在國家發(fā)展與社會建設(shè)的大形勢下,土木工程行業(yè)的發(fā)展也出現(xiàn)革命性的轉(zhuǎn)機,這是每一位土木工程專業(yè)人員所肩負(fù)的責(zé)任與任務(wù),希望本文能夠?qū)τ邢嚓P(guān)需要的讀者有所幫助。
參考文獻(xiàn)