數(shù)值模擬實驗技術(shù)在“工程結(jié)構(gòu)”教學中的應用研究

黃世鴻

（廣西財經(jīng)學院 廣西南寧 530003）

數(shù)值模擬實驗技術(shù)主要是指借助計算機技術(shù)，建立一個能夠反映問題本質(zhì)的數(shù)學模型，通過計算機運行數(shù)學模型的方式，尋求高效率、高質(zhì)量、高準確度的計算方式，在上述理論思路下完成對程序的編制，并完成計算驗證?？梢哉f，在工程結(jié)構(gòu)問題上，由于結(jié)構(gòu)問題具有隱患性和抽象性，教師若是單純開展理論教學，或是讓學生自己對問題進行深入探究和分析，所能達到的教學效果有限。然而，教師若是導入直觀的數(shù)據(jù)來證明工程結(jié)構(gòu)的理論知識，則可以很好地提升教學質(zhì)量，建立具有實踐應用操作能力的工程結(jié)構(gòu)安全人才隊伍。

一、工程結(jié)構(gòu)課的教學現(xiàn)狀

工程結(jié)構(gòu)課是建筑等專業(yè)的基礎性課程，其主要是展開對建筑結(jié)構(gòu)本質(zhì)的理論教學，從而提高學生對建筑行業(yè)的實踐操作能力。建筑是百年大計。建筑工程的施工質(zhì)量安全問題影響著人們的生命財產(chǎn)安全，更影響著社會的經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定。過去頻繁的建筑安全問題已經(jīng)給我國帶來了巨大的消極影響。然而，問題出現(xiàn)的本質(zhì)，歸根究底是因為設計不合格所帶來的。建筑工程結(jié)構(gòu)課正是展開建筑設計的根本所在。可以說，建筑工程結(jié)構(gòu)課教學直接影響著建筑行業(yè)學生的學習效果，對國家未來建筑行業(yè)的質(zhì)量安全有著很大的作用。但是，在傳統(tǒng)教學理念以及教學工具的影響下，工程結(jié)構(gòu)課的教學效率和教學效果并不樂觀。以建筑工程結(jié)構(gòu)課的教學目標為例，其要求學生能夠擁有專項能力，具備對常見建筑結(jié)構(gòu)的認知能力，對各種建筑結(jié)構(gòu)的荷載能力以及荷載組合能力能進行選定和判斷，還要求能確定結(jié)構(gòu)計算簡圖與具備內(nèi)力計算能力，由此展開建筑施工材料的選定，更好地處理建筑工程中的基本構(gòu)件設計和組合問題。但是，在傳統(tǒng)的課堂教學活動中，課堂采用的教學方式較為單一，主要是依靠學生自己的計算能力以及專業(yè)素養(yǎng)展開對工程結(jié)構(gòu)內(nèi)容的練習和學習。事實上，這種陳舊的教學理念和教學方式導致建筑工程專業(yè)學生的實踐實訓能力有限，并不能展開精準的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的計算和選擇。同時，這種方式還要求學生在數(shù)學計算方面具有較強的能力，能選擇最合適的數(shù)學計算方式展開高效率的工程結(jié)構(gòu)承載力計算。這無疑是給建筑專業(yè)教學帶來了挑戰(zhàn)和壓力，也影響著建筑行業(yè)所培養(yǎng)人才的專業(yè)情況。對此，我們要尋求現(xiàn)代教育技術(shù)的幫助，導入一些行業(yè)技術(shù)手段來實施教學。這樣才能有效攻克教學難題，提高工程結(jié)構(gòu)課的教學質(zhì)量和效率。[1]

二、數(shù)值模擬實驗技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)課中的應用探索

文章前面已經(jīng)分析了數(shù)值模擬實驗技術(shù)的原理以及其在工程結(jié)構(gòu)課中應用的價值。當前，在建筑工程結(jié)構(gòu)課的教學創(chuàng)新探索中，本文以建筑工程結(jié)構(gòu)課中的基本構(gòu)件設計與驗算的能力教學培養(yǎng)環(huán)節(jié)為例，實現(xiàn)了數(shù)值模擬實驗技術(shù)的具體應用。

首先，確定能力的教學目標。要求教師展開對砼受彎構(gòu)件正截面承載計算能力的教學應用。確定能夠根據(jù)鋼筋砼受彎構(gòu)件的實際施工情況，展開對正截面承載力的設計計算，并由這些相關(guān)數(shù)據(jù)展開施工圖的繪制。

其次，展開數(shù)值模擬實驗技術(shù)的應用流程教學。在工程結(jié)構(gòu)圖教學中，教師要能展開數(shù)值模擬實驗技術(shù)理論教學，確保學生能夠完成計算機操作，懂得如何打開并且進入到該技術(shù)中，導入建筑工程的相關(guān)要求和內(nèi)容。然后，教師要在課堂中對相關(guān)的結(jié)構(gòu)承載力條件因素進行確定。比如，學生要知道工程基本構(gòu)件中，哪一些構(gòu)件是起到主要承載力的作用，哪一些構(gòu)件是起到影響的作用，而影響的幾率大小又是多少。例如，學生要知道在鋼筋砼受彎構(gòu)件中，簡支梁截面的尺寸大小對整個建筑工程結(jié)構(gòu)的承載力和美觀性都有影響。因此，在計算中，學生要能先確定所要展開計算的未知條件。[2]

再次，導入數(shù)值模擬實驗技術(shù)流程。基于數(shù)值模擬的出發(fā)點，展開對建筑結(jié)構(gòu)中能夠反映各個構(gòu)件基本問題的微分方程以及相應定解條件的確定，進行數(shù)學模式的初步確定。選擇高效率、高準確度的計算方式。在當前的計算機發(fā)展中，其已經(jīng)不僅僅能利用微積分方程的離散化方法及求解方式，還可以利用貼體坐標的建立、邊界條件的處理展開對建筑工程結(jié)構(gòu)各個模擬問題的解答。確定完采用哪些方式之后，我們就可以開始編制程序進行計算。由于所構(gòu)建的數(shù)學模型以及采用的計算方式所呈現(xiàn)出來的是一個非線性的復雜的方程，因此，其在數(shù)值的求解結(jié)果上呈現(xiàn)出不完善性。因此，我們要求再次通過實驗的方式加以驗證。

最后，對建筑工程結(jié)構(gòu)的計算以及驗證。展開建筑工程結(jié)構(gòu)圖的繪制，由此加強學生對建筑行業(yè)專業(yè)核心技能的學習和操作。本文的實踐應用探索旨在能為其他專業(yè)學科中的教學重難點環(huán)節(jié)起到指導和借鑒的作用。

三、結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)課教學實踐活動可知，其存在著教學質(zhì)量不高、人才實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)培育效果不佳等現(xiàn)實情況。因此，教師要對工程結(jié)構(gòu)課的教學進行改革。導入數(shù)值模式實驗技術(shù)作為課堂教學的新方法和技術(shù)，可以很好地完成教學內(nèi)容的探索實踐，切實提高學生的工程結(jié)構(gòu)實踐能力，從而完成對人才的培養(yǎng)。