《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程教學(xué)的改革與實踐

初明祥，王清標(biāo)，蘇曉方

(山東科技大學(xué) 資源與土木工程系，山東 泰安 271019)

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程教學(xué)的改革與實踐

初明祥，王清標(biāo)，蘇曉方

(山東科技大學(xué) 資源與土木工程系，山東 泰安 271019)

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程對培養(yǎng)土木工程應(yīng)用型高技術(shù)人才，特別是培養(yǎng)學(xué)生的工程能力及創(chuàng)新能力具有重要的作用。根據(jù)這一培養(yǎng)要求，本文對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式進(jìn)行研究探討，改革完善了課程的知識體系，探索了課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段，實現(xiàn)了對學(xué)生綜合運用知識與理論的能力及實際能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理;教學(xué)改革;實踐;工程能力;創(chuàng)新能力

進(jìn)入21世紀(jì)，我國高等教育類型結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出多元化和多樣性。發(fā)展應(yīng)用型本科教育已成為我國走新型工業(yè)化發(fā)展道路，培養(yǎng)多樣化人才的共同選擇和普遍趨勢。面對迅速發(fā)展的土木工程行業(yè)及其對應(yīng)用型人才需求量急劇增加的現(xiàn)狀，如何培養(yǎng)素質(zhì)高、能力強、能滿足土木工程業(yè)企業(yè)要求的高等技術(shù)應(yīng)用型人才，已成為土木工程專業(yè)課程教學(xué)改革面臨的主要任務(wù)。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程是應(yīng)用型土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是一門實踐性很強與現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程等有關(guān)的專業(yè)基礎(chǔ)課。為適應(yīng)培養(yǎng)土木工程應(yīng)用型高技術(shù)人才的要求，提高學(xué)生的工程能力及創(chuàng)新能力，我們對該課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面重新進(jìn)行了設(shè)計，在教學(xué)中既注重基本概念和基本理論的講授，又努力提高學(xué)生綜合運用知識與理論的能力，注重實際能力的培養(yǎng)，取得較好的實踐效果。

一 課程在土木工程專業(yè)的定位與課程目標(biāo)

本課程主要講授:混凝土結(jié)構(gòu)所用材料的性能、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原則、混凝土結(jié)構(gòu)中常見的種類受力構(gòu)件的破壞特征、設(shè)計模型建立及設(shè)計方法等。課程所講述的內(nèi)容是后續(xù)各方向的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》、《基礎(chǔ)工程設(shè)計》等專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)和工程基礎(chǔ)，也是土木類學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計及參與工程實踐活動必不可少的知識。因此，本課程在土木工程專業(yè)高級工程技術(shù)人員的培養(yǎng)過程中處于核心地位。

課程以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果為核心，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，提高學(xué)生整體素質(zhì)為目的。其總體目標(biāo)是:通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握混凝土結(jié)構(gòu)材料的特性、混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和原則，能運用結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)的特點設(shè)計一般的鋼筋混凝土構(gòu)件，并滿足工程實際所需的構(gòu)造要求。了解混凝土結(jié)構(gòu)的最新成果及發(fā)展方向，為后續(xù)專業(yè)方向的專業(yè)課程的學(xué)習(xí)及今后的工作打下扎實的基礎(chǔ)，最終實現(xiàn)具有工程能力及創(chuàng)新能力的土木工程高級工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目的。

二 課程知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計及特點

(一)知識結(jié)構(gòu)

根據(jù)本課程的知識體系的特點，將其知識結(jié)構(gòu)分為兩大部分:

1.理論基礎(chǔ)部分:主要的混凝土結(jié)構(gòu)所用材料的力學(xué)性能及混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，這是貫穿整個課程的基礎(chǔ)知識，是學(xué)習(xí)該課程的基層知識結(jié)構(gòu)。

2.工程基礎(chǔ)部分:主要包括各類鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的承載力設(shè)計知識和正常使用狀態(tài)下的驗算方法，包括各類構(gòu)件的破壞形態(tài)、受力特征，承載力極限狀態(tài)下力學(xué)模型的建立，承載力計算公式的推導(dǎo)，公式的適用范圍及工程應(yīng)用。這是該課程學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，其先修內(nèi)容涉及到基礎(chǔ)理論，其后續(xù)內(nèi)容延伸到結(jié)構(gòu)設(shè)計即工程應(yīng)用部分。

(二)本課程的教學(xué)內(nèi)容及設(shè)計順序

我們本著由淺入深，由已知向未知過渡的認(rèn)知規(guī)律對本課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計。全部內(nèi)容分為9部分，其順序為混凝土所用材料的性能、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原則、軸心受力構(gòu)件正截面承載力計算、受彎構(gòu)件正截面承載力計算、受彎構(gòu)件斜截面承載力計算、受扭構(gòu)件承載力計算、偏心受力構(gòu)件承載力計算、變形及裂縫和耐久性、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。

(三)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計的特點

1.由淺入深，由經(jīng)典的數(shù)學(xué)、力學(xué)定律過渡到簡明實用的模型和公式

教學(xué)實踐表明，學(xué)生最難闖的是從先修數(shù)學(xué)、力學(xué)課程到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的過渡關(guān)。往往數(shù)學(xué)、力學(xué)要求嚴(yán)格、精確，不差分毫，如果將這些引入到本門課程的話，勢必考慮的問題過細(xì)，變化參數(shù)過多，計算公式過于復(fù)雜而抓不到問題的重點。為此，本課程的知識體系是先將混凝土所用材料的性能設(shè)在最前面講解，通過對材性的學(xué)習(xí)，了解混凝土所用材料性能的復(fù)雜性，強調(diào)材料的性能影響構(gòu)件的性能，并最終影響結(jié)構(gòu)的性能。在教學(xué)中通過構(gòu)件破壞特征和受力特點的分析，建立反映問題實質(zhì)的實用計算模型和公式，實現(xiàn)理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)方法與工程應(yīng)用學(xué)習(xí)方法的順利過渡。

2.先基礎(chǔ)后應(yīng)用，理論基礎(chǔ)與工程應(yīng)用交叉融合、互相滲透

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則，是繼混凝土結(jié)構(gòu)所用材料后又一基礎(chǔ)內(nèi)容。它非常抽象，只有一些一般性的概念和表達(dá)公式。但正是這些，統(tǒng)一了全部混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計方法和材料性能的取值，同時也體現(xiàn)國家對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。在初學(xué)時，名詞、符號、術(shù)語繁多，又沒有實際具體的計算，一次很難掌握。但在后續(xù)的鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計的工程應(yīng)用的學(xué)習(xí)過程中，反復(fù)說明建立公式的原則，將理論基礎(chǔ)與工程應(yīng)用交叉融合，達(dá)到將設(shè)計原則貫穿全部結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計即工程應(yīng)用的全過程。

3.理論計算與規(guī)范運用結(jié)合，突出學(xué)科及課程的實用性

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是一門實用性的課程，盡管我們建立的計算公式能反映結(jié)構(gòu)受力的本質(zhì)，但還有很多未考慮的因素。同時由于混凝土結(jié)構(gòu)中材料和結(jié)構(gòu)及施工過程的復(fù)雜性，使我們無法也沒有必要將所有的影響因素都通過計算公式表達(dá)出來，另外工程實踐經(jīng)驗也給了我們一些啟示，這些都反映在相關(guān)規(guī)范的條文上。因此在教學(xué)上本課程一定要將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的理論計算與規(guī)范的條文結(jié)合起來學(xué)習(xí)。

4.不同規(guī)范相融合，突出課程的基礎(chǔ)性和廣泛性

本課程作為土木類專業(yè)各方向的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)具有“寬”的涵蓋面。但其工程應(yīng)用部分又與各專業(yè)方向的規(guī)范有密切的聯(lián)系。為此，在教材及課程教學(xué)中，將結(jié)構(gòu)受力特點這些共同的東西放在一起講解，而涉及到各自的差別時，分開進(jìn)行公式的推導(dǎo)和構(gòu)造措施的表述。一般先將土木工程中最量大的建筑工程和其他工程的內(nèi)容進(jìn)行融合，充分體現(xiàn)大土木的思路。

5.引入學(xué)科發(fā)展的最新成果，在課程中注入先進(jìn)性和時代性

規(guī)范是國家技術(shù)政策和經(jīng)濟(jì)政策的體現(xiàn)，也是國家成熟的科學(xué)技術(shù)成果的反映。因此與本課程配套的教材及課程教學(xué)的內(nèi)容應(yīng)隨著新的規(guī)范的更新而更新。這樣，學(xué)生學(xué)習(xí)的才是最前沿的東西，這是本課程和課程教學(xué)的責(zé)任。另一方面，隨著材料科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、新的試驗方法和手段的出現(xiàn)，施工技術(shù)水平和管理水平的提高，都對混凝土結(jié)構(gòu)課程注入了新的生機(jī)。如納米材料技術(shù)，外加劑技術(shù)等，都在課程教學(xué)中得以體現(xiàn)，讓《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程保持先進(jìn)性和時代性。

三 課程教學(xué)方法的改革探索

通過多年的教學(xué)探索與和實踐，針對本課程的知識體系和認(rèn)知規(guī)律，對課程教學(xué)的方法進(jìn)行了以下改革:

(一)課程重點、難點的教學(xué)方法

1.課程的重點與難點

本課程的重點是材性、設(shè)計方法、受彎構(gòu)件的正截面和斜截面承載力及偏心受壓構(gòu)件設(shè)計。本課程的難點是受彎構(gòu)件綜合考慮正截面和斜截面承載力時，縱向鋼筋的彎起與截斷;

偏壓構(gòu)件的破壞特征的判別，小偏壓構(gòu)件正截面承載力計算;混凝土構(gòu)件變形、裂縫的機(jī)理及計算方法;預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失的概念及損失計算;各階段應(yīng)力分析等。

2.本課程重點和難點的教學(xué)方法

由于本課程具有理論基礎(chǔ)部分抽象，工程應(yīng)用基礎(chǔ)部分實踐性、實用突出等特點，在課程內(nèi)容及課堂教學(xué)上采用如下方法解決重點和難點問題。

(1)預(yù)習(xí)引導(dǎo)、重點突破

對于重點、難點內(nèi)容，在講解前進(jìn)行預(yù)習(xí)引導(dǎo)，提出幾個下次講課前要求學(xué)生回答的問題，使課前預(yù)習(xí)有目的性和針對性。在講授中，對重點、難點部分放慢節(jié)奏，觀察學(xué)生的反應(yīng)，及時調(diào)整反復(fù)強調(diào)的內(nèi)容。課后要求學(xué)生進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的分析、對比和總結(jié)。為幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，我們在每次教學(xué)活動結(jié)束前，對重點、難點及帶規(guī)律性內(nèi)容問題進(jìn)行歸納。

(2)開展多媒體教學(xué)、充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源

根據(jù)課程特點，采用了傳統(tǒng)的粉筆加黑板的方法與自制教學(xué)課件相結(jié)合的方式進(jìn)行課堂教學(xué)，對于綱目性質(zhì)的內(nèi)容及上課時繪制比較費時費力的圖形，采用課件形式先制作出來，而對于必須掌握的公式推導(dǎo)部分仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段，兩種結(jié)合比只采用其中之一的方法效果要好。如果遇到某些上課時沒有及時做出筆記或理解透的問題，可以在課后登錄校園網(wǎng)通過課程課件及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

(3)啟發(fā)式提問，引出重點及難點內(nèi)容

強調(diào)教學(xué)過程中的師生互動，教師對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)式提高，引導(dǎo)教學(xué)主線;要求學(xué)生遇到問題課堂上及時提問，通過教師的回答將難點及時化解。

(4)例題、作業(yè)練習(xí)、輔導(dǎo)答疑

對課程學(xué)習(xí)的知識，要通過練習(xí)才能牢固掌握，本課程對于有示范作用的問題通過例題講解傳授一般解決方法，對于其他參數(shù)的變化則通過學(xué)生的作業(yè)練習(xí)來完成。并設(shè)置了課后定期答疑制度，解答學(xué)生們在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。

(二)課程常規(guī)教學(xué)方法與手段研究探索

1.傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代信息技術(shù)手段相結(jié)合

隨著對土木工程應(yīng)用型培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)模式的改革，課程教學(xué)既要注重基本概念和基本理論的講授，又要努力提高學(xué)生綜合運用知識與理論的能力，注重實際能力、創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)，完全依賴傳統(tǒng)的教學(xué)方式來進(jìn)行教學(xué)已經(jīng)滿足不了教學(xué)的要求，借助于現(xiàn)代信息技術(shù)手段是必然趨勢。但根據(jù)幾年的教學(xué)實踐來看，完全采用多媒體課件教學(xué)，效果并不理想，對于教學(xué)內(nèi)容完全采用多媒體進(jìn)行，易學(xué)、形象、好懂，印象深但理解不深、掌握不牢。為此，我們采用多媒體加黑板的教學(xué)方式，對于復(fù)雜、需要演示的圖形及綱目性的內(nèi)容以多媒體教學(xué)為主;而對于必須掌握的公式推導(dǎo)、工程應(yīng)用部分以多媒體和傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合的方式進(jìn)行;在教學(xué)中根據(jù)學(xué)生掌握知識的狀況需要補充或詳細(xì)說明的內(nèi)容在黑板上完成。

2.教師采用引導(dǎo)性教學(xué)與學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)相結(jié)合

教師對學(xué)生的知識傳授當(dāng)然是越多越好，越細(xì)越好，但限于教學(xué)時數(shù)的要求不可能做到如此。因此教師應(yīng)起到激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維的作用。在課堂上教師在有限的時間內(nèi)，對基本原理、重點難點及強制性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求作出講授，而加強反復(fù)練習(xí)、擴(kuò)大知識面和加強動手能力的訓(xùn)練部分放在課后進(jìn)行。學(xué)生可根據(jù)自己的時間、進(jìn)度來自主學(xué)習(xí)。

3.加強理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合

通過課堂的理論教學(xué)重點傳授知識，而通過實踐性教學(xué)加強學(xué)生對知識的理解、鞏固。為此，在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中除普通的習(xí)題作業(yè)、觀看試驗錄像、觀看工程錄像和計算機(jī)模擬動畫外，還設(shè)置了受彎構(gòu)件正截面承載力試驗和偏心受壓構(gòu)件正截面承載力試驗教學(xué)。通過對試驗的觀測和試驗數(shù)據(jù)的分析整理，能對理論教學(xué)的相應(yīng)部分知識有直觀、深刻的掌握。這些試驗除直接為理論教學(xué)服務(wù)外，還為后續(xù)課程如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》等學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，同時也鍛煉了學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究的興趣。

4.采用靈活多變的試驗手段，擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容，解決了學(xué)生被動學(xué)習(xí)的局面

充分利用現(xiàn)有教育技術(shù)及實驗教學(xué)資源，采用實物模型試驗、計算機(jī)仿真實驗，動畫摸擬和現(xiàn)場工程錄像等靈活多變的教學(xué)手段，對目前暫無條件開出實物試驗或無法實施的試驗內(nèi)容以計算機(jī)仿真實驗的形式開出，對不能到現(xiàn)場觀看的結(jié)構(gòu)及施工過程，則采取觀看計算機(jī)模擬動畫及現(xiàn)場錄像等形式進(jìn)行，實踐教學(xué)內(nèi)容豐富，形式多樣，生動活潑，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大，主動性和創(chuàng)新性得到加強，教學(xué)效果良好。

四 課程考核方式的改革

在課程學(xué)習(xí)中，采用大型習(xí)題講解與工程實際相結(jié)合的教學(xué)方式、經(jīng)典理論與現(xiàn)代試驗分析相結(jié)合的教學(xué)方式;在課程考核上，采用閉卷與開卷相結(jié)合的考試方法。對需牢固掌握的理論基礎(chǔ)部分內(nèi)容采取閉卷考試的形式，對需靈活運用所學(xué)理論知識解決實際問題的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程應(yīng)用知識則采取開卷考試形式。考試的成績占總評成績的80%，以知識考核為主;平時的作業(yè)和小測驗占20%，其中有部分內(nèi)容需要學(xué)生通過參考規(guī)范等條文及一些課外參考資料才能完成的大作業(yè)，以能力考核為主。這種考核方式，充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

五 結(jié)語

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程對培養(yǎng)土木工程應(yīng)用型高技術(shù)人才，特別是對培養(yǎng)學(xué)生的工程能力及創(chuàng)新能力具有重要的作用。為了適應(yīng)這一培養(yǎng)要求，近幾年我們對該課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面重新進(jìn)行研究探討，根據(jù)課程的知識結(jié)構(gòu)改革完善了課程的知識體系，根據(jù)課程知識體系的認(rèn)知規(guī)律改進(jìn)并采用了許多先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，實現(xiàn)了提高學(xué)生綜合運用知識與理論的能力及實際能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

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G642.3

A

1674－5884(2012)07－0046－03

2012－03－11

山東科技大學(xué)泰安校區(qū)創(chuàng)新基金資助項目(CXJ01)

初明祥(1963－)，男，山東諸城人，副教授，主要從事土木工程方面的教學(xué)與科研工作。

(責(zé)任編校 朱正余)