《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程能力培養(yǎng)教學(xué)模式構(gòu)建

廖娟 張苑竹 王新泉 黃英省

(浙江大學(xué) 城市學(xué)院，浙江杭州 310015)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程由“設(shè)計原理”和“結(jié)構(gòu)設(shè)計”兩部分組成，是土木專業(yè)的基礎(chǔ)課程。

教學(xué)模式是教學(xué)方法、評價方法、教學(xué)手段、教學(xué)文件等與教學(xué)過程相關(guān)內(nèi)容的總稱。我國近年來，從教育管理部門到高校都開始重視以能力為核心教學(xué)模式的探索和實踐［1－5］。構(gòu)建以能力培養(yǎng)為核心的教學(xué)模式勢在必行，但并非易事。

CDIO 發(fā)源于美國，它對人才培養(yǎng)提出了清晰的愿景，完整的列舉了工科專業(yè)的能力要求大綱［6］。

舊的教學(xué)模式以知識傳授為核心，存在時間長，影響深遠(yuǎn)。要轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅芰魇跒楹诵牡哪Ｊ叫枰鉀Q許多問題。如:以能力培養(yǎng)為核心體現(xiàn)在哪里?知識與能力之間用什么方式對接?對于設(shè)計類課程來說，采用綜合實踐項目，在做的過程學(xué)習(xí)是最好的方式。但是，項目如何設(shè)計才能與知識傳授和能力培養(yǎng)相配合?教學(xué)模式包含內(nèi)容眾多，如何進行一體化建設(shè)?因此，構(gòu)建以能力為核心的教學(xué)模式需要教師從傳統(tǒng)的課堂傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐皂椖繛橹鲗?dǎo)的課程設(shè)計者、學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和全程觀察的評估者［7］。

本次構(gòu)建以CDIO 能力大綱為基礎(chǔ)，從知識、能力、實踐項目三要素出發(fā)，試圖摸索出一條構(gòu)建能力為核心的一體化教學(xué)模式的路子。

1 一體化教學(xué)模式構(gòu)建的方法

1.1 基礎(chǔ)與背景

我國于2011年發(fā)布了《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》(簡稱“專業(yè)規(guī)范”)［1］，明確提出了能力培養(yǎng)的要求，制訂了土木工程專業(yè)的核心知識模塊。CDIO 能力大綱普遍適用于所有工科專業(yè)，但還需要各專業(yè)結(jié)合自己的具體要求得出更為適用的專業(yè)CDIO 能力大綱。2012年初，我國CDIO 土木分會提出了《土木工程專業(yè)應(yīng)用型卓越工程師培養(yǎng)計劃(參考)》(簡稱“培養(yǎng)計劃”)，培養(yǎng)計劃進一步明確了土木工程專業(yè)的能力要求，將能力分為三級。第一級有五個能力模塊，分別是“知識”、“個體能力和素質(zhì)”、“團隊合作和領(lǐng)導(dǎo)能力”、“社會適應(yīng)和自我更新能力”、“項目管理實施能力”;第二、三兩個能力級別又進一步細(xì)化各能力模塊的能力要求，并在第三級別能力后對接課程。

以上兩個文件分別明確了土木工程專業(yè)培養(yǎng)的全部知識和能力要求。

1.2 “雙線式”課程一體化教學(xué)模式構(gòu)建流程

如何構(gòu)建以能力培養(yǎng)為核心的教學(xué)模式?關(guān)鍵看兩點:一是否將能力要求體現(xiàn)到教學(xué)過程中去;二是否實現(xiàn)了知識的綜合應(yīng)用。

新模式有三個基本元素:知識、能力、項目。新模式要求教師必須在專業(yè)的整體調(diào)度下，以能力大綱為核心綱領(lǐng)，以實踐項目貫穿教學(xué)內(nèi)容，開展一體化建設(shè)，完成課程教學(xué)資源的建設(shè)和配置。為此，考慮教學(xué)模式構(gòu)建按兩條線實施完成，見圖1。第一條線:明確課程知識體系—明確課程能力目標(biāo)—制定課程CDIO 能力大綱—梳理課程的知識與能力對應(yīng)關(guān)系;第二條線:編制CDIO 設(shè)計項目—分解設(shè)計項目任務(wù)點—梳理設(shè)計項目任務(wù)點與知識點關(guān)系。通過這兩條線，將設(shè)計所需能力、知識、項目任務(wù)結(jié)合在一起，貫穿整個教學(xué)過程。

圖1 以能力為核心的教學(xué)模式構(gòu)建流程

2 一體化教學(xué)模式構(gòu)建內(nèi)容

上節(jié)分析了一體化教學(xué)模式的構(gòu)建流程，以下具體說明構(gòu)建內(nèi)容。

2.1 知識與能力的對接

2.1.1 課程知識體系

“專業(yè)規(guī)范”中對混凝土結(jié)構(gòu)類課程的核心知識模塊進行了詳細(xì)的規(guī)定。本次構(gòu)建結(jié)合專業(yè)規(guī)范中對于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的要求，結(jié)合本校實際，形成了課程的核心知識模塊表，見表1。

表1 課程知識體系表(局部)

2.1.2 課程能力培養(yǎng)目標(biāo)

在“專業(yè)規(guī)范”指導(dǎo)下，我校土木專業(yè)結(jié)合自身的特點提出培養(yǎng)目標(biāo)［2］。專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)需要由各課程共同完成，即課程必須在專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)基礎(chǔ)上，提煉出清晰的課程能力培養(yǎng)目標(biāo)。對于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程來說，目標(biāo)提煉如下:培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的方法，并通過課程設(shè)計實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計和實驗分析的能力;培養(yǎng)學(xué)生具有綜合運用各相關(guān)學(xué)科知識進行初步結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力，使學(xué)生有進一步開展工程實踐和研究混凝土結(jié)構(gòu)理論的基礎(chǔ)。

2.1.3 課程的CDIO 能力大綱

在以上提出的“培養(yǎng)計劃”和課程培養(yǎng)目標(biāo)基礎(chǔ)上，需進一步確定CDIO 的能力要求大綱。通過調(diào)研分析和同行研討，確定“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計類課程”的能力培養(yǎng)規(guī)格，見表2。限于篇幅，表2 僅列舉二級能力點，三級能力點不在此詳細(xì)列舉。表2 中的權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)用分?jǐn)?shù)體現(xiàn)各能力點的重要性，越重要的能力分越高，最高分設(shè)為5 分，以0 分為下限。表中“序號”對應(yīng)培養(yǎng)計劃的第一級能力編號，“專項能力”對應(yīng)于培養(yǎng)計劃的第二級能力編號。

2.1.4 知識與能力的對應(yīng)關(guān)系的梳理

課程的能力培養(yǎng)規(guī)格明確后，需建立知識與能力點之間的對應(yīng)關(guān)系以及能力獲得的方法，見表3。

表2 課程能力大綱要求簡表(局部)

表3 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計類課程目標(biāo)能力實施表(局部)

2.2 項目、知識、能力的對接

教學(xué)模式構(gòu)建的另一條線是設(shè)計項目與知識點對接，將項目任務(wù)點分解到教學(xué)過程中。這條線分三步完成，依次是“編制設(shè)計項目”、“分解項目任務(wù)點”、“梳理任務(wù)點與知識點的關(guān)系”。

通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠完成初步的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，掌握水平承重體系(板、梁)、豎向承重體系(柱、基礎(chǔ))的設(shè)計。設(shè)計項目主體設(shè)定為混凝土框架結(jié)構(gòu)，形成相關(guān)設(shè)計任務(wù)書。

設(shè)計項目涉及到的知識點和規(guī)范、圖集等資料繁多，且項目設(shè)計順序與教學(xué)內(nèi)容安排有較大差異。因此，必須重新設(shè)計項目任務(wù)書，并對任務(wù)詳細(xì)分解，以便知識點與任務(wù)點的對接。以下過程說明如何完成知識點與任務(wù)點的對接。

首先，對知識體系和項目任務(wù)的特點進行分析。第一，項目的設(shè)計是從整體到局部，即結(jié)構(gòu)—單體—構(gòu)件—截面的順序進行。而知識傳授從局部到整體，按截面—構(gòu)件—單體—結(jié)構(gòu)的順序進行。第二，項目是按照不同結(jié)構(gòu)部位的單體(如樓蓋、樓梯、柱、基礎(chǔ)等)逐個設(shè)計，而教學(xué)是按不同受力構(gòu)件分類講解設(shè)計。

其次，分解項目的任務(wù)點，理清任務(wù)點的邏輯關(guān)系，把任務(wù)與知識傳授緊密聯(lián)系起來。過程如下:

1)精煉單體設(shè)計過程。項目雖然有很多種單體，如樓蓋、樓梯、柱、基礎(chǔ)等，但每個單體的設(shè)計都是分三步:①計算簡圖;②控制截面內(nèi)力計算和組合;③計算控制截面配筋，根據(jù)構(gòu)造要求，完成結(jié)構(gòu)施工圖。

2)根據(jù)不同種類單體分解任務(wù)，見圖2。由于基礎(chǔ)設(shè)計在《基礎(chǔ)工程》課程中有詳細(xì)講解，限于篇幅，圖2 未列出基礎(chǔ)的第三層任務(wù)分解。以樓蓋設(shè)計為例說明。對于樓蓋設(shè)計，第一步是計算簡化，涉及荷載、支座、尺寸等概念和結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、剛度估計和荷載的傳遞分析;第二步是內(nèi)力計算，涉及到各種計算理論設(shè)計方法;第三步是配筋設(shè)計，涉及到截面承載力計算和構(gòu)造等。任務(wù)分解完畢后形成《課程設(shè)計項目任務(wù)及分解》文件，見圖2。

圖2 設(shè)計項目子任務(wù)分解

通過這樣的逐層分解，將項目任務(wù)與知識點進行連接。最后通過《課程能力目標(biāo)實施表》(表3)落實任務(wù)點在教學(xué)過程中的嵌入。

2.3 教學(xué)方法和評價方法的配套設(shè)計

課堂教學(xué)方法有多種，如問題式、直述式、討論、復(fù)習(xí)、現(xiàn)場參觀、實踐等。為實現(xiàn)知識的最佳傳授效果，需要針對不同的內(nèi)容要配合相應(yīng)的教學(xué)方法，具體到每堂課的教學(xué)方法設(shè)計，見表3。

有效的評價方法能促進學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，通過及時準(zhǔn)確的反饋，給予學(xué)生前進的方向和動力。評價方法要適合課程特點，并且要做到既有評價，又有反饋。評價方法的定位在過程考核為主上。為此，需改革過程評價的內(nèi)容。首先，過程評價的內(nèi)容要有綜合性、連續(xù)性。以往的小型習(xí)題的作業(yè)已經(jīng)無法滿足要求。為此，要增加課程設(shè)計項目、團隊形式作業(yè)，結(jié)合原有的小型習(xí)題，以擴充過程評價的對象。同時，作業(yè)內(nèi)容和作業(yè)的評價方法也需要根據(jù)課程內(nèi)容進行設(shè)計，見表3 “作業(yè)及其形式”。

另外，過程的反饋也是非常重要的，需要在平時設(shè)置相應(yīng)的反饋環(huán)節(jié)。反饋環(huán)節(jié)的設(shè)置有以下三方面要求:一是反饋的點。每次設(shè)計任務(wù)點完成后要設(shè)置反饋，統(tǒng)計問題，讓學(xué)生自我檢查是否完成任務(wù)能力的目標(biāo)。二是反饋的方式?？赏ㄟ^課堂復(fù)習(xí)(見表3 “復(fù)習(xí)”一列)，可通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺或者現(xiàn)場答疑。三是以上兩點內(nèi)容必須在“能力目標(biāo)實施表”、“CDIO 課程項目任務(wù)及分解中”體現(xiàn)。

3 結(jié)論和展望

本文在CDIO 能力大綱的基礎(chǔ)上，對構(gòu)建以能力核心的課程教學(xué)模式開展了研究。文章按照知識、能力、應(yīng)用全面鏈接的思路，設(shè)計雙線式流程進行教學(xué)模式構(gòu)建。從“知識點—能力點”這條線將課程能力要點和知識內(nèi)容進行對接，從“項目任務(wù)點—知識點”這條線將設(shè)計任務(wù)和知識點進行對接。通過這兩條線完成知識—能力—項目應(yīng)用一體化的教學(xué)模式。并隨行建設(shè)了“CDIO 課程設(shè)計項目任務(wù)和分解”、“課程能力目標(biāo)實施表”等一系列教學(xué)文件。

雙線式的構(gòu)建方法具有較強的實用性和可操作性，對于工程設(shè)計類課程都有較好的借鑒作用。它的作用效果以及操作方面的細(xì)節(jié)還需要通過實踐來驗證和解決。

［1］高等學(xué)校土木工程學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011:8－36.

［2］廖娟，劉樺.以能力培養(yǎng)為核心的教學(xué)模式改革探索—以土木工程專業(yè)為例［J］.教育教學(xué)改革研究，2012(1):6－9.

［3］何建平，岳松，呂伯皆.關(guān)于人才培養(yǎng)模式及其多樣化嬗變研究［J］.高等教育研究，2003(6):16－20.

［4］張浩.從“廚師”到“營養(yǎng)師”—CDIO 的理念在工程管理類學(xué)生培養(yǎng)中的借鑒和探討［J］.高教論壇，2009(5):62－64.

［5］李庚英，趙曉華，熊光晶.“土木工程材料”CDIO 模式的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.高等工程教育研究，2009(5):41－43.

［6］顧佩華，沈民奮，陸小華.重新認(rèn)識工程教育［M］.北京:高等教育出版社，2009:237－257.

［7］曹淼孫，梁志星.基于CDIO 理念的工程專業(yè)教師角色轉(zhuǎn)型［J］.高等工程教育研究，2012(01):88－91.