結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)過(guò)程中的學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)探究

鄧揚(yáng)?劉小燕?劉揚(yáng)

摘要：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，既有較強(qiáng)的工程概念又有系統(tǒng)的科學(xué)理論。我國(guó)土木工程建設(shè)事業(yè)日新月異的發(fā)展對(duì)本專業(yè)學(xué)生提出了更高的要求，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)一步激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的探索欲望和創(chuàng)新精神。從學(xué)生的主體性、探索性專題教學(xué)、工程案例教學(xué)以及課程設(shè)計(jì)教學(xué)等方面探討了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的教學(xué)方法，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理；主體性；創(chuàng)新能力；案例教學(xué)；專題教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）11-0122-02

近年來(lái)，我國(guó)土木工程建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展的新時(shí)期，工程建設(shè)的投資與規(guī)模日益擴(kuò)大，結(jié)構(gòu)新材料和新體系不斷涌現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用，工程建設(shè)的難度和創(chuàng)新性不斷提高。[1]這給土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求，學(xué)生在學(xué)好傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，還要不斷補(bǔ)充新的知識(shí)，更重要的是要提高綜合分析能力，增強(qiáng)發(fā)散性思維素質(zhì)，具備創(chuàng)新精神。在這一重要的歷史時(shí)期，如何提高學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新精神，是土木工程專業(yè)教學(xué)的重要任務(wù)。本文結(jié)合長(zhǎng)沙理工大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程群的教學(xué)實(shí)踐，以國(guó)家級(jí)精品課程和國(guó)家級(jí)精品資源共享課為實(shí)踐平臺(tái)，融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為一體且協(xié)調(diào)發(fā)展的教學(xué)體系，對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行改革，探索以培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題和創(chuàng)新探索精神的教學(xué)新模式。

一、以學(xué)生為主體，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神

高等學(xué)校的教育過(guò)程是培養(yǎng)大學(xué)生完整的主體性高度發(fā)展的教育活動(dòng)。研究表明，大學(xué)生主體性的發(fā)展，以其生理和心理品質(zhì)發(fā)展的成熟程度，可以分為三個(gè)階段：低年級(jí)——“接受性學(xué)習(xí)”為主階段；中年級(jí)——“接受性學(xué)習(xí)”向“發(fā)展性學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變期；高年級(jí)——“發(fā)展性學(xué)習(xí)”為主階段。對(duì)于土木工程專業(yè)的學(xué)生而言，一般在三年級(jí)時(shí)安排結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程，這時(shí)學(xué)生已處于高年級(jí)階段。高年級(jí)大學(xué)生的主體性地位非常突出，其主體性已有相當(dāng)發(fā)展，他們?cè)诖穗A段的學(xué)習(xí)主要是以發(fā)展性學(xué)習(xí)為主。發(fā)展性學(xué)習(xí)是突出超越已有知識(shí)的學(xué)習(xí)，其實(shí)質(zhì)就是學(xué)生自主性、能動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性的發(fā)揮。[2]

因此，筆者采用“啟發(fā)引導(dǎo)、自主學(xué)習(xí)、重點(diǎn)精講、專題討論”，以學(xué)生為主體的主動(dòng)型教學(xué)模式。具體教學(xué)方法是：課前列出教學(xué)內(nèi)容中的要點(diǎn)，提出相應(yīng)的問(wèn)題供學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)和思考；學(xué)生對(duì)教材內(nèi)容開(kāi)展自主學(xué)習(xí)，分析老師所提出的要點(diǎn)，并歸納學(xué)習(xí)過(guò)程中所遇到的問(wèn)題；課堂教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生存在疑問(wèn)的內(nèi)容進(jìn)行精講，重點(diǎn)吃透科學(xué)問(wèn)題來(lái)源、公式原理的推導(dǎo)以及例題的演算；設(shè)計(jì)探索性專題供學(xué)生獨(dú)立思考、推導(dǎo)，在此基礎(chǔ)上安排課堂討論，并外延至本領(lǐng)域前沿研究成果。主動(dòng)型教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)教學(xué)中單向傳授的局面，把教師的講授和同學(xué)的積極思維活動(dòng)結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)了教學(xué)中的啟發(fā)性、探索性和研究性。

二、設(shè)計(jì)探索性專題，加深學(xué)生對(duì)理論的理解

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，是該專業(yè)中工民建、橋梁、道路、巖土及隧道等方向?qū)W生將來(lái)從事工程設(shè)計(jì)、施工和管理工作所必須的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。該 課程的教學(xué)內(nèi)容包括材料性能、設(shè)計(jì)方法、各類構(gòu)件的受力性能（彎剪壓拉扭）及計(jì)算方法和配筋構(gòu)造等，涉及內(nèi)容非常廣泛。因此，該課程非常適合設(shè)計(jì)一些探索性的專題，通過(guò)這些專題的學(xué)習(xí)和探討，不僅能鞏固學(xué)生理論知識(shí)，加深對(duì)基本概念、計(jì)算方法、推導(dǎo)過(guò)程的理解，同時(shí)還能幫助學(xué)生理解各部分內(nèi)容的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生對(duì)書(shū)本未涉及知識(shí)的探索欲望，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

以受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算中的壓區(qū)混凝土等效矩形應(yīng)力圖形為例，[3，4]一般教科書(shū)中給出的計(jì)算圖式如圖1所示，以圖1（a）所給出的混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出等效矩形應(yīng)力圖形的合力以及作用點(diǎn)位置。而在介紹材料的力學(xué)性能時(shí)，教材給出了幾種不同的混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，包括圖2（a）給出的更符合實(shí)際情況的應(yīng)力應(yīng)變曲線。因此，在講授這一部分內(nèi)容時(shí)，可以安排學(xué)生嘗試采用圖2所給出的計(jì)算圖式開(kāi)展推導(dǎo)，并比較計(jì)算結(jié)果與圖1的有何不同?？梢钥闯?，這樣的探索性專題不僅能幫助學(xué)生掌握等效矩形應(yīng)力圖形的概念和推導(dǎo)過(guò)程，同時(shí)還融合了材料力學(xué)性能的內(nèi)容，使學(xué)生從孤立的章節(jié)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為各部分內(nèi)容的融合貫通，培養(yǎng)了探索與創(chuàng)新精神。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程內(nèi)容非常廣泛，能夠設(shè)置探索性專題的內(nèi)容很多，可根據(jù)學(xué)生的興趣和教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行合理安排。

三、結(jié)合工程案例，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力

案例教學(xué)法是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需要，以案例為基本素材，將學(xué)生帶入特定的事件情景中，進(jìn)而分析和解決問(wèn)題，其最根本的內(nèi)容就是案例的選取和使用，這也是案例教學(xué)區(qū)別于其他方法的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理作為土木工程本科教學(xué)中重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，案例教學(xué)是教學(xué)過(guò)程中的重要內(nèi)容。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)中運(yùn)用案例教學(xué)法，能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性。教師通過(guò)深入挖掘現(xiàn)實(shí)工程具體的案例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)他們通過(guò)自己的觀察、思考、分析、選擇、領(lǐng)悟去獲取知識(shí)，并把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐。首先，設(shè)置與課程的基本教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)的案例，案例必須符合教學(xué)目標(biāo)的要求，以保證師生間圍繞案例所進(jìn)行的活動(dòng)是有效的，案例必須符合客觀實(shí)際，反映實(shí)際工程常規(guī)做法，能揭示有關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理，[5]結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理案例教學(xué)中案例的選擇與設(shè)置應(yīng)遵循真實(shí)性、典型性、規(guī)范性、啟發(fā)性和實(shí)用性的原則。

其次，教師應(yīng)在平時(shí)的教學(xué)、科研以及工程實(shí)踐過(guò)程中注重收集各種國(guó)內(nèi)外土木工程方面的技術(shù)資料，緊跟本學(xué)科前沿知識(shí)，掌握本專業(yè)范圍的許多新理論、新成果和設(shè)計(jì)、施工的新方法、新工藝，在課堂教學(xué)中可以將新穎的科學(xué)研究問(wèn)題與基本教學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的興趣，引入到課程的教學(xué)中，啟發(fā)學(xué)生思考。在案例教學(xué)的過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)的知識(shí)，大膽進(jìn)行思考和積極參加小組的討論。尤其是最大限度地發(fā)揮小組討論的作用，因?yàn)樗⒉皇呛?jiǎn)單地再現(xiàn)個(gè)人的準(zhǔn)備過(guò)程，而是通過(guò)成員積極的參與，將學(xué)習(xí)提升到一個(gè)更高的水平，并使學(xué)生學(xué)會(huì)相互間的協(xié)作與交流。

四、加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)過(guò)程的指導(dǎo)與管理

課程設(shè)計(jì)是對(duì)課程的一次重新學(xué)習(xí)，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是將學(xué)習(xí)內(nèi)容有機(jī)聯(lián)系起來(lái)的紐帶，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，可以提高學(xué)生處理實(shí)際問(wèn)題的能力。同時(shí)，課程設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的先導(dǎo)，好的課程設(shè)計(jì)可以有效地提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。筆者認(rèn)為應(yīng)將實(shí)際工程面對(duì)的具體問(wèn)題加以簡(jiǎn)化，從中取出部分內(nèi)容作為課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，這樣可以充分激發(fā)學(xué)生的興趣，保證課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，使學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)課程的內(nèi)容有一個(gè)全面的了解，更好地提高教學(xué)質(zhì)量。

對(duì)于土木工程專業(yè)的橋梁方向，目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的課程設(shè)計(jì)主要是“鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁主梁設(shè)計(jì)”。筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題：設(shè)計(jì)題目比較單一，不夠靈活，學(xué)生的選擇性較??；課程設(shè)計(jì)中，部分學(xué)生只是簡(jiǎn)單地照搬設(shè)計(jì)樣板，或抄襲其他同學(xué)的設(shè)計(jì)，不能深刻理解設(shè)計(jì)原理；施工圖繪制的深度不夠，圖面質(zhì)量較差。針對(duì)這些問(wèn)題，筆者對(duì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的命題、教學(xué)進(jìn)行了改進(jìn)。

首先，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)命題進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)計(jì)的命題一直比較單一，而實(shí)際上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程所包含的內(nèi)容很多，如受彎構(gòu)件、受扭構(gòu)件、受壓構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)以及圬工結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，各種新結(jié)構(gòu)、新材料不斷涌現(xiàn)，為了適應(yīng)時(shí)代對(duì)土木工程專業(yè)人才的需求，也需要與時(shí)俱進(jìn)，使課程設(shè)計(jì)的命題多樣化、工程化和時(shí)代化。

其次，對(duì)學(xué)生闡述課程設(shè)計(jì)題目的目的、意義和內(nèi)容，深入剖析命題的內(nèi)涵，使學(xué)生有一個(gè)良好的開(kāi)端，避免一開(kāi)始就產(chǎn)生畏難情緒，盡快進(jìn)入設(shè)計(jì)工作狀態(tài)。課程設(shè)計(jì)一般持續(xù)1周至2周的時(shí)間，在這一過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的管理和指導(dǎo)，對(duì)于計(jì)算書(shū)的撰寫，應(yīng)要求規(guī)范統(tǒng)一，使之養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟仞B(yǎng)。另一方面，應(yīng)鼓勵(lì)并要求學(xué)生使用AUTOCAD等軟件繪制相應(yīng)的圖紙，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后的工程設(shè)計(jì)與施工工作打好基礎(chǔ)。

五、結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程是理論性高、實(shí)踐性強(qiáng)的專業(yè)課程，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)理論與實(shí)際的聯(lián)系，使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的設(shè)計(jì)方法和原理，培養(yǎng)學(xué)生的工程結(jié)構(gòu)意識(shí)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為專業(yè)素質(zhì)的養(yǎng)成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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