基于極限狀態(tài)設(shè)計的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理雙語教學(xué)模式研究

葉華文　唐繼舜　何畏

摘要：針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程雙語教學(xué)特點和難點，結(jié)合教學(xué)實踐，提出適用于國內(nèi)土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程雙語教學(xué)模式。首先明確雙語教學(xué)定位，以基本原理和設(shè)計思想的傳授為主體，語言為載體。其次在結(jié)構(gòu)行為的傳統(tǒng)教學(xué)模式基礎(chǔ)上，建立極限狀態(tài)設(shè)計的理念，銜接力學(xué)和鋼結(jié)構(gòu)課程，剪裁教學(xué)內(nèi)容。針對不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，綜合采用不同的教學(xué)方式提高學(xué)習(xí)效果，實時進(jìn)行多通道教學(xué)質(zhì)量評價和教學(xué)反饋。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理；雙語教學(xué)；極限狀態(tài)設(shè)計

中圖分類號：TU391；G6420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：10052909（2015）05009805

隨著“高鐵走出去”戰(zhàn)略的提出，我國土木工程專業(yè)國際型人才培養(yǎng)越來越緊迫[1-3]。土木工程專業(yè)主干課程開展雙語教學(xué)，傳授土木工程設(shè)計基本概念、原理與設(shè)計分析方法的同時，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)英語應(yīng)用能力，使學(xué)生熟悉國外規(guī)范和設(shè)計程序，為學(xué)生畢業(yè)后的涉外工作奠定基礎(chǔ)，培養(yǎng)具有高水平專業(yè)知識和良好專業(yè)英語交際與應(yīng)用能力的高素質(zhì)人才。

一、課程改革必要性

雙語教學(xué)作為一種新教學(xué)模式，如何立足現(xiàn)有教學(xué)大綱，采用何種教學(xué)模式和評價方法才能更好地開展教學(xué)，各方面研究有待進(jìn)一步完善，還需要更多理論研究和教學(xué)案例的支持。目前的主要矛盾是課程定位不明，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)質(zhì)量評價等方面存在的問題如下所述。

（一）教學(xué)內(nèi)容多和學(xué)時少的矛盾

課程內(nèi)容主要包括鋼結(jié)構(gòu)材料性能，連接構(gòu)造、受力構(gòu)件（軸心受壓，受彎和彎壓）的基本原理、設(shè)計計算，公式繁瑣難解，雙語教學(xué)又增加了語言學(xué)習(xí)內(nèi)容，教材還沒完全成型，而相應(yīng)分配的課時為32學(xué)時（2學(xué)分），于是教師每節(jié)課都在趕進(jìn)度，學(xué)生每節(jié)課都感覺內(nèi)容太多吃不消。

（二）學(xué)生難學(xué)和教師難教的矛盾

通過英語教學(xué)對大部分內(nèi)容的理解并不難，但要想學(xué)生熟練運用國外工程師的思維方式學(xué)習(xí)新專業(yè)知識，還有一定難度。學(xué)生存在畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣不高。教師在考慮授課效果的同時還要考慮課程進(jìn)度和課程內(nèi)容，而在大班（50—80人）教學(xué)條件下，課堂氛圍和授課效果很難保證，教師的講解不能面面俱到。

（三）教學(xué)質(zhì)量評價與反饋難

教學(xué)相長，及時在教學(xué)過程中評價教學(xué)質(zhì)量以改進(jìn)教學(xué)方式。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)內(nèi)容難度差異大，學(xué)生英語水平參差不齊，學(xué)時少，教學(xué)質(zhì)量很難評價。

西南交通大學(xué)茅以升學(xué)院于2011年開始在土木工程專業(yè)課程開展雙語教學(xué)，并在多方面進(jìn)行了探索。文章針對專業(yè)基礎(chǔ)課鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程特點，結(jié)合3年雙語教學(xué)實踐，分析和探索適合國內(nèi)土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程雙語教學(xué)方式，總結(jié)并提出了適合大班授課，以極限狀態(tài)設(shè)計為主線的多種教法組合的授課模式。

二、 課程定位

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理屬于土木工程專業(yè)“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”系列課程很重要的一部分，是在完成力學(xué)課程，已經(jīng)熟悉基本力學(xué)原理的情況下，開設(shè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計入門專業(yè)基礎(chǔ)課。教學(xué)大綱要求培養(yǎng)學(xué)生運用鋼結(jié)構(gòu)的基本理論知識進(jìn)行研究與設(shè)計的能力，這一點對雙語教學(xué)和漢語教學(xué)都是一樣的，只是雙語教學(xué)是在此基本目標(biāo)上朝國際化邁進(jìn)了一步。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理雙語教學(xué)應(yīng)根據(jù)整個土木工程專業(yè)課程體系和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，基于學(xué)生的語言水平，在專業(yè)知識和語言之間找到一個合理可行的切入點和平衡點，明確課程定位，綱舉目張，剪裁教學(xué)內(nèi)容，選取教學(xué)方式，進(jìn)行教學(xué)質(zhì)量評價。

其一，明確專業(yè)知識的學(xué)習(xí)是雙語課程學(xué)習(xí)的最終目的。語言和專業(yè)知識的關(guān)系往往困擾著雙語教學(xué)，其關(guān)系應(yīng)區(qū)分表里，互相呼應(yīng)。專業(yè)知識學(xué)習(xí)應(yīng)為“里”，語言作為工具應(yīng)為“表”。讓學(xué)生在深刻理解基本原理的基礎(chǔ)上，掌握其專業(yè)化、國際化的英文表述，理解國外工程師的思維方式，具備與中外專業(yè)人士溝通的基礎(chǔ)。

其二，銜接好鋼結(jié)構(gòu)基本原理與力學(xué)理論和力學(xué)概念脈絡(luò)關(guān)系。鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程的理論性強(qiáng)，難點和重點多，與力學(xué)理論和力學(xué)概念聯(lián)系緊密，如疲勞與斷裂力學(xué)，壓桿穩(wěn)定與歐拉穩(wěn)定理論，局部穩(wěn)定與彈性波板穩(wěn)定理論，梁的穩(wěn)定與開口薄壁桿件約束扭轉(zhuǎn)等。在前置力學(xué)課程的基礎(chǔ)上，為解決鋼結(jié)構(gòu)基本原理的難點和重點，就要理清其與力學(xué)理論和力學(xué)概念脈絡(luò)關(guān)系，使學(xué)生有清晰的力學(xué)概念，順利完成從力學(xué)到工程結(jié)構(gòu)的過渡。

其三，明確基本原理的教授包括結(jié)構(gòu)行為的學(xué)習(xí)和極限狀態(tài)設(shè)計理念的灌輸。鋼結(jié)構(gòu)原理課程內(nèi)容復(fù)雜，設(shè)計與構(gòu)造并舉，中外相關(guān)規(guī)范規(guī)定差異較大，會使學(xué)生顧此失彼，抓不住關(guān)鍵，教師教學(xué)過程中也感覺教時不夠，關(guān)鍵概念講不透。所以教學(xué)應(yīng)立足于極限狀態(tài)設(shè)計理念，對鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定和疲勞等基本原理和關(guān)鍵公式，多舉例，多練習(xí)，多提問，而對其他內(nèi)容和具體構(gòu)造規(guī)定等可讓學(xué)生自學(xué)。

三、極限狀態(tài)設(shè)計為主線的教學(xué)內(nèi)容

（一）以極限狀態(tài)銜接力學(xué)和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計課程

為解決鋼結(jié)構(gòu)基本原理的重難點，就要理清其與力學(xué)理論和力學(xué)概念脈絡(luò)關(guān)系，使學(xué)生有清晰的力學(xué)概念，順利完成從力學(xué)到工程結(jié)構(gòu)的過渡[4]。

在前置材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的基礎(chǔ)上，可以簡明扼要地介紹斷裂力學(xué)和薄板理論等，然后從極限狀態(tài)的角度，將力學(xué)基本理論應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建立理論與實踐的有機(jī)聯(lián)系，讓學(xué)生從基本力學(xué)原理和工程結(jié)構(gòu)實際兩個角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)，如表1所示。

（二）以結(jié)構(gòu)行為為“經(jīng)”，以極限狀態(tài)為“維”，歸納整合，抓住主線

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理教學(xué)內(nèi)容多而繁，理論推導(dǎo)與構(gòu)造要求的內(nèi)容比較枯燥，學(xué)習(xí)有一定難度。教學(xué)大綱一般按結(jié)構(gòu)行為歸納為三大層次或部分，即材料—連接—構(gòu)件，讓學(xué)生將知識點歸入這三大塊知識中便于理解和記憶。但是這樣就割裂了各部分之間的有機(jī)聯(lián)系，畢竟最后學(xué)生將面對的是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計，而不僅僅是材料或構(gòu)件。

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)目標(biāo)是能熟練運用基本原理進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，基本原理包括結(jié)構(gòu)行為和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，兩者不可分割，缺乏前者，后者沒有載體，只有前者，即為照貓畫虎。以極限狀態(tài)設(shè)計為主流的設(shè)計方法可以將上述三大塊知識有機(jī)結(jié)合，如表2所示，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)行為層次的不同破壞模式，以關(guān)鍵性關(guān)系聯(lián)結(jié)，邏輯性強(qiáng)，形象生動。表2中的重要關(guān)系是極限狀態(tài)變化的基礎(chǔ)和載體，極限狀態(tài)則是推導(dǎo)各個公式的前提條件，而關(guān)鍵概念是設(shè)計的重要參數(shù)，也是學(xué)生必須掌握的基本概念和相應(yīng)的英語單詞。

（三）處理好教材和規(guī)范的關(guān)系

結(jié)構(gòu)設(shè)計原理主要任務(wù)是讓學(xué)生掌握土木工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。一方面，實際結(jié)構(gòu)設(shè)計需要結(jié)合相應(yīng)規(guī)范規(guī)定開展教學(xué)，包括材料性能要求，構(gòu)造規(guī)定、計算分析方法和流程等，基本原理的教學(xué)必須與實際設(shè)計的需要緊密結(jié)合。另一方面，鋼材性能的提高和技術(shù)水平的進(jìn)步，使規(guī)范的修訂和完善成為一種常態(tài)，因此，雙語教學(xué)中需要重視不基于特定規(guī)范的基本原理、知識與方法的傳授，以增強(qiáng)學(xué)生的知識應(yīng)用適應(yīng)能力[5]。

西南交通大學(xué)茅以升學(xué)院土木工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程曾計劃采用國外高等院校土木工程專業(yè)原版教材，考慮到雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計原理不分國外國內(nèi)，但不同國家在工程設(shè)計中所依據(jù)的規(guī)范不同，其教材針對的教學(xué)大綱也有差別，也就是說原版教材必然是建立在所屬國家相應(yīng)規(guī)范基礎(chǔ)之上，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中不僅會感受到專業(yè)知識的難度，還會產(chǎn)生語言困擾，因此，直接采用原版教材不完全適合國內(nèi)需要?；谏鲜鲈?，宜先采用英文版講義與中文教材相結(jié)合的教材體系，并指定相關(guān)英文參考資料，英文講義經(jīng)教學(xué)檢驗后可以形成適合本校的英文教材。

四、多種方法組合的教學(xué)模式

（一）案例分析輔助教學(xué)引入和總結(jié)教學(xué)內(nèi)容

案例教學(xué)[6]是具體的實例，印象深刻，易于學(xué)習(xí)和理解。開始教學(xué)內(nèi)容前，可引入相關(guān)的國內(nèi)外有代表性的工程實例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高知識運用的真實性，教學(xué)內(nèi)容完成后對案例進(jìn)行分析，提高解決具體工程問題的能力。通過工程事故案例教學(xué)，還可以警醒學(xué)生，在專業(yè)學(xué)習(xí)過程中嚴(yán)格要求自己，培養(yǎng)一絲不茍的工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)穆殬I(yè)素養(yǎng)。

組織的案例最好能具備學(xué)科前沿性，并與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)，能突出重難點。學(xué)生一般對鋼結(jié)構(gòu)實踐中成功的案例司空見慣，但對垮塌的案例記憶深刻。表3為根據(jù)教學(xué)內(nèi)容中的結(jié)構(gòu)層次，分別給出了對應(yīng)破壞極限狀態(tài)的工程垮塌事故案例，讓學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時，體驗工程實際中責(zé)任使命感的重要性。

（二）問答式授課模式關(guān)注重難點內(nèi)容

當(dāng)學(xué)生對雙語教學(xué)熟悉后，問答式授課模式才能有效地展開[7]。受雙語授課課程學(xué)時的限制，問答式授課模式主要有兩種形式：課上教師問學(xué)生答和課下學(xué)生問教師答。

課上教師問學(xué)生答。根據(jù)每講課的教學(xué)安排，教師將授課主要內(nèi)容和關(guān)鍵概念以英文問題的形式在課上給出，以隨機(jī)點名，讓學(xué)生回答，并記錄評分，然后根據(jù)學(xué)生回答的情況，以問題為主線，逐一講解。這樣學(xué)生課上不僅僅是被動聽課，還是被迫積極思考，教師根據(jù)學(xué)生的回答反饋教學(xué)效果。

課下學(xué)生問教師答。根據(jù)學(xué)生的作業(yè)和上課情況，在課后可以留一些時間給教師或助教解答學(xué)生的問題。課下單獨交流可以節(jié)約課堂時間，學(xué)生可以書面形式提出問題，針對共性問題下次課強(qiáng)調(diào)和復(fù)習(xí)。

（三）流程圖法梳理設(shè)計和計算的程序

流程圖法[8]作為一種從計算機(jī)程序語言衍生出的教學(xué)方法，可將課程中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計編制成具有邏輯關(guān)系、體系化、規(guī)范化的流程，讓學(xué)生理解并掌握復(fù)雜難懂的結(jié)構(gòu)設(shè)計程序和要求，開展教學(xué)的具體實施步驟如圖1所示。

流程圖法采用箭頭和圖形，根據(jù)公式和簡潔的語言展示復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計流程和規(guī)范規(guī)定，教學(xué)內(nèi)容清晰明確，優(yōu)點為符號規(guī)范，表述簡潔，結(jié)構(gòu)清晰，邏輯明確，容易理解。

圖1 結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)流程圖

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是一門理論性強(qiáng)、計算公式較多的課程。紛繁復(fù)雜的公式使學(xué)生容易產(chǎn)生混淆。在課程教學(xué)中，針對不同的教學(xué)內(nèi)容，如不同構(gòu)件設(shè)計、同一構(gòu)件設(shè)計、構(gòu)件與連接設(shè)計、焊縫連接中彎與扭的區(qū)分，可分別采用比較教學(xué)方法[9-10]，幫助學(xué)生辨別同類教學(xué)內(nèi)容的異同，抓住教學(xué)內(nèi)容的實質(zhì)，從而熟練掌握，不致混淆。

五、多通道教學(xué)質(zhì)量評價

教學(xué)質(zhì)量評價對教師及時調(diào)整和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容非常關(guān)鍵[11]，可以通過以下幾個通道得到教學(xué)效果的反饋意見。

（一）課堂即時提問

按照教學(xué)計劃，每堂課的內(nèi)容既不同又有邏輯聯(lián)系，盡快課堂時間有限，仍然需要回顧已講內(nèi)容，引入新內(nèi)容。在復(fù)習(xí)上一講內(nèi)容的時候，可以對重難點內(nèi)容點名提問，根據(jù)學(xué)生的回答情況得到教學(xué)質(zhì)量的反饋，并進(jìn)行補(bǔ)充和強(qiáng)化。在新內(nèi)容進(jìn)行到關(guān)鍵點時，提出疑問，敦促學(xué)生思考，讓學(xué)生不只是照本宣科，而是對內(nèi)容進(jìn)行思考。根據(jù)回答情況記錄成績，整個學(xué)期每人都會被提問到，課堂提問從這兩個方面入手，可以即時評價教學(xué)質(zhì)量，控制上課節(jié)奏，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率。

（二）課后作業(yè)批改

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理是實踐性強(qiáng)、計算公式和原理較多的課程，需要進(jìn)行大量練習(xí)才能很好地掌握教學(xué)內(nèi)容，因此課后作業(yè)必不可少。課堂教學(xué)工作完成后，布置教材上的3道左右計算題，因時間充裕，計算量比考試題目要大。學(xué)生作業(yè)的完成情況反映了該部分內(nèi)容的教學(xué)效果，可針對作業(yè)批改中存在的問題在下講課進(jìn)行補(bǔ)充。這樣可以評價每講課的教學(xué)質(zhì)量，適時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

。

（三）期中階段考試

當(dāng)總教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行到一半時，可以就已講內(nèi)容進(jìn)行一個階段性的考察，期中考試的題目形式宜與期末考試一致，只是考察內(nèi)容側(cè)重點不同。題目應(yīng)該包括考察基本概念的客觀題（選擇題）和設(shè)計計算的計算題，一方面讓學(xué)生對學(xué)過的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和復(fù)習(xí)，另一方面可以考察半期教學(xué)效果，促進(jìn)后半期教學(xué)質(zhì)量提高。期中考試是階段性總結(jié)和反饋，評價半期教學(xué)質(zhì)量。考試試卷應(yīng)為英文，學(xué)生可用中文解答，讓學(xué)生熟悉英文表述，提高對題目的因素理解能力。

（四）期末考試

由于期末考試占總成績的比例在60%以上，學(xué)生在期末考試前都會花大量時間復(fù)習(xí)。對學(xué)生來講，期末考試是課程的指揮棒。對教師來講，期末考試可以全面評價整學(xué)期教學(xué)質(zhì)量情況，

為下次教學(xué)提供參考?？荚囋嚲硪矐?yīng)為英文，學(xué)生可以用中文解答，這樣學(xué)生才能重視雙語學(xué)習(xí)。教師通過對期末試卷進(jìn)行分析，找到學(xué)生錯誤較多的地方，查找原因，尋求解決之道。另外可以在最后一次課上讓學(xué)生匿名提出意見，如教學(xué)進(jìn)度、重難點和教學(xué)方法是否得當(dāng)?shù)取?

總之，應(yīng)做到教學(xué)反饋及時，多通道評價教學(xué)質(zhì)量，合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

六、 結(jié)語

面對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理雙語教學(xué)中內(nèi)容多，課時少，學(xué)生英語水平參差不齊，教學(xué)質(zhì)量難于評估的現(xiàn)狀，可以極限狀態(tài)設(shè)計為主線，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)質(zhì)量評價三方面進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，取得較好的教學(xué)效果。

（1）明確雙語教學(xué)的定位很關(guān)鍵，應(yīng)以專業(yè)知識和設(shè)計思想的傳授為主體，語言為載體。

（2）在傳統(tǒng)以結(jié)構(gòu)層次（材料—連接—構(gòu)件）為模塊的教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上，讓學(xué)生掌握極限狀態(tài)設(shè)計的理念，銜接好力學(xué)和鋼結(jié)構(gòu)課程，剪裁教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué)習(xí)的深度和廣度。

（3）針對不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，應(yīng)綜合采用不同的教學(xué)方式，以各種手段促進(jìn)教學(xué)效果的提高，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。

（4）教學(xué)質(zhì)量評價應(yīng)貫穿整個教學(xué)過程，并進(jìn)行多通道實時評價，因地制宜，從學(xué)生的接受角度來提高教學(xué)質(zhì)量，不斷提升教學(xué)水平。參考文獻(xiàn)：

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