混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)改革研究與實踐

陳華

摘 要 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程是土木工程專業(yè)的核心課程，為了解決課程教學(xué)中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)較困難、學(xué)習(xí)內(nèi)容與實際工程聯(lián)系不夠緊密等問題，提出了改革課堂教學(xué)方法和手段、優(yōu)化課程設(shè)計內(nèi)容、創(chuàng)新實驗手段等具體措施，以提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 混凝土結(jié)構(gòu) 土木工程 教學(xué)改革 教學(xué)質(zhì)量 教學(xué)方法

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.01.047

Research and Practice on Teaching Reform of the

Concrete Structure Design Course

CHEN Hua

（School of Civil Engineering and Architecture， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou， Guangxi 545001）

Abstract The concrete structure design course is the core course of the civil engineering specialty. In order to solve the problem that the students in the course teaching are difficult to study and the connection between the learning content and the actual project is not close enough， the methods and means of reforming the classroom teaching methods， optimizing the content of the course design， innovative experimental means and other specific measure were putted forwards to improve the quality of teaching.

Keywords concrete structure； civil engineering； teaching reform； teaching quality； teaching method

混凝土結(jié)構(gòu)課程是土木工程專業(yè)的核心課程，從本科生的專業(yè)課程到畢業(yè)設(shè)計，乃至碩士和博士論文的研究課題，貫穿了土木工程專業(yè)的所有教學(xué)環(huán)節(jié)。可以說混凝土結(jié)構(gòu)課程中所傳授的工程設(shè)計方法和綜合應(yīng)用能力體現(xiàn)了土木工程師基本素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，該課程的教學(xué)的效果對于學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)意義重大。

1 混凝土結(jié)構(gòu)課程存在的主要問題

1.1 內(nèi)容多且復(fù)雜

該課程涉及到的內(nèi)容多、公式多、符號多、構(gòu)造要求多，與力學(xué)、混凝土基本原理等課程的聯(lián)系緊密，理論性與實踐性、經(jīng)驗性并重，問題具有多解性，而學(xué)生不能掌握本課程的學(xué)習(xí)方法，造成計算公式過于復(fù)雜記不住，內(nèi)容太多抓不到問題重點，學(xué)習(xí)達不到結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。

1.2 教學(xué)內(nèi)容跟不上工程技術(shù)的發(fā)展

隨著土木工程技術(shù)的發(fā)展，各種高層、超高層、大跨度建筑隨處可見，新理論、新技術(shù)不斷應(yīng)用在工程之中，對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的認識也在不斷地完善和發(fā)展，而教材中仍然限于講授傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)和方法，與實際工程脫節(jié)。

1.3 以構(gòu)件設(shè)計為出發(fā)點的教學(xué)模式與實際工程設(shè)計不符

混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容是按照構(gòu)件—樓蓋—結(jié)構(gòu)的順序進行的，與實際工程設(shè)計的順序相反。這種以構(gòu)件設(shè)計為出發(fā)點的教學(xué)模式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不清楚所學(xué)的內(nèi)容用于解決什么問題、怎么用，學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性不夠強且缺乏對結(jié)構(gòu)設(shè)計整體認識，導(dǎo)致了學(xué)習(xí)積極性不高、學(xué)習(xí)效果不好。

1.4 教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)計重構(gòu)件計算，輕整體設(shè)計和構(gòu)造要求

在實際工程中，結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置對結(jié)構(gòu)是否安全、合理和經(jīng)濟最關(guān)鍵。而混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計由于學(xué)時的限制，基本是老師給定一個較為規(guī)則的建筑讓學(xué)生進行設(shè)計，這個建筑的結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)布置相對較固定，學(xué)生幾乎沒有發(fā)揮的余地，課程設(shè)計大部分的時間都在構(gòu)件計算上，達不到實際工程設(shè)計對結(jié)構(gòu)整體設(shè)計和概念設(shè)計能力的訓(xùn)練要求。而構(gòu)造要求是與構(gòu)件計算同樣重要的內(nèi)容，但由于構(gòu)造要求內(nèi)容繁雜而考試涉及得相對較少，學(xué)生對構(gòu)造要求重視不夠，在這方面學(xué)生的掌握程度往往與實際工程的要求相差較遠。

1.5 實驗教學(xué)學(xué)時少，內(nèi)容簡單

混凝土結(jié)構(gòu)實驗學(xué)時數(shù)較少，使得實驗內(nèi)容停留在鋼筋混凝土適筋簡支梁靜載實驗，這樣簡單的驗證性實驗達不到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新性能力的目的。近年來綜合性、設(shè)計性實驗是實驗教學(xué)改革研究的熱點，但由于實驗室資源等的限制，也只能在一定時間、一定范圍內(nèi)開展，難以在大多數(shù)學(xué)生中普及。

2 混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)改革現(xiàn)狀

作為土木工程專業(yè)最重要的專業(yè)課，全國高等院校都對混凝土結(jié)構(gòu)課程改革進行大量的探索和實踐。目前對混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)方法的改革主要集中在課程中采用多媒體與傳統(tǒng)的板書相結(jié)合的教學(xué)手段，采用案例教學(xué)法，在教學(xué)中引用工程實例使教學(xué)更生動，提激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；[1-3]借助視頻、動畫等現(xiàn)代化的教學(xué)手段展示抽象的教學(xué)內(nèi)容；[4-5]建設(shè)混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)網(wǎng)站，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)提供資源；[6-7]設(shè)置綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力；[8-10]改革考核方法，建設(shè)混凝土結(jié)構(gòu)試題庫；[11-13]采用慕課提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果等。[14]從總體來說，這些改革對提高混凝土結(jié)構(gòu)教學(xué)水平有一定幫助，但并不能很好地解決前述混凝土結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的問題。

3 教學(xué)改革目標

3.1 改革教學(xué)方法和手段，構(gòu)建系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，改善教學(xué)效果

在課堂教學(xué)和學(xué)生的作業(yè)中，引入項目教學(xué)法，通過相對完整的實際工程項目將混凝土結(jié)構(gòu)多且復(fù)雜的知識點整合成系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，改變以往學(xué)生學(xué)習(xí)的盲目性和知識的零散性，培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力，同時調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

3.2 教學(xué)與工程接軌，注重工程素質(zhì)的培養(yǎng)

引入項目教學(xué)法，使教學(xué)與實際工程緊密結(jié)合，讓學(xué)生的課后作業(yè)完成一個以往課程設(shè)計的內(nèi)容，而課程設(shè)計則注重整體設(shè)計和構(gòu)造要求，對于內(nèi)容繁多且抽象的構(gòu)造措施，在課堂上無法深入講解，可以在課程設(shè)計中讓學(xué)生從現(xiàn)場（模型）—圖集（施工圖）—繪圖的過程中來掌握。這種轉(zhuǎn)變符合實際工程中重視整體概念設(shè)計和構(gòu)造措施的理念。

3.3 虛實結(jié)合的實驗教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維習(xí)慣

通過虛擬實驗+傳統(tǒng)實驗，彌補傳統(tǒng)實驗簡單性、驗證性的不足，從材料的選擇到構(gòu)件設(shè)計再到加載、破壞，讓每個學(xué)生都能做到綜合性、設(shè)計性的實驗，實現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維習(xí)慣的培養(yǎng)。

4 教學(xué)改革措施

4.1 革教學(xué)方法和手段，注重學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性和綜合應(yīng)用能力

為了解決混凝土結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，以構(gòu)件設(shè)計為出發(fā)點的教學(xué)模式造成的學(xué)生學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性不夠強且缺乏對結(jié)構(gòu)設(shè)計整體認識，學(xué)習(xí)積極性不高的問題，混凝土結(jié)構(gòu)課程擬采用“項目教學(xué)法”進行教學(xué)。與以往在教學(xué)內(nèi)容中加入一些工程案例不同，“項目教學(xué)法”是授課和作業(yè)都以某一有代表性的建筑為主線貫穿整個教學(xué)過程，通過該建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程和內(nèi)容來組織教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生清楚每部分課程內(nèi)容具體解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中的什么問題，與前后內(nèi)容的聯(lián)系，理論知識在工程中如何應(yīng)用。學(xué)生的作業(yè)也同樣通過這種方式進行，整門課程的作業(yè)都圍繞一個項目開展，從結(jié)構(gòu)選型和布置、荷載計算到結(jié)構(gòu)分析再到構(gòu)件設(shè)計。通過這種方式，理論與工程實際緊密結(jié)合，增強各知識點的聯(lián)系，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更系統(tǒng)，目標更清晰，應(yīng)用知識解決實際工程問題的能力得到了提高。

4.2 優(yōu)化課程設(shè)計內(nèi)容，強化整體設(shè)計和構(gòu)造要求

由于課程學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生通過課后作業(yè)就已經(jīng)完成一個實際工程項目全部的設(shè)計內(nèi)容，對理論計算的內(nèi)容已經(jīng)比較熟悉，因此課程設(shè)計時應(yīng)該把重點放在結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置上。課程設(shè)計題目的選擇也不再局限于以往簡單規(guī)則的結(jié)構(gòu)，可以是工程中常用的相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式，如樓蓋設(shè)計除了單、雙向板肋梁樓蓋之外，還可以是井式樓蓋、無梁樓蓋、預(yù)應(yīng)力混凝土樓蓋等。給學(xué)生布置設(shè)計條件不同的題目，讓學(xué)生充分應(yīng)用所學(xué)的知識選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，并進行結(jié)構(gòu)布置和計算。

對于混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜而抽象的構(gòu)造方面的內(nèi)容，通常采取學(xué)生參觀施工現(xiàn)場結(jié)合教師講解的方法。但由于工地施工和安全的特殊性，以往學(xué)生參觀工地基本走馬燈式的參觀，效果有限。為了讓學(xué)生更清楚的認識結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求，采取參觀工法展示模型，要求學(xué)生將模型中的各種鋼筋與施工圖、圖集對應(yīng)起來，說出每根鋼筋的作用及其數(shù)量、位置、長度、搭接、錨固等構(gòu)造要求，做設(shè)計時再根據(jù)自己的計算繪制到施工圖上。通過這種從模型—施工圖+圖集—繪圖的過程中這樣的過程，學(xué)生繪制出的施工圖質(zhì)量得到了較大的提高。

4.3 創(chuàng)新實驗手段，開展虛實結(jié)合的實驗教學(xué)模式

為解決傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容過于簡單的問題，在實驗教學(xué)中除了傳統(tǒng)的實驗演示試驗和驗證性試驗外，一方面開設(shè)綜合性、設(shè)計性試驗，另一方面開展虛擬仿真實驗教學(xué)。學(xué)生利用虛擬仿真實驗平臺，利用鋼筋混凝土簡支梁靜載實驗?zāi)M系統(tǒng)，自行設(shè)置梁的截面尺寸、配筋、長度等幾何參數(shù)以及混凝土、鋼筋等材料參數(shù)，擇支座形式，布置分配梁、加載點等加載條件，實現(xiàn)不同模式的破壞。在仿真實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生基于某一種破壞模式設(shè)計實物實驗。這種虛實結(jié)合的教學(xué)模式在不增加實驗學(xué)時的情況下達到綜合性、設(shè)計性試驗的目的，加強學(xué)生對理論知識的理解，并培養(yǎng)學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力。

4.4 完善試題庫建設(shè)，建立完善的評價體系

根據(jù)教學(xué)大綱和考試大綱的要求，編制一套內(nèi)容覆蓋全面、重點突出、層次分明、評分標準科學(xué)、符合實際情況的試題庫?？己艘哟笾饔^性試題特別是綜合分析題的比重，突出對學(xué)生分析、應(yīng)變、綜合等能力的考核，重視培養(yǎng)解決復(fù)雜工程問題的能力。由于學(xué)生的大作業(yè)內(nèi)容較全面、能體現(xiàn)學(xué)生綜合應(yīng)用能力，但大作業(yè)的又無法體現(xiàn)學(xué)生對基本概念的掌握和理解情況，因此應(yīng)結(jié)合筆試和大作業(yè)對學(xué)生進行考核，評分時應(yīng)加大平時成績在總評成績中的比例，平時成績和卷面成績各占50%較合理。

對課程設(shè)計的考核，除重視過程監(jiān)控和過程評價之外，還應(yīng)加入答辯環(huán)節(jié)。通過答辯，除了能夠了解學(xué)生對知識的掌握和綜合應(yīng)用情況、及時指出學(xué)生設(shè)計錯誤之外，還起到督促學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

5 結(jié)語

針對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)中存在的問題，總結(jié)課程內(nèi)容的特點，整合教學(xué)內(nèi)容和課程設(shè)計內(nèi)容，與實際工程接軌，提高解決實際工程問題的能力；創(chuàng)新實驗手段，采用虛擬仿真實驗輔助傳統(tǒng)實物實驗，實現(xiàn)真正的開放性、創(chuàng)新性和設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新思維習(xí)慣；建設(shè)試題庫，改革考試和課程設(shè)計的考核方式，建立能反映學(xué)生能力的考核體系，發(fā)揮考核的導(dǎo)向作用督促學(xué)生學(xué)習(xí)，并檢驗教學(xué)改革效果。

通過以上的改革實踐，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性明顯提高，課堂效果較好，最終考核成績較理想，達到了預(yù)期的目標。

基金項目：2017年廣西高等教育本科教學(xué)改革工程項目：“基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究”（編號：2017JGB288）

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