混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程的教學(xué)創(chuàng)新與實踐

蔣冬啟,范 進(jìn),孫巍巍,周廣盼

(南京理工大學(xué)土木工程系，江蘇 南京,210094)

混凝土結(jié)構(gòu)是土木工程結(jié)構(gòu)中最為重要的結(jié)構(gòu)形式之一，在房屋建筑、橋梁、隧道、海港、軍事設(shè)施等方面得到了廣泛的應(yīng)用。混凝土結(jié)構(gòu)基本原理作為土木工程專業(yè)最主要的一門核心專業(yè)課程，內(nèi)容涉及工程制圖、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多門前序課程并對混凝土與砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)抗震等后續(xù)課程有著重要影響，是土木工程專業(yè)畢業(yè)生成長為結(jié)構(gòu)工程師的基石[1]。

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程教學(xué)內(nèi)容多、知識點繁雜、綜合性強，與工程實踐聯(lián)系緊密；混凝土結(jié)構(gòu)基本理論屬于半經(jīng)驗半理論的范疇，設(shè)計方法涉及現(xiàn)行規(guī)范且處在不斷的更新和發(fā)展中，這些都給課程教學(xué)帶來一定的難度。目前國內(nèi)高等院校普遍采用45分鐘課堂集中講授式教學(xué)，該模式學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷過高，容易產(chǎn)生視覺疲勞感，對課程的重、難點把握不準(zhǔn)，降低了學(xué)習(xí)效率；教師在有限的課時內(nèi)難以達(dá)到目標(biāo)要求。

此外，目前很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中重視計算方法，忽視了對結(jié)構(gòu)基本概念的理解和關(guān)鍵性能的掌握，導(dǎo)致他們走上社會后只會照搬公式，一旦遇到工程實際問題就不知如何解決。因此，對現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新以提高混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程的教學(xué)效果具有必要性[2]。

一、傳統(tǒng)教學(xué)中的“痛點”

1.傳統(tǒng)教學(xué)缺乏直觀形象，學(xué)生如“霧里看花”

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程授課對象是土木工程專業(yè)大三的學(xué)生。這些學(xué)生基本是“從校門到校門”， 通過之前的土木工程專業(yè)概論、認(rèn)識實習(xí)等教學(xué)活動，對混凝土結(jié)構(gòu)只有淺顯的認(rèn)識。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件在荷載作用下，鋼筋和混凝土內(nèi)力變化、內(nèi)力分布規(guī)律、破壞特征等，具有“看不見、摸不著”的特點，學(xué)生難以建立結(jié)構(gòu)內(nèi)力、破壞特征等直觀形象，所以在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生很難適應(yīng)這門課程的學(xué)習(xí)。該課程涵蓋內(nèi)容非常豐富，通常包括材料的一般性能、各類基本構(gòu)件的承載力分析計算、裂縫和變形的計算和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在教學(xué)過程中常常伴隨著大量的概念、公式、符號和不同的簡化假定；此外，規(guī)范性條文多，結(jié)構(gòu)構(gòu)造內(nèi)容繁瑣零散，系統(tǒng)性和邏輯性較差。這些都給學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)理解掌握相關(guān)知識帶來了一定困難。

2.傳統(tǒng)課堂氛圍沉悶乏味，學(xué)生如“提線木偶”

目前國內(nèi)高等院校的混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程主要采用教師班級講授式教學(xué)，一般采用教師口述并配以PPT教案，教學(xué)方式單一，師生間的交流互動較少，學(xué)生易產(chǎn)生視覺疲勞感，從而失去學(xué)習(xí)興趣[3-4]。傳統(tǒng)以教師為主體的單向教學(xué)方式適合數(shù)理類知識的傳授，講求知識的層層深入。這種方式雖然能較好地保證教學(xué)進(jìn)度，但師生間缺少課內(nèi)交流互動，學(xué)生參與度不高，多為被動接受知識，甚至整個授課過程木然如塑，課堂氣氛較為沉悶。

當(dāng)代大學(xué)生聰明、活潑、感性、知識涉獵廣、個性張揚，有較強的表現(xiàn)欲，喜歡自己動手、嘗試新的學(xué)習(xí)方法，所以在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對傳統(tǒng)的授課方式有抵觸?；炷两Y(jié)構(gòu)基本原理課程中的許多知識和工程實踐緊密相關(guān)，僅僅通過課堂理論講解，學(xué)生往往難以識記且對其實際工程應(yīng)用理解不深刻。如何在教學(xué)中加強與學(xué)生的互動，充分調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，用更貼近當(dāng)代大學(xué)生的手段和方式講授專業(yè)知識并延伸到課外實踐，都是值得進(jìn)一步探討的問題。

3.傳統(tǒng)考核方式單一片面，學(xué)生“得過且過”

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程傳統(tǒng)的考核方式主要由課堂考勤、平時作業(yè)完成情況和期中/期末考試成績組成。而僅通過課堂出勤率、期末筆試等方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價不能全過程、全方位反映學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、參與度和完成度。同時，傳統(tǒng)考核難度較低，缺乏開放性研討問題及超越規(guī)范問題，所以在以往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生存在“上課點卯、作業(yè)抄襲、得過且過、心存僥幸、考前突擊、集中刷題”等情況[5]。如何改進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程的考核方式，使其能真實反映學(xué)生在教學(xué)過程中的參與程度以及對專業(yè)知識的掌握程度還有待進(jìn)一步摸索。

二、教學(xué)創(chuàng)新的思路與舉措

(一)創(chuàng)新理念及思路

南京理工大學(xué)混凝土教學(xué)團(tuán)隊針對傳統(tǒng)教學(xué)中的“痛點”問題，對混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程展開教學(xué)創(chuàng)新與實踐，突出學(xué)生中心地位，以培養(yǎng)學(xué)生的“中國工程師”責(zé)任意識為抓手，充分體現(xiàn)“兩性一度”要求，確定了“力”為主線、“實”為過程、“能”為目標(biāo)，實現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)、情懷有機(jī)融合的教學(xué)創(chuàng)新思路。

“力”是指受力性能。承受荷載、抵御災(zāi)害是結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的使命，始終以混凝土基本構(gòu)件及結(jié)構(gòu)受力性能的分析為核心開展教學(xué)，形成學(xué)習(xí)的主線?！皩崱笔侵刚鎸崱⒅庇^、實踐，即借助仿真軟件，真實、直觀地表現(xiàn)構(gòu)件及結(jié)構(gòu)受荷后的效應(yīng)，包括應(yīng)力分布、應(yīng)變分布規(guī)律等，增強學(xué)生對構(gòu)件及結(jié)構(gòu)受力性能的理解；結(jié)合大作業(yè)、綜合實踐教學(xué)活動、課程設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)實踐活動貫穿課程學(xué)習(xí)的全過程?！澳堋笔侵改芰?，包括結(jié)構(gòu)材料選擇能力、結(jié)構(gòu)方案確定及評價能力、構(gòu)件及結(jié)構(gòu)設(shè)計能力、解決復(fù)雜工程問題能力、實踐與創(chuàng)新能力，牢牢把握提升能力的目標(biāo)。

課程在講授過程中增加了教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)基本原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的配筋設(shè)計，并應(yīng)用到后續(xù)結(jié)構(gòu)試驗課程的試件制作和測試中，增強學(xué)生對構(gòu)件及結(jié)構(gòu)受力性能的理解。具體思路如下：(1)從混凝土結(jié)構(gòu)基本原理出發(fā)，以實際工程問題的解決為手段，加強學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新意識；有機(jī)融合知識能力素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的高級思維和綜合能力。(2)課程內(nèi)容反映時代性和前沿性，教學(xué)形式體現(xiàn)互動性、有效性和先進(jìn)性，設(shè)置超越規(guī)范的問題使學(xué)習(xí)過程具有探究性和個性化并采取綜合考核方法提高學(xué)生的參與度和完成度。(3)提升課程考核難度，提高教師備課和學(xué)生課下學(xué)習(xí)要求，明確課外學(xué)習(xí)時間最低要求，切實加大課程的挑戰(zhàn)度，增加學(xué)生的成就感和獲得感。

(二)創(chuàng)新方法及途徑

1.教學(xué)模式創(chuàng)新

學(xué)生在傳統(tǒng)課堂中常常“身未動、心已遠(yuǎn)”?！邦A(yù)備課”的開設(shè)讓學(xué)生意識到改變學(xué)習(xí)方法的緊迫性；明確考核方法、要求，布置先期課外任務(wù)，營造具有挑戰(zhàn)度的課程學(xué)習(xí)氛圍；建立QQ群、釘釘課程群，形成師生實時交流、反饋的渠道。采取教師講授、生講生評、邊講邊練、數(shù)值仿真、案例分析、課堂翻轉(zhuǎn)、小組討論等綜合教學(xué)方法(圖1)，形成“精講多練、主動學(xué)習(xí)、強化指導(dǎo)”的教學(xué)模式，從而達(dá)到概念能理解、知識能掌握、方法會應(yīng)用、設(shè)計能完成、學(xué)習(xí)有收獲的教學(xué)效果。

圖1 課堂中多種教學(xué)方法

教學(xué)團(tuán)隊選擇重點內(nèi)容和關(guān)鍵知識進(jìn)行課堂講授；借助“IDEA StatiCa”軟件進(jìn)行受力過程仿真分析(圖2)，有機(jī)融合現(xiàn)代信息技術(shù)和專業(yè)課程知識，由學(xué)生自主完成受力過程仿真分析，增加學(xué)習(xí)的探究性，使學(xué)生掌握構(gòu)件和結(jié)構(gòu)破壞特征、構(gòu)造要求的機(jī)理；引入案例分析，增加課程學(xué)習(xí)的實踐性，增強機(jī)理學(xué)習(xí)的直觀性和深刻性；通過設(shè)置超越設(shè)計規(guī)范的高階性問題，實現(xiàn)創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，增強了課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的高階性。

(a) 幾何模型及荷載

2.課程思政創(chuàng)新

在傳遞知識的同時，以國家“一帶一路”倡議為切入點，著重培養(yǎng)“中國工程師”責(zé)任意識[6]。結(jié)合課程的特點，充分挖掘蘊含在相關(guān)課程知識中的德育元素，實現(xiàn)專業(yè)教育與思政教育同向同行協(xié)同育人，將知識傳授、能力培養(yǎng)、思想引領(lǐng)融入課程教學(xué)的全過程；潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)意識和職業(yè)素養(yǎng)，形成愛國、敬業(yè)、自信的情懷，培養(yǎng)全面發(fā)展的高素質(zhì)土木人才[7-9]。

3.考核模式創(chuàng)新

教學(xué)創(chuàng)新實踐中構(gòu)建全方位多元化考核方式，評價內(nèi)容包括參與度(參與教學(xué)設(shè)計、主持討論、考勤)、習(xí)題、大作業(yè)、模擬仿真分析報告、口試、筆試等綜合考核體系，明確了各個考評環(huán)節(jié)所占比例：課堂表現(xiàn)(15%)，課程大作業(yè)(20%)，隨堂測驗(15%)，期末口試(15%)，期末筆試(25%)，切實提高了課程的挑戰(zhàn)度。明確課外學(xué)時與課堂學(xué)時比例大于1的要求，設(shè)置開放性研討問題及超越規(guī)范問題，增加面試環(huán)節(jié)，并邀請學(xué)生參與課程教學(xué)設(shè)計等，多措并舉，提高學(xué)生課上、課下參與度、挑戰(zhàn)度。關(guān)注學(xué)生在主動學(xué)習(xí)、提問、動手實踐、創(chuàng)新等方面的素質(zhì)，綜合評定學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和工程應(yīng)用能力，切實提升課程學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)度。

考核模式創(chuàng)新中不僅強調(diào)學(xué)生的理論課考試成績，更注重其實踐應(yīng)用能力，關(guān)注學(xué)生在主動學(xué)習(xí)、提問、動手實踐、創(chuàng)新等方面的素質(zhì)，綜合評定學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和工程應(yīng)用能力。該考核模式能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而取得較好的教學(xué)效果。

三、教學(xué)創(chuàng)新的效果與反思

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程線上調(diào)查問卷結(jié)果表明，學(xué)生對教學(xué)創(chuàng)新效果反饋良好。課程獲評校級一流課程，主講教師獲江蘇省高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)名師，教學(xué)創(chuàng)新研究獲校教學(xué)成果一等獎。課程激發(fā)了學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新精神，多項自主科研項目先后獲2017年第十五屆挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎和2020年江蘇省高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)“金種子”孵育五星級項目。