“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學改革探討＊

張靈通，張 震，李寶元，賀成林

（新疆理工學院機電工程學院，新疆 阿克蘇 843000）

1 課程簡介

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”這門課程重點是對建筑結(jié)構(gòu)加以分析與計算，是土木工程專業(yè)重要的學科專業(yè)綜合實踐能力考核結(jié)果科目，為課程理論的核心課程，內(nèi)容涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計、建筑施工等各個領(lǐng)域。課程的設(shè)置本著掌握“認識基本工作目標”，突破“技術(shù)力量基本工作目標”，拓寬“基本素質(zhì)基本工作目標”的指導(dǎo)原則，理論綜合能力較強，工程實用性比較突出，是一個貼近工程實踐應(yīng)用的課程[1-3]。在學習此課程中學生必須了解結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)件的工程設(shè)計基本原理與方法，以鍛煉學生土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的基本技能與素養(yǎng)。學科制度改革是培養(yǎng)教學模式變革力量的核心內(nèi)容，是實現(xiàn)培養(yǎng)目標與提升培養(yǎng)教學質(zhì)量的重要關(guān)鍵，是進行工程學科培養(yǎng)改革的主要載體[4-5]。隨著高校教學改革的深入，基于OBE 教學理念和新工科背景下人才培養(yǎng)新體系，要求高校培育的人才具有扎實的理論基礎(chǔ)，并能夠運用專業(yè)知識去解決工程實際問題。該課時由最初的80 學時縮減到當前的48 學時。此時再按照傳統(tǒng)的講授方式必然不可行，所以亟待改革“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學。

2 “混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學存在的問題

2.1 學生能力不同

新疆是多民族聚居省份，少數(shù)民族學生的漢語言能力稍差，其相應(yīng)的學習能力受到很大的限制。即便其他不存在語言問題的學生，其個體接收知識的能力也不盡相同，這就造成了學生基礎(chǔ)水平差異性較大，制定學習目標時難以考慮學生的個體差異，忽視基礎(chǔ)薄弱學生的學習需求，部分基礎(chǔ)太差的學生無法有效消化課堂知識。

2.2 教學內(nèi)容抽象難懂

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”教學工作在高等院校土建類學科已開展了數(shù)十年，主要教學內(nèi)容為探討鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特性、設(shè)計與計算方法、配筋結(jié)構(gòu)問題等，其基礎(chǔ)理論主要包括結(jié)構(gòu)材料特性，結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力的計算、斷裂、變形以及耐久性驗算等，還包括預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識。但由于傳統(tǒng)的學校教育思想注重理論教學，這種教學模式已不符合當前應(yīng)用型本科學校積極推進教學改革的政策，也無法適應(yīng)現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)崗位能力人才培養(yǎng)的新要求[6]。

在校學生大多數(shù)基礎(chǔ)薄弱，邏輯抽象思維能力不高，而“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”對邏輯思維能力和分析問題的能力要求較高，導(dǎo)致大多數(shù)學生學習起來比較吃力，書中大量的公式容易使學生提不起學習興趣。以往的“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”重理論、輕實踐，把主要精力放在理論知識推導(dǎo)上，學生被動接受知識。大量新概念、新知識讓學生應(yīng)接不暇，導(dǎo)致學生容易產(chǎn)生厭學心理。而且這門必修課內(nèi)容間存在密切的聯(lián)系，各章知識內(nèi)容都有規(guī)定的共通性，導(dǎo)致學習者如果在某一節(jié)課程中存在疑問，便會影響課程的復(fù)習進程。

2.3 教學方法單一

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是一門對專業(yè)基礎(chǔ)知識要求比較高的課程，課堂上該課程的教學還是以板書為主，傳授知識量少，效率不高，由于課程內(nèi)容多，課時少，學習任務(wù)重，任課教師與學生課堂互動性不強，學生容易開小差，不想聽課，導(dǎo)致課堂學習效率低。并且鋼筋混凝土構(gòu)件及其制作過程、混凝土結(jié)構(gòu)試驗、工程應(yīng)用等對學生來說很陌生，很難讓學生加深對其的理解并靈活掌握課堂內(nèi)容。

3 “混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學創(chuàng)新舉措

3.1 運用虛擬仿真技術(shù)授課

虛擬仿真模式將知識點納入仿真課程之中，使學習者領(lǐng)會知識點，從而建立具有互動效能多維化的信息學習環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實仿真技術(shù)獨特的沉浸感和實時性，對時間與空間的學習環(huán)境進行超越，讓學習者可以真實地走進一個個由電腦制作的交互式三維虛擬現(xiàn)實環(huán)境中，可立體化重現(xiàn)建筑情景，直接看到在各種數(shù)據(jù)參數(shù)下結(jié)構(gòu)受彎、受壓、受拉、受扭的破壞現(xiàn)象，并真實地體驗結(jié)構(gòu)的伸縮性破壞過程和斷裂的發(fā)展，并將虛擬現(xiàn)實仿真結(jié)果前沿技術(shù)有機滲透到建筑結(jié)構(gòu)的受力性能中，用虛擬現(xiàn)實仿真結(jié)果項目內(nèi)容涵蓋教學的重難點知識點，將虛擬現(xiàn)實仿真結(jié)果展示、試驗、創(chuàng)新等模塊生動地融于教學，并優(yōu)化了知識點，有效克服了課程教學和社會實踐工程脫節(jié)問題。虛擬仿真技術(shù)不受時間、空間的限制，將抽象的難以理解的內(nèi)容生動具體化，推動互聯(lián)網(wǎng)和課程教學相結(jié)合，學生可以對重難點進行重復(fù)學習，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)虛擬仿真的云共享[7]。

3.2 逆向教學設(shè)計

傳統(tǒng)教學設(shè)計偏向采用順向思考模式，即教師從教材和熟悉的教法出發(fā)，加以相關(guān)活動輔助教學，卻忽略教學結(jié)果是否能真正實現(xiàn)教學目標。逆向教學設(shè)計更加關(guān)注學生的“學”，而不僅僅只關(guān)注教師的“教”。逆向設(shè)計是一種倒推思維，以教學目標結(jié)果為中心，有利于教師在授課時始終圍繞該課程最核心的內(nèi)容來展開教學，且不一定要根據(jù)教材的順序或篇幅進行“照搬”教學，甚至可以有所刪減，所選內(nèi)容旨在實現(xiàn)教學目標?！盎炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的教育目標是讓學習者了解混凝土構(gòu)造專業(yè)的基本理論與知識，并掌握結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計的基本方法，從而為設(shè)計工作奠定牢固的理論基礎(chǔ)。教程內(nèi)容包括扭、剪、扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的基本假定和設(shè)計原理，拉、擠壓結(jié)構(gòu)基本假定和設(shè)計原理，結(jié)構(gòu)形狀和斷裂長度估算等內(nèi)容。根據(jù)逆向思維設(shè)計，首先展示工程實際案例，然后從整體結(jié)構(gòu)分解出局部構(gòu)件，再進行構(gòu)件的承載力計算。逆向教學設(shè)計加強學習者對課程內(nèi)容模塊化的整合，引導(dǎo)學生運用空間思維分析問題，提高學生學習能力，加深學生對結(jié)構(gòu)概念的理解[8]。

4 教學創(chuàng)新成效

4.1 虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)新成效

采用虛擬仿真平臺進行教學，彌補了實驗室無法直接進行鋼筋混凝土樓蓋模型建造和承載力破壞過程演示的缺陷，在實體實驗中測試復(fù)雜的裂縫和變形、看不見的鋼筋和混凝土應(yīng)力應(yīng)變，以彩色云圖的形式直觀地展示混凝土樓蓋的應(yīng)力、應(yīng)變和變形動態(tài)響應(yīng)等全過程，促進了理論教學。采用虛擬仿真模式將教學知識點滲透到仿真課程之中，充實教學內(nèi)涵，充分調(diào)動學習者積極性，讓枯燥的課程多姿多彩，更有利于吸引學習者的關(guān)注力，增強學習者的興趣愛好，從而提升學生的學習效能，有效調(diào)動學生學習的積極性和創(chuàng)造思想，加強學生對學習知識點的掌握。同時，采用創(chuàng)新虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)進一步優(yōu)化了實踐課程環(huán)境，促進了教學成果轉(zhuǎn)化，提高了學生的專業(yè)應(yīng)用能力。

4.2 逆向教學設(shè)計創(chuàng)新成效

只有追求開放的思路、堅定創(chuàng)新的取向，才能有效實現(xiàn)課堂教學學習目標。在具體教學中，教師努力轉(zhuǎn)變教學觀念，通過對現(xiàn)行的以書本知識為本位、以教師為中心以及以傳播為主要特征的教學模式的根本性變革，把課堂結(jié)構(gòu)設(shè)計為目標顯示、教前導(dǎo)學、自學展評、重點講析、深度加工幾個部分。教學過程主要包括以下內(nèi)容：在前一節(jié)課的最后3～5 min，告知下節(jié)課學習的主要內(nèi)容與目標要求，出示自學思路或?qū)W前設(shè)計等，提示自學方法和課外觀察實習內(nèi)容，每個學習團隊（項目小組）由組長帶領(lǐng)完成觀察實習的任務(wù)；導(dǎo)入新課后，首先檢查自學情況，并集中10 min左右的時間展示學生有代表性的自學成果，鼓勵學生展開討論和成果評價，對有創(chuàng)意的觀點、設(shè)計、質(zhì)疑予以記錄和鑒定；根據(jù)自學反饋情況及學生交流評述，抓住重點難點，積極實行啟發(fā)式、討論式、探究式教學，最后回到學習的起點，讓學生對學習內(nèi)容進行內(nèi)化和深加工或進行再設(shè)計、再創(chuàng)造。

采用逆向教學設(shè)計后，學生課堂參與度顯著提高，聽講專注程度也明顯提高，課堂上學生更愿意參與課堂活動，充分調(diào)動了學生的學習激情與興趣，也充分調(diào)動了學生學習的積極性，從而提高了學生對學習的信心。

課程反映了本學科在科學研究方法與工藝技術(shù)方面的最新研究成果，對課程加以優(yōu)化完善后，突出重點知識領(lǐng)域，講透重難點知識，并結(jié)合工程案例加以說明，鍛煉了學生的工程認知意識，同時加強對學生創(chuàng)造意識與創(chuàng)新能力的培訓，以開闊學生眼界[9-10]。在已有的混凝土結(jié)構(gòu)模型實驗室的基礎(chǔ)上讓學生制作建筑結(jié)構(gòu)模型，展示新材料、新工藝、新產(chǎn)品，使原本抽象、復(fù)雜的知識直觀化、簡明化，培養(yǎng)了學生的形象思維，提高了學生分析問題的能力，教學效果良好。

5 教學反思改進

高新技術(shù)和信息化技術(shù)日益發(fā)達對建筑行業(yè)的影響也愈來愈大，而且獲得了巨大的經(jīng)濟利益和社會效益。如果教師沒有在第一時間掌握實際工程中所使用的材料、技術(shù)、新工藝、新理念，勢必會影響教學效果，所以教師深入企業(yè)才能接觸到行業(yè)前沿信息，豐富教學內(nèi)容，提高教學質(zhì)量。

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”作為專業(yè)核心課程課時量過少，影響教學效果，擬在培養(yǎng)方案中增加課時量，精講細講，使學生真正理解掌握；任課教師缺乏實踐經(jīng)驗，沒有真正接觸過工程項目，存在理論教學和實踐教學脫節(jié)現(xiàn)象，實踐教學能力有待提高，擬積極利用寒暑假、節(jié)假日參加企業(yè)鍛煉，提升專業(yè)知識和技能。教師們掌握了企業(yè)實際操作經(jīng)驗后可以更好地對實踐性環(huán)節(jié)進行引導(dǎo)，包括課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。學生深入企業(yè)可以對專業(yè)行業(yè)的發(fā)展動態(tài)、企業(yè)的需求有所認識，從而擴大學生的知識面和職業(yè)途徑。所以必須鼓勵青年教師進入企業(yè)學習，堅定地走以學生就業(yè)市場為導(dǎo)向、與產(chǎn)學研緊密結(jié)合的辦學之道，著力培育合格的應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才。產(chǎn)學研是以企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新為向?qū)?，以科研院供給的協(xié)作方式為科研創(chuàng)新服務(wù)，推動企業(yè)科研成果轉(zhuǎn)化，實質(zhì)內(nèi)容是企業(yè)促進創(chuàng)新發(fā)展所需要的各類產(chǎn)品要素高效結(jié)合。采用當代“雙師型”教師人才培養(yǎng)模式既能促進企業(yè)和高校之間技術(shù)和理念的輸入與輸出，又能成為“雙師型”教師人才培養(yǎng)的原動力。教師進入大企業(yè)可提升教師的實戰(zhàn)能力，同時加快高?！半p師型”師資隊伍建設(shè)，利用社會資源為學校培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供強力的師資保障，打造一支高素質(zhì)的“雙師型”教師隊伍。

6 教學改革創(chuàng)新

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程理論性強，實踐操作性也非常強，混凝土結(jié)構(gòu)是一個不斷發(fā)展的學科，隨著材料學、力學等學科的發(fā)展，許多新技術(shù)、新理論不斷產(chǎn)生。相較于實踐教學，目前的理論環(huán)節(jié)尚存在不足。此課程教學中形成的特色如下：注重跟蹤相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展，并將其反映在教學內(nèi)容中；注重教學研究與教學改革，將先進的教學理念和教學方法應(yīng)用到該課程中，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建新的教學法；注重學生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教學過程中利用多媒體、工地參觀、虛擬仿真平臺等多種手段，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新能力；積極開展校企合作，拓展實踐平臺，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

7 改革預(yù)期效果

在課堂教學中實施該項目，使教學的主體由教師變?yōu)閷W生，改變以課堂為中心、以書本為中心的陳舊模式。在教學過程中，學生根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)要求，充分發(fā)揮其主觀能動性和創(chuàng)造潛能，提出具有獨立見解的設(shè)計觀點和設(shè)計方案，并用圖紙或模型表達出來。通過分析房屋建筑工程項目條件和要求，查找相關(guān)設(shè)計資料，和小組成員及教師討論，優(yōu)化方案設(shè)計，學生變被動學習為主動學習，將過去對知識點的理解記憶過程改變?yōu)閷χR的應(yīng)用過程，發(fā)揮其主動性和創(chuàng)造性，更好地實現(xiàn)教學目標。提高學生進行實際工程設(shè)計和解決實際問題的綜合能力，也培養(yǎng)了學生的團隊合作精神和組織管理能力。

本文課題的研究成果預(yù)期先在機電工程學院土木工程專業(yè)進行實踐，然后進一步向校內(nèi)和校外相關(guān)專業(yè)進行推廣。將本課題應(yīng)用于“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學中，以期在有限的2 年時間里，通過學習此課程，使學生掌握混凝土結(jié)構(gòu)學科的基本理論和基本知識，學習結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件設(shè)計的方法，并為后續(xù)專業(yè)課的學習以及畢業(yè)后在混凝土結(jié)構(gòu)學科領(lǐng)域繼續(xù)學習提供堅實的基礎(chǔ)。此項目受益面比較廣，主要有以下幾方面：對于社會而言，結(jié)合學院對學生“應(yīng)用型人才”培養(yǎng)模式定位，按照“夯實學科基礎(chǔ)、強化工程實踐、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”的總體思路，結(jié)合本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的人才，滿足區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需求；對于學校而言，確定了課程培養(yǎng)目標，對于課程改革具有重要的指導(dǎo)和提升作用，促進學校辦學水平的提高；土木工程專業(yè)學生是本文課題研究成果的最大受益者，由于建立了科學合理的課程培養(yǎng)體系，學生可以學到更多社會需求的專業(yè)知識和技能，在就業(yè)中具有更強的競爭力，同時根據(jù)自身需求，學習更高層次的知識，不斷提高技能水平；企業(yè)也是本文課題研究成果的直接受益者，因為更多高素質(zhì)的應(yīng)用型“能下得去，吃得苦，留得住，用得上”的人才將促進企業(yè)和地方經(jīng)濟的發(fā)展。