“混凝土結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革探索與思考

李 松，焦楚杰，楊永民

（1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，廣東 廣州 510225；2.廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

混凝土結(jié)構(gòu)是混凝土和鋼筋兩類(lèi)材料復(fù)合的一類(lèi)結(jié)構(gòu)，因混凝土材料的受力特殊性加上鋼筋協(xié)作配合，使得混凝土結(jié)構(gòu)的受力形式異常復(fù)雜，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)后的調(diào)查反映概念過(guò)多、理論過(guò)強(qiáng)，計(jì)算公式復(fù)雜而無(wú)邏輯規(guī)律可言，最重要的是課堂教學(xué)脫離工程現(xiàn)場(chǎng)，學(xué)習(xí)印象不深刻［1］。久而久之，學(xué)生對(duì)“混凝土結(jié)構(gòu)”課程逐漸形成難學(xué)易掛科的印象，并通過(guò)上一年級(jí)往下一年級(jí)的一屆一屆傳遞，逐漸讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)好壞無(wú)所謂和厭學(xué)的心理。因此，近十年來(lái)該門(mén)課程也是土木工程教師多次深入改革的重要課程之一，孫惠香等［2］和楚留聲等［3］從理論教學(xué)方式上進(jìn)行深入改革，在一定程度上激發(fā)了學(xué)生對(duì)該課程的興趣，李金云等［4］、趙小芹等［5］、孫倩等［6］以及劉曉紅等［7］重點(diǎn)介紹教學(xué)實(shí)體模型和線下工程實(shí)地觀摩教學(xué)，有效地解決了學(xué)生工程實(shí)踐教學(xué)缺乏的弊端，羅伯光等［8］和劉春陽(yáng)等［9］則從“混凝土結(jié)構(gòu)”課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)出發(fā)，深入剖析了傳統(tǒng)教學(xué)的不足之處，并優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容和形式，取得了較好的學(xué)習(xí)成效。然而，上述文獻(xiàn)的改革措施多在理論講解上，具體行之有效的實(shí)施措施和示例介紹相對(duì)較匱乏，本文依據(jù)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行特點(diǎn)分析，然后針對(duì)每個(gè)弊端提出對(duì)應(yīng)改革措施并以小案例示范具體的操作途徑，力爭(zhēng)為“混凝土結(jié)構(gòu)”的高效施教提供借鑒思路。

一、“混凝土結(jié)構(gòu)”課程現(xiàn)狀分析

（一）課程特點(diǎn)

“混凝土結(jié)構(gòu)”是土木工程專(zhuān)業(yè)的核心課程之一，由“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”和“混凝土結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)”兩大部分構(gòu)成，前者主要是講解基本構(gòu)件在抗彎、抗剪、受拉、受壓、受扭等受力形式下的設(shè)計(jì)理論和構(gòu)造措施，后者是通過(guò)構(gòu)件在工程中的結(jié)構(gòu)形式體現(xiàn)而進(jìn)行的，諸如“鋼筋混凝土單向板肋形樓蓋設(shè)計(jì)”和“鋼筋混凝土伸臂梁設(shè)計(jì)”等類(lèi)的課程設(shè)計(jì)。課程遵循“先構(gòu)件后結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)到繁”的授課原則，但實(shí)際上鋼筋混凝土材料的受力特性比較復(fù)雜，與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)中所學(xué)構(gòu)件受力有較大區(qū)別，這本身在學(xué)習(xí)和理解上形成了一個(gè)小的知識(shí)點(diǎn)“跨躍”?！盎炷两Y(jié)構(gòu)”中構(gòu)件是混凝土和鋼筋兩類(lèi)材料的復(fù)合形式，構(gòu)件受力的研究異于理想彈性或彈塑性材料，以混凝土梁正截面受彎為例，其構(gòu)件受力研究基本規(guī)律為：試驗(yàn)研究→破壞規(guī)律→計(jì)算假定→基本公式→適用條件→構(gòu)造要求，所得結(jié)果并非簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)和力學(xué)模型，而是一套經(jīng)驗(yàn)公式和理論，形成了該門(mén)課程獨(dú)有的課程特點(diǎn)。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)

1.數(shù)學(xué)型邏輯思維根深蒂固。學(xué)生在大一和大二學(xué)習(xí)“材料力學(xué)”與“結(jié)構(gòu)力學(xué)”時(shí)比較容易上手，究其原因是延續(xù)了以往的數(shù)學(xué)型邏輯思維，即通過(guò)公式推導(dǎo)可得結(jié)果。但是“混凝土結(jié)構(gòu)”的構(gòu)件設(shè)計(jì)原則多為經(jīng)驗(yàn)公式與理論，其學(xué)習(xí)須有一個(gè)思維的轉(zhuǎn)變過(guò)程，對(duì)于構(gòu)件的設(shè)計(jì)理念與概念應(yīng)有充分的理解和認(rèn)識(shí)，這就需要學(xué)生花費(fèi)更多的時(shí)間和精力逐漸適應(yīng)該類(lèi)思維和總結(jié)“混凝土結(jié)構(gòu)”課程的知識(shí)點(diǎn)。然而，大部分學(xué)生習(xí)慣性的學(xué)習(xí)方法與思維停留在被動(dòng)式應(yīng)付作業(yè)和考試，針對(duì)考試在考前兩周突擊復(fù)習(xí)，這不利于循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)與理解，難以有效地學(xué)好與用好所學(xué)知識(shí)。

2.知識(shí)點(diǎn)輪廓不清。學(xué)生的學(xué)習(xí)受以往“填鴨式”教學(xué)影響，對(duì)教學(xué)所講內(nèi)容往往不知何起，對(duì)所在章節(jié)知識(shí)點(diǎn)往往不知對(duì)應(yīng)何類(lèi)受力形式，這進(jìn)一步造成了學(xué)習(xí)該門(mén)課程的難度，因此學(xué)生需要在教師的引導(dǎo)下對(duì)課程進(jìn)行模塊化分類(lèi)，并建立清晰的知識(shí)輪廓和引導(dǎo)線，進(jìn)而貫穿整個(gè)課程知識(shí)點(diǎn)。

（三）教師教學(xué)特點(diǎn)

傳統(tǒng)教學(xué)以“繼承式”為中心，學(xué)生所學(xué)知識(shí)以考試過(guò)關(guān)和得高分為目標(biāo)，與中學(xué)及高中應(yīng)試教育較接近。然而，大學(xué)所學(xué)是針對(duì)性的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在一定程度上應(yīng)弱化考試強(qiáng)度而提高實(shí)踐動(dòng)手能力，“混凝土結(jié)構(gòu)”屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，與國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范及工程應(yīng)用匹配程度極高，理論“繼承式”教學(xué)，學(xué)生很難從根本上去理解與應(yīng)用。雖然多類(lèi)虛擬仿真技術(shù)（VR）與多媒體三維建模技術(shù)（AR）在教學(xué)上豐富了教學(xué)手段與內(nèi)容，在可視性上使學(xué)生更接近工程面貌，但終究教學(xué)空間仍停留在電腦與室內(nèi)教學(xué)中。

二、“混凝土結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革探索

（一）提倡誘導(dǎo)式教學(xué)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行溯源分析并發(fā)散運(yùn)用

誘導(dǎo)式教學(xué)是教師根據(jù)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，拋出一個(gè)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，在學(xué)生積極參與和教師有目的的誘導(dǎo)下［10］，學(xué)生自發(fā)地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)與總結(jié)，最終溯源理解該知識(shí)點(diǎn)的一種教學(xué)模式。這種教學(xué)模式發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，全程參與了知識(shí)點(diǎn)繁枝茂葉的搜尋，能使學(xué)生從根本上理解知識(shí)點(diǎn)的原理，最后能舉一反三完成學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)目標(biāo)。

1.創(chuàng)景誘導(dǎo)。創(chuàng)景誘導(dǎo)是指教師在授課講解中，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)谋扔髅枥L和展示一些比較難理解的知識(shí)點(diǎn)，從而誘導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)設(shè)出生動(dòng)形象的場(chǎng)景［2］，最終將知識(shí)點(diǎn)有效消化。“混凝土結(jié)構(gòu)”課程所涉及的構(gòu)件主要是梁、板、柱，這些構(gòu)件在工業(yè)建筑與民用建筑中隨處可見(jiàn)，其受力的基本傳導(dǎo)模式為：板→次梁→主梁→柱→基礎(chǔ)→地下，很多學(xué)生在接觸這類(lèi)力學(xué)傳導(dǎo)的計(jì)算時(shí)無(wú)從下手，尤其是板的尺寸選擇、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋的鋪排方式上組合太多，而板的這些選擇又影響著梁，梁的選擇最后又影響到柱，層層遞進(jìn)牽制，最終導(dǎo)致學(xué)生有心無(wú)力。這時(shí)一個(gè)有效的方法是可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行情境更換，使學(xué)生暫時(shí)跳出思維混亂圈，采用生活常見(jiàn)的交警指揮疏通繁忙的路段進(jìn)行比喻思考，即將構(gòu)件中的力相當(dāng)于“車(chē)水馬龍”的車(chē)流，車(chē)流在交警手勢(shì)與交通信號(hào)燈的指示下高效有序地流轉(zhuǎn)，同理而言，構(gòu)件中的力在各個(gè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的制約下，沿著規(guī)定的“路線”有序流轉(zhuǎn)，最終到達(dá)“目的地”。這種通過(guò)情境誘導(dǎo)，給思維換“景”的方式，可以緩解學(xué)生用腦疲勞，讓課程學(xué)習(xí)更高效。

2.工程事故案例誘導(dǎo)?！盎炷两Y(jié)構(gòu)”課程中單根構(gòu)件的分類(lèi)講解和計(jì)算練習(xí)，可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)構(gòu)件基本設(shè)計(jì)原理和理論的印象。但是構(gòu)件在工程中往往并非單獨(dú)存在，多數(shù)是以結(jié)構(gòu)的形式存在，要想誘導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主觀能動(dòng)性，引入工程事故案例是個(gè)有效的措施。比如為了提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止地震作用下的連續(xù)性倒塌，經(jīng)常講到“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”，對(duì)于這類(lèi)專(zhuān)業(yè)性的名詞理解，大部分學(xué)生只能顧名思義，不知其中的原理與意義，教師在教學(xué)中可以用汶川地震中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)連續(xù)性倒塌案例進(jìn)行引導(dǎo)講解，通過(guò)工程事故關(guān)系生命，所學(xué)知識(shí)關(guān)乎民生，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)就是力量，然后布置任務(wù)讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)梁柱尺寸，并計(jì)算配筋來(lái)達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”目標(biāo)。這種誘導(dǎo)參與性質(zhì)的學(xué)習(xí)方式可以激發(fā)學(xué)生的責(zé)任感并提高學(xué)習(xí)的動(dòng)力，使其在學(xué)習(xí)中查閱規(guī)范與文獻(xiàn)，夯實(shí)完善所學(xué)知識(shí)。

3.逆向推理誘導(dǎo)。實(shí)際工程中為什么混凝土是與鋼筋進(jìn)行協(xié)同工作，在混凝土中添加鋁筋、銅筋或者竹條是否可行？對(duì)于這類(lèi)疑問(wèn)，工程人員與研究者僅憑思考是很難給出令人信服的答案的，唯一可行的辦法就是將疑都材料溫度膨脹系數(shù)接近而不至于產(chǎn)生較大錯(cuò)位滑移，再者就是混凝土很好地保護(hù)鋼筋免遭銹蝕。這種提出問(wèn)題→分析問(wèn)題→通過(guò)試驗(yàn)解決問(wèn)題的對(duì)比研究法，逆向引導(dǎo)學(xué)生思考知其所以然。

（二）角色互換，貼近實(shí)踐學(xué)習(xí)

實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)，是認(rèn)識(shí)的目的和歸宿，是檢驗(yàn)認(rèn)識(shí)的真理性的唯一標(biāo)準(zhǔn)?！盎炷两Y(jié)構(gòu)”課程對(duì)于梁、板、柱類(lèi)構(gòu)件的構(gòu)造措施涉及較多專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，大部分學(xué)生對(duì)于鋼筋的命名認(rèn)識(shí)理解不了又記不住，比如說(shuō)梁中的上部縱筋、下部縱筋、箍筋和抗扭鋼筋等，書(shū)面命名可能不是很形象，但長(zhǎng)期在鋼筋班工作的工人對(duì)這些鋼筋的稱(chēng)呼則更加平易近人，上部縱筋因鋪排在受壓區(qū)上半部分第一排則叫“面筋”，下部鋼筋鋪排在受拉區(qū)第一排稱(chēng)為“底筋”，受壓區(qū)上部縱筋下面鋪排的第二排縱筋因用鐵絲吊在上部縱筋下面名為“吊筋”，因構(gòu)造抗扭需要鋪排在中部位置的抗扭鋼筋則叫“腰筋”，這些貼近生活的命名既通俗易懂又包含位置的定位，學(xué)生比較容易理解。這在“混凝土結(jié)構(gòu)”課程的書(shū)上是較難學(xué)到的，只有通過(guò)實(shí)踐學(xué)習(xí)，站在工人實(shí)踐角度換位思考并交談咨詢才能體會(huì)得到。

（三）提點(diǎn)收線，模塊化分類(lèi)

“混凝土結(jié)構(gòu)”課程所針對(duì)的是土木工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，因受制于數(shù)學(xué)型邏輯思維影響，對(duì)于“混凝土結(jié)構(gòu)”這類(lèi)的許多課程為基礎(chǔ)且理論復(fù)雜的課程而言，學(xué)生的學(xué)習(xí)始終上手較慢，這較大地影響了該門(mén)課程的教學(xué)效率。實(shí)際上“混凝土結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)依然可以進(jìn)行邏輯推理，如所有章節(jié)進(jìn)行模塊化分類(lèi)，并化繁為簡(jiǎn)地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)穿線成串。

“混凝土結(jié)構(gòu)”課程總共分為11個(gè)章節(jié)，加上課程設(shè)計(jì)，可分為6個(gè)模塊，前面3個(gè)章節(jié)為一模塊，主要是對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)材料的認(rèn)識(shí)及設(shè)計(jì)原則的介紹；第4章獨(dú)成一模塊，主要是構(gòu)件的構(gòu)造措施與原理介紹；第5章到第6章為一模塊，重點(diǎn)介紹受彎構(gòu)件正截面抗彎和斜截面抗剪的研究與計(jì)算；第7章到第9章為一模塊，講述受壓、受扭和受拉構(gòu)件承載力的計(jì)算；第10章到第11章為一模塊，介紹混凝土構(gòu)件易形成裂縫的缺點(diǎn)并對(duì)應(yīng)提出了預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的解決措施；最后一個(gè)模塊是在學(xué)習(xí)前5個(gè)模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)。整體6個(gè)模塊又可以形成點(diǎn)、面和體，從一維到二維最后到三維層層遞進(jìn)，由淺入深的一條知識(shí)線，通過(guò)對(duì)章節(jié)輪廓的層層剖析，讓學(xué)生能隨時(shí)把握知識(shí)點(diǎn)，理解整體模塊和章節(jié)部分既相互區(qū)別又相互聯(lián)系。

三、教學(xué)改革啟示

對(duì)“混凝土結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革的探索，調(diào)動(dòng)了土木工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，優(yōu)化了教學(xué)模式，并在學(xué)校人才引進(jìn)中收到了較好的效果。課程改革表明，只有勇于創(chuàng)新、與時(shí)俱進(jìn)才能讓實(shí)踐性教學(xué)課程獲得新生和高發(fā)展，通過(guò)此番教學(xué)改革也促使筆者對(duì)工科實(shí)踐類(lèi)教學(xué)課程產(chǎn)生了一些新的見(jiàn)解與思考：首先，無(wú)論多好的教學(xué)改革措施都離不開(kāi)教師和學(xué)生的互愛(ài)互信，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)懷著一顆育人子弟之心，多些耐心和關(guān)懷。其次，教師作為一線接觸學(xué)生之人，應(yīng)當(dāng)站在學(xué)生角度換位思考，在如何推動(dòng)教學(xué)改革發(fā)展與實(shí)踐上下苦功夫，提出教學(xué)改革方法是策略，有效付諸行動(dòng)并取得成效才是目的。再次，針對(duì)學(xué)生的人數(shù)規(guī)模，教學(xué)改革方法的推行可以先在小團(tuán)隊(duì)中進(jìn)行試點(diǎn)，然后將所有學(xué)生進(jìn)行組團(tuán)施教，每個(gè)團(tuán)隊(duì)中安排一個(gè)小的隊(duì)長(zhǎng)，對(duì)教學(xué)改革的成績(jī)和效果進(jìn)行收集分析。最后，注重以老帶新，讓有工程師經(jīng)驗(yàn)的老教師帶青年教師多參加工程實(shí)踐，積累工程人脈和培養(yǎng)工程能力，學(xué)校和二級(jí)學(xué)院應(yīng)大力給予支持并形成傳統(tǒng)。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次教學(xué)改革的探索和實(shí)踐體會(huì)，深度剖析了“混凝土結(jié)構(gòu)”在課程、學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)方面?zhèn)鹘y(tǒng)的特點(diǎn)和弊端，并針對(duì)各個(gè)弊端進(jìn)行了相對(duì)實(shí)際可行的教學(xué)改革。教學(xué)實(shí)踐表明，教學(xué)改革產(chǎn)生了較好的實(shí)效，促進(jìn)了教師勇于創(chuàng)新的動(dòng)力，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的信心和報(bào)效社會(huì)的責(zé)任感，同時(shí)也啟示著教學(xué)工作者勇為教學(xué)改革探索先鋒，為教學(xué)朝更高質(zhì)量和更好水平發(fā)展而奮斗。