思維導(dǎo)圖在“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學(xué)中的應(yīng)用

王英俊，杜書廷，朱葉

（1.許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000；2.河南開放大學(xué)建筑工程學(xué)院，河南 鄭州 450046）

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是我校土木工程、道路與橋梁等專業(yè)學(xué)生最先接觸的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程的研究對象為不同荷載組合作用下鋼筋混凝土梁、板、柱構(gòu)件截面內(nèi)力設(shè)計與校核及裂縫寬度和撓度計算，其基本公式是根據(jù)試驗研究結(jié)果做出基本假定后推導(dǎo)得到的半理論半經(jīng)驗公式。此外，該課程與現(xiàn)行各種設(shè)計規(guī)范、工程實踐緊密相連，致使該課程具有信息量大、概念多、計算公式多、符號多、經(jīng)驗系數(shù)多、構(gòu)造規(guī)定多等特點，導(dǎo)致該課程既難教又難學(xué)，處于“兩難”階段，且該課程教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)劣也直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。因此，如何提高本課程教學(xué)質(zhì)量是目前亟需解決的問題。

在信息化快速發(fā)展的今天，以適應(yīng)我國現(xiàn)階段土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和社會需求為導(dǎo)向，結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)工具，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)效率為目的進(jìn)行教學(xué)方法改革。以“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程[1]中鋼筋混凝土梁正截面性能與設(shè)計為例，探討該課程的教學(xué)方法。

1 思維導(dǎo)圖分解教學(xué)內(nèi)容

思維導(dǎo)圖是一種全方位的視覺和圖解思考工具[2-3]，不僅可以組織自己的思想，也可以通過筆記的形式組織別人的思想[4]。近年來，將思維導(dǎo)圖用于土力學(xué)理論和試驗教學(xué)過程中[5]，以豐富的圖像組織教學(xué)內(nèi)容，以圖文結(jié)合的形式吸引學(xué)生的注意力，達(dá)到了預(yù)期的教學(xué)目的。將思維導(dǎo)圖用于英語課程等教學(xué)過程中，也取得了良好效果[6]?，F(xiàn)本文將其用于“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學(xué)過程中，鋼筋混凝土梁正截面性能與設(shè)計的思維導(dǎo)圖如圖1所示。

圖1 鋼筋混凝土梁正截面性能與設(shè)計思維導(dǎo)圖

從圖1中可以看出，本章內(nèi)容分為6部分，共12 學(xué)時。其中，第1、2 部分為試驗研究及試驗結(jié)果分析；第3、4、5 部分為計算公式在工程中的應(yīng)用；第6 部分為對本章內(nèi)容的總結(jié)。在每一部分主分支中都配有相應(yīng)研究內(nèi)容的圖片，并通過分支細(xì)化該部分的主要內(nèi)容，將其清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，可讀性強、邏輯關(guān)系明確。如第5部分中的T形截面梁，主要包括T 形截面梁的應(yīng)用范圍、受壓區(qū)有效翼緣寬度的確定、T 形梁的分類、基本計算公式及在實際工程中的應(yīng)用。

2 教學(xué)過程

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)通、雨課堂、微助教、UMUI、藍(lán)墨等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的出現(xiàn)方便教師上傳課件、資料及講課視頻，學(xué)生可以利用碎片化時間隨時隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。根據(jù)本課程的特點，采用傳統(tǒng)教學(xué)+PPT 為主、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為輔的教學(xué)模式，實現(xiàn)其創(chuàng)新發(fā)展。針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，通過以下教學(xué)實例進(jìn)行說明。

2.1 課前導(dǎo)學(xué)

通過超星學(xué)習(xí)通提前發(fā)布本節(jié)課的思維導(dǎo)圖、PPT 課件及國內(nèi)外先進(jìn)工程案例等相關(guān)資料，分配相關(guān)任務(wù)。教師可查看學(xué)習(xí)通中每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，不僅能隨時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)以及激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，又能使學(xué)生接觸國內(nèi)外先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想，提高自身專業(yè)素養(yǎng)，從而極大地提高教學(xué)效率。

2.2 試驗研究教學(xué)

試驗研究教學(xué)是將整個試驗室現(xiàn)場操作程序直觀、清晰地展現(xiàn)在理論課堂的一種教學(xué)方法。整個教學(xué)過程為先繪制思維導(dǎo)圖，分析試驗方案及測試內(nèi)容，然后分析試驗結(jié)果并總結(jié)試驗規(guī)律，最后做出基本假定，推導(dǎo)基本公式并提出適用條件。以單筋矩形截面梁正截面受彎承載力試驗研究為例，思維導(dǎo)圖如圖2 所示。在圖2 中可知該部分內(nèi)容分為兩方面，第一部分為單筋矩形截面梁正截面試驗研究，第二部分為單筋矩形截面梁正截面受彎承載力分析。在第一部分中，試驗方案制定和測試內(nèi)容均可由PPT 講解，將試驗過程中構(gòu)件的受力過程和破壞形態(tài)做成三維動畫視頻，一邊播放視頻或動畫，一邊講解，兩者完美結(jié)合，把學(xué)生從抽象思維帶到感性認(rèn)知，使其愉快、輕松地理解、掌握這些知識。第二部分為試驗結(jié)果的整理階段，即根據(jù)試件受力過程和試驗現(xiàn)象做出基本假定，推導(dǎo)公式適用條件，可由PPT 講解。在PPT 的講解過程中，可以按需設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，最后得出結(jié)論。

圖2 單筋矩形截面梁試驗教學(xué)思維導(dǎo)圖

2.3 理論教學(xué)

在試驗教學(xué)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行理論教學(xué)，單筋矩形截面梁正截面受彎承載力的思維導(dǎo)圖如圖3 所示。從圖中可知，單筋矩形截面梁正截面受彎承載力由五部分內(nèi)容組成，即基本計算公式、公式中參數(shù)意義、適用條件、計算步驟和工程應(yīng)用。在基本計算公式中，第一個基本方程為對受拉鋼筋形心求距得到的單筋矩形截面梁正截面最大受彎承載力，第二個方程為對受壓區(qū)混凝土合力作用點求距得到的單筋矩形截面梁正截面最大受彎承載力。在參數(shù)意義中，參數(shù)αs為截面抵抗矩系數(shù)，參數(shù)γs為受拉區(qū)鋼筋合力作用點到受壓區(qū)混凝土合力作用點間的距離，即內(nèi)力臂系數(shù)，這兩個參數(shù)均與相對受壓區(qū)高度ξ有關(guān)，可歸結(jié)為一個參數(shù)的兩種不同應(yīng)用。在適用條件中，不僅限定了此公式的適用范圍，還蘊含了適用條件以外的計算方法，即超筋梁和少筋梁正截面受彎承載力的計算，具體計算方法見工程應(yīng)用部分；計算步驟部分分為設(shè)計和校核兩種情況，工程應(yīng)用部分為對計算公式設(shè)計和校核兩種情況的實際應(yīng)用，針對每種情況，均有不同的解題步驟，比如，設(shè)計時出現(xiàn)少筋梁情況，這時取最小縱筋配筋截面面積即可，校核時出現(xiàn)超筋梁情況，這時取最大相對受壓區(qū)高度計算該梁最大受彎承載力即可。

圖3 單筋矩形截面梁理論教學(xué)思維導(dǎo)圖

針對上述每一步驟，可采用PPT+板書的教學(xué)模式，將關(guān)鍵詞列在黑板上，通過PPT展示內(nèi)容，思路清晰，條理清楚。

同理，雙筋矩形截面梁、T 型梁正截面受彎承載力計算公式講解也可采用上述授課方法，此處不再贅述。

2.4 復(fù)習(xí)課

經(jīng)過上述學(xué)習(xí)，本章內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)束，進(jìn)入課程復(fù)習(xí)階段?！兜赖陆?jīng)》中說：“授人以魚，不如授人以漁”。因此讓學(xué)生自己繪出整章內(nèi)容的思維導(dǎo)圖，不僅引領(lǐng)學(xué)生重溫知識點的內(nèi)容，還可以查漏補缺、擴(kuò)散思維并進(jìn)行創(chuàng)新。在這張思維導(dǎo)圖中，不僅需要標(biāo)出本章所有知識點，而且也要標(biāo)出每個知識點中的主要內(nèi)容，且主要內(nèi)容用關(guān)鍵詞而不是短語或句子來表示。這張思維導(dǎo)圖可以將整個知識網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)起來，形成“從厚到薄”的過程，以受彎構(gòu)件正截面性能與設(shè)計為例，見圖4 所示；隨著對每一個知識點進(jìn)行擴(kuò)展，又形成“從薄到厚”的過程，以雙筋梁受彎承載力為例，見圖5 所示。在“厚-薄-厚”的總結(jié)和學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)不同知識點之間的相互聯(lián)系、相互區(qū)別，分清課程內(nèi)容的主、次關(guān)系，把握學(xué)習(xí)的重點，理清學(xué)習(xí)思路。同時，還可以激發(fā)學(xué)生對知識進(jìn)行主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和主動建構(gòu)的興趣，培養(yǎng)其獨立思考問題的能力和發(fā)散性思維的創(chuàng)作。

圖4 受彎構(gòu)件正截面性能與設(shè)計思維導(dǎo)圖

圖5 雙筋矩形截面受彎承載力計算思維導(dǎo)圖

經(jīng)過對本章知識的匯總及剖析，學(xué)生已經(jīng)掌握和理解了教學(xué)內(nèi)容，然后利用多媒體圖片展示混凝土結(jié)構(gòu)的實際現(xiàn)場以及相關(guān)構(gòu)造措施，給出工程實例，讓學(xué)生運用所學(xué)知識進(jìn)行剖析和相互討論，教師進(jìn)行糾正和評判。這樣，將理論知識與實際工程融會貫通，使得理論學(xué)習(xí)、工程實踐和規(guī)范規(guī)定相聯(lián)系，豐富知識體系，提高教學(xué)效率，達(dá)到預(yù)期教學(xué)目的。此外，討論過程中還可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力及解決問題的能力，從而為后期的學(xué)習(xí)和工作奠定堅實的知識基礎(chǔ)。

3 思維導(dǎo)圖教學(xué)優(yōu)勢

思維導(dǎo)圖作為學(xué)習(xí)的一種工具，在課堂效果、教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效益等方面起到了較好的積極作用，它有以下兩方面的優(yōu)勢：

學(xué)生根據(jù)自己所繪制的思維導(dǎo)圖有利于尋找知識的核心內(nèi)容，然后進(jìn)行思維能力的創(chuàng)新與發(fā)散，提升自身的總結(jié)能力，不僅能確保教育質(zhì)量與教學(xué)效果，還可切實提高大學(xué)生的專業(yè)能力；

大力引導(dǎo)學(xué)生使用思維導(dǎo)圖做課堂筆記，不僅可以開闊自身視野，還可以及時發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中的不足，調(diào)整學(xué)習(xí)方案，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。

4 總結(jié)

使用思維導(dǎo)圖建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，將離散的知識點串聯(lián)起來，從整體上把握知識的重點、難點，掌握學(xué)習(xí)方法，實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣；

針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法，教學(xué)思路靈活，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較高，達(dá)到了教學(xué)的預(yù)期目的；

思維導(dǎo)圖在復(fù)習(xí)課中的使用，不僅使課程知識“從厚到薄”，也可以“從薄到厚”，將繁多凌亂的知識點相互貫穿起來，知識體系更加清晰直觀，能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及發(fā)散思維能力，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。