混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革與實(shí)踐

夏紅春

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專(zhuān)業(yè)必修課程中重要的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，該課程的教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生部分后續(xù)課程的學(xué)習(xí)?；谡n程特點(diǎn)和實(shí)際教學(xué)情況，對(duì)課程的教學(xué)方法進(jìn)行了改革。主要包括充分利用多媒體技術(shù)、深入剖析公式內(nèi)涵、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)、完善網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)以及改革考核方式等。實(shí)施結(jié)果表明，所提出的的教學(xué)改革措施合理有效。

關(guān)鍵詞：土木工程;混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2019）01-0083-05

土木工程是建筑、巖土、地下建筑、橋梁、道路、鐵路、礦山建筑、港口等工程的統(tǒng)稱(chēng)，其內(nèi)涵為用各種建筑材料修建上述工程時(shí)的生產(chǎn)活動(dòng)和相關(guān)的工程技術(shù)[1]。我國(guó)土木工程高等教育已經(jīng)有一個(gè)多世紀(jì)的歷史。2011年由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布的《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范》中明確指出：學(xué)生應(yīng)掌握工程結(jié)構(gòu)的基本原理，能正確設(shè)計(jì)土木工程基本構(gòu)件，實(shí)踐體系中的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)也包含了混凝土基本構(gòu)件實(shí)驗(yàn)。由此可見(jiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程在土木工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案中占有非常重要的地位，其主要內(nèi)容包括鋼筋與混凝土材料的力學(xué)性能，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，拉、壓、彎、剪、扭等的計(jì)算與分析、變形與裂縫寬度的驗(yàn)算，以及預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的計(jì)算與分析等[2-4]。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)的基本理論與設(shè)計(jì)方法，并為后續(xù)課程，如混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

一、教學(xué)中存在的問(wèn)題

作為土木工程專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)核心課，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理包含的內(nèi)容較多，涉及面廣，既有理論推導(dǎo)又有實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)又與相關(guān)規(guī)范及工程實(shí)際聯(lián)系密切，公式、圖表、規(guī)范條文多，具有綜合性、技術(shù)性以及應(yīng)用性等特點(diǎn)[5]。該課程內(nèi)容豐富理論嚴(yán)謹(jǐn)，與其他專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課聯(lián)系緊密，是一門(mén)信息量及教學(xué)難度均較大的課程，而《高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專(zhuān)業(yè)規(guī)范》僅推薦60個(gè)左右的學(xué)時(shí)，因此，在實(shí)際教學(xué)工作中無(wú)疑將面臨教學(xué)內(nèi)容多，授課學(xué)時(shí)少的矛盾。如何合理組織教學(xué)，使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)理解并掌握課程的主要內(nèi)容，值得廣大從事該課程教學(xué)的教師深入探討。

二、教學(xué)方法的改革

（一）充分利用多媒體技術(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理包含的內(nèi)容及圖表較多，而傳統(tǒng)的板書(shū)以及語(yǔ)言等教學(xué)手段由于信息量較小、效率較低，已無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代課堂教學(xué)的需要。因此，在教學(xué)中充分利用多媒體技術(shù)，制作高質(zhì)量的課件，將大量現(xiàn)場(chǎng)工程圖片及視頻引入課堂教學(xué)中，做到圖文并茂[6]。一方面可以代替教材及課堂語(yǔ)言教學(xué)中冗長(zhǎng)的文字說(shuō)明，節(jié)約時(shí)間，達(dá)到事半功倍的效果;同時(shí)，又可以通過(guò)典型的工程案例，將工程中采用的一些新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備以及施工中的新方法和注意事項(xiàng)等內(nèi)容介紹給學(xué)生，從而大大激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，豐富了教學(xué)內(nèi)容。筆者在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)時(shí)，曾利用課余時(shí)間組織學(xué)生集中觀看了中央電視臺(tái)錄制的《港珠澳大橋》《上海中心大廈》《北京地鐵網(wǎng)絡(luò)》等系列紀(jì)錄片。這些極具代表性的超級(jí)工程，不僅是時(shí)代的標(biāo)志，同時(shí)也展示了我國(guó)的強(qiáng)盛國(guó)力，彰顯了中國(guó)現(xiàn)代的建筑技術(shù)水平和時(shí)代風(fēng)采。通過(guò)觀看視頻，在激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈學(xué)習(xí)欲望與興趣的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的民族自尊心與自豪感。

需要指出的是，雖然多媒體教學(xué)具有信息量大、教學(xué)效率高、直觀、形象以及表現(xiàn)力豐富等優(yōu)點(diǎn)，但在教學(xué)過(guò)程中若過(guò)分依賴(lài)，將容易出現(xiàn)課堂教學(xué)內(nèi)容多，教學(xué)進(jìn)度快，學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容“夾生”，甚至不理解等弊端。因此，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合。例如：在講解受彎構(gòu)件正截面承載力的計(jì)算時(shí)，由于公式中符號(hào)較多，且涉及到力和力矩的平衡方程，以及混凝土和鋼筋的力學(xué)性能等知識(shí)，可以采用錄像演示不同配筋條件下受彎構(gòu)件正截面的受力特性和破壞形態(tài)，使學(xué)生對(duì)受彎構(gòu)件的正截面破壞特征具有感性認(rèn)識(shí)。但在講授單筋矩形截面、雙筋矩形截面以及T型截面梁的力和力矩的平衡方程基本計(jì)算公式時(shí)，則宜采用板書(shū)一步步演示公式的推導(dǎo)過(guò)程，從而加深學(xué)生對(duì)公式的理解。對(duì)于公式推導(dǎo)過(guò)程中所需要涉及的正截面應(yīng)力以及應(yīng)變沿梁高度的分布圖，則可直接采用多媒體圖片演示，從而大大節(jié)省課堂繪圖時(shí)間。但同時(shí)也應(yīng)切忌陷入為了追求教學(xué)進(jìn)度而過(guò)分依賴(lài)多媒體，將教師淪為“電腦操作員”的誤區(qū)。

（二）深入剖析公式內(nèi)涵

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程涉及大量的公式、圖表，限于篇幅，有些教材對(duì)部分公式或圖表等內(nèi)容的說(shuō)明并不詳細(xì)，教師在講授這部分內(nèi)容時(shí)，若不講解透徹，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致學(xué)生理解困難，從而導(dǎo)致“夾生”現(xiàn)象。如：對(duì)雙筋矩形截面梁進(jìn)行復(fù)核時(shí)，對(duì)于x<2a′s的情況，絕大部分教材都直接近似地取x=2a′s，正截面承載力按式（1）確定：

（三）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不同于其他結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是它在我們的日常生活中大量存在。每一座橋梁、每一棟建筑都是設(shè)計(jì)者與施工者智慧的結(jié)晶與驕傲。而徐州的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)最近幾年踏上了快速發(fā)展的快車(chē)道，高鐵、高速、高架、地鐵......得到了迅速發(fā)展。因此，筆者在講授課程之初即聯(lián)系校外實(shí)習(xí)基地，利用課余及周末時(shí)間帶領(lǐng)學(xué)生到工地參觀、調(diào)研，讓學(xué)生了解鋼筋的種類(lèi)與直徑、鋼筋的加工和綁扎、混凝土的澆筑、梁、板、柱的形式等與課程密切相關(guān)的內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容建立直觀感性認(rèn)識(shí)。這樣，在授課過(guò)程中涉及到結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造要求、施工工藝等內(nèi)容時(shí)，結(jié)合開(kāi)課之初參觀視頻、圖片進(jìn)行講解，使學(xué)生對(duì)所講解的知識(shí)點(diǎn)有更清晰的認(rèn)識(shí)，避免了教師照本宣科。對(duì)于一些相對(duì)較簡(jiǎn)單的問(wèn)題，教師也可以發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓參觀時(shí)觀察比較細(xì)致的學(xué)生進(jìn)行講解，然后組織學(xué)生討論。如：在施工過(guò)程中如何保證梁的混凝土保護(hù)層厚度？單筋矩形截面梁在工程中是否存在……這種方式相對(duì)于教師的枯燥講解更容易被學(xué)生所接受，加深了學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，提高了學(xué)生的觀察、分析和語(yǔ)言表達(dá)能力，同時(shí)也使學(xué)生實(shí)現(xiàn)了從被動(dòng)的“要我學(xué)”到主動(dòng)的“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情。

（四）注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)

筆者所在學(xué)院擁有的總面積達(dá)7 200 m2建筑結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，設(shè)施齊全、設(shè)備先進(jìn)，是學(xué)?！笆濉逼陂g重點(diǎn)建設(shè)的、既能滿(mǎn)足土木工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，同時(shí)又兼顧科學(xué)研究及生產(chǎn)性試驗(yàn)的綜合性實(shí)驗(yàn)室，承擔(dān)了包括國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等在內(nèi)的多項(xiàng)科研課題，其中多項(xiàng)課題又與鋼筋混凝土密切有關(guān)。在課程進(jìn)行到受彎構(gòu)件的正截面承載力計(jì)算這部分內(nèi)容時(shí)，筆者組織學(xué)生到學(xué)院建筑結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室參觀，向?qū)W生介紹實(shí)驗(yàn)室目前所承擔(dān)的與鋼筋混凝土有關(guān)的科研課題，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生參與教師的科研，使學(xué)生在加深對(duì)教材知識(shí)理解與掌握的同時(shí)，開(kāi)闊了視野，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索新知識(shí)的欲望與動(dòng)力，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)也為提升

學(xué)生的科研能力提供了機(jī)會(huì)與平臺(tái)。但需要注意的是，在鼓勵(lì)學(xué)生積極參與教師科研的同時(shí)，應(yīng)充分考慮學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)水平，以免出現(xiàn)科研內(nèi)容超出了學(xué)生的知識(shí)范疇，使學(xué)生感到力不從心，從而挫傷了積極性。此外，教師安排給學(xué)生的科研任務(wù)應(yīng)適量，過(guò)多會(huì)使學(xué)生感到有壓力，過(guò)少則會(huì)使學(xué)生感受不到科研的嚴(yán)肅性，從而使學(xué)生失去激情與動(dòng)力。

（五）完善網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的普及為課程教學(xué)提供了師生互動(dòng)、知識(shí)交流的平臺(tái)，使傳統(tǒng)的課堂教學(xué)時(shí)間得以延長(zhǎng)，教學(xué)內(nèi)容得以擴(kuò)展，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)更加方便快捷。

筆者所在學(xué)院非常重視專(zhuān)業(yè)與課程建設(shè)，每年投入大量的資金用于相關(guān)課程的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理作為大土木方向的專(zhuān)業(yè)課程，是學(xué)院現(xiàn)有的土木工程專(zhuān)業(yè)（含房屋建設(shè)方向、道路橋梁與隧道方向）、安全工程專(zhuān)業(yè)以及城市地下空間專(zhuān)業(yè)的必修課程，每年約有三百余名學(xué)生修讀該課程，在專(zhuān)業(yè)課程體系中占有重要的地位。因此，學(xué)院非常重視該課程的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)，也被學(xué)院第一批納入重點(diǎn)課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)體系。學(xué)院組織該課程的所有任課教師進(jìn)行了廣泛調(diào)研，在充分吸收借鑒清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)......等省內(nèi)外名校相關(guān)課程網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了課程網(wǎng)站的設(shè)計(jì)與制作。課程網(wǎng)頁(yè)主要包括課程簡(jiǎn)介、教學(xué)大綱、授課教案、教學(xué)課件、復(fù)習(xí)資料、自我檢測(cè)、工程案例以及師生互動(dòng)等內(nèi)容。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可以使學(xué)生明確課程學(xué)習(xí)的目的和意義，了解課程的教學(xué)體系和教學(xué)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)課堂內(nèi)外相結(jié)合的啟發(fā)式、互動(dòng)式教學(xué)。此外，網(wǎng)站中的大量與課程相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)施工視頻和圖片資料，將教材中抽象的理論知識(shí)轉(zhuǎn)換成直觀的感性認(rèn)識(shí)，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也使學(xué)生在上課時(shí)能夠帶著感性知識(shí)走進(jìn)課堂，大大提高了課堂教學(xué)效果，真正做到了將理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合。與此同時(shí)，教師把與課程相關(guān)的最新信息及時(shí)上傳到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使學(xué)生可以在第一時(shí)間了解學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)，拓寬了學(xué)生的視野，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大大提高了教學(xué)效果。

（六）改革考核方式

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是一門(mén)理論性及實(shí)踐性均較強(qiáng)的課程，該課程的突出特點(diǎn)是以實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，依靠大量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出假定，通過(guò)一系列數(shù)學(xué)方法建立半理論半經(jīng)驗(yàn)的實(shí)用計(jì)算公式。該課程涉及的概念、公式、參數(shù)及符號(hào)較多，并且與實(shí)際工程緊密結(jié)合，加上規(guī)范規(guī)定的構(gòu)造要求，對(duì)于沒(méi)有工作經(jīng)歷的本科生而言，要在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握相關(guān)知識(shí)非常困難。因此，考慮到課程的特點(diǎn)，改革以往傳統(tǒng)的閉卷考試為半開(kāi)半閉式考核，即將試卷分為基本概念題和計(jì)算題兩大部分，分值分別為60分和40分。考試也相應(yīng)地分兩個(gè)階段，前60分鐘為閉卷考試，主要考查學(xué)生對(duì)基本概念的理解與掌握，主要題型包括填空題、（單、多項(xiàng)）選擇題、名詞解釋題以及簡(jiǎn)答題等。后40分鐘為開(kāi)卷考試，題型主要為計(jì)算題，學(xué)生在6道題中選4道作答。這樣一方面避免了學(xué)生死記硬背大量的公式，一定程度上避免了作弊現(xiàn)象發(fā)生;另一方面也促使學(xué)生平時(shí)必須用功學(xué)習(xí)，深刻理解基本概念并熟練掌握，自覺(jué)養(yǎng)成努力學(xué)習(xí)的好習(xí)慣，這樣在考試時(shí)才能做到融會(huì)貫通、游刃有余。實(shí)踐證明，這種考核方式頗受學(xué)生的歡迎，考試成績(jī)區(qū)分度較高，能夠充分反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的把握程度。

三、實(shí)施效果

一年多的教學(xué)改革與實(shí)踐證明，上述措施已取得顯著成效。

（1）由于將大量現(xiàn)場(chǎng)工程圖片及視頻引入課堂教學(xué)，改變了過(guò)去枯燥的公式推導(dǎo)，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富、形象、直觀。在加大教學(xué)信息量的同時(shí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及興趣。

（2）改革后的教學(xué)方法得到了絕大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)可，學(xué)院組織的教學(xué)滿(mǎn)意度問(wèn)卷調(diào)查顯示，95%以上的學(xué)生認(rèn)為該課程的教學(xué)方法與教學(xué)效果較好。

（3）學(xué)生的考試成績(jī)有較大幅度提高。圖1為2013級(jí)、2014級(jí)土木工程和城市地下空間兩個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生成績(jī)分布對(duì)比情況。從圖中可以看出，經(jīng)過(guò)上述教學(xué)改革，2014級(jí)學(xué)生的成績(jī)較2013級(jí)有明顯提高。不及格率由14%下降為8%，而成績(jī)?cè)凇傲己谩焙汀皟?yōu)秀”區(qū)間的學(xué)生數(shù)則分別提高了8個(gè)和6個(gè)百分點(diǎn)。

（4）課程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架起了教師與學(xué)生實(shí)時(shí)溝通的橋梁，拓寬了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)視野，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也為其他課程的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)提供了參考。

四、結(jié)語(yǔ)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理雖然是大土木工程專(zhuān)業(yè)非常重要的專(zhuān)業(yè)課，但是在其教學(xué)過(guò)程中仍然存在較多問(wèn)題，大部分高校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)也有待進(jìn)一步完善和提高。為此，為了提高課程教學(xué)質(zhì)量，其教學(xué)方法的改革更應(yīng)值得關(guān)注與探討。在教學(xué)中應(yīng)鼓勵(lì)教師創(chuàng)新教學(xué)方法，始終堅(jiān)持以學(xué)生為本的教育理念，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，努力提高教學(xué)質(zhì)量，為我國(guó)的社會(huì)主義基本建設(shè)事業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)優(yōu)秀的土木工程專(zhuān)業(yè)人才。

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