基于“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的學(xué)生差異化培養(yǎng)教學(xué)模式研究

吳 多，尹遇學(xué)，葉 青

(南昌工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程是道橋?qū)I(yè)的一門必修課程。這門課是以公路橋涵設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，緊密聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，與同類土木工程專業(yè)的“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”相比，具有同樣梁、板式構(gòu)件的理論體系，又有公路橋梁中相關(guān)的專門知識(shí)。對(duì)于研究構(gòu)件的基本力學(xué)行為，更加側(cè)重于分析其壓、彎、剪等力學(xué)行為，具有鮮明的行業(yè)特色與工程特點(diǎn)[1]。

對(duì)于“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程，傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)模式在很大程度上可以快速達(dá)到教學(xué)大綱中要求的培養(yǎng)目標(biāo)。通過(guò)此類模式開(kāi)展教學(xué)，大多數(shù)學(xué)生在學(xué)完這門課程以后，都可以模仿書中的例題進(jìn)行簡(jiǎn)單的矩形、T形簡(jiǎn)支梁的配筋計(jì)算或校核任務(wù)，但通過(guò)進(jìn)一步對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，卻發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)完該課程的學(xué)生并不能完全掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算方法，往往表現(xiàn)為知其然而不知其所以然。

很多教師在多年的教學(xué)實(shí)踐中也在努力探索，將其他學(xué)科非常流行的導(dǎo)入式[2-3]、討論式[4-5]、案例式教學(xué)法[6-7]引入本門課的教學(xué)中，在一定程度上確實(shí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。但靜下心來(lái)想想，課堂關(guān)注度的提高就能等同于教學(xué)效果的提高嗎？對(duì)于這種實(shí)踐性、應(yīng)用性、理解性極強(qiáng)的課程，僅僅采用這些方法就能完全改變目前的教學(xué)現(xiàn)狀嗎？這應(yīng)該是一個(gè)值得深思的問(wèn)題。

所以就如何提高應(yīng)用型院校的“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的教學(xué)效果，通過(guò)教學(xué)模式的進(jìn)一步探索分析，構(gòu)建一種適合本門課程的課堂教學(xué)模式并付諸實(shí)踐顯得尤為重要。

1 “結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程概述

基于某高校道路橋梁與渡河工程專業(yè)14版人才培養(yǎng)方案要求，“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程大綱中包含40課時(shí)的理論教學(xué)和8課時(shí)的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)，在大學(xué)本科階段的第五學(xué)期開(kāi)設(shè)此課程，以下分析均是基于此進(jìn)行探討的。

該課程的本質(zhì)主要是討論各種基本構(gòu)件的受力性能、計(jì)算方法和構(gòu)造設(shè)計(jì)原理，是學(xué)習(xí)完整工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。該課程的核心內(nèi)容、特點(diǎn)與其他課程的關(guān)系如表1所示。

表1 “結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”的課程體系

通過(guò)分析表1所示“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”的課程體系，不難看出本門課程的重要性與核心地位。

1)首先，各高校的本門課程基本都開(kāi)設(shè)在大學(xué)的第五個(gè)學(xué)期，因?yàn)檫@一課程要求學(xué)生具備一定程度的數(shù)學(xué)、力學(xué)和材料的知識(shí)儲(chǔ)備，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前，必須完成三大力學(xué)(理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué))、土木工程材料等先修課程的學(xué)習(xí)，然后才能進(jìn)行本課程的學(xué)習(xí)。在道渡專業(yè)課程體系中該課程處于承上啟下的中間位置。完成本課程的學(xué)習(xí)以后，同學(xué)們對(duì)梁、板等常見(jiàn)的普通、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有了更清晰地認(rèn)識(shí)和理解?？蛇M(jìn)行后階段橋梁工程、下部基礎(chǔ)工程、橋梁施工等課程的學(xué)習(xí)。

2)從學(xué)習(xí)內(nèi)容上看，該課程由基礎(chǔ)知識(shí)、構(gòu)件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這三大塊內(nèi)容組成。首先通過(guò)學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一些基本概念和鋼筋、混凝土等材料的物理力學(xué)性能，公路橋涵規(guī)范規(guī)定的計(jì)算原則與方法等內(nèi)容，熟悉工程結(jié)構(gòu)特別是橋梁工程中涉及到的各類材料性能、優(yōu)缺點(diǎn)，掌握各類狀態(tài)、作用組合的計(jì)算方法。然后通過(guò)對(duì)構(gòu)件的各類壓、拉、彎、剪、扭等力學(xué)行為進(jìn)行分析，特別是橋梁工程中常見(jiàn)彎壓構(gòu)件的正截面、斜截面承載能力計(jì)算，構(gòu)件的應(yīng)力計(jì)算和變形與裂縫等正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算，全面掌握構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。最后通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝、設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，完全掌握簡(jiǎn)支T梁(板)、預(yù)應(yīng)力梁(板)等常用的橋梁上部結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)計(jì)算與施工操作。

3)從課程目標(biāo)看，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生掌握正向的設(shè)計(jì)和反向的驗(yàn)算能力。通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)σ阎奢d要求的構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和配筋計(jì)算，同時(shí)也能夠核算已知構(gòu)件是否滿足承載能力要求這兩方面的能力。

4)從課程特點(diǎn)來(lái)看，該課程具有豐富的多樣性特點(diǎn)，是一門理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐兩者兼?zhèn)涞恼n程。通常結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中只要滿足一定范圍的標(biāo)準(zhǔn)即可，因此其配筋形式與數(shù)量并不唯一，往往存在多種結(jié)果組合，計(jì)算結(jié)果的優(yōu)異程度取決于計(jì)算者或設(shè)計(jì)者對(duì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的理解和熟練程度，結(jié)合各類力學(xué)假定(平截面假定、勻質(zhì)體假定)，設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程中常考慮簡(jiǎn)化，側(cè)重于關(guān)注結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的受力與變形特點(diǎn)。

綜上可知，“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程具有極強(qiáng)的專業(yè)性、內(nèi)容繁瑣復(fù)雜且目標(biāo)要求高、形式多樣等特點(diǎn)，在目前應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)方案中規(guī)定的40課時(shí)理論課程教學(xué)前提下，采用常規(guī)講授的教學(xué)方式進(jìn)行授課，很難達(dá)到大綱預(yù)定的復(fù)合應(yīng)用性人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求。因此本文基于目前該課程凸顯的問(wèn)題與不足，提出一種差異化培養(yǎng)教學(xué)模式的分析。

2 差異化培養(yǎng)的課堂教學(xué)

2.1 課程體系剖析

1)按照大綱要求，結(jié)合選用教材，梳理課程的所有必修知識(shí)點(diǎn)，并將全部知識(shí)點(diǎn)按照了解、熟悉、掌握、探索等類別的學(xué)習(xí)程度進(jìn)行差異化整理、歸類與合并。

如：了解程度(☆)→知識(shí)點(diǎn)D1、知識(shí)點(diǎn)D2、知識(shí)點(diǎn)D3……知識(shí)點(diǎn)Dm；

熟悉程度(☆☆)→知識(shí)點(diǎn)C1、知識(shí)點(diǎn)C2、知識(shí)點(diǎn)C3……知識(shí)點(diǎn)Cn；

掌握程度(☆☆☆)→知識(shí)點(diǎn)B1、知識(shí)點(diǎn)B2、知識(shí)點(diǎn)B3……知識(shí)點(diǎn)Bk；

探索程度(☆☆☆☆)→知識(shí)點(diǎn)A1、知識(shí)點(diǎn)A2、知識(shí)點(diǎn)A3……知識(shí)點(diǎn)Al。

2)參照1)所示，按人才培養(yǎng)目標(biāo)規(guī)定的掌握程度進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)劃分這一方式雖然大體上可以將知識(shí)點(diǎn)按重要性程度分層歸類，但還應(yīng)考慮各知識(shí)點(diǎn)之間難易程度的差異化。

如：非難點(diǎn)(★)→知識(shí)點(diǎn)A1、知識(shí)點(diǎn)A2、知識(shí)點(diǎn)B1、知識(shí)點(diǎn)B2……知識(shí)點(diǎn)D1、知識(shí)點(diǎn)D2；

難點(diǎn)(★★)→知識(shí)點(diǎn)A3……知識(shí)點(diǎn)Al、知識(shí)點(diǎn)B3……知識(shí)點(diǎn)Bk、知識(shí)點(diǎn)C3……知識(shí)點(diǎn)Cn、知識(shí)點(diǎn)D3……知識(shí)點(diǎn)Dm。

結(jié)合1)、2)將課程的整體知識(shí)體系按培養(yǎng)目標(biāo)需要掌握的程度進(jìn)行金字塔層次理論的劃分如圖1所示。

2.2 學(xué)生體系剖析

1)以學(xué)生的先修課程成績(jī)基礎(chǔ)、未來(lái)就業(yè)或考研意向、學(xué)習(xí)興趣與特點(diǎn)等方面，結(jié)合學(xué)生的側(cè)重點(diǎn)、期望與學(xué)生的選擇意向，將學(xué)生劃分為A(基本學(xué)習(xí)型)、B(就業(yè)實(shí)踐型)、C(深造考研型)、D(科研創(chuàng)新型)這四種典型學(xué)生類別(見(jiàn)圖2)。

2)綜合考慮大綱中的通識(shí)了解、具體熟悉、分析掌握、深層探索四類培養(yǎng)目標(biāo)和不同的學(xué)生類別，構(gòu)建課程的學(xué)生類別與培養(yǎng)目標(biāo)體系比例關(guān)系如表3所示。

圖1 知識(shí)點(diǎn)的金字塔分層劃分與培養(yǎng)目標(biāo)體系對(duì)應(yīng)關(guān)系

表2 學(xué)生類別的具體情況

表3 不同類別學(xué)生與培養(yǎng)目標(biāo)的占比關(guān)系

3 “結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的應(yīng)用

3.1 課程知識(shí)點(diǎn)體系構(gòu)建

以《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課本[8]的第十二章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的概念及其材料為例分析這一方法的可行性。

將這一章節(jié)知識(shí)要點(diǎn)梳理劃分為十個(gè)小知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)難易程度并按照通識(shí)了解、具體熟悉、分析掌握、深層探索的四類培養(yǎng)將其分解為金字塔的知識(shí)點(diǎn)體系。

3.2 學(xué)生情況分析

基于問(wèn)卷調(diào)查式的學(xué)情分析雖然在一定程度上可以體現(xiàn)學(xué)生的目標(biāo)水平，但這種分析方法的效果取決于學(xué)生的目標(biāo)達(dá)成度，在實(shí)際應(yīng)用中較難達(dá)到預(yù)期效果，為解決這一問(wèn)題，本文提取16和17級(jí)道渡專業(yè)“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”的學(xué)習(xí)通軟件后臺(tái)數(shù)據(jù)，提取課堂課堂到堂率及訪問(wèn)頁(yè)面情況統(tǒng)計(jì)到堂率、作業(yè)提交情況如圖3和圖4所示。

圖2 知識(shí)點(diǎn)的金字塔分層劃分與培養(yǎng)目標(biāo)體系對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖3 課堂到堂率及訪問(wèn)頁(yè)面情況統(tǒng)計(jì)

圖3展示了學(xué)生的到堂率及學(xué)習(xí)通軟件的訪問(wèn)情況，可以看出大部分同學(xué)的到堂率在80%以上，到堂率100%和到堂率低于60%的同學(xué)比較少，符合中間大兩頭小的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。而分析頁(yè)面訪問(wèn)情況也可以看出，學(xué)生訪問(wèn)學(xué)習(xí)通軟件的情況具有一定的規(guī)律性，一般以周次為間隔進(jìn)行波段訪問(wèn)。

圖4 作業(yè)發(fā)布、提交與成績(jī)情況統(tǒng)計(jì)

從圖4給出的作業(yè)發(fā)布、提交與成績(jī)情況可以看出，基本上所有同學(xué)都會(huì)提交課后作業(yè)，說(shuō)明作業(yè)作為平時(shí)成績(jī)的重要考核部分的這一考核方式執(zhí)行程度較好。分析作業(yè)得分情況，該門課程的整體作業(yè)平均得分為84.41分，得分率較高，說(shuō)明學(xué)生的課堂掌握情況較好，但另一方面也說(shuō)明查書式的作業(yè)難度較低，并且學(xué)生之間也容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。

3.3 結(jié)果驗(yàn)證與探討分析

將以上教學(xué)法應(yīng)用于16和17級(jí)道橋?qū)I(yè)的“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”的教學(xué)中，結(jié)合期末考試與平時(shí)考核，可得最終的綜合成績(jī)?nèi)鐖D5所示。

圖5 16和17級(jí)綜合成績(jī)情況

由圖5可以看出，采用這一教學(xué)法可較好地將學(xué)生進(jìn)行分類化授課，學(xué)生的最終成績(jī)符合正態(tài)分布情況。總體來(lái)說(shuō)71.4分(16級(jí))、69.8分(17級(jí))的平均得分較為符合“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”這門課程的難度與目標(biāo)要求。

最后根據(jù)成績(jī)得分轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的四類學(xué)生類別如圖6所示。

圖6 學(xué)生類別與人數(shù)占比對(duì)應(yīng)情況

通過(guò)圖6可以看出，最終得到的學(xué)生類別與人數(shù)占比與表2中預(yù)設(shè)的比例基本一致，說(shuō)明本文提出的教學(xué)模式能夠較好地將學(xué)生進(jìn)行歸類化區(qū)分，為下一步根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)有側(cè)重地開(kāi)展針對(duì)性教學(xué)提供依據(jù)，這一教學(xué)思想可充分挖掘?qū)W生特點(diǎn)，將因材施教做到最大化。

4 結(jié)論

本文以某高校道橋?qū)I(yè)16和17級(jí)學(xué)生為對(duì)象，依托“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程進(jìn)行學(xué)生差異化分類培養(yǎng)教學(xué)分析，得到如下結(jié)論：

1)通過(guò)對(duì)課程的深入剖析，將該課程的知識(shí)點(diǎn)按照了解、熟悉、掌握、探索等類別的學(xué)習(xí)程度進(jìn)行差異化整理、歸類與合并，并考慮各知識(shí)點(diǎn)之間難易程度的差異，將所有知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行金字塔式的分層體系劃分。

2)以學(xué)生的先修課程成績(jī)基礎(chǔ)、未來(lái)就業(yè)或考研意向、學(xué)習(xí)興趣與特點(diǎn)等方面，結(jié)合學(xué)生的側(cè)重點(diǎn)、期望與學(xué)生的選擇意向，將學(xué)生劃分為A(基本學(xué)習(xí)型)、B(就業(yè)實(shí)踐型)、C(深造考研型)、D(科研創(chuàng)新型的四種類型，并將學(xué)生類別與培養(yǎng)目標(biāo)的知識(shí)點(diǎn)體系一一對(duì)應(yīng)。

3)將該方法應(yīng)用于目標(biāo)分析對(duì)象，其結(jié)果表明學(xué)生的最終得分情況達(dá)到預(yù)期效果，符合學(xué)生類別、人數(shù)占比等各類指標(biāo)的正態(tài)分布，具有良好效果，可進(jìn)一步探討研究并應(yīng)用推廣。