張寧 徐超 景凱宇

摘 要：本文根據(jù)土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，結(jié)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向，以赤峰學(xué)院土木工程專業(yè)為例，分析當前混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程特點，總結(jié)授課過程中存在的問題，在教師的課后工作、整合教學(xué)內(nèi)容、運用多種教學(xué)方法、加強實踐教學(xué)以及完善考核機制等方面，探討課程教學(xué)改革，培養(yǎng)理論知識與實踐能力兼具的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。

關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理；應(yīng)用型；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）09-0115-04

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（以下簡稱“本課程”）是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，其教學(xué)內(nèi)容是后續(xù)結(jié)構(gòu)類課程、畢業(yè)設(shè)計甚至研究生高等混凝土結(jié)構(gòu)課程的理論基礎(chǔ)，也是目前學(xué)生參加工作后應(yīng)用知識最多的課程之一，更是注冊結(jié)構(gòu)工程師考試的必考科目?？梢哉f本課程貫穿了土木工程專業(yè)從教學(xué)到工作的全過程，而且本課程的學(xué)習思維和解決問題的方法對學(xué)生今后從事相關(guān)研究工作也具有重要的奠基作用。因此，本課程的教學(xué)質(zhì)量對學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)和未來的職業(yè)發(fā)展都將產(chǎn)生很大影響。

本課程作為土木工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，全國高等院校都對本課程的教學(xué)改革進行了大量的探索與實踐，目前的改革重點主要集中在通過多媒體教學(xué)與板書有機地結(jié)合，節(jié)省了課堂時間[1]；在課程中增加案例教學(xué)法，通過工程實例的引用強化理論與實踐的結(jié)合[2，3]；通過視頻和動畫等方式對抽象的教學(xué)內(nèi)容進行展示，彌補課內(nèi)實驗的不足[4，5]；利用相關(guān)教學(xué)網(wǎng)站，為學(xué)生提供更豐富的教學(xué)資源[6-8]；豐富題目類型，改革考核方法[9，10]等方面?？傮w來說，這些改革措施對提高本課程的教學(xué)效果有一定幫助，但對于應(yīng)用型本科院校來說，仍不能很好地解決本課程教學(xué)中存在的問題。

1 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程特點

1.1 內(nèi)容繁雜，兼具理論性與實踐性

本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括材料的基本性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理、基本構(gòu)件和預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的設(shè)計計算以及正常使用極限狀態(tài)的計算等。這里面既包含了復(fù)雜的理論推導(dǎo)，又包含大量的實驗研究，計算公式多為半理論半經(jīng)驗公式，還有繁雜的參數(shù)和構(gòu)造要求，很多內(nèi)容由大量的工程實踐經(jīng)驗總結(jié)而來，深入理解結(jié)合實際工程項目，這對于初步接觸結(jié)構(gòu)類專業(yè)課程的學(xué)生來說很有難度。

1.2 承前啟后，與其他課程聯(lián)系密切

本課程是土木工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習的第一門結(jié)構(gòu)類專業(yè)核心課程，在課程體系中起到了承前啟后的過渡作用，與前置課程材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)聯(lián)系密切，受力分析這部分內(nèi)容延續(xù)了力學(xué)體系，同時又是后續(xù)課程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ)，更是畢業(yè)設(shè)計中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方向的計算基礎(chǔ)。

1.3 材料復(fù)雜，求解思維發(fā)生變化

本課程涉及的建筑材料主要包括鋼筋和混凝土，兩種材料均不能完全參照材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中的將材料視為彈性材料的假定，而且影響兩種材料力學(xué)性能的因素很多，變形性能也與單一的彈性材料相差甚遠，因此相關(guān)受力構(gòu)件的計算公式并不是完全基于理論推導(dǎo)而來，而是在基本假定下的基礎(chǔ)上通過大量實驗，引入諸多經(jīng)驗參數(shù)，進而得到的半理論半經(jīng)驗公式，這些參數(shù)很多是在95%的保證率下，根據(jù)實際情況簡化而來，這與學(xué)生此前形成的通過嚴謹?shù)目茖W(xué)推理進行求解分析的思維方式存在很大差異，這將導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習過程中難以理解和接受。

2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)存在的問題

2.1 力學(xué)基礎(chǔ)薄弱，缺乏學(xué)習主動性

應(yīng)用型院校土木工程專業(yè)學(xué)生普遍存在力學(xué)基礎(chǔ)薄弱的問題，尤其是對材料力學(xué)知識的掌握不牢固，這直接影響學(xué)生對本課程中鋼筋與混凝土的材料特性以及不同受力構(gòu)件的受力性能和變形性能的學(xué)習，這不僅會使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，更會讓學(xué)生逐漸失去學(xué)習主動性。因此，打好力學(xué)基礎(chǔ)是學(xué)好本課程的前提條件。

2.2 著重理論講解，缺乏實踐教學(xué)

本課程是一門理論性與實踐性兼具的課程，但目前大多數(shù)高校受到實驗室資源等方面因素的限制，導(dǎo)致課程實踐教學(xué)的開展十分有限，開設(shè)的實驗基本上就是簡支梁的受彎實驗，對于鋼筋混凝土梁的受剪、柱的軸心受壓和偏心受壓等課內(nèi)實驗沒有開展，無疑會影響學(xué)生這方面的實踐能力以及對理論與實踐結(jié)合的深入理解。大多數(shù)高校會將本課程局限于教室和實驗室，忽略了對施工現(xiàn)場的構(gòu)件及整體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場教學(xué)，這將會使學(xué)生對于構(gòu)造要求這部分內(nèi)容的理解達不到要求，無法真正達到實踐教學(xué)的目的，會進一步影響學(xué)生的學(xué)習熱情和積極性。而且隨著學(xué)習的進一步深入，生硬的名詞遇到得越多，學(xué)生越發(fā)感覺陌生，學(xué)習效果就越差。不僅如此，部分高校還會將原本屬于實踐教學(xué)的課時用于進一步深入理論部分的講解，這對于應(yīng)用型院校土木工程專業(yè)的學(xué)生來說，難以將全部的理論知識吸收，教學(xué)效果難以達到預(yù)期。

2.3 形成固化思維，求解思維需轉(zhuǎn)化

在本課程的學(xué)習過程中，學(xué)生仍習慣于沿用此前力學(xué)的求解思維，通過對相關(guān)概念和計算公式的記憶來求解問題，但對概念和公式中參數(shù)的理解較為欠缺，這不僅大大增加了解題的難度，降低了準確率，更會讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。因此，如何盡早引導(dǎo)這部分求解思維的轉(zhuǎn)變十分關(guān)鍵。

2.4 注重考核理論，考核形式單一

本課程是一門兼具理論性與實踐性的課程，目前很多高校仍采用傳統(tǒng)的閉卷考試形式，這樣的考核形式注重理論部分的考核，但忽略了實踐部分，而且部分學(xué)生憑借記公式、背概念的方式通過期末考試，雖然通過了考核，但對于知識的理解遠沒有達到要求，這也會影響后續(xù)課程的學(xué)習。因此，單一的閉卷考試形式具有一定的局限性，并不能完全反映學(xué)生對知識的掌握情況。

3 結(jié)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特點進行教學(xué)改革

3.1 教師的課后工作

（1）關(guān)注行業(yè)發(fā)展動態(tài)。專業(yè)教師要關(guān)注行業(yè)的發(fā)展，及時學(xué)習新規(guī)范、新標準、新技術(shù)，選用與新規(guī)范配套的教材，保持教材內(nèi)容與現(xiàn)行規(guī)范吻合。以《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》為例，該標準于2018年重新修訂，其內(nèi)容與本課程聯(lián)系密切，如果任課教師沒有及時選擇更新后的教材，將導(dǎo)致授課內(nèi)容與新標準內(nèi)容不符，造成學(xué)生的學(xué)習障礙，并對后續(xù)課程的學(xué)習產(chǎn)生不利影響。

（2）強化力學(xué)基礎(chǔ)。通過與力學(xué)任課教師溝通，在力學(xué)課程的學(xué)習中，通過加大課后練習、增設(shè)階段性考核等方式，加強學(xué)生對受彎、受壓以及偏心受壓等荷載作用下構(gòu)件受力分析部分內(nèi)容的理解，打好力學(xué)基礎(chǔ)，將更好地幫助學(xué)生適應(yīng)本課程以及后續(xù)結(jié)構(gòu)類課程的學(xué)習。

（3）掌握學(xué)科競賽動態(tài)。教師應(yīng)關(guān)注相關(guān)學(xué)生競賽信息，積極組織學(xué)生參建筑信息模型BIM設(shè)計比賽和結(jié)構(gòu)設(shè)計比賽等，通過參加比賽的方式，對學(xué)生在相關(guān)軟件的應(yīng)用、受力方式以及計算原理等方面的知識有更加深入的理解，并將課本上的理論知識與實際問題聯(lián)系在一起，做到學(xué)以致用。

3.2 整合教學(xué)內(nèi)容

此前的教學(xué)更加注重理論部分的講解，重點放在了計算公式的推導(dǎo)及其計算參數(shù)的確認方法等方面的講解，希望通過這樣的方式強化學(xué)生對規(guī)范的理解。根據(jù)土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，結(jié)合應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標定位，以“減少理論推導(dǎo)，注重實踐應(yīng)用”為導(dǎo)向，調(diào)整課程教學(xué)大綱，并對本課程教學(xué)內(nèi)容進行重新整合，縮短理論課時，增多實踐課時，弱化理論推導(dǎo)部分，強化結(jié)構(gòu)構(gòu)造部分，這對于學(xué)生完成從力學(xué)問題的求解思維到結(jié)構(gòu)類問題的求解思維的轉(zhuǎn)變很有幫助。

3.3 運用多種教學(xué)方法

（1）線上、線下教學(xué)的結(jié)合。充分利用線上教學(xué)平臺，例如在超星泛雅教學(xué)平臺進行資料上傳，包括文檔資料、案例、設(shè)置討論、布置作業(yè)等，對課堂教學(xué)起到很好的補充作用。考慮到每位學(xué)生對知識接受效率的不同，在平臺上傳資料時應(yīng)分類上傳，以滿足不同學(xué)生的需求。同時設(shè)置名校的課程鏈接，方便學(xué)生提前預(yù)習。通過錄制并上傳重點和難點內(nèi)容的講解視頻，方便學(xué)生課后根據(jù)學(xué)習情況進行針對性地復(fù)習。還可以在線上教學(xué)平臺增設(shè)注冊工程師考試專題模塊，引入一級和二級注冊結(jié)構(gòu)工程師考試混凝土部分的原題，讓學(xué)生對工作后本課程知識的考試形式和考試內(nèi)容有更深入的了解。通過教學(xué)平臺的記錄數(shù)據(jù)可以讓教師更好地掌握學(xué)生的學(xué)習情況，便于更有針對性地安排線下課堂的授課內(nèi)容。

（2）將設(shè)計軟件引入教學(xué)。在本課程的教學(xué)中，開設(shè)ABAQUS和PKPM專題，在超星泛雅平臺上傳相關(guān)教程，學(xué)生學(xué)習完相應(yīng)的知識及實踐內(nèi)容后，課下自學(xué)軟件，并通過查閱相關(guān)的規(guī)范和文獻進行建模計算，并引入有限元相關(guān)的概念，對課上的知識做進一步的豐富和拓展。通過引入ABAQUS有限元軟件，幫助學(xué)生更好地分析單個構(gòu)件的承載能力、變形趨勢以及危險點的位置，并通過改變參數(shù)，分析總結(jié)不同影響因素對構(gòu)件受力性能和變形性能的影響，以此彌補實驗構(gòu)件數(shù)量有限的短板，并對混凝土與鋼筋兩種材料的本構(gòu)模型有了更進一步的認識。通過引入PKPM軟件可以對結(jié)構(gòu)整體進行計算，也是課程體系中首次將結(jié)構(gòu)整體計算正式引入結(jié)構(gòu)類課程，使學(xué)生完成從單個構(gòu)件過渡到結(jié)構(gòu)整體的思維轉(zhuǎn)變，加強學(xué)生對構(gòu)造要求的理解，對問題的求解思維也在這一過程中完成轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生計算機建模和必要的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計技能。

3.4 加強實踐教學(xué)

（1）豐富課內(nèi)實驗。在原有鋼筋混凝土簡支梁受彎試驗的基礎(chǔ)上，補充梁的受剪實驗、柱的軸心受壓和偏心受壓實驗，使學(xué)生對鋼筋混凝土構(gòu)件在承受這兩種荷載作用下的受力性能和變形能力有更生動直觀的理解，通過鋼筋與混凝土應(yīng)力與應(yīng)變數(shù)據(jù)的整理，更好地理解兩種材料本構(gòu)關(guān)系的不同。同時增設(shè)無損檢測試驗設(shè)備，通過檢測實驗加強學(xué)生對鋼筋混凝土構(gòu)件的檢測及裂縫控制等內(nèi)容的理解。

（2）充分利用校外資源。與合作單位建立校企合作基地，產(chǎn)學(xué)研一體化。通過帶領(lǐng)學(xué)生去企業(yè)現(xiàn)場實習的方式讓學(xué)生充分接觸實際工程，將課上所學(xué)與實際所用結(jié)合起來。專業(yè)教師也可定期到企業(yè)頂崗實習，深入工程一線，進一步豐富實踐經(jīng)驗，這對于提升專業(yè)教師的教學(xué)水平十分關(guān)鍵。不僅如此，還可以通過邀請不同專業(yè)方向的企業(yè)專家做專題講座，為學(xué)生答疑解惑。以我校土木工程專業(yè)為例，通過與赤峰宏基建筑（集團）有限公司成立校企合作班級，并利用企業(yè)資源帶領(lǐng)學(xué)生完成專業(yè)實習；通過北方時代設(shè)計研究院專家的專題講座，為學(xué)生講解本課程知識如何運用到實際工程的設(shè)計中，對實際設(shè)計工作中遇到常見問題進行解答；通過赤峰市建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限責任公司的檢測項目，讓學(xué)生實地學(xué)習鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)的養(yǎng)護和檢測設(shè)備及試驗操作。通過以上舉措，在很大程度上彌補了課內(nèi)實踐不足的短板，并且在此程中專業(yè)教師與學(xué)生全程參與。

（3）引入項目教學(xué)法。教師在課上授課時將工程實例帶入課堂，將教材內(nèi)容和規(guī)范條文結(jié)合起來，加深學(xué)生理論聯(lián)系實踐的能力。以教材第四章“受彎構(gòu)件正截面的性能與設(shè)計”為例，課堂教學(xué)結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》“6.2.10—6.2.12”條文進行講解，同時引用工程實例中的鋼筋混凝土梁進行受力分析和配筋計算，通過計算結(jié)果與實際配筋結(jié)果的對比，加深學(xué)生對荷載傳遞與配筋計算的理解。結(jié)合工程實景圖片和視頻，學(xué)生對不同類型鋼筋的綁扎位置與構(gòu)造要求有更直觀生動的理解，通過帶領(lǐng)學(xué)生查閱《16G101-1》平法圖集與《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)范“8.2.1—8.4.1”條文，在理解計算原理的同時，能夠結(jié)合結(jié)構(gòu)施工圖進行梁的構(gòu)造要求進行學(xué)習。

3.5 完善考核機制

傳統(tǒng)的課程考核方式以閉卷考試為主，考核內(nèi)容偏重理論部分忽略了實踐部分，這樣并不符合應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)目標。對此，需要對本課程的考核機制進行完善。第一，改變成績構(gòu)成，在保留平時成績與期末考試的基礎(chǔ)上，將實踐成績納入最終成績，其中平時成績?yōu)榭记?、課上表現(xiàn)和作業(yè)完成等方面的綜合體現(xiàn)，實踐成績包含實驗操作、報告撰寫、軟件模擬結(jié)果、參觀實習總結(jié)等方面。第二，加大平時成績與實踐成績的比重，減少期末考試成績的比重。第三，期末考試增加綜合應(yīng)用類題目，減少記憶性的概念題目，并采用半開卷的考試模式，讓學(xué)生將重點放在理論與實踐相結(jié)合部分的內(nèi)容。

4 本課程教學(xué)改革試行成果

赤峰學(xué)院資源環(huán)境與建筑工程學(xué)院按上述教學(xué)改革思路，2019級土木工程專業(yè)2個班級共60人于2020—2021學(xué)年秋學(xué)期，按照本改革方案思路進行了本課程教學(xué)及考核模式的改革，經(jīng)過任課教師與同學(xué)們的共同努力，取得了一定的成效。

第一，除期末考試外，其他過程性考核以分組的形式展開，每組題目均有所區(qū)別，以ABAQUS軟件對梁的模擬考核為例，一個班級分為五個小組，分別對少筋梁、不同配筋率的適筋梁以及超筋梁進行模擬。從學(xué)生提交的成果及課上展示來看，沒有雷同的情況發(fā)生。說明本課程的教學(xué)及考核模式的改革起到了一定的積極效果，在很大程度上杜絕了直接抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。第二，學(xué)生學(xué)習本課程的最終成績與其每一項過程性考核的成績基本吻合，說明學(xué)生想要獲得優(yōu)異的成績，需要在全程認真參與，以往存在的平時不認真，期末通過抄襲他人試卷最終蒙混過關(guān)的現(xiàn)象沒有再發(fā)生。第三，本課程最終成績在90分以上分數(shù)段的學(xué)生共計2人，占學(xué)生總數(shù)的比例為3.3%；80～90分的學(xué)生共計22人，占學(xué)生總數(shù)的比例為36.7%；70～79分的學(xué)生共計28人，占學(xué)生總數(shù)的比例為46.7%；60～69分的學(xué)生共計7人，占學(xué)生總數(shù)的比例為11.7%；60分以下學(xué)生共計1人，占學(xué)生總數(shù)的比例為1.7%?？傮w來看，學(xué)生成績在70分以上的比例達到了86.7%，該比例相比于前幾屆學(xué)生均有提高。通過本次教學(xué)改革，學(xué)生的課上參與度和課下的任務(wù)完成情況均有所提高，改變了以往學(xué)生課后主動學(xué)習能力差、缺乏主觀能動性的現(xiàn)象。第四，根據(jù)課后學(xué)生反饋意見的匯總與整理，學(xué)生普遍對于本次教學(xué)改革的模式及成效表示認可。大部分學(xué)生認為通過線上與線下結(jié)合的教學(xué)方法，結(jié)合課后階段性任務(wù)的布置，讓課上內(nèi)容“瘦身”，課后內(nèi)容“豐富”，并完成從最開始的任課教師提出問題、分析問題、解答問題的模式，逐漸變?yōu)橛扇握n教師提出問題、學(xué)生分析問題與解答問題，進而提出新的問題的模式，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂。在學(xué)生自己動手實踐的過程中，對于本課程的理論知識以及如何在實際工程中體現(xiàn)有了更深入的理解，并且充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，進一步強化學(xué)生的自主學(xué)習能力。第五，結(jié)合學(xué)生的反饋意見和自身的教學(xué)反思，發(fā)現(xiàn)雖然本課程的教學(xué)改革取得了一定的效果，但仍然存在需要改進的地方，例如在小組任務(wù)中，無法對每個人的工作量及成績做出更為細致準確的評定，對每一名同學(xué)的學(xué)習情況仍無法做到準確地掌握，仍有成績不及格的情況出現(xiàn)。針對以上存在的問題，需要對本課程的教學(xué)改革進行更加深入的論證，提出更有針對性的改革措施，未來在本課程教學(xué)過程中改進，進一步豐富教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)效果。

5 結(jié)語

結(jié)合我校土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標與應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向，以綜合提升學(xué)生的理論水平與實踐能力為目標，赤峰學(xué)院土木工程專業(yè)對本課程開展了教學(xué)改革研究。通過以上對教師的課后工作、整合教學(xué)內(nèi)容、運用多種教學(xué)方法、加強實踐教學(xué)以及完善考核機制等方面的改革實踐，解決此前“重理論、輕實踐，重結(jié)果、輕過程”的問題，培養(yǎng)出理論知識與實踐能力兼具的應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才。

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