《混凝土結構設計原理》課程教學的改革與實踐

初明祥，王清標，蘇曉方

(山東科技大學 資源與土木工程系，山東 泰安 271019)

《混凝土結構設計原理》課程教學的改革與實踐

初明祥，王清標，蘇曉方

(山東科技大學 資源與土木工程系，山東 泰安 271019)

《混凝土結構設計原理》課程對培養土木工程應用型高技術人才，特別是培養學生的工程能力及創新能力具有重要的作用。根據這一培養要求，本文對該課程的教學內容、教學方法、考核方式進行研究探討，改革完善了課程的知識體系，探索了課程的教學方法和教學手段，實現了對學生綜合運用知識與理論的能力及實際能力的培養目標。

混凝土結構設計原理;教學改革;實踐;工程能力;創新能力

進入21世紀，我國高等教育類型結構呈現出多元化和多樣性。發展應用型本科教育已成為我國走新型工業化發展道路，培養多樣化人才的共同選擇和普遍趨勢。面對迅速發展的土木工程行業及其對應用型人才需求量急劇增加的現狀，如何培養素質高、能力強、能滿足土木工程業企業要求的高等技術應用型人才，已成為土木工程專業課程教學改革面臨的主要任務。

《混凝土結構設計原理》課程是應用型土木工程專業必修的專業基礎課，也是一門實踐性很強與現行規范、規程等有關的專業基礎課。為適應培養土木工程應用型高技術人才的要求，提高學生的工程能力及創新能力，我們對該課程從教學內容、教學方法等方面重新進行了設計，在教學中既注重基本概念和基本理論的講授，又努力提高學生綜合運用知識與理論的能力，注重實際能力的培養，取得較好的實踐效果。

一 課程在土木工程專業的定位與課程目標

本課程主要講授:混凝土結構所用材料的性能、混凝土結構設計原則、混凝土結構中常見的種類受力構件的破壞特征、設計模型建立及設計方法等。課程所講述的內容是后續各方向的《混凝土結構設計》、《基礎工程設計》等專業課程的理論基礎和工程基礎，也是土木類學生進行畢業設計及參與工程實踐活動必不可少的知識。因此，本課程在土木工程專業高級工程技術人員的培養過程中處于核心地位。

課程以提高教學質量和教學效果為核心，以培養學生的綜合能力，提高學生整體素質為目的。其總體目標是:通過本課程的學習，讓學生掌握混凝土結構材料的特性、混凝土結構的設計方法和原則，能運用結構的設計原理及結構的特點設計一般的鋼筋混凝土構件，并滿足工程實際所需的構造要求。了解混凝土結構的最新成果及發展方向，為后續專業方向的專業課程的學習及今后的工作打下扎實的基礎，最終實現具有工程能力及創新能力的土木工程高級工程技術人才的培養目的。

二 課程知識結構、教學內容設計及特點

(一)知識結構

根據本課程的知識體系的特點，將其知識結構分為兩大部分:

1.理論基礎部分:主要的混凝土結構所用材料的力學性能及混凝土結構設計的基本原則，這是貫穿整個課程的基礎知識，是學習該課程的基層知識結構。

2.工程基礎部分:主要包括各類鋼筋混凝土及預應力混凝土構件的承載力設計知識和正常使用狀態下的驗算方法，包括各類構件的破壞形態、受力特征，承載力極限狀態下力學模型的建立，承載力計算公式的推導，公式的適用范圍及工程應用。這是該課程學習的核心內容，其先修內容涉及到基礎理論，其后續內容延伸到結構設計即工程應用部分。

(二)本課程的教學內容及設計順序

我們本著由淺入深，由已知向未知過渡的認知規律對本課程的教學內容進行設計。全部內容分為9部分，其順序為混凝土所用材料的性能、混凝土結構設計原則、軸心受力構件正截面承載力計算、受彎構件正截面承載力計算、受彎構件斜截面承載力計算、受扭構件承載力計算、偏心受力構件承載力計算、變形及裂縫和耐久性、預應力混凝土構件設計。

(三)課程教學內容設計的特點

1.由淺入深，由經典的數學、力學定律過渡到簡明實用的模型和公式

教學實踐表明，學生最難闖的是從先修數學、力學課程到混凝土結構設計原理的過渡關。往往數學、力學要求嚴格、精確，不差分毫，如果將這些引入到本門課程的話，勢必考慮的問題過細，變化參數過多，計算公式過于復雜而抓不到問題的重點。為此，本課程的知識體系是先將混凝土所用材料的性能設在最前面講解，通過對材性的學習，了解混凝土所用材料性能的復雜性，強調材料的性能影響構件的性能，并最終影響結構的性能。在教學中通過構件破壞特征和受力特點的分析，建立反映問題實質的實用計算模型和公式，實現理論基礎學習方法與工程應用學習方法的順利過渡。

2.先基礎后應用，理論基礎與工程應用交叉融合、互相滲透

混凝土結構設計基本原則，是繼混凝土結構所用材料后又一基礎內容。它非常抽象，只有一些一般性的概念和表達公式。但正是這些，統一了全部混凝土結構構件的設計方法和材料性能的取值，同時也體現國家對混凝土結構設計的可靠性和經濟性的統一。在初學時，名詞、符號、術語繁多，又沒有實際具體的計算，一次很難掌握。但在后續的鋼筋混凝土及預應力混凝土構件設計的工程應用的學習過程中，反復說明建立公式的原則，將理論基礎與工程應用交叉融合，達到將設計原則貫穿全部結構構件設計即工程應用的全過程。

3.理論計算與規范運用結合，突出學科及課程的實用性

《混凝土結構設計原理》是一門實用性的課程，盡管我們建立的計算公式能反映結構受力的本質，但還有很多未考慮的因素。同時由于混凝土結構中材料和結構及施工過程的復雜性，使我們無法也沒有必要將所有的影響因素都通過計算公式表達出來，另外工程實踐經驗也給了我們一些啟示，這些都反映在相關規范的條文上。因此在教學上本課程一定要將結構構件的理論計算與規范的條文結合起來學習。

4.不同規范相融合，突出課程的基礎性和廣泛性

本課程作為土木類專業各方向的專業基礎課程，其設計的教學內容應具有“寬”的涵蓋面。但其工程應用部分又與各專業方向的規范有密切的聯系。為此，在教材及課程教學中，將結構受力特點這些共同的東西放在一起講解，而涉及到各自的差別時，分開進行公式的推導和構造措施的表述。一般先將土木工程中最量大的建筑工程和其他工程的內容進行融合，充分體現大土木的思路。

5.引入學科發展的最新成果，在課程中注入先進性和時代性

規范是國家技術政策和經濟政策的體現，也是國家成熟的科學技術成果的反映。因此與本課程配套的教材及課程教學的內容應隨著新的規范的更新而更新。這樣，學生學習的才是最前沿的東西，這是本課程和課程教學的責任。另一方面，隨著材料科學、計算機科學、新的試驗方法和手段的出現，施工技術水平和管理水平的提高，都對混凝土結構課程注入了新的生機。如納米材料技術，外加劑技術等，都在課程教學中得以體現，讓《混凝土結構設計原理》課程保持先進性和時代性。

三 課程教學方法的改革探索

通過多年的教學探索與和實踐，針對本課程的知識體系和認知規律，對課程教學的方法進行了以下改革:

(一)課程重點、難點的教學方法

1.課程的重點與難點

本課程的重點是材性、設計方法、受彎構件的正截面和斜截面承載力及偏心受壓構件設計。本課程的難點是受彎構件綜合考慮正截面和斜截面承載力時，縱向鋼筋的彎起與截斷;

偏壓構件的破壞特征的判別，小偏壓構件正截面承載力計算;混凝土構件變形、裂縫的機理及計算方法;預應力混凝土構件的預應力損失的概念及損失計算;各階段應力分析等。

2.本課程重點和難點的教學方法

由于本課程具有理論基礎部分抽象，工程應用基礎部分實踐性、實用突出等特點，在課程內容及課堂教學上采用如下方法解決重點和難點問題。

(1)預習引導、重點突破

對于重點、難點內容，在講解前進行預習引導，提出幾個下次講課前要求學生回答的問題，使課前預習有目的性和針對性。在講授中，對重點、難點部分放慢節奏，觀察學生的反應，及時調整反復強調的內容。課后要求學生進行教學內容的分析、對比和總結。為幫助學生學習，我們在每次教學活動結束前，對重點、難點及帶規律性內容問題進行歸納。

(2)開展多媒體教學、充分利用網絡教學資源

根據課程特點，采用了傳統的粉筆加黑板的方法與自制教學課件相結合的方式進行課堂教學，對于綱目性質的內容及上課時繪制比較費時費力的圖形，采用課件形式先制作出來，而對于必須掌握的公式推導部分仍采用傳統的教學手段，兩種結合比只采用其中之一的方法效果要好。如果遇到某些上課時沒有及時做出筆記或理解透的問題，可以在課后登錄校園網通過課程課件及《混凝土結構設計原理》網絡課程進行進一步學習。

(3)啟發式提問，引出重點及難點內容

強調教學過程中的師生互動，教師對學生進行啟發式提高，引導教學主線;要求學生遇到問題課堂上及時提問，通過教師的回答將難點及時化解。

(4)例題、作業練習、輔導答疑

對課程學習的知識，要通過練習才能牢固掌握，本課程對于有示范作用的問題通過例題講解傳授一般解決方法，對于其他參數的變化則通過學生的作業練習來完成。并設置了課后定期答疑制度，解答學生們在學習過程中遇到的問題。

(二)課程常規教學方法與手段研究探索

1.傳統教學手段與現代信息技術手段相結合

隨著對土木工程應用型培養目標和教學模式的改革，課程教學既要注重基本概念和基本理論的講授，又要努力提高學生綜合運用知識與理論的能力，注重實際能力、創新能力和工程能力的培養，完全依賴傳統的教學方式來進行教學已經滿足不了教學的要求，借助于現代信息技術手段是必然趨勢。但根據幾年的教學實踐來看，完全采用多媒體課件教學，效果并不理想，對于教學內容完全采用多媒體進行，易學、形象、好懂，印象深但理解不深、掌握不牢。為此，我們采用多媒體加黑板的教學方式，對于復雜、需要演示的圖形及綱目性的內容以多媒體教學為主;而對于必須掌握的公式推導、工程應用部分以多媒體和傳統教學手段相結合的方式進行;在教學中根據學生掌握知識的狀況需要補充或詳細說明的內容在黑板上完成。

2.教師采用引導性教學與學生課后自主學習相結合

教師對學生的知識傳授當然是越多越好，越細越好，但限于教學時數的要求不可能做到如此。因此教師應起到激發學生的學習興趣，引導學生科學思維的作用。在課堂上教師在有限的時間內，對基本原理、重點難點及強制性的標準規范要求作出講授，而加強反復練習、擴大知識面和加強動手能力的訓練部分放在課后進行。學生可根據自己的時間、進度來自主學習。

3.加強理論教學和實踐教學相結合

通過課堂的理論教學重點傳授知識，而通過實踐性教學加強學生對知識的理解、鞏固。為此，在實踐教學環節中除普通的習題作業、觀看試驗錄像、觀看工程錄像和計算機模擬動畫外，還設置了受彎構件正截面承載力試驗和偏心受壓構件正截面承載力試驗教學。通過對試驗的觀測和試驗數據的分析整理，能對理論教學的相應部分知識有直觀、深刻的掌握。這些試驗除直接為理論教學服務外，還為后續課程如《混凝土結構設計》等學習打下基礎，同時也鍛煉了學生的動手能力，培養了學生科學研究的興趣。

4.采用靈活多變的試驗手段，擴充教學內容，解決了學生被動學習的局面

充分利用現有教育技術及實驗教學資源，采用實物模型試驗、計算機仿真實驗，動畫摸擬和現場工程錄像等靈活多變的教學手段，對目前暫無條件開出實物試驗或無法實施的試驗內容以計算機仿真實驗的形式開出，對不能到現場觀看的結構及施工過程，則采取觀看計算機模擬動畫及現場錄像等形式進行，實踐教學內容豐富，形式多樣，生動活潑，學生學習興趣大，主動性和創新性得到加強，教學效果良好。

四 課程考核方式的改革

在課程學習中，采用大型習題講解與工程實際相結合的教學方式、經典理論與現代試驗分析相結合的教學方式;在課程考核上，采用閉卷與開卷相結合的考試方法。對需牢固掌握的理論基礎部分內容采取閉卷考試的形式，對需靈活運用所學理論知識解決實際問題的混凝土結構設計和工程應用知識則采取開卷考試形式。考試的成績占總評成績的80%，以知識考核為主;平時的作業和小測驗占20%，其中有部分內容需要學生通過參考規范等條文及一些課外參考資料才能完成的大作業，以能力考核為主。這種考核方式，充分調動了學生的主觀能動性，激發了學生的學習潛能。

五 結語

《混凝土結構設計原理》課程對培養土木工程應用型高技術人才，特別是對培養學生的工程能力及創新能力具有重要的作用。為了適應這一培養要求，近幾年我們對該課程從教學內容、教學方法、考核方式等方面重新進行研究探討，根據課程的知識結構改革完善了課程的知識體系，根據課程知識體系的認知規律改進并采用了許多先進的教學方法和手段，實現了提高學生綜合運用知識與理論的能力及實際能力的培養目標。

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G642.3

A

1674－5884(2012)07－0046－03

2012－03－11

山東科技大學泰安校區創新基金資助項目(CXJ01)

初明祥(1963－)，男，山東諸城人，副教授，主要從事土木工程方面的教學與科研工作。

(責任編校 朱正余)