結構設計原理教學過程中的學生創新能力培養探究

鄧揚?劉小燕?劉揚

摘要：結構設計原理是土木工程專業的一門重要專業課程，既有較強的工程概念又有系統的科學理論。我國土木工程建設事業日新月異的發展對本專業學生提出了更高的要求，在教學過程中應進一步激發和培養學生的探索欲望和創新精神。從學生的主體性、探索性專題教學、工程案例教學以及課程設計教學等方面探討了結構設計原理的教學方法，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：結構設計原理；主體性；創新能力；案例教學；專題教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0122-02

近年來，我國土木工程建設進入了高速發展的新時期，工程建設的投資與規模日益擴大，結構新材料和新體系不斷涌現并得到廣泛應用，工程建設的難度和創新性不斷提高。[1]這給土木工程專業學生的專業素質提出了更高的要求，學生在學好傳統基礎理論知識的同時，還要不斷補充新的知識，更重要的是要提高綜合分析能力，增強發散性思維素質，具備創新精神。在這一重要的歷史時期，如何提高學生分析解決問題的能力以及創新精神，是土木工程專業教學的重要任務。本文結合長沙理工大學結構設計原理課程群的教學實踐，以國家級精品課程和國家級精品資源共享課為實踐平臺，融知識傳授、能力培養、素質提高為一體且協調發展的教學體系，對教學過程進行改革，探索以培養學生分析解決問題和創新探索精神的教學新模式。

一、以學生為主體，培養學生的創新精神

高等學校的教育過程是培養大學生完整的主體性高度發展的教育活動。研究表明，大學生主體性的發展，以其生理和心理品質發展的成熟程度，可以分為三個階段：低年級——“接受性學習”為主階段；中年級——“接受性學習”向“發展性學習”的轉變期；高年級——“發展性學習”為主階段。對于土木工程專業的學生而言，一般在三年級時安排結構設計原理課程，這時學生已處于高年級階段。高年級大學生的主體性地位非常突出，其主體性已有相當發展，他們在此階段的學習主要是以發展性學習為主。發展性學習是突出超越已有知識的學習，其實質就是學生自主性、能動性、積極性、創造性的發揮。[2]

因此，筆者采用“啟發引導、自主學習、重點精講、專題討論”，以學生為主體的主動型教學模式。具體教學方法是：課前列出教學內容中的要點，提出相應的問題供學生進行預習和思考；學生對教材內容開展自主學習，分析老師所提出的要點，并歸納學習過程中所遇到的問題；課堂教學過程中對學生存在疑問的內容進行精講，重點吃透科學問題來源、公式原理的推導以及例題的演算；設計探索性專題供學生獨立思考、推導，在此基礎上安排課堂討論，并外延至本領域前沿研究成果。主動型教學模式改變了傳統教學中單向傳授的局面，把教師的講授和同學的積極思維活動結合起來，加強了教學中的啟發性、探索性和研究性。

二、設計探索性專題，加深學生對理論的理解

結構設計原理是土木工程專業的一門重要專業課程，是該專業中工民建、橋梁、道路、巖土及隧道等方向學生將來從事工程設計、施工和管理工作所必須的專業技術基礎知識。該 課程的教學內容包括材料性能、設計方法、各類構件的受力性能（彎剪壓拉扭）及計算方法和配筋構造等，涉及內容非常廣泛。因此，該課程非常適合設計一些探索性的專題，通過這些專題的學習和探討，不僅能鞏固學生理論知識，加深對基本概念、計算方法、推導過程的理解，同時還能幫助學生理解各部分內容的關系，激發學生對書本未涉及知識的探索欲望，培養學生的創新精神。

以受彎構件正截面承載力計算中的壓區混凝土等效矩形應力圖形為例，[3，4]一般教科書中給出的計算圖式如圖1所示，以圖1（a）所給出的混凝土應力應變曲線為基礎，推導出等效矩形應力圖形的合力以及作用點位置。而在介紹材料的力學性能時，教材給出了幾種不同的混凝土受壓應力應變關系曲線，包括圖2（a）給出的更符合實際情況的應力應變曲線。因此，在講授這一部分內容時，可以安排學生嘗試采用圖2所給出的計算圖式開展推導，并比較計算結果與圖1的有何不同?？梢钥闯?，這樣的探索性專題不僅能幫助學生掌握等效矩形應力圖形的概念和推導過程，同時還融合了材料力學性能的內容，使學生從孤立的章節學習轉換為各部分內容的融合貫通，培養了探索與創新精神。結構設計原理課程內容非常廣泛，能夠設置探索性專題的內容很多，可根據學生的興趣和教學計劃進行合理安排。

三、結合工程案例，培養學生工程實踐能力

案例教學法是根據教學目標的需要，以案例為基本素材，將學生帶入特定的事件情景中，進而分析和解決問題，其最根本的內容就是案例的選取和使用，這也是案例教學區別于其他方法的關鍵。結構設計原理作為土木工程本科教學中重要的專業基礎課，案例教學是教學過程中的重要內容。

在結構設計原理教學中運用案例教學法，能更好地調動學生學習的積極性和創造性。教師通過深入挖掘現實工程具體的案例，激發學生的學習積極性，引導他們通過自己的觀察、思考、分析、選擇、領悟去獲取知識，并把所學的知識運用于實踐。首先，設置與課程的基本教學內容緊密相關的案例，案例必須符合教學目標的要求，以保證師生間圍繞案例所進行的活動是有效的，案例必須符合客觀實際，反映實際工程常規做法，能揭示有關混凝土結構設計的原理，[5]結構設計原理案例教學中案例的選擇與設置應遵循真實性、典型性、規范性、啟發性和實用性的原則。

其次，教師應在平時的教學、科研以及工程實踐過程中注重收集各種國內外土木工程方面的技術資料，緊跟本學科前沿知識，掌握本專業范圍的許多新理論、新成果和設計、施工的新方法、新工藝，在課堂教學中可以將新穎的科學研究問題與基本教學內容相聯系，激發學生的興趣，引入到課程的教學中，啟發學生思考。在案例教學的過程中，教師應引導學生運用相關的知識，大膽進行思考和積極參加小組的討論。尤其是最大限度地發揮小組討論的作用，因為它并不是簡單地再現個人的準備過程，而是通過成員積極的參與，將學習提升到一個更高的水平，并使學生學會相互間的協作與交流。

四、加強課程設計過程的指導與管理

課程設計是對課程的一次重新學習，是結構設計原理課程教學的重要環節，是將學習內容有機聯系起來的紐帶，通過課程設計，可以提高學生處理實際問題的能力。同時，課程設計是土木工程專業畢業設計的先導，好的課程設計可以有效地提高畢業設計的質量。筆者認為應將實際工程面對的具體問題加以簡化，從中取出部分內容作為課程設計的內容，這樣可以充分激發學生的興趣，保證課程設計的質量，使學生通過設計對課程的內容有一個全面的了解，更好地提高教學質量。

對于土木工程專業的橋梁方向，目前，結構設計原理的課程設計主要是“鋼筋混凝土簡支T梁主梁設計”。筆者所在教學團隊發現存在如下問題：設計題目比較單一，不夠靈活，學生的選擇性較??；課程設計中，部分學生只是簡單地照搬設計樣板，或抄襲其他同學的設計，不能深刻理解設計原理；施工圖繪制的深度不夠，圖面質量較差。針對這些問題，筆者對課程設計教學的命題、教學進行了改進。

首先，對結構設計原理課程設計命題進行改進。結構設計原理課程設計的命題一直比較單一，而實際上結構設計原理課程所包含的內容很多，如受彎構件、受扭構件、受壓構件、預應力混凝土結構以及圬工結構等。同時，隨著科學技術水平的發展，各種新結構、新材料不斷涌現，為了適應時代對土木工程專業人才的需求，也需要與時俱進，使課程設計的命題多樣化、工程化和時代化。

其次，對學生闡述課程設計題目的目的、意義和內容，深入剖析命題的內涵，使學生有一個良好的開端，避免一開始就產生畏難情緒，盡快進入設計工作狀態。課程設計一般持續1周至2周的時間，在這一過程中，應進一步加強對學生的管理和指導，對于計算書的撰寫，應要求規范統一，使之養成嚴謹的工程素養。另一方面，應鼓勵并要求學生使用AUTOCAD等軟件繪制相應的圖紙，為畢業設計和以后的工程設計與施工工作打好基礎。

五、結語

結構設計原理課程是理論性高、實踐性強的專業課程，教學過程中應加強理論與實際的聯系，使學生掌握結構設計原理的設計方法和原理，培養學生的工程結構意識，提高學生的綜合素質和創新能力，為專業素質的養成打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]袁建波，鄭健龍.普通本科院校應用型人才創新能力培養研究[J].高等工程教育研究，2008，（2）：137-140.

[2]胡弼成.高等教育學[M].湖南：湖南人民出版社，2010.

[3]葉見曙.結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]張建仁，劉小燕. 結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，

2011.

[5]畢重，聶淼鑫.《混凝土結構設計原理》的案例教學[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2008，10（6）：131-134.（責任編輯：王意琴）