基于卓越工程師教育培養計劃的水工鋼筋混凝土結構課程教學改革

藍文武　錢凱

【摘 要】基于“卓越工程師教育培養計劃”人才培養目標，結合水工鋼筋混凝土結構課程教學存在的不足，探討該課程的教學內容和教學方法改革，提出強化基本概念和基本原理、強化專業實踐教學環節的內容改革建議，并構建相應的講授法與探究法有機結合、練習法與實驗法有機結合、強化案例教學的教學策略和教學方法。

【關鍵詞】卓越工程師 水工鋼筋混凝土結構課程 教學改革

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）06C-0071-03

教育部“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，是高等工程教育改革的里程碑。其宗旨是要培養、造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的、高質量的各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。通過實施“卓越計劃”，主要強化培養學生的工程意識、工程素質和工程創新理念，提升學生的工程實踐能力、創新能力，培養一大批卓越的后備工程師。

廣西大學的水利水電工程專業是國家特色專業，經80多年建設，已形成了“本—碩—博”的人才培養體系，在以寬口徑、厚基礎為培養目標以及“面向廣西與東盟的水利水電工程專業人才培養模式創新試驗區”的專業改革中，不僅積累了豐富的教學改革經驗，與時俱進提升了教學質量，而且逐漸形成了顯著的辦學特色。為適應“卓越計劃”新舉措下的人才培養模式，以及繼續強化專業基礎、拓寬專業口徑的培養目標的需要，對水利水電工程專業課程教學進行相應改革勢在必行。本文在分析傳統的水工鋼筋混凝土結構課程教學存在不足的基礎上，基于強化學生工程能力和創新能力培養的目的，分別從該課程的教學內容組織、教學方式應用兩個方面對水工鋼筋混凝土結構課程的教學改革進行探索。

一、傳統課程教學存在的不足

水工鋼筋混凝土結構屬于專業基礎課，由三部分的內容構成：一是理論性較強的“基本構件”部分，二是實踐性極強的“結構設計部分”，三是水工鋼筋混凝土結構設計計算中的若干特殊問題。因此，該課程是水利水電工程專業的最重要的專業基礎課之一，是綜合理論與試驗來指導工程實踐的課程，廣泛應用于水工結構、港工結構以及房屋建筑結構的工程領域中，具有很強的理論性和實踐性。課程的教學效果將直接關系到學生工程素質、工程技能和創新能力的培養水平，課程是“卓越計劃”培養模式下的核心課程。

水工鋼筋混凝土結構課程傳統的教學方式注重傳授系統的理論知識，有助于學生在短期內形成混凝土結構的知識架構與體系等，但由于傳統的教學方式通常是以教師為主體，學生是被動地接受知識，甚至不乏“滿堂灌”的情形，已不符合“卓越計劃”的人才培養理念及要求。歸納起來，不足主要有：

第一，不利于充分挖掘或培育學生的創新能力。在培養目標上，重視傳授知識，但對發展分析問題和解決問題能力的力度不足，且一般均設置統一的人才培養標桿，按單一模式培養學生，培養理念相對保守、封閉，不利于創新思維和創新能力的培養，已不能滿足學生發展的需要和“卓越計劃”的培養目標的要求。

第二，教學內容與工程實際的聯系不夠緊密。傳統教學在教學內容組織上，教材基本上是學生唯一的學習內容，是學生知識的主要來源，如果教材結合工程實際或引進案例的程度不足，將會對“卓越計劃”下的人才培養目標和要求產生不利影響。同時，水工鋼筋混凝土結構是一門理論性和實踐性較強的課程，教學內容紛繁復雜，跨度廣、難度高，同時還涉及許多結構規范或規程，在“卓越計劃”人才培養模式下，緊密與工程實際的聯系力度、優化教學內容的組織勢在必行。

第三，不能充分發揮學生的自主學習能力。在教學方法上，傳統教學以“傳遞—接受”為渠道，強調的是教師怎樣去“教”，不重視學生如何去“學”，往往以單一化的課堂教學為中心，課堂外教學不足，學生對知識的掌握主要以死記硬背為主，不利于學生探究基本原理的能力及靈活掌控公式運用能力的培養，不利于發揮學生的自主學習能力，調動學生學習的積極性。

二、教學改革探索

（一）課程教學內容的改革。水工鋼筋混凝土結構含主講教學學時70學時，課程設計1.5周，相對于教學內容，學時相對偏少。在對課程教學內容進行優化組織時，需綜合“卓越計劃”的要求以及該實際課時條件進行教學內容的調整改革。

1.強化基本原理內容，優化與相關課程知識的聯系。構成水工鋼筋混凝土結構課程的三部分內容中，基本構件部分包括鋼筋混凝土結構材料性能、設計計算原理，以及拉、壓、彎、剪、扭五大類基本構件和復合受力構件的受力機理、破壞形態、承載力計算和構造要求等內容，是本課程的基礎內容，是學生學習后續的結構設計內容的基礎和前提，也是夯實基礎、拓寬專業口徑的主要切入點之一，具有經驗性和理論性強的特點。學生只有理解和把握了該內容的基本概念和基本原理，才能從源頭上掌握鋼筋混凝土結構的基本理論體系，從而為今后的工程靈活應用及工程創新打下堅實基礎。因此，對課程教學內容的組織和優化，應確立基本概念和基本原理的核心地位，根據該部分知識的特點建立其理論主干線，并圍繞主干線有序、有條理組織知識點，達到強化基本原理的目的。

同時，這些內容與概率統計理論、建筑材料、理論力學和材料力學等課程聯系十分緊密，是以這些課程的知識為基礎的。例如，設計計算原理講授的極限狀態設計法，其基于可靠度的設計表達式、荷載和材料強度的取值等，均以概率統計理論為基礎；鋼筋混凝土結構的鋼筋（或型鋼）、混凝土的力學性能與建筑材料課程的知識聯系緊密；基本構件的受力分析、計算簡圖和平衡方程的建立則是理論力學、材料力學的基本原理的具體應用。因此，在本課程的教學計劃中，在強化基本構件理論內容的同時，還需注重并合理組織與其他相關課程知識點的聯系，并結合教學方法上的配套改革，綜合實施教學內容的優化。

當然，由于教學學時的限制，在引進相關課程知識點的教學內容的組織上，必須注重引進或聯系的方式。行之有效的方式，如將聯系的知識點合理穿插于本課程的相關內容的教學中，即課堂插花方式，以及課前安排學生預習相關課程知識點、布置預習主題等，即課外延伸方式，這樣不僅可以解決教學學時緊的問題，而且有利于發揮學生學習的積極性和主動性，提高學生的自主學習能力。

2.強化專業實踐教學環節。為強化學生工程素質、工程技能和工程創新能力的培養，使學生能夠在踏上工作崗位后很快進入角色，首先必須強化實踐教學環節。作為富于實踐性的專業基礎課程，在水工鋼筋混凝土結構教學內容中強化專業職業實踐教學環節成為必然。這些專業職業實踐教學環節，宜包括校內實踐教學和校外企業工程實踐環節兩大部分。校內實踐教學又可分為混凝土試驗課教學環節、課程設計教學環節、鋼筋混凝土結構主題的科學試驗和研究環節，以及為滿足各種職業資格考試（如注冊建造師、注冊土木工程師等考試）需要的、與該考試相關的鋼筋混凝土結構知識的培訓、混凝土結構專業設計軟件實訓等實踐教學環節。校外企業工程實踐環節主要有設計單位的工程設計實踐環節、施工企業的工程施工實踐環節、工程監控和檢測的工程實踐環節，等等。

（二）教學方式的改革。若改革和優化僅對教學內容進行，沒有適當的教學組織形式、教學方法和技術配套跟進，將很難取得理想的教學成效和實現預期的培養目標。為達到強化基本原理和專業實踐教學環節的教學內容的目的，以強化學生的工程能力和創新能力培養，采用講授法與探究法有機結合、練習法與實驗法有機結合、強化案例教學不失為可選和可行的教學方式。

1.講授法與探究法有機結合，強化基本原理的教與學。水工鋼筋混凝土結構課程內容繁雜，具有“六多”的特點，即概念多、原理多、公式多、參數多、條件多、構造多，且與多門課程的知識密切相關，內容綜合性強，抽象難懂，初學者很難準確理解和把握，有必要先講授，讓學生對鋼筋混凝土結構知識體系有所認識，然后再放手讓學生探究學習。因此，在開始的前四章（包括鋼筋混凝土結構材料性能、設計計算原理、受彎和受剪構件的承載力計算）的學習中，宜以講授法為主，采用課堂講授的方法給學生講解基礎性的基本概念和基本原理，使學生理解和掌握必備的鋼筋混凝土結構基礎知識，對鋼筋混凝土結構的學習方法有所認識和感悟。講授中，宜結合本課程的特點，以構件的“截面設計和截面承載力復核”為中心，以“試驗研究—截面受力分析—破壞形態和破壞特征—基本假定—計算簡圖—公式推導—公式應用—總結”為主線，組織教學和展開講解，并根據學生的實際情況、接受程度，采取啟發式教學，突出重點和難點，因材施教。在第四章之后的內容的教學中，則可以采取講授法和探究法相結合進行，并加大探究教學的比重。例如，對受壓構件承載力計算的教學，有了受彎構件的知識基礎，就可以分別以構件的破壞形態和破壞特征、受力分析和計算簡圖建立、界限破壞和界限受壓區高度、承載力計算公式推導和公式應用為主題，放手讓學生成為主體，觀看軸心受壓、偏心受壓試件試驗的視頻，在老師的啟發和引導下，主動地探索、分析、認識、構建和掌握上述主題的新知識，進而主動將原理和公式靈活應用于習題或工程實例的求解中，避免以繼承為中心的教學模式的僅僅強調知識的記憶、模仿和反復練習帶來的抑制學生的創新力的弊端，達到調動學生學習的主動性和積極性、培養和提高學生的動手能力和創新能力的目的。同時，學生通過主動學習構建的對知識的理解和掌握是自主的、本源性的，因此也是根深蒂固和融會貫通的，為今后的靈活工程應用和創新發展奠定了堅實基礎，具有“可持續發展性”，達到了強化基本概念和原理的教與學的目的。

受限于教學學時，目前廣西大學的水工鋼筋混凝土結構課程僅開出了適筋梁的實驗課，該實驗從粘貼鋼筋應變片—綁扎鋼筋—澆筑混凝土—養護—刷白—劃線—粘貼混凝土應變片—加載實驗，全部由學生自主完成，而少筋梁和超筋梁的加載實驗則是由老師主導完成。顯然，實驗的數量過少，不利于探究式教學的開展。采取的彌補措施有：一是組織學生現場觀摩或參與研究生的構件實驗。每年研究生都會進行大量的梁、柱、墻試件或結構體系的實驗研究，實驗室基本處在連續工作的狀態中，這就給本科生的觀摩學習提供了良機，部分同學甚至通過導師制培養機制直接參與到了實驗研究中。另有部分同學通過各類本科生創新項目的申請立項，參與了實驗研究創新實踐。二是充分利用多媒體技術，組織學生觀看結構實驗的視頻，并在觀看后舉行主題討論活動，讓學生探索構件的受力過程、截面的應力應變分布和破壞形態等。

2.強化解決工程實際問題的案例教學。在水工鋼筋混凝土結構教學中，可強化的實踐教學環節有校內、校外的多種實踐教學環節。除了前面闡述的實驗課教學環節、鋼筋混凝土結構主題的科學實驗環節之外，在該課程的課程設計和習題教學中，強化工程案例教學，也是強化實踐教學、促進學生工程素養和工程能力提升的途徑。通過案例教學并在其中強化對現行規范條文的學習和應用，有利于在理論知識和工程實際之間建立起聯系的橋梁，促進實踐教學與實際工作技能實現“無縫對接”。

案例教學的關鍵在于案例素材的組織。作為案例教學的核心，案例應具備工程背景性、典型性、啟發性和實效性的特點，即案例應取材于實際工程，經精心篩選、比對后擇優選用，具有代表性或一般性，能體現出同類構件或結構的工程特性，并可使案例教學取得實效。同時，應能提供從引入邊界條件簡化、建立內力計算簡圖的環節開始，逐步展開構件或結構的設計案例教學，啟迪思路，并留給學生必要的多種設計方案的自主發揮空間。

《水工鋼筋混凝土結構學》教材是高等學校水利類專業的經典教材，曾獲原國家教委全國高校優秀教材獎和原水利電力部優秀教材一等獎。教材中，針對基本構件的截面設計和承載力復核編寫的許多例題，均來源于實際工程，且問題的求解一般始于荷載分析和受力分析環節，十分有利于學生認識和了解工程實際狀況，有利于將理論知識應用于求解工程實際問題的思路的構建，是實踐教學與實際工作技能培養實現“無縫對接”的、很好的習題或案例素材組織形式。受教材啟發，筆者選取了某水利樞紐工程的壩后式廠房壩段為工程實例，系統地將其壩頂人行道板、尾水平臺板、廠房屋面板、吊車梁、屋面大梁集成為受彎、剪、扭構件案例，將廠房排架柱、啟閉機排架柱、工作橋剛架柱等集成為偏心受壓構件案例，應用于例題講授和學生作業中，結果學生提出問題的現象增多了，課間討論的現象增多了，激發了學生濃厚的學習和探究興趣，也得到了學生的肯定。同時，為拓展學生的專業口徑，在課程設計中，選取實際的工業廠房結構或較規則的低層建筑結構為題，促進學生對工業建筑和民用建筑結構的認識和了解，拓寬學生的專業視野。

總之，“卓越計劃”下，水工鋼筋混凝土結構教學內容的改革應以強化基本概念和基本原理、強化專業實踐教學環節等為重點，并推行符合工程能力培養規律的教學方法，注重講授法與探究法的有機結合、練習法與實驗法的有機結合，強化案例教學環節。“卓越計劃”培養模式下的水利水電工程教育教學改革是一項系統的工程，任重道遠，課程的教學內容和教學方法的改革必須納入到水利工程專業“卓越工程師”的總體培養方案和計劃中，成為系統性的工程人才培養工程中結構得到優化的、起積極作用的“一根柱子”。

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【基金項目】2015年度廣西高等教育本科教學改革工程立項項目（2015JGZ107）

【作者簡介】藍文武（1966- ），男，廣西都安人，廣西大學土木建筑工程學院副教授，碩士生導師，研究方向：混凝土結構、組合結構和工程抗震研究。

【通訊作者】錢 凱 （1983- ），男，浙江寧波人，廣西大學土木建筑工程學院校聘教授，碩士生導師，研究方向：鋼筋混凝土結構和預制混凝土結構安全防護和抗震防災研究。

（責編 黎 原）