注冊結(jié)構(gòu)工程師制度下《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程教學(xué)改革研究與實踐

曹 健 劉靚芳

建設(shè)部、人事部1997年下發(fā)了《關(guān)于印發(fā)〈注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)資格制度暫行規(guī)定〉的通知》，決定在我國實行注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)資格制度。規(guī)定注冊結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)熟悉結(jié)構(gòu)設(shè)計工作流程、掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)理論、熟練使用設(shè)計計算軟件、邏輯思維及動手能力強，并有一定的工程項目管理經(jīng)驗等。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程是土木工程專業(yè)核心課程，也是注冊結(jié)構(gòu)工程師考試的主要內(nèi)容之一。南昌工程學(xué)院土木工程專業(yè)在本課程的教學(xué)過程中，著重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐、相關(guān)規(guī)范的運用、初步進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計等方面的綜合能力。但針對當(dāng)前注冊結(jié)構(gòu)工程師制度下的執(zhí)業(yè)能力要求，目前該課程的“教”與“學(xué)”主要存在三點問題：第一，學(xué)生對于前期專業(yè)基礎(chǔ)知識掌握不夠扎實，且自主學(xué)習(xí)能力相對不足，僅完成課堂教學(xué)的“規(guī)定動作”，而忽視了面向工程實踐的“自選動作”；第二，教學(xué)內(nèi)容和方法與實際工程的結(jié)合還不夠，使學(xué)生感覺教學(xué)內(nèi)容“無用”，不能理解和掌握所學(xué)知識的工程背景和實踐應(yīng)用；第三，當(dāng)前已有教學(xué)實驗設(shè)備條件難以滿足該課程實踐部分的教學(xué)需求，弱化了學(xué)生的實踐動手能力，降低了學(xué)生的課程考核要求，影響了學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

本研究以南昌工程學(xué)院為例，針對上述問題，在當(dāng)前注冊結(jié)構(gòu)工程師制度背景下，開展《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程的教學(xué)改革研究與實踐，幫助學(xué)生具備扎實的理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐意識，提升學(xué)生初步解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的分析能力，這對于培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才具有重要現(xiàn)實意義。

一、明確以“注冊結(jié)構(gòu)工程師制度”為導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)

注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)能力不僅體現(xiàn)在高質(zhì)量完成工程項目設(shè)計任務(wù)，還需要同時具備一定的工程施工和項目管理能力。為適應(yīng)今后工作或繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)，本課程的教學(xué)目標(biāo)是幫助學(xué)生建立與混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)理論的整體框架，掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本理論，抓住混凝土結(jié)構(gòu)受力、變形和破壞的本質(zhì)，增強工程實踐動手能力，理清結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工和管理的關(guān)系。通過該課程的學(xué)習(xí)，掌握混凝土構(gòu)件在拉、壓、彎、剪、扭五種受力狀態(tài)的單一或復(fù)合作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理和方法；重視與計算配筋相結(jié)合的構(gòu)造配筋要求和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的條文說明；洞悉該課程與先修課程 （土木工程材料、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等）、并修課程（鋼結(jié)構(gòu)、土木工程施工等）的邏輯關(guān)系，并為后續(xù)課程（結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計、工程概預(yù)算等）的學(xué)習(xí)提供必要的知識儲備；最重要的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會利用已學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識來獨立分析和解決實際工程問題的能力。

二、拓展以“注冊結(jié)構(gòu)工程師制度”為導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容

自目前沿用的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2010）［1］施行七年多來，以南昌工程學(xué)院為例，在本課程的教學(xué)中選用了三本教材［2-4］。這些教材所包含的學(xué)習(xí)內(nèi)容全面且習(xí)題豐富，但與具備注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)能力的要求相比，還應(yīng)該補充四個方面的內(nèi)容：

（一 ）結(jié)構(gòu)設(shè)計圖的“平法”制圖與識圖

目前工程界設(shè)計圖均采用“平法”標(biāo)注方法，“平法”可簡化制圖工作量，使制圖標(biāo)準(zhǔn)化有了一個平臺，并且便于工程造價中的工程量清單的計算。而現(xiàn)有教材中采用的還是傳統(tǒng)配筋詳圖的標(biāo)注方法，這種方法雖然可以使學(xué)生對單根混凝土構(gòu)件的計算結(jié)果分析更加直觀，但對于整個結(jié)構(gòu)體系的計算結(jié)果缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識。增加“平法”制圖與識圖的學(xué)習(xí)內(nèi)容，一方面，可鍛煉學(xué)生與實際圖紙交流的“工程語言”能力，提升學(xué)生在實際工程中制圖與識圖水平；另一方面，通過“平法”制圖與識圖的學(xué)習(xí)，可直接為PKPM等結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計打下良好基礎(chǔ)。

（二 ）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計工程實例講解與分析

教材中針對結(jié)構(gòu)設(shè)計公式的解釋和說明往往以某一構(gòu)件或局部構(gòu)造作為案例，這雖然可便于對設(shè)計公式的理解和運用，但與處理實際結(jié)構(gòu)設(shè)計方法存在一定的脫節(jié)。為避免“紙上談兵”，以實際工程結(jié)構(gòu)設(shè)計案例為素材，依據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范，講解并分析混凝土結(jié)構(gòu)工程實例的計算過程和注意事項。這對于結(jié)構(gòu)設(shè)計思路的理順、設(shè)計公式的合理運用、構(gòu)造措施的深入理解都有極為重要的幫助。

（三 ）結(jié)構(gòu)設(shè)計在工程項目實施過程中所扮演的角色探討

在工程項目實施過程中，科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計能優(yōu)化工序、節(jié)約成本、提高項目管理效率，另外，當(dāng)前施工技術(shù)的發(fā)展、管理能力要求的提高，也迫使結(jié)構(gòu)設(shè)計理論要進行創(chuàng)新和發(fā)展。從以往就業(yè)數(shù)據(jù)分析來看，南昌工程學(xué)院土木工程專業(yè)畢業(yè)生大部分進入了施工行業(yè)，往往認(rèn)為本課程對今后的工作起不到作用，增加這部分的內(nèi)容，可極大地吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有益于學(xué)生規(guī)劃今后的職業(yè)方向。

（四 ）當(dāng)前工程領(lǐng)域和學(xué)術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的熱點和前沿問題

學(xué)生不僅要掌握課本中的專業(yè)內(nèi)容，還要為繼續(xù)深造和專業(yè)水平的進一步提高打下基礎(chǔ)。為學(xué)生講述裝配整體式結(jié)構(gòu)、再生混凝土材料、建筑信息模型技術(shù)（BIM）等熱點和前沿問題，將本課程從結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容延伸到更具實際意義的工程領(lǐng)域，不僅開闊學(xué)生的視野，而且還將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力意識。

三、創(chuàng)新以“注冊結(jié)構(gòu)工程師制度”為導(dǎo)向的教學(xué)手段與方法

目前，本課程的教學(xué)采用傳統(tǒng)板書的形式對教材中的設(shè)計公式進行詳細(xì)推導(dǎo)和講解，雖然可使學(xué)生在記筆記的過程中逐漸理解和消化所學(xué)內(nèi)容，但也給學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中帶來了內(nèi)容散、公式多、難度大的困惑。以“注冊結(jié)構(gòu)工程師”為導(dǎo)向的培養(yǎng)目標(biāo)，不僅要求學(xué)生要熟練掌握設(shè)計計算內(nèi)容，還需要參與結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的學(xué)習(xí)。因此，在教學(xué)中引入了以下幾點方法：

（一 ）結(jié)合現(xiàn)場施工技術(shù)工藝進行講解

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的修訂需要經(jīng)過反復(fù)研討和補充大量試驗，是十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，這也使混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程內(nèi)容在數(shù)年的時間內(nèi)較為穩(wěn)定。但近年來，隨著基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展以及重點難點工程問題的突出，對專業(yè)工程技術(shù)人員的能力和素質(zhì)以及施工技術(shù)水平有了更高的要求，這也極大促進了施工工藝的快速發(fā)展。針對目前現(xiàn)狀，需要在教學(xué)手段和方法上，以配合現(xiàn)場施工為出發(fā)點，介紹施工技術(shù)工藝的難點和要點，對比講解混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與現(xiàn)場施工實際的差異性。

（二 ）采用多媒體信息技術(shù)教學(xué)手段

由于現(xiàn)有教學(xué)實驗設(shè)備條件難以滿足該課程實踐部分的教學(xué)需求，而本課程中梁受彎受剪性能、柱偏心受力性能等教學(xué)內(nèi)容需要開設(shè)實驗課，因此，在課堂中采用多媒體信息技術(shù)，帶領(lǐng)學(xué)生觀看相關(guān)教學(xué)實驗視頻，并結(jié)合各類構(gòu)件的受力特點和破壞特征進行講解，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并有了一定的感性認(rèn)識。

（三 ）要求學(xué)生在課外用計算機編程并提交作業(yè)

本課程中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計也可通過計算機編程實現(xiàn)，將計算機編程計算結(jié)果與手算計算結(jié)果進行比較，讓學(xué)生思考二者之間的異同，這不僅提高了學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情，也使學(xué)生真真實實感受到學(xué)習(xí)成果與實際的結(jié)合。

（四 ）鼓勵參加學(xué)術(shù)科技作品競賽和創(chuàng)業(yè)計劃大賽

開展 “趣味結(jié)構(gòu)設(shè)計”、“案例結(jié)構(gòu)設(shè)計”等教學(xué)實踐內(nèi)容，挑選優(yōu)秀的學(xué)生代表學(xué)校參加省級“高性能混凝土材料配合比設(shè)計”和“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計”競賽。這不僅培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實際動手能力，增強學(xué)生工程結(jié)構(gòu)設(shè)計與實踐能力，也培養(yǎng)團隊精神，豐富校園學(xué)術(shù)氛圍，促進學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和相互交流與學(xué)習(xí)。

四、構(gòu)建以“注冊結(jié)構(gòu)工程師制度”為導(dǎo)向的教學(xué)質(zhì)量評價指標(biāo)體系

根據(jù)注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)制度規(guī)定，取得一級注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)資格的職業(yè)實踐時間最少不得低于4~5年，而二級注冊結(jié)構(gòu)工程師的職業(yè)實踐最少時間也要2年。因此，教學(xué)質(zhì)量評價指標(biāo)體系的建立除了對在讀學(xué)生和授課老師開展調(diào)查問卷外，還要調(diào)研已畢業(yè)學(xué)生的職業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。基于此，分別向在讀學(xué)生、授課老師和已工作2年以上的學(xué)生進行了調(diào)查和問卷，建立了用于教學(xué)質(zhì)量評價的7個一級指標(biāo)和25個二級指標(biāo)，并對各指標(biāo)權(quán)重的確定進行了統(tǒng)計分析，具體如表1所示。

在表1中，面向?qū)W生的教學(xué)質(zhì)量評價包括學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果3個一級指標(biāo)和細(xì)化的11個二級指標(biāo)，面向授課老師的教學(xué)質(zhì)量評價包括教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法3個一級指標(biāo)和細(xì)化的10個二級指標(biāo)，面向已工作2年以上學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量評價一級指標(biāo)為實踐運用和細(xì)化的4個二級指標(biāo)。通過上述級指標(biāo)的建立，以及各指標(biāo)權(quán)重的確定，再結(jié)合對各指標(biāo)重要程度的打分，可計算得到本課程的教學(xué)質(zhì)量情況，這對于今后課程教學(xué)質(zhì)量的改進和提高是十分有益。

表1 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程學(xué)習(xí)效果評價指標(biāo)體系

五、結(jié)語

本課程的教學(xué)改革研究組成員均連續(xù)多年擔(dān)任本課程的教學(xué)任務(wù)，對本課程的教學(xué)體系和專業(yè)人才培養(yǎng)都有準(zhǔn)確深入的理解，且具有豐富的理論專業(yè)知識和教學(xué)經(jīng)驗。此外，在教學(xué)過程中，帶領(lǐng)學(xué)生去校外實踐教學(xué)基地參加學(xué)習(xí)鍛煉，不僅提高了學(xué)生的實踐動手能力，而且積累了一定的工作經(jīng)驗，在知識、能力和素質(zhì)三方面均得到了提高，這也是本課題的研究目的所在。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.GB50010-2010.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］沈蒲生.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（第四版）［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［3］顧祥林.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理（第三版）［M］.上海：同濟大學(xué)出版社，2015.

［4］東南大學(xué)，同濟大學(xué)，天津大學(xué).混凝土結(jié)構(gòu)（上冊）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理（第六版）［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.