“水工鋼結(jié)構(gòu)”理論與實踐一體化教學(xué)改革探討★

陳菊香 黃 銘 魏 松 朱亞林

(合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

1 概述

截止到2014年我國工程教育人才培養(yǎng)規(guī)模位居世界第一，但在滿足業(yè)界需求，與國際工程教育接軌等方面仍存在較大差距。因此，許多從事工程教育實踐的專家指出，推行以學(xué)生為中心的自主式、項目訓(xùn)練式的工程教育教學(xué)模式，是解決我國工程教育問題的有效路徑。為此，現(xiàn)代工程教育課程模式發(fā)生了深刻變革，興起了諸多新型課程模式，如PjBL,CDIO,OBE等[1,2]。

2015年合肥工業(yè)大學(xué)依據(jù)CDIO工程教育課程模式和工程教育認(rèn)證的要求，構(gòu)建了以能力為導(dǎo)向、“培養(yǎng)目標(biāo)—教學(xué)過程—質(zhì)量提升”三位一體、可檢測可控制的閉環(huán)教學(xué)體系，進(jìn)行了創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的改革，以實現(xiàn)人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高[3-5]。

作為一名從事水利工程教育工作的專業(yè)課教師，如何對所講授的專業(yè)課程進(jìn)行課程體系改革，具體貫徹、實施能力導(dǎo)向一體化的教學(xué)指導(dǎo)方針，推行能力為本、實踐驅(qū)動的課程運作模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、工程實踐能力，是目前迫切需要解決的問題。

2 目前水工鋼結(jié)構(gòu)課程存在的問題

水工鋼結(jié)構(gòu)課程是水利水電工程專業(yè)主要的專業(yè)課程之一，包括課程教學(xué)和課程設(shè)計兩部分，其主要任務(wù)和基本要求是：學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí),掌握水工鋼結(jié)構(gòu)的基本理論及基本設(shè)計方法,應(yīng)能正確應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的設(shè)計,并具有初步分析和解決一般水工鋼結(jié)構(gòu)實際工程技術(shù)問題的能力。由此可見，水工鋼結(jié)構(gòu)是一門理論性及實踐性都較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課程。目前，我校水工鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)一般安排在第6學(xué)期的1周～6周，只有24學(xué)時，比國內(nèi)大部分水利高校的32學(xué)時少1/4，在臨近學(xué)期末時再進(jìn)行1周的水工鋼閘門課程設(shè)計。存在著知識點多但理論課時少，工程實踐性強(qiáng)但實踐學(xué)時不足的矛盾。此外，由于課程教學(xué)與課程設(shè)計間隔時間較長，形成了理論學(xué)習(xí)在前，實踐訓(xùn)練在后，理論與實踐的間隔式劃分界限分明，結(jié)果造成理論知識學(xué)習(xí)與實踐能力訓(xùn)練的人為隔離，直接導(dǎo)致學(xué)生知識與能力的嚴(yán)重分離問題。而從學(xué)生角度來說，也存在著對課程重要性的認(rèn)識程度不夠，力學(xué)基礎(chǔ)比較薄弱，空間想象力差等內(nèi)在因素，形成了老師難講、學(xué)生難學(xué)的不利局面，難以適應(yīng)工程界對工程實踐創(chuàng)新人才的要求[6,7]。

3 “水工鋼結(jié)構(gòu)”理論與實踐一體化教學(xué)改革設(shè)想

本文基于能力導(dǎo)向一體化的教學(xué)指導(dǎo)方針，針對水工鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中存在的理論與實踐客觀分離的問題，從水工鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)過程著手，將理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)作為一個整體來考慮，實行理論與實踐一體化教學(xué)模式，以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

3.1 理論與實踐一體化教學(xué)模式

鑒于水工鋼結(jié)構(gòu)課程理論學(xué)時和實踐學(xué)時均較少，而在現(xiàn)有學(xué)分制條件下不可能增加學(xué)時，課程教學(xué)與課程設(shè)計分離的現(xiàn)狀，推行“做中學(xué)”的教學(xué)模式，進(jìn)行理論與實踐的一體化教學(xué)。

實際工程是工科類課程教學(xué)最具有活力的資源。在理論教學(xué)過程中，將實際工程引入課堂，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，特別是學(xué)生自己參與的實際工程，更能幫助其將理論知識和實際工程緊密聯(lián)系起來，改善學(xué)習(xí)效果。

在理論課程開始之前，結(jié)合實際工程或科研項目，根據(jù)多樣化和一人一題的原則，擬定出每位同學(xué)的課程設(shè)計題目。在講解完鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件之后，講授平面鋼閘門理論知識之前，將課程設(shè)計任務(wù)書和水工鋼閘門的參考工程圖紙?zhí)崆鞍l(fā)給學(xué)生。讓學(xué)生利用課余時間，參照圖紙?zhí)崆邦A(yù)習(xí)鋼閘門結(jié)構(gòu)體系布置方面的內(nèi)容，畫出結(jié)構(gòu)布置草圖；講完次梁、主梁等各個構(gòu)件設(shè)計方法后，學(xué)生根據(jù)自己的結(jié)構(gòu)布置圖進(jìn)行設(shè)計計算。當(dāng)理論教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生就完成了一個實際水工鋼閘門的設(shè)計過程。這種方法不但能使學(xué)生熟悉鋼結(jié)構(gòu)的整個設(shè)計過程，還發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，通過自己動手設(shè)計計算，使理論和實踐有機(jī)結(jié)合起來，并且把學(xué)生課余時間充分利用，彌補(bǔ)了理論和實踐教學(xué)課時量均少的問題。

3.2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

作為一門結(jié)構(gòu)設(shè)計類專業(yè)課程，必須與國家現(xiàn)行設(shè)計及施工規(guī)范、規(guī)程密切聯(lián)系。目前，最新版SL 74—2013水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范已正式實施，但是國內(nèi)現(xiàn)有的“水工鋼結(jié)構(gòu)”教材普遍依據(jù)SL 74—95水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范和GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范來編寫，知識的更新相對比較滯后，并且個別教材的內(nèi)容存在不少錯誤之處。而且，學(xué)生將大部分時間都花費在理論學(xué)習(xí)上，忽視相關(guān)規(guī)范的學(xué)習(xí)，會造成理論與實踐的脫節(jié)。因此，依據(jù)最新規(guī)范，將水利水電工程及相關(guān)領(lǐng)域新技術(shù)、新成果納入課堂教學(xué)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適時更新和優(yōu)化是非常有必要的。此外，引導(dǎo)學(xué)生熟悉ANSYS，Midas等結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，通過軟件的實際操作，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與積極性。

3.3 教學(xué)方式方法改革

圖形(圖像)能夠簡明、形象地表現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力、連接形式，特別是能夠?qū)︿摻Y(jié)構(gòu)空間體系進(jìn)行實景再現(xiàn)[8]。因此，在理論教學(xué)過程中除了采用圖片和錄像之外，結(jié)合3DMAX,AutoCAD等三維建模技術(shù)和ANSYS等結(jié)構(gòu)分析軟件，制作利于展示的三維模型、動畫視頻以及實際工程的結(jié)構(gòu)分析案例，讓鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系更直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高學(xué)生的感官認(rèn)識、空間想象能力，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)興趣。

在實踐教學(xué)階段，大部分學(xué)生均已完成水工鋼閘門的初步設(shè)計方案。此時，先抽查學(xué)生匯報其設(shè)計計算結(jié)果，指出其設(shè)計方案和圖紙表達(dá)中存在的問題；然后通過分組討論的方式，引導(dǎo)學(xué)生查閱設(shè)計手冊、規(guī)范和相關(guān)文獻(xiàn)資料去解決設(shè)計過程中遇到的問題，提高其解決實際工程的能力。同時，鼓勵有能力的學(xué)生使用ANSYS,Midas等結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進(jìn)行數(shù)值模擬或EXCEL,VB,C++或Matlab軟件編制小型程序計算，將數(shù)值計算結(jié)果和傳統(tǒng)手算結(jié)果進(jìn)行對比分析，使學(xué)生能更深入理解這兩種算法的區(qū)別；將三維投影圖和傳統(tǒng)三視圖進(jìn)行比較，找出自己圖紙制作中存在的不足。通過問題討論、計算結(jié)果和圖形對比分析的方式，可以增強(qiáng)學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)理論知識的理解和掌握，以形成初步的設(shè)計經(jīng)驗，并提高學(xué)生圖紙表達(dá)能力。

3.4 學(xué)生成績評價機(jī)制改革

在學(xué)生成績評價機(jī)制方面，改變傳統(tǒng)教學(xué)法中通過書面考試進(jìn)行理論知識點考核來反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況的現(xiàn)狀，增加與實踐相關(guān)的考核內(nèi)容，從理論知識掌握程度、平時學(xué)習(xí)態(tài)度(包括出勤、課堂討論表現(xiàn))、工程實踐能力(包括查找文獻(xiàn)資料、熟練運用軟件或編制程序、圖紙表達(dá)等能力)等多個方面進(jìn)行學(xué)生學(xué)習(xí)成績的綜合評價，合理考慮各部分成績的權(quán)重，建立全面、科學(xué)的學(xué)生成績評價機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生注重實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

4 結(jié)語

在能力導(dǎo)向一體化教學(xué)體系下，如何通過水工鋼結(jié)構(gòu)課程體系的改革，實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的教學(xué)目標(biāo)，是這門課任課教師一直探討的問題。本文針對水工鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中存在的理論與實踐客觀分離的現(xiàn)象，提出了“水工鋼結(jié)構(gòu)”理論與實踐一體化的教學(xué)模式改革設(shè)想。相信通過后續(xù)的實施、反饋與優(yōu)化，能夠逐步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。