應用型本科院校混凝土結構基本原理課程改革探索★

黎 瑩 郭秀芹

(西安交通大學城市學院，陜西 西安 710018)

1 概述

混凝土結構是當前土木工程界使用最為廣泛的結構類型之一，內涵豐富。《混凝土結構基本原理》是土木工程專業重要的專業核心課，學生對該門課程的掌握程度和應用水平將直接決定其在專業崗位中的專業技術能力[1]。

當今土木工程應用型人才缺口較大，應用型本科院校以培養適應社會需求的具有扎實基礎、較強實踐能力和良好發展潛力的應用型人才為培養目標[2]。然而學生對《混凝土結構基本原理》課程相關知識的掌握程度和分析應用能力較差，僅會簡單照搬公式，不能很好理解基本設計原理和掌握相關計算方法，無法主動思考問題、解決問題，這和多年來傳統教學中以解題為目的抽象式教學方式有很大關系。

結合目前工程教育專業認證明確提出的構建“結果導向(OBE)”的人才培養體系的核心內涵，針對混凝土結構基本原理這門核心課程理論性和工程應用性強的特點，結合當前市場對本專業畢業生所應具有的專業知識技能的要求，對土木工程專業核心課——《混凝土結構基本原理》課程的教學改革進行了深入思考，以學生為主體，從教學內容到授課形式上進行多方面思考，使學生更主動地掌握課程基本原理、基本方法、基本實驗操作技能，培養學生分析和解決實際問題的能力，為后續課程的學習打下扎實的基礎。

2 《混凝土結構基本原理》課程教學分析

2.1 教學對象特點分析

目前，本科專業教學的對象大多是一批聰明且善于利用互聯網絡獲取“快餐”資源的“零零后”們。在課堂教學中有兩大問題日益凸顯：

1)傳統的授課模式和內容難以吸引學生深入學習。在課堂學習中，學生普遍具有定力不足、興趣不高的特點。因而授課難點從“如何教好知識”向“如何激發學生進行深入學習”遷移。

2)受“快餐”資源影響，學生善于利用網絡尋找解決問題的直接辦法，卻疏于通過思考分析問題出現的原因。

2.2 課程特點分析

混凝土結構是當今世界使用范圍最為廣泛的一種結構類型，《混凝土結構基本原理》是土木工程專業最為重要的一門專業核心課[3]。

由于研究對象為鋼筋和混凝土兩種受力特性相差很大的彈塑性材料組成，構件的受力分析、簡化和設計的知識體量均較大。故在有限的課時條件和課程考核的要求下，教師為求效果，普遍將授課重點向構件設計計算方向偏移，使該門課程變為一門計算量大且存在設計套路的“計算”課。學生縱使會計算，也難以從“模板套路”計算中獲得工程思維方式的訓練。

3 課程改革探索

3.1 課程改革思路

針對學生有迫切獲取工程經驗的心理特點，課堂教學可采用工程案例為載體，讓課本知識來源于工程實際，有枝可依；也使學生在學習知識過程中直接獲得工程體驗，調動學生學習的主動性。

知識是能力的載體。故課堂教學應從“教知識”向“提能力”轉換。根據“高素質應用型工程人才”的培養目標，課堂教學應牢牢抓住“以學生為主體，以結果為導向(OBE)”的培養思路。教師在專業授課過程中應增強學生的工程角色代入感，強化學生學習的主人翁意識；同時借助工程案例等合適的素材，將授課重心從教授知識轉變為引導學生從課本的基本理論出發，推導總結規律，獲得工程規范的相關規定，并且將此靈活應用于解決工程實際問題。通過專業思維方式的引導，提高學生分析和解決問題的能力，讓課本知識順利落地生根、開花結果。

3.2 課程改革中的關鍵問題

針對以上現狀，課程改革中的關鍵問題如下：

1)注重基礎知識儲備，使學生認識到基礎知識的重要性從而主動學習。

2)注重分析問題背后的真正原因。引導學生深入理解混凝土基本原理，并通過組織討論，舉一反三，以同樣的分析思路獨立分析其他問題，獲得工程思維方式的鍛煉。

3)注重利用力學平衡的思想建立分析方程，幫助學生進一步建立力學平衡的思維方式。

4)注重計算結果的適用范圍，讓學生明確數學計算只是工具，對計算結果的擇取更為重要。

3.3 課程改革方法和策略

1)教學資源選擇。結合工程調研結果，選擇合適的教學實驗或工程案例為基礎教學資源。例如：在講授混凝土材料的變形時，首先引入一個工程案例：某承受長期荷載作用的軸心受壓混凝土柱，當軸壓比達到90%時，經過一段時間柱子會被壓碎。從表面看混凝土材料強度足夠，實則由于混凝土材料變形特點——當應力超過其抗壓強度的85%時，裂縫進入不穩定擴展狀態，最終裂縫擴展至貫通，導致材料破壞。故混凝土的長期抗壓強度僅能達到短期強度的85%。借助工程案例分析，引導學生理解《混凝土結構設計規范》中關于“柱軸壓比限值不得超過0.85”規定的原因，完成專業知識從課本到規范的過渡。

2)利用試驗結果，透過現象看本質。教師組織學生自主分析實驗設計的可行性并預測實驗結果，通過實驗設計幫助學生理解實驗的目的和手段，激發學生的學習興趣。通過不斷設問，引導學生逐步深入思考，透過現象看本質。例如：在螺旋箍筋柱的受力特性分析中，課堂教學首先從螺旋箍柱的配筋形式入手，讓學生在了解該類柱的配筋形式后，組織學生自主設計對比實驗，通過實驗設計幫助學生理解對比實驗的目的和手段，并采用“試錯”的方法，引導學生先自主分析試驗結果，幫助學生充分理解螺旋箍筋受力過程中的重要現象，只有柱發生過大變形，保護層剝落之后，抗壓承載力才會提高。進而通過不斷設問，引導學生逐步深入思考螺旋箍筋柱為提高承載力產生的后果。使學生深刻理解，受約束混凝土若要利用抗壓強度提高這一優勢，會導致保護層剝落。最終得出結論：使用螺旋箍柱的主要目的是提高在罕遇地震下結構安全儲備能力，并非是提高抗壓承載力。由此培養學生的思辨能力，為后續螺旋箍筋構件的承載力分析做準備。

上述分析方法適用于各類混凝土構件的學習。學生經過如上學習訓練，方可對混凝土結構基本原理有更為深刻的理解。

3)以學生為主體，以教師為主導，以工程思維能力培養為目標組織課堂教學。基于建構主義的“情境”“協作”“會話”和“意義建構”四大基本屬性，在課堂教學過程中，逐步深入分析學生的學習規律。以學生為主體，教師引導其根據實驗現象或工程案例自主分析，以培養工程思維能力。例如：在“軸心受拉構件的受力特性分析”的教學過程中，組織學生觀察軸心受拉構件的試件特點，結合已有的鋼筋和混凝土材料的特性的知識儲備，引導學生主動思考試驗設計的可行性，并對試驗現象進行初判，激發學習興趣。在此基礎上給出試驗結果并組織小組討論，鼓勵學生自主分析試驗曲線的特點，劃分工作階段，從而幫助學生充分理解鋼筋混凝土軸心受拉構件的破壞過程，混凝土先拉斷退出工作，鋼筋再屈服，從而構件達到極限承載力。進而通過不斷設問，引導學生逐步深入思考出現這一破壞特性的根本原因是鋼筋和混凝土的受力性能的巨大差異。透過現象看本質，幫助學生準確掌握軸拉構件的破壞過程及破壞特征。這一分析方法具有一般普適性，通過實驗現象的分析，得出結論：混凝土由于抗拉能力非常弱，很早就被拉斷退出工作，因而鋼筋混凝土軸拉構件的承載力僅取決于鋼筋，與混凝土無關。幫助學生深入理解鋼筋和混凝土兩種材料力學特性，進一步體現基礎知識的工程應用價值。

4)以知識為載體，以能力培養為目標，讓課本知識落地生根。引導學生利用課堂學習的分析方法去解決一個新問題，例如：利用鋼筋混凝土軸心受拉構件的受力特性的分析方法來分析軸心受壓構件的受力特性，利用梁受力特性的分析思路分析偏心受壓柱的力學性能，從而完成利用舊知識解決新問題的目標，幫助學生獲得工程師思維能力的鍛煉。

4 結語

《混凝土結構基本原理》課程是土木工程的重要核心課，內涵深厚。本文討論了當前應用型本科生和《混凝土結構基本原理》課程特點，分析了課程改革思路和課程改革過程中的四大關鍵問題，提出了四項課程改革策略。

按上述思路實踐課程改革，改變了現有教育方式下學生為了考試而死記硬背公式和概念的學習方法；借助工程案例和實驗，以學生為主體組織教學，增強學生的主人翁意識，化被動接受為主動吸收，提高學生分析和解決工程實際問題的能力，為畢業設計和以后學習工作打下扎實基礎；并且利用有限學時，通過搭建鋼筋混凝土構件的知識邏輯關系網，提高學生對專業知識整體的理解程度和應用能力。對完善土木工程專業課程建設、提高學生整體水平、培養契合時代需求的應用型土木工程專業人才具有重要意義。