混凝土結構基本原理創新教學方法與實踐

馮然 劉佳睿

摘要：混凝土結構基本原理是土木工程專業的核心必修課，也是土木工程專業學生較早接觸的專業基礎課之一，是后續幾乎所有專業課程學習的前期基礎，其重要性不言而喻。該課程教學內容多，涉及的理論知識面廣，而教學學時極為有限，是一門教學難度較大的專業課程。為適應課程的教學特點，從培養學生的學習興趣出發，針對目前教學過程中存在的問題，從培養學習興趣、教學方式、課后指導、雙語教學以及課外活動方面提出了一系列創新的教學方法。實踐表明，創新的教學方法培養了學生的學習興趣和科研興趣，提高了學生自主學習的能力，拓寬了學生的眼界，明確了學生的發展方向，為日后的學習、工作和深造奠定了堅實基礎。

關鍵詞：混凝土結構基本原理;專業基礎課;教學方法

中圖分類號：G642.0;TU375 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2020）04-0072-06

土木工程是指基礎設施的設計、建造和維護，是一門專業性和實踐性都很強的工程學科，中國開展土木工程學科高等教育已有將近一個世紀的時間。混凝土結構基本原理是土木工程專業的核心必修課程，主要內容包括混凝土結構的發展與設計方法、混凝土結構材料的力學性能、混凝土構件的承載力設計、混凝土結構的變形和耐久性設計、預應力混凝土構件的設計[1]。目前，世界上大部分工程結構均為混凝土結構，因此，該課程與實際工程聯系緊密，主要培養土木工程專業學生對混凝土結構基本構件的設計能力，對混凝土結構基本工程問題的分析和解決能力，為后續專業課程，如混凝土與砌體結構設計、高層建筑結構設計、建筑抗震等的學習奠定堅實的理論基礎。

隨著全球化進程的加快，用人單位對具有國際競爭力的工程人才需求日益增加，越來越重視對國際化人才的培養。教育部2001年印發的《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》指出：要在高校公共課程和專業課程中積極推動使用英語等外語進行教學[2]。在該意見提出的十幾年來，全國各大高校在雙語教學實踐中進行了探索，并取得了一定的成績。土木工程是一門全球性學科，混凝土結構基本原理是土木工程專業最重要的專業課程之一，但各國制定的規范在混凝土結構的設計方法和思路上存在一定差別，因此，為培養學生的國際視野，開闊學生眼界，提高土木工程專業學生的國際競爭力，在土木工程學科中的重點課程開展雙語教學是非常必要的[3-5]。

混凝土結構基本原理的教學工作主要分為3個部分，即理論教學、實驗教學和課程設計。如何激發學生的學習興趣，提高學生對專業知識與設計方法的理解和掌握程度，確定英語與母語的使用比例，并將原本“枯燥乏味”的規范條文講得生動有趣，是主講教師需要認真思考的問題。如何讓學生在教學過程中深刻理解基本的理論知識，掌握基本構件的設計方法，并能熟練解決工程實際問題，是主講教師在設計教學方法時的基本出發點。學生對教學內容是否感興趣，以及對相關知識的理解和掌握程度是衡量教學效果的主要標準。

一、教學過程中出現的問題

目前，中國幾百所高等院校平均每年向國家輸送幾萬名土木工程專業的畢業生，但據工程建設單位反映，土木工程專業的畢業生力學概念和常識較差，只知道照搬公式、照抄規范，缺乏獨立思考能力[6]。因此，專業課程的主講教師在教學過程中不能照本宣科，一味讓學生背公式、記規范，否則，“人才”將培養成只會運用工具的“工匠”。混凝土結構基本原理教學內容多，涉及的知識面廣，既有理論推導和實驗研究，又需要實際工程經驗，是一門教學難度較大的專業課程。而該課程的教學學時極為有限，住房和城鄉建設部2011年頒布的《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[7]僅建議60個學時，部分高校安排的教學學時更是低于該標準，因此，在教學過程中有很多課程內容無法詳細展開，學生難以充分理解課堂上講授的理論知識，只能依靠死記硬背，從而逐漸失去對這門課程的學習興趣。

對哈爾濱工業大學（深圳）土木工程專業碩士研究生新生專業英語詞匯掌握程度的調查發現，大多數學生專業英語詞匯掌握程度較低，有的學生甚至連一些基本的專業英語詞匯都沒有掌握。出現這種情況的原因可能是：在僅有的教學學時內，連教材內容都很難全面講解，更不用說進行雙語教學;學生對新知識的吸收能力有限，很難在短時間內掌握外語表述的概念;重視程度不夠，專業英語掌握能力未列入考核內容。

鑒于此，為激發學生對混凝土結構基本原理的學習興趣，提高課程的學習效率和對專業英語的掌握程度，培養學生獨立思考的能力，結合多年的教學實踐經驗，提出一系列創新的教學方法與實施建議，供廣大土木工程專業課程主講教師參考借鑒。

二、教學方法的創新與實踐

（一）注重培養學生的學習興趣

混凝土結構基本原理是土木工程專業學生較早接觸的與實際工程緊密聯系的專業課程之一，學生在剛開始接觸這門課程時，往往抱有新鮮感和好奇感，如果能適時激發學生的學習興趣和熱情，培養學生良好的學習習慣，必將極大提高學生的學習效率，事半功倍，從而進一步增強學生學習該門課程的興趣，形成良性循環。結合多年的教學實踐經驗，總結了以下幾點方法：

（1）善用多媒體技術。由于該課程包含較多的基本概念、圖和表格，采用傳統的板書形式，學生很難做到全過程集中注意力記板書、聽講解，教學效率低[8]。因此，在教學過程中需要善用多媒體技術，在每一個基本概念講解后配上相應的圖片，在教學課件中引入經典工程的施工圖片和現場視頻、經典實驗的圖片和視頻，不僅縮短了板書和講解時間，而且有利于激發學生的學習興趣和科研熱情，使學生在集中注意力聽完概念或理論的講解后，通過視頻和圖片緩解學習疲勞、增長見識、加強記憶。同時，通過介紹經典工程中的施工方法、施工技術、新材料、新工藝，以及經典實驗中采用的實驗方法、實驗技術和注意事項等，豐富教學內容，讓學生對土木工程專業未來的發展有一定程度的了解。值得注意的是，多媒體技術雖然節約時間，但對于公式推導，運用多媒體技術易造成教學進度過快，學生跟不上教學節奏的問題，此時應將傳統的教學方法與多媒體技術結合，如，在講解混凝土構件的破壞現象時，可以運用多媒體技術播放相應的實驗動畫或視頻，讓學生對不同的破壞模式有一個感性的認識，在應力分布和公式推導部分，宜采用板書形式，一步步推導和講解，加深學生對公式演變的理解。

（2）巧用數值的表達方法。在教學過程中，學生對平淡的講述方式往往會感到厭煩，從而對一些基本概念沒有較為明確的認識。“混凝土的抗拉強度遠小于抗壓強度”這一基本概念，如果表述為“混凝土的抗拉強度約為抗壓強度的1/16～1/10”，則能在學生的腦海中形成清晰的印象，加強學生對混凝土抗拉強度低的認識，自然在后續的受彎構件設計中不會考慮受拉區混凝土的貢獻。

（3）勤用工程實例。在講解混凝土構件的構造措施時，列舉與基本概念相對應的工程實例，有利于加深學生對這些構造措施的理解。例如，“鋼筋加密區與非加密區”“鋼筋的連接與錨固”“架立筋、腰筋、鴨筋和浮筋”等，如果只簡單介紹基本概念，學生由于沒有實際工程經驗，很難知道這些構造措施究竟是什么，起什么作用，就算在課堂上記住了這些基本概念，在實際工程中也很難分辨。

（二）緊抓教學內容中出現的共性問題

在教學過程中，應注重每個章節的共性問題。抓住共性的問題展開深入講解，學生會更容易理解，也有助于提高學習效率。針對較難理解的設計公式，要以學生能接受的方式逐步推導，并引導學生理解公式推導思路，而不是單純讓學生記憶公式。如，混凝土受彎構件和偏心受壓構件的設計公式都是基于平截面假定、力和力矩平衡條件推導出來的，且計算簡圖類似，只需要理解和掌握其中一種構件的計算簡圖和設計公式，其他相似受力構件的設計和計算自然迎刃而解。對于混凝土受彎構件承載力計算公式的推導，首先可解釋公式中各部分表示的含義，公式中的各項材料性能參數可根據《混凝土結構設計規范》[9]查表求得，然后講解各種類型題目的解題思路，求解受壓區和受拉區鋼筋的截面面積，并對截面配筋和混凝土受壓區高度進行驗算，分別判斷是否滿足承載力和適筋梁的要求。對于其他類型構件的公式推導和計算，解題思路是一致的，均按照畫出計算簡圖→給出力的平衡方程和力矩的平衡方程→求配筋或驗算截面的流程進行計算。引導學生理解公式推導的思路，不僅能幫助學生記憶公式，更有利于激發學生的學習興趣，達到事半功倍的學習效果。

（三）注重理論與實際相結合的實驗教學模式

實踐是檢驗真理的唯一標準。在教學過程中，不能只重視理論教學，而忽視實驗教學和課程設計。學生在實驗教學和課程設計中可以學到平時在理論教學中沒有注意到的知識點，進一步加深對書本上重要知識點的理解和掌握。學校十分重視本科生的實驗教學，每年投入大量經費用于實驗設備的采購和更新，以及實驗試件的設計和加工，為實驗教學的順利開展投入了大量的人力和物力。如，混凝土適筋梁、超筋梁和少筋梁的實驗教學，學生自主設計實驗方案和實驗試件，由主講教師審核確認，再聯系相關加工廠家制作試件，預約實驗場地。實驗過程中安排實驗員與課程助教共同指導學生安裝實驗設備，布置測量儀器，開展實驗并記錄實驗現象和實驗數據。實驗教學不僅加深了學生對不同配筋率的混凝土梁破壞模式的理解，認識了理論推導公式與實驗結果的差別，而且使學生有機會提前接觸科學實驗，提高學生的動手能力，培養學生的學習興趣和科研熱情。

在課程設計的教學中，主講教師會預約專門的設計教室供學生進行課程設計，并通過布置設計任務，引導學生自行查找相關規范和參考書籍，獨立完成設計任務。在課程設計的整個過程中，主講教師和課程助教輪流在設計教室為學生答疑，確保學生在課程設計過程中遇到問題能及時解決，提高學生課程設計的質量，增強學生對結構設計的興趣。

（四）注重課后指導

學生在課堂教學中所學的知識，很難在短時間內消化、吸收，而且在此過程中，又會發現新的問題，如果不及時解決這些問題，累積的問題會越來越多，不僅影響學生對所學知識的消化和吸收，而且有可能打擊學習的積極性。此外，對于一些較難理解的內容，一個知識點沒能及時理解可能導致學生整節課都沒聽懂，而由于教學學時有限，主講教師不可能重復講解課程內容，因此，為不影響學生的學習進度，課后指導尤為重要。學校非常重視本科課程的理論教學，建立了課程助教制度，選拔優秀的研究生擔任課程助教，幫助本科生及時解決課程學習中遇到的難題，如果課程助教發現大多數學生都存在的共性問題，或對某一章節的知識點掌握程度較低，則會及時將問題反饋給主講教師，主講教師在課堂上有針對性地展開講解。此外，課程助教還利用課余時間對課后習題逐一詳細講解，幫助學生查找自身知識的缺漏和不足并及時更正。由此可見，課后指導是非常重要的教學環節，可以及時解決學生在課程學習中遇到的問題，幫助學生消化、吸收課堂教學中所學的知識，并讓主講教師及時了解學生對不同知識點的掌握程度，進而有針對性地調整教學內容，提高教學效率。

（五）注重雙語教學

在課堂上適當引進原版英文教材，采用英語教學有利于拓寬學生知識面，并為學生日后的科研、學習、工作和交流奠定語言基礎。但是，混凝土結構基本原理這門課程內容多，公式復雜，概念較難掌握，即便采用中文進行授課，也是難度較大的一門專業課。因此，需要制定一套比較合理的雙語教學方案，使學生能在學習的過程中掌握相關專業英語詞匯。哈爾濱工業大學（深圳）所使用的教材是“十二五”國家級規劃中文教材[1]，因為學生英語水平參差不齊，盲目選用英文教材對英語水平不夠扎實的學生會造成很大的學習負擔，導致“上課講不深，學生學不進”的現象。在教學方法上，考慮到班內的學生英語水平不一致的情況，采用國內大學較為通用的嵌入式教學模式[10]，根據學科特點，確定在課堂上第二語言與母語所占的比重。在教學過程中，確定英語和母語在每章節所占的比重尤為重要，倘若英語教學占用比重較大，得到的效果往往適得其反。在《混凝土結構設計原理》[1]中，前兩章的內容主要為基本概念，介紹混凝土結構的發展歷史與設計方法的演化、混凝土結構材料的力學性能和結構設計方法等，與前期學習的專業基礎課教學內容，如建筑材料、建筑結構荷載等有較多重疊，且內容相對于后續的理論推導課程較為簡單，因此，在這兩章中可側重于英語教學，通過逐步滲透的方式讓學生慢慢掌握相關概念。

首先，引出每節課需要掌握的重點詞匯。課前，提出這節課所需要掌握的重點詞匯，并在講述到相應內容時，對重點詞匯進行講解，加強學生記憶。例如：鋼筋混凝土的英文為“reinforced concrete”，因為以前的混凝土構件是沒有鋼筋的，容易開裂，承載力低，延性也很差，研究發現，在混凝土受拉區預埋鋼筋可顯著提高混凝土構件的承載力和延性，將這種鋼筋混凝土稱為增強的混凝土，因此，鋼筋混凝土的英文為“reinforced concrete”， “reinforcement”也衍生出鋼筋的意思。此外，混凝土徐變的英文為“creep”，混凝土的徐變是一個長期而又緩慢的形變過程，而“creep”有緩慢移動的意思，因此，將徐變這一現象用“creep”表述。在課程開始前就給出這些重點詞匯的英文單詞，讓學生思考為什么要這么表述，在講到相關內容時再詳細解釋，加深學生對專業英語詞匯的掌握程度和對相關概念的理解程度。

然后，反復強調。課后，帶領學生重復練習這節課所學的專業英文單詞，加強記憶。在后續的學習過程中，如果碰到所學詞匯，也應注意中英文的相互轉換。由于概念性的詞匯在混凝土結構基本原理課程中重復的概率大，學生在學習的過程中，不知不覺積累起專業英語詞匯量。

最后，不定期考核。利用5～10 min的課堂時間，對學生專業英語詞匯的掌握程度進行抽查，可采用課堂小測的形式，測試完畢后由助教進行批改，小測的完成情況將作為平時成績的一部分記錄在案。這種做法有利于督促學生利用課余時間復習鞏固所學的專業英語詞匯。

在后續理論推導的章節，由于推導過程復雜繁瑣，經驗公式偏多，為讓學生明白公式推導的全過程，課程講解應以中文講授為主，英文講解的重心放在解題的步驟和表述方式上。由于學生將來可能進入外企工作或出國深造，了解英文的解題步驟和表述方式將為他們未來的發展奠定基礎。

（六）重視課外活動指導

在課余時間，鼓勵和支持學生參加各類相關的專業競賽，例如：混凝土設計競賽、結構設計競賽、PKPM設計競賽等，讓學生學會將所學知識運用到實際中，從競賽中學習，培養學生的創新和實踐能力。學校大力支持學生參加各類競賽活動，并為每組學生指派研究生和教師進行相關指導和培訓，幫助學生解決各種問題，激發學生的競賽興趣。學生在參與競賽的過程中，不僅開拓了眼界，積累了大量的學術知識，也增加了自身的職業素養和學科素養[11]。

除此之外，學校的教師團隊承擔了多項國家級、省部級、市區級科研項目，其中不少是關于混凝土結構的研究項目，包括結構加固、結構修復以及結構耐久性方面的研究等，應充分利用此科研優勢，鼓勵學生積極參與科研項目的研究工作，通過參與科研活動，培養學生的科研興趣，鍛煉學生的動手實踐能力，強化對課本知識的理解，認識混凝土領域最新的研究成果和研究現狀。積極組織學生申請大學生創新實踐項目，通過項目立項到結題驗收的整個流程，熟悉科研項目的研究過程，把教材“學厚”“學精”，為今后從事科研工作打下堅實基礎。

三、結語

新教學方法的實施得到了絕大多數學生的認可，學校教務處組織的教學滿意度評價顯示，95%以上的學生對新實施的教學方法表示非常滿意。由于在教學過程中引入了大量的圖片和視頻，95%以上的學生認為教學內容豐富，課程講授生動形象，能激發學習興趣;95%以上的學生對實驗課和課程設計的教學內容和教學方法表示認可，認為能學到課堂教學中學不到的知識。根據問卷調查，課程助教制度及其課后指導對學生理解課堂所學知識起著至關重要的作用。由于主講教師平時工作較忙，難以對所有學生的問題及時指導，有些學生還存在有問題不敢問的情況，課程助教制度有效化解了這些“矛盾”。課程助教年齡與學生相近，溝通過程中不容易出現“代溝”，更利于學生自主學習。同時，課程助教還能及時向主講教師反饋教學效果，幫助主講教師及時調整教學方案。

通過課堂小測對學生專業英語詞匯掌握程度進行調查，發現大部分學生能將課上所學的專業英語詞匯記牢，少部分學生可能由于課時過短，學習量過大，有些力不從心，小測結果不理想。與學生的交流發現，仍有少部分學生認為將來不會去外企工作，也不打算出國深造，覺得學習專業英語沒用，因此，從學生為什么要學習專業英語入手，讓學生認清學習專業英語的重要性。

學生通過參加競賽、科研項目及大學生創新項目，學到很多課上沒有掌握的技能，鞏固了專業課所學的知識，也開闊了眼界。學生普遍認為，學校大力支持科研和競賽，給他們配備了專業的指導教師和研究生助教，讓他們能更好地了解新知識、新事物。今后，應更加積極地鼓勵學生參與其中，并向學生灌輸一種觀念：“只要努力參與，結果不是最重要的，過程才是最重要的。”

混凝土結構基本原理是土木工程專業極為重要的專業基礎課，但由于課程內容涉及面廣、學時有限，在實際教學過程中難免存在各種問題，為提高教學質量，需提出更多創新的教學方法。所有創新的教學方法都必須堅持以學生為本的教學理念，以激發學生的學習興趣為基本出發點，著重培養學生自主創新的學習能力和科研熱情，為學生今后的學習、科研和工作奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]東南大學， 天津大學， 同濟大學. 混凝土結構設計原理[M]. 6版.北京：中國建筑工業出版社， 2016.

[2]楚留聲， 朱俊濤， 王新玲， 等. 混凝土結構原理課程雙語教學改革與實踐[J]. 高等建筑教育， 2017， 26（6）： 72-76.

[3]高等學校土木工程專業指導委員會. 高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及教學大綱[M]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2002.

[4]徐蕾. 滲透式雙語教學在土木工程專業的實施[J]. 高等建筑教育， 2010， 19（1）： 108-110.

[5]張潞. 《混凝土結構設計原理》雙語教學實踐與探討[J]. 湖南科技學院學報， 2008， 29（12）： 25-26.

[6]徐有鄰. 授人以魚， 不如授人以漁——對混凝土結構教學的建議[J]. 東南大學學報（哲學社會科學版）， 2012， 14（S2）： 7-10.

[7]高等學校土木工程學科專業指導委員會. 高等學校土木工程本科指導性專業規范[M]. 北京：中國建筑工業出版社， 2011.

[8]夏紅春. 混凝土結構設計原理課程教學改革與實踐[J]. 高等建筑教育， 2019， 28（1）： 83-87.

[9]中華人民共和國住房和城鄉建設部. 混凝土結構設計規范：GB 50010—2010[S]. 北京： 中國建筑工業出版社， 2010.

[10]李同艷. 淺論我國高校雙語教學的三大瓶頸及其解決對策[J]. 北京大學學報（哲學社會科學版）， 2007， 44（S2）： 50-51.

[11]楊艷敏. 構建地方高校土木工程專業結構實驗教學模式[J]. 實驗室研究與探索， 2008， 27（10）： 122-124.

Abstract：?Basic principle of concrete structures is the core compulsory course of civil engineering specialty which is also the basic major course taught at the early stage of major study for the students of ?civil engineering specialty. It is the foundation of almost all succeeding major courses which is of great importance. A lot of teaching content is involved in this course which related to a wide range of knowledge. However， the class hour of this course is quite limited which make it difficult to teach. In order to accommodate the characteristics of this course a series of innovative teaching methods are proposed to develop the study interests of students and solve the problems in the current teaching including development of study interests teaching modes after-class guidance bilingual teaching method and guidance on extra-curriculum activities. ?The practical results of the innovative teaching method showed that the study and research interests of students were developed， the self-learning capability and professional English vocabulary of students were enhanced， the scope and developing trends of students were also broaden which laid solid foundation for study work and advanced training in the future.

Key words：basic principle of concrete structures; basic major course; ?teaching method

（責任編輯 周 沫）