重塑課程內容創新教學方法

何穎成 徐冰峰

摘 ?要：提出創新思路，優化課程目標，重塑課程內容，根據教學內容定位主線、抓重點、分散難點、總結學生的疑問、引導學生學會解決問題，破解課程知識內容多、課時少的難題。從理論和工程應用兩方面強調課程內容廣度和深度，加大信息量，激發學習興趣;將學術研究、科技發展前沿成果引入課程，科學“增負”，培養學生深度分析、自學能力，引導學生對復雜工程問題的探索，提升就業和執業能力，培養學生勇于創新的能力及嚴謹深入的治學精神。增加學習過程性考核的比重，全面評價學生的學習效果。

關鍵詞：工程荷載與可靠度設計原理;重塑課程內容;創新教學方法

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2021）15-0043-04

Abstract： This paper puts forward innovative ideas， optimizes the curriculum objectives， reshapes the curriculum content， according to the main line of teaching content， grasps the key points， disperses the difficulties， summarizes students' questions and guides students to learn to solve problems of more knowledge content and less class hours. The study not only emphasizes the breadth and depth of the course content from the aspects of theory and engineering application， but also increases the amount of information， stimulates the interest in learning. It introduces the cutting-edge achievements of academic research and scientific and technological development into the course， scientifically "increases the burden"， cultivates the students' ability of in-depth analysis and self-study， guides the students to explore complex engineering problems， improves the employment and practice ability， and cultivates the students' innovation ability and rigorous in-depth ability ， the spirit of learning. The proportion of learning process assessment and comprehensively evaluate the learning effect of students are increased.

Keywords： Engineering Load and Reliability Design Principle; reshaping course content; innovative teaching methods

隨著后現代大學教育時代的到來，為教學的創新帶來了機遇與挑戰。本課程圍繞創新教學的四大基本原理：知識建構性原理、能力實踐性原理、創新挑戰性原理及評價過程性原理[1]，結合自身特點進行教學創新嘗試，樹立課程建設新理念、推動課堂“革命”。

一、結合學情分析調整教學目標

（一）學情分析

本課程屬于專業基礎必修課，是土木工程專業重要的工程結構教學內容。課程的主要任務是掌握荷載的分類及重力、土壓力、水壓力、風荷載、地震作用、溫度作用等重要荷載的概念、原理和計算方法，課程知識涉及土力學、鋼結構設計、混凝土結構設計、高層建筑設計、工程抗震等多門專業課，內容多、概念多，內容跳動大，邏輯性不強，學生不易掌握，學習興趣不濃。課程要求掌握結構荷載和抗力的隨機概率模型建立方法、荷載與結構抗力的統計分析和基于結構可靠度理論的荷載抗力系數設計法;結構可靠度分析、結構概率可靠度設計法，可靠度理論、隨機過程知識點超出本科生的學習內容，數學理論難懂、易忘，課堂教學平淡、不易掌握。在實際工程應用中涉及多本規范，需要老師花大量時間備課、查資料，精心提煉講課內容，深入淺出，講解易理解、方便總結記憶;課后答疑、加強與學生討論交流總結、提高學習興趣，幫助學生復習鞏固，才能提高教學質量。

（二）以學生為中心提出教學改革總目標

我校在土木工程專業通過教育部評估和建設部專業認證促進下，堅持“以評促建、以評促改、以評促管、評建結合、重在建設”的指導思想，從專業建設、實驗室改進、師資隊伍建設和學生外語水平提升等方面進行了扎實改進和實踐，取得一定效果[2]。本課程的教學改革是堅持以學生為中心，建立高標準的教學質量管理體系，全面提高人才培養質量的具體實施。

我們將原課程具體目標（掌握工程結構荷載的計算方法，掌握結構荷載與抗力的隨機概率模型建立方法和基于結構可靠度理論的荷載抗力系數設計法，能夠綜合應用土木工程專業的基礎理論知識，創造性地解決工程實際中的問題，并具備初步的設計、科研能力）提升為“研究型”課程目標[3]，從重點強調學生的知識和技能目標，轉變成教學過程中對學生情感、態度、價值觀的培養;關注學生的學習過程、學習策略和主觀能動性和主動參與性。具體提出三個方面的要求：

1. 思想素質層面的要求

將文化自信、科學探索、工匠精神、愛國情懷有效地融入教學，鼓勵學生通過努力學習，掌握先進科學技術，具有人文社會科學素養、社會責任感。通過課程的學習，能夠在土木工程實踐中理解并遵守工程職業道德和規范，履行社會責任。

2. 知識技能層面的要求

具備本課程堅實的基礎理論知識及應用能力。能夠運用數學、力學等知識進行分析及公式推導，建立基本公式，并正確求解。能夠熟練使用專業相關規范和圖集，結合本課程的知識解決實際工程問題。能夠將數學、自然科學、土木工程的基礎和專業知識用于解決復雜土木工程問題。

3. 能力培養層面的要求

通過理論教學、工程問題深入分析，激發學生探究興趣，培養學生的自學能力、信息獲取以及積極思考的能力;通過探究式學習討論、收集資料整理調研報告，培養學生的創新意識、基本的研究能力;具備團隊合作意識并在團隊合作中培養自信心。

落實具體實施原則[4]：

“教學設計”從強調知識的系統傳授變成注重能力培養;關注學生畢業時的技術能力和非技術能力對應的培養環節（課程、實驗、實踐、創新、設計、活動等）內容和效果。

“教學過程”從重視教師傳授知識、強調個體記憶式學習變成重塑知識點，通過“任務驅動法”、布置任務、學生預習或收集資料，討論、課堂分析總結，通過“讀書指導法”“自主學習法”結合，讓學生經歷獲得知識、鞏固知識、培養自學能力的育人全過程。

“教學評價”從學生閉卷考試檢查學生的學習效果、學生的成績測評衡量教師教學水平變成更加關注學生學習能力評價、學習過程評價、研究能力和創新能力的評價。

二、對標國內一流大學教學內容、教學方法，提出創新思路

（一）從“知識課堂”變“能力課堂”

采用任務驅動教學法布置探究內容，例如講“橋梁風荷載”課前，布置作業要求完成“懸索橋與斜拉橋調研報告”，同學從未涉及該方面知識，通過查資料、自主學習、思考、小組討論整理提交報告。通過參與式的學習，讓學生親身感受到學習的對象，體會到學習的價值。課間教師分析歸納，對調研報告撰寫內容提出要求（兩種橋的受力特點、施工方法、破壞案例），提醒同學注意不應該僅關注世界著名懸索橋與斜拉橋外形尺寸;指導學生從力學角度分析懸索橋與斜拉橋比其他橋跨越能力強的特點;從受力體系定性分析斜拉橋穩定性更好的原因，培養學生深度分析問題的能力。在介紹近現代懸索橋與斜拉橋先進設計方法時，不能忽略中華民族是懸索橋型的設計首創者、施工方法的創新者，曾對橋梁發展做出過巨大貢獻，激發學生的愛國熱情和民族自豪感。引入橋梁科研、設計、施工新技術介紹，鼓舞同學認真學習，弘揚愛國主義的民族精神和改革創新的時代精神。將調研報告學習變成培養學生自學能力、深度分析能力、合作和勇于創新能力的教育。

課后要求各小組相互認真閱讀“懸索橋與斜拉橋調研報告”，學生相互交流和互相啟發，根據調研報告的內容要求，相互評分，取長補短，教師答疑。通過不同視角來構建一個完整的認識，收獲到認識世界的樂趣。學生對知識點全過程主動參與學習、提問、討論、總結，效果顯而易見。

（二）從“重教輕學”走向“學以致用”

本課程知識涉及多門專業課內容多、概念多，只能抓重點，講清難點[5];同時分析學情，在教學的每個環節幫助學生;根據教學內容，重構知識內容，定位主線、分散難點、分析總結學生的疑問、引導解決。有別于之前課堂講概念、公式，學生由被動接受變成主動參與應用的探究式學習者，激發了學習興趣、求知熱情。例如講授“風荷載體型系數”一節，以學生學習為中心，從學生的角度出發思考問題，先通過視頻、圖片讓學生具有風荷載對建筑作用的感性認識，再進行風荷載體型系數的理論公式推導說明，結合重慶國際開發金融中心工程實例講解計算機數值模擬獲取風荷載體型系數[6]、風洞試驗獲取風荷載體型系數數據的過程[7];提出工程實例風荷載體型系數的實際值與《建筑結構荷載規范》《高層建筑混凝土結構技術規程》規范的相關條款取值的差異，讓同學思考、分析荷載規范并沒有細化高度對體型系數的影響，得出荷載規范的體型系數取值比試驗結果偏保守的結論;另由于弧形建筑表面，氣流產生的渦旋脫落現象嚴重，體型系數有別于規范規定的矩形平面建筑迎風面絕對值大，側風面絕對值小的結果。最后由工程個案分析，歸納總結各種建筑平面體型系數，并比較高度相同建筑在風荷載作用下的頂點位移，總結出有利于抗風的建筑體型順序。同時結合高層建筑為減小風荷載采用“卸風”體型設計，引出風力發電的創新思考。從風荷載對結構作用的感性認識、理論、試驗數據、數值模擬數據、工程規范取值、結構設計選型順序、風力發電為主線完整重塑知識內容;教學內容豐富信息量大，提出創新思考，激發學生對新知識的學習興趣。但如何解決難點？面對規范繁雜的條款，學生該如何學習領會？課后要求同學查閱有關矩形平面的風荷載體型系數取值在兩本規范中6個條款及條文說明[8-9]，學習如何在工程設計中應用規范、取值并進行交流、討論、解答。同時布置復習作業，閱讀教學ppt中引用研究生論文風洞試驗研究的相關內容[6]，學習分析討論，培養學生的自學能力，讓學生主動學習，學會應用。授之以魚不如授之以漁。

（三）提升工程應用的廣度和深度

創新型教學需要開放型知識觀，生成更加豐富的知識結構和人生經驗。在工程應用方面增加廣度，考慮到學生來自房建、道路橋梁專業，為開拓學生的視野，課程介紹了房屋建筑、橋梁工程涉及的《建筑結構荷載規范》《高層建筑混凝土結構技術規程》《公路橋涵設計通用規范》《公路橋梁抗風設計規范》的相關設計標準，擴大知識面，作為適當增負的嘗試。學習規范、尊重規范，當教會學生不盲從，例如講建筑結構活荷載取值時，介紹《建筑結構荷載規范》表5.1.1民用建筑樓面均布活荷載的取值規定，分析表中第8項單向板、雙向板消防車活荷載取值規定的界定，有明顯的疏漏，讓設計者取值無從下手。結合注冊結構工程師考試輔導資料及備考視頻學習，教師進行案例分析做出改進補充內容，完善取值的規定，勇于面對權威的“失誤”，培養學生的科學辯證思維。

課程適當增加工程應用深度，既講各種結構荷載分析、內力分析，同時介紹目前工程設計常用分析軟件，采用的分析手段，引導學生通過課題組建立的學習資源網絡對復雜工程問題的探索，提升就業和執業能力，體現出教師培養創新人才的引導作用。

（四）注重理論更新和適當簡化高數理論

在理論教學方面：課程內容強調廣度，例如，分析塔科馬大橋破壞，早期認為是渦振引起，隨鈍體斷面的分離流顫振理論的不斷發展，通過試驗證實顫振是導致最終破壞的原因。與學生交流總結工程事故教訓，更注意學術理論的不斷深入發展。在整個課程教學中緊跟科技步伐，適當引入國內外研究的最新成果，增加學生的學習興趣。重視課程的理論深度，講解結構可靠度分析理論時，適當引入《建筑結構荷載規范》規范編制時荷載分項系數討論，讓學生關注工程應用問題的復雜性，培養嚴謹深入的治學精神。

對結構可靠度指標計算，講解驗算點法涉及本科高等數學、概率理論沒有討論的多元函數級數展開的相關知識，進行適當簡化，直接講當量正態化、計算方向余弦、求出驗算點坐標與可靠指標間的關系、求解可靠指標、得可靠指標求解驗算點坐標新值的應用步驟。突出重點，強調工程應用。

（五）適當增負、注重過程性考核

教學過程的轉變對教師也是挑戰。要求教師具有豐富的教學、學術研究經驗，熟知規范，了解學科的前沿動態，掌握科研的方法。需要精心準備課程內容，教研室工程荷載與可靠度設計原理課、混凝土設計原理課、混凝土結構設計課老師共同組建綜合課程庫，將老師各課程收集到的資料分類整理上傳，按教學課件庫、習題試題庫、多媒體庫、規范庫、應用軟件庫、注冊結構師考試輔導庫分類管理，依靠集體力量，豐富教學資源，重塑課程內容應用于教學;同時作為學生學習的開放資源庫。

在整個教學中，教師不僅關注知識內容，為學生設計知識重構，還要關注學生的知識、經驗、興趣、情感、價值觀，不是為自己設計知識傳遞活動，教師是學生學習過程的引路人，應根據學生學習的實際情況展開而做靈活的調整。

課前發出課件，要求學生課前預習思考題30分鐘，讓學生思考課程的關注點，課中答題、討論互動、學生發表觀點，師生進行討論，課后布置習題、慕課學習、課外閱讀、完成作業、網絡討論和自主學習投入3～4小時。通過上述教學過程，引導學生自主學習。

通過出勤，課堂表現，檢查學習態度;調研報告及討論，檢查知識應用能力和知識歸納總結能力;平時測驗，檢查基本知識掌握情況。根據過程性考核評估學生學習效果，有針對性地調整教學及督促學習欠佳學生進步;對課堂測評、作業測評結果反饋，有針對性地調整教學安排。增加出勤、課堂表現、調研報告、作業測評、階段性測試等過程性考核的比重，過程性考核取得的成效證實：可以全面評價學生的學習態度、專業知識的掌握、研究能力和思維方式的轉變，達到測評學生綜合素質的目的。

改變了“滿堂灌”方式，采用啟發、討論、學生展示、講評和案例教學方式，引導學生積極主動的思考，提高學生分析問題的能力。

三、結束語

為分析課程教改后的教學效果，我們對2018級學生進行調查，通過雨課堂對學生部分問卷調查結果統計整理見表1。

由此可見，學生對教學改革的整體設計、教學內容和教學效果滿意;對教師的教學態度、授課情況、教書育人和立德樹人方面的評價較好。將“終結性考核”變為“過程性考核”受學生認可。

院系領導聽課評價，教學改革思路清晰，理論聯系實際、啟發性較強，能有效調動學生思維、課程內容豐富、重點突出條理清楚。經多年的教學實踐，過程性教改已取得成效，課程質量檔次已獲批校級國內一流課程質量建設。我們認為教學效果較好，具有持續改進的條件，有推廣應用的價值。

參考文獻：

[1]劉雋穎.大學創新教學的四原理[J].蘇州大學學報（教育科學版）， 2017，5（4）：28-35.

[2]工程教育認證自評報告[R].昆明理工大學土木工程專業，2017-3-2.

[3]田芬.我國高校創新人才培養目標的提出與實踐[J].蘇州大學學報（教育科學版），2017，5（4）：20-27.

[4]王洪才.論大學傳統教學與大學創新教學[J].蘇州大學學報（教育科學版），2017，5（4）：10-19.

[5]李國強.工程結構荷載與可靠度設計原理（第4版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[6]錢曉鈁.超高層建筑風荷載數值模擬及試驗研究[D].重慶：重慶大學，2010.

[7]楊忱.基于數值風洞模擬的超高層建筑風荷載特性研究[D].武漢：華中科技大學，2016.

[8]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑結構荷載規范：GB50009-2012 [S].北京：中國建筑工業出版社，2012.8.1.1條、8.3.1條、8.3.2條，對應條文說明.

[9]中華人民共和國住房和城鄉建設部.高層建筑混凝土結構技術規程：GB50009-2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.4.2.1條-4.2.4條，對應條文說明.