新工科背景下應用型本科高校教學改革分析——以混凝土結構基本原理課程為例

王素萍

（鄭州商學院建筑工程學院 河南 鄭州 451200）

為了適應科學信息技術的發展，支撐服務創新驅動發展，教育部積極推行了新工科的學科建設，先后形成了“北京指南”“天大行動”和“復旦共識”，發布了《關于推進新工科研究與項目的通知》和《關于開展新工科研究與實踐的通知》兩個關于新工科教研的通知，新工科的專業建設與新工科背景下傳統工科教學的課程改革成了高校教育界的熱門議題，促進了我國高等教育的發展。[1-3]

新工科專業主要以互聯網與工業智能為核心，涉及新興產業的專業，如大數據、云計算、虛擬現實、智能科學與技術等工科專業，同時將新專業用于傳統的工科專業中，滿足新興產業與新經濟形勢的需求，使學生成為有一定實踐創新能力和國際競爭力的高素質復合型新工科人才。

混凝土結構設計原理課程是土木工程專業的必修課，主要講述建筑結構基本理論與基本構件的設計原理，結合混凝土結構設計規范，課程內容包含了基本概念、計算公式的推導與應用、基本構件的簡單構造要求，學生要有一定的高等數學、力學、建筑材料等相關知識基礎，課程內容的理論性強；其后續課程混凝土結構設計和混凝土橋梁設計都屬于專業課，主要講述樓蓋、單層廠房、高層建筑、公路橋梁、拱橋等建筑結構的設計。傳統的教學方式主要以理論教學為主，知識的傳遞僅僅通過課堂上教師的講解，人才培養的模式已經不能滿足當前科技信息技術的發展。現以新工科為背景，探討混凝土結構設計原理課程的教學改革，目的是提高教學效果，提升應用型本科學院土木工程專業學生的社會適用性，滿足社會變革的需求。

一、混凝土結構基本原理課程教學現狀

1.課程內容簡述

混凝土結構基本原理課程主要以基本構件（梁、板、柱等）為基礎，分析各種構件的受力性能，計算截面承載力，滿足構造要求的同時對構件進行截面設計。本課程主要包含混凝土結構內容的簡述、混凝土結構材料的物理力學性能、基本構件（拉、壓、彎、剪、扭）的截面設計、混凝土的變形和預應力混凝土構件等章節。[4]其內容以理論為主，包含的工程實例較少，教材的編寫是在混凝土結構設計規范的基礎上進行的，知識的應用與后續課程的聯系度不高。課程中的公式推導過程復雜，基本構件的受力性能分析難以理解，符號和公式繁多，截面設計的結果不唯一。如受彎構件正截面受彎承載力的設計計算與后續課程受剪、受壓、受拉和受扭基本構件的截面設計計算關聯度比較高，這部分內容在課本編著中所占的篇幅比較大，受彎構件正截面受彎性能的理論性強，正截面受彎構件計算原理基于理論分析與數學知識的結合，較難理解，截面設計的計算過程僅對此部分運用，同時要滿足構造要求。整個課程內容編寫基本都是基于這種模式，先對基本構件的破壞形態分析，進而進行截面設計與計算。

2.教學過程

傳統的授課方式大多是教師結合多媒體技術進行知識的講解，課堂活動“以教為主”，課堂是教師的“天地”，學生僅是知識被動的接收者。目前，高校混凝土結構基本原理課程的課時最多56學時，有的48學時。本課程知識點較多，設計推理過程復雜，課堂教學活動基本都是理論知識的講解，講解過程比較抽象，實驗教學與實踐教學環節開展較少，學生對各種構件的破壞形態沒有直觀的認識，對理論推導與設計部分理解不夠準確，不能很好地將理論學習運用到工程實際中。學生的學習興趣不高，學生與老師的課堂互動較少，學生課堂參與度偏低，教學效果不理想。

本課程開設的時間一般在大三上學期。前期，學生通過理論知識的學習掌握的學習方法最終求得結果都是定值。本課程作為結構設計的基本原理，基本構件的設計結果不唯一，設計過程除了運用課本中的理論推導公式或者經驗公式進行計算，還需要滿足建筑結構的構造要求。[5]這與之前學生的學習方式不一樣，求解的過程也不一樣，對大部分學生來說，這種轉變較難接收。

鄭州商學院作為應用型本科學院，土木工程專業的學生除了四年制本科學生以外，還有專升本的學生，學生對先修課程力學與高等數學相關知識的掌握程度、應用能力，以及學生的學習能力與接受能力都存在一定的差異，課堂教學以理論講授為主，缺少實驗與實踐教學，無法保證教學的質量。當前社會對大學生尤其是工科畢業生的實踐能力和創新能力要求比較高，學生走出校門，大都無法適應。

二、混凝土結構基本原理課程教學改革的內容

1.采用多維度的教學形式

混凝土結構基本原理課程包含的內容多，知識點瑣碎，理論公式推導過程與相關構件構造要求占了很大篇幅。作為應用型本科院校，由于土木工程專業生源包括兩部分（四年制本科+專升本），學生的學習基礎、理解能力差異較大。鑒于此，采用超星學習通軟件，建立整個課程的教學微視頻，微視頻主要包含基本構件不同受力狀態下計算公式的理論推導和基本構件經典例題的講解。在課堂教學中沒有完全理解的學生，可以利用自己的課余時間重復觀看相關理論知識的講授視頻，加強對理論知識的理解，提高學習效率。

本課程包含大量的圖表、公式，采用多媒體與板書結合的教學形式，制作高質量的課件，放入大量的工程實例圖片，同時在課堂教學中，不拘泥課本內容、PPT課件和板書，適當加入基本構件破壞形態的小視頻，增加一定的工程實例。PPT制作過程中，對于基本構件的設計過程多采用流程圖的形式呈現，方便學生做筆記與記憶。如講授受彎構件承載力的計算時，適筋梁破壞是三個受力階段和受彎構件的3種破壞形態，理論講解的同時運用試驗小視頻，學生可以通過試驗視頻對受彎構件的受彎性能有更直觀、更感性的認識；板書設置要有條理性，對于經典構件的典型例題講解不能過于依賴多媒體教學，要采用板書的形式，在計算的過程中，啟發學生思考，幫助學生提高運用知識的能力。

2.增加課堂互動，啟發學生思考

要達到良好的課堂教學效果，就一定要有教學互動，在互動中發現問題，解決問題。在課堂師生互動中，教師教學設計要合理，依據各章節之間的關聯性，利用啟發式教學和對比教學，引導學生主動思考，主動形成知識體系，提高學習效率。如第三章3.3正截面受彎承載力的計算原理，本節內容運用到材料力學中的知識，鋼筋、混凝土的應力應變關系、高等數學微積分運算等，在教學中，利用啟發式教學，設定問題，讓同學運用已有知識主動思考，積極參與回答，形成師生互動。對參與互動的學生增加平時成績，學生的參與積極性大大提高。第五章5.5矩形截面偏心受壓構件正截面承載力的計算，關于大偏心構件的計算公式講解，教師利用啟發式和對比式教學，讓學生先自己推導計算公式，再講解，最后與第三章3.5雙筋截面受彎構件正截面受彎承載力的計算公式對比，教師可通過講解幫助學生形成良好的學習方法，達到事半功倍的效果。

3.增加實踐教學，提升學生的創新能力

混凝土結構基本原理課程的主要內容是設計建筑結構的基本構件，近年來，隨著我國城市規模的不斷擴大，地上與地下空間都得到充分利用，結構設計的形式越來越復雜，僅學習課本中的理論知識，無法適應社會發展對人才的需求。在教學中，充分利用課上時間，通過精美課件向學生展示大量的工程現場圖片，同時在課下定期組織學生到校園周邊或者學校的在建工程觀摩，深入施工現場，感性地認識建筑結構基本構件的施工過程，如鋼筋如何綁扎、布置、截斷，施工現場各種構件的尺寸選取問題等。[6]通過實踐教學，學生的學習興趣大大提高，不僅將理論知識與實踐聯系起來，創新能力也得到一定提高，為后續參加結構模型或者結構設計競賽打下一定的基礎。

4.豐富師資隊伍，提高教學質量

學校專職教師中，青年教師所占比重較大，應定期組織集體備課、公開課活動，同時選派青年教師到省內知名學校（鄭州大學、華北水利水電大學等）進行短期學習，提升青年教師的教學技能。依托學院建立的科研平臺——工程技術研究中心，鼓勵教師積極參與科學研究，科研能夠促進教師的專業知識不斷更新，提升教師的自學能力、研究能力、思維與創新能力、表達與組織管理能力等。通過教學改革研究，將最前沿的知識運用到課堂教學中，在學生心中樹立學術權威。近年來，學院與數家建筑設計、施工單位建立校企合作關系，成立校企合作基地，定期組織青年教師到校企合作單位學習建筑施工現場知識，豐富教師的工程實踐經驗，為“雙師型”教師的培養與評選認定奠定了基礎。教師是終身學習的職業，不能局限于課本，要積極充實自己的知識庫，確保每節課教學內容豐富多彩，教學進度要滿足大綱要求，合理設計教學環節，保質保量地完成教學任務。

5.考核方式的改革

傳統的考試方式包含期末卷面成績和平時成績，通過簡單的權重相加求和，作為學生的期末總成績。大部分高校期末卷面成績占60%—70%，平時成績占40%—30%。平時成績中作業成績占比較大，但是筆者在教學實踐中發現，學生抄作業現象嚴重，教師很難判斷學生作業的真實情況與知識的掌握情況。鑒于此，把學生分組，對于理論性強的章節，在課堂教學中預留5分鐘左右的時間討論，根據每組學生的課堂表現情況評分，并劃入平時成績中，作業完成情況和考勤作為另一部分成績。由此，期末成績變為課堂分組討論（20%）+作業完成情況（10%）+考勤（10%）+期末考試成績（60%）。此種考核方式改變了平時成績的劃分方式，激勵每個學生都參與到課堂教學環節中，保證了課堂的教學效果，減少了作業抄襲現象，對學生的學習有一定的促進作用。

三、結語

信息化技術的快速發展，使傳統的工科教育無法滿足社會變革對工科人才的需求，新工科的學科建設勢在必行。混凝土結構基本原理作為土木工程專業的專業基礎課，是學生學習后續專業課程、完成畢業設計的基礎，也是基礎學科與專業核心課程聯系的紐帶。該課程理論性較強，教學過程多采用傳統的教學方式，學生對知識的實際應用程度較低。改革教學方式，能促進教學效果的提升，提高學生對該課程的學習興趣，提升學生的創新與實踐能力，確保培養的人才能夠滿足社會發展的需求。