新工科背景下“理論+實踐”課程體系改革研究
——以混凝土結構設計基本原理課程為例

胡春紅 趙宇 秦本東 李艷 孟海平

河南理工大學土木工程學院，河南 焦作 454000

新工科建設是高等工程教育為了應對新一輪科技革命與產業(yè)變革的挑戰(zhàn)而采取的積極行動，是以新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經濟對高等工程教育改革的強烈需求。新工科的“新”不僅僅是建設全新的工程學科和專業(yè)，更是要求對傳統(tǒng)工程學科和專業(yè)進行持續(xù)改進，以使工程學科、專業(yè)和人才培養(yǎng)始終處于“新”的狀態(tài)。為了貫徹落實新工科的教育教學理念，新工科專業(yè)必須及時調整培養(yǎng)目標、修訂培養(yǎng)標準和培養(yǎng)方案、創(chuàng)新培養(yǎng)模式、改革課程體系、更新教學內容等，并使這些工作成為新常態(tài)。只有這樣，才能使得新工科專業(yè)培養(yǎng)的人才始終滿足當前和未來產業(yè)發(fā)展的需要。

自新工科概念提出以來，各高校已開始從不同層面和不同方面進行改革與實踐。對廣大一線教師來說，當前急需改革的是具體課程的教學內容與教學方法，這是達到新工科人才培養(yǎng)目標的重要手段與必經之路。對于實踐性強、與工程實際聯(lián)系密切的混凝土結構設計基本原理課程來說，如果僅注重理論教學內容與方法的改革，就難以從根本上解決課程學習中存在的問題，更無法使學生的學習效果達到預期目標。本文結合自身教學實踐，針對混凝土結構設計基本原理教學中存在的具體問題，對“理論+實踐”課程體系改革進行初步探討。

一、課程教學中存在的問題

（一）人才培養(yǎng)標準提高，但課程學時縮減

近幾年來，人才培養(yǎng)方案的修訂對人才培養(yǎng)目標和學生畢業(yè)要求提出了更高的標準，但畢業(yè)總學分卻在持續(xù)降低，使得專業(yè)課學時必須縮減。混凝土結構設計基本原理課程的學時由之前的64 個學時下降為56 個學時，如果除去實驗學時，理論課學時會更少。想要在有限的學時內，在不刪減教學內容的前提下，使學生的學習達成度更高，采用傳統(tǒng)的教學方法很難實現(xiàn)。

（二）課程與工程實際聯(lián)系密切，但學生實踐經驗幾乎為零

該課程安排在第五學期，課程教學開始前學生參與過的實踐活動僅有為期兩周的認識實習，可以說是幾乎沒有什么實踐經驗。在課程的學習過程中，會頻繁用到構造要求，如樓板厚度取值100 mm 或120 mm，混凝土級別選用C25 或C30 等，這些數(shù)據(jù)或材料的選用是根據(jù)工程施工情況來確定的，但是很多學生常常是一頭霧水，有些愛較真的學生還會一再詢問怎樣計算出這些數(shù)值。

（三）課程知識點繁雜，但學生對基本概念的學習不夠重視

該課程的主要內容涉及材料性能、結構設計原理、受彎構件正截面與斜截面設計、受壓構件正截面與斜截面設計、構件的正常使用極限狀態(tài)設計、預應力混凝土構件的設計等，其中的專業(yè)名詞、不同構件的受力特點、實驗現(xiàn)象、原理分析等知識點繁雜，且相互間的邏輯性不強，對初學者來說，很難一下理清頭緒。而部分學生在學習過程中，常常不重視基本概念，淺嘗輒止，不愿深入挖掘其內在含義，這給后續(xù)內容的學習埋下了隱患。

（四）公式的建立以實驗為基礎，但教學中實驗與理論的銜接效果較差

該課程所學習的公式均是建立在實驗基礎上的半理論半經驗公式，且公式的應用還有相應的條件，學生想要把這些內容搞清楚，必須對實驗現(xiàn)象和實驗規(guī)律有充分的認識。但在課程的學習過程中，任課教師通常只負責理論講授，實驗則由實驗室教師負責，二者講解的側重點不同，導致學生無法將課堂上所學內容與現(xiàn)場實驗有效銜接，更無法認識到實驗對該課程的支撐作用。另外，學生在進行實驗時，是對已制作好的成品構件直接進行加載實驗，對構件的設計與制作過程完全不清楚，從而失去了理論與實際相結合的鍛煉機會。

（五）想建立以學生為中心的教學模式，但學生學習主動性不足

多年來，很多高校都在對該課程進行教學改革，如“激勵式”輔助教學法、翻轉課堂教學法、混合式教學法、微課等。本課題組教師也多次嘗試過不同的教學手段，其目的都是提高學生的學習興趣，將傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學模式向“以學生為中心”的教學模式轉化。這些改革成果的取得，需要學生有足夠的學習主動性，自覺通過線上和線下的學習以及加強與教師的互動來掌握知識點。從現(xiàn)狀來看，學生的學習主動性還是有很大的欠缺，在課時縮減的情形下，想讓學生利用較多的課余時間進行線上學習或與教師進行互動還是有較大難度的。

二、具體改革措施

根據(jù)多年來的教學經驗，筆者認為，本課程的教學改革不應該是獨立進行的，而要根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，結合該課程知識點繁雜、以實驗為基礎、與工程實際聯(lián)系密切等特點，從以下幾個方面綜合考慮。

（一）從人才培養(yǎng)方案入手，制訂“理論+實踐”的新型課程體系

在人才培養(yǎng)方案修訂過程中，混凝土結構設計基本原理課程的學時由之前的64 個學時降為56 個學時，考慮到本課程的重要性以及高素質應用型人才的培養(yǎng)目標，課題組嘗試配套加入了實踐環(huán)節(jié)“鋼筋混凝土結構綜合訓練與實踐1+1”，為期2 周，與本課程安排在同一學期。實踐內容包括構件設計、材料用量計算、構件制作與實驗4 個方面，要求學生8～10 人一組，合作完成以下工作：1.設計一根單筋矩形截面適筋梁，并繪制配筋圖；2.進行鋼筋下料長度計算、混凝土配合比及各組分的材料用量計算；3.綁扎鋼筋骨架、支模板、澆筑混凝土及構件拆模與養(yǎng)護等；4.測試受力鋼筋的屈服強度和混凝土立方體抗壓強度、對適筋梁進行加載實驗、分析實驗數(shù)據(jù)并撰寫實驗報告。本實踐環(huán)節(jié)要求學生全程參與、指導教師跟蹤輔導。通過實際操作，學生可以了解工程設計、施工操作和實驗檢測與分析的全過程，理解本課程所學知識在其中所發(fā)揮的作用。這樣的全過程參與，不僅激發(fā)了學生極大的學習興趣，使他們學會如何將理論知識應用于工程實際，深刻體驗了實驗結果對理論的支撐作用，也增強了團隊協(xié)作能力。

首次嘗試讓我們感受到“理論+實踐”的新型課程體系的優(yōu)勢，但在具體實施過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。在實驗環(huán)節(jié)，因相關課程沒有跟上，學生在進行實驗方案設計和實驗儀器的使用過程中存在較大困難，因此在新版人才培養(yǎng)方案中，我們將建筑結構試驗課程加至本學期，以彌補實驗方面的不足，進一步完善“理論+實踐”的新型課程體系。這樣的改革能夠使相關課程與實踐相輔相成，所有課程內容均在正常的教學時段內完成，不會占用學生的課余時間，保證了學生的參與度，從而有效提高學生的學習達成度。

（二）合理安排各教學環(huán)節(jié)與教學內容，使理論與實踐高效銜接

課程體系有了保障之后，最重要的就是要合理安排教學環(huán)節(jié)與教學內容，保證實踐與理論的高效銜接，具體程序如下。1.兩門理論課程同時開課，建筑結構試驗課程有實驗學時，可以用來安排鋼筋應變片的粘貼任務。2.當混凝土結構設計基本原理教師介紹完單筋矩形截面的承載力設計后，開始完成實踐環(huán)節(jié)的第一周任務，即構件設計、材料用量計算與構件制作。3.繼續(xù)進行理論課的講授。當構件養(yǎng)護實驗滿28天后，理論課已將受彎構件的變形與裂縫計算講完，建筑結構試驗也已先期結束。此時可安排實踐環(huán)節(jié)的第二周任務，先測試鋼筋與混凝土的實際強度，然后進行適筋梁的加載實驗，最后進行數(shù)據(jù)處理與報告撰寫工作。4.完成最后的理論課內容，進入復習階段，將實踐環(huán)節(jié)與理論知識之間的相互聯(lián)系進行串講與總結，幫助學生梳理所有過程；通過回顧與情景再現(xiàn)，使學生充分理解所學知識對工程實際的支撐作用，深刻體驗對知識的獲得感，從而激發(fā)他們對后續(xù)課程的學習積極性。

（三）配備足夠多的教師對實踐進行全程指導，讓教學改革工作精準落地

從前面兩項措施可以看到，在實踐環(huán)節(jié)中，所有工作都需要學生自主完成，他們不僅要用到混凝土結構設計基本原理和建筑結構試驗的知識，還會用到前期課程土木工程材料和后續(xù)課程土木工程施工的部分知識，同時還要查閱《混凝土結構設計規(guī)范》《混凝土結構工程施工規(guī)范》等行業(yè)規(guī)范。學生第一次進行如此大信息量的綜合訓練，會有大量的理論問題和實際操作問題需要指導教師及時提供幫助，因而教師的指導工作量是非常大的。在目前高校普遍大班授課的情形下，如果不能把細節(jié)工作做到位，那么教學改革只能是“紙上談兵”，而學生想要有真正的收獲，必須配備足夠的教師對實踐環(huán)節(jié)全程指導。

一般的大班授課，通常是3～4 個班，每個小組8～10人，也就是每班3組。在實踐環(huán)節(jié)的第一周，每班至少配備一位指導教師，協(xié)助學生完成構件設計與材料用量計算；進行構件制作時，則還需再安排一名實驗室或企業(yè)專門人員共同輔導學生完成任務；進行構件拆模后，由小組成員輪流養(yǎng)護。在實踐環(huán)節(jié)的第二周，對所有的實驗，每組均安排一位指導教師，跟蹤指導實驗全過程，詳細講解實驗操作、實驗現(xiàn)象及原理，引導學生將實驗結果與所學理論知識相結合；進行數(shù)據(jù)處理與報告撰寫時，每班安排一位教師指導即可；答辯匯報時則由所有指導教師參與評審。

完成這項改革是不易的，它需要多名教師的共同努力，但只有這樣才能讓教學改革工作精準落地，才能讓學生真正地從中受益。

（四）精心設計理論課教學內容與手段，提升學生自主學習能力

傳統(tǒng)課堂講授是學生被動接受知識的過程，想要提升學生的自主學習能力，必須讓學生參與到課堂中來。本次改革將微課、討論與翻轉課堂引入理論課的正常教學環(huán)節(jié)中，保證每個學生都能參與進來，以發(fā)掘、提升學生的自主學習能力。考慮到混凝土結構設計基本原理是一門重要的專業(yè)基礎課，所涉及的專業(yè)知識繁雜，需要具有一定的專業(yè)基礎之后才能進行相應內容的自主學習，所以必須精心設計理論教學內容及采用合適的教學手段，這樣才能獲得最佳的教學效果。建議將基礎類內容，如受彎構件正截面承載力分析等安排為課堂講授；對提升類內容，如偏心受力構件斜截面受剪承載力等可采用微課方式；對與實踐環(huán)節(jié)關聯(lián)性較大的內容，如受彎構件受剪性能試驗研究等可采用分組討論的方式；對學生在已學知識的基礎上，通過自學能夠掌握的內容，如T 形截面受彎承載力計算例題等，可采用翻轉課堂的教學方式。

（五）科學制訂各環(huán)節(jié)考核方式，引導學生重視學習過程

考核是檢驗學生學習成效的有效手段。單一的結課考核方式會使學生只重結果不重過程，過于復雜的考核方式會使教師的工作量大幅增加而難以落實。在此次改革中，混凝土結構設計基本原理課程的考核方式由“期末考試（占60%）+平時成績（占20%）+過程考核（占20%）”三部分構成，其中平時成績包括出勤與作業(yè)，過程考核包括微課學習、討論與翻轉課堂學習情況。建筑結構試驗課程的考核由“期末考試（占50%）+平時成績（占20%）+實驗成績（占30%）”三部分構成。實踐環(huán)節(jié)的考核由“實訓表現(xiàn)（占40%）+實訓報告（占40%）+答辯（占20%）”三部分構成。這樣的綜合考核方式，不僅讓學生重視結課時對知識的回顧、鞏固和總結，也讓學生重視平時的學習或參與過程，從而加深對所學知識的理解，提高學習達成度。

三、結論

對于實踐性強、與工程實際聯(lián)系密切的課程，單一的課程改革難以達到預期目標，而“理論+實踐”的新型課程體系改革是一個新的思路，打破了傳統(tǒng)的教師講、學生聽的“單向培養(yǎng)”教學過程，讓學生走出教室，實實在在地經歷工程設計、施工操作和實驗檢測與分析的全過程，在不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中深入理解、掌握理論知識。當然，改革不是一蹴而就的，也不是一路平坦的，但是看到學生對實操過程的極大興趣、學生學習主動性的明顯提高、學生通過實操激發(fā)出的潛在能力，我們受到了莫大的鼓舞。我們甘愿在逐步解決困難、完善“學、導、教”的過程中將改革進行到底。