“混凝土結構設計原理”課程教學改革探討＊

張靈通，張 震，李寶元，賀成林

（新疆理工學院機電工程學院，新疆 阿克蘇 843000）

1 課程簡介

“混凝土結構設計原理”這門課程重點是對建筑結構加以分析與計算，是土木工程專業重要的學科專業綜合實踐能力考核結果科目，為課程理論的核心課程，內容涉及結構設計、建筑施工等各個領域。課程的設置本著掌握“認識基本工作目標”，突破“技術力量基本工作目標”，拓寬“基本素質基本工作目標”的指導原則，理論綜合能力較強，工程實用性比較突出，是一個貼近工程實踐應用的課程[1-3]。在學習此課程中學生必須了解結構材料和構件的工程設計基本原理與方法，以鍛煉學生土木工程結構設計方面的基本技能與素養。學科制度改革是培養教學模式變革力量的核心內容，是實現培養目標與提升培養教學質量的重要關鍵，是進行工程學科培養改革的主要載體[4-5]。隨著高校教學改革的深入，基于OBE 教學理念和新工科背景下人才培養新體系，要求高校培育的人才具有扎實的理論基礎，并能夠運用專業知識去解決工程實際問題。該課時由最初的80 學時縮減到當前的48 學時。此時再按照傳統的講授方式必然不可行，所以亟待改革“混凝土結構設計原理”課程教學。

2 “混凝土結構設計原理”課程教學存在的問題

2.1 學生能力不同

新疆是多民族聚居省份，少數民族學生的漢語言能力稍差，其相應的學習能力受到很大的限制。即便其他不存在語言問題的學生，其個體接收知識的能力也不盡相同，這就造成了學生基礎水平差異性較大，制定學習目標時難以考慮學生的個體差異，忽視基礎薄弱學生的學習需求，部分基礎太差的學生無法有效消化課堂知識。

2.2 教學內容抽象難懂

“混凝土結構設計原理”教學工作在高等院校土建類學科已開展了數十年，主要教學內容為探討鋼筋混凝土結構的受力特性、設計與計算方法、配筋結構問題等，其基礎理論主要包括結構材料特性，結構設計方法，鋼筋混凝土結構承載力的計算、斷裂、變形以及耐久性驗算等，還包括預應力混凝土結構的基礎知識。但由于傳統的學校教育思想注重理論教學，這種教學模式已不符合當前應用型本科學校積極推進教學改革的政策，也無法適應現代職業技術崗位能力人才培養的新要求[6]。

在校學生大多數基礎薄弱，邏輯抽象思維能力不高，而“混凝土結構設計原理”對邏輯思維能力和分析問題的能力要求較高，導致大多數學生學習起來比較吃力，書中大量的公式容易使學生提不起學習興趣。以往的“混凝土結構設計原理”重理論、輕實踐，把主要精力放在理論知識推導上，學生被動接受知識。大量新概念、新知識讓學生應接不暇，導致學生容易產生厭學心理。而且這門必修課內容間存在密切的聯系，各章知識內容都有規定的共通性，導致學習者如果在某一節課程中存在疑問，便會影響課程的復習進程。

2.3 教學方法單一

“混凝土結構設計原理”是一門對專業基礎知識要求比較高的課程，課堂上該課程的教學還是以板書為主，傳授知識量少，效率不高，由于課程內容多，課時少，學習任務重，任課教師與學生課堂互動性不強，學生容易開小差，不想聽課，導致課堂學習效率低。并且鋼筋混凝土構件及其制作過程、混凝土結構試驗、工程應用等對學生來說很陌生，很難讓學生加深對其的理解并靈活掌握課堂內容。

3 “混凝土結構設計原理”課程教學創新舉措

3.1 運用虛擬仿真技術授課

虛擬仿真模式將知識點納入仿真課程之中，使學習者領會知識點，從而建立具有互動效能多維化的信息學習環境。基于虛擬現實仿真技術獨特的沉浸感和實時性，對時間與空間的學習環境進行超越，讓學習者可以真實地走進一個個由電腦制作的交互式三維虛擬現實環境中，可立體化重現建筑情景，直接看到在各種數據參數下結構受彎、受壓、受拉、受扭的破壞現象，并真實地體驗結構的伸縮性破壞過程和斷裂的發展，并將虛擬現實仿真結果前沿技術有機滲透到建筑結構的受力性能中，用虛擬現實仿真結果項目內容涵蓋教學的重難點知識點，將虛擬現實仿真結果展示、試驗、創新等模塊生動地融于教學，并優化了知識點，有效克服了課程教學和社會實踐工程脫節問題。虛擬仿真技術不受時間、空間的限制，將抽象的難以理解的內容生動具體化，推動互聯網和課程教學相結合，學生可以對重難點進行重復學習，借助互聯網技術實現虛擬仿真的云共享[7]。

3.2 逆向教學設計

傳統教學設計偏向采用順向思考模式，即教師從教材和熟悉的教法出發，加以相關活動輔助教學，卻忽略教學結果是否能真正實現教學目標。逆向教學設計更加關注學生的“學”，而不僅僅只關注教師的“教”。逆向設計是一種倒推思維，以教學目標結果為中心，有利于教師在授課時始終圍繞該課程最核心的內容來展開教學，且不一定要根據教材的順序或篇幅進行“照搬”教學，甚至可以有所刪減，所選內容旨在實現教學目標。“混凝土結構設計原理”課程的教育目標是讓學習者了解混凝土構造專業的基本理論與知識，并掌握結構基礎構件設計的基本方法，從而為設計工作奠定牢固的理論基礎。教程內容包括扭、剪、扭轉結構的基本假定和設計原理，拉、擠壓結構基本假定和設計原理，結構形狀和斷裂長度估算等內容。根據逆向思維設計，首先展示工程實際案例，然后從整體結構分解出局部構件，再進行構件的承載力計算。逆向教學設計加強學習者對課程內容模塊化的整合，引導學生運用空間思維分析問題，提高學生學習能力，加深學生對結構概念的理解[8]。

4 教學創新成效

4.1 虛擬仿真技術創新成效

采用虛擬仿真平臺進行教學，彌補了實驗室無法直接進行鋼筋混凝土樓蓋模型建造和承載力破壞過程演示的缺陷，在實體實驗中測試復雜的裂縫和變形、看不見的鋼筋和混凝土應力應變，以彩色云圖的形式直觀地展示混凝土樓蓋的應力、應變和變形動態響應等全過程，促進了理論教學。采用虛擬仿真模式將教學知識點滲透到仿真課程之中，充實教學內涵，充分調動學習者積極性，讓枯燥的課程多姿多彩，更有利于吸引學習者的關注力，增強學習者的興趣愛好，從而提升學生的學習效能，有效調動學生學習的積極性和創造思想，加強學生對學習知識點的掌握。同時，采用創新虛擬現實仿真技術進一步優化了實踐課程環境，促進了教學成果轉化，提高了學生的專業應用能力。

4.2 逆向教學設計創新成效

只有追求開放的思路、堅定創新的取向，才能有效實現課堂教學學習目標。在具體教學中，教師努力轉變教學觀念，通過對現行的以書本知識為本位、以教師為中心以及以傳播為主要特征的教學模式的根本性變革，把課堂結構設計為目標顯示、教前導學、自學展評、重點講析、深度加工幾個部分。教學過程主要包括以下內容：在前一節課的最后3～5 min，告知下節課學習的主要內容與目標要求，出示自學思路或學前設計等，提示自學方法和課外觀察實習內容，每個學習團隊（項目小組）由組長帶領完成觀察實習的任務；導入新課后，首先檢查自學情況，并集中10 min左右的時間展示學生有代表性的自學成果，鼓勵學生展開討論和成果評價，對有創意的觀點、設計、質疑予以記錄和鑒定；根據自學反饋情況及學生交流評述，抓住重點難點，積極實行啟發式、討論式、探究式教學，最后回到學習的起點，讓學生對學習內容進行內化和深加工或進行再設計、再創造。

采用逆向教學設計后，學生課堂參與度顯著提高，聽講專注程度也明顯提高，課堂上學生更愿意參與課堂活動，充分調動了學生的學習激情與興趣，也充分調動了學生學習的積極性，從而提高了學生對學習的信心。

課程反映了本學科在科學研究方法與工藝技術方面的最新研究成果，對課程加以優化完善后，突出重點知識領域，講透重難點知識，并結合工程案例加以說明，鍛煉了學生的工程認知意識，同時加強對學生創造意識與創新能力的培訓，以開闊學生眼界[9-10]。在已有的混凝土結構模型實驗室的基礎上讓學生制作建筑結構模型，展示新材料、新工藝、新產品，使原本抽象、復雜的知識直觀化、簡明化，培養了學生的形象思維，提高了學生分析問題的能力，教學效果良好。

5 教學反思改進

高新技術和信息化技術日益發達對建筑行業的影響也愈來愈大，而且獲得了巨大的經濟利益和社會效益。如果教師沒有在第一時間掌握實際工程中所使用的材料、技術、新工藝、新理念，勢必會影響教學效果，所以教師深入企業才能接觸到行業前沿信息，豐富教學內容，提高教學質量。

“混凝土結構設計原理”作為專業核心課程課時量過少，影響教學效果，擬在培養方案中增加課時量，精講細講，使學生真正理解掌握；任課教師缺乏實踐經驗，沒有真正接觸過工程項目，存在理論教學和實踐教學脫節現象，實踐教學能力有待提高，擬積極利用寒暑假、節假日參加企業鍛煉，提升專業知識和技能。教師們掌握了企業實際操作經驗后可以更好地對實踐性環節進行引導，包括課程設計和畢業設計。學生深入企業可以對專業行業的發展動態、企業的需求有所認識，從而擴大學生的知識面和職業途徑。所以必須鼓勵青年教師進入企業學習，堅定地走以學生就業市場為導向、與產學研緊密結合的辦學之道，著力培育合格的應用型專業技術人才。產學研是以企業技術創新為向導，以科研院供給的協作方式為科研創新服務，推動企業科研成果轉化，實質內容是企業促進創新發展所需要的各類產品要素高效結合。采用當代“雙師型”教師人才培養模式既能促進企業和高校之間技術和理念的輸入與輸出，又能成為“雙師型”教師人才培養的原動力。教師進入大企業可提升教師的實戰能力，同時加快高校“雙師型”師資隊伍建設，利用社會資源為學校培養應用型人才提供強力的師資保障，打造一支高素質的“雙師型”教師隊伍。

6 教學改革創新

“混凝土結構設計原理”課程理論性強，實踐操作性也非常強，混凝土結構是一個不斷發展的學科，隨著材料學、力學等學科的發展，許多新技術、新理論不斷產生。相較于實踐教學，目前的理論環節尚存在不足。此課程教學中形成的特色如下：注重跟蹤相關新技術的發展，并將其反映在教學內容中；注重教學研究與教學改革，將先進的教學理念和教學方法應用到該課程中，在此基礎上創建新的教學法；注重學生實踐能力、創新能力的培養，教學過程中利用多媒體、工地參觀、虛擬仿真平臺等多種手段，培養學生的科學思維和創新能力；積極開展校企合作，拓展實踐平臺，培養學生解決實際問題的能力。

7 改革預期效果

在課堂教學中實施該項目，使教學的主體由教師變為學生，改變以課堂為中心、以書本為中心的陳舊模式。在教學過程中，學生根據混凝土結構要求，充分發揮其主觀能動性和創造潛能，提出具有獨立見解的設計觀點和設計方案，并用圖紙或模型表達出來。通過分析房屋建筑工程項目條件和要求，查找相關設計資料，和小組成員及教師討論，優化方案設計，學生變被動學習為主動學習，將過去對知識點的理解記憶過程改變為對知識的應用過程，發揮其主動性和創造性，更好地實現教學目標。提高學生進行實際工程設計和解決實際問題的綜合能力，也培養了學生的團隊合作精神和組織管理能力。

本文課題的研究成果預期先在機電工程學院土木工程專業進行實踐，然后進一步向校內和校外相關專業進行推廣。將本課題應用于“混凝土結構設計原理”課程教學中，以期在有限的2 年時間里，通過學習此課程，使學生掌握混凝土結構學科的基本理論和基本知識，學習結構基本構件設計的方法，并為后續專業課的學習以及畢業后在混凝土結構學科領域繼續學習提供堅實的基礎。此項目受益面比較廣，主要有以下幾方面：對于社會而言，結合學院對學生“應用型人才”培養模式定位，按照“夯實學科基礎、強化工程實踐、培養創新能力”的總體思路，結合本專業培養適應社會主義現代化建設需要的人才，滿足區域經濟社會發展需求；對于學校而言，確定了課程培養目標，對于課程改革具有重要的指導和提升作用，促進學校辦學水平的提高；土木工程專業學生是本文課題研究成果的最大受益者，由于建立了科學合理的課程培養體系，學生可以學到更多社會需求的專業知識和技能，在就業中具有更強的競爭力，同時根據自身需求，學習更高層次的知識，不斷提高技能水平；企業也是本文課題研究成果的直接受益者，因為更多高素質的應用型“能下得去，吃得苦，留得住，用得上”的人才將促進企業和地方經濟的發展。