應用型本科院?；炷两Y構設計原理課程教學改革研究

張寧 徐超 景凱宇

摘 要：本文根據(jù)土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，結合應用型人才的培養(yǎng)方向，以赤峰學院土木工程專業(yè)為例，分析當前混凝土結構設計原理課程特點，總結授課過程中存在的問題，在教師的課后工作、整合教學內(nèi)容、運用多種教學方法、加強實踐教學以及完善考核機制等方面，探討課程教學改革，培養(yǎng)理論知識與實踐能力兼具的應用型、復合型、創(chuàng)新型人才。

關鍵詞：混凝土結構設計原理；應用型；教學改革

中圖分類號：G642.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）09-0115-04

混凝土結構設計原理（以下簡稱“本課程”）是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，其教學內(nèi)容是后續(xù)結構類課程、畢業(yè)設計甚至研究生高等混凝土結構課程的理論基礎，也是目前學生參加工作后應用知識最多的課程之一，更是注冊結構工程師考試的必考科目。可以說本課程貫穿了土木工程專業(yè)從教學到工作的全過程，而且本課程的學習思維和解決問題的方法對學生今后從事相關研究工作也具有重要的奠基作用。因此，本課程的教學質量對學生專業(yè)能力的培養(yǎng)和未來的職業(yè)發(fā)展都將產(chǎn)生很大影響。

本課程作為土木工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課程，全國高等院校都對本課程的教學改革進行了大量的探索與實踐，目前的改革重點主要集中在通過多媒體教學與板書有機地結合，節(jié)省了課堂時間[1]；在課程中增加案例教學法，通過工程實例的引用強化理論與實踐的結合[2，3]；通過視頻和動畫等方式對抽象的教學內(nèi)容進行展示，彌補課內(nèi)實驗的不足[4，5]；利用相關教學網(wǎng)站，為學生提供更豐富的教學資源[6-8]；豐富題目類型，改革考核方法[9，10]等方面?？傮w來說，這些改革措施對提高本課程的教學效果有一定幫助，但對于應用型本科院校來說，仍不能很好地解決本課程教學中存在的問題。

1 混凝土結構設計原理課程特點

1.1 內(nèi)容繁雜，兼具理論性與實踐性

本課程的教學內(nèi)容主要包括材料的基本性能、結構設計基本原理、基本構件和預應力構件的設計計算以及正常使用極限狀態(tài)的計算等。這里面既包含了復雜的理論推導，又包含大量的實驗研究，計算公式多為半理論半經(jīng)驗公式，還有繁雜的參數(shù)和構造要求，很多內(nèi)容由大量的工程實踐經(jīng)驗總結而來，深入理解結合實際工程項目，這對于初步接觸結構類專業(yè)課程的學生來說很有難度。

1.2 承前啟后，與其他課程聯(lián)系密切

本課程是土木工程專業(yè)學生學習的第一門結構類專業(yè)核心課程，在課程體系中起到了承前啟后的過渡作用，與前置課程材料力學和結構力學聯(lián)系密切，受力分析這部分內(nèi)容延續(xù)了力學體系，同時又是后續(xù)課程混凝土結構設計的理論基礎，更是畢業(yè)設計中鋼筋混凝土結構設計方向的計算基礎。

1.3 材料復雜，求解思維發(fā)生變化

本課程涉及的建筑材料主要包括鋼筋和混凝土，兩種材料均不能完全參照材料力學和結構力學課程中的將材料視為彈性材料的假定，而且影響兩種材料力學性能的因素很多，變形性能也與單一的彈性材料相差甚遠，因此相關受力構件的計算公式并不是完全基于理論推導而來，而是在基本假定下的基礎上通過大量實驗，引入諸多經(jīng)驗參數(shù)，進而得到的半理論半經(jīng)驗公式，這些參數(shù)很多是在95%的保證率下，根據(jù)實際情況簡化而來，這與學生此前形成的通過嚴謹?shù)目茖W推理進行求解分析的思維方式存在很大差異，這將導致學生在學習過程中難以理解和接受。

2 混凝土結構設計原理課程教學存在的問題

2.1 力學基礎薄弱，缺乏學習主動性

應用型院校土木工程專業(yè)學生普遍存在力學基礎薄弱的問題，尤其是對材料力學知識的掌握不牢固，這直接影響學生對本課程中鋼筋與混凝土的材料特性以及不同受力構件的受力性能和變形性能的學習，這不僅會使學生產(chǎn)生畏難情緒，更會讓學生逐漸失去學習主動性。因此，打好力學基礎是學好本課程的前提條件。

2.2 著重理論講解，缺乏實踐教學

本課程是一門理論性與實踐性兼具的課程，但目前大多數(shù)高校受到實驗室資源等方面因素的限制，導致課程實踐教學的開展十分有限，開設的實驗基本上就是簡支梁的受彎實驗，對于鋼筋混凝土梁的受剪、柱的軸心受壓和偏心受壓等課內(nèi)實驗沒有開展，無疑會影響學生這方面的實踐能力以及對理論與實踐結合的深入理解。大多數(shù)高校會將本課程局限于教室和實驗室，忽略了對施工現(xiàn)場的構件及整體結構的現(xiàn)場教學，這將會使學生對于構造要求這部分內(nèi)容的理解達不到要求，無法真正達到實踐教學的目的，會進一步影響學生的學習熱情和積極性。而且隨著學習的進一步深入，生硬的名詞遇到得越多，學生越發(fā)感覺陌生，學習效果就越差。不僅如此，部分高校還會將原本屬于實踐教學的課時用于進一步深入理論部分的講解，這對于應用型院校土木工程專業(yè)的學生來說，難以將全部的理論知識吸收，教學效果難以達到預期。

2.3 形成固化思維，求解思維需轉化

在本課程的學習過程中，學生仍習慣于沿用此前力學的求解思維，通過對相關概念和計算公式的記憶來求解問題，但對概念和公式中參數(shù)的理解較為欠缺，這不僅大大增加了解題的難度，降低了準確率，更會讓學生產(chǎn)生厭學情緒。因此，如何盡早引導這部分求解思維的轉變十分關鍵。

2.4 注重考核理論，考核形式單一

本課程是一門兼具理論性與實踐性的課程，目前很多高校仍采用傳統(tǒng)的閉卷考試形式，這樣的考核形式注重理論部分的考核，但忽略了實踐部分，而且部分學生憑借記公式、背概念的方式通過期末考試，雖然通過了考核，但對于知識的理解遠沒有達到要求，這也會影響后續(xù)課程的學習。因此，單一的閉卷考試形式具有一定的局限性，并不能完全反映學生對知識的掌握情況。

3 結合應用型人才培養(yǎng)的特點進行教學改革

3.1 教師的課后工作

（1）關注行業(yè)發(fā)展動態(tài)。專業(yè)教師要關注行業(yè)的發(fā)展，及時學習新規(guī)范、新標準、新技術，選用與新規(guī)范配套的教材，保持教材內(nèi)容與現(xiàn)行規(guī)范吻合。以《建筑結構可靠性設計統(tǒng)一標準》為例，該標準于2018年重新修訂，其內(nèi)容與本課程聯(lián)系密切，如果任課教師沒有及時選擇更新后的教材，將導致授課內(nèi)容與新標準內(nèi)容不符，造成學生的學習障礙，并對后續(xù)課程的學習產(chǎn)生不利影響。

（2）強化力學基礎。通過與力學任課教師溝通，在力學課程的學習中，通過加大課后練習、增設階段性考核等方式，加強學生對受彎、受壓以及偏心受壓等荷載作用下構件受力分析部分內(nèi)容的理解，打好力學基礎，將更好地幫助學生適應本課程以及后續(xù)結構類課程的學習。

（3）掌握學科競賽動態(tài)。教師應關注相關學生競賽信息，積極組織學生參建筑信息模型BIM設計比賽和結構設計比賽等，通過參加比賽的方式，對學生在相關軟件的應用、受力方式以及計算原理等方面的知識有更加深入的理解，并將課本上的理論知識與實際問題聯(lián)系在一起，做到學以致用。

3.2 整合教學內(nèi)容

此前的教學更加注重理論部分的講解，重點放在了計算公式的推導及其計算參數(shù)的確認方法等方面的講解，希望通過這樣的方式強化學生對規(guī)范的理解。根據(jù)土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，結合應用型人才培養(yǎng)目標定位，以“減少理論推導，注重實踐應用”為導向，調整課程教學大綱，并對本課程教學內(nèi)容進行重新整合，縮短理論課時，增多實踐課時，弱化理論推導部分，強化結構構造部分，這對于學生完成從力學問題的求解思維到結構類問題的求解思維的轉變很有幫助。

3.3 運用多種教學方法

（1）線上、線下教學的結合。充分利用線上教學平臺，例如在超星泛雅教學平臺進行資料上傳，包括文檔資料、案例、設置討論、布置作業(yè)等，對課堂教學起到很好的補充作用?？紤]到每位學生對知識接受效率的不同，在平臺上傳資料時應分類上傳，以滿足不同學生的需求。同時設置名校的課程鏈接，方便學生提前預習。通過錄制并上傳重點和難點內(nèi)容的講解視頻，方便學生課后根據(jù)學習情況進行針對性地復習。還可以在線上教學平臺增設注冊工程師考試專題模塊，引入一級和二級注冊結構工程師考試混凝土部分的原題，讓學生對工作后本課程知識的考試形式和考試內(nèi)容有更深入的了解。通過教學平臺的記錄數(shù)據(jù)可以讓教師更好地掌握學生的學習情況，便于更有針對性地安排線下課堂的授課內(nèi)容。

（2）將設計軟件引入教學。在本課程的教學中，開設ABAQUS和PKPM專題，在超星泛雅平臺上傳相關教程，學生學習完相應的知識及實踐內(nèi)容后，課下自學軟件，并通過查閱相關的規(guī)范和文獻進行建模計算，并引入有限元相關的概念，對課上的知識做進一步的豐富和拓展。通過引入ABAQUS有限元軟件，幫助學生更好地分析單個構件的承載能力、變形趨勢以及危險點的位置，并通過改變參數(shù)，分析總結不同影響因素對構件受力性能和變形性能的影響，以此彌補實驗構件數(shù)量有限的短板，并對混凝土與鋼筋兩種材料的本構模型有了更進一步的認識。通過引入PKPM軟件可以對結構整體進行計算，也是課程體系中首次將結構整體計算正式引入結構類課程，使學生完成從單個構件過渡到結構整體的思維轉變，加強學生對構造要求的理解，對問題的求解思維也在這一過程中完成轉化，培養(yǎng)學生計算機建模和必要的鋼筋混凝土結構設計技能。

3.4 加強實踐教學

（1）豐富課內(nèi)實驗。在原有鋼筋混凝土簡支梁受彎試驗的基礎上，補充梁的受剪實驗、柱的軸心受壓和偏心受壓實驗，使學生對鋼筋混凝土構件在承受這兩種荷載作用下的受力性能和變形能力有更生動直觀的理解，通過鋼筋與混凝土應力與應變數(shù)據(jù)的整理，更好地理解兩種材料本構關系的不同。同時增設無損檢測試驗設備，通過檢測實驗加強學生對鋼筋混凝土構件的檢測及裂縫控制等內(nèi)容的理解。

（2）充分利用校外資源。與合作單位建立校企合作基地，產(chǎn)學研一體化。通過帶領學生去企業(yè)現(xiàn)場實習的方式讓學生充分接觸實際工程，將課上所學與實際所用結合起來。專業(yè)教師也可定期到企業(yè)頂崗實習，深入工程一線，進一步豐富實踐經(jīng)驗，這對于提升專業(yè)教師的教學水平十分關鍵。不僅如此，還可以通過邀請不同專業(yè)方向的企業(yè)專家做專題講座，為學生答疑解惑。以我校土木工程專業(yè)為例，通過與赤峰宏基建筑（集團）有限公司成立校企合作班級，并利用企業(yè)資源帶領學生完成專業(yè)實習；通過北方時代設計研究院專家的專題講座，為學生講解本課程知識如何運用到實際工程的設計中，對實際設計工作中遇到常見問題進行解答；通過赤峰市建設工程質量檢測有限責任公司的檢測項目，讓學生實地學習鋼筋混凝土結構相關的養(yǎng)護和檢測設備及試驗操作。通過以上舉措，在很大程度上彌補了課內(nèi)實踐不足的短板，并且在此程中專業(yè)教師與學生全程參與。

（3）引入項目教學法。教師在課上授課時將工程實例帶入課堂，將教材內(nèi)容和規(guī)范條文結合起來，加深學生理論聯(lián)系實踐的能力。以教材第四章“受彎構件正截面的性能與設計”為例，課堂教學結合《混凝土結構設計規(guī)范》“6.2.10—6.2.12”條文進行講解，同時引用工程實例中的鋼筋混凝土梁進行受力分析和配筋計算，通過計算結果與實際配筋結果的對比，加深學生對荷載傳遞與配筋計算的理解。結合工程實景圖片和視頻，學生對不同類型鋼筋的綁扎位置與構造要求有更直觀生動的理解，通過帶領學生查閱《16G101-1》平法圖集與《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)范“8.2.1—8.4.1”條文，在理解計算原理的同時，能夠結合結構施工圖進行梁的構造要求進行學習。

3.5 完善考核機制

傳統(tǒng)的課程考核方式以閉卷考試為主，考核內(nèi)容偏重理論部分忽略了實踐部分，這樣并不符合應用型本科院校的培養(yǎng)目標。對此，需要對本課程的考核機制進行完善。第一，改變成績構成，在保留平時成績與期末考試的基礎上，將實踐成績納入最終成績，其中平時成績?yōu)榭记凇⒄n上表現(xiàn)和作業(yè)完成等方面的綜合體現(xiàn)，實踐成績包含實驗操作、報告撰寫、軟件模擬結果、參觀實習總結等方面。第二，加大平時成績與實踐成績的比重，減少期末考試成績的比重。第三，期末考試增加綜合應用類題目，減少記憶性的概念題目，并采用半開卷的考試模式，讓學生將重點放在理論與實踐相結合部分的內(nèi)容。

4 本課程教學改革試行成果

赤峰學院資源環(huán)境與建筑工程學院按上述教學改革思路，2019級土木工程專業(yè)2個班級共60人于2020—2021學年秋學期，按照本改革方案思路進行了本課程教學及考核模式的改革，經(jīng)過任課教師與同學們的共同努力，取得了一定的成效。

第一，除期末考試外，其他過程性考核以分組的形式展開，每組題目均有所區(qū)別，以ABAQUS軟件對梁的模擬考核為例，一個班級分為五個小組，分別對少筋梁、不同配筋率的適筋梁以及超筋梁進行模擬。從學生提交的成果及課上展示來看，沒有雷同的情況發(fā)生。說明本課程的教學及考核模式的改革起到了一定的積極效果，在很大程度上杜絕了直接抄襲現(xiàn)象的發(fā)生。第二，學生學習本課程的最終成績與其每一項過程性考核的成績基本吻合，說明學生想要獲得優(yōu)異的成績，需要在全程認真參與，以往存在的平時不認真，期末通過抄襲他人試卷最終蒙混過關的現(xiàn)象沒有再發(fā)生。第三，本課程最終成績在90分以上分數(shù)段的學生共計2人，占學生總數(shù)的比例為3.3%；80～90分的學生共計22人，占學生總數(shù)的比例為36.7%；70～79分的學生共計28人，占學生總數(shù)的比例為46.7%；60～69分的學生共計7人，占學生總數(shù)的比例為11.7%；60分以下學生共計1人，占學生總數(shù)的比例為1.7%?？傮w來看，學生成績在70分以上的比例達到了86.7%，該比例相比于前幾屆學生均有提高。通過本次教學改革，學生的課上參與度和課下的任務完成情況均有所提高，改變了以往學生課后主動學習能力差、缺乏主觀能動性的現(xiàn)象。第四，根據(jù)課后學生反饋意見的匯總與整理，學生普遍對于本次教學改革的模式及成效表示認可。大部分學生認為通過線上與線下結合的教學方法，結合課后階段性任務的布置，讓課上內(nèi)容“瘦身”，課后內(nèi)容“豐富”，并完成從最開始的任課教師提出問題、分析問題、解答問題的模式，逐漸變?yōu)橛扇握n教師提出問題、學生分析問題與解答問題，進而提出新的問題的模式，實現(xiàn)翻轉課堂。在學生自己動手實踐的過程中，對于本課程的理論知識以及如何在實際工程中體現(xiàn)有了更深入的理解，并且充分調動了學生的主觀能動性，進一步強化學生的自主學習能力。第五，結合學生的反饋意見和自身的教學反思，發(fā)現(xiàn)雖然本課程的教學改革取得了一定的效果，但仍然存在需要改進的地方，例如在小組任務中，無法對每個人的工作量及成績做出更為細致準確的評定，對每一名同學的學習情況仍無法做到準確地掌握，仍有成績不及格的情況出現(xiàn)。針對以上存在的問題，需要對本課程的教學改革進行更加深入的論證，提出更有針對性的改革措施，未來在本課程教學過程中改進，進一步豐富教學內(nèi)容，提升教學效果。

5 結語

結合我校土木工程專業(yè)的培養(yǎng)目標與應用型人才的培養(yǎng)方向，以綜合提升學生的理論水平與實踐能力為目標，赤峰學院土木工程專業(yè)對本課程開展了教學改革研究。通過以上對教師的課后工作、整合教學內(nèi)容、運用多種教學方法、加強實踐教學以及完善考核機制等方面的改革實踐，解決此前“重理論、輕實踐，重結果、輕過程”的問題，培養(yǎng)出理論知識與實踐能力兼具的應用型、復合型、創(chuàng)新型人才。

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