工程教育背景下“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革研究

吳 堃，黃 信

（中國民航大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300300）

1 研究背景

工程教育是一種以培養(yǎng)學(xué)生工程思維和解決實(shí)際問題能力為目標(biāo)的教育形式。我國工程教育主要經(jīng)歷了5 個(gè)發(fā)展階段[1]，分別是1949―1976 年的起步探索期、1977―1986年的快速發(fā)展期、1987―2005年的調(diào)整優(yōu)化期、2006―2016年的創(chuàng)新發(fā)展期和2017 年至今的新工科建設(shè)期。中華人民共和國國成立以來，我國工程教育培養(yǎng)了一大批工程科技人才，為我國經(jīng)濟(jì)的高速增長作出了巨大貢獻(xiàn)。

然而，由于發(fā)展速度過快，我國工程教育總體呈現(xiàn)出大而不強(qiáng)、多而不精的現(xiàn)象。工科畢業(yè)生對(duì)課本知識(shí)的掌握較好，但是實(shí)踐能力較差、缺乏創(chuàng)新能力。

針對(duì)上述問題，教育部于2010 年6 月提出了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。卓越計(jì)劃遵循“行業(yè)指導(dǎo)、校企合作、分類實(shí)施、形式多樣”的原則，要培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的各類型高質(zhì)量工程技術(shù)人才，為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興奠定人才基礎(chǔ)[2]。

在此背景下，本文從中國民航大學(xué)土木工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，以“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”課程為例，深入分析了當(dāng)前課程教學(xué)中存在的問題，提出了基于OBE 理念的項(xiàng)目式教學(xué)新思路，詳細(xì)介紹了該教學(xué)方式的學(xué)習(xí)成果目標(biāo)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)、教學(xué)模式和評(píng)價(jià)方法。

2 “工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”教學(xué)困境

“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它的前序課程主要有“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“材料力學(xué)”“土力學(xué)”“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”等，后續(xù)課程主要有“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”“高層建筑結(jié)構(gòu)”等。“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”的主要任務(wù)是介紹地震作用的基本原理及結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)方法，使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)抗震的基本理論及設(shè)計(jì)方法，為完成工程設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)及以后的工程設(shè)計(jì)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

眾所周知，我國地處亞歐板塊和太平洋板塊之間，是世界上地震活動(dòng)最頻繁的國家之一，也是世界上遭受地震損失最嚴(yán)重的國家[3]。因此，土木工程專業(yè)學(xué)生學(xué)好“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”是十分必要的。然而，從筆者所在中國民航大學(xué)土木工程專業(yè)的情況看，該課程的教學(xué)中存在以下幾點(diǎn)困境。

①該課程新概念較多，學(xué)生進(jìn)入課程學(xué)習(xí)狀態(tài)較慢，且部分概念在前序課程中沒有任何相關(guān)鋪墊，學(xué)生很難理解。例如，反應(yīng)譜的概念，學(xué)生在接觸反應(yīng)譜之前沒有學(xué)過頻譜相關(guān)知識(shí)，因此理解比較困難，導(dǎo)致對(duì)用于計(jì)算結(jié)構(gòu)地震作用的振型分解反應(yīng)譜法和底部剪力法掌握不牢固，甚至經(jīng)常有學(xué)生會(huì)將這兩種方法混淆。

②該課程課時(shí)偏少，目前該課程的課時(shí)為32 學(xué)時(shí)，筆者認(rèn)為40 學(xué)時(shí)更合適。因?yàn)樵撜n程學(xué)生比較難懂，教師也比較難教；并且，在講完抗震設(shè)計(jì)原則，場地、地基與基礎(chǔ)，地震作用與結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算等傳統(tǒng)的主要內(nèi)容后，還應(yīng)該給學(xué)生簡要介紹結(jié)構(gòu)的隔震、消能和減震控制。因?yàn)槲覈慕ㄖY(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)漸漸從傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向隔震和消能減震設(shè)計(jì)，這是以后的趨勢，這方面的教學(xué)可以讓學(xué)生畢業(yè)走向工作崗位后掌握的知識(shí)不至于落后。

③教學(xué)方式單一，目前各大高校對(duì)于該課程的教學(xué)方式主要是課堂講授，而且理論性比較強(qiáng)，學(xué)生吸收較慢；缺少多元教學(xué)方式，例如采用小型的教學(xué)振動(dòng)臺(tái)，讓學(xué)生直觀感受房屋模型在地震下的反應(yīng)、高頻與低頻地震波的區(qū)別、高層建筑與低層建筑振動(dòng)特性的區(qū)別等。

④教學(xué)評(píng)價(jià)方式單一，目前大部分學(xué)校“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”的考核均為平時(shí)作業(yè)+期末考試，缺乏多元化可操作的、同時(shí)又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性的評(píng)價(jià)方式。

3 基于OBE 理念的項(xiàng)目式教學(xué)新思路

3.1 基本概念

工程教育的理念是以成果為導(dǎo)向的教育，亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育，具體內(nèi)涵包括：①以學(xué)生為中心，即教學(xué)過程考慮學(xué)生學(xué)什么，怎么幫助學(xué)生學(xué)，學(xué)生學(xué)得如何；②以反向設(shè)計(jì)為指導(dǎo)，即從外界需求決定培養(yǎng)目標(biāo)，以培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求，以畢業(yè)要求決定課程體系；③以持續(xù)改進(jìn)為動(dòng)力，即動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)并改進(jìn)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系和課程大綱[4]。

OBE（Outcome based education，OBE）教育理念[5]，又稱為成果導(dǎo)向教育，是國際工程教育專業(yè)認(rèn)證體系主流的教育理念。OBE 是指教師教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果，強(qiáng)調(diào)教育者必須明確定位學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)具備的能力，并通過與之相對(duì)應(yīng)的教育教學(xué)設(shè)計(jì)來保證學(xué)生取得預(yù)期成果。

項(xiàng)目式教學(xué)[6]是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，以建構(gòu)主義、實(shí)用主義、多元智能理論等為基礎(chǔ)，將課堂教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工作任務(wù)結(jié)合設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，讓學(xué)生以問題為導(dǎo)向全身心投入課堂學(xué)習(xí)中。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會(huì)積極地收集信息、獲取知識(shí)、探討方案，以此來解決具有現(xiàn)實(shí)意義的問題。因此，在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生不僅要能夠應(yīng)用所學(xué)的學(xué)科知識(shí)，還要懂得如何在現(xiàn)實(shí)生活中將這些知識(shí)學(xué)以致用。

3.2 基于OBE 理念的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)

由上述介紹可知，項(xiàng)目式教學(xué)和OBE 教育理念有很多類似的內(nèi)涵。基于此，本文將項(xiàng)目式教學(xué)和OBE 教育理念融入課堂教學(xué)中，提出基于OBE 教育理念的“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)。該方法不僅能解決目前教學(xué)中概念繁多、不易理解、教學(xué)和考核方式單一等問題，還能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生成為課堂的主體。下面將從4 個(gè)方面詳細(xì)介紹該教學(xué)方法。

3.2.1 學(xué)習(xí)成果目標(biāo)

在OBE 教育理念的指導(dǎo)下，本課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，同時(shí)突出對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，具體見表1[7]（p105）。

表1 基于OBE理念的“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”課程學(xué)習(xí)成果目標(biāo)

3.2.2 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)

本課程根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的工作流程，以建筑結(jié)構(gòu)中最常用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為項(xiàng)目背景，構(gòu)建以工程項(xiàng)目全過程抗震設(shè)計(jì)為主線的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)，主要包括結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性計(jì)算、底部剪力法計(jì)算水平地震作用、陣型分解反應(yīng)譜法計(jì)算水平地震作用、表中無此模塊、地基承載力驗(yàn)算4 個(gè)模塊，每個(gè)模塊下設(shè)若干個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，具體見表2。

表2 基于OBE 理念的“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”課程項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)

3.2.3 學(xué)習(xí)成果教學(xué)模式設(shè)計(jì)

本課程采用課堂教學(xué)+分組任務(wù)的教學(xué)模式。在課程開始前，將學(xué)生分成若干小組；第一次課給每個(gè)小組布置項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)，并告訴學(xué)生哪些任務(wù)根據(jù)已有知識(shí)可以提前完成，哪些任務(wù)需要在學(xué)習(xí)完某節(jié)課之后完成；同時(shí)，為了避免不同小組之間互相抄襲，每個(gè)小組任務(wù)書中的框架結(jié)構(gòu)的跨度、層高、場地類別、抗震設(shè)防烈度等基本參數(shù)均不同。

3.2.4 學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

本課程的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)多維度、多元化評(píng)價(jià)，采用小組項(xiàng)目任務(wù)報(bào)告+小組成員評(píng)價(jià)+期末考核的評(píng)價(jià)方式。其中，小組任務(wù)報(bào)告占總成績的50%，主要考查每個(gè)小組對(duì)4 個(gè)模塊任務(wù)的完成度；小組成員評(píng)價(jià)占總成績的10%，主要考查每位同學(xué)與其他小組成員交流與合作的能力；期末考核占40%，主要考查本課程中的客觀基礎(chǔ)知識(shí)。

4 結(jié)論

本文從工程教育背景出發(fā)，基于OBE 理念和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，針對(duì)目前“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”教學(xué)中存在的問題，提出了基于OBE 理念的“工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)”項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)，并從課程目標(biāo)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)、教學(xué)模式設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)4 個(gè)方面詳細(xì)介紹了該教學(xué)設(shè)計(jì)思路。筆者認(rèn)為，該教學(xué)方法能夠很好地改善當(dāng)前教學(xué)中遇到的問題，從而更好地完成土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)。