新時代下“混凝土結構設計原理”課程教學改革探索

潘云鋒 張世杰 侯寧

摘 ? ?要：高校要實現新時代下“三型”人才的培養目標，需要加強課程建設。文章聚焦“混凝土結構設計原理”課程教學改革，以把握行業能力為導向，培養學生工程師思維；引入“翻轉課堂”和仿真實驗平臺，提升理論學習和實驗教學效果，提高學生的學習興趣；采用多樣化作業、實驗設計、實踐成果和有限開卷四位一體的考核機制，加深學生對課程的理解和對知識的把握；借助校企平臺，提高學生的實踐能力，加深學生對理論知識的感性認識；提升專任教師思政教育能力，優化課程教學內容，將思政教育與專業知識的講授有機融合，提升學生的民族自豪感、職業道德與社會責任感，促進學生全面發展。文章結合教學經歷，提出教學改革措施，介紹了“混凝土結構設計原理”課程教學過程中的實踐和取得的教學效果。

關鍵詞：混凝土結構設計原理；工程師思維；混合式教學；多樣化作業；課程思政

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2024）07-0053-03

目前，我國處在向第二個百年奮斗目標邁進之際，建筑業朝著低碳綠色、信息化和智能化的方向發展，這對高素質工程技術人才的要求日益提高。高校土木工程專業人才的培養應順應國家戰略需求和科學技術的發展趨勢，因此高等工程教育改革勢在必行。2018年，習近平總書記在全國教育大會上的重要講話中明確指出，高校要“著重培養創新型、復合型、應用型人才”，這也為我國高等教育的土木工程人才培養指明了方向。

“混凝土結構設計原理”作為土木工程專業的核心基礎課程，在土木工程人才培養中起著連接專業知識和實踐應用的功能，是土木類學生的必修課和主干課。據調查統計，有96.5%的學生認為“混凝土結構設計原理”課程很重要，但同時又有87.8%的學生認為這門課程非常難[1]。課程難點表現為內容多、涉及面廣、與工程實際聯系緊密和學生缺乏實踐等，這都會造成學生上課難聽懂，下課遺忘快的現象。因此，如何在有限課時內（64課時，包含實驗課時）幫助學生迅速掌握混凝土基本原理，并提升運用基本原理解決實際工程問題的能力，是本門課程的重難點，也是該課程教學改革探索的出發點和落腳點。

一、課程特點與教學現狀

（一）課程特點

本門課程具有內容多、信息量大的特點，課程內容涉及鋼筋混凝土構件設計方法演變、材料力學性能、構件性能計算（承載力、變形與耐久性）和預應力混凝土結構設計等，具體表現為公式、圖表和規范條文繁多，且多為半經驗半理論的計算公式。課程大綱安排上既有理論教學又有實驗操作，且兩者互為支持和驗證，與工程實踐緊密聯系，具有極強的工程屬性[2]。“混凝土結構設計原理”課程的計算以數學、力學為基礎，但又不同于傳統數學、力學的嚴格推導，其在滿足設計要求的前提下，結果往往具有非唯一性，需要反復的迭代計算和調整，要想獲得較優的結果往往需要一定的工程經驗。可見，“混凝土結構設計原理”課程涉及數學、力學、實驗、工程實踐等方面，且各學科又相互影響，極大增加了學生學習和教師施教的難度，其結果往往導致學生失去學習主動性和自主性。

（二）教學現狀

1.思維障礙。“混凝土結構設計原理”課程與先修的基礎課程“高等數學”“概率論”“理論力學”“材力學”和

“結構力學”等的學習思維具有較大區別。這些先修課程具有嚴謹的理論推導，對應唯一、精確的答案，與學生從小養成的科學嚴謹的思維習慣具有一致性[3-4]。而“混凝土結構設計原理”是一門半經驗半理論的課程，

需要學生具有工程師思維[5]。所謂工程師思維，即能合理運用科學知識，系統化解決各種實際工程問題，其外延是指工程師解決實際問題時所運用的思考方式和方法，超越了純理論或技術領域的知識，還需要綜合性思維、系統性思維、經濟性思維和風險管理思維等。工程師思維的核心在于化繁為簡。這種思維要求學生能在保證結構安全的前提下將現實中復雜的結構進行必要的簡化，包括平截面假定、荷載布置、數值取值以及邊界條件設置等，從而簡化為對應力學模型。這種簡化思維沒有嚴謹的理論可循，與學生一直以來接受的根深蒂固科學思維差別較大。思維障礙導致學生在學習這門課的過程中出現“難以理解和接受”“得新忘舊”等現象，無法形成系統化的知識結構體系。

2.授課方式單調。部分高校的“混凝土結構設計原理”課程主要以教師講授為主，立足重點、難點，講求層層深入的講解，表現為單向的知識輸出[6]。這種教學方式的優點在于教學進度可控，但缺點也十分明顯，師生之間缺乏交流互動，學生主動學習的熱情不足，逐漸失去學習樂趣[7]。

相比課堂理論教學，實驗課程設置一直處于從屬地位。該實驗屬于課內實驗，僅4～8課時，其中內容包括混凝土梁正截面抗彎、抗剪破壞，還包括實驗的準備（制備、養護、粘貼應變等）、測試（加載、結果記錄等）等工作[8]。根據以往實踐統計發現，學生往往選擇其中一個實驗項目，且由于實驗課時少，也只能把其中某個實驗項目匆匆過一遍，這種現象嚴重違背了設置實驗的初衷，也無法反哺課堂教學，從而極大制約了“混凝土結構設計原理”課程教學效果的提升。

3.考核方式單一。國內大部分高校的“混凝土結構設計原理”對學生的考核還是以期末閉卷筆試為主。由于公式、符號和理論知識多等原因，學生把重點放在如何記住這些知識上。在此情況下，教師往往通過降低閉卷考試的深度與廣度來對學生進行考核，但這種降低考試難度的做法不利于土木工程專業人才的培養[9]。為了改善這種情況，也有一些高校采用開卷筆試，但其也帶來了許多弊端。一方面，開卷筆試給部分學生造成在平時學習中不用下苦功夫，復習時也不用認真總結備考的錯覺，使其在考試中將一切都寄托于當場查閱教材。另一方面，開卷筆試試卷難度往往比閉卷難度要高。對比發現，開卷筆試導致學生掌握知識的能力變差，成績也會偏低。在閉卷與開卷筆試之間，教師也陷入了兩難的境地。

4.工程實踐不足。隨著經濟和技術的飛速發展，社會對土木工程領域的“三型”人才需求越來越大，要求也越來越高。而現實情況卻是，符合社會要求的人才短缺，同時也出現了土木工程專業畢業生就業困難的現象。這種矛盾的根源在于人才的培養忽略了社會的需求，脫離了工程實際。“混凝土結構設計原理”課程具有工程性強的特點，幾乎每一章的內容都對應實際工程中的一類構件。而其教材國內絕大多數高校，對教師文憑要求越來越高，大多數教師具有博士學位[4]。面對科研、教學等考核指標，高校教師也難有時間去工地實踐，導致其缺乏實踐經驗。同時，當今復雜工程（超高層建筑、大跨度體育館、過江隧道和預制拼裝等）層出不窮，一方面考驗著現有的規范和傳統施工技術能力，另一方面不斷涌現出的新計算方法、工藝和技術給土木工程專業人才的培養帶來了挑戰。

5.課程思政建設薄弱。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出：“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。”這就要求思想政治教育不僅僅是專任思政課教師、輔導員和班主任的事情，而且與專業課教師也息息相關[10]。絕大多數專任教師都是專業出身，具有較高的專業理論知識，但缺乏有效的思政教學能力、方法和有效路徑。

二、教學改革措施

針對教學現狀，本文從轉變思維方式、改革教學方式、完善評價機制、加強工程實踐和提升課程思政教學能力等五方面開展“混凝土結構設計原理”課程教學改革探索，并在浙江理工大學2019級和2020級土木工程專業展開了相應的實踐工作。課程教學改革的思維導圖如圖1。

（一）轉變思維方式

首先，專任教師認識到轉變思維的重要性，將工程師思維貫穿“混凝土結構設計原理”課程教學全過程。工程師思維體現在構件設計時，以解決問題為導向，不再一味追求計算精度，而是在滿足構件安全性、適用性和耐久性的前提下，允許舍棄一定精度，獲得近似、簡潔結果的計算方法。例如，在計算受彎構件正截面承載力時，受壓區混凝土的實際應力圖為拋物線和直線的組合，計算涉及微積分，計算過程復雜，采用“工程師思維”化繁為簡，將實際應力圖用等效的矩形應力圖形替代，引入了兩個與混凝土強度相關的系數和，實現力的大小和作用位置的等效；在計算偏心受壓構件時，大小偏壓判斷的本質是判斷受壓區的高度，難以進行直接判斷，需要進行迭代分析，通過引入已知標準物體與待測構件進行比較，初步判別大小偏心，極大簡化計算步驟，這種方法在解決實際問題時更加實用。其次，工程師思維不是一朝一夕就能養成的，教師需注重循序漸進引導學生轉變思維，引導他們用工程師思維去分析問題、解決問題。例如，在介紹基本混凝土構件的承載力時，先啟發學生對構件的破壞模式進行思考，通過提問的方式讓學生去搜索自己已學習的土木工程材料、三大力學等知識，進而尋找到對應的力學模型。最后，學生應學會自主轉變思維方式。教師通過設計實驗作業等方式讓學生用工程師思維去解決問題。

（二）改革教學方式

首先，改變傳統課堂單向輸出的教學模式，融入翻轉課堂，建立以學生為主導、教師為引導的教學模式。利用“釘釘”“學習通”等平臺將提前上傳的相關學習要點、短視頻、課件、案例等資料推送給學生，充分利用碎片化時間，發揮學生課前預習和課后復習鞏固的作用，真正做到“我的學習我做主”。課堂上根據學生對問題的回答，了解學生對知識的掌握情況，有利于教師掌握學生學習程度，及時調整學習進度。通過隨機分組，針對重難點開展討論，形成共同意見并進行小組匯報。

其次，利用混凝土模擬仿真實驗平臺，創新線上線下實驗新模式[11-12]。混凝土模擬仿真實驗平臺克服了傳統混凝土結構教學實驗對課時、場地、實驗條件等存在特殊要求的困難，學生將虛擬的混凝土原料及鋼筋制作成鋼筋混凝土構件，并在平臺上進行相關力學性能的虛擬測試，在線給出不同的破壞模式和性能指標。學生通過在線演示可以清楚了解混凝土構件破壞全過程，極大提升了課堂理論學習的興趣和效果。

最后，發揮學生設計物理實驗的自主性，引導學生對理論知識進行實踐應用。專任教師通過編制小程序，課堂上自動分組和隨機分配設計參數。根據設計參數，學生設計配比，自行制備混凝土構件，進行混凝土性能測試，提高學生動手能力和理論聯系實際的能力。同時利用混凝土模擬仿真實驗平臺設計線上實驗，對比物理實驗與模擬仿真結果，促使學生了解理論、模擬、實際的區別與聯系，激發了學有余力的學生的探索興趣。

（三）完善多維的評價機制

改變傳統的以閉卷考試為主要考核方式的評價機制，建立包含多樣化作業、實驗設計成果、實踐成果、期末有限開卷等方式的多維度評價機制。創新多樣化作業形式，構建習題、自編小程序、自制小模型等作業形式。實驗設計成果的評價既可以是對模擬仿真實驗的結果評判，也可以是對實驗室實驗操作的評判。鼓勵學生參與工程實踐，將工程實踐活動納入考核評價指標體系，這既能讓學生把已學的理論知識運用于實際工程，也能提高學生參與工程實踐的積極性。有限開卷

（一紙開卷）既能把學生從繁瑣的概念和死記硬背的公式中解放出來，又能讓學生把更多的時間用于對所學內容進行總結和歸納。課程學習不再僅僅以考試為目的，做到了教、學、用、考的協調一體，減輕學習壓力，提升學習興趣，讓學生真正去理解課本知識，達到滿足行業發展要求和提高教學質量的目的。

（四）加強工程實踐

利用校企互動交流機制，借助于校企互動平臺，加強學生與企業互動。為此，浙江理工大學建筑工程學院先后與數十家施工、設計、檢測企業建立實踐基地和校企合作平臺。通過推送企業簡介，學生根據個人意愿，自主申請參觀企業項目，提高學生對相關工程的感性認識。建立學生互評機制，促進相互學習，同時將總結報告納入評分機制。通過工程實踐，學生將理論知識與實際工程相結合，將所學的理論知識用于解決實際問題，實踐也將反哺對教材知識的理解與深化。

（五）提升課程思政教學能力與水平

一方面，提升專任教師的思政素養。按照“教育者先受教育原則”，專任教師應具有較高的“思政課程”教學能力，但是專任教師通常并非思政專業出身，對“思政課程”與專業教學資源的整合能力較弱。通過建立集體思政教研機制，匯聚土木專業教師，邀請思政專業教師進行思維碰撞與交流，豐富思政素材，提升課程思政教學設計能力[13]。另一方面，結合“混凝土結構設計原理”課程特點開展思政教育，充分挖掘價值引領、家國情懷、道德培育和精神塑造，將思政教育與專業知識的講授進行有機融合，做到“課程思政”[14]。優化課程教學內容，將思政元素融入專業知識，重點突出我國重大工程、工程災害與事故、土木領域科學發現等內容，提升學生的民族自豪感、職業道德與社會責任感。

三、結論

“混凝土結構設計原理”作為土木工程專業的專業核心課程，是基礎課程向專業方向課程過渡的重要一環，其核心是理論與實踐相結合。對于該課程教學改革進行的探索既是土木工程行業培養“三型”人才的需要，也是社會發展的必然。本文從轉變思維方式、改革教學方式、完善考核評價機制、加強工程實踐和提升課程思政教學能力等五個方面，對“混凝土結構設計原理”課程進行教學改革探索，以期能夠使學生真正掌握和理解這門課程，做到理論基礎扎實，實踐經驗充足，職業道德良好，為以后工作與深造打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1] ?湯永凈，趙勇.混凝土結構基本原理課程教改中新模式

和新平臺的應用[J].高等建筑教育，2017（1）.

[2] ?劉素梅，徐禮華，池寅，等.混凝土結構基本原理教學方法

創新與實踐[J].高等建筑教育，2017（6）.

[3] ?卓德兵，陳國平，庹清.基于混合式教學模式的混凝土結

構基本原理課程教學改革與實踐[J].高教論壇，2020（3）.

[4] ?喬惠云，陳譽.《混凝土結構設計原理》教學改革探索[J].

創新創業理論研究與實踐，2021（6）.

[5] ?高向玲，趙憲忠.以卓越工程師培養為目標的設計類課

程教與學——以土木工程專業建筑混凝土結構設計為

例[J].高等建筑教育，2016（4）.

[6] ?趙羽習，申士軍，姜秀英，等.在《鋼筋混凝土結構設計》的

教學改革中促進卓越工程師的培養[J].東南大學學報（哲

學社會科學版），2012（S2）.

[7] ?蔣冬啟，范進，孫巍巍，等.混凝土結構基本原理課程的教學

創新與實踐[J].南京工程學院學報（社會科學版），2021（4）.

[8] ?張元亮.“混凝土結構設計原理實驗”課程教學的現狀及

改進措施——以青海大學土木工程學院為例[J].西部素

質教育，2022（10）.

[9] ?蔡健，陳慶軍，黃炎生.混凝土結構理論課程教學改革探

索[J].高等建筑教育，2008（5）.

[10] ?盧愛新，丁梧秀.新工科背景下工科專業課程思政建設的

思考與探索[J].洛陽理工學院學報（社會科學版），2021（6）.

[11] ?陳云敏，陳仁朋.土木工程專業課程的教學與創新人才

培養[C]//陳國興，韓愛民，侯曙光.高等學校土木工程

專業建設的研究與實踐——第九屆全國高校土木工

程學院（系）院長（主任）工作研討會論文集.北京：科學出

版社，2008：171-176.

[12] ?宋曉濱，張偉平，黃慶華，等.混凝土構件受力性能虛擬

實驗教學平臺建設[J].高等建筑教育，2021（3）.

[13] ?楚國清.以提升人才培養能力為導向的課程思政探索與

實踐[J].北京聯合大學學報（人文社會科學版），2022（4）.

[14] ?吳發紅，于小娟，殷勇，等.土木工程專業課程思政教育

的探索與實踐[J].高等建筑教育，2022（4）.

收稿日期：2024-01-21

作者簡介：潘云鋒，浙江理工大學建筑工程學院副教授，博士

基金項目：浙江理工大學教育教學改革研究項目（202017）；浙江理工大學研究生課程建設項目（202133）