“混凝土結構設計原理”課程教學改革探討

摘 要：基于案例式教學觀對“混凝土結構設計原理”的課程教學改革方式進行研究，從課程性質、學情分析、教學目標和教學設計等四個模塊對該課程進行剖析，將教學過程分為課前導學、新課實施和課外能力提升等三個方面。對課程內容進行重新建構和編排，優化為更加合理的教學內容。采用目標問題導向教學方法，引導學生在課程學習過程中，能夠熟練掌握不同類型受力構件的計算方法和構造要求。結合工程實例，引導學生運用工程結構相關構件的計算理論和構造要求。

關鍵詞：混凝土結構；案例式教學；建構性教學觀；教學設計

Abstract：Based on the casebased teaching perspective，the teaching reform of the course \"Design Principles of Concrete Structure\"was studied.Four modules，course nature，learning situation analysis，teaching objectives，and teaching design，were analyzed.The teaching process is divided into three aspects：preclass guidance，new course implementation，and extracurricular ability improvement.Reorganize the course content and construct more reasonable teaching content.Adopting a goal oriented teaching method，guiding students to master and apply the calculation methods of different types of stress components in the course learning process.By combining engineering examples，help students master the calculation theory and construction requirements of components related to engineering structures.

Keywords：Concrete structure；casebased teaching；constructive teaching philosophy；instructional design

土木工程專業屬傳統工科專業，以工程應用為主要特色，專業課程中理論性和實踐性并重。專業課程中的相關計算理論發展比較成熟較為穩定，工程實踐特點與現行規范結合緊密，反映出與時俱進的特點。

“混凝土結構設計原理”是土木工程專業的核心課程，知識體系中理論性和實踐性并行。理論知識中不同受力狀態的各類受力構件承載力計算公式，以半經驗半理論公式為主，理論公式部分各版本規范基本不變，經驗公式部分各版本規范變化幅度也不大，可以認為相關的計算理論發展已進入比較穩定階段。該課程的實踐性主要體現在對各類構件的截面尺寸要求、材料選用、鋼筋構造要求等方面。

針對不同類型的知識特點，在課程教學過程中應采取不同的教學手段和教學方法。在課程講授過程中，針對理論性較強的知識點，課堂講授需注重對理論思想、研究手段、研究方法的介紹，讓學生對科學研究體系形成初步印象。在此基礎上，通過工程應用案例，掌握相關計算理論的應用。針對實踐性知識點，需要引導學生從專業角度嘗試去解答相關問題，從而鍛煉學生逆向思維能力。在課堂教學方法的選擇上，應注重案例式教學方式的融入，采用目標問題導向式［1］的建構性教學方法，鍛煉學生運用專業知識分析問題和解決問題的能力。案例式教學即情景案例教學模式，是全球公認的最行之有效的教學方法之一，該方法通過設置具體的實踐場景，將理論知識進行挖掘，從而達到將知識顯性化的目的。建構式教學是基于學生已具備的專業知識，引導學生發現問題并應用相關知識解決問題的教學模式，教師在教學過程中，主要承擔提供問題解決策略的角色，幫助學生建立團隊合作意識。

1 課程性質

“混凝土結構設計原理”是土木工程專業的核心課程之一，該課程教學內容（見圖1）包括鋼筋和混凝土兩種建筑材料的物理力學性能、工程結構基本受力構件在彎、壓、拉、剪、扭等受力狀態下的承載力計算理論和構造要求、變形及撓度計算等三部分［2］。在學習該課程前，學生需要掌握高等數學、理論力學、材料力學、結構力學和土木工程材料等相關專業課程知識。該課程中涉及大量的計算理論和設計公式，而且與工程實踐聯系緊密。在教學過程中，不僅需要學生熟練掌握不同受力構件的設計要點和計算方法，還要具備熟悉相關結構設計規范的能力。對該課程的學習掌握程度，會直接影響后續專業方向課程的學習，這也是“混凝土結構基本原理”這類專業核心課程與專業基礎課程存在的區別。

2 學情分析和教學目標

由于該課程的教學內容相對抽象，且計算理論復雜煩瑣，而該課程需要學生掌握混凝土結構基本構件的計算理論和設計方法，能夠對基本構件進行分析和設計，為后續的“橋梁工程”“高層建筑結構”等專業課程提供理論基礎［3］。通過該課程的課堂教學，目前該課程存在的痛點問題如下［4］（見圖2）。

（1）該課程教材內容計算理論較多，在有限的學時情況下，教師在理論知識的講解和應用部分需要花費大量時間，而對理論計算與工程實踐相結合的工程應用思維模式的培養重視不足。針對該問題，需要注重在課程教學過程中，將信息化教學手段引入教學流程，依托信息化技術手段，提升學生對理論知識的認知，課堂中通過視頻、動畫和圖紙等多種方式，讓學生深入理解不同構件的受力特點、計算理論、計算方法和構造要求，是很多教師應對該問題采取的方法，而該方法對學生認知的提升作用相對有限。

（2）學生在學習本門課程前，學習的其他專業課程都是思維模式單一且具有唯一解的專業課程，如在學習“理論力學”“材料力學”和“結構力學”時，求解相關工程應用問題的答案都具有唯一性，且使用的計算理論相對固定。如果將力學課程的學習模式和思維模式代入“混凝土結構設計原理”，往往會限制學生的創造性思維的建立。這主要是因為實際結構構件的受力性能會受到材料性能、截面形狀、配筋方法等各種因素影響，因此在相同受力條件下進行結構設計，得到的答案是十分寬泛的，這需要學生從各種答案中尋求最優解，這也是學生在學習該課程過程中必須適應的思維過程。在該課程學習之后，學生應理解對于相同條件下構件的配筋方式往往不唯一，只要滿足規范要求，并且符合構造和經濟性要求，就能用于應用。

（3）教材內容的編排與工程實踐應用存在差異。《混凝土結構設計原理》教材內容主要是對構件在不同受力條件下的計算理論和構造要求的介紹，也就是對截面抗力的計算。而實際的工程實踐過程需要先對結構在各種作用下的荷載效應進行計算，并以此為基礎對截面進行設計。荷載效應的計算需要參考相關的設計規范，在混凝土結構設計原理的教材內容中是不介紹的，需要教師在教學過程中專門講解。有些學校為解決該弊端，開設有專門的“工程結構荷載與可靠度設計原理”課程，對構件的荷載效應進行計算。然而增設課程對于很多高校并不切實可行，主要原因在于通識教育類課程在人才培養方案中的比例逐年升高，這很大程度上壓縮了專業課程的學時，不可避免地刪除部分專業課。因此，對于未開設“工程結構荷載與可靠度設計原理”課程的高校，在教學過程中如何妥善處置荷載效應計算問題需要認真考慮。

3 教學設計

通過對該課程的課程性質、課程目標和學情情況的分析，對該課程存在的問題已有全面認識。在此基礎上，開展后續教學設計環節，基于信息化教學平臺開展創新教學設計，課堂采用豐富的教學模式提升學生學習興趣，課后注重學生對于理論知識的應用和綜合能力的提升。針對學情痛點問題的解決和教學目標的實現，對教學設計環節提出具體的改進措施。

3.1 課前教學設計

基于信息化教學平臺的智慧化教學方式是伴隨信息化浪潮而出現的新型教學模式。教學模式應與時代發展情況相適應，學生作為教學服務對象，其學習效果對人才培養至關重要。目前，教學信息化是高校教學模式創新的重要組成部分，合理充分運用信息化教學手段，可以極大地提高學生課堂的抬頭率，還能提升課堂教學效率。

在學期課程開始前，教師可以借助雨課程、超星等信息化教學平臺建立課程學習群，在課程群中提前植入教學需要使用的相關教學材料，如《混凝土結構設計標準》《混凝土結構設計規范》《建筑結構可靠度設計統一標準》《建筑結構荷載規范》和《工程結構通用規范》等現行相關行業標準和規范指南。在每次課程開始前，通過建立的信息化教學平臺，提前發布學習任務和自學PPT、慕課等教學資源，讓學生帶著任務去學習，提升學生學習的目的性。

教師在課前教學設計時，除了要注重學生的自學情況，還需要對教學內容進行重新編排和設計，即進行建構性教學，對課堂教學內容進行重新構建，使得課堂教學內容更符合學生的思維模式和專業知識儲備。例如，在進行受彎構件正截面受彎承載力計算的內容教學前，以生活中建筑結構物中存在的受彎構件作為切入點，通過對結構整體的受力特點和傳力路徑進行分析，引導學生找出結構中存在的受彎構件。在此基礎上，教師針對受彎構件的特點進行介紹，讓學生嘗試回答受彎構件中鋼筋的種類、鋼筋的作用，從而引出本次課程的任務，對受彎構件的正截面承載力計算。通過對受彎構件適筋梁進行三分點加載試驗，引導學生總結試驗現象，分析試驗結果，對受彎構件的鋼筋類型和構造要求進行歸納，讓學生掌握受彎構件的正截面受彎承載力設計的完整流程。

3.2 課堂教學實施

在課堂教學過程中，將教學過程劃分成三部分，分別為新課導入、新課學習和工程應用等模塊。新課導入時，以典型的工程案例作為切入點，幫助學生初步了解構件與結構兩者之間的關系，主要包括結構由哪些種類構件組成、構件在結構體系中有何作用、結構在荷載作用下的傳力機制等問題。通過工程圖紙幫助學生認識構件中存在的鋼筋類型，讓學生談談不同受力構件的特點，不同類型鋼筋在結構中所起到的作用。構件中各類型鋼筋的強度等級、直徑、根數、間距等構造措施，應如何進行確定。以此引入課程的學習內容。在新課講授過程時，實現以學生為中心的教學思想，教師拋出問題，以學生的回答結果作為引導，幫助學生認識不同受力構件的特點及其在結構中的作用。在進行受力構件承載力計算內容學習時，以現行規范中的受力構件承載力計算公式講解作為切入點，向學生闡述半經驗半理論公式各項代表的意義。公式中經驗項目是以模型試驗結果歸納總結出的部分，通過對學生介紹模型試驗的相關流程和試驗方法，幫助學生建立科學研究采用的方法。通過試驗掌握影響結構構件力學性能的相關因素，得到結構構件不同的破壞模式，在此基礎上，引入數學模型并結合力學知識，建立不同受力構件的承載力計算公式，對公式中不同計算系數的意義進行分析，對公式中不同部分代表的意義進行講解，讓學生理解半經驗半理論計算公式形成的過程。

在新課教學過程中，應采用多樣化的教學方式，避免滿堂灌的教學方法。目前常用的教學方式有線上答題、小組討論、選人答題等方式，調動學生的學習興趣，提升學生的課堂參與情況。通過上述教學方式，教學過程中應實時注意與學生互動的情況，此外還可設置線上題目，通過學生的答題情況，及時了解學生的課程學習效果，也可掌握學生的學習情況，形成有效的課堂互動。

在工程應用時，對教材中的例題進行重新編寫，完善題目中的工程背景，讓學生自行查閱相關規范，對構件的荷載效應進行計算，并根據所學習承載力計算知識，得到鋼筋面積并配置鋼筋，從而幫助學生理解配筋存在很多的可能性，引導學生查閱相關規范，了解受力構件的相關構造要求，包括混凝土強度等級、鋼筋強度等級和直徑，鋼筋間距和凈距等相關要求。

3.3 課外能力提升

土木工程作為傳統的工科應用型專業，提升學生的問題分析能力、實踐操作能力和綜合應用能力至關重要。課外能力提升是銜接理論知識與工程實踐的關鍵環節，需構建多層次、多維度的實踐體系，實現“學用結合”的閉環培養。

學科競賽驅動創新能力培養是有效的提升路徑。以全國大學生結構設計競賽為載體，引導學生將課程知識點融入實際工程問題。在競賽設計到結構抗震設計時，學生需綜合運用抗震構造措施、內力組合等知識，通過盈建科等軟件進行受力分析，結合有限元模擬優化節點構造。另外競賽過程中設置 “方案答辯”“模型制作”和“現場加載” 等環節，既鍛煉了學生的結構設計能力，又提升了團隊協作與表達能力。

搭建模塊化實踐平臺是課外能力提升的基礎。依托學校實驗室，設計“構件設計—制作—加載” 三階訓練模塊：學生分組完成簡支梁、柱等基本構件的參數設計，使用CAD或BIM軟件繪制施工圖后制作縮尺模型，最終通過結構加載試驗驗證設計合理性。這種從虛擬設計到實體驗證的過程，能讓學生直觀理解混凝土強度、配筋率等參數對結構性能的影響，強化“概念設計”意識。同時，開放實驗室預約系統，鼓勵學生自主開展創新性試驗，如不同養護條件對混凝土強度發展的影響研究，培養科學探究能力。

校企協同拓展工程視野是課外能力的延伸方向。與建筑設計院、施工企業建立合作，開發“工程師進課堂+學生進項目”雙向機制，學生應深入到工地現場，了解實際結構構件的制作過程和相關要求，熟悉理論知識應用于工程實際的過程：企業工程師定期開展專題講座，解析實際工程中混凝土裂縫控制、耐久性設計等難點問題；組織學生參與在建項目的結構巡檢，觀察模板支護、鋼筋綁扎等施工工藝與設計圖紙的銜接要點。

通過上述課外能力提升體系的構建，讓學生掌握將專業理論知識應用于工程實踐的過程，培養學生分析和解決一般和較為復雜工程問題的能力。這里以安徽科技學院為例，采用以賽代練、以練代學的方式，近三年參加安徽省大學生結構設計競賽的成績，有了顯著提升。除此之外，也可讓學生參與大學生創新創業訓練計劃項目，從項目立項書的書寫、項目的實施到最終的項目結題，學生可以熟悉科學研究的方法、流程和意義，培養學生的科研興趣和科研潛力。

結語

“混凝土結構設計原理”作為土木工程專業的核心課程，承擔著不可替代的重要作用，在課程教學過程中，需要重視對教學方法的持續改進。課堂教學前，基于信息化教學平臺發布學習任務，調動學生的學習積極性，對教學內容進行重新編排和設計，需要建立適應學生知識儲備和思維習慣的教學內容，形成建構性教學方法；課堂教學實施過程中，體現以學生為中心，通過信息化教學平臺和學生互動情況，掌握學生的學習情況，形成有效的課堂互動，新知識講授注重對科學研究方法的介紹，建立科學研究的意識；課程能力提升環節，注重提升學生的分析和解決問題的能力，通過工程實踐鍛煉、學科競賽和大學生創新創業課題等多種途徑，不斷推動學生的專業應用能力。

參考文獻：

［1］金煥，于松，展勤建，等.基于目標問題導向的混合式教學模式改革與實踐：以混凝土結構設計原理課程為例［J］.高教學刊，2024（07）：132135.

［2］唐先習.“混凝土結構設計原理”教學改進方法探討［J］.科教導刊，2022（34）：119122.

［3］張金輪，曹兵，韓有民.“混凝土結構設計原理”課程的OBE教學實踐與分析［J］.湖北理工學院學報，2023，39（03）：5559.

［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（06）：3537.

基金項目：安徽省質量工程項目：新工科背景下基于數智化教學的土建類課程建設路徑研究（編號：2024 jyxm0354）；安徽科技學院質量工程項目：安徽科技學院線上線下混合式課程《結構力學》（編號：Xj2024040）；安徽科技學院質量工程項目：新工科理念下融入BIM技術的土木工程專業認證制度體系構建（編號：Xj2022157）；安徽省教育廳質量工程項目：土木工程專業改造提升（編號：2023zy gzts050）；安徽科技學院校級質量工程項目：基于OBECDIO理念的工程經濟學課程教學改革探究（編號：Xj2023156）

作者簡介：袁玲（1986— ），女，漢族，河南商丘人，碩士研究生，講師，主要從事土木工程專業課程教學研究工作。