基于“两性一度”理念的“工程结构抗震学”课程改革研究

袁朝庆，计静，李晓丽，于洋，孙颖，刘燕

（1.东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆163318；2.东北石油大学 统战部，黑龙江 大庆163000）

0 引言

成果导向教育(Outcome based education，简称OBE）[1-2]作为一种先进的教育理念，于1981年由Spady等人提出后，其三大核心理念为“以学生为中心，以学习成果为导向，不断持续改进”，已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念。美国工程教育认证协会全面接受了OBE的理念，并将其贯穿于工程教育认证标准的始终。2016年6月，中国成为《华盛顿协议》正式成员。为与国际人才培养OBE理念相结合，同时提高学生运用知识的综合能力，教育部教育司吴岩司长在对高等教育的课程改革创新系列讲话中指出：“树立学生中心、产出导向、持续改进的理念，提高课程两性一度”，即提升课程高阶性、突出课程创新性、增加课程挑战度[3]。

课程是人才培养的核心要素，是体现“以学生发展为中心”理念的“最后一公里”。淘汰“水课”，打造“金课”，已经逐渐成为高校教师的共识。如何有效地提升课程质量和打造“金课”，“工程结构抗震学”课程教学团队针对传统教学中主要以教师讲解、学生被动参与的课程教学模式，积极思考，主动求变，深入学习和体会OBE理念和教育部有关“金课”的重要系列讲话，以学生为中心进行持续改进，提升课程“两性一度”，以提高课程教学质量。

1 “工程结构抗震学”课程教学目标及存在问题

“工程结构抗震学”是土木工程硕士的核心课程，课程主要包括：概论与基础知识、工程地震、结构抗震理论和工程抗震四方面内容[4-5]。着力介绍工程结构抗震的基本理论、方法和观点，激发学生的学习兴趣，引导学生由书本内容引申到课外相关书籍阅读，对感兴趣的观点进行思考、论证和剖析，达到夯实理论基础、拓宽知识面的目的。进一步深刻理解概念设计，掌握抗震的基本原理和方法、我国的抗震设计原则和抗震分析方法。

对于学习“工程结构抗震学”的土木工程硕士研究生和建筑与土木工程领域（土木工程方向）专业学位研究生而言，他们在本科阶段对抗震知识的了解和掌握程度参差不齐。主要存在以下几个方面的问题：

（1）本科的抗震课程综合性强，与结构动力学、钢筋混凝土基本原理、钢结构基本原理、高层建筑结构设计等课程联系密切，大多数同学对知识点的掌握停留在表面，没有真正理解和掌握。

（2）一些高校没有开设相关课程；还有许多高校将此类课程安排在大四作为选修课，此时正是复习考研的重要节点，考研的同学无法投入足够精力到该课程中，导致学习效果一般。

（3）“工程结构抗震学”课程内容多，对专业基础知识的掌握程度要求很高，涉及的理论较深、涉及面广，学生普遍感觉难度较大、课程内容相对枯燥乏味。

因此，有必要按照“两性一度”的理念，以学生为中心对课程教学进行改进，保证最终的学习产出效果。

2 “工程结构抗震学”课程改进措施

2.1 课上课下相结合，夯实基础

针对研究生的对本科生阶段抗震知识掌握程度深浅不一的实际情况，除了课堂讲解外，有效利用中国大学慕课网的“建筑结构抗震”课程网上资源作为补充，使基础弱和部分章节掌握不牢的同学可以自行利用时间灵活多样地修读本科课程的相关内容。

例如课程内容中对“设计二阶段”的阐述，第一阶段为强度设计，第二阶段为延性设计。每一阶段采用的设计方法和理念有所不同，底部剪力法和振型分解反应谱法都是针对第一阶段，即弹性阶段（小震）进行的强度计算（包括承载力计算和弹性变形验算）。而我国抗震规范对达到基本设防烈度而进入弹塑性阶段（中震）的地震，主要采取抗震措施和构造措施来抵御，无需计算。只有大震时，才需要进行第二阶段结构薄弱层抗震变形验算。有些学生对于两阶段概念设计易出现混淆，针对这种情况，学生完全可以参考中国大学慕课网由同济大学熊海贝教授团队主讲的“建筑结构抗震”课程，进行自主学习。从而达到进一步深刻理解概念设计，掌握抗震的基本原理和方法、我国的抗震设计原则以及抗震分析方法。

对课程中涉及的相关知识点，一些同学仅能说上措施的名称，但对其内涵不甚理解。如延性框架设计中的“强柱弱梁”和“强剪弱弯”等知识点，“强柱弱梁”的实质是指梁端塑性铰先于柱端塑性铰出现，即梁端先进入塑性屈服阶段，柱端后进入塑性屈服阶段，从而延缓柱端屈服，防止因柱端屈服致使体系失稳；“强剪弱弯”的实质是指延性的弯曲破坏先于脆性的剪切破坏发生，使构件的抗剪能力高于抗弯能力。学生们并没有掌握相关知识点的实质内容，而是仅仅停留在知识点的表面。针对这种情况，学生可通过课下慕课线上对知识点的自主学习，理清知识点内涵，帮助同学进一步掌握其实质，为后续教学改进打下坚实基础。

2.2 基于“两性一度”理念，改进教学方法

根据“两性一度”和OBE理念，制定“工程结构抗震学”课程目标；依据课程目标给出相应知识点的教学要求。采用灵活多变的教学方法，以学生为中心，提高课程的“两性一度”，由教的好向学的好转变，建立的课程导图如图1所示。

图1 工程结构抗震学课程导图

2.2.1 课堂讲授,提升课程高阶性

课程高阶性就是知识、能力、素质有机融合，培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维[3]。课堂教学过程中，结合大量的图片、视频等多媒体手段形象生动地展示地震灾害、抗震建筑等，具有较强的视觉、听觉冲击力，增加学生对课程的感性认识。通过扩展课程内容和培养高级思维能力，体现课程的高阶性。有效利用知识共享资源平台，如哈尔滨工业大学谢礼立院士的公开课程“地震灾害与建筑结构防震设计”和同济大学中国大学慕课课程“建筑结构抗震”，课堂上播放相关重点、难点知识点，让同学们共同感受大师们的理解，体会大师们对抗震知识的阐述，更深刻地理解和掌握相关知识点，更深入地思考震级和烈度的关系及其影响因素，抗震概念设计的重要性及其实施要点，从而提升课程的高阶性。比如课程中涉及到的工程抗震具体问题“不同地震周期对上部建筑震害的影响分析”和“底部剪力法和振型分解反应谱法适用情况分析”等，通过提升课程的高阶性，使学生对知识的理解不再只是停留在表面，而是能够将专业知识真正的应有到实际工程中。逐步培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维。通过从校内教师到国际一流大学教师再到院士的讲解，逐渐开阔同学们的视野，扩展知识领域。

2.2.2 研讨式教学,提升课程创新性

课程创新性主要体现在：课程内容有前沿性和时代性；教学形式体现先进性和互动性；学习结果具有探究性和个性化[3]。研讨式教学恰恰能将这几个部分有机地融合在教学过程之中。研讨式教学是以学生为中心，教师主要起引导的作用，课堂成为学生和教师进行问题探究、互动的场所。选取具有前沿性和时代性的问题进行研讨，将充分激发学生的学习兴趣，充分调动学习主动性。通过自学、探究和讨论，学生不仅能收获知识，更重要的是提升了创新能力，其成效将远远大于学生被动学习的教学效果。

在“世界各地大地震对工程抗震引发的思考”研讨课程设计中，在学生掌握了相关抗震知识点的基础上，组织同学们针对历次有特点的大地震、海啸进行研讨。首先要求学生自行查找大地震、海啸基本情况和震害，并配有必要的图片和短视频等，制作PPT后在课堂上进行汇报讲解，并总结此次地震的经验教训。其次在课堂上其他学生和老师针对其讲解内容进行提问讨论，共同学习，共同提高。

世界各国因所处地理位置不同，临近地震带不同，每次地震都有不同的特点，他们的震害不同，产生的破坏机理不尽相同，获得的经验教训更需要认真挖掘。

在课程研讨过程中，同学们能够针对不同的地震给出地震发生的时间、震中、震级、烈度、人员伤亡、成因的基本情况。也针对不同的工程结构（桥梁、建筑、道路）的震害进行了图片展示，还对地震中出现的设计不足进行了初步总结。小组展示讲解完成后，同学们积极参与讨论，集思广益，最终完善了设计不足。例如，在对我国境内汶川地区发生的特大地震灾害的研讨中，研讨得出造成灾害严重的原因为：地震倒塌最严重的建筑是学校和医院，产生的原因是房屋比较空旷，横墙间距较大；强柱弱梁、强节点弱构件机制未能很好实现；薄弱层的不确定，尤其是填充墙的影响；短柱破坏等。针对具体的影响因素，同学们给出了有利于抗震设计的建议有：砌体结构中合理设置圈梁和构造柱，关注砌体结构房屋预制楼板的坍塌问题，避免钢筋混凝土框架结构发生“强梁弱柱”型破坏，对钢筋混凝土框架结构考虑设置多道抗震防线，贯彻预防为主的方针并提高防范意识；提高地震危险性评估能力，注重城镇和工程抗震场址选择，必须提高学校、医院等建筑物的抗震能力（新抗震规范中已有体现）等。

通过研讨式教学，同学们主动学习，积极查找和查阅相关资料，吸收其精华；在课堂上大家踊跃发言，各抒己见，努力寻找其他同学忽略或者考虑不周的地方，“刁钻设问”，展现自己的与众不同。研讨式教学激发了同学们的学习激情和创新思维，提高了分析总结相关资料能力，也提升了多媒体课件制作能力、演讲能力和答辩能力。研讨式教学能够把学生的个性特点展现出来，使学生们增长知识，开阔视野，提高创新能力和综合能力，进而提高课程的教学质量。

2.2.3 案例式教学,提升课程高阶性、创新性和挑战度

课程挑战度是指课程要有一定难度，需要学生和老师一起，跳一跳才能够得着[3]。案例式教学则针对一些有特色的工程案例进行分析，对学生在理论与实践相结合的学习过程，具有足够的挑战性。案例教学法实施中考虑学生已掌握了有关基本知识和理论的前提下，由授课教师统一安排和指导，根据教学目的和教学内容的要求，对某一有特色的工程案例进行分析；经过学生的独立思考或集体协作，进一步提高其识别、分析和解决复杂工程问题的能力，同时培养正确的学习理念、沟通能力和协作精神的教学方式。

为了进一步提升学生的学以致用的能力，“工程结构抗震学”课程团队要求学生寻找抵御地震的工程实际案例，认真研究其工程特点，遇到的主要问题和解决思路、方案等；经过逐层分析，重点弄清其设计理念、思路和抗震基本原理等，以及面对复杂工程问题如何思考并如何将之解决。学生自主查找典型工程案例，如在“重庆来福士广场工程案例”分析环节中，涉及设计一空中连桥这样一个非常复杂的工程问题。该工程由8栋高层建筑、6层商业裙房和3层地下室组成，其中4栋公寓在屋顶通过一座长达300 m的空中连桥彼此相连。空中连桥要考虑如何抵抗风荷载和地震作用、塔楼与连桥之间的相互作用、连桥结构体系与连接方式等设计问题。该工程案例项目最终提出的解决方法为高位连体的减隔震设计方案，它和4幢连体塔楼共同构成的“摩擦摆式支座+阻尼器”。摩擦摆式支座和粘滞阻尼器共同作用，不仅能够消耗掉不同水平地震作用下的能量，还能有效减小塔楼与连廊间的相对位移。整体工程设计创新性地利用了空中连廊的质量，消耗地震能量并控制塔楼结构的横向变形，最终促进质量阻尼机制的实施。通过案例分析，同学们不仅看到了实际工程的复杂性，需要考虑问题的综合性，也看到了如何层层分解，逐渐拨开迷雾，找到解决方案的途径和方法；从而更好地将理论与实践工程相结合，学以致用，进一步感受到知识就是力量，提高了解决复杂工程问题的信心和能力。

案例式教学不仅提高了课程的高阶性和创新性，更是提升了课程的挑战度，学生们课上课下需要更多的学习时间和思考做保障，需要跳一跳才够得着。注重了学生的主体性、主动性、自主性的发挥,引导学生通过对案例的分析,运用抗震概念较好地解决复杂工程问题。通过经济、技术、抗震理念和抗震措施等方面综合分析，提升了同学们解决复杂工程问题的能力，学习了工程案例中先进的设计理念、变化多样的减震抗震措施和手段，有力地提升分析工程问题解决工程问题的能力。同学们乐在其中，孜孜不倦的求知探索，为日后从事相关工作打下了坚实的基础。

3 “工程结构抗震学”课程教学效果

为了能够较好的评价课程的教学效果及学生的学习效果，“工程结构抗震学”课程团队针对研讨式教学和案例式教学中各环节进行了相应评价指标及权重值的设置，见表1。课程主要关注学生学习成果指标点的评价，同时考虑学生个体差异。评价结果发现：研讨式教学中，所选取震害内容的创新性以及参与度可以继续提升，主要原因为部分同学对知识点的掌握不够深入；案例教学中，学生对复杂问题的解决能力需要进一步提升，需要多学多看、多分析，逐步提高。

表1 学生部分题目及评价指标权重

课程考核过程中，更加注重学习过程中的各方面考核，减少期末考试所占成绩比重。把学生的理论基础掌握情况与学生分析解决问题的能力、思维能力与创造能力综合在一起进行全面考核。学生学习过程中涉及到多个环节，包括课堂听课、搜集资料，制作多媒体课件和讨论讲解等。过程考核则通过学生课堂笔记、课堂讲解、多媒体制作水平、课堂提问、所选演讲内容的组织、表现、研讨的参与程度等综合评价学生能力。

基于“两性一度”，课程团队经过2019和2020两年两个年级的运行和实践，“工程结构抗震学”课程质量得到了较大的提升，班级期末平均成绩由85.2分提高到88.7分。学生们课后反应，通过该课程的学习，确实学到了知识，开阔了视野，提高了能力。后续课程教学中，对同学们学习中的薄弱环节，课程教学团队将有针对性地进行进一步引导和训练，持续提高课程教学质量。

4 结语

基于“两性一度”和OBE理念，“工程结构抗震学”课程团队开展了课堂教学、研讨式教学、案例式教学等方面改革，把比较枯燥的理论教学形象化、生动化，让学生产生兴趣，激发学生的学习自觉性。以学生为中心，由“教的好”向“学的好”转变，强化工程意识，逐步促进学生的知识、能力和素养的提升。下一阶段，教学团队还将按照“两性一度”的要求，持续改进，继续提升课程质量，努力将其打造成“金课”。