“混凝土结构设计原理”课程教学改革探讨＊

张灵通，张 震，李宝元，贺成林

（新疆理工学院机电工程学院，新疆 阿克苏 843000）

1 课程简介

“混凝土结构设计原理”这门课程重点是对建筑结构加以分析与计算，是土木工程专业重要的学科专业综合实践能力考核结果科目，为课程理论的核心课程，内容涉及结构设计、建筑施工等各个领域。课程的设置本着掌握“认识基本工作目标”，突破“技术力量基本工作目标”，拓宽“基本素质基本工作目标”的指导原则，理论综合能力较强，工程实用性比较突出，是一个贴近工程实践应用的课程[1-3]。在学习此课程中学生必须了解结构材料和构件的工程设计基本原理与方法，以锻炼学生土木工程结构设计方面的基本技能与素养。学科制度改革是培养教学模式变革力量的核心内容，是实现培养目标与提升培养教学质量的重要关键，是进行工程学科培养改革的主要载体[4-5]。随着高校教学改革的深入，基于OBE 教学理念和新工科背景下人才培养新体系，要求高校培育的人才具有扎实的理论基础，并能够运用专业知识去解决工程实际问题。该课时由最初的80 学时缩减到当前的48 学时。此时再按照传统的讲授方式必然不可行，所以亟待改革“混凝土结构设计原理”课程教学。

2 “混凝土结构设计原理”课程教学存在的问题

2.1 学生能力不同

新疆是多民族聚居省份，少数民族学生的汉语言能力稍差，其相应的学习能力受到很大的限制。即便其他不存在语言问题的学生，其个体接收知识的能力也不尽相同，这就造成了学生基础水平差异性较大，制定学习目标时难以考虑学生的个体差异，忽视基础薄弱学生的学习需求，部分基础太差的学生无法有效消化课堂知识。

2.2 教学内容抽象难懂

“混凝土结构设计原理”教学工作在高等院校土建类学科已开展了数十年，主要教学内容为探讨钢筋混凝土结构的受力特性、设计与计算方法、配筋结构问题等，其基础理论主要包括结构材料特性，结构设计方法，钢筋混凝土结构承载力的计算、断裂、变形以及耐久性验算等，还包括预应力混凝土结构的基础知识。但由于传统的学校教育思想注重理论教学，这种教学模式已不符合当前应用型本科学校积极推进教学改革的政策，也无法适应现代职业技术岗位能力人才培养的新要求[6]。

在校学生大多数基础薄弱，逻辑抽象思维能力不高，而“混凝土结构设计原理”对逻辑思维能力和分析问题的能力要求较高，导致大多数学生学习起来比较吃力，书中大量的公式容易使学生提不起学习兴趣。以往的“混凝土结构设计原理”重理论、轻实践，把主要精力放在理论知识推导上，学生被动接受知识。大量新概念、新知识让学生应接不暇，导致学生容易产生厌学心理。而且这门必修课内容间存在密切的联系，各章知识内容都有规定的共通性，导致学习者如果在某一节课程中存在疑问，便会影响课程的复习进程。

2.3 教学方法单一

“混凝土结构设计原理”是一门对专业基础知识要求比较高的课程，课堂上该课程的教学还是以板书为主，传授知识量少，效率不高，由于课程内容多，课时少，学习任务重，任课教师与学生课堂互动性不强，学生容易开小差，不想听课，导致课堂学习效率低。并且钢筋混凝土构件及其制作过程、混凝土结构试验、工程应用等对学生来说很陌生，很难让学生加深对其的理解并灵活掌握课堂内容。

3 “混凝土结构设计原理”课程教学创新举措

3.1 运用虚拟仿真技术授课

虚拟仿真模式将知识点纳入仿真课程之中，使学习者领会知识点，从而建立具有互动效能多维化的信息学习环境。基于虚拟现实仿真技术独特的沉浸感和实时性，对时间与空间的学习环境进行超越，让学习者可以真实地走进一个个由电脑制作的交互式三维虚拟现实环境中，可立体化重现建筑情景，直接看到在各种数据参数下结构受弯、受压、受拉、受扭的破坏现象，并真实地体验结构的伸缩性破坏过程和断裂的发展，并将虚拟现实仿真结果前沿技术有机渗透到建筑结构的受力性能中，用虚拟现实仿真结果项目内容涵盖教学的重难点知识点，将虚拟现实仿真结果展示、试验、创新等模块生动地融于教学，并优化了知识点，有效克服了课程教学和社会实践工程脱节问题。虚拟仿真技术不受时间、空间的限制，将抽象的难以理解的内容生动具体化，推动互联网和课程教学相结合，学生可以对重难点进行重复学习，借助互联网技术实现虚拟仿真的云共享[7]。

3.2 逆向教学设计

传统教学设计偏向采用顺向思考模式，即教师从教材和熟悉的教法出发，加以相关活动辅助教学，却忽略教学结果是否能真正实现教学目标。逆向教学设计更加关注学生的“学”，而不仅仅只关注教师的“教”。逆向设计是一种倒推思维，以教学目标结果为中心，有利于教师在授课时始终围绕该课程最核心的内容来展开教学，且不一定要根据教材的顺序或篇幅进行“照搬”教学，甚至可以有所删减，所选内容旨在实现教学目标。“混凝土结构设计原理”课程的教育目标是让学习者了解混凝土构造专业的基本理论与知识，并掌握结构基础构件设计的基本方法，从而为设计工作奠定牢固的理论基础。教程内容包括扭、剪、扭转结构的基本假定和设计原理，拉、挤压结构基本假定和设计原理，结构形状和断裂长度估算等内容。根据逆向思维设计，首先展示工程实际案例，然后从整体结构分解出局部构件，再进行构件的承载力计算。逆向教学设计加强学习者对课程内容模块化的整合，引导学生运用空间思维分析问题，提高学生学习能力，加深学生对结构概念的理解[8]。

4 教学创新成效

4.1 虚拟仿真技术创新成效

采用虚拟仿真平台进行教学，弥补了实验室无法直接进行钢筋混凝土楼盖模型建造和承载力破坏过程演示的缺陷，在实体实验中测试复杂的裂缝和变形、看不见的钢筋和混凝土应力应变，以彩色云图的形式直观地展示混凝土楼盖的应力、应变和变形动态响应等全过程，促进了理论教学。采用虚拟仿真模式将教学知识点渗透到仿真课程之中，充实教学内涵，充分调动学习者积极性，让枯燥的课程多姿多彩，更有利于吸引学习者的关注力，增强学习者的兴趣爱好，从而提升学生的学习效能，有效调动学生学习的积极性和创造思想，加强学生对学习知识点的掌握。同时，采用创新虚拟现实仿真技术进一步优化了实践课程环境，促进了教学成果转化，提高了学生的专业应用能力。

4.2 逆向教学设计创新成效

只有追求开放的思路、坚定创新的取向，才能有效实现课堂教学学习目标。在具体教学中，教师努力转变教学观念，通过对现行的以书本知识为本位、以教师为中心以及以传播为主要特征的教学模式的根本性变革，把课堂结构设计为目标显示、教前导学、自学展评、重点讲析、深度加工几个部分。教学过程主要包括以下内容：在前一节课的最后3～5 min，告知下节课学习的主要内容与目标要求，出示自学思路或学前设计等，提示自学方法和课外观察实习内容，每个学习团队（项目小组）由组长带领完成观察实习的任务；导入新课后，首先检查自学情况，并集中10 min左右的时间展示学生有代表性的自学成果，鼓励学生展开讨论和成果评价，对有创意的观点、设计、质疑予以记录和鉴定；根据自学反馈情况及学生交流评述，抓住重点难点，积极实行启发式、讨论式、探究式教学，最后回到学习的起点，让学生对学习内容进行内化和深加工或进行再设计、再创造。

采用逆向教学设计后，学生课堂参与度显著提高，听讲专注程度也明显提高，课堂上学生更愿意参与课堂活动，充分调动了学生的学习激情与兴趣，也充分调动了学生学习的积极性，从而提高了学生对学习的信心。

课程反映了本学科在科学研究方法与工艺技术方面的最新研究成果，对课程加以优化完善后，突出重点知识领域，讲透重难点知识，并结合工程案例加以说明，锻炼了学生的工程认知意识，同时加强对学生创造意识与创新能力的培训，以开阔学生眼界[9-10]。在已有的混凝土结构模型实验室的基础上让学生制作建筑结构模型，展示新材料、新工艺、新产品，使原本抽象、复杂的知识直观化、简明化，培养了学生的形象思维，提高了学生分析问题的能力，教学效果良好。

5 教学反思改进

高新技术和信息化技术日益发达对建筑行业的影响也愈来愈大，而且获得了巨大的经济利益和社会效益。如果教师没有在第一时间掌握实际工程中所使用的材料、技术、新工艺、新理念，势必会影响教学效果，所以教师深入企业才能接触到行业前沿信息，丰富教学内容，提高教学质量。

“混凝土结构设计原理”作为专业核心课程课时量过少，影响教学效果，拟在培养方案中增加课时量，精讲细讲，使学生真正理解掌握；任课教师缺乏实践经验，没有真正接触过工程项目，存在理论教学和实践教学脱节现象，实践教学能力有待提高，拟积极利用寒暑假、节假日参加企业锻炼，提升专业知识和技能。教师们掌握了企业实际操作经验后可以更好地对实践性环节进行引导，包括课程设计和毕业设计。学生深入企业可以对专业行业的发展动态、企业的需求有所认识，从而扩大学生的知识面和职业途径。所以必须鼓励青年教师进入企业学习，坚定地走以学生就业市场为导向、与产学研紧密结合的办学之道，着力培育合格的应用型专业技术人才。产学研是以企业技术创新为向导，以科研院供给的协作方式为科研创新服务，推动企业科研成果转化，实质内容是企业促进创新发展所需要的各类产品要素高效结合。采用当代“双师型”教师人才培养模式既能促进企业和高校之间技术和理念的输入与输出，又能成为“双师型”教师人才培养的原动力。教师进入大企业可提升教师的实战能力，同时加快高校“双师型”师资队伍建设，利用社会资源为学校培养应用型人才提供强力的师资保障，打造一支高素质的“双师型”教师队伍。

6 教学改革创新

“混凝土结构设计原理”课程理论性强，实践操作性也非常强，混凝土结构是一个不断发展的学科，随着材料学、力学等学科的发展，许多新技术、新理论不断产生。相较于实践教学，目前的理论环节尚存在不足。此课程教学中形成的特色如下：注重跟踪相关新技术的发展，并将其反映在教学内容中；注重教学研究与教学改革，将先进的教学理念和教学方法应用到该课程中，在此基础上创建新的教学法；注重学生实践能力、创新能力的培养，教学过程中利用多媒体、工地参观、虚拟仿真平台等多种手段，培养学生的科学思维和创新能力；积极开展校企合作，拓展实践平台，培养学生解决实际问题的能力。

7 改革预期效果

在课堂教学中实施该项目，使教学的主体由教师变为学生，改变以课堂为中心、以书本为中心的陈旧模式。在教学过程中，学生根据混凝土结构要求，充分发挥其主观能动性和创造潜能，提出具有独立见解的设计观点和设计方案，并用图纸或模型表达出来。通过分析房屋建筑工程项目条件和要求，查找相关设计资料，和小组成员及教师讨论，优化方案设计，学生变被动学习为主动学习，将过去对知识点的理解记忆过程改变为对知识的应用过程，发挥其主动性和创造性，更好地实现教学目标。提高学生进行实际工程设计和解决实际问题的综合能力，也培养了学生的团队合作精神和组织管理能力。

本文课题的研究成果预期先在机电工程学院土木工程专业进行实践，然后进一步向校内和校外相关专业进行推广。将本课题应用于“混凝土结构设计原理”课程教学中，以期在有限的2 年时间里，通过学习此课程，使学生掌握混凝土结构学科的基本理论和基本知识，学习结构基本构件设计的方法，并为后续专业课的学习以及毕业后在混凝土结构学科领域继续学习提供坚实的基础。此项目受益面比较广，主要有以下几方面：对于社会而言，结合学院对学生“应用型人才”培养模式定位，按照“夯实学科基础、强化工程实践、培养创新能力”的总体思路，结合本专业培养适应社会主义现代化建设需要的人才，满足区域经济社会发展需求；对于学校而言，确定了课程培养目标，对于课程改革具有重要的指导和提升作用，促进学校办学水平的提高；土木工程专业学生是本文课题研究成果的最大受益者，由于建立了科学合理的课程培养体系，学生可以学到更多社会需求的专业知识和技能，在就业中具有更强的竞争力，同时根据自身需求，学习更高层次的知识，不断提高技能水平；企业也是本文课题研究成果的直接受益者，因为更多高素质的应用型“能下得去，吃得苦，留得住，用得上”的人才将促进企业和地方经济的发展。