开放教育“混凝土结构设计原理”课程教学探索——以山东开放大学为例

王 旭

(山东开放大学,山东 济南 250014)

一、引言

教育部新时代全国高等学校本科教育工作会议提出“以本为本”“四个回归”理念,进一步为教育思想指明了新方向,奠定了新基调。[1]党的十九届四中全会明确指出,“加快发展面向每个人、适合每个人、更加开放灵活的教育体系。”开放教育由于其先进的教育理念,灵活的教育方式,其教育价值凸显。开放教育的理念最早可以追溯到苏格拉底,他认为教学应当引导学生主动参与,而不是灌输,近代的开放教育理念始于卢梭的自然主义教育观。而我国早期对开放教育的研究始于改革开放后,学者丁兴富在1986年的论文《新型的远距离高等教育系统》中指出:开放性首先意味教育对象面向全社会开放,不受年龄、性别、学历等限制;开放性同时意味着办学模式从校园向全社会开放,突破围墙和教室。以媒体教学代替面授教学,从而突破了时间空间的限制。[2]吴遵民等2019年编著的《终身教育研究手册》指出:开放教育作为教育理念有别于传统校园封闭式的教育形态,以社会化教育、终身教育为宗旨,以学习者为中心,采用开放式的教学方法和手段,着力消除和突破各种学习障碍,以使任何人在任何时间、任何地点都可以得到教育的支持和援助,开放教育的实施使学习者可以自由地支配时间,自主地选择学习机会,并有利于激发学习者的潜能和兴趣。[3]开放教育与远程教育、终身教育紧密结合,展现出学习者开放、教学时空开放、教学方法开放、教学观念开放的学习特征。

开放教育兼容并包的特征决定了其需要融合不同的教学思想并紧跟时代发展步伐,不断改进教学思想。“混凝土结构设计原理”课程作为开放教育土木工程专业的核心课程,知识难度大,学生学习困难。当前教学内容与开放教育学生匹配度差导致学生学习主动性不高。在新时代开放教育背景下探索本课程更加开放、更加灵活的教学观念与教学方法,使开放教育学习者真正能够学到知识,学会知识,学懂知识是十分必要的。

二、开放教育“混凝土结构设计原理”课程特点与教学现状

(一)课程特点

“混凝土结构设计原理”课程主要包括混凝土结构基本概念、钢筋与混凝土材料性能,受弯构件正截面受力分析与设计,受弯构件斜截面受力分析与设计,黏结与锚固,混凝土构件的使用性能,混凝土受扭构件的分析与设计,钢筋混凝土构件受弯、受剪教学实验等相关内容。[4]基于以上内容,本课程具有下列特点:

一是工程背景强。混凝土结构在我国的应用是极其广泛的,各类民用、工业、道路、桥梁、隧道、港口等建筑、构筑物的设计、施工均需要本课程提供的基本原理。

二是实践性强。与土木工程力学等其他专业基础课不同,“混凝土结构设计原理”课程的实践性较强,混凝土结构的材料性能及各类受力构件的设计方法体现了现行《混凝土结构设计规范》(GB50010)的条文内容,与实际工程紧密相关。

三是公式推导多,系数多。本课程作为土木工程的核心专业课程,旨在让学生了解混凝土结构的设计原理,掌握设计方法。因此在介绍构件受力破坏机理时,需要引入大量的推导公式,同时混凝土作为一种混合非线性材料,在应用于实际工程时多采用半经验半理论的推导方式,系数繁多。

四是与其他基础课及专业课交叉多,内容复杂。讲解混凝土结构设计原理时会用到其他基础课和专业课的内容,比如高等数学、概率论与数理统计、理论力学、材料力学等课程。与其他课程的广泛交叉使得本课程具有很强的综合性,知识点复杂,学生学习难度大。

(二)课程教学现状

一是教学过程重知识,轻思政。“混凝土结构设计原理”课程专业性强,以往讲授多重视课程内容的讲解,而忽略课程思政与教学内容的结合。

二是教学内容重理论,轻应用,与开放教育学生适配性差。“混凝土结构设计原理”课程包括大量公式及推导过程,教学过程易囿于理论教学,而忽视对实际工程案例的讲解。

三是教学内容重计算、轻概念。“混凝土结构设计原理”课程中大量的计算公式导致教师在授课过程中把重心放在了计算,而忽略概念学习。而对于设计方案的选择、结构体系的确立、电算结果正确性的判断等都以结构概念为支撑。

四是考核过程重终结性考试,轻过程性考核。过程性考核和终结性考试是开放教育的特色,但在实际教学中过程性考核往往流于形式,仅靠终结性考试难以反映出学生对知识的掌握应用情况。

三、开放教育土建专业学生人群分析

对开放教育背景下的课程教学进行探索,对学生人群分析是十分必要的。本文以山东开放大学2023年春季1791名部分开放教育土建类专业学生进行数据分析,为开放教育“混凝土结构设计原理”课程的教学探索提供数据支持。

根据数据分析,样本中男女占比分别为84.5%与15.5%,男性学生的数量为女性的5倍左右。学生多为在职男性,说明土建类单位的工作环境和工作强度更适合男性劳动者。

从表1对学生的年龄分布进行分析可知,30岁以下的学生占比达到43.1%,40岁以下的达到79.8%,说明开放教育年轻学生居多,而年轻人对于新的教学方式接受度与适应性更高,因此大部分学生能够较好地接受与适应对开放教育课程所进行的教学改进。

表1 开放教育学生年龄分布数据表

从开放教育学生前置学历可知,学生的前置学历分布广泛,有高中、中专、大专、本科等学历。学生前置学历类型众多,与传统的全日制大学有着显著区别,对开放教育课程教学提出更高的要求。

从图1可知开放教育的学生职业分布非常广泛,正体现了开放教育的包容性与开放性,因此开放教育背景下的课程教学需要更加具有针对性的教学目标与教学方法。

图1 开放教育学生职业分布图

四、开放教育“混凝土结构设计原理”课程教学目标与教学方法探析

基于开放教育土建类学生人群特征分析和“混凝土结构设计原理”课程知识特点对开放教育“混凝土结构设计原理”课程的教学目标与教学方法进行探析。

(一)课程教学目标

教学目标是预期的学生学习成果,是教学的出发点,也是教学的最终归宿。教学目标的设置关系到教学设计的整个过程。可以说,一切的教学安排都是围绕着教学目标来进行的。[5]针对“混凝土结构设计原理”课程,结合开放教育教育特点及学生人群分布,在现今教育方针政策指导下,提出本课程在开放教育下的教学目标。

1.增加学生对知识的理解程度

“混凝土结构设计原理”课程存在大量公式推导和学科知识交叉,学生仅靠死记硬背不可能将知识融会贯通,需要促进学生对知识的理解,通过改进创新教学手段、考试方式提高学生对本课程知识的理解,让学生真正能够“学会”知识而不是“背过”知识。

2.提高学生对知识的应用能力

“混凝土结构设计原理”课程实践性强的特点决定了讲授时仅介绍基本原理将会非常枯燥,不利于学生应用知识,因此提高对知识的应用能力是重中之重。开放教育学生群体很大一部分是本专业的从业人员,对实际工程有一定的经验,但是对于实际工程中的结构设计、构造做法、施工工序及流程等仅停留在操作阶段,对其原因并不了解。将实际工程案例与专业知识相结合能够加深学生对专业知识的理解,更能让学习者知其然,更知其所以然。

3.引导学生对混凝土结构未来发展进行思考

混凝土结构是目前应用最广的结构形式,但随着钢结构、混合结构等结构形式的迅速发展,混凝土结构也凸显出其不足之处,通过讲解本门课程,引导学生对混凝土结构的未来发展方向进行思考,比如在房屋建筑改造加固、装配式建筑、与其他结构形式相结合等方面,与时俱进,从而在工作中保持竞争力。

(二)课程教学方法

针对相应的教学目标,对开放教育混凝土结构设计原理提出下列教学方法。

1.课程思政与专业知识相结合

中共中央办公厅、国务院办公厅于2019年8月印发实施了《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》[6],明确提出要解决好“培养什么人、怎样培养人和为谁培养人”的根本问题。教育部于2020年5月印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》,就深化新时代高校思政课的改革、实施和创新提出了明确的意见,要求高校全面推进课程思政建设,发挥好每门课程的育人作用。[7]课程思政与专业知识的有效结合,能够充分帮助学生树立正确的价值观,在学生的个人品质、职业素养、家国情怀塑造方面提供巨大帮助。在进行课程讲解时,有意识地从课程内容引出思政教育,达到思政、专业同时教学的目的。

比如在讲解混凝土与钢筋材料特性及协同工作时,混凝土材料抗压强度较高,耐久性较好,因此广泛使用,可以引出做人也需要像混凝土一样,面对困难需要具备较高的抗压能力;钢筋具有良好的延性,搭配脆性的混凝土能够提高结构的安全储备,引出做人刚柔并济才能够走得长远,同时两种材料取其长,补其短凸显出混凝土结构的优势,表明只有通过团队的力量,取各家之所长,协同共进才能够取得成功。通过本例对学生的个人品质方面进行引导教育。

在讲解混凝土结构设计规范和标准、工程事故或工程灾害案例时,引出需要严格执行混凝土设计规范与标准,坚守住底线,保证结构质量与人员安全,若因个人原因导致施工出现事故或者工程出现灾害,将追究个人责任,对学生的行业标准意识、规范意识及责任意识进行加强,充分培养职业素养。

2.完善考核方式,加强全过程考核体系

本课程的考核方式包括形成性考核和终结性考试,但是形成性考核内容在实施过程中设计不严密,使过程考核流于形式,不能督促学生加强平时学习,起不到过程性考核的作用,学生仅仅靠临考试前突击复习通过课程考试,期末考试成绩并不能全面反映学生的真实学习水平[8],不利于对知识的掌握与应用。因此完善考核方式,加强全过程考核体系是帮助学生从知识理解、掌握、应用全方位学习的必要保障。

根据各项考核目标设置多种考核方式形成全过程考核体系,促进学生对混凝土结构设计原理的全面学习。考核指标与考核方式见表2,各类考核指标在平时成绩中的比例见表3。

表2 开放教育“混凝土结构设计原理”课程考核数据表

表3 开放教育“混凝土结构设计原理”课程考核成绩分值表

通过设置多种考核方式,从课堂学习参与度、课堂学习效率、知识体系构建、知识应用能力、主动学习能力、知识拓展能力等6个方面对学生进行全过程考核,考核更加全面。平时成绩比重大幅提高也促使学生在整个课程学习过程中均保持较高的学习积极性和投入度,有效避免了学生期末突击复习的现象,真正提高了教学质量和学生学习效率。

3.实际工程案例与专业知识相结合

在讲解混凝土立方体抗压强度标准值时,其定义为按照标准方法制作养护的边长为150mm的立方体标准试件,在28d龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度。在实际工程强度检测中,有部分检测机构对概念混淆,仅误以为其取样材料的强度平均值达到要求即可,而忽略了需要有95%的保证率,从而误将本不合格的试件当作合格,对结构安全埋下隐患。在讲解混凝土结构锚固长度与构造措施时,当混凝土梁中的上部钢筋伸入边柱时,其上部钢筋锚固长度需要满足不小于0.41a,并且向下弯曲长度满足不小于15d,通过分析混凝土的材料特性及构件破坏形式,当上部锚固长度不足时,框架柱内侧面为薄弱点,混凝土易被压碎而崩落,当弯钩长度不足时,框架柱外侧面对薄弱点应力较大,混凝土易被破坏。通过讲解构造措施的原因,让学生对规范中枯燥的规定进行理解,与实际工程的做法相结合,起到良好的教学效果。

4.概念性设计融入到教学中

概念设计是目前土木工程设计领域中越来越受重视的一种思想。结构工程师的主要任务是在特定的建筑空间中用整体的概念来正确处理构件与构件、构件与结构、结构与结构的关系,这就是概念设计的基本思路。[9]概念设计并非完全是工程设计经验的累积而是结构工程师基本结构理念的集中体现。[10]

在将概念性设计融入课程教学中时,可从如下几个点进行:

一是钢筋与混凝土的材料特性。钢筋在达到屈服点前是一种弹性材料,达到屈服点后具有良好的延性,混凝土是一种抗压不抗拉的非线性材料,明确两种材料的特性及共同工作的机理,有利于理解结构设计的基本原理。

二是拉压弯剪扭受力构件的基本或者组合受力状态,及其对应的构件形态和破坏过程。通过对这些知识概念的理解可以让学生把握混凝土结构设计原理的整体框架。

三是课程中的理论假定和公式简化。本课程为简化分析结构构件而采用大量假定,比如在受弯构件正截面承载力计算时采取平截面假定,同时假设混凝土无抗拉能力,但实际上混凝土的抗拉强度约为抗压强度的1/10。

5.将专业知识与未来发展愿景相结合

混凝土结构存在自重大,施工工期长,受天气影响大等弊端迫使混凝土结构寻求新的发展方向。因此在讲解课程时,将混凝土结构专业知识与建筑未来发展愿景相结合,让学生在今后的工作中与时俱进,保持竞争力。比如引入利用混凝土进行建筑物改造加固的知识及案例,让学生对此有一定的了解与认识。当前我国的建设已从过去的“以新建为主”转入“以新建与维修、加固、改造”相结合的阶段[11],仅依靠新建工程,混凝土结构的发展前景有限,而现存的大批量的混凝土结构,其改造加固仍需用到混凝土材料,掌握混凝土结构的设计原理、构件破坏形式、材料特点对此工作将起到关键作用。

五、结语

“混凝土结构设计原理”课程作为土木工程专业的核心课程,在土建类专业中有着重要地位的同时也存在着较大难度,且土建类开放教育学生职业分布广泛、年龄跨度大、学历水平不同,若以普通全日制高校的授课思路很难达到教学目的,因此,在开放教育背景下探索本课程教学目标和教学方式,确立引导学生树立正确价值观,提高学生对知识理解、应用能力及对未来愿景的思考能力的教学目标,通过实施课程思政与教学内容相结合,完善考核方式,专业知识与实际案例相结合,融入概念设计,展望未来愿景的教学方式,有针对性地切实提高本课程在开放教育下的教学质量,既要做到“外化于行”,又要做到“内化于心”,真正让开放教育学生学到知识、学会知识、学懂知识。