應(yīng)用型本科院校混凝土結(jié)構(gòu)基本原理課程改革探索★

黎 瑩 郭秀芹

(西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西 西安 710018)

1 概述

混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)前土木工程界使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)類型之一，內(nèi)涵豐富。《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課，學(xué)生對(duì)該門課程的掌握程度和應(yīng)用水平將直接決定其在專業(yè)崗位中的專業(yè)技術(shù)能力[1]。

當(dāng)今土木工程應(yīng)用型人才缺口較大，應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的具有扎實(shí)基礎(chǔ)、較強(qiáng)實(shí)踐能力和良好發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)[2]。然而學(xué)生對(duì)《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程相關(guān)知識(shí)的掌握程度和分析應(yīng)用能力較差，僅會(huì)簡(jiǎn)單照搬公式，不能很好理解基本設(shè)計(jì)原理和掌握相關(guān)計(jì)算方法，無法主動(dòng)思考問題、解決問題，這和多年來傳統(tǒng)教學(xué)中以解題為目的抽象式教學(xué)方式有很大關(guān)系。

結(jié)合目前工程教育專業(yè)認(rèn)證明確提出的構(gòu)建“結(jié)果導(dǎo)向(OBE)”的人才培養(yǎng)體系的核心內(nèi)涵，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理這門核心課程理論性和工程應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)本專業(yè)畢業(yè)生所應(yīng)具有的專業(yè)知識(shí)技能的要求，對(duì)土木工程專業(yè)核心課——《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程的教學(xué)改革進(jìn)行了深入思考，以學(xué)生為主體，從教學(xué)內(nèi)容到授課形式上進(jìn)行多方面思考，使學(xué)生更主動(dòng)地掌握課程基本原理、基本方法、基本實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2 《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程教學(xué)分析

2.1 教學(xué)對(duì)象特點(diǎn)分析

目前，本科專業(yè)教學(xué)的對(duì)象大多是一批聰明且善于利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)獲取“快餐”資源的“零零后”們。在課堂教學(xué)中有兩大問題日益凸顯：

1)傳統(tǒng)的授課模式和內(nèi)容難以吸引學(xué)生深入學(xué)習(xí)。在課堂學(xué)習(xí)中，學(xué)生普遍具有定力不足、興趣不高的特點(diǎn)。因而授課難點(diǎn)從“如何教好知識(shí)”向“如何激發(fā)學(xué)生進(jìn)行深入學(xué)習(xí)”遷移。

2)受“快餐”資源影響，學(xué)生善于利用網(wǎng)絡(luò)尋找解決問題的直接辦法，卻疏于通過思考分析問題出現(xiàn)的原因。

2.2 課程特點(diǎn)分析

混凝土結(jié)構(gòu)是當(dāng)今世界使用范圍最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)類型，《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》是土木工程專業(yè)最為重要的一門專業(yè)核心課[3]。

由于研究對(duì)象為鋼筋和混凝土兩種受力特性相差很大的彈塑性材料組成，構(gòu)件的受力分析、簡(jiǎn)化和設(shè)計(jì)的知識(shí)體量均較大。故在有限的課時(shí)條件和課程考核的要求下，教師為求效果，普遍將授課重點(diǎn)向構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算方向偏移，使該門課程變?yōu)橐婚T計(jì)算量大且存在設(shè)計(jì)套路的“計(jì)算”課。學(xué)生縱使會(huì)計(jì)算，也難以從“模板套路”計(jì)算中獲得工程思維方式的訓(xùn)練。

3 課程改革探索

3.1 課程改革思路

針對(duì)學(xué)生有迫切獲取工程經(jīng)驗(yàn)的心理特點(diǎn)，課堂教學(xué)可采用工程案例為載體，讓課本知識(shí)來源于工程實(shí)際，有枝可依；也使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)過程中直接獲得工程體驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

知識(shí)是能力的載體。故課堂教學(xué)應(yīng)從“教知識(shí)”向“提能力”轉(zhuǎn)換。根據(jù)“高素質(zhì)應(yīng)用型工程人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，課堂教學(xué)應(yīng)牢牢抓住“以學(xué)生為主體，以結(jié)果為導(dǎo)向(OBE)”的培養(yǎng)思路。教師在專業(yè)授課過程中應(yīng)增強(qiáng)學(xué)生的工程角色代入感，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)的主人翁意識(shí)；同時(shí)借助工程案例等合適的素材，將授課重心從教授知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生從課本的基本理論出發(fā)，推導(dǎo)總結(jié)規(guī)律，獲得工程規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，并且將此靈活應(yīng)用于解決工程實(shí)際問題。通過專業(yè)思維方式的引導(dǎo)，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，讓課本知識(shí)順利落地生根、開花結(jié)果。

3.2 課程改革中的關(guān)鍵問題

針對(duì)以上現(xiàn)狀，課程改革中的關(guān)鍵問題如下：

1)注重基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)知識(shí)的重要性從而主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2)注重分析問題背后的真正原因。引導(dǎo)學(xué)生深入理解混凝土基本原理，并通過組織討論，舉一反三，以同樣的分析思路獨(dú)立分析其他問題，獲得工程思維方式的鍛煉。

3)注重利用力學(xué)平衡的思想建立分析方程，幫助學(xué)生進(jìn)一步建立力學(xué)平衡的思維方式。

4)注重計(jì)算結(jié)果的適用范圍，讓學(xué)生明確數(shù)學(xué)計(jì)算只是工具，對(duì)計(jì)算結(jié)果的擇取更為重要。

3.3 課程改革方法和策略

1)教學(xué)資源選擇。結(jié)合工程調(diào)研結(jié)果，選擇合適的教學(xué)實(shí)驗(yàn)或工程案例為基礎(chǔ)教學(xué)資源。例如：在講授混凝土材料的變形時(shí)，首先引入一個(gè)工程案例：某承受長期荷載作用的軸心受壓混凝土柱，當(dāng)軸壓比達(dá)到90%時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間柱子會(huì)被壓碎。從表面看混凝土材料強(qiáng)度足夠，實(shí)則由于混凝土材料變形特點(diǎn)——當(dāng)應(yīng)力超過其抗壓強(qiáng)度的85%時(shí)，裂縫進(jìn)入不穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，最終裂縫擴(kuò)展至貫通，導(dǎo)致材料破壞。故混凝土的長期抗壓強(qiáng)度僅能達(dá)到短期強(qiáng)度的85%。借助工程案例分析，引導(dǎo)學(xué)生理解《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于“柱軸壓比限值不得超過0.85”規(guī)定的原因，完成專業(yè)知識(shí)從課本到規(guī)范的過渡。

2)利用試驗(yàn)結(jié)果，透過現(xiàn)象看本質(zhì)。教師組織學(xué)生自主分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性并預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的目的和手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過不斷設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考，透過現(xiàn)象看本質(zhì)。例如：在螺旋箍筋柱的受力特性分析中，課堂教學(xué)首先從螺旋箍柱的配筋形式入手，讓學(xué)生在了解該類柱的配筋形式后，組織學(xué)生自主設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)幫助學(xué)生理解對(duì)比實(shí)驗(yàn)的目的和手段，并采用“試錯(cuò)”的方法，引導(dǎo)學(xué)生先自主分析試驗(yàn)結(jié)果，幫助學(xué)生充分理解螺旋箍筋受力過程中的重要現(xiàn)象，只有柱發(fā)生過大變形，保護(hù)層剝落之后，抗壓承載力才會(huì)提高。進(jìn)而通過不斷設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考螺旋箍筋柱為提高承載力產(chǎn)生的后果。使學(xué)生深刻理解，受約束混凝土若要利用抗壓強(qiáng)度提高這一優(yōu)勢(shì)，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)層剝落。最終得出結(jié)論：使用螺旋箍柱的主要目的是提高在罕遇地震下結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備能力，并非是提高抗壓承載力。由此培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力，為后續(xù)螺旋箍筋構(gòu)件的承載力分析做準(zhǔn)備。

上述分析方法適用于各類混凝土構(gòu)件的學(xué)習(xí)。學(xué)生經(jīng)過如上學(xué)習(xí)訓(xùn)練，方可對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理有更為深刻的理解。

3)以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，以工程思維能力培養(yǎng)為目標(biāo)組織課堂教學(xué)。基于建構(gòu)主義的“情境”“協(xié)作”“會(huì)話”和“意義建構(gòu)”四大基本屬性，在課堂教學(xué)過程中，逐步深入分析學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)其根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或工程案例自主分析，以培養(yǎng)工程思維能力。例如：在“軸心受拉構(gòu)件的受力特性分析”的教學(xué)過程中，組織學(xué)生觀察軸心受拉構(gòu)件的試件特點(diǎn)，結(jié)合已有的鋼筋和混凝土材料的特性的知識(shí)儲(chǔ)備，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考試驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性，并對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行初判，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上給出試驗(yàn)結(jié)果并組織小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生自主分析試驗(yàn)曲線的特點(diǎn)，劃分工作階段，從而幫助學(xué)生充分理解鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件的破壞過程，混凝土先拉斷退出工作，鋼筋再屈服，從而構(gòu)件達(dá)到極限承載力。進(jìn)而通過不斷設(shè)問，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入思考出現(xiàn)這一破壞特性的根本原因是鋼筋和混凝土的受力性能的巨大差異。透過現(xiàn)象看本質(zhì)，幫助學(xué)生準(zhǔn)確掌握軸拉構(gòu)件的破壞過程及破壞特征。這一分析方法具有一般普適性，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，得出結(jié)論：混凝土由于抗拉能力非常弱，很早就被拉斷退出工作，因而鋼筋混凝土軸拉構(gòu)件的承載力僅取決于鋼筋，與混凝土無關(guān)。幫助學(xué)生深入理解鋼筋和混凝土兩種材料力學(xué)特性，進(jìn)一步體現(xiàn)基礎(chǔ)知識(shí)的工程應(yīng)用價(jià)值。

4)以知識(shí)為載體，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，讓課本知識(shí)落地生根。引導(dǎo)學(xué)生利用課堂學(xué)習(xí)的分析方法去解決一個(gè)新問題，例如：利用鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件的受力特性的分析方法來分析軸心受壓構(gòu)件的受力特性，利用梁受力特性的分析思路分析偏心受壓柱的力學(xué)性能，從而完成利用舊知識(shí)解決新問題的目標(biāo)，幫助學(xué)生獲得工程師思維能力的鍛煉。

4 結(jié)語

《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程是土木工程的重要核心課，內(nèi)涵深厚。本文討論了當(dāng)前應(yīng)用型本科生和《混凝土結(jié)構(gòu)基本原理》課程特點(diǎn)，分析了課程改革思路和課程改革過程中的四大關(guān)鍵問題，提出了四項(xiàng)課程改革策略。

按上述思路實(shí)踐課程改革，改變了現(xiàn)有教育方式下學(xué)生為了考試而死記硬背公式和概念的學(xué)習(xí)方法；借助工程案例和實(shí)驗(yàn)，以學(xué)生為主體組織教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的主人翁意識(shí)，化被動(dòng)接受為主動(dòng)吸收，提高學(xué)生分析和解決工程實(shí)際問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后學(xué)習(xí)工作打下扎實(shí)基礎(chǔ)；并且利用有限學(xué)時(shí)，通過搭建鋼筋混凝土構(gòu)件的知識(shí)邏輯關(guān)系網(wǎng)，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)整體的理解程度和應(yīng)用能力。對(duì)完善土木工程專業(yè)課程建設(shè)、提高學(xué)生整體水平、培養(yǎng)契合時(shí)代需求的應(yīng)用型土木工程專業(yè)人才具有重要意義。