新工科理念下的《混凝土結構基本原理》課程教學改革

羅愛忠，彭景，李密，楊健林，韓六平，方娟

（貴州工程應用技術學院 土木建筑工程學院，貴州畢節 551700）

土木建筑工程學院以新工科項目建設為契機，主動瞄準應用型大學建設目標和服務城鎮化及鄉村振興產業發展需求，持續推進土建類專業綜合改革；主動布局適應新時代發展需要，改造傳統工科專業土建類專業，進一步深化傳統工科專業體制機制改革及優化人才培養目標及完善課程體系； 以新工科人才培養為先導，以新工科項目建設為單元主體，加強產學研深度融合，強化工學結合、校企合作，追蹤引領土建類行業新技術、土建類行業新業態、土建類行業裝配式結構新產業、土建類行業發展新模式，創新土建類專業人才培養模式；大力培養適應土建類建設經濟、產業需求的高端土建類專業工程科技人才，建成畢節示范區土建類專業新工科培養高地、人才聚集高地，助推以大數據智能化為引領的建筑產業布局轉型升級和創新驅動發展?！痘炷两Y構基本原理》 是土建類專業的核心課程之一，該課程有較強的實踐性，在專業人才培養過程中起到非常重要的承上啟下的作用。新工科教育開啟了工程教育改革的新路徑，趙淑麗等[1]以混凝土結構類實踐課程為例探討了新工科背景下土建類專業實踐教學改革，探討了實踐課程設置與教學、實踐能力培養、批判性思維建立等方面的內容；賈傳洋[2]在新工科背景下，結合智慧建筑和智能城市概念研究了建筑學專業建筑結構設計課程教學改革方案；張文華[3]研究了新工科背景下《混凝土結構試驗》的實驗設計與教學實踐；李宏斌等[4]以土建類材料課程實驗為例研究了土建類專業實驗教學改革；喬惠云等[5]研究了《混凝土結構設計原理》理論與實踐結合問題。因此，課程教學改革也應該適應這種新形勢、新理念，主動融入這種新型工業化、新型城鎮化、新型農業化、信息化的浪潮中。本文以《混凝土結構基本原理》為例，探討新工科理念下課程教學改革的方法及實施路徑。

1 新工科背景下《混凝土結構基本原理》教學存在的問題

1.1 過分強調學科知識體系完整性

傳統的《混凝土結構基本原理》課程教學主要針對傳統土建類中的建筑結構工程，重點講述房屋建筑結構，課程內容的設置一定程度上遵循土建類崗位中結構工程學科原則，忽視了新基建背景下土建類領域對該課程的新要求，更沒有考慮新工科背景下智能建造、BIM 設計技術的融合； 課程教育模式傾向于解決土建類中確定的、線性的混凝土結構復雜問題的科學模式，在《混凝土結構基本原理》課程的知識結構上更多強調結構工程學科對混凝土基本構件設計計算所需知識體系，更多強調這一知識體系需具備系統性和完整性，因此在教學設計上更多側重于上部結構對《混凝土結構基本原理》的要求，而在一定程度上忽視了新工科要求下，在專業認證視域下的行業對土建類專業的需求。按學科需求構建的專業知識結構，課程被割裂成一個個獨立的知識體系，并被固化在一本本“教材”之中。每門課程都強調自己知識體系的系統性、完整性和連續性，以致課程教學內容越來越多，教材越來越厚，課時越來越長。因此在課程內容、知識點順序及教學方法上更多著力于教師對《混凝土結構基本原理》應該講授什么，而不是結合學生就業崗位及專業畢業目標要求學生應該學習什么，未能有效實現由教師教什么向學生學什么的轉變。

1.2 教學方式陳舊

傳統方式編制的《混凝土結構基本原理》課程教學大綱，在大綱撰寫過程中經常按照某本教材所規定的教學內容按照章、節順序進行安排。在教學管理上，除了教學大綱規定了每一節課教師要講授的章節及內容，教學進度計劃上同樣也做出明確的規定。至于這些章節中的內容和畢業要求、 畢業目標達成之間的具體關系，從大綱撰寫審核者到教學管理監控隊伍，似乎都未作為關注重點。在教學方式及知識傳授上更重視教師的中心地位，強調“教”的這一過程，將教師的職業定位為授業，“學生中心”地位未能有效保證，這種情況至今仍然主導著課堂教學。部分課堂讓教學大綱等形同虛設，教學過程中過度依賴于教材，離開了教材少數教師甚至不知道怎么教、學生不知道怎么學，陷入了課堂局限于教書、教書局限于課程、課程局限于課堂、課堂局限于講授、講授局限于教材的怪圈。新工科教育理念下，問題導向、學生中心的原則就是打破這種課程之間的壁壘，強化該課程與《混凝土結構設計》《邊坡工程支護與設計》《基礎工程》《橋梁工程》 等課程之間的聯系性。改變傳統教學模式，還課堂與學生，課堂教學過程要立足于立德樹人根本任務的完成，以“學生中心”為根本遵循，教師與學生之間實現知識的對話、思維的對話和心靈的對話。

1.3 不注重提升學生的能力

新工科的核心內容在于培養能運用所學自然科學知識進行實踐或創新，為社會發展助力同時也幫助自己實現自身價值的工程師?！耙粠б宦贰薄爸袊圃?025”和“互聯網+”對新時期的工程師提出了更高的要求，新型城鎮化要求土建類專業的學生具有更強的實踐能力，在工程實踐中創新工程技術方法以實現對復雜工程問題的有效解決?？傮w上講，對工科畢業生或未來工程師全面能力的要求主要體現在以下三個方面：①業務能力；②創新能力；③適應社會變革更新的軟能力。

傳統模式下的《混凝土結構基本原理》注重課程理論教學，卻忽視了對學生能力的培養和提升，部分學生的能力不足以應對工作崗位對業務的要求，也不具備創新能力以解決復雜工程問題，更無法適應日新月異的社會發展變革。這種模式下培養的畢業生與社會發展及高等教育對土建類專業人才培養的要求還有一定差距。

2 基于新工科理念的《混凝土結構基本原理》課程內容體系

2.1 新工科理念

新工科建設強調以立德樹人為引領，以應對未來變化、塑造未來為建設理念；強調專業學科建設的路徑有三點：繼承與創新、交叉與融合、協調與共享；新工科對人才培養提出了更高的目標要求，強調要培養未來多元化、創新型的卓越工程師。新工科理念下的人才培養應著眼于未來五年或十年的行業發展，注重學生卓越能力及家國情懷、創新創業能力等的培養，走出“適應社會”的觀念局限，主動肩負起造福人類、塑造未來的使命責任[6]。同時，在進行《混凝土結構基本原理》課程系統研究之前，我們需要分析“什么是土建類中的復雜工程問題”，綜合分析土建類行業發展及國家建筑現代化、新型城鎮化要求，對于土建類復雜問題要求運用工程分析原理，引入多方面的技術、方法及其他因素，建立合適的、具有創造性的模型，以尋求解決方法。

2.2 模塊化課程內容體系構建

2.2.1 《混凝土結構基本原理》對專業畢業要求的支撐

新工科理念下，要求課程教學解決建筑行業發展提出的人才需求與土建類專業人才培養供給的矛盾，要以新興或新生學科的創設、 整合性思維引導土建類教育知識、工程教育方式、工程教育資源等方面的綜合改革。綜合分析我校土建類專業培養方案，《混凝土結構基本原理》需要在畢業要求上做如下支撐：①掌握解決土建類專業復雜工程問題的基本原理和方法的核心知識并能夠應用于工程實踐；②能夠運用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達和分析土建類行業的復雜工程問題，以獲得有效結論；③能夠針對土建行業復雜工程問題提出解決方案，設計滿足特定需求的結構或構件；④能夠基于科學原理，采用科學方法對土建類專業的復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、收集、處理、分析和解釋相關數據，通過信息綜合得到合理有效的結論并應用于工程實踐；⑤能夠針對土建類的復雜工程問題，選擇使用恰當的技術、資源、現代工具和信息技術；具有團隊意識，能夠在團隊中發揮作用。

2.2.2 《混凝土結構基本原理》課程目標確定

新工科理念下，更加強調學生中心、產出導向和持續改進的先進理念，而學生中心、產出導向的重要保證條件之一就是課程教學。課程教學能否支撐畢業要求和達到培養目標，取決于課程目標及課程內容體系。結合土建類專業國家教學標準及土建類專業行業指導規范，分析我校土建類專業培養方案中對《混凝土結構基本原理》 的畢業支撐要求，綜合確定我校土建類專業《混凝土結構基本原理》課程的目標為：具備本課程扎實的基礎理論知識及應用能力；能夠運用數學、力學等知識進行基本構件的受力分析及設計基本公式推導，建立起基本構件設計公式并正確求解； 能夠運用基本理論進行設計，解決工程中基本構件的承載力極限狀態和正常使用極限狀態設計及校核問題； 能夠熟練使用專業相關規范和圖集，結合本課程的知識解決實際土建類復雜問題。

2.2.3 《混凝土結構基本原理》課程內容建構

針對新工科背景下土建類專業特點及貴州工程應用技術學院學生特點，就本課程而言，在我校“12224”培養模式指導下，結合我?！?2345”創新創業能力培養體系，我們總結我校土建類專業的核心技能為：經管技法，“經” 是強調學生在解決相關工程實際問題中要精打細算，對力學、結構、計量和造價等都必須精于算；“管”是強調學生在解決相關工程實際問題中要具有較強的組織協調能力，在外圓內方中堅守原則底線的同時，善于處理工程中遇到的各方關系；“技”強調學生對專業知識的掌握要技術精湛，注重專業知識與實際工程問題的有效結合，在理論適度適用中完成對工程問題的高效解決；“法”強調學生在處理工程實際問題中要知法守法，堅守法律法規、專業規范規程底線。

基于以上指導思想，我們將《混凝土結構基本原理》課程內容進行了模塊化重構，將課程內容劃分為五大模塊：混凝土結構基本知識模塊、混凝土結構材料基本物理力學性質模塊、混凝土結構承載力設計模塊、混凝土結構正常使用極限狀態設計模塊、 混凝土結構實踐與職業發展模塊。在各個主要模塊下又設計了若干子模塊，用來對相應模塊知識點的進一步細化，如混凝土結構正常使用極限狀態設計模塊下設了若干子模塊：受彎構件正截面承載力設計子模塊、受彎構件斜截面承載力設計子模塊、受壓構件承載力設計子模塊、受拉構件承載力設計子模塊、 受扭構件承載力設計子模塊等。并對課程各個內容模塊的能力目標、課程思政要素及考核標準等方面進行了細化。通過課堂—現場—實驗—實訓—課堂的循環過程，加強課程理論與工程實際的聯系，增強學生的工程能力和工程意識。本課程具體內容包括緒論、混凝土結構材料的物理力學性能、混凝土受彎構件的設計原理，混凝土受壓構件的設計原理、混凝土受拉構件的設計原理、混凝土受扭構件的設計原理、預應力混凝土構件的設計原理等。通過本課程學習，學生可以掌握混凝土結構的基本知識，理解構件的受力機理與破壞規律，樹立正確的結構設計觀念，鍛煉解決實際工程結構問題的能力。

要體現新工科產出導向的培養目標，建議把這段改為：

基于以上指導思想，我們將《混凝土結構基本原理》課程內容進行了模塊化的內容重構，將課程內容劃分為：①基礎知識模塊；②梁設計模塊；③柱設計模塊；④其他構件設計模塊； ⑤混凝土構件設計實踐與職業發展模塊。在以上主模塊下又設有若干子模塊，如梁設計模塊下設有：a 抗彎承載力設計子模塊；b 抗剪承載力設計子模塊；c 抗扭承載力設計子模塊；d 正常使用極限狀態驗算模塊；e 截面構造子模塊等。課程內容模塊化，進一步揭示教材知識點主要能解決工程實踐中的何種問題，學生需要達到何種業務能力。

為培養學生的另外兩種能力，又在傳統課程內容基礎上增加了實踐與職業發展模塊。該模塊為引導學生動手實操，在實踐中嘗試創新并歸納總結社會發展對本行業從業人員的需求，教學形式包括但不局限于：①軟件模擬仿真設計； ②共建協同到生產現場參觀認知。通過該環節，還可以將過去存在的課程設計與理論教學未能有效結合的弊端革除，將該課程的理論教學部分有效延伸到課程設計環節中去。通過課堂—現場—實驗—實訓—課堂的循環過程，加強課程理論與工程實際的聯系，增強學生的工程能力和工程意識。

本課程具體內容包括緒論、 混凝土結構材料的物理力學性能、混凝土受彎構件的設計原理，混凝土受壓構件的設計原理、混凝土受拉構件的設計原理、混凝土受扭構件的設計原理、 預應力混凝土構件的設計原理等。通過本課程學習，可以掌握混凝土結構的基本知識，理解構件的受力機理與破壞規律，確立正確的結構設計觀念，鍛煉解決實際工程結構問題的能力。

3 基于新工科理念的《混凝土結構基本原理》教育教學改革

3.1 課堂教學改革

傳統的《混凝土結構基本原理》課程教學主要以教師為中心，整個教學過程重在滿足學科教育培養需要，強調教學知識體系的完整性，這使得課程的教學效果大打折扣，學生對課程的學習是被動的過程，學生學習的主動性和積極性不足。為了使課堂教學由“教師中心”到“學生中心”轉變，在教學實踐過程中，《混凝土結構基本原理》課程基于“新工科”理念，課程內容模塊化，在教學中進一步強化課程目標。這一舉措將突出學生能力本位的教學思路，教學過程中以學生為中心，讓學生從考生變學生，教師從講師變導師，在傳統教學方法上改革創新，促進學生與教師的交流，達到知識間的對話。在教學方式上將以巖溶地質和坡地建筑等具有貴州特征的實際工程項目為教學載體，依托實際工作過程和工作任務開展教學，在教學內容上基于學生后續就業崗位的能力本位需求，以崗位所需技術技能為主線，突出學生在整個教學過程的主體地位，激發學生學習內生動力。教學過程和教學內容面向學生后續職業發展及相應崗位對土建類相關課程的內容需求，突出學生綜合能力培養和解決復雜工程問題的能力。

3.2 實踐教學改革

我校屬于地方應用型高校，在突出產出導向的過程中，教學的目標定位是解決巖溶地質和坡地建筑等復雜土建類結構問題，教學上強調教學內容要密切聯系實際，突出實踐教學。在新工科理念指導下，我們構建了多方協同育人的實踐育人模式（見圖1），通過共建實踐創新基地、共建土建類專業方向、共建人才培養課程體系、 共建協同創新中心等手段提高實踐教學質量，達到實踐育人目的。針對《混凝土結構基本原理》課程，我們依托實踐創新基地開展虛擬仿真實踐教學和到生產現場參觀認知混凝土構件的建造施工過程；通過共建人才培養課程體系，完成混凝土結構理論知識到工程踐課程的有效轉化；通過共建協同創新中心，引導學生在混凝土結構、 巖溶山區地下工程方面開展創新研究和創業能力培養。

圖1 多方協同育人土建類專業新工科人才實踐育人模式

3.3 教學考核與反饋

學生學習效果的評價是教學改革的最終檢驗標準，按照貴州工程應用技術學院課程考核辦法實施意見，針對本課程，我們采用平時考勤、項目成績和期末成績結合的考核方式，建立了合理的課程教學學習效果評價體系。在具體考核上除了傳統的期末考核外，更強調學生實踐過程的考核，從學生階段性課程學習心得、參與團隊合作等方面進行綜合評價。在實際操作上構思了工程識圖大作業、外伸梁課程設計、預應力結構施工仿真、學生團隊合作能力等重點過程考核內容，重點考核通過該課程學習，學生作為未來的土建行業從業人員所應具備的核心素養情況，即從家國情懷觀念、創新創業意識、跨學科專業融合理解能力、工程事故辯證思維能力、國際視野、自主學習能力、團隊溝通合作能力、工程領導力、環境與可持續發展意識和人文素養等幾個方面進行綜合評價，實現專業育人和課程思政育人的有效融合。

4 結語

新工科背景下，土建類專業人才的培養更注重學生家國情懷的養成和創新創業能力素養的培養?！痘炷两Y構基本原理》是土建類專業的專業基礎課，課程在專業課程體系中起著承上啟下的作用，該課程學習效果的達成度直接影響該專業后續課程的學習。本文基于新工科理念探討了《混凝土結構基本原理》課程的教學改革，以學生中心，產出導向、持續改進為指導思想，重構了模塊化課程內容體系，并進行了教育教學改革，將課程思政、創新創業與專業課程內容相融合，為新工科理念下土建類專業人才的培養提供借鑒。