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混凝土结构设计教学模式

一、课程的学习目标与特点

混凝土结构设计原理作为土木工程专业的核心课程,内容多,综合性强,理论性与实践性并重[1]。通过本门课程的学习,学生应掌握混凝土结构的基本理论知识,具备初步的结构概念,具有理论联系实际、分析问题解决问题的能力,逐步学会运用结构设计规范,为以后步入工作岗位打下良好的基础。该课程的主要特点主要有以下几方面:(1)内容多样,涉及面广。混凝土结构设计原理课程由材料性能、设计方法、拉压弯剪扭五种基本受力状态下构件的设计计算、构件的裂缝挠度计算、预应力构件设计等章节组成,课程中有公式多、符号多、构造规定多的特点。作为学生接触的第一门核心专业课,一下子接触这么多的符号和公式,学生一时难以适应,容易急躁和丧失信心。(2)半经验半理论的计算理论。混凝土结构历经了从完全的经验法,到容许应力设计法、破损阶段设计法,再到如今的极限状态设计法的发展过程,结构设计理论始终与实践存在紧密的联系。课程中的计算公式大多是在试验研究的基础上,通过平衡原理或回归分析得到的,因此许多公式都带有试验统计与经验性质,有大量的修订系数;且现有的钢筋混凝土原理还不能完全由理论分析来解释,因此课程中又包含了许多基于实践的构造规定。(3)综合性、实践性强。混凝土结构设计原理与前行课程(土木工程材料、理论力学、材料力学)等联系紧密,与结构力学的关系也十分密切,在讲述过程中经常会用到相关知识,需要学生具有较强的举一反三的能力。而且钢筋混凝土材料与力学中理想的弹性材料或理想弹塑性材料有很大的区别,在力学分析和计算中采用了很多的假定,有很强的实用性。学习中应注意分析公式与设计公式之间的联系与区别,了解和掌握我国当前有关混凝土结构设计的技术和经济政策[1]。(4)解答的不唯一性。由于混凝土材料本身的复杂性,结构设计理论的半经验半理论性,以及构造性的相关规定,使得混凝土结构的配筋等结果并不是唯一的,因此很多问题并没有标准答案,在我国的注册结构工程师考试中也通常要求“求最接近”的结果,这对已经习惯了求唯一解的学生来讲需要一个领悟和适应的过程。

二、独立学院《混凝土结构设计原理》教学中存在的主要问题

(一)缺乏实验性课程的教学

混凝土结构课程的实践性很强,其受弯和受压构件在讲授过程中应遵循“实验—基本假定—应力图形—基本公式—结构设计”[2]的主线,这样有利于学生的理解和掌握。而独立学院这一新兴的教育主体,由于其性质的特殊性,实验条件无法跟上,在教学过程中仅仅有教材内容的课堂讲授,没有实际的感性认识,枯燥的现象描述无法使学生产生兴趣,教学效果自然无法保证。

(二)授课方式的单一性

在多媒体出现以前,混凝土结构设计原理的授课往往是采用板书方式,本来就枯燥的符号公式,在单调的缺乏互动的课堂上更显得晦涩难懂,学生逐渐就丧失了学好本门课的动力和信心。独立学院的年轻教师,现在大多数采用了多媒体课件,用屏幕投影把课堂内容呈现给学生。虽然多媒体课件生动、直观,但是信息量大的特点又使得学生应接不暇,抓不住重点。加上年轻教师的知识沉淀相对不足、工程经验匮乏,造成了一味的“照屏宣科”,非但没有起到提高教学效果的作用,反而因为学生的容易走神而降低了教学效果。

(三)学生的理论功底不扎实,存在畏难情绪

独立学院的学生基础相对薄弱,对理论基础知识掌握不足;且多年应试学习的惯性,使得部分学生在学习过程中只注重本课程中公式的运用和计算,而忽略了对基本原理和概念的理解与掌握,一味的死记硬背使得学生感到乏味,面对枯燥的公式和杂乱无章的构造规定,学生很容易产生畏难情绪,个别学生甚至会放弃这门课。

(四)学生缺乏举一反三、融合归纳的能力

混凝土结构设计原理课作为学生接触的第一门专业课,在课程体系中既承前,又启后。在学习本门课时,常常需要用到材料力学等课程的知识,学生通常不能自主地运用前期所学知识来解决问题,不能实现课程与课程之间的融会贯通,无法形成系统的结构体系和建立结构思维。这种课与课之间的相对“撕裂”,不但影响学生对课程的理解,更无法使学生建立初步的结构概念,严重地影响了教学效果。

三、独立学院《混凝土结构设计原理》的教学探讨

琴岛学院作为一所独立学院,有着本身的特殊性,其学生群体具有基础较差、学习主动性不强的特点,在教学过程中我们不能照搬一本二本院校的要求,而是应该从学生的特点出发,针对已经暴露出来的问题,来进行教学方法和教学手段的革新。为了培养具备一定理论基础并获得工程师基本训练,实践动手能力强,具有较强创新精神、全面发展的高素质应用型人才,笔者对混凝土结构设计原理的教学从以下几个方面提出了改善措施。

(一)修订适合独立学院的《混凝土结构设计原理》教学大纲,优化教学内容

独立学院的人才培养的定位是应用型、技能型,为地方经济的发展培养合格人才。琴岛学院应结合自身学生的学习特点,根据土木工程专业培养方案的要求,对《混凝土结构设计原理》教学大纲进行修订,把重点放在基本构件设计上,合理分配课程中各章节的课时比例,对课程内容进行适当的调整与取舍。对独立学院的学生来讲,教学的重点应该放在承载能力极限状态下的受弯、受剪、偏心受力构件的受力性能与设计计算上,结构的可靠度设计理论可适当涉及,而对于正常使用极限状态下的构件验算和预应力构件的设计,不做掌握要求,熟悉即可。同时,应根据培养目标的需要,在教学过程中加入工程实例,避免纯粹的理论,提高学生的专业学习兴趣。

(二)精心做好课堂设计

教学中应结合独立学院土木工程专业的培养目标,以贴近工程实际的工作过程来设计教学过程。在备课中对课程内容进行排列与整合,用充分的课堂设计来引导学生积极思考。在课堂教学中,注意与力学、材料等课程的联系与区别,用现象来加深学生对受力机理的理解。遵循由现象到本质的原则,从实验现象入手,对试件进行应力应变分析,引导学生推论出基本假定,按照“实际应力图形-计算简图-基本公式-公式应用-构造规定”的顺序来组织教学。授课过程中充分利用各种手段,以实验为基础讲述各种受力构件的受力性能、破坏特征以及由此建立起来的力学模型,使学生从直观的感性认识中更深刻地理解这些重要概念。同时,应考虑到学生的层次及接受能力,对教学内容进行适当的取舍,做到重点突出;注意前后内容的区别与联系,引导学生能透过问题发现本质,做到举一反三。例如,在讲述受弯构件正截面承载力计算时,教师应花大量的时间讲清楚单筋矩形截面的受力特征、破坏形态,引导学生根据平衡原理列出基本公式,启发他们根据已知条件应用公式求解未知量。这样一个流程下来,学生基本对如何进行混凝土构件的计算有了思路。到了讲双筋矩形截面和T形截面的时候,教师只需要对需要注意的地方进行下点拨就可以了,既节省了上课时间,又锻炼了学生自己分析问题解决问题的能力。

(三)改革教学模式

传统教学模式是以教师为主体,依赖教师的现有经验,以教科书为依据,以板书的方式传授给学生。这种满堂灌的授课方法,学生只是被动地接受,压抑了学生的主观能动性。采用多媒体课件教学是现在高校普遍采用的授课方法,而部分年轻老师由于授课经验的缺乏和自身专业素养的不足,往往又变成了照屏宣科,加上学生在面对屏幕时容易走神,教学效果也不理想。笔者认为,要改变这种现状,需要从以下3个方面入手,改革教学模式:1.板书+多媒体的授课方式。板书的授课方式虽然古板,但有其自身的优点,所以我们不能摒弃它,而应该把板书和多媒体结合起来。当需要给学生视觉、听觉上的直观、直接刺激的时候,或者某些文字性内容比较多的时候,采用多媒体可以使学生印象深刻,使晦涩难懂的东西更加形象化;而在进行公式推导的时候,由教师引导学生在黑板上把计算简图画出,再一步步根据平衡原理得出公式,学生在整个教学过程中始终参与其中,跟着教师的思路走,既调动了积极性,又加深了理解,教学效果比较好。2.运用多种教学方法。教学过程中,教师应从培养学生的自学能力、激发学生的主观能动性出发,践行“方式多样、引导思维”的教学模式[3]。课堂讲授中淡化数学方面的知识,强化以实验现象为基础的定性分析,突出以解决实际问题为主旨的分析思路与方法,充分利用启发式、导入式、对比式、形象式[4]等多种教学方法,提高课堂教学效果。例如,在讲解受弯构件正截面承载力破坏特征时,教师可播放三种不同配筋构件的实验录像,运用形象式教学法,将课本上那些生涩的文字描述变为实实在在的可见的东西,使学生由感性认知到理解接受;在讲解双筋矩形截面正截面承载力计算和偏心受压构件正截面承载力计算时,可将两种计算简图进行对比分析,将两类公式进行串联对比,加深学生的理解记忆。

(四)建立实习实训中心,重视工程素质培养

独立学院相对公办院校来讲还比较年轻,加上资金紧张,其实验实习条件往往不完善。在混凝土结构设计原理的课堂教学中,为了使学生有直观深刻的认识,更深刻地理解课本的理论知识,教师往往通过给学生播放录像来讲解某些构件的破坏特征,教学效果不是特别理想。独立学院应尽快建立健全自己的实验中心,在理论知识讲解完毕之后,组织学生分组观看混凝土受弯构件的少筋梁、适筋梁、超筋梁以及偏心受力构件的加载破坏实验,加深学生对相关知识的理解。同时,在课堂讲授时适当加入些工程实例,不但能引起学生的兴趣,活跃课堂气氛,还能加深学生对课堂内容的理解,避免了传统教学中只注重理论计算、忽略构造规定的倾向。尤其是可以拿一些工程质量缺陷和事故的实例结合构造规定进行讲解,使学生从思想上重视构造问题。在课程讲授期间教师也可带领学生到就近的工地进行参观实习,使学生能把课本所学知识与工程实际结合起来[5]。

(五)改进考核方式

琴岛学院对课程的考核一般为开卷、闭卷、结课论文这三种方式,鲜有其他类型的考核方式。而混凝土课程多年来一直沿用闭卷的方式进行考核,只偏重考察知识,而忽略了能力的考核。现在我国不少高校已经有了半开卷半闭卷的形式,即对于基本概念和理论可以采用闭卷,而对公式的应用采用开卷方式,学生可将事先发放的统一规格的考试用纸带入考场[6],其上允许学生填写自己认为重要的内容。或者借鉴注册结构考试的形式,全部采用选择题,但学生必须书写解答过程与依据。考试时采用开卷方式,着重考察学生理解和运用知识的能力,把学生从痛苦的死记硬背公式中解放出来。

(六)提高教师的工程素质

独立学院的教师,大多是研究生毕业后直接进入教学岗位,实践经验较少。在讲解一些构造要求时,如果能结合一些实际经验,更能吸引学生的注意力,也更容易理解,因此,教师的实践经验显得尤为重要。只有教师具有了一定的实践经验,才能更好的服务于教学。因此,教师应课余时间主动去到工地、设计院等单位进行锻炼,加强自己的实践经验与课堂理论相结合。同时,鼓励专业教师积极参加执业资格考试,努力建设一支双师型的教师队伍[7]。

四、结语

混凝土结构设计原理课程的理论性和实践性都很强,面对独立学院这一特殊学生群体,教师在教学过程中更应从课程的特点出发,运用多种教学方法,调动学生的学习主动性,使他们真正理解并掌握混凝土结构的原理与设计方法,并进一步提高学生分析问题解决问题的能力,为学生就业打下良好的基础。

作者:胡锦秀 单位:青岛理工大学琴岛学院


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