“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程多目標教學(xué)改革初探

楊艷+王亞紅+李宗利

摘 ? ?要：文章以培養(yǎng)卓越水工結(jié)構(gòu)工程師為目標，根據(jù)“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程的任務(wù)、特點以及教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的要求，提出了注重培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用、科學(xué)思維、探索與創(chuàng)新能力的多目標教學(xué)改革路徑，旨在進一步提升工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);多目標;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2015）07-0018-03

一、課程任務(wù)特點

1872年，世界第一座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的落成開啟了人類建筑史的新紀元。自1900年，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在工程中逐步得到了大規(guī)模使用。目前在水利水電工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已成為最基本的結(jié)構(gòu)形式之一，作為水利水電工程的設(shè)計、施工技術(shù)人才則必須掌握其設(shè)計計算的基本理論與構(gòu)造知識，這使得“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程成為水利水電工程及相關(guān)水利類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。本門課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計計算理論及構(gòu)造要求，正確理解規(guī)范條文;培養(yǎng)學(xué)生從事鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)技能，為學(xué)生學(xué)習后續(xù)專業(yè)應(yīng)用課程及畢業(yè)后從事工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和管理等相關(guān)工作奠定堅實的專業(yè)基礎(chǔ)。

該課程涉及了各種構(gòu)件的承載力計算和正常使用驗算，不僅公式多、構(gòu)造要求繁雜，而且計算理論不是很完善，多是在試驗和理論分析相結(jié)合的基礎(chǔ)上，并以一定假設(shè)條件為前提推導(dǎo)出計算公式，再結(jié)合工程實踐提出相應(yīng)的設(shè)計表達式，因而教學(xué)內(nèi)容不易于學(xué)生理解和掌握。此外，該課程既具有較為嚴密的理論計算，又具有很強的實踐性?；谠撜n程的上述特點，如何有效地幫助學(xué)生深刻理解鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理、熟練掌握其設(shè)計方法與正確應(yīng)用各種構(gòu)造要求是該課程教學(xué)改革亟待解決的重要問題。目前，已有不少高校教師根據(jù)多年積累的教學(xué)經(jīng)驗，從不同角度提出了多種形式的教學(xué)改革措施。例如浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院自主研發(fā)了試驗教學(xué)演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠使學(xué)生直觀地觀察試驗現(xiàn)象，有效地幫助了學(xué)生理解試驗成果并掌握相應(yīng)理論[1]。

2010年教育部啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（以下簡稱“卓越計劃”），該計劃要求大力改革課程體系和教學(xué)形式，以強化學(xué)生的工程實踐能力、工程設(shè)計能力與工程創(chuàng)新能力為核心，重構(gòu)課程體系和教學(xué)內(nèi)容[2]。因此，筆者從“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程的任務(wù)及特點出發(fā)，以“卓越計劃”的要求為目標，針對以往授課過程中遇到的問題及設(shè)計施工單位對工程應(yīng)用型人才需求的現(xiàn)狀，提出了多目標教學(xué)改革措施。這些改革措施旨在通過實踐教學(xué)平臺與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)乃季S模式以及勇于探索、創(chuàng)新的科學(xué)精神，從而提高高校工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

二、課程教學(xué)改革方向

目前我國高等教育的師資結(jié)構(gòu)偏重學(xué)術(shù)型，一線教師缺乏行業(yè)工作經(jīng)驗，實踐教學(xué)能力薄弱，導(dǎo)致授課內(nèi)容空洞、脫離工程實際，阻礙了學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)和提高[3]，具有很強實踐性的“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程則表現(xiàn)尤為突出。為了改變這種不利于工程技術(shù)人才培養(yǎng)的教學(xué)模式，需在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上搭建工程實踐教學(xué)平臺，為學(xué)生提供參與工程實踐的學(xué)習機會，使學(xué)生深刻意識到理論在工程實踐中的指導(dǎo)地位，有效地提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，進而激發(fā)學(xué)生學(xué)習理論知識的主觀能動性，加強學(xué)生對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計計算原理和構(gòu)造要求的理解與掌握。

古人言，授人以魚不如授人以漁，尤其是在現(xiàn)如今知識爆炸、科學(xué)技術(shù)日新月異的時代更是如此，終身自主學(xué)習已成為社會發(fā)展的必然趨勢。如何培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)乃季S模式和運用已知探索未知科學(xué)的創(chuàng)新能力是高校教師開展教學(xué)改革面臨的重要問題，同時也是高校實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標需要解決的首要問題。

此外，隨著多媒體技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展以及高校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的逐步建設(shè)與共享，在理論與實踐教學(xué)過程中恰當合理地運用這些技術(shù)與資源不僅可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量，還為進一步教學(xué)改革開拓了新思路。

三、多目標教學(xué)改革路徑

（一）工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)

工程教育的主要目標之一是培養(yǎng)具有工程應(yīng)用能力的專業(yè)技術(shù)人才。為了培養(yǎng)學(xué)生鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的技能，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用理論知識解決工程問題的能力，“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程在理論教學(xué)結(jié)束后，配備了1—2周的課程設(shè)計。然而，這些教學(xué)設(shè)計一般過于教材化、模式化，而且與行業(yè)企業(yè)的設(shè)計流程和手段有較大差別[4]。若要克服傳統(tǒng)實踐教學(xué)的這些弊端，切實加強學(xué)生在工程實踐中的設(shè)計技能，有效提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，則開展高校與設(shè)計施工單位間的協(xié)作教學(xué)模式勢在必行。

高校是向設(shè)計、施工等單位輸送優(yōu)秀工程技術(shù)人才的基地，因此，能否實現(xiàn)提高工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，促進學(xué)生專業(yè)技能全面發(fā)展的目標不僅關(guān)乎高校教學(xué)改革的成敗，而且直接影響工程單位人才招聘質(zhì)量的優(yōu)劣，進而對企業(yè)的未來發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。然而，目前高校偏重理論的教學(xué)模式不利于學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。為了快速適應(yīng)社會發(fā)展的需求，“卓越計劃”要求行業(yè)企業(yè)深度參與人才培養(yǎng)過程。這種協(xié)作培養(yǎng)模式不僅在一定程度上可以提高高校的教學(xué)科研水平，更重要的是能夠為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供卓越的工程技術(shù)人才保證。由此可見，從高校和企業(yè)雙方的角度出發(fā)，開展協(xié)作培養(yǎng)模式將是互惠雙贏共同發(fā)展的重要改革措施。

目前筆者所在高校的水利類專業(yè)雖未加入“卓越計劃”，但本結(jié)構(gòu)教研室的教師堅持以“卓越計劃”的培養(yǎng)要求作為教學(xué)改革的出發(fā)點，充分利用學(xué)校水利水電建筑勘察設(shè)計院，水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心、國家水利技能鑒定站等社會服務(wù)的各種資質(zhì)資源搭建實踐教學(xué)平臺，緊密將社會服務(wù)與本科教學(xué)相融合。教學(xué)改革實踐表明，實踐教學(xué)平臺在提高教師的專業(yè)技能水平、培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力等方面均起到了良好的促進作用。一方面，教師通過參與實際的工程項目解決了自身的工程實踐鍛煉問題，特別是對剛畢業(yè)的青年教師而言，不僅增長了工程實踐經(jīng)驗，而且完成了從理論到實踐再到理論的升華過程，避免了脫離實際閉門造車的現(xiàn)象。另一方面，這些社會服務(wù)機構(gòu)為學(xué)生提供了參與實際工程的實踐機會，是最有利于培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力的平臺。目前學(xué)校水利類專業(yè)通過這些實踐教學(xué)平臺參與科技創(chuàng)新項目、技能競賽、畢業(yè)設(shè)計的學(xué)生已占水利類專業(yè)總?cè)藬?shù)的70%以上，并且每年有約80余學(xué)生通過技能鑒定，有效地促進了學(xué)生實際操作技能的提高。

在搭建工程實踐教學(xué)平臺的基礎(chǔ)上，2011—2012年西北農(nóng)林科技大學(xué)先后啟動了網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)與優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項目，全面促進了課程教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容的改革，進一步推動了協(xié)作教學(xué)模式的順利開展。目前，在教研室的集體努力下，“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源已基本建成，同時該課程也被列入優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)重點項目。通過這兩項課程建設(shè)，該課程在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上實現(xiàn)了實驗教學(xué)及工程現(xiàn)場施工錄像、以往具有代表性的工程設(shè)計實例等基本素材的資源共享，豐富了學(xué)生的課外學(xué)習資源，開闊了學(xué)生的專業(yè)視野。與此同時，為了增進師生課后的互動交流，在網(wǎng)絡(luò)上建立了答疑平臺，通過該平臺教師能夠較全面地了解學(xué)生課后學(xué)習中遇到的問題，并及時地引導(dǎo)學(xué)生克服理論與實踐學(xué)習中的難點。

此外，在理論教學(xué)之后的課程設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，不僅注重課程設(shè)計的內(nèi)容設(shè)計，而且力爭最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力。課程設(shè)計的選題緊密結(jié)合工程實際，設(shè)計題目為水利工程中最常見的水工渡槽設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容主要包括槽身和支撐排架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求學(xué)生分別從渡槽槽身和支撐排架的截面內(nèi)力分析、承載力設(shè)計、正常使用驗算等過程全面進行設(shè)計，并要求學(xué)生嚴格按照工程施工設(shè)計圖紙的要求繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。學(xué)生最終提交的設(shè)計成果包括分析計算書、槽身和支撐排架的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。在實施教學(xué)改革過程中，為了進一步充分訓(xùn)練學(xué)生對一個整體結(jié)構(gòu)的分析能力，將以往的U形渡槽變更為矩形渡槽，從而加強學(xué)生對板、梁、柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力分析能力，深化學(xué)生對肋形結(jié)構(gòu)傳力途徑的認識及對各種構(gòu)件之間鋼筋連接構(gòu)造的理解。同時，要求學(xué)生在課程設(shè)計過程中應(yīng)用相關(guān)的計算軟件（如結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器等），嚴格按照設(shè)計單位的設(shè)計流程和方法進行工程設(shè)計，使學(xué)生在進入工作崗位前能夠接受符合行業(yè)要求的、系統(tǒng)的水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計訓(xùn)練。

（二）嚴謹思維模式的培養(yǎng)

除了具有很強的實踐性外，“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”還是一門理論性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課程。每一種構(gòu)件的設(shè)計公式不但具有一定理論推導(dǎo)，而且與其適用條件、構(gòu)造要求緊密配合。這就要求學(xué)生必須養(yǎng)成嚴謹?shù)乃季S習慣，才能在設(shè)計過程中針對不同的受力構(gòu)件使用正確的設(shè)計公式，采取合理的構(gòu)造措施。因而，教師在理論教學(xué)過程中需結(jié)合實際工程問題，采用啟發(fā)、漸進引導(dǎo)的教學(xué)方式，幫助學(xué)生理解基本理論、熟悉不同構(gòu)件的構(gòu)造要求，訓(xùn)練學(xué)生嚴謹?shù)耐评砟芰?。例如《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（SL191—2008及DL/T 5057—2009）規(guī)定了在不同環(huán)境類別下混凝土保護層的最小厚度，其目的之一是為了避免鋼筋骨架發(fā)生銹蝕。那么鋼筋銹蝕會帶來哪些危害？箍筋銹蝕是否會影響混凝土梁斜截面的抗剪承載力？如有影響，那么箍筋銹蝕前后混凝土梁的斜截面抗剪承載力將如何變化？在課堂上可以通過這種設(shè)問方式，促進學(xué)生積極思考，避免出現(xiàn)滿堂灌的現(xiàn)象。同時還要鼓勵學(xué)生各抒己見，以提高學(xué)生獨立分析問題并完整清晰表述個人觀點和意見的能力，增進師生間的互動交流。在解問環(huán)節(jié)則根據(jù)學(xué)生已掌握的基礎(chǔ)及專業(yè)知識采用由淺入深、循序漸進的方式介紹最新的研究成果，并有意識地培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)乃季S模式及科學(xué)的分析方法，使學(xué)生在知其然更知其所以然的基礎(chǔ)上，形成科學(xué)嚴謹?shù)乃季S習慣。如試驗結(jié)果表明，箍筋銹蝕對混凝土梁斜截面抗剪承載力的影響規(guī)律與箍筋的銹蝕率有關(guān)[5]，因而絕不能想當然地得出有影響或無影響的片面結(jié)論。

經(jīng)過多次設(shè)問—答問—解問環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生課堂發(fā)言的積極性、分析問題的嚴謹性、課后習題的完成質(zhì)量等方面均有了明顯改善。可見，采用啟發(fā)、漸進式教學(xué)法不僅強化了學(xué)生對設(shè)計計算理論及構(gòu)造要求的理解，而且培養(yǎng)了學(xué)生嚴謹?shù)乃季S模式，有效地提高了學(xué)生正確分析與解決問題的能力。同時，形成科學(xué)嚴謹?shù)乃季S模式也為進一步培養(yǎng)創(chuàng)新能力奠定了基礎(chǔ)。

（三）探索與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》制定了我國2020年躋身世界人才強國行列的目標。高校作為人才培養(yǎng)的中堅力量，則肩負著培養(yǎng)大批創(chuàng)新型實用人才的重要使命。

筆者所在教研室在開展教學(xué)改革的過程中，堅持以培養(yǎng)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人才為目標，一方面通過實踐教學(xué)平臺提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，另一方面充分利用學(xué)院材料與結(jié)構(gòu)工程試驗室的儀器設(shè)備，鼓勵并培養(yǎng)學(xué)生通過自行設(shè)計試驗探索未知理論與客觀規(guī)律的能力。目前學(xué)院材料與結(jié)構(gòu)工程試驗室擁有液壓伺服萬能試驗機、電子萬能試驗機、長軸壓力機、多通道采集系統(tǒng)及傳感器等試驗儀器和設(shè)備，為學(xué)生參與大學(xué)生科創(chuàng)項目提供了良好的硬件條件。在此基礎(chǔ)上，專業(yè)課教師尤其是以試驗為基礎(chǔ)的“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程的任課教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生有計劃有步驟地開展相關(guān)試驗研究。經(jīng)過閱讀文獻—提出科學(xué)問題—設(shè)計試驗方案—分析試驗結(jié)果—歸納試驗結(jié)論的系統(tǒng)鍛煉，不僅使學(xué)生深刻理解了試驗是探索未知科學(xué)的重要方法和途徑，而且培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神，使學(xué)生認識到只要善于發(fā)現(xiàn)、勤于思考、樂于實踐，開展科技創(chuàng)新活動并非高不可攀。近幾年，在教學(xué)改革實施過程中，通過指導(dǎo)教師與學(xué)生的共同努力，學(xué)院選派代表隊參加了歷屆全國大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計大賽，并取得了一等獎兩項、二等獎五項、優(yōu)勝獎一項的優(yōu)異成績，被授予“優(yōu)秀組織獎”榮譽單位稱號。

此外，在理論教學(xué)中，也應(yīng)最大限度地提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如我國高校均針對非計算機專業(yè)的大一學(xué)生開設(shè)了計算機編程語言類的公共基礎(chǔ)課，如VB，C，F(xiàn)ORTRAN等，但由于主講公共基礎(chǔ)課的教師往往不具備其他領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)知識，使得尚未接觸專業(yè)課的大一學(xué)生不了解編程語言在本專業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，更不能體會到其發(fā)揮的重要作用。因此，專業(yè)基礎(chǔ)課的教師有義務(wù)結(jié)合專業(yè)課程內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生運用編程語言解決專業(yè)問題的能力。如鋼筋混凝土構(gòu)件的截面尺寸、鋼筋的間距等構(gòu)造要求均規(guī)定在適宜的區(qū)間內(nèi)，于是滿足設(shè)計要求的方案并不唯一。然而，傳統(tǒng)教學(xué)以構(gòu)件設(shè)計的基本原理為重點，容易使學(xué)生只注重設(shè)計的安全性而忽略經(jīng)濟性。為了幫助學(xué)生盡早樹立正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，可以鼓勵學(xué)生運用計算機編制相應(yīng)的計算程序，從而優(yōu)化設(shè)計方案。通過這種方式不僅可以強化學(xué)生對設(shè)計計算流程及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的理解，而且能夠提高學(xué)生運用基礎(chǔ)課知識解決專業(yè)問題的能力，加強了各科知識間的融會貫通，促進了學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

我國水利水電事業(yè)的蓬勃發(fā)展以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在水利水電工程中的重要地位有力地推動了“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革的進程。為了順應(yīng)教學(xué)改革的潮流，滿足水利水電建設(shè)行業(yè)對高質(zhì)量工程技術(shù)人才的需求，“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)應(yīng)以實踐教學(xué)、科學(xué)思維與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為改革的切入點，培養(yǎng)具有一定工程經(jīng)驗、勇于運用科學(xué)思維方式進行探索和創(chuàng)新的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計人才。目前，該課程的多目標教學(xué)改革工作已初見成效，今后將進一步完善改革方案，以提高工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

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