開放教育“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)探索
——以山東開放大學(xué)為例

王 旭

(山東開放大學(xué),山東 濟(jì)南 250014)

一、引言

教育部新時(shí)代全國高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議提出“以本為本”“四個(gè)回歸”理念,進(jìn)一步為教育思想指明了新方向,奠定了新基調(diào)。[1]黨的十九屆四中全會(huì)明確指出,“加快發(fā)展面向每個(gè)人、適合每個(gè)人、更加開放靈活的教育體系?！遍_放教育由于其先進(jìn)的教育理念,靈活的教育方式,其教育價(jià)值凸顯。開放教育的理念最早可以追溯到蘇格拉底,他認(rèn)為教學(xué)應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與,而不是灌輸,近代的開放教育理念始于盧梭的自然主義教育觀。而我國早期對(duì)開放教育的研究始于改革開放后,學(xué)者丁興富在1986年的論文《新型的遠(yuǎn)距離高等教育系統(tǒng)》中指出:開放性首先意味教育對(duì)象面向全社會(huì)開放,不受年齡、性別、學(xué)歷等限制;開放性同時(shí)意味著辦學(xué)模式從校園向全社會(huì)開放,突破圍墻和教室。以媒體教學(xué)代替面授教學(xué),從而突破了時(shí)間空間的限制。[2]吳遵民等2019年編著的《終身教育研究手冊(cè)》指出:開放教育作為教育理念有別于傳統(tǒng)校園封閉式的教育形態(tài),以社會(huì)化教育、終身教育為宗旨,以學(xué)習(xí)者為中心,采用開放式的教學(xué)方法和手段,著力消除和突破各種學(xué)習(xí)障礙,以使任何人在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以得到教育的支持和援助,開放教育的實(shí)施使學(xué)習(xí)者可以自由地支配時(shí)間,自主地選擇學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),并有利于激發(fā)學(xué)習(xí)者的潛能和興趣。[3]開放教育與遠(yuǎn)程教育、終身教育緊密結(jié)合,展現(xiàn)出學(xué)習(xí)者開放、教學(xué)時(shí)空開放、教學(xué)方法開放、教學(xué)觀念開放的學(xué)習(xí)特征。

開放教育兼容并包的特征決定了其需要融合不同的教學(xué)思想并緊跟時(shí)代發(fā)展步伐,不斷改進(jìn)教學(xué)思想?！盎炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程作為開放教育土木工程專業(yè)的核心課程,知識(shí)難度大,學(xué)生學(xué)習(xí)困難。當(dāng)前教學(xué)內(nèi)容與開放教育學(xué)生匹配度差導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高。在新時(shí)代開放教育背景下探索本課程更加開放、更加靈活的教學(xué)觀念與教學(xué)方法,使開放教育學(xué)習(xí)者真正能夠?qū)W到知識(shí),學(xué)會(huì)知識(shí),學(xué)懂知識(shí)是十分必要的。

二、開放教育“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀

(一)課程特點(diǎn)

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程主要包括混凝土結(jié)構(gòu)基本概念、鋼筋與混凝土材料性能,受彎構(gòu)件正截面受力分析與設(shè)計(jì),受彎構(gòu)件斜截面受力分析與設(shè)計(jì),黏結(jié)與錨固,混凝土構(gòu)件的使用性能,混凝土受扭構(gòu)件的分析與設(shè)計(jì),鋼筋混凝土構(gòu)件受彎、受剪教學(xué)實(shí)驗(yàn)等相關(guān)內(nèi)容。[4]基于以上內(nèi)容,本課程具有下列特點(diǎn):

一是工程背景強(qiáng)。混凝土結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用是極其廣泛的,各類民用、工業(yè)、道路、橋梁、隧道、港口等建筑、構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、施工均需要本課程提供的基本原理。

二是實(shí)踐性強(qiáng)。與土木工程力學(xué)等其他專業(yè)基礎(chǔ)課不同,“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的實(shí)踐性較強(qiáng),混凝土結(jié)構(gòu)的材料性能及各類受力構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法體現(xiàn)了現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010)的條文內(nèi)容,與實(shí)際工程緊密相關(guān)。

三是公式推導(dǎo)多,系數(shù)多。本課程作為土木工程的核心專業(yè)課程,旨在讓學(xué)生了解混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理,掌握設(shè)計(jì)方法。因此在介紹構(gòu)件受力破壞機(jī)理時(shí),需要引入大量的推導(dǎo)公式,同時(shí)混凝土作為一種混合非線性材料,在應(yīng)用于實(shí)際工程時(shí)多采用半經(jīng)驗(yàn)半理論的推導(dǎo)方式,系數(shù)繁多。

四是與其他基礎(chǔ)課及專業(yè)課交叉多,內(nèi)容復(fù)雜。講解混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理時(shí)會(huì)用到其他基礎(chǔ)課和專業(yè)課的內(nèi)容,比如高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程。與其他課程的廣泛交叉使得本課程具有很強(qiáng)的綜合性,知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜,學(xué)生學(xué)習(xí)難度大。

(二)課程教學(xué)現(xiàn)狀

一是教學(xué)過程重知識(shí),輕思政?！盎炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程專業(yè)性強(qiáng),以往講授多重視課程內(nèi)容的講解,而忽略課程思政與教學(xué)內(nèi)容的結(jié)合。

二是教學(xué)內(nèi)容重理論,輕應(yīng)用,與開放教育學(xué)生適配性差?！盎炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程包括大量公式及推導(dǎo)過程,教學(xué)過程易囿于理論教學(xué),而忽視對(duì)實(shí)際工程案例的講解。

三是教學(xué)內(nèi)容重計(jì)算、輕概念?！盎炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程中大量的計(jì)算公式導(dǎo)致教師在授課過程中把重心放在了計(jì)算,而忽略概念學(xué)習(xí)。而對(duì)于設(shè)計(jì)方案的選擇、結(jié)構(gòu)體系的確立、電算結(jié)果正確性的判斷等都以結(jié)構(gòu)概念為支撐。

四是考核過程重終結(jié)性考試,輕過程性考核。過程性考核和終結(jié)性考試是開放教育的特色,但在實(shí)際教學(xué)中過程性考核往往流于形式,僅靠終結(jié)性考試難以反映出學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握應(yīng)用情況。

三、開放教育土建專業(yè)學(xué)生人群分析

對(duì)開放教育背景下的課程教學(xué)進(jìn)行探索,對(duì)學(xué)生人群分析是十分必要的。本文以山東開放大學(xué)2023年春季1791名部分開放教育土建類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,為開放教育“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的教學(xué)探索提供數(shù)據(jù)支持。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析,樣本中男女占比分別為84.5%與15.5%,男性學(xué)生的數(shù)量為女性的5倍左右。學(xué)生多為在職男性,說明土建類單位的工作環(huán)境和工作強(qiáng)度更適合男性勞動(dòng)者。

從表1對(duì)學(xué)生的年齡分布進(jìn)行分析可知,30歲以下的學(xué)生占比達(dá)到43.1%,40歲以下的達(dá)到79.8%,說明開放教育年輕學(xué)生居多,而年輕人對(duì)于新的教學(xué)方式接受度與適應(yīng)性更高,因此大部分學(xué)生能夠較好地接受與適應(yīng)對(duì)開放教育課程所進(jìn)行的教學(xué)改進(jìn)。

表1 開放教育學(xué)生年齡分布數(shù)據(jù)表

從開放教育學(xué)生前置學(xué)歷可知,學(xué)生的前置學(xué)歷分布廣泛,有高中、中專、大專、本科等學(xué)歷。學(xué)生前置學(xué)歷類型眾多,與傳統(tǒng)的全日制大學(xué)有著顯著區(qū)別,對(duì)開放教育課程教學(xué)提出更高的要求。

從圖1可知開放教育的學(xué)生職業(yè)分布非常廣泛,正體現(xiàn)了開放教育的包容性與開放性,因此開放教育背景下的課程教學(xué)需要更加具有針對(duì)性的教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)方法。

圖1 開放教育學(xué)生職業(yè)分布圖

四、開放教育“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)方法探析

基于開放教育土建類學(xué)生人群特征分析和“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程知識(shí)特點(diǎn)對(duì)開放教育“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)方法進(jìn)行探析。

(一)課程教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是預(yù)期的學(xué)生學(xué)習(xí)成果,是教學(xué)的出發(fā)點(diǎn),也是教學(xué)的最終歸宿。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)置關(guān)系到教學(xué)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。可以說,一切的教學(xué)安排都是圍繞著教學(xué)目標(biāo)來進(jìn)行的。[5]針對(duì)“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程,結(jié)合開放教育教育特點(diǎn)及學(xué)生人群分布,在現(xiàn)今教育方針政策指導(dǎo)下,提出本課程在開放教育下的教學(xué)目標(biāo)。

1.增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程存在大量公式推導(dǎo)和學(xué)科知識(shí)交叉,學(xué)生僅靠死記硬背不可能將知識(shí)融會(huì)貫通,需要促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解,通過改進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)手段、考試方式提高學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)的理解,讓學(xué)生真正能夠“學(xué)會(huì)”知識(shí)而不是“背過”知識(shí)。

2.提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)決定了講授時(shí)僅介紹基本原理將會(huì)非?？菰?不利于學(xué)生應(yīng)用知識(shí),因此提高對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力是重中之重。開放教育學(xué)生群體很大一部分是本專業(yè)的從業(yè)人員,對(duì)實(shí)際工程有一定的經(jīng)驗(yàn),但是對(duì)于實(shí)際工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)造做法、施工工序及流程等僅停留在操作階段,對(duì)其原因并不了解。將實(shí)際工程案例與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合能夠加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解,更能讓學(xué)習(xí)者知其然,更知其所以然。

3.引導(dǎo)學(xué)生對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)未來發(fā)展進(jìn)行思考

混凝土結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)形式,但隨著鋼結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式的迅速發(fā)展,混凝土結(jié)構(gòu)也凸顯出其不足之處,通過講解本門課程,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的未來發(fā)展方向進(jìn)行思考,比如在房屋建筑改造加固、裝配式建筑、與其他結(jié)構(gòu)形式相結(jié)合等方面,與時(shí)俱進(jìn),從而在工作中保持競(jìng)爭(zhēng)力。

(二)課程教學(xué)方法

針對(duì)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo),對(duì)開放教育混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理提出下列教學(xué)方法。

1.課程思政與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合

中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳于2019年8月印發(fā)實(shí)施了《關(guān)于深化新時(shí)代學(xué)校思想政治理論課改革創(chuàng)新的若干意見》[6],明確提出要解決好“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人和為誰培養(yǎng)人”的根本問題。教育部于2020年5月印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》,就深化新時(shí)代高校思政課的改革、實(shí)施和創(chuàng)新提出了明確的意見,要求高校全面推進(jìn)課程思政建設(shè),發(fā)揮好每門課程的育人作用。[7]課程思政與專業(yè)知識(shí)的有效結(jié)合,能夠充分幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀,在學(xué)生的個(gè)人品質(zhì)、職業(yè)素養(yǎng)、家國情懷塑造方面提供巨大幫助。在進(jìn)行課程講解時(shí),有意識(shí)地從課程內(nèi)容引出思政教育,達(dá)到思政、專業(yè)同時(shí)教學(xué)的目的。

比如在講解混凝土與鋼筋材料特性及協(xié)同工作時(shí),混凝土材料抗壓強(qiáng)度較高,耐久性較好,因此廣泛使用,可以引出做人也需要像混凝土一樣,面對(duì)困難需要具備較高的抗壓能力;鋼筋具有良好的延性,搭配脆性的混凝土能夠提高結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備,引出做人剛?cè)岵?jì)才能夠走得長遠(yuǎn),同時(shí)兩種材料取其長,補(bǔ)其短凸顯出混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),表明只有通過團(tuán)隊(duì)的力量,取各家之所長,協(xié)同共進(jìn)才能夠取得成功。通過本例對(duì)學(xué)生的個(gè)人品質(zhì)方面進(jìn)行引導(dǎo)教育。

在講解混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、工程事故或工程災(zāi)害案例時(shí),引出需要嚴(yán)格執(zhí)行混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn),堅(jiān)守住底線,保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量與人員安全,若因個(gè)人原因?qū)е率┕こ霈F(xiàn)事故或者工程出現(xiàn)災(zāi)害,將追究個(gè)人責(zé)任,對(duì)學(xué)生的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、規(guī)范意識(shí)及責(zé)任意識(shí)進(jìn)行加強(qiáng),充分培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)。

2.完善考核方式,加強(qiáng)全過程考核體系

本課程的考核方式包括形成性考核和終結(jié)性考試,但是形成性考核內(nèi)容在實(shí)施過程中設(shè)計(jì)不嚴(yán)密,使過程考核流于形式,不能督促學(xué)生加強(qiáng)平時(shí)學(xué)習(xí),起不到過程性考核的作用,學(xué)生僅僅靠臨考試前突擊復(fù)習(xí)通過課程考試,期末考試成績并不能全面反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)水平[8],不利于對(duì)知識(shí)的掌握與應(yīng)用。因此完善考核方式,加強(qiáng)全過程考核體系是幫助學(xué)生從知識(shí)理解、掌握、應(yīng)用全方位學(xué)習(xí)的必要保障。

根據(jù)各項(xiàng)考核目標(biāo)設(shè)置多種考核方式形成全過程考核體系,促進(jìn)學(xué)生對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的全面學(xué)習(xí)?？己酥笜?biāo)與考核方式見表2,各類考核指標(biāo)在平時(shí)成績中的比例見表3。

表2 開放教育“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程考核數(shù)據(jù)表

表3 開放教育“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程考核成績分值表

通過設(shè)置多種考核方式,從課堂學(xué)習(xí)參與度、課堂學(xué)習(xí)效率、知識(shí)體系構(gòu)建、知識(shí)應(yīng)用能力、主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、知識(shí)拓展能力等6個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行全過程考核,考核更加全面。平時(shí)成績比重大幅提高也促使學(xué)生在整個(gè)課程學(xué)習(xí)過程中均保持較高的學(xué)習(xí)積極性和投入度,有效避免了學(xué)生期末突擊復(fù)習(xí)的現(xiàn)象,真正提高了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

3.實(shí)際工程案例與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合

在講解混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),其定義為按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件,在28d齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的具有95%保證率的立方體抗壓強(qiáng)度。在實(shí)際工程強(qiáng)度檢測(cè)中,有部分檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)概念混淆,僅誤以為其取樣材料的強(qiáng)度平均值達(dá)到要求即可,而忽略了需要有95%的保證率,從而誤將本不合格的試件當(dāng)作合格,對(duì)結(jié)構(gòu)安全埋下隱患。在講解混凝土結(jié)構(gòu)錨固長度與構(gòu)造措施時(shí),當(dāng)混凝土梁中的上部鋼筋伸入邊柱時(shí),其上部鋼筋錨固長度需要滿足不小于0.41a,并且向下彎曲長度滿足不小于15d,通過分析混凝土的材料特性及構(gòu)件破壞形式,當(dāng)上部錨固長度不足時(shí),框架柱內(nèi)側(cè)面為薄弱點(diǎn),混凝土易被壓碎而崩落,當(dāng)彎鉤長度不足時(shí),框架柱外側(cè)面對(duì)薄弱點(diǎn)應(yīng)力較大,混凝土易被破壞。通過講解構(gòu)造措施的原因,讓學(xué)生對(duì)規(guī)范中枯燥的規(guī)定進(jìn)行理解,與實(shí)際工程的做法相結(jié)合,起到良好的教學(xué)效果。

4.概念性設(shè)計(jì)融入到教學(xué)中

概念設(shè)計(jì)是目前土木工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中越來越受重視的一種思想。結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)是在特定的建筑空間中用整體的概念來正確處理構(gòu)件與構(gòu)件、構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系,這就是概念設(shè)計(jì)的基本思路。[9]概念設(shè)計(jì)并非完全是工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的累積而是結(jié)構(gòu)工程師基本結(jié)構(gòu)理念的集中體現(xiàn)。[10]

在將概念性設(shè)計(jì)融入課程教學(xué)中時(shí),可從如下幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行:

一是鋼筋與混凝土的材料特性。鋼筋在達(dá)到屈服點(diǎn)前是一種彈性材料,達(dá)到屈服點(diǎn)后具有良好的延性,混凝土是一種抗壓不抗拉的非線性材料,明確兩種材料的特性及共同工作的機(jī)理,有利于理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理。

二是拉壓彎剪扭受力構(gòu)件的基本或者組合受力狀態(tài),及其對(duì)應(yīng)的構(gòu)件形態(tài)和破壞過程。通過對(duì)這些知識(shí)概念的理解可以讓學(xué)生把握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的整體框架。

三是課程中的理論假定和公式簡化。本課程為簡化分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件而采用大量假定,比如在受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算時(shí)采取平截面假定,同時(shí)假設(shè)混凝土無抗拉能力,但實(shí)際上混凝土的抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的1/10。

5.將專業(yè)知識(shí)與未來發(fā)展愿景相結(jié)合

混凝土結(jié)構(gòu)存在自重大,施工工期長,受天氣影響大等弊端迫使混凝土結(jié)構(gòu)尋求新的發(fā)展方向。因此在講解課程時(shí),將混凝土結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)與建筑未來發(fā)展愿景相結(jié)合,讓學(xué)生在今后的工作中與時(shí)俱進(jìn),保持競(jìng)爭(zhēng)力。比如引入利用混凝土進(jìn)行建筑物改造加固的知識(shí)及案例,讓學(xué)生對(duì)此有一定的了解與認(rèn)識(shí)。當(dāng)前我國的建設(shè)已從過去的“以新建為主”轉(zhuǎn)入“以新建與維修、加固、改造”相結(jié)合的階段[11],僅依靠新建工程,混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景有限,而現(xiàn)存的大批量的混凝土結(jié)構(gòu),其改造加固仍需用到混凝土材料,掌握混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理、構(gòu)件破壞形式、材料特點(diǎn)對(duì)此工作將起到關(guān)鍵作用。

五、結(jié)語

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程作為土木工程專業(yè)的核心課程,在土建類專業(yè)中有著重要地位的同時(shí)也存在著較大難度,且土建類開放教育學(xué)生職業(yè)分布廣泛、年齡跨度大、學(xué)歷水平不同,若以普通全日制高校的授課思路很難達(dá)到教學(xué)目的,因此,在開放教育背景下探索本課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方式,確立引導(dǎo)學(xué)生樹立正確價(jià)值觀,提高學(xué)生對(duì)知識(shí)理解、應(yīng)用能力及對(duì)未來愿景的思考能力的教學(xué)目標(biāo),通過實(shí)施課程思政與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合,完善考核方式,專業(yè)知識(shí)與實(shí)際案例相結(jié)合,融入概念設(shè)計(jì),展望未來愿景的教學(xué)方式,有針對(duì)性地切實(shí)提高本課程在開放教育下的教學(xué)質(zhì)量,既要做到“外化于行”,又要做到“內(nèi)化于心”,真正讓開放教育學(xué)生學(xué)到知識(shí)、學(xué)會(huì)知識(shí)、學(xué)懂知識(shí)。