应用型本科院校混凝土结构设计原理课程教学改革研究

张宁 徐超 景凯宇

摘 要：本文根据土木工程专业的培养目标，结合应用型人才的培养方向，以赤峰学院土木工程专业为例，分析当前混凝土结构设计原理课程特点，总结授课过程中存在的问题，在教师的课后工作、整合教学内容、运用多种教学方法、加强实践教学以及完善考核机制等方面，探讨课程教学改革，培养理论知识与实践能力兼具的应用型、复合型、创新型人才。

关键词：混凝土结构设计原理；应用型；教学改革

中图分类号：G642.0  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）09-0115-04

混凝土结构设计原理（以下简称“本课程”）是土木工程专业重要的专业核心课程，其教学内容是后续结构类课程、毕业设计甚至研究生高等混凝土结构课程的理论基础，也是目前学生参加工作后应用知识最多的课程之一，更是注册结构工程师考试的必考科目。可以说本课程贯穿了土木工程专业从教学到工作的全过程，而且本课程的学习思维和解决问题的方法对学生今后从事相关研究工作也具有重要的奠基作用。因此，本课程的教学质量对学生专业能力的培养和未来的职业发展都将产生很大影响。

本课程作为土木工程专业重要的专业核心课程，全国高等院校都对本课程的教学改革进行了大量的探索与实践，目前的改革重点主要集中在通过多媒体教学与板书有机地结合，节省了课堂时间[1]；在课程中增加案例教学法，通过工程实例的引用强化理论与实践的结合[2，3]；通过视频和动画等方式对抽象的教学内容进行展示，弥补课内实验的不足[4，5]；利用相关教学网站，为学生提供更丰富的教学资源[6-8]；丰富题目类型，改革考核方法[9，10]等方面。总体来说，这些改革措施对提高本课程的教学效果有一定帮助，但对于应用型本科院校来说，仍不能很好地解决本课程教学中存在的问题。

1 混凝土结构设计原理课程特点

1.1 内容繁杂，兼具理论性与实践性

本课程的教学内容主要包括材料的基本性能、结构设计基本原理、基本构件和预应力构件的设计计算以及正常使用极限状态的计算等。这里面既包含了复杂的理论推导，又包含大量的实验研究，计算公式多为半理论半经验公式，还有繁杂的参数和构造要求，很多内容由大量的工程实践经验总结而来，深入理解结合实際工程项目，这对于初步接触结构类专业课程的学生来说很有难度。

1.2 承前启后，与其他课程联系密切

本课程是土木工程专业学生学习的第一门结构类专业核心课程，在课程体系中起到了承前启后的过渡作用，与前置课程材料力学和结构力学联系密切，受力分析这部分内容延续了力学体系，同时又是后续课程混凝土结构设计的理论基础，更是毕业设计中钢筋混凝土结构设计方向的计算基础。

1.3 材料复杂，求解思维发生变化

本课程涉及的建筑材料主要包括钢筋和混凝土，两种材料均不能完全参照材料力学和结构力学课程中的将材料视为弹性材料的假定，而且影响两种材料力学性能的因素很多，变形性能也与单一的弹性材料相差甚远，因此相关受力构件的计算公式并不是完全基于理论推导而来，而是在基本假定下的基础上通过大量实验，引入诸多经验参数，进而得到的半理论半经验公式，这些参数很多是在95%的保证率下，根据实际情况简化而来，这与学生此前形成的通过严谨的科学推理进行求解分析的思维方式存在很大差异，这将导致学生在学习过程中难以理解和接受。

2 混凝土结构设计原理课程教学存在的问题

2.1 力学基础薄弱，缺乏学习主动性

应用型院校土木工程专业学生普遍存在力学基础薄弱的问题，尤其是对材料力学知识的掌握不牢固，这直接影响学生对本课程中钢筋与混凝土的材料特性以及不同受力构件的受力性能和变形性能的学习，这不仅会使学生产生畏难情绪，更会让学生逐渐失去学习主动性。因此，打好力学基础是学好本课程的前提条件。

2.2 着重理论讲解，缺乏实践教学

本课程是一门理论性与实践性兼具的课程，但目前大多数高校受到实验室资源等方面因素的限制，导致课程实践教学的开展十分有限，开设的实验基本上就是简支梁的受弯实验，对于钢筋混凝土梁的受剪、柱的轴心受压和偏心受压等课内实验没有开展，无疑会影响学生这方面的实践能力以及对理论与实践结合的深入理解。大多数高校会将本课程局限于教室和实验室，忽略了对施工现场的构件及整体结构的现场教学，这将会使学生对于构造要求这部分内容的理解达不到要求，无法真正达到实践教学的目的，会进一步影响学生的学习热情和积极性。而且随着学习的进一步深入，生硬的名词遇到得越多，学生越发感觉陌生，学习效果就越差。不仅如此，部分高校还会将原本属于实践教学的课时用于进一步深入理论部分的讲解，这对于应用型院校土木工程专业的学生来说，难以将全部的理论知识吸收，教学效果难以达到预期。

2.3 形成固化思维，求解思维需转化

在本课程的学习过程中，学生仍习惯于沿用此前力学的求解思维，通过对相关概念和计算公式的记忆来求解问题，但对概念和公式中参数的理解较为欠缺，这不仅大大增加了解题的难度，降低了准确率，更会让学生产生厌学情绪。因此，如何尽早引导这部分求解思维的转变十分关键。

2.4 注重考核理论，考核形式单一

本课程是一门兼具理论性与实践性的课程，目前很多高校仍采用传统的闭卷考试形式，这样的考核形式注重理论部分的考核，但忽略了实践部分，而且部分学生凭借记公式、背概念的方式通过期末考试，虽然通过了考核，但对于知识的理解远没有达到要求，这也会影响后续课程的学习。因此，单一的闭卷考试形式具有一定的局限性，并不能完全反映学生对知识的掌握情况。

3 结合应用型人才培养的特点进行教学改革

3.1 教师的课后工作

（1）关注行业发展动态。专业教师要关注行业的发展，及时学习新规范、新标准、新技术，选用与新规范配套的教材，保持教材内容与现行规范吻合。以《建筑结构可靠性设计统一标准》为例，该标准于2018年重新修订，其内容与本课程联系密切，如果任课教师没有及时选择更新后的教材，将导致授课内容与新标准内容不符，造成学生的学习障碍，并对后续课程的学习产生不利影响。

（2）强化力学基础。通过与力学任课教师沟通，在力学课程的学习中，通过加大课后练习、增设阶段性考核等方式，加强学生对受弯、受压以及偏心受压等荷载作用下构件受力分析部分内容的理解，打好力学基础，将更好地帮助学生适应本课程以及后续结构类课程的学习。

（3）掌握学科竞赛动态。教师应关注相关学生竞赛信息，积极组织学生参建筑信息模型BIM设计比赛和结构设计比赛等，通过参加比赛的方式，对学生在相关软件的应用、受力方式以及计算原理等方面的知识有更加深入的理解，并将课本上的理论知识与实际问题联系在一起，做到学以致用。

3.2 整合教学内容

此前的教学更加注重理论部分的讲解，重点放在了计算公式的推导及其计算参数的确认方法等方面的讲解，希望通过这样的方式强化学生对规范的理解。根据土木工程专业的培养目标，结合应用型人才培养目标定位，以“减少理论推导，注重实践应用”为导向，调整课程教学大纲，并对本课程教学内容进行重新整合，缩短理论课时，增多实践课时，弱化理论推导部分，强化结构构造部分，这对于学生完成从力学问题的求解思维到结构类问题的求解思维的转变很有帮助。

3.3 运用多种教学方法

（1）线上、线下教学的结合。充分利用线上教学平台，例如在超星泛雅教学平台进行资料上传，包括文档资料、案例、设置讨论、布置作业等，对课堂教学起到很好的补充作用。考虑到每位学生对知识接受效率的不同，在平台上传资料时应分类上传，以满足不同学生的需求。同时设置名校的课程链接，方便学生提前预习。通过录制并上传重点和难点内容的讲解视频，方便学生课后根据学习情况进行针对性地复习。还可以在线上教学平台增设注册工程师考试专题模块，引入一级和二级注册结构工程师考试混凝土部分的原题，让学生对工作后本课程知识的考试形式和考试内容有更深入的了解。通过教学平台的记录数据可以让教师更好地掌握学生的学习情况，便于更有针对性地安排线下课堂的授课内容。

（2）将设计软件引入教学。在本课程的教学中，开设ABAQUS和PKPM专题，在超星泛雅平台上传相关教程，学生学习完相应的知识及实践内容后，课下自学软件，并通过查阅相关的规范和文献进行建模计算，并引入有限元相關的概念，对课上的知识做进一步的丰富和拓展。通过引入ABAQUS有限元软件，帮助学生更好地分析单个构件的承载能力、变形趋势以及危险点的位置，并通过改变参数，分析总结不同影响因素对构件受力性能和变形性能的影响，以此弥补实验构件数量有限的短板，并对混凝土与钢筋两种材料的本构模型有了更进一步的认识。通过引入PKPM软件可以对结构整体进行计算，也是课程体系中首次将结构整体计算正式引入结构类课程，使学生完成从单个构件过渡到结构整体的思维转变，加强学生对构造要求的理解，对问题的求解思维也在这一过程中完成转化，培养学生计算机建模和必要的钢筋混凝土结构设计技能。

3.4 加强实践教学

（1）丰富课内实验。在原有钢筋混凝土简支梁受弯试验的基础上，补充梁的受剪实验、柱的轴心受压和偏心受压实验，使学生对钢筋混凝土构件在承受这两种荷载作用下的受力性能和变形能力有更生动直观的理解，通过钢筋与混凝土应力与应变数据的整理，更好地理解两种材料本构关系的不同。同时增设无损检测试验设备，通过检测实验加强学生对钢筋混凝土构件的检测及裂缝控制等内容的理解。

（2）充分利用校外资源。与合作单位建立校企合作基地，产学研一体化。通过带领学生去企业现场实习的方式让学生充分接触实际工程，将课上所学与实际所用结合起来。专业教师也可定期到企业顶岗实习，深入工程一线，进一步丰富实践经验，这对于提升专业教师的教学水平十分关键。不仅如此，还可以通过邀请不同专业方向的企业专家做专题讲座，为学生答疑解惑。以我校土木工程专业为例，通过与赤峰宏基建筑（集团）有限公司成立校企合作班级，并利用企业资源带领学生完成专业实习；通过北方时代设计研究院专家的专题讲座，为学生讲解本课程知识如何运用到实际工程的设计中，对实际设计工作中遇到常见问题进行解答；通过赤峰市建设工程质量检测有限责任公司的检测项目，让学生实地学习钢筋混凝土结构相关的养护和检测设备及试验操作。通过以上举措，在很大程度上弥补了课内实践不足的短板，并且在此程中专业教师与学生全程参与。

（3）引入项目教学法。教师在课上授课时将工程实例带入课堂，将教材内容和规范条文结合起来，加深学生理论联系实践的能力。以教材第四章“受弯构件正截面的性能与设计”为例，课堂教学结合《混凝土结构设计规范》“6.2.10—6.2.12”条文进行讲解，同时引用工程实例中的钢筋混凝土梁进行受力分析和配筋计算，通过计算结果与实际配筋结果的对比，加深学生对荷载传递与配筋计算的理解。结合工程实景图片和视频，学生对不同类型钢筋的绑扎位置与构造要求有更直观生动的理解，通过带领学生查阅《16G101-1》平法图集与《混凝土结构设计规范》规范“8.2.1—8.4.1”条文，在理解计算原理的同时，能够结合结构施工图进行梁的构造要求进行学习。

3.5 完善考核机制

传统的课程考核方式以闭卷考试为主，考核内容偏重理论部分忽略了实践部分，这样并不符合应用型本科院校的培养目标。对此，需要对本课程的考核机制进行完善。第一，改变成绩构成，在保留平时成绩与期末考试的基础上，将实践成绩纳入最终成绩，其中平时成绩为考勤、课上表现和作业完成等方面的综合体现，实践成绩包含实验操作、报告撰写、软件模拟结果、参观实习总结等方面。第二，加大平时成绩与实践成绩的比重，减少期末考试成绩的比重。第三，期末考试增加综合应用类题目，减少记忆性的概念题目，并采用半开卷的考试模式，让学生将重点放在理论与实践相结合部分的内容。

4 本课程教学改革试行成果

赤峰学院资源环境与建筑工程学院按上述教学改革思路，2019级土木工程专业2个班级共60人于2020—2021学年秋学期，按照本改革方案思路进行了本课程教学及考核模式的改革，经过任课教师与同学们的共同努力，取得了一定的成效。

第一，除期末考试外，其他过程性考核以分组的形式展开，每组题目均有所区别，以ABAQUS软件对梁的模拟考核为例，一个班级分为五个小组，分别对少筋梁、不同配筋率的适筋梁以及超筋梁进行模拟。从学生提交的成果及课上展示来看，没有雷同的情况发生。说明本课程的教学及考核模式的改革起到了一定的积极效果，在很大程度上杜绝了直接抄袭现象的发生。第二，学生学习本课程的最终成绩与其每一项过程性考核的成绩基本吻合，说明学生想要获得优异的成绩，需要在全程认真参与，以往存在的平时不认真，期末通过抄袭他人试卷最终蒙混过关的现象没有再发生。第三，本课程最终成绩在90分以上分数段的学生共计2人，占学生总数的比例为3.3%；80～90分的学生共计22人，占学生总数的比例为36.7%；70～79分的学生共计28人，占学生总数的比例为46.7%；60～69分的学生共计7人，占学生总数的比例为11.7%；60分以下学生共计1人，占学生总数的比例为1.7%。总体来看，学生成绩在70分以上的比例达到了86.7%，该比例相比于前几届学生均有提高。通过本次教学改革，学生的课上参与度和课下的任务完成情况均有所提高，改变了以往学生课后主动学习能力差、缺乏主观能动性的现象。第四，根据课后学生反馈意见的汇总与整理，学生普遍对于本次教学改革的模式及成效表示认可。大部分学生认为通过线上与线下结合的教学方法，结合课后阶段性任务的布置，让课上内容“瘦身”，课后内容“丰富”，并完成从最开始的任课教师提出问题、分析问题、解答问题的模式，逐渐变为由任课教师提出问题、学生分析问题与解答问题，进而提出新的问题的模式，实现翻转课堂。在学生自己动手实践的过程中，对于本课程的理论知识以及如何在实际工程中体现有了更深入的理解，并且充分调动了学生的主观能动性，进一步强化学生的自主学习能力。第五，结合学生的反馈意见和自身的教学反思，发现虽然本课程的教学改革取得了一定的效果，但仍然存在需要改进的地方，例如在小组任务中，无法对每个人的工作量及成绩做出更为细致准确的评定，对每一名同学的学习情况仍无法做到准确地掌握，仍有成绩不及格的情况出现。针对以上存在的问题，需要对本课程的教学改革进行更加深入的论证，提出更有针对性的改革措施，未来在本课程教学过程中改进，进一步丰富教学内容，提升教学效果。

5 结语

结合我校土木工程专业的培养目标与应用型人才的培养方向，以综合提升学生的理论水平与实践能力为目标，赤峰学院土木工程专业对本课程开展了教学改革研究。通过以上对教师的课后工作、整合教学内容、运用多种教学方法、加强实践教学以及完善考核机制等方面的改革实践，解决此前“重理论、轻实践，重结果、轻过程”的问题，培养出理论知识与实践能力兼具的应用型、复合型、创新型人才。

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