張靈通，張 震，李寶元，賀成林

（新疆理工學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，新疆 阿克蘇 843000）

1 課程簡介

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”這門課程重點(diǎn)是對建筑結(jié)構(gòu)加以分析與計(jì)算，是土木工程專業(yè)重要的學(xué)科專業(yè)綜合實(shí)踐能力考核結(jié)果科目，為課程理論的核心課程，內(nèi)容涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑施工等各個(gè)領(lǐng)域。課程的設(shè)置本著掌握“認(rèn)識基本工作目標(biāo)”，突破“技術(shù)力量基本工作目標(biāo)”，拓寬“基本素質(zhì)基本工作目標(biāo)”的指導(dǎo)原則，理論綜合能力較強(qiáng)，工程實(shí)用性比較突出，是一個(gè)貼近工程實(shí)踐應(yīng)用的課程[1-3]。在學(xué)習(xí)此課程中學(xué)生必須了解結(jié)構(gòu)材料和構(gòu)件的工程設(shè)計(jì)基本原理與方法，以鍛煉學(xué)生土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的基本技能與素養(yǎng)。學(xué)科制度改革是培養(yǎng)教學(xué)模式變革力量的核心內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)與提升培養(yǎng)教學(xué)質(zhì)量的重要關(guān)鍵，是進(jìn)行工程學(xué)科培養(yǎng)改革的主要載體[4-5]。隨著高校教學(xué)改革的深入，基于OBE 教學(xué)理念和新工科背景下人才培養(yǎng)新體系，要求高校培育的人才具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，并能夠運(yùn)用專業(yè)知識去解決工程實(shí)際問題。該課時(shí)由最初的80 學(xué)時(shí)縮減到當(dāng)前的48 學(xué)時(shí)。此時(shí)再按照傳統(tǒng)的講授方式必然不可行，所以亟待改革“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)。

2 “混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)存在的問題

2.1 學(xué)生能力不同

新疆是多民族聚居省份，少數(shù)民族學(xué)生的漢語言能力稍差，其相應(yīng)的學(xué)習(xí)能力受到很大的限制。即便其他不存在語言問題的學(xué)生，其個(gè)體接收知識的能力也不盡相同，這就造成了學(xué)生基礎(chǔ)水平差異性較大，制定學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)難以考慮學(xué)生的個(gè)體差異，忽視基礎(chǔ)薄弱學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，部分基礎(chǔ)太差的學(xué)生無法有效消化課堂知識。

2.2 教學(xué)內(nèi)容抽象難懂

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”教學(xué)工作在高等院校土建類學(xué)科已開展了數(shù)十年，主要教學(xué)內(nèi)容為探討鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特性、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法、配筋結(jié)構(gòu)問題等，其基礎(chǔ)理論主要包括結(jié)構(gòu)材料特性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力的計(jì)算、斷裂、變形以及耐久性驗(yàn)算等，還包括預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識。但由于傳統(tǒng)的學(xué)校教育思想注重理論教學(xué)，這種教學(xué)模式已不符合當(dāng)前應(yīng)用型本科學(xué)校積極推進(jìn)教學(xué)改革的政策，也無法適應(yīng)現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)崗位能力人才培養(yǎng)的新要求[6]。

在校學(xué)生大多數(shù)基礎(chǔ)薄弱，邏輯抽象思維能力不高，而“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”對邏輯思維能力和分析問題的能力要求較高，導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較吃力，書中大量的公式容易使學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣。以往的“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”重理論、輕實(shí)踐，把主要精力放在理論知識推導(dǎo)上，學(xué)生被動(dòng)接受知識。大量新概念、新知識讓學(xué)生應(yīng)接不暇，導(dǎo)致學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)心理。而且這門必修課內(nèi)容間存在密切的聯(lián)系，各章知識內(nèi)容都有規(guī)定的共通性，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者如果在某一節(jié)課程中存在疑問，便會(huì)影響課程的復(fù)習(xí)進(jìn)程。

2.3 教學(xué)方法單一

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”是一門對專業(yè)基礎(chǔ)知識要求比較高的課程，課堂上該課程的教學(xué)還是以板書為主，傳授知識量少，效率不高，由于課程內(nèi)容多，課時(shí)少，學(xué)習(xí)任務(wù)重，任課教師與學(xué)生課堂互動(dòng)性不強(qiáng)，學(xué)生容易開小差，不想聽課，導(dǎo)致課堂學(xué)習(xí)效率低。并且鋼筋混凝土構(gòu)件及其制作過程、混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、工程應(yīng)用等對學(xué)生來說很陌生，很難讓學(xué)生加深對其的理解并靈活掌握課堂內(nèi)容。

3 “混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)創(chuàng)新舉措

3.1 運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)授課

虛擬仿真模式將知識點(diǎn)納入仿真課程之中，使學(xué)習(xí)者領(lǐng)會(huì)知識點(diǎn)，從而建立具有互動(dòng)效能多維化的信息學(xué)習(xí)環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)獨(dú)特的沉浸感和實(shí)時(shí)性，對時(shí)間與空間的學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行超越，讓學(xué)習(xí)者可以真實(shí)地走進(jìn)一個(gè)個(gè)由電腦制作的交互式三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，可立體化重現(xiàn)建筑情景，直接看到在各種數(shù)據(jù)參數(shù)下結(jié)構(gòu)受彎、受壓、受拉、受扭的破壞現(xiàn)象，并真實(shí)地體驗(yàn)結(jié)構(gòu)的伸縮性破壞過程和斷裂的發(fā)展，并將虛擬現(xiàn)實(shí)仿真結(jié)果前沿技術(shù)有機(jī)滲透到建筑結(jié)構(gòu)的受力性能中，用虛擬現(xiàn)實(shí)仿真結(jié)果項(xiàng)目內(nèi)容涵蓋教學(xué)的重難點(diǎn)知識點(diǎn)，將虛擬現(xiàn)實(shí)仿真結(jié)果展示、試驗(yàn)、創(chuàng)新等模塊生動(dòng)地融于教學(xué)，并優(yōu)化了知識點(diǎn)，有效克服了課程教學(xué)和社會(huì)實(shí)踐工程脫節(jié)問題。虛擬仿真技術(shù)不受時(shí)間、空間的限制，將抽象的難以理解的內(nèi)容生動(dòng)具體化，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和課程教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生可以對重難點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)學(xué)習(xí)，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬仿真的云共享[7]。

3.2 逆向教學(xué)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)偏向采用順向思考模式，即教師從教材和熟悉的教法出發(fā)，加以相關(guān)活動(dòng)輔助教學(xué)，卻忽略教學(xué)結(jié)果是否能真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)更加關(guān)注學(xué)生的“學(xué)”，而不僅僅只關(guān)注教師的“教”。逆向設(shè)計(jì)是一種倒推思維，以教學(xué)目標(biāo)結(jié)果為中心，有利于教師在授課時(shí)始終圍繞該課程最核心的內(nèi)容來展開教學(xué)，且不一定要根據(jù)教材的順序或篇幅進(jìn)行“照搬”教學(xué)，甚至可以有所刪減，所選內(nèi)容旨在實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)?！盎炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的教育目標(biāo)是讓學(xué)習(xí)者了解混凝土構(gòu)造專業(yè)的基本理論與知識，并掌握結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)的基本方法，從而為設(shè)計(jì)工作奠定牢固的理論基礎(chǔ)。教程內(nèi)容包括扭、剪、扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的基本假定和設(shè)計(jì)原理，拉、擠壓結(jié)構(gòu)基本假定和設(shè)計(jì)原理，結(jié)構(gòu)形狀和斷裂長度估算等內(nèi)容。根據(jù)逆向思維設(shè)計(jì)，首先展示工程實(shí)際案例，然后從整體結(jié)構(gòu)分解出局部構(gòu)件，再進(jìn)行構(gòu)件的承載力計(jì)算。逆向教學(xué)設(shè)計(jì)加強(qiáng)學(xué)習(xí)者對課程內(nèi)容模塊化的整合，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用空間思維分析問題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，加深學(xué)生對結(jié)構(gòu)概念的理解[8]。

4 教學(xué)創(chuàng)新成效

4.1 虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)新成效

采用虛擬仿真平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)室無法直接進(jìn)行鋼筋混凝土樓蓋模型建造和承載力破壞過程演示的缺陷，在實(shí)體實(shí)驗(yàn)中測試復(fù)雜的裂縫和變形、看不見的鋼筋和混凝土應(yīng)力應(yīng)變，以彩色云圖的形式直觀地展示混凝土樓蓋的應(yīng)力、應(yīng)變和變形動(dòng)態(tài)響應(yīng)等全過程，促進(jìn)了理論教學(xué)。采用虛擬仿真模式將教學(xué)知識點(diǎn)滲透到仿真課程之中，充實(shí)教學(xué)內(nèi)涵，充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者積極性，讓枯燥的課程多姿多彩，更有利于吸引學(xué)習(xí)者的關(guān)注力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的興趣愛好，從而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效能，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造思想，加強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)知識點(diǎn)的掌握。同時(shí)，采用創(chuàng)新虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了實(shí)踐課程環(huán)境，促進(jìn)了教學(xué)成果轉(zhuǎn)化，提高了學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用能力。

4.2 逆向教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新成效

只有追求開放的思路、堅(jiān)定創(chuàng)新的取向，才能有效實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)。在具體教學(xué)中，教師努力轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，通過對現(xiàn)行的以書本知識為本位、以教師為中心以及以傳播為主要特征的教學(xué)模式的根本性變革，把課堂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為目標(biāo)顯示、教前導(dǎo)學(xué)、自學(xué)展評、重點(diǎn)講析、深度加工幾個(gè)部分。教學(xué)過程主要包括以下內(nèi)容：在前一節(jié)課的最后3～5 min，告知下節(jié)課學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容與目標(biāo)要求，出示自學(xué)思路或?qū)W前設(shè)計(jì)等，提示自學(xué)方法和課外觀察實(shí)習(xí)內(nèi)容，每個(gè)學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)（項(xiàng)目小組）由組長帶領(lǐng)完成觀察實(shí)習(xí)的任務(wù)；導(dǎo)入新課后，首先檢查自學(xué)情況，并集中10 min左右的時(shí)間展示學(xué)生有代表性的自學(xué)成果，鼓勵(lì)學(xué)生展開討論和成果評價(jià)，對有創(chuàng)意的觀點(diǎn)、設(shè)計(jì)、質(zhì)疑予以記錄和鑒定；根據(jù)自學(xué)反饋情況及學(xué)生交流評述，抓住重點(diǎn)難點(diǎn)，積極實(shí)行啟發(fā)式、討論式、探究式教學(xué)，最后回到學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)化和深加工或進(jìn)行再設(shè)計(jì)、再創(chuàng)造。

采用逆向教學(xué)設(shè)計(jì)后，學(xué)生課堂參與度顯著提高，聽講專注程度也明顯提高，課堂上學(xué)生更愿意參與課堂活動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)激情與興趣，也充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而提高了學(xué)生對學(xué)習(xí)的信心。

課程反映了本學(xué)科在科學(xué)研究方法與工藝技術(shù)方面的最新研究成果，對課程加以優(yōu)化完善后，突出重點(diǎn)知識領(lǐng)域，講透重難點(diǎn)知識，并結(jié)合工程案例加以說明，鍛煉了學(xué)生的工程認(rèn)知意識，同時(shí)加強(qiáng)對學(xué)生創(chuàng)造意識與創(chuàng)新能力的培訓(xùn)，以開闊學(xué)生眼界[9-10]。在已有的混凝土結(jié)構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上讓學(xué)生制作建筑結(jié)構(gòu)模型，展示新材料、新工藝、新產(chǎn)品，使原本抽象、復(fù)雜的知識直觀化、簡明化，培養(yǎng)了學(xué)生的形象思維，提高了學(xué)生分析問題的能力，教學(xué)效果良好。

5 教學(xué)反思改進(jìn)

高新技術(shù)和信息化技術(shù)日益發(fā)達(dá)對建筑行業(yè)的影響也愈來愈大，而且獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)利益和社會(huì)效益。如果教師沒有在第一時(shí)間掌握實(shí)際工程中所使用的材料、技術(shù)、新工藝、新理念，勢必會(huì)影響教學(xué)效果，所以教師深入企業(yè)才能接觸到行業(yè)前沿信息，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”作為專業(yè)核心課程課時(shí)量過少，影響教學(xué)效果，擬在培養(yǎng)方案中增加課時(shí)量，精講細(xì)講，使學(xué)生真正理解掌握；任課教師缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，沒有真正接觸過工程項(xiàng)目，存在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)現(xiàn)象，實(shí)踐教學(xué)能力有待提高，擬積極利用寒暑假、節(jié)假日參加企業(yè)鍛煉，提升專業(yè)知識和技能。教師們掌握了企業(yè)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)后可以更好地對實(shí)踐性環(huán)節(jié)進(jìn)行引導(dǎo)，包括課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。學(xué)生深入企業(yè)可以對專業(yè)行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)、企業(yè)的需求有所認(rèn)識，從而擴(kuò)大學(xué)生的知識面和職業(yè)途徑。所以必須鼓勵(lì)青年教師進(jìn)入企業(yè)學(xué)習(xí)，堅(jiān)定地走以學(xué)生就業(yè)市場為導(dǎo)向、與產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的辦學(xué)之道，著力培育合格的應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才。產(chǎn)學(xué)研是以企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新為向?qū)?，以科研院供給的協(xié)作方式為科研創(chuàng)新服務(wù)，推動(dòng)企業(yè)科研成果轉(zhuǎn)化，實(shí)質(zhì)內(nèi)容是企業(yè)促進(jìn)創(chuàng)新發(fā)展所需要的各類產(chǎn)品要素高效結(jié)合。采用當(dāng)代“雙師型”教師人才培養(yǎng)模式既能促進(jìn)企業(yè)和高校之間技術(shù)和理念的輸入與輸出，又能成為“雙師型”教師人才培養(yǎng)的原動(dòng)力。教師進(jìn)入大企業(yè)可提升教師的實(shí)戰(zhàn)能力，同時(shí)加快高校“雙師型”師資隊(duì)伍建設(shè)，利用社會(huì)資源為學(xué)校培養(yǎng)應(yīng)用型人才提供強(qiáng)力的師資保障，打造一支高素質(zhì)的“雙師型”教師隊(duì)伍。

6 教學(xué)改革創(chuàng)新

“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程理論性強(qiáng)，實(shí)踐操作性也非常強(qiáng)，混凝土結(jié)構(gòu)是一個(gè)不斷發(fā)展的學(xué)科，隨著材料學(xué)、力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，許多新技術(shù)、新理論不斷產(chǎn)生。相較于實(shí)踐教學(xué)，目前的理論環(huán)節(jié)尚存在不足。此課程教學(xué)中形成的特色如下：注重跟蹤相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展，并將其反映在教學(xué)內(nèi)容中；注重教學(xué)研究與教學(xué)改革，將先進(jìn)的教學(xué)理念和教學(xué)方法應(yīng)用到該課程中，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建新的教學(xué)法；注重學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教學(xué)過程中利用多媒體、工地參觀、虛擬仿真平臺(tái)等多種手段，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力；積極開展校企合作，拓展實(shí)踐平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

7 改革預(yù)期效果

在課堂教學(xué)中實(shí)施該項(xiàng)目，使教學(xué)的主體由教師變?yōu)閷W(xué)生，改變以課堂為中心、以書本為中心的陳舊模式。在教學(xué)過程中，學(xué)生根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)要求，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造潛能，提出具有獨(dú)立見解的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)和設(shè)計(jì)方案，并用圖紙或模型表達(dá)出來。通過分析房屋建筑工程項(xiàng)目條件和要求，查找相關(guān)設(shè)計(jì)資料，和小組成員及教師討論，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，將過去對知識點(diǎn)的理解記憶過程改變?yōu)閷χR的應(yīng)用過程，發(fā)揮其主動(dòng)性和創(chuàng)造性，更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。提高學(xué)生進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)和解決實(shí)際問題的綜合能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和組織管理能力。

本文課題的研究成果預(yù)期先在機(jī)電工程學(xué)院土木工程專業(yè)進(jìn)行實(shí)踐，然后進(jìn)一步向校內(nèi)和校外相關(guān)專業(yè)進(jìn)行推廣。將本課題應(yīng)用于“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)中，以期在有限的2 年時(shí)間里，通過學(xué)習(xí)此課程，使學(xué)生掌握混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)科的基本理論和基本知識，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件設(shè)計(jì)的方法，并為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)后在混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)科領(lǐng)域繼續(xù)學(xué)習(xí)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此項(xiàng)目受益面比較廣，主要有以下幾方面：對于社會(huì)而言，結(jié)合學(xué)院對學(xué)生“應(yīng)用型人才”培養(yǎng)模式定位，按照“夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)、強(qiáng)化工程實(shí)踐、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”的總體思路，結(jié)合本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的人才，滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求；對于學(xué)校而言，確定了課程培養(yǎng)目標(biāo)，對于課程改革具有重要的指導(dǎo)和提升作用，促進(jìn)學(xué)校辦學(xué)水平的提高；土木工程專業(yè)學(xué)生是本文課題研究成果的最大受益者，由于建立了科學(xué)合理的課程培養(yǎng)體系，學(xué)生可以學(xué)到更多社會(huì)需求的專業(yè)知識和技能，在就業(yè)中具有更強(qiáng)的競爭力，同時(shí)根據(jù)自身需求，學(xué)習(xí)更高層次的知識，不斷提高技能水平；企業(yè)也是本文課題研究成果的直接受益者，因?yàn)楦喔咚刭|(zhì)的應(yīng)用型“能下得去，吃得苦，留得住，用得上”的人才將促進(jìn)企業(yè)和地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。