摘要：“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”是水利水電工程專業(yè)的核心課程，智慧水利的構(gòu)建是推動(dòng)水利工程管理工作向?qū)I(yè)化、精細(xì)化、信息化和智能化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。本研究旨在探討智慧水利背景下“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”課程的教學(xué)改革舉措，文章分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式三個(gè)層面對該課程現(xiàn)有教學(xué)中存在的問題以及相應(yīng)的改革思路和執(zhí)行措施進(jìn)行了詳細(xì)分析和討論。研究結(jié)果表明，現(xiàn)有改革方案取得了良好的教學(xué)效果，本研究對推動(dòng)水工卓越人才培養(yǎng)具有一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)；智慧水利；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1概述

水利行業(yè)關(guān)系國計(jì)民生，是國家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)?！八や摻罨炷两Y(jié)構(gòu)學(xué)”是水利水電工程專業(yè)必修的核心課程，在水利水電工程專業(yè)的培養(yǎng)方案中占有重要地位［1］。該課程在基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程中發(fā)揮著承上啟下的關(guān)鍵作用，同時(shí)與行業(yè)規(guī)范、工程實(shí)際聯(lián)系緊密，是培養(yǎng)學(xué)生掌握系統(tǒng)工程知識(shí)和解決工程實(shí)際問題的重要課程［2］。此外，該課程所包含的知識(shí)點(diǎn)在后續(xù)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中也頻繁應(yīng)用，如果學(xué)生沒有將這門課掌握牢固，后續(xù)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)開展的難度將會(huì)大大增加?？傮w而言，該課程對于學(xué)生未來從事水利工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和管理工作極為重要。

“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”課程概念、公式、圖表、規(guī)范條文較多，具有內(nèi)容豐富、知識(shí)點(diǎn)細(xì)而繁、構(gòu)造形式復(fù)雜、工程應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)［34］。按照現(xiàn)行本科教學(xué)大綱的要求，該課程的學(xué)時(shí)相對有限，教師課堂教學(xué)的時(shí)間主要用于對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本理論知識(shí)的講解，因此僅憑教師課堂的教學(xué)很難使學(xué)生完全掌握［5］。近年來筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍認(rèn)為“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”考試較難，在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)及最終的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，知識(shí)脫節(jié)問題也逐漸暴露。此外，在水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，我國電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范（DL/T5057—2009）與水利系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)范（SL191—2008）有所區(qū)別，這為本課程的講授以及學(xué)生的理解增加了一定難度［6］。因此，如何在有限學(xué)時(shí)內(nèi)幫助學(xué)生扎實(shí)掌握課程基本理論，同時(shí)有效提高學(xué)生在水利工程中的實(shí)踐能力，已成為“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”課程教學(xué)改革研究的關(guān)鍵任務(wù)。

智慧水利是在智慧城市建設(shè)理念下提出的水利工程領(lǐng)域的重要發(fā)展目標(biāo)，主要指運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，促進(jìn)水利規(guī)劃、工程建設(shè)、運(yùn)行管理和社會(huì)服務(wù)的智慧化，提升水資源的利用效率和水旱災(zāi)害的防御能力，改善水環(huán)境和水生態(tài)，保障國家水安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展［7］?；凇八や摻罨炷两Y(jié)構(gòu)學(xué)”的理論知識(shí)，探索智慧水利背景下的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革模式，不但有助于促進(jìn)學(xué)科交叉融合，實(shí)現(xiàn)各類資源共享，還可以促進(jìn)構(gòu)建“產(chǎn)—學(xué)—研—用”一體化融合的實(shí)踐教學(xué)體系，有效提升學(xué)生的認(rèn)知和創(chuàng)新能力，并為后續(xù)水利信息化、數(shù)字化以及智能化建設(shè)培養(yǎng)相關(guān)人才。

2教學(xué)內(nèi)容改革

“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容多、涉及面廣，因此，教師在教學(xué)過程中要注重目的性、層次性、綜合性和探究性，并讓學(xué)生理解這幾個(gè)關(guān)鍵概念的含義。以河海大學(xué)等四校聯(lián)編的第4版《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》［8］為例，該教材共包含緒論以及其他十二個(gè)章節(jié)。第一章為材料特性，該章節(jié)大部分內(nèi)容已經(jīng)在“材料力學(xué)”和“建筑材料”兩門課程中講授；第二章為設(shè)計(jì)理論，是設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，該章節(jié)逐漸出現(xiàn)學(xué)生以前在基礎(chǔ)課中較少接觸的重要概念（標(biāo)準(zhǔn)值、設(shè)計(jì)值等），且文字性內(nèi)容較多，容易讓學(xué)生感到無趣或茫然；第三章至第七章為構(gòu)件層面的承載力計(jì)算問題（彎、剪、壓、拉、扭），開始出現(xiàn)大量計(jì)算公式，這部分內(nèi)容往往是期末考試計(jì)算題的重點(diǎn)；第八章為構(gòu)件層面的裂縫寬度、變形驗(yàn)算等，該章節(jié)主要圍繞“正常使用極限狀態(tài)”這個(gè)已在第二章指出的重要概念開展；第九章至第十二章從構(gòu)件層面過渡到結(jié)構(gòu)層面，同時(shí)也是對前面章節(jié)知識(shí)的綜合運(yùn)用。由此可見，不同章節(jié)的目的性明確，進(jìn)而使課程內(nèi)容整體上呈現(xiàn)明顯的遞進(jìn)關(guān)系，同時(shí)也逐步對學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力提出考驗(yàn)。同時(shí)，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生對“假定”的理解，很多計(jì)算公式的基本假定從工程角度出發(fā)，在科學(xué)層面上并非“唯一”。因此，教師有必要引導(dǎo)學(xué)生對這些假定進(jìn)行討論，進(jìn)而調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生理論實(shí)踐相結(jié)合的能力。此外，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生去搜集國內(nèi)外高新技術(shù)在鋼混結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究。以智慧水利背景下的水庫大壩三維智能安全監(jiān)測為例，監(jiān)測平臺(tái)依托三維精細(xì)化建模，將三維模型與水雨情、大壩變形及滲流等項(xiàng)目的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)的綁定映射，并自動(dòng)查找該測點(diǎn)所對應(yīng)的三維模型［9］。在這種場景下，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將組成結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行高亮顯示，并通過視圖拆分、視圖爆炸等方式對不同構(gòu)件的配筋或構(gòu)造情況進(jìn)行可視化分析，進(jìn)而以更加直觀的視角對基本原理和計(jì)算步驟進(jìn)行理解。

3教學(xué)方法改革

3.1豐富授課方式

傳統(tǒng)教學(xué)模式主要依賴多媒體教學(xué)，并輔以板書作為輔助工具，課堂教學(xué)成為主要教學(xué)單元。然而，教師難以有效掌控課前和課后的教學(xué)環(huán)節(jié)。近年來，線上教學(xué)模式發(fā)展迅速（如MOOC、微課等），這些教學(xué)方式具有開放性大、傳播范圍廣、可隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)等優(yōu)勢，但是也存在教師與學(xué)生互動(dòng)性差、教師難以有效掌控教學(xué)過程等缺點(diǎn)［10］。因此，為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的相互增強(qiáng)，探索“1+1＞2”的線上線下混合授課方式有著重要意義。在上一學(xué)年的授課過程中，筆者在課前為學(xué)生推薦3～5個(gè)線上教學(xué)視頻，每個(gè)視頻時(shí)長約15分鐘，以便讓學(xué)生對即將講授的課程有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。在課堂上，筆者采用“多媒體+板書+視頻+可視化系統(tǒng)”相結(jié)合的授課方式，幫助學(xué)生理解科學(xué)與工程問題。其中，可視化系統(tǒng)借助BIM提供的可視化特征，結(jié)合實(shí)際水利工程（如下圖），將學(xué)生視角從圖紙上的平面視圖引領(lǐng)到三維立體的建筑物上來，進(jìn)而提升構(gòu)件之間的交互性。

水利工程可視化教學(xué)系統(tǒng)圖

3.2加強(qiáng)互動(dòng)教學(xué)

“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”的課堂教學(xué)通常采取的是大班教學(xué)模式。加強(qiáng)師生互動(dòng)一方面能夠讓學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)的興趣，另一方面可以提高課堂授課的質(zhì)量和效果。因此，除了線上線下課堂建設(shè)之外，教室還可以通過建立移動(dòng)平臺(tái)與學(xué)生進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)。例如，在每堂課的課后，筆者通過建立的云文檔鼓勵(lì)學(xué)生在線大膽提問（將對本節(jié)課存在疑問的知識(shí)點(diǎn)或內(nèi)容及時(shí)在文檔內(nèi)總結(jié)），通過這種方式，不僅能在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上即時(shí)為學(xué)生解答疑惑，還能激發(fā)學(xué)生的思考，引導(dǎo)他們進(jìn)行更深入的研究和探索。根據(jù)學(xué)生提出的問題，教師也可以反思自己在上一節(jié)課授課中出現(xiàn)的問題或不足，并對部分教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的修正和更新，進(jìn)而更加準(zhǔn)確地找到學(xué)生的“痛點(diǎn)”。通過這種師生聯(lián)動(dòng)的交流方式，既能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，還可以幫助他們進(jìn)行深入思考和研究［11］。此外，“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”歸根結(jié)底是一門面向設(shè)計(jì)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，為了讓學(xué)生對實(shí)際工程有著更加直觀感性的認(rèn)識(shí)，教師還可以邀請一些設(shè)計(jì)單位的工作人員就具體的工程設(shè)計(jì)問題與學(xué)生進(jìn)行交流互動(dòng)，通過“發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題”，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用深度合作。

3.3習(xí)題編程實(shí)現(xiàn)

在平時(shí)的水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常需要大量計(jì)算或快速計(jì)算鋼筋混凝土構(gòu)件的受力鋼筋面積?！八や摻罨炷两Y(jié)構(gòu)學(xué)”課程基本構(gòu)件承載力計(jì)算包括受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算、受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力計(jì)算、受壓構(gòu)件承載力計(jì)算、受拉構(gòu)件承載力計(jì)算、受扭構(gòu)件承載力計(jì)算，每種構(gòu)件都可以通過編寫小程序來輔助設(shè)計(jì)計(jì)算，在課程教學(xué)過程中鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合課程特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程設(shè)計(jì)計(jì)算，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性和創(chuàng)造性［12］。以第三章中矩形截面構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算為例，根據(jù)初始是否已配置受壓鋼筋以及受壓鋼筋面積是否給定，所采用的計(jì)算流程可分為多種情況。不少同學(xué)在面對這種選擇時(shí)，從心理上便產(chǎn)生畏懼，甚至束手無策。如果可以讓學(xué)生根據(jù)計(jì)算理論進(jìn)行編程，不但有助于他們對計(jì)算公式以及構(gòu)造要求的理解，還可以通過參數(shù)化設(shè)計(jì)模式讓他們體會(huì)到快速準(zhǔn)確、修改方便的優(yōu)點(diǎn)。

3.4融入思政元素

教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出，全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措。課程思政元素的挖掘是進(jìn)行課程思政教育的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)大學(xué)生政治認(rèn)同、素養(yǎng)提升的關(guān)鍵。新時(shí)代背景下，如何幫助學(xué)生深入理解課程思政的內(nèi)涵和外延，發(fā)揮課程思政示范課程的實(shí)踐作用和引領(lǐng)作用具有重要意義。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)運(yùn)用廣闊的視角和貼近實(shí)際的案例，結(jié)合課程章節(jié)結(jié)構(gòu)和專業(yè)知識(shí)背景，深入挖掘這門工科課程中的思政教育要素。將思政思想融入其中，使專業(yè)知識(shí)傳授與課程思政育人達(dá)到有機(jī)融合，無形中培養(yǎng)出適應(yīng)新時(shí)代需求的專業(yè)技術(shù)人才。例如，在課程緒論部分，可以介紹混凝土技術(shù)在國內(nèi)外的起源、發(fā)展歷程、現(xiàn)狀以及國內(nèi)與國外的對比分析，深入闡述我國混凝土技術(shù)起步晚、發(fā)展迅速的特點(diǎn)；在經(jīng)典案例分析中，要鼓勵(lì)學(xué)生挖掘其中包含的思政要素，并引入學(xué)生相互評分的機(jī)制，這樣才能吸引更多學(xué)生參與思政要素的討論和學(xué)習(xí)。

4考核方式改革

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師經(jīng)常依賴階段性考試和期末考試來評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，這種考核方法的局限性在于其單一性，往往無法全面反映整個(gè)教學(xué)過程中的細(xì)節(jié)和學(xué)生學(xué)習(xí)的連續(xù)性。因此，這種評價(jià)機(jī)制不足以為教師提供必要的信息來有效監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展和動(dòng)態(tài)，缺乏持續(xù)和多元化的評估手段，限制了教育者對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的全面理解和及時(shí)干預(yù)的可能。而“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”這門課程的計(jì)算公式繁多，且部分為經(jīng)驗(yàn)性公式。因此，筆者認(rèn)為有些公式?jīng)]有必要“死記硬背”，例如第五章中的偏心距增大系數(shù)η以及計(jì)算η所需的兩個(gè)截面曲率影響系數(shù)ζ1和ζ2。筆者建議在期末考試的試卷中，可以給出部分經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)而避免學(xué)生花費(fèi)大量時(shí)間記憶那些機(jī)理性較弱的經(jīng)驗(yàn)公式。另外，課后作業(yè)通常作為平時(shí)成績的一部分。本課程與其他課程的一個(gè)重要區(qū)別便是答案的多樣性與合理性：即使對于同一工況，從設(shè)計(jì)的角度考慮也可能得出不同的計(jì)算結(jié)果（截面尺寸、配筋量等），且這些結(jié)果可能都是合理的。因此，大篇幅完全相同的計(jì)算結(jié)果有可能意味著作業(yè)間的互相借鑒。為了避免這種情況，教師針對不同學(xué)生可以適當(dāng)調(diào)整給定題目的計(jì)算參數(shù)范圍，使得作業(yè)更能反映學(xué)生在課后的學(xué)習(xí)質(zhì)量。此外，教師可根據(jù)互動(dòng)平臺(tái)上的問答情況以及學(xué)習(xí)記錄，對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和平時(shí)成績進(jìn)行綜合考量，進(jìn)而更加客觀全面地評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

結(jié)語

筆者結(jié)合近年來的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對智慧水利背景下的“水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)”課程教學(xué)進(jìn)行了初步改革，充分發(fā)揮了教師的引導(dǎo)作用，目前已初步取得良好的教學(xué)效果：加強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力。但在教學(xué)改革實(shí)施過程中也發(fā)現(xiàn)了一些不足之處有待解決，例如，部分同學(xué)對最基礎(chǔ)的力學(xué)概念不清楚，部分同學(xué)在互動(dòng)平臺(tái)上缺乏主動(dòng)性等，這些問題有待在后續(xù)課堂教學(xué)中進(jìn)一步探索解決。綜上，高校專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革仍然任重而道遠(yuǎn)，只有不斷創(chuàng)新與優(yōu)化教學(xué)過程，我們才能更好地培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的專業(yè)人才。

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*通訊作者：劉興陽（1989—），男，漢族，遼寧沈陽人，博士，講師，研究方向：水工結(jié)構(gòu)抗震。