“水工钢筋混凝土结构”课程多目标教学改革初探

杨 艳，王亚红，李宗利

（西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100）

摘 要：文章以培养卓越水工结构工程师为目标，根据“水工钢筋混凝土结构”课程的任务、特点以及教育部“卓越工程师教育培养计划”的要求，提出了注重培养学生工程应用、科学思维、探索与创新能力的多目标教学改革路径，旨在进一步提升工程技术人才的培养质量。

关键词：水工钢筋混凝土结构；多目标；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）07-0018-03

收稿日期：2014-10-31

作者简介：杨艳（1983—），女，山东牟平人，西北农林科技大学水利与建筑工程学院讲师，主要从事水工结构工程细观数值模拟与研究。

基金项目：西北农林科技大学本科优质课程建设重点项目“‘水工钢筋混凝土结构’优质课程建设”（2014）

一、课程任务特点

1872年，世界第一座钢筋混凝土结构建筑的落成开启了人类建筑史的新纪元。自1900年，钢筋混凝土结构在工程中逐步得到了大规模使用。目前在水利水电工程中，钢筋混凝土结构已成为最基本的结构形式之一，作为水利水电工程的设计、施工技术人才则必须掌握其设计计算的基本理论与构造知识，这使得“水工钢筋混凝土结构”课程成为水利水电工程及相关水利类专业重要的专业基础课之一。本门课程的主要任务是使学生掌握水工钢筋混凝土结构构件的设计计算理论及构造要求，正确理解规范条文；培养学生从事钢筋混凝土结构设计的技术技能，为学生学习后续专业应用课程及毕业后从事工程结构设计、施工和管理等相关工作奠定坚实的专业基础。

该课程涉及了各种构件的承载力计算和正常使用验算，不仅公式多、构造要求繁杂，而且计算理论不是很完善，多是在试验和理论分析相结合的基础上，并以一定假设条件为前提推导出计算公式，再结合工程实践提出相应的设计表达式，因而教学内容不易于学生理解和掌握。此外，该课程既具有较为严密的理论计算，又具有很强的实践性。基于该课程的上述特点，如何有效地帮助学生深刻理解钢筋混凝土结构设计的基本原理、熟练掌握其设计方法与正确应用各种构造要求是该课程教学改革亟待解决的重要问题。目前，已有不少高校教师根据多年积累的教学经验，从不同角度提出了多种形式的教学改革措施。例如浙江大学建筑工程学院自主研发了试验教学演示系统，该系统能够使学生直观地观察试验现象，有效地帮助了学生理解试验成果并掌握相应理论[1]。

2010年教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”），该计划要求大力改革课程体系和教学形式，以强化学生的工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，重构课程体系和教学内容[2]。因此，笔者从“水工钢筋混凝土结构”课程的任务及特点出发，以“卓越计划”的要求为目标，针对以往授课过程中遇到的问题及设计施工单位对工程应用型人才需求的现状，提出了多目标教学改革措施。这些改革措施旨在通过实践教学平台与创新型人才培养模式提高学生的工程应用能力，培养学生严谨的思维模式以及勇于探索、创新的科学精神，从而提高高校工程技术人才的培养质量。

二、课程教学改革方向

目前我国高等教育的师资结构偏重学术型，一线教师缺乏行业工作经验，实践教学能力薄弱，导致授课内容空洞、脱离工程实际，阻碍了学生实践能力的培养和提高[3]，具有很强实践性的“水工钢筋混凝土结构”课程则表现尤为突出。为了改变这种不利于工程技术人才培养的教学模式，需在理论教学的基础上搭建工程实践教学平台，为学生提供参与工程实践的学习机会，使学生深刻意识到理论在工程实践中的指导地位，有效地提高学生的工程应用能力，进而激发学生学习理论知识的主观能动性，加强学生对钢筋混凝土结构设计计算原理和构造要求的理解与掌握。

古人言，授人以鱼不如授人以渔，尤其是在现如今知识爆炸、科学技术日新月异的时代更是如此，终身自主学习已成为社会发展的必然趋势。如何培养学生严谨的思维模式和运用已知探索未知科学的创新能力是高校教师开展教学改革面临的重要问题，同时也是高校实现创新型人才培养目标需要解决的首要问题。

此外，随着多媒体技术的不断创新与发展以及高校网络教学资源的逐步建设与共享，在理论与实践教学过程中恰当合理地运用这些技术与资源不仅可以有效地提高教学质量，还为进一步教学改革开拓了新思路。

三、多目标教学改革路径

（一）工程应用能力的培养

工程教育的主要目标之一是培养具有工程应用能力的专业技术人才。为了培养学生钢筋混凝土结构设计的技能，培养学生综合运用理论知识解决工程问题的能力，“水工钢筋混凝土结构”课程在理论教学结束后，配备了1—2周的课程设计。然而，这些教学设计一般过于教材化、模式化，而且与行业企业的设计流程和手段有较大差别[4]。若要克服传统实践教学的这些弊端，切实加强学生在工程实践中的设计技能，有效提高学生的工程应用能力，则开展高校与设计施工单位间的协作教学模式势在必行。

高校是向设计、施工等单位输送优秀工程技术人才的基地，因此，能否实现提高工程技术人才的培养质量，促进学生专业技能全面发展的目标不仅关乎高校教学改革的成败，而且直接影响工程单位人才招聘质量的优劣，进而对企业的未来发展产生深远影响。然而，目前高校偏重理论的教学模式不利于学生工程应用能力的培养。为了快速适应社会发展的需求，“卓越计划”要求行业企业深度参与人才培养过程。这种协作培养模式不仅在一定程度上可以提高高校的教学科研水平，更重要的是能够为企业的可持续发展提供卓越的工程技术人才保证。由此可见，从高校和企业双方的角度出发，开展协作培养模式将是互惠双赢共同发展的重要改革措施。

目前笔者所在高校的水利类专业虽未加入“卓越计划”，但本结构教研室的教师坚持以“卓越计划”的培养要求作为教学改革的出发点，充分利用学校水利水电建筑勘察设计院，水利水电工程建设监理中心、国家水利技能鉴定站等社会服务的各种资质资源搭建实践教学平台，紧密将社会服务与本科教学相融合。教学改革实践表明，实践教学平台在提高教师的专业技能水平、培养学生的工程应用能力等方面均起到了良好的促进作用。一方面，教师通过参与实际的工程项目解决了自身的工程实践锻炼问题，特别是对刚毕业的青年教师而言，不仅增长了工程实践经验，而且完成了从理论到实践再到理论的升华过程，避免了脱离实际闭门造车的现象。另一方面，这些社会服务机构为学生提供了参与实际工程的实践机会，是最有利于培养学生工程实践能力的平台。目前学校水利类专业通过这些实践教学平台参与科技创新项目、技能竞赛、毕业设计的学生已占水利类专业总人数的70%以上，并且每年有约80余学生通过技能鉴定，有效地促进了学生实际操作技能的提高。

在搭建工程实践教学平台的基础上，2011—2012年西北农林科技大学先后启动了网络课程建设与优质课程建设项目，全面促进了课程教学方式、教学内容的改革，进一步推动了协作教学模式的顺利开展。目前，在教研室的集体努力下，“水工钢筋混凝土结构”课程的网络教学资源已基本建成，同时该课程也被列入优质课程建设重点项目。通过这两项课程建设，该课程在网络教学平台上实现了实验教学及工程现场施工录像、以往具有代表性的工程设计实例等基本素材的资源共享，丰富了学生的课外学习资源，开阔了学生的专业视野。与此同时，为了增进师生课后的互动交流，在网络上建立了答疑平台，通过该平台教师能够较全面地了解学生课后学习中遇到的问题，并及时地引导学生克服理论与实践学习中的难点。

此外，在理论教学之后的课程设计实践教学环节中，不仅注重课程设计的内容设计，而且力争最大限度地培养学生的工程设计能力。课程设计的选题紧密结合工程实际，设计题目为水利工程中最常见的水工渡槽设计，设计内容主要包括槽身和支撑排架的结构设计，要求学生分别从渡槽槽身和支撑排架的截面内力分析、承载力设计、正常使用验算等过程全面进行设计，并要求学生严格按照工程施工设计图纸的要求绘制结构设计图。学生最终提交的设计成果包括分析计算书、槽身和支撑排架的结构设计图。在实施教学改革过程中，为了进一步充分训练学生对一个整体结构的分析能力，将以往的U形渡槽变更为矩形渡槽，从而加强学生对板、梁、柱结构构件的内力分析能力，深化学生对肋形结构传力途径的认识及对各种构件之间钢筋连接构造的理解。同时，要求学生在课程设计过程中应用相关的计算软件（如结构力学求解器等），严格按照设计单位的设计流程和方法进行工程设计，使学生在进入工作岗位前能够接受符合行业要求的、系统的水工钢筋混凝土结构设计训练。

（二）严谨思维模式的培养

除了具有很强的实践性外，“水工钢筋混凝土结构”还是一门理论性较强的专业基础课程。每一种构件的设计公式不但具有一定理论推导，而且与其适用条件、构造要求紧密配合。这就要求学生必须养成严谨的思维习惯，才能在设计过程中针对不同的受力构件使用正确的设计公式，采取合理的构造措施。因而，教师在理论教学过程中需结合实际工程问题，采用启发、渐进引导的教学方式，帮助学生理解基本理论、熟悉不同构件的构造要求，训练学生严谨的推理能力。例如《水工混凝土结构设计规范》（SL191—2008及DL/T5057—2009）规定了在不同环境类别下混凝土保护层的最小厚度，其目的之一是为了避免钢筋骨架发生锈蚀。那么钢筋锈蚀会带来哪些危害？箍筋锈蚀是否会影响混凝土梁斜截面的抗剪承载力？如有影响，那么箍筋锈蚀前后混凝土梁的斜截面抗剪承载力将如何变化？在课堂上可以通过这种设问方式，促进学生积极思考，避免出现满堂灌的现象。同时还要鼓励学生各抒己见，以提高学生独立分析问题并完整清晰表述个人观点和意见的能力，增进师生间的互动交流。在解问环节则根据学生已掌握的基础及专业知识采用由浅入深、循序渐进的方式介绍最新的研究成果，并有意识地培养学生严谨的思维模式及科学的分析方法，使学生在知其然更知其所以然的基础上，形成科学严谨的思维习惯。如试验结果表明，箍筋锈蚀对混凝土梁斜截面抗剪承载力的影响规律与箍筋的锈蚀率有关[5]，因而绝不能想当然地得出有影响或无影响的片面结论。

经过多次设问—答问—解问环节的训练，学生课堂发言的积极性、分析问题的严谨性、课后习题的完成质量等方面均有了明显改善。可见，采用启发、渐进式教学法不仅强化了学生对设计计算理论及构造要求的理解，而且培养了学生严谨的思维模式，有效地提高了学生正确分析与解决问题的能力。同时，形成科学严谨的思维模式也为进一步培养创新能力奠定了基础。

（三）探索与创新思维的培养

《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》制定了我国2020年跻身世界人才强国行列的目标。高校作为人才培养的中坚力量，则肩负着培养大批创新型实用人才的重要使命。

笔者所在教研室在开展教学改革的过程中，坚持以培养优秀的结构工程技术人才为目标，一方面通过实践教学平台提高学生的工程应用能力，另一方面充分利用学院材料与结构工程试验室的仪器设备，鼓励并培养学生通过自行设计试验探索未知理论与客观规律的能力。目前学院材料与结构工程试验室拥有液压伺服万能试验机、电子万能试验机、长轴压力机、多通道采集系统及传感器等试验仪器和设备，为学生参与大学生科创项目提供了良好的硬件条件。在此基础上，专业课教师尤其是以试验为基础的“水工钢筋混凝土结构”课程的任课教师应指导学生有计划有步骤地开展相关试验研究。经过阅读文献—提出科学问题—设计试验方案—分析试验结果—归纳试验结论的系统锻炼，不仅使学生深刻理解了试验是探索未知科学的重要方法和途径，而且培养了学生勇于探索的创新精神，使学生认识到只要善于发现、勤于思考、乐于实践，开展科技创新活动并非高不可攀。近几年，在教学改革实施过程中，通过指导教师与学生的共同努力，学院选派代表队参加了历届全国大学生水利创新设计大赛，并取得了一等奖两项、二等奖五项、优胜奖一项的优异成绩，被授予“优秀组织奖”荣誉单位称号。

此外，在理论教学中，也应最大限度地提高学生的创新能力。例如我国高校均针对非计算机专业的大一学生开设了计算机编程语言类的公共基础课，如VB，C，FORTRAN等，但由于主讲公共基础课的教师往往不具备其他领域的相关专业知识，使得尚未接触专业课的大一学生不了解编程语言在本专业领域中的应用，更不能体会到其发挥的重要作用。因此，专业基础课的教师有义务结合专业课程内容培养学生运用编程语言解决专业问题的能力。如钢筋混凝土构件的截面尺寸、钢筋的间距等构造要求均规定在适宜的区间内，于是满足设计要求的方案并不唯一。然而，传统教学以构件设计的基本原理为重点，容易使学生只注重设计的安全性而忽略经济性。为了帮助学生尽早树立正确的结构设计理念，可以鼓励学生运用计算机编制相应的计算程序，从而优化设计方案。通过这种方式不仅可以强化学生对设计计算流程及结构优化设计的理解，而且能够提高学生运用基础课知识解决专业问题的能力，加强了各科知识间的融会贯通，促进了学生创新思维的培养。

我国水利水电事业的蓬勃发展以及钢筋混凝土结构在水利水电工程中的重要地位有力地推动了“水工钢筋混凝土结构”课程教学改革的进程。为了顺应教学改革的潮流，满足水利水电建设行业对高质量工程技术人才的需求，“水工钢筋混凝土结构”课程的教学应以实践教学、科学思维与创新能力的培养作为改革的切入点，培养具有一定工程经验、勇于运用科学思维方式进行探索和创新的钢筋混凝土结构设计人才。目前，该课程的多目标教学改革工作已初见成效，今后将进一步完善改革方案，以提高工程技术人才的培养质量。

参考文献：

[1]余世策，冀晓华，胡志华等.钢筋混凝土结构实验教学演示系统的开发和应用[J].高等建筑教育，2012，(6).

[2]教育部.关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z].教高[2011]1号.

[3]魏春明，赵星海，秦力等.基于“钢筋混凝土”课程培养学生的实践能力[J].中国电力教育，2013，(4).

[4]赵羽习，申士军，姜秀英等.在“钢筋混凝土结构设计”的教学改革中促进卓越工程师的培养[J].东南大学学报：哲学社会科学版，2012，(S2).

[5]赵羽习，金伟良.锈蚀箍筋混凝土梁的抗剪承载力分析[J].浙江大学学报：工学版，2008，(1).