吳 多，尹遇學(xué)，葉 青

(南昌工程學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程是道橋?qū)I(yè)的一門必修課程。這門課是以公路橋涵設(shè)計為基礎(chǔ)，緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際，與同類土木工程專業(yè)的“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”相比，具有同樣梁、板式構(gòu)件的理論體系，又有公路橋梁中相關(guān)的專門知識。對于研究構(gòu)件的基本力學(xué)行為，更加側(cè)重于分析其壓、彎、剪等力學(xué)行為，具有鮮明的行業(yè)特色與工程特點[1]。

對于“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程，傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)模式在很大程度上可以快速達(dá)到教學(xué)大綱中要求的培養(yǎng)目標(biāo)。通過此類模式開展教學(xué)，大多數(shù)學(xué)生在學(xué)完這門課程以后，都可以模仿書中的例題進(jìn)行簡單的矩形、T形簡支梁的配筋計算或校核任務(wù)，但通過進(jìn)一步對學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，卻發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)完該課程的學(xué)生并不能完全掌握結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計與驗算方法，往往表現(xiàn)為知其然而不知其所以然。

很多教師在多年的教學(xué)實踐中也在努力探索，將其他學(xué)科非常流行的導(dǎo)入式[2-3]、討論式[4-5]、案例式教學(xué)法[6-7]引入本門課的教學(xué)中，在一定程度上確實調(diào)動了學(xué)生的積極性。但靜下心來想想，課堂關(guān)注度的提高就能等同于教學(xué)效果的提高嗎？對于這種實踐性、應(yīng)用性、理解性極強的課程，僅僅采用這些方法就能完全改變目前的教學(xué)現(xiàn)狀嗎？這應(yīng)該是一個值得深思的問題。

所以就如何提高應(yīng)用型院校的“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的教學(xué)效果，通過教學(xué)模式的進(jìn)一步探索分析，構(gòu)建一種適合本門課程的課堂教學(xué)模式并付諸實踐顯得尤為重要。

1 “結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程概述

基于某高校道路橋梁與渡河工程專業(yè)14版人才培養(yǎng)方案要求，“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程大綱中包含40課時的理論教學(xué)和8課時的課程設(shè)計實踐教學(xué)，在大學(xué)本科階段的第五學(xué)期開設(shè)此課程，以下分析均是基于此進(jìn)行探討的。

該課程的本質(zhì)主要是討論各種基本構(gòu)件的受力性能、計算方法和構(gòu)造設(shè)計原理，是學(xué)習(xí)完整工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。該課程的核心內(nèi)容、特點與其他課程的關(guān)系如表1所示。

表1 “結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的課程體系

通過分析表1所示“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的課程體系，不難看出本門課程的重要性與核心地位。

1)首先，各高校的本門課程基本都開設(shè)在大學(xué)的第五個學(xué)期，因為這一課程要求學(xué)生具備一定程度的數(shù)學(xué)、力學(xué)和材料的知識儲備，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前，必須完成三大力學(xué)(理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué))、土木工程材料等先修課程的學(xué)習(xí)，然后才能進(jìn)行本課程的學(xué)習(xí)。在道渡專業(yè)課程體系中該課程處于承上啟下的中間位置。完成本課程的學(xué)習(xí)以后，同學(xué)們對梁、板等常見的普通、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有了更清晰地認(rèn)識和理解。可進(jìn)行后階段橋梁工程、下部基礎(chǔ)工程、橋梁施工等課程的學(xué)習(xí)。

2)從學(xué)習(xí)內(nèi)容上看，該課程由基礎(chǔ)知識、構(gòu)件設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計這三大塊內(nèi)容組成。首先通過學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一些基本概念和鋼筋、混凝土等材料的物理力學(xué)性能，公路橋涵規(guī)范規(guī)定的計算原則與方法等內(nèi)容，熟悉工程結(jié)構(gòu)特別是橋梁工程中涉及到的各類材料性能、優(yōu)缺點，掌握各類狀態(tài)、作用組合的計算方法。然后通過對構(gòu)件的各類壓、拉、彎、剪、扭等力學(xué)行為進(jìn)行分析，特別是橋梁工程中常見彎壓構(gòu)件的正截面、斜截面承載能力計算，構(gòu)件的應(yīng)力計算和變形與裂縫等正常使用極限狀態(tài)設(shè)計計算，全面掌握構(gòu)件的設(shè)計計算方法。最后通過對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝、設(shè)計計算方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，完全掌握簡支T梁(板)、預(yù)應(yīng)力梁(板)等常用的橋梁上部結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計計算與施工操作。

3)從課程目標(biāo)看，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生掌握正向的設(shè)計和反向的驗算能力。通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)σ阎奢d要求的構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計和配筋計算，同時也能夠核算已知構(gòu)件是否滿足承載能力要求這兩方面的能力。

4)從課程特點來看，該課程具有豐富的多樣性特點，是一門理論分析和現(xiàn)場實踐兩者兼?zhèn)涞恼n程。通常結(jié)構(gòu)設(shè)計中只要滿足一定范圍的標(biāo)準(zhǔn)即可，因此其配筋形式與數(shù)量并不唯一，往往存在多種結(jié)果組合，計算結(jié)果的優(yōu)異程度取決于計算者或設(shè)計者對規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的理解和熟練程度，結(jié)合各類力學(xué)假定(平截面假定、勻質(zhì)體假定)，設(shè)計與計算過程中常考慮簡化，側(cè)重于關(guān)注結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的受力與變形特點。

綜上可知，“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程具有極強的專業(yè)性、內(nèi)容繁瑣復(fù)雜且目標(biāo)要求高、形式多樣等特點，在目前應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)方案中規(guī)定的40課時理論課程教學(xué)前提下，采用常規(guī)講授的教學(xué)方式進(jìn)行授課，很難達(dá)到大綱預(yù)定的復(fù)合應(yīng)用性人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求。因此本文基于目前該課程凸顯的問題與不足，提出一種差異化培養(yǎng)教學(xué)模式的分析。

2 差異化培養(yǎng)的課堂教學(xué)

2.1 課程體系剖析

1)按照大綱要求，結(jié)合選用教材，梳理課程的所有必修知識點，并將全部知識點按照了解、熟悉、掌握、探索等類別的學(xué)習(xí)程度進(jìn)行差異化整理、歸類與合并。

如：了解程度(☆)→知識點D1、知識點D2、知識點D3……知識點Dm；

熟悉程度(☆☆)→知識點C1、知識點C2、知識點C3……知識點Cn；

掌握程度(☆☆☆)→知識點B1、知識點B2、知識點B3……知識點Bk；

探索程度(☆☆☆☆)→知識點A1、知識點A2、知識點A3……知識點Al。

2)參照1)所示，按人才培養(yǎng)目標(biāo)規(guī)定的掌握程度進(jìn)行知識點劃分這一方式雖然大體上可以將知識點按重要性程度分層歸類，但還應(yīng)考慮各知識點之間難易程度的差異化。

如：非難點(★)→知識點A1、知識點A2、知識點B1、知識點B2……知識點D1、知識點D2；

難點(★★)→知識點A3……知識點Al、知識點B3……知識點Bk、知識點C3……知識點Cn、知識點D3……知識點Dm。

結(jié)合1)、2)將課程的整體知識體系按培養(yǎng)目標(biāo)需要掌握的程度進(jìn)行金字塔層次理論的劃分如圖1所示。

2.2 學(xué)生體系剖析

1)以學(xué)生的先修課程成績基礎(chǔ)、未來就業(yè)或考研意向、學(xué)習(xí)興趣與特點等方面，結(jié)合學(xué)生的側(cè)重點、期望與學(xué)生的選擇意向，將學(xué)生劃分為A(基本學(xué)習(xí)型)、B(就業(yè)實踐型)、C(深造考研型)、D(科研創(chuàng)新型)這四種典型學(xué)生類別(見圖2)。

2)綜合考慮大綱中的通識了解、具體熟悉、分析掌握、深層探索四類培養(yǎng)目標(biāo)和不同的學(xué)生類別，構(gòu)建課程的學(xué)生類別與培養(yǎng)目標(biāo)體系比例關(guān)系如表3所示。

圖1 知識點的金字塔分層劃分與培養(yǎng)目標(biāo)體系對應(yīng)關(guān)系

表2 學(xué)生類別的具體情況

表3 不同類別學(xué)生與培養(yǎng)目標(biāo)的占比關(guān)系

3 “結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的應(yīng)用

3.1 課程知識點體系構(gòu)建

以《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課本[8]的第十二章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的概念及其材料為例分析這一方法的可行性。

將這一章節(jié)知識要點梳理劃分為十個小知識點，根據(jù)難易程度并按照通識了解、具體熟悉、分析掌握、深層探索的四類培養(yǎng)將其分解為金字塔的知識點體系。

3.2 學(xué)生情況分析

基于問卷調(diào)查式的學(xué)情分析雖然在一定程度上可以體現(xiàn)學(xué)生的目標(biāo)水平，但這種分析方法的效果取決于學(xué)生的目標(biāo)達(dá)成度，在實際應(yīng)用中較難達(dá)到預(yù)期效果，為解決這一問題，本文提取16和17級道渡專業(yè)“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的學(xué)習(xí)通軟件后臺數(shù)據(jù)，提取課堂課堂到堂率及訪問頁面情況統(tǒng)計到堂率、作業(yè)提交情況如圖3和圖4所示。

圖2 知識點的金字塔分層劃分與培養(yǎng)目標(biāo)體系對應(yīng)關(guān)系

圖3 課堂到堂率及訪問頁面情況統(tǒng)計

圖3展示了學(xué)生的到堂率及學(xué)習(xí)通軟件的訪問情況，可以看出大部分同學(xué)的到堂率在80%以上，到堂率100%和到堂率低于60%的同學(xué)比較少，符合中間大兩頭小的統(tǒng)計規(guī)律。而分析頁面訪問情況也可以看出，學(xué)生訪問學(xué)習(xí)通軟件的情況具有一定的規(guī)律性，一般以周次為間隔進(jìn)行波段訪問。

圖4 作業(yè)發(fā)布、提交與成績情況統(tǒng)計

從圖4給出的作業(yè)發(fā)布、提交與成績情況可以看出，基本上所有同學(xué)都會提交課后作業(yè)，說明作業(yè)作為平時成績的重要考核部分的這一考核方式執(zhí)行程度較好。分析作業(yè)得分情況，該門課程的整體作業(yè)平均得分為84.41分，得分率較高，說明學(xué)生的課堂掌握情況較好，但另一方面也說明查書式的作業(yè)難度較低，并且學(xué)生之間也容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。

3.3 結(jié)果驗證與探討分析

將以上教學(xué)法應(yīng)用于16和17級道橋?qū)I(yè)的“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的教學(xué)中，結(jié)合期末考試與平時考核，可得最終的綜合成績?nèi)鐖D5所示。

圖5 16和17級綜合成績情況

由圖5可以看出，采用這一教學(xué)法可較好地將學(xué)生進(jìn)行分類化授課，學(xué)生的最終成績符合正態(tài)分布情況?？傮w來說71.4分(16級)、69.8分(17級)的平均得分較為符合“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”這門課程的難度與目標(biāo)要求。

最后根據(jù)成績得分轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的四類學(xué)生類別如圖6所示。

圖6 學(xué)生類別與人數(shù)占比對應(yīng)情況

通過圖6可以看出，最終得到的學(xué)生類別與人數(shù)占比與表2中預(yù)設(shè)的比例基本一致，說明本文提出的教學(xué)模式能夠較好地將學(xué)生進(jìn)行歸類化區(qū)分，為下一步根據(jù)學(xué)生特點有側(cè)重地開展針對性教學(xué)提供依據(jù)，這一教學(xué)思想可充分挖掘?qū)W生特點，將因材施教做到最大化。

4 結(jié)論

本文以某高校道橋?qū)I(yè)16和17級學(xué)生為對象，依托“結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程進(jìn)行學(xué)生差異化分類培養(yǎng)教學(xué)分析，得到如下結(jié)論：

1)通過對課程的深入剖析，將該課程的知識點按照了解、熟悉、掌握、探索等類別的學(xué)習(xí)程度進(jìn)行差異化整理、歸類與合并，并考慮各知識點之間難易程度的差異，將所有知識點進(jìn)行金字塔式的分層體系劃分。

2)以學(xué)生的先修課程成績基礎(chǔ)、未來就業(yè)或考研意向、學(xué)習(xí)興趣與特點等方面，結(jié)合學(xué)生的側(cè)重點、期望與學(xué)生的選擇意向，將學(xué)生劃分為A(基本學(xué)習(xí)型)、B(就業(yè)實踐型)、C(深造考研型)、D(科研創(chuàng)新型的四種類型，并將學(xué)生類別與培養(yǎng)目標(biāo)的知識點體系一一對應(yīng)。

3)將該方法應(yīng)用于目標(biāo)分析對象，其結(jié)果表明學(xué)生的最終得分情況達(dá)到預(yù)期效果，符合學(xué)生類別、人數(shù)占比等各類指標(biāo)的正態(tài)分布，具有良好效果，可進(jìn)一步探討研究并應(yīng)用推廣。