試論結合創新性實踐教學模式的結構設計原理
試論結合創新性實踐教學模式的結構設計原理
試論結合創新性實踐教學模式的結構設計原理課程教學研究
論文摘要：結構設計原理是高校土木工程專業一門主要的專業基礎課程，包括了理論分析和試驗研究。在其課程教學研究中結合了創新性實踐教學模式，對教學方法、教學環節和工程設計實踐教學內容進行了探索。首先融合發現教學法和問題教學法，提高了學生創新思維；結合“大學生創新性試驗項目”的開展，加強了學生動手試驗能力；利用工程設計實踐，為學生專業素質的形成打下了堅實的基礎。
論文關鍵詞：結構設計原理；實踐教學；創新性試驗；工程設計
在土木與建筑結構發展日新月異的今天，混凝土結構依然是各種工程結構的主體。結構設計原理這門課程主要討論各種工程結構的基本構件受力性能、計算方法和構造設計原理，是學習、掌握橋梁工程和其他道路人工構造物設計的基礎。結構設計原理也是高校土木工程專業一門主要的專業基礎課程，包括了理論分析和試驗研究，還有各種設計規范和具體工程實踐，信息量大、綜合性強、教學難度大。經過數年教學實踐，筆者在啟發學生培養創新思維、具有熟練的結構設計能力方向進行了一些探索，取得了較好的效果。
一、改革教學方法，培養學生的創新思維
隨著科學技術的發展，教學方法的改革實驗蓬勃興起，教學方法有了較大的革新與變化，特別是生理學、心理學的新成就以及現代化教學手段的運用，為方法的革新提供了重要條件。國內外一些學者在教學改革的實踐中創造了發現教學法、問題教學法、研討教學法、微型教學法、掌握學習法等多種教學方法。筆者根據結構設計原理教學改革實踐的經驗和素質教育的要求，將發現教學法和問題教學法相結合，積極培養學生在結構設計原理課程學習中的創新思維。
發現教學法也稱探索教學法，是由美國結構主義心理學家和教育家布魯納在《教育過程》中提出來的，他主張學生在教師的指導下，像科學家發現真理一樣，通過自己的探索發現事物的起因和事物的內在聯系，從中找到規律，形成自己的概念。而問題教學法是20世紀60年代末70年代初由前蘇聯教育家M.A.洛尼洛夫等人研究提出的，即通過教師在課堂上形成一種問題情境，啟發學生自己去探索、尋找答案，從而激發學生的學習積極性。這兩種方法都重視對學生創新思維的培養，可以有機地結合起來，按照“提出問題→發現、討論和鉆研→新問題”的循環流程進行課程教學。其具體教學步驟為：確立和說明對學生有興趣的問題（引導部分）；把這些問題分成若干有聯系的提問（關鍵點）；提出可能的答案；搜集和組織有關資料（調研部分）；鉆研和討論這些資料、概況出結論（具體教學內容）；證實結論（歸納總結要點）；提出新問題（下次課的引申）。在上述基礎上，教師再把學生引導到需要在下一次課中解決的新問題上。在結構設計原理課程教學中，由于筆者在承擔多項國家級和省部級科研課題研究過程中大量收集了國內外土木工程方面的技術資料，探討了本學科前沿知識，掌握了本專業范圍的許多新理論、新成果和設計、施工的新方法、新工藝，因此在課堂教學中可以將新穎的科學研究問題與基本教學內容相聯系，作為問題提出，激發同學們的興趣，引入到課程的教學中，啟發學生思考。
發現教學法和問題教學法的結合改變了傳統教學中單向傳授的局面，把教師的講授和同學的積極思維活動結合了起來，加強了教學中的啟發性、探索性和研究性。
二、設計創新性試驗，充實教學環節
結構設計原理課程與學生以前學習的基礎課程有所不同。由于混凝土材料本身的不均勻，使得有些計算理論還不夠成熟，處于半理論半經驗狀態，混凝土結構材料性能的離散性使混凝土結構基本理論須由鋼筋和混凝土材料性能以及結構構件的受力性能的試驗研究來驗證。因此它是實踐性很強的課程，和試驗研究密切相關。在結構設計原理課程教學過程中，實踐性試驗教學既是課程教學的重要內容，又是確保教學質量的關鍵環節。為此，在具體教學實踐中要及時、準確而又有機地結合實際試驗、科研和工程實例，理論緊密聯系實際，學以致用。
筆者所在學校每年定期開展了大量“大學生創新性試驗項目”研究活動，教師可以結合自己所研究的內容設計申報相關科研項目，組織學生參與。教師參與的有關科研課題中與混凝土結構相關部分的試驗也可以讓同學們積極參與和觀摩，并且在條件允許的情況下，學生還可以進行新建代表性工程上部主體施工過程實例觀摩，利用試驗課和課余時間到實驗室、預制廠和工程現場，讓學生動手制作或觀摩實習。他們才能更透徹地掌握構件的受力性能以及理解鋼筋和混凝土的材料特性。試驗研究有利于促進學生對知識的深入理解和掌握。
此外，教師在試驗教學手段上可采用CAI課件、仿真計算軟件、網絡等先進的輔助手段，把試驗原理、試驗方法和試驗過程清晰地展現在學生面前，形象直觀，易被學生接受。
三、結合工程設計實踐，提高學生應用能力
結構設計原理課程既具有理論性和科學性特點，又具有實踐性和工程性特點。工程實踐教學可以鞏固和深入理解已學的理論知識，并為后續課程的學習積累感性知識。結構設計課程的教學與工程實踐教學也是相輔相成的。因此課程教學必須針對實際工程需要，面向工程，重視實踐性環節，這樣才能有利于培養更多土木工程領域的高素質專業人才。結合工程設計實踐包括兩個方面：掌握專業規范的應用和熟悉工程設計過程。
在土木工程領域，各種國家標準和行業規范的作用極其重要，它們覆蓋了工程領域的方方面面。例如在公路行業，進行實際橋涵設計就必須遵守《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》，并且結構設計原理課程也是結合相關規范進行編寫的。掌握現行規范應用是學生進入土木行業的敲門磚。教師在課程教學中，可以積極引導學生學習相關規范條款。規范條款系統性強，內容全面，可以豐富學生的知識面。學生在學習的過程中拓寬了自身的視野，同時也為學生專業素質的形成打下堅實的基礎。
另一方面，在結構設計原理課程教學過程中，教師可以適當結合實際土木工程項目的設計，讓學生初步熟悉實際工程設計過程，增加他們對課程學習的興趣。課程教學時教師提供給學生實際工程的設計圖紙，在正常課堂教學的前提下，結合各章節的主要內容，及時解釋實際工程結構的設計施工圖，讓學生進行初步識讀。例如：教師在講授鋼筋混凝土材料物理力學性能指標以及設計強度指標和荷載效應組合時，可以結合實際橋梁施工圖設計中設計說明部分，對各項指標應用進行詳細講解。
工程設計實踐教學是結構設計原理課程中的重要環節，對課程教學的促進作用非常明顯，所以，重視工程設計實踐教學的效果對學生理論知識的提高和實踐經驗的獲取是非常重要的。同時，建立靈活的課程教學機制，給學生提供一邊學習一邊工程設計實踐的機會，讓學生帶著課堂上的問題到工程設計實踐中去驗證，也可以帶著實際工程設計中的問題在課堂上找根據。理論和實際相結合，不僅可以提高學生的學習熱情，加深學生對理論知識的理解，同時也增加了學生的工程實踐經驗。
四、結語
經過數年對結構設計原理課程教學的探索，其教學改革取得了一定的成效，主要體現在以下幾方面：
一是學生的創新思維逐漸提高。將發現教學法和問題教學法結合，改變了傳統教學中單向傳授的局面，加強了結構設計原理課程教學中的啟發性、探索性和研究性。
二是學生試驗能力得到加強，鞏固了理論學習效果。教師結合“大學生創新性試驗項目”的開展，組織學生完成了多項混凝土結構方面的科學研究，提高了學生動手試驗能力，促進了學生對結構設計原理知識的深入理解和掌握。
三是學生解決實際工程設計問題的能力得到提升。理論和工程設計實踐相結合，不僅提高了學生的學習熱情，加深了學生對理論知識的理解，同時也增加了學生的工程實踐設計經驗。學生拓寬了自身的視野，也為其專業素質的形成打下了堅實的基礎。
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