试论结合创新性实践教学模式的结构设计原理课程教学研究

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论文摘要：结构设计原理是高校土木工程专业一门主要的专业基础课程，包括了理论分析和试验研究。在其课程教学研究中结合了创新性实践教学模式，对教学方法、教学环节和工程设计实践教学内容进行了探索。首先融合发现教学法和问题教学法，提高了学生创新思维；结合“大学生创新性试验项目”的开展，加强了学生动手试验能力；利用工程设计实践，为学生专业素质的形成打下了坚实的基础。

论文关键词：结构设计原理；实践教学；创新性试验；工程设计

在土木与建筑结构发展日新月异的今天，混凝土结构依然是各种工程结构的主体。结构设计原理这门课程主要讨论各种工程结构的基本构件受力性能、计算方法和构造设计原理，是学习、掌握桥梁工程和其他道路人工构造物设计的基础。结构设计原理也是高校土木工程专业一门主要的专业基础课程，包括了理论分析和试验研究，还有各种设计规范和具体工程实践，信息量大、综合性强、教学难度大。经过数年教学实践，笔者在启发学生培养创新思维、具有熟练的结构设计能力方向进行了一些探索，取得了较好的效果。

一、改革教学方法，培养学生的创新思维

随着科学技术的发展，教学方法的改革实验蓬勃兴起，教学方法有了较大的革新与变化，特别是生理学、心理学的新成就以及现代化教学手段的运用，为方法的革新提供了重要条件。国内外一些学者在教学改革的实践中创造了发现教学法、问题教学法、研讨教学法、微型教学法、掌握学习法等多种教学方法。笔者根据结构设计原理教学改革实践的经验和素质教育的要求，将发现教学法和问题教学法相结合，积极培养学生在结构设计原理课程学习中的创新思维。

发现教学法也称探索教学法，是由美国结构主义心理学家和教育家布鲁纳在《教育过程》中提出来的，他主张学生在教师的指导下，像科学家发现真理一样，通过自己的探索发现事物的起因和事物的内在联系，从中找到规律，形成自己的概念。而问题教学法是20世纪60年代末70年代初由前苏联教育家M.A.洛尼洛夫等人研究提出的，即通过教师在课堂上形成一种问题情境，启发学生自己去探索、寻找答案，从而激发学生的学习积极性。这两种方法都重视对学生创新思维的培养，可以有机地结合起来，按照“提出问题→发现、讨论和钻研→新问题”的循环流程进行课程教学。其具体教学步骤为：确立和说明对学生有兴趣的问题（引导部分）；把这些问题分成若干有联系的提问（关键点）；提出可能的答案；搜集和组织有关资料（调研部分）；钻研和讨论这些资料、概况出结论（具体教学内容）；证实结论（归纳总结要点）；提出新问题（下次课的引申）。在上述基础上，教师再把学生引导到需要在下一次课中解决的新问题上。在结构设计原理课程教学中，由于笔者在承担多项国家级和省部级科研课题研究过程中大量收集了国内外土木工程方面的技术资料，探讨了本学科前沿知识，掌握了本专业范围的许多新理论、新成果和设计、施工的新方法、新工艺，因此在课堂教学中可以将新颖的科学研究问题与基本教学内容相联系，作为问题提出，激发同学们的兴趣，引入到课程的教学中，启发学生思考。

发现教学法和问题教学法的结合改变了传统教学中单向传授的局面，把教师的讲授和同学的积极思维活动结合了起来，加强了教学中的启发性、探索性和研究性。

二、设计创新性试验，充实教学环节

结构设计原理课程与学生以前学习的基础课程有所不同。由于混凝土材料本身的不均匀，使得有些计算理论还不够成熟，处于半理论半经验状态，混凝土结构材料性能的离散性使混凝土结构基本理论须由钢筋和混凝土材料性能以及结构构件的受力性能的试验研究来验证。因此它是实践性很强的课程，和试验研究密切相关。在结构设计原理课程教学过程中，实践性试验教学既是课程教学的重要内容，又是确保教学质量的关键环节。为此，在具体教学实践中要及时、准确而又有机地结合实际试验、科研和工程实例，理论紧密联系实际，学以致用。

笔者所在学校每年定期开展了大量“大学生创新性试验项目”研究活动，教师可以结合自己所研究的内容设计申报相关科研项目，组织学生参与。教师参与的有关科研课题中与混凝土结构相关部分的试验也可以让同学们积极参与和观摩，并且在条件允许的情况下，学生还可以进行新建代表性工程上部主体施工过程实例观摩，利用试验课和课余时间到实验室、预制厂和工程现场，让学生动手制作或观摩实习。他们才能更透彻地掌握构件的受力性能以及理解钢筋和混凝土的材料特性。试验研究有利于促进学生对知识的深入理解和掌握。

此外，教师在试验教学手段上可采用CAI课件、仿真计算软件、网络等先进的辅助手段，把试验原理、试验方法和试验过程清晰地展现在学生面前，形象直观，易被学生接受。

三、结合工程设计实践，提高学生应用能力

结构设计原理课程既具有理论性和科学性特点，又具有实践性和工程性特点。工程实践教学可以巩固和深入理解已学的理论知识，并为后续课程的学习积累感性知识。结构设计课程的教学与工程实践教学也是相辅相成的。因此课程教学必须针对实际工程需要，面向工程，重视实践性环节，这样才能有利于培养更多土木工程领域的高素质专业人才。结合工程设计实践包括两个方面：掌握专业规范的应用和熟悉工程设计过程。

在土木工程领域，各种国家标准和行业规范的作用极其重要，它们覆盖了工程领域的方方面面。例如在公路行业，进行实际桥涵设计就必须遵守《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，并且结构设计原理课程也是结合相关规范进行编写的。掌握现行规范应用是学生进入土木行业的敲门砖。教师在课程教学中，可以积极引导学生学习相关规范条款。规范条款系统性强，内容全面，可以丰富学生的知识面。学生在学习的过程中拓宽了自身的视野，同时也为学生专业素质的形成打下坚实的基础。

另一方面，在结构设计原理课程教学过程中，教师可以适当结合实际土木工程项目的设计，让学生初步熟悉实际工程设计过程，增加他们对课程学习的兴趣。课程教学时教师提供给学生实际工程的设计图纸，在正常课堂教学的前提下，结合各章节的主要内容，及时解释实际工程结构的设计施工图，让学生进行初步识读。例如：教师在讲授钢筋混凝土材料物理力学性能指标以及设计强度指标和荷载效应组合时，可以结合实际桥梁施工图设计中设计说明部分，对各项指标应用进行详细讲解。

工程设计实践教学是结构设计原理课程中的重要环节，对课程教学的促进作用非常明显，所以，重视工程设计实践教学的效果对学生理论知识的提高和实践经验的获取是非常重要的。同时，建立灵活的课程教学机制，给学生提供一边学习一边工程设计实践的机会，让学生带着课堂上的问题到工程设计实践中去验证，也可以带着实际工程设计中的问题在课堂上找根据。理论和实际相结合，不仅可以提高学生的学习热情，加深学生对理论知识的理解，同时也增加了学生的工程实践经验。

四、结语

经过数年对结构设计原理课程教学的探索，其教学改革取得了一定的成效，主要体现在以下几方面：

一是学生的创新思维逐渐提高。将发现教学法和问题教学法结合，改变了传统教学中单向传授的局面，加强了结构设计原理课程教学中的启发性、探索性和研究性。

二是学生试验能力得到加强，巩固了理论学习效果。教师结合“大学生创新性试验项目”的开展，组织学生完成了多项混凝土结构方面的科学研究，提高了学生动手试验能力，促进了学生对结构设计原理知识的深入理解和掌握。

三是学生解决实际工程设计问题的能力得到提升。理论和工程设计实践相结合，不仅提高了学生的学习热情，加深了学生对理论知识的理解，同时也增加了学生的工程实践设计经验。学生拓宽了自身的视野，也为其专业素质的形成打下了坚实的基础。