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課程建設和教材編寫定位應符合學院的培養目標。獨立學院的培養目標是服務地方、服務基層,培養為地方經濟服務的應用型人才。一般而言,課程內容設置和教材內容改革應該針對學院的培養目標,保證夠用、適用、好用。力學課程對于工科學生,特別是土木工程專業的學生,是很重要的專業基礎課程。土木工程專業的學生在大學期間學習的力學課程有理論力學、材料力學、結構力學、流體力學、土力學、彈性力學等。基礎力學課程則包括理論力學和材料力學課程。因此,文章的討論主要針對理論力學和材料力學這兩門基礎力學的課程內容改革和教材編寫定位進行討論。理論力學[2]和材料力學[3]是土木工程專業學生必修的基礎力學課程,通過課程的學習,構筑工程技術力學知識基礎,建立物體運動與受力狀態的關系,掌握質點、質點系和剛體的平衡,機械運動及動力學問題的基本規律及其研究方法,使學生明確桿件強度、剛度和穩定性問題的基本概念,掌握構件的基本變形及其應力應變的求解方法。通過力學課程的學習,使學生掌握相應的理論知識,并具有比較熟練的力學計算能力,培養學生的力學素質和定性、定量分析能力,以及分析解決某些實際工程問題中的力學問題能力。通過力學實驗課程,掌握測定金屬材料性質的基本知識、基本技能和基本方法,了解實驗應力的基本概念并初步掌握驗證材料力學理論公式的方法,培養學生初步的實驗能力,為學生學習相關專業課程及進行結構設計奠定良好基礎。通過力學課程的學習,為一系列后續專業課程,如鋼筋混凝土結構、鋼結構、建筑施工等課程打下必要的基礎,也可為學生在今后工作中解決所碰到的力學問題提供理論依據。因此,獨立學院的學生,必須掌握基礎力學的基本知識和基本概念。2010年,土木工程專業指導委員會就土木工程專業中各知識點的需求和各個知識點的學時建議,頒布了《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[4],對力學系列課程知識點的需求提出了指導性的意見。但是,該規范所給出的只是對本科院校土木工程專業所需知識點的最低需求,并沒有明確各類高校的最低知識點的理論深度及其應用要求。遵照規范建議,結合獨立學院的教學實際,基礎力學課程建設和教材建設的定位應為“緊扣最新規范,體現區域特色,強調工程實踐,服務人才培養”。在課程建設和教材建設中,教學內容的設置和教材內容的改革都應該符合規范中對各門課程的基本要求,緊密結合獨立學院應用型人才培養目標,理論上高于高職學院,實踐上強于重點本科母體學校。力學課程教學內容和教材內容應在保證理論知識體系的基礎上,加入力學知識在實際中應用的工程實例,以便學生在掌握力學理論課程的同時,了解力學在工程中的實際應用,同時培養學生應用力學知識和原理解決工程實際中的力學問題的能力,以使學生在今后專業課程學習和工作中,力學知識夠用,并且會用。在教學內容設置和教材內容的改革中,還應該加入最新科技發展的新知識,以培養學生的創新能力。
二、基礎力學課程內容和教材編寫內容選取
中圖分類號:TU-4 文獻標志碼:A 文章編號:1005-2909(2016)01-0085-03
地震是一種突發的自然災害,是地球內部構造運動的結果。地球上每年發生的地震約500萬次,其中有感地震約15萬次,造成嚴重破壞的地震約20次。中國是一個多地震國家,地震發生的區域范圍廣、強度大。20世紀全世界發生過20多次7級以上的大地震,死亡100多萬人。1920年中國海原8.5級地震死亡20萬人;1976年中國唐山7.6級地震死亡24萬人,16萬人傷殘,財產損失30億元以上,名列20世紀世界地震史死亡人數之首;2008年中國汶川8.0級地震造成約7萬人死亡,約37萬人受傷,約1.8萬人失蹤,直接經濟損失8452億元,是以來破壞力最大的地震,也是繼唐山大地震后傷亡最慘重的一次。為了減輕建筑的地震破壞,減輕人員傷亡,減少經濟損失,將損失降低到最小程度,土木工程專業技術人員需要掌握有關抗震的知識,對結構進行抗震設計。
一、土木工程抗震課程教學中存在的問題
土木工程抗震是土木工程專業的一門重要專業課,土木工程專業學生學好這門課將會受益匪淺,但是現狀卻不令人滿意。目前在本科教學中,該課程課時一般在40學時左右,課時相對較少,但該課程涉及到的內容又較多,主要涉及到結構動力學、混凝土結構抗震設計、砌體結構抗震設計、鋼結構抗震設計、工業廠房抗震設計、橋梁工程抗震設計等。該課程一般安排在第六學期或第七學期,這一時期是學生忙于研究生考試復習和找工作階段,一部分學生身在課堂但心在別處,往往心不在焉,學生學習該課程積極性不高。如何在有限的教學課時內完成教學任務,提高課堂教學效果,對教師來說是一大挑戰。土木工程抗震課程教學改革的目的是在有限的課時內提高該課程的教學質量,增強學生對土木工程專業課程的興趣,以培養既掌握專業所要求的知識和技能,又熟悉相關專業知識的較全面型人才[1]。
二、土木工程抗震課程教學改革采取的措施與實踐
近年來,作者結合自身的教學實踐,積極進行土木工程抗震課程教學改革,在教學手段、教學內容、教學方式等方面進行了一些有益的改革與實踐,取得了良好的教學效果。
(一)上好緒論課,激發學生學習土木工程抗震的興趣
緒論課是土木工程抗震的開篇,作為教師來說應高度重視緒論課的教學。因為緒論課是學生了解土木工程抗震這門課的窗口。緒論課上得好不好對整個課程的教學成功與否至關重要。通過緒論課的學習,要讓學生對土木工程抗震這門課有一個大致的了解,深刻理解學習這門課的目的是什么,為什么要學習這門課,這門課對土木工程專業學生來講起多大的作用,使學生深切地感受到土木工程抗震這門課的重要性,使學生深刻認識到現在不學好土木工程抗震方面的知識,將來在實際工作中萬一出現失誤,有可能造成重大人員傷亡和財產損失,提高學生學習這門課程的自覺性、主動性和積極性。怎樣才能上好緒論課呢?作者認為不妨采用多媒體條件下的案例教學法[2]。多媒體案例教學通過采用大量真實、典型的案例和大量的圖片資料,使教學更加直觀、形象。例如將汶川地震的相關資料引入課堂,“2008年5月12日14時28分04秒,在四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣發生里氏8.0級地震,震源深度14公里,震中烈度11度,地震持續時間約為2分鐘,地震造成69227人遇難,374643人受傷,17923人失蹤,直接經濟損失8452億元。”通過上述資料,可以啟發學生認真思考以下問題:(1)為什么這次地震稱為汶川地震,引出“震中”這個概念;(2)里氏8.0級地震是怎么測定的,引出“里氏震級”概念和震級的測定方法;(3)從“震源深度14公里”可以引出“震源深度”這個概念,根據震源深度地震可以劃分為哪些類型,汶川地震屬于哪一個類型。在緒論中給學生講述地震災害時,可以通過多媒體將汶川地震造成的震害分類給學生顯示出來。在給學生演示汶川地震所造成的災害時,啟發學生思考為什么會造成這樣的破壞,通過這些破壞現象,我們能否從中發現一些地震破壞規律,在今后的設計中我們可以采取什么樣的措施來減輕這些震害。
(二)多媒體與板書相結合,提高課堂教學效果
在進行土木工程抗震課程教學中,盡可能采用多媒體與板書相結合的方式提高課堂教學效果。一方面采用多媒體教學具有形象、生動、直觀、易于理解優點。土木工程抗震課中,一些內容適合采用多媒體教學,例如地震災害(主要包括地表破壞、工程結構破壞、次生災害、人員傷亡等),采用多媒體教學可以直觀地把災害顯示給學生,學生從地震災害圖片中也更容易理解和掌握有關地震造成的破壞。當然,并不是任何問題都適合采用多媒體教學。土木工程抗震課中有些內容適合采用板書教學,比如給學生講解振型分解反應譜法和底部剪力法算例時,采用板書教學更合適些。這樣的算例采用板書教學可以給學生留有足夠的時間思考、琢磨和消化,讓學生更容易掌握振型分解反應譜法和底部剪力法的計算步驟,知道采用上述方法計算地震作用時需要哪些步驟。因此,對于該課程來說,最好的教學手段是多媒體與板書相結合,優勢互補,提高課堂教學效果。此外,在土木工程抗震的課堂教學中,作者嘗試采用雙語教學[3]。將課堂上易于用英語表達清楚的內容做成英語課件,一些專業詞匯用英語來表達。在近幾年的雙語教學實踐活動中,作者發現采用雙語授課在一定程度上能夠幫助學生理解專業知識。但是采用雙語教學也存在較大的難度,最大的難度在于沒有合適的符合《建筑抗震設計規范》(GB50010-2010)的英語教材。
(三)調整教學內容,適應新的教學要求
土木工程抗震教學內容可以分為“基礎篇”和“應用篇”兩部分[1]。基礎篇是土木工程抗震基礎知識,主要包括地震基礎知識,土木工程抗震概念設計,場地、地基和基礎,地震作用與結構抗震驗算,結構隔震與消能減震等內容。在進行基礎篇講解時,應重點講授基本概念和原理,注重基本概念和基本原理的講解。土木工程抗震概念設計是根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。抗震概念設計在整個土木工程抗震設計中占有重要位置,它貫穿于整個工程設計過程中,從一定意義上說,它比抗震計算更為重要,原因在于地震具有很強的不確定性、隨機性等,想要精確進行抗震計算比較困難。要想使結構具有良好的抗震性能,很大程度上取決于良好的概念設計,有必要加強學生抗震概念設計的能力。應用篇是抗震設計原理在不同結構形式中的具體應用,主要包括混凝土結構房屋抗震設計、砌體結構房屋抗震設計、鋼結構房屋抗震設計、單層工業廠房抗震設計、橋梁工程抗震設計等。該部分內容應根據不同的專業方向有重點地講解其中的內容,做到因專業方向而異,根據不同的結構形式特點重點從抗震概念設計、抗震計算和抗震構造措施等方面進行講解,拓寬學生的專業知識,使其學會靈活運用工程專業知識解決工程實際問題的能力。
(四)將最新科研成果融入課堂教學中
在講授土木工程抗震課程時,作者結合自身的科研工作專門抽出時間,給學生進行有關抗震的專題講座,例如進行基于性能的抗震設計專題講座、基礎隔震設計專題講座、振動控制專題講座等,將最新的科研成果融入課堂教學中。進一步加強科研與教學的結合,及時將最新科研成果引入到課堂教學中,盡可能發揮科研對教學的支撐和反哺作用。
三、結語
土木工程抗震課程課時少,內容多,具有較強的綜合性。作者通過對該課程在教學手段、教學內容、教學方式等方面的教學改革與實踐,在一定程度上提高了課堂教學效果,在激發學生使命感的同時,增強了其主人翁意識。當然,課程教學改革永無止境,還有許多地方需要進一步完善,達到進一步提高課堂教學效果的目的。
參考文獻:
[1]尚守平,封周權,李崢.“工程結構抗震”課程教學改革研究[J].建筑教育改革理論與實踐,2006(8):221-224
1、強調對工程地質基本概念的學習。在課堂學習過程中,主要課時都集中于學習在工程實踐中經常用到的專業術語,強調概念的厘清。課堂學習的主要內容主要包括以下幾個方面:(a)地質作用與地質構造的基本知識,包括地質年代的識別、地質圖的識圖、常見地質結構的概念(褶皺、節理、斷層等);(b)三大巖石(巖漿巖、沉積巖、變質巖)的成因、歸類和鑒別;(c)第四紀地質的基本知識,包括殘積土、沉積土、沖積土、坡積土等概念、成因及對工程的影響;(d)地下水的基本知識,包括地下水的分類、運動基本規律、補給與排泄方式、對工程的影響等;(e)工程地質勘察與分析在具體工程的應用,包括在隧道工程、邊坡工程等方面的應用。
2、強調室內實驗是課堂書本學習的延伸。室內實驗主要目的是為野外地質實習做準備,學習地質羅盤等地質考察工具的使用,同時亦學習通過巖石標本來鑒別各類巖石,還要學習地質圖的填圖和閱讀等。
3、強調課堂學習與室外地質調查相結合的學習方式。從書本上學習到的知識僅僅停留在理論階段,書本上對地質相關概念的描述仍比較抽象,因此,各所高校皆強調野外地質實習對學習該門課程的重要性,把課堂上學習到的基本概念與現實工程中的真實地質條件一一對應起來,加深對基本知識的理解和掌握。一般而言,野外地質實習內容常包括野外巖石的識別、地質構造和地質年代的識別、巖層、節理等產狀的測定和描述等。各所大學對以上工程地質基本知識的學同小異,其目的是對工程地質這門課程有一個基礎的認識和感知,但是,同時,各所高校之間在這門課程內容設置方面有各有所側重。清華大學、同濟大學增加了現代先進的地質勘查技術的學習內容,介紹了地質超前預報的相關方法、原理及應用,比如介紹了地質雷達、紅外線探水、TSP等先進手段在隧道工程建設的應用。中南大學、湖南大學對野外地質實習極為注重,實習內容包括地質認識實習和工程實踐實習兩個階段,實習實踐時間長達20~30天,考察湖南西部地區在建或已建項目所處較為復雜的地質條件,以一個工程建設者的角度參與到實際項目的建設中去認識地質現象。石家莊鐵道大學地質教研室現有8名教師,教授2名,副教授3名,講師3名,其中具有博士學位的4人,碩士學位的4名。獲得的獎項包括校級講課比賽特等獎1名,二等獎1名,校級優秀教師1人,今年主持或參研的省部級及以上科研項目10余項,并承擔省級精品課程1項。雖然教研室在老師們的努力下取得了不錯的教學和研究成果,但是,和兄弟院校的工程地質教研相比,我們仍然存在諸多不足之處。首先就是教師隊伍建設的不足,工程地質是一門經驗型極強的專業,需要足夠豐富的現場工程經驗,因此需要老中青傳幫帶,讓青年老師盡快熟悉和掌握工程地質教學的技巧和方法。其次,對工程地質教學的重視程度不夠,課時設置偏少。最后,教學內容更新不夠及時,工程地質中先進的技術方法在教學中介紹的內容不夠多。因此,為了跟上國內兄弟院校土木工程地質教學的步伐,教學改革刻不容緩。
二、當前土木工程地質教學存在的問題
通過以上詳細的調查和對比分析,目前土木工程地質教學仍存在以下問題:
1、土木工程地質教材的使用各自為政。目前各個高校使用的教材基本上是各自高校的老師根據自己的講義編排而成,缺乏一個統一的標準,因而導致經典精品教材較少。單從教材的題目上足可看出目前教材缺乏統一性和協調性。例如中南大學所用的教材為《土木工程地質概論》,浙江大學的教材題名為《土力學與工程地質》,石家莊鐵道大學所用教材題名為《工程地質學基礎》等。
2、在教學內容上與其它課程交叉重復,無法突出本門課程的特色。工程地質是一門基礎課程,是巖土工程、隧道工程等課程學習的基礎,因此,由于與其它學科老師交流不夠充分,往往存在重復講授的情況。比如,以有效應力這個概念為例,在工程地質、土力學、基礎工程等課程都涉及到,由于這個概念的重要性,各科老師為了追求各門學科的系統性和完整性,都會著重講解這個概念,雖然在一定程度可以加深學生對這個知識點的理解,但是從側面也可說明知識的重復交叉導致學業內容的累贅。
3、課時安排過少。目前各所高校對土木工程地質這門課的重視程度,課堂課設課時大多是32~48個學時,因此,老師在安排教學進度時顯得極為緊張而緊湊。從實際教學安排來看,基本上講解完三大巖石、地下水、地質構造基本概念后,沒有足夠的時間深入來探討地質條件對工程的影響,往往后面工程應用的章節皆為學生自學。
4、知識學習與工程案例結合程度不夠。由于部分老師本身參與的工程項目不多,同時又由于課時的不夠,這兩部分原因導致學習的主要內容集中在枯燥的理論知識部分,學生容易產生枯燥情緒。
三、土木工程地質教學改革措施
為了很好地解決當前土木工程地質教學中存在的問題,讓學生從這門課程中更多地學習到有助于工程實踐的知識,必須有針對性對當前教學實踐中存在的問題進行改革,具體改革措施如下所述:
1、建立和完善土木工地質程精品課程精品課程建設既是壓力,又是動力。通過精品課程建設,可以找出當前教學中存在的薄弱環節,精簡重復的教學內容,突出本門課程的特色,使土木工程地質這門課的教學目標和任務更加明確。精品課程建設首先就是教材建設,因此,有必要根據新時期土木工程培養目標,并結合當前土木工程建設中出現的新問題、新方法、新技術,編寫一本深入淺出的教材,教材中不僅包含傳統的知識要點和概念,還應包含當前新的地質知識觀點、新的地質勘查手段等,同時還應包含工程實例,讓學生盡可能地更深入地建立起工程地質與工程項目的聯系。精品課程建設中重要的一條就是教師隊伍的建設,因此,有必要加大對教師隊伍的培養力度,引進和培養一批有新視野、新知識的老師,以此給課堂注入新的氣象。
2、注重教學手段和教學方法的革新注意授課的科學性與藝術性,在教學過程中,善于發揮學生的主導地位,采用“討論試”、“啟發式”教學模式。同時,要注重課前的準備,精心備好每一節課,善于總結歸納每節課的重點,以“主線法”講授課程知識。
3、增強對工程地質教學的重視對工程地質教學的重視首先就體現在教學和學習的時間上。盡量安排更多的課時,讓老師有足夠充分的時間去講解基礎概念和工程實例。同時,老師也可以通過其它方式來增加學生們的學習時間,比如規定某個主題,要求學生自主獨立進行文獻調研,完成該主題相關文獻的歸納總結,并加大平時學習報告在總成績中的比例。另外,強化考試試題庫建設,完善考試規范和制度,強化對學生進行專業知識訓練。最后,要重視工程地質實習在教學中的作用,因為該門課程的實踐性很強,需要從大自然中去認識和掌握工程地質現象,使學生鞏固在書本上學到的知識,有感性認識上升到理性認識,同時在野外地質實習過程中,亦可鍛煉學生們的體魄和吃苦耐勞的能力。
土木工程是指基礎設施的設計、建造和維護,是一門專業性和實踐性都很強的工程學科,中國開展土木工程學科高等教育已有將近一個世紀的時間。混凝土結構基本原理是土木工程專業的核心必修課程,主要內容包括混凝土結構的發展與設計方法、混凝土結構材料的力學性能、混凝土構件的承載力設計、混凝土結構的變形和耐久性設計、預應力混凝土構件的設計[1]。目前,世界上大部分工程結構均為混凝土結構,因此,該課程與實際工程聯系緊密,主要培養土木工程專業學生對混凝土結構基本構件的設計能力,對混凝土結構基本工程問題的分析和解決能力,為后續專業課程,如混凝土與砌體結構設計、高層建筑結構設計、建筑抗震等的學習奠定堅實的理論基礎。隨著全球化進程的加快,用人單位對具有國際競爭力的工程人才需求日益增加,越來越重視對國際化人才的培養。教育部2001年印發的《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》指出:要在高校公共課程和專業課程中積極推動使用英語等外語進行教學[2]。在該意見提出的十幾年來,全國各大高校在雙語教學實踐中進行了探索,并取得了一定的成績。土木工程是一門全球性學科,混凝土結構基本原理是土木工程專業最重要的專業課程之一,但各國制定的規范在混凝土結構的設計方法和思路上存在一定差別,因此,為培養學生的國際視野,開闊學生眼界,提高土木工程專業學生的國際競爭力,在土木工程學科中的重點課程開展雙語教學是非常必要的[3-5]。混凝土結構基本原理的教學工作主要分為3個部分,即理論教學、實驗教學和課程設計。如何激發學生的學習興趣,提高學生對專業知識與設計方法的理解和掌握程度,確定英語與母語的使用比例,并將原本“枯燥乏味”的規范條文講得生動有趣,是主講教師需要認真思考的問題。如何讓學生在教學過程中深刻理解基本的理論知識,掌握基本構件的設計方法,并能熟練解決工程實際問題,是主講教師在設計教學方法時的基本出發點。學生對教學內容是否感興趣,以及對相關知識的理解和掌握程度是衡量教學效果的主要標準。
一、教學過程中出現的問題
目前,中國幾百所高等院校平均每年向國家輸送幾萬名土木工程專業的畢業生,但據工程建設單位反映,土木工程專業的畢業生力學概念和常識較差,只知道照搬公式、照抄規范,缺乏獨立思考能力[6]。因此,專業課程的主講教師在教學過程中不能照本宣科,一味讓學生背公式、記規范,否則,“人才”將培養成只會運用工具的“工匠”。混凝土結構基本原理教學內容多,涉及的知識面廣,既有理論推導和實驗研究,又需要實際工程經驗,是一門教學難度較大的專業課程。而該課程的教學學時極為有限,住房和城鄉建設部2011年頒布的《高等學校土木工程本科指導性專業規范》[7]僅建議60個學時,部分高校安排的教學學時更是低于該標準,因此,在教學過程中有很多課程內容無法詳細展開,學生難以充分理解課堂上講授的理論知識,只能依靠死記硬背,從而逐漸失去對這門課程的學習興趣。對哈爾濱工業大學(深圳)土木工程專業碩士研究生新生專業英語詞匯掌握程度的調查發現,大多數學生專業英語詞匯掌握程度較低,有的學生甚至連一些基本的專業英語詞匯都沒有掌握。出現這種情況的原因可能是:在僅有的教學學時內,連教材內容都很難全面講解,更不用說進行雙語教學;學生對新知識的吸收能力有限,很難在短時間內掌握外語表述的概念;重視程度不夠,專業英語掌握能力未列入考核內容。鑒于此,為激發學生對混凝土結構基本原理的學習興趣,提高課程的學習效率和對專業英語的掌握程度,培養學生獨立思考的能力,結合多年的教學實踐經驗,提出一系列創新的教學方法與實施建議,供廣大土木工程專業課程主講教師參考借鑒。
二、教學方法的創新與實踐
(一)注重培養學生的學習興趣混凝土結構基本原理是土木工程專業學生較早接觸的與實際工程緊密聯系的專業課程之一,學生在剛開始接觸這門課程時,往往抱有新鮮感和好奇感,如果能適時激發學生的學習興趣和熱情,培養學生良好的學習習慣,必將極大提高學生的學習效率,事半功倍,從而進一步增強學生學習該門課程的興趣,形成良性循環。結合多年的教學實踐經驗,總結了以下幾點方法:(1)善用多媒體技術。由于該課程包含較多的基本概念、圖和表格,采用傳統的板書形式,學生很難做到全過程集中注意力記板書、聽講解,教學效率低[8]。因此,在教學過程中需要善用多媒體技術,在每一個基本概念講解后配上相應的圖片,在教學課件中引入經典工程的施工圖片和現場視頻、經典實驗的圖片和視頻,不僅縮短了板書和講解時間,而且有利于激發學生的學習興趣和科研熱情,使學生在集中注意力聽完概念或理論的講解后,通過視頻和圖片緩解學習疲勞、增長見識、加強記憶。同時,通過介紹經典工程中的施工方法、施工技術、新材料、新工藝,以及經典實驗中采用的實驗方法、實驗技術和注意事項等,豐富教學內容,讓學生對土木工程專業未來的發展有一定程度的了解。值得注意的是,多媒體技術雖然節約時間,但對于公式推導,運用多媒體技術易造成教學進度過快,學生跟不上教學節奏的問題,此時應將傳統的教學方法與多媒體技術結合,如,在講解混凝土構件的破壞現象時,可以運用多媒體技術播放相應的實驗動畫或視頻,讓學生對不同的破壞模式有一個感性的認識,在應力分布和公式推導部分,宜采用板書形式,一步步推導和講解,加深學生對公式演變的理解。(2)巧用數值的表達方法。在教學過程中,學生對平淡的講述方式往往會感到厭煩,從而對一些基本概念沒有較為明確的認識。“混凝土的抗拉強度遠小于抗壓強度”這一基本概念,如果表述為“混凝土的抗拉強度約為抗壓強度的1/16~1/10”,則能在學生的腦海中形成清晰的印象,加強學生對混凝土抗拉強度低的認識,自然在后續的受彎構件設計中不會考慮受拉區混凝土的貢獻。(3)勤用工程實例。在講解混凝土構件的構造措施時,列舉與基本概念相對應的工程實例,有利于加深學生對這些構造措施的理解。例如,“鋼筋加密區與非加密區”“鋼筋的連接與錨固”“架立筋、腰筋、鴨筋和浮筋”等,如果只簡單介紹基本概念,學生由于沒有實際工程經驗,很難知道這些構造措施究竟是什么,起什么作用,就算在課堂上記住了這些基本概念,在實際工程中也很難分辨。
(二)緊抓教學內容中出現的共性問題在教學過程中,應注重每個章節的共性問題。抓住共性的問題展開深入講解,學生會更容易理解,也有助于提高學習效率。針對較難理解的設計公式,要以學生能接受的方式逐步推導,并引導學生理解公式推導思路,而不是單純讓學生記憶公式。如,混凝土受彎構件和偏心受壓構件的設計公式都是基于平截面假定、力和力矩平衡條件推導出來的,且計算簡圖類似,只需要理解和掌握其中一種構件的計算簡圖和設計公式,其他相似受力構件的設計和計算自然迎刃而解。對于混凝土受彎構件承載力計算公式的推導,首先可解釋公式中各部分表示的含義,公式中的各項材料性能參數可根據《混凝土結構設計規范》[9]查表求得,然后講解各種類型題目的解題思路,求解受壓區和受拉區鋼筋的截面面積,并對截面配筋和混凝土受壓區高度進行驗算,分別判斷是否滿足承載力和適筋梁的要求。對于其他類型構件的公式推導和計算,解題思路是一致的,均按照畫出計算簡圖給出力的平衡方程和力矩的平衡方程求配筋或驗算截面的流程進行計算。引導學生理解公式推導的思路,不僅能幫助學生記憶公式,更有利于激發學生的學習興趣,達到事半功倍的學習效果。
(三)注重理論與實際相結合的實驗教學模式實踐是檢驗真理的唯一標準。在教學過程中,不能只重視理論教學,而忽視實驗教學和課程設計。學生在實驗教學和課程設計中可以學到平時在理論教學中沒有注意到的知識點,進一步加深對書本上重要知識點的理解和掌握。學校十分重視本科生的實驗教學,每年投入大量經費用于實驗設備的采購和更新,以及實驗試件的設計和加工,為實驗教學的順利開展投入了大量的人力和物力。如,混凝土適筋梁、超筋梁和少筋梁的實驗教學,學生自主設計實驗方案和實驗試件,由主講教師審核確認,再聯系相關加工廠家制作試件,預約實驗場地。實驗過程中安排實驗員與課程助教共同指導學生安裝實驗設備,布置測量儀器,開展實驗并記錄實驗現象和實驗數據。實驗教學不僅加深了學生對不同配筋率的混凝土梁破壞模式的理解,認識了理論推導公式與實驗結果的差別,而且使學生有機會提前接觸科學實驗,提高學生的動手能力,培養學生的學習興趣和科研熱情。在課程設計的教學中,主講教師會預約專門的設計教室供學生進行課程設計,并通過布置設計任務,引導學生自行查找相關規范和參考書籍,獨立完成設計任務。在課程設計的整個過程中,主講教師和課程助教輪流在設計教室為學生答疑,確保學生在課程設計過程中遇到問題能及時解決,提高學生課程設計的質量,增強學生對結構設計的興趣。
(四)注重課后指導學生在課堂教學中所學的知識,很難在短時間內消化、吸收,而且在此過程中,又會發現新的問題,如果不及時解決這些問題,累積的問題會越來越多,不僅影響學生對所學知識的消化和吸收,而且有可能打擊學習的積極性。此外,對于一些較難理解的內容,一個知識點沒能及時理解可能導致學生整節課都沒聽懂,而由于教學學時有限,主講教師不可能重復講解課程內容,因此,為不影響學生的學習進度,課后指導尤為重要。學校非常重視本科課程的理論教學,建立了課程助教制度,選拔優秀的研究生擔任課程助教,幫助本科生及時解決課程學習中遇到的難題,如果課程助教發現大多數學生都存在的共性問題,或對某一章節的知識點掌握程度較低,則會及時將問題反饋給主講教師,主講教師在課堂上有針對性地展開講解。此外,課程助教還利用課余時間對課后習題逐一詳細講解,幫助學生查找自身知識的缺漏和不足并及時更正。由此可見,課后指導是非常重要的教學環節,可以及時解決學生在課程學習中遇到的問題,幫助學生消化、吸收課堂教學中所學的知識,并讓主講教師及時了解學生對不同知識點的掌握程度,進而有針對性地調整教學內容,提高教學效率。
(五)注重雙語教學在課堂上適當引進原版英文教材,采用英語教學有利于拓寬學生知識面,并為學生日后的科研、學習、工作和交流奠定語言基礎。但是,混凝土結構基本原理這門課程內容多,公式復雜,概念較難掌握,即便采用中文進行授課,也是難度較大的一門專業課。因此,需要制定一套比較合理的雙語教學方案,使學生能在學習的過程中掌握相關專業英語詞匯。哈爾濱工業大學(深圳)所使用的教材是“十二五”國家級規劃中文教材[1],因為學生英語水平參差不齊,盲目選用英文教材對英語水平不夠扎實的學生會造成很大的學習負擔,導致“上課講不深,學生學不進”的現象。在教學方法上,考慮到班內的學生英語水平不一致的情況,采用國內大學較為通用的嵌入式教學模式[10],根據學科特點,確定在課堂上第二語言與母語所占的比重。在教學過程中,確定英語和母語在每章節所占的比重尤為重要,倘若英語教學占用比重較大,得到的效果往往適得其反。在《混凝土結構設計原理》[1]中,前兩章的內容主要為基本概念,介紹混凝土結構的發展歷史與設計方法的演化、混凝土結構材料的力學性能和結構設計方法等,與前期學習的專業基礎課教學內容,如建筑材料、建筑結構荷載等有較多重疊,且內容相對于后續的理論推導課程較為簡單,因此,在這兩章中可側重于英語教學,通過逐步滲透的方式讓學生慢慢掌握相關概念。首先,引出每節課需要掌握的重點詞匯。課前,提出這節課所需要掌握的重點詞匯,并在講述到相應內容時,對重點詞匯進行講解,加強學生記憶。例如:鋼筋混凝土的英文為“reinforcedconcrete”,因為以前的混凝土構件是沒有鋼筋的,容易開裂,承載力低,延性也很差,研究發現,在混凝土受拉區預埋鋼筋可顯著提高混凝土構件的承載力和延性,將這種鋼筋混凝土稱為增強的混凝土,因此,鋼筋混凝土的英文為“reinforcedconcrete”,“reinforcement”也衍生出鋼筋的意思。此外,混凝土徐變的英文為“creep”,混凝土的徐變是一個長期而又緩慢的形變過程,而“creep”有緩慢移動的意思,因此,將徐變這一現象用“creep”表述。在課程開始前就給出這些重點詞匯的英文單詞,讓學生思考為什么要這么表述,在講到相關內容時再詳細解釋,加深學生對專業英語詞匯的掌握程度和對相關概念的理解程度。然后,反復強調。課后,帶領學生重復練習這節課所學的專業英文單詞,加強記憶。在后續的學習過程中,如果碰到所學詞匯,也應注意中英文的相互轉換。由于概念性的詞匯在混凝土結構基本原理課程中重復的概率大,學生在學習的過程中,不知不覺積累起專業英語詞匯量。最后,不定期考核。利用5~10min的課堂時間,對學生專業英語詞匯的掌握程度進行抽查,可采用課堂小測的形式,測試完畢后由助教進行批改,小測的完成情況將作為平時成績的一部分記錄在案。這種做法有利于督促學生利用課余時間復習鞏固所學的專業英語詞匯。在后續理論推導的章節,由于推導過程復雜繁瑣,經驗公式偏多,為讓學生明白公式推導的全過程,課程講解應以中文講授為主,英文講解的重心放在解題的步驟和表述方式上。由于學生將來可能進入外企工作或出國深造,了解英文的解題步驟和表述方式將為他們未來的發展奠定基礎。
一、引言
近年來,隨著“大土木”概念的提出,在土木工程專業設置過程中,土木工程材料這門課程的重要性再一次被突出。土木工程材料作為一門專業性和實踐性很強的課程,在教學過程中所采用的方法和出現的問題一直被關注。本文結合土木工程材料在教學過程中遇到的問題,從教師授課和學生聽課兩個方面出發,分析討論了多媒體教材在土木工程材料教學過程中的應用效果。
二、多媒體教學特色
多媒體教學通常是指采用計算機和視屏技術相結合的一種教學方式,與傳統的教學方式不同,它有其自身鮮明的特色:
1.信息量輸入緊湊、量多、質高
多媒體的運用免去了板書過程中所消耗的時間,加快了教學進程,提高了單位時間和面積內的信息量,加大了教學容量,提高了教學效率,保證了課堂質量。
2.文字圖像清晰直觀,風格多樣,內容豐富
多媒體教學將傳統黑板或白板上的文字變成清晰的大字、色彩鮮艷的圖案或是動聽的音樂,大大激發了學生的學習興趣和學習積極性。
3.活躍了課堂氣氛,增進了教學過程中的互動
由于多媒體教學在講述理論知識點同時穿插了大量的工程圖片和實驗錄像,充分調動了課堂氣氛。學生在聽課的同時也能積極從中思考相應問題,從而大大提高了教學過程中的互動作用。
三、土木工程材料在教學中遇到的問題
1.土木工程材料自身教學特點
土木工程材料作為一門專業基礎課程,其主要內容包括土木工程材料的基本物理性質、幾大類典型的工程建筑材料(如水泥、混凝土、鋼筋、瀝青等)。課程涵蓋的內容廣、所跨的知識面多,如基本的物理概念、有機化學、無機化學、數學分析、材料科學基礎等多種學科。同時,土木工程材料又是理論與實踐教學相結合的一門課程。實驗目的在于加深學生對相關理論知識點的認識,同時讓學生初步掌握土木工程材料的基本實驗方法。正因為土木工程材料這一自身的教學特點,使得教師和學生在授課和聽課環節中均遇到一些問題。
2.教師在授課中遇到的問題
(1)內容多、知識面廣,傳統教學方式很難在短時間內將概念和知識點講透
由于土木工程材料課程自身的特點,在授課過程中很難在短時間內將相關概念和知識點敘述清楚。這使得學生在聽課時即不能很好理解需掌握的知識點,而且對相關的基本概念也是出于模糊不解的狀態,大大降低了授課效果。
(2)土木工程材料有大量工程實踐圖片無法對學生進行展示
土木工程材料是一門實踐性很強的課程,在授課過程中經常會涉及大量工程案例。傳統的教學方式只能跟學生描述一個大概,無法提供直觀有效的圖片和畫面。
(3)大量的實驗方法和儀器操作無法在課堂進行演示
為了更好地讓學生熟悉和掌握土木工程材料的相關性能,課程安排學生有一周時間的實驗課時。以往,學生對實驗方法和儀器操作的認識基本是在進入實驗室后才能慢慢熟悉和了解。而傳統的課堂板書則無法清晰明了地將實驗方法和儀器展示給學生。
3.學生在聽課過程中遇到的問題
(1)學科跨度大、要求掌握的基本知識點多,短時間內難以回憶起相關知識要點
土木工程專業的學生在大一、大二時學習的基礎課程主要偏向土木工程方向,而土木工程材料則要求學生需具備基本的物理、化學等專業知識點。因此,學生在學習土木工程材料課程時,對該課程所涉及的相關知識點相對模糊,影響了教學效果。
(2) 聽課環節中涉及到許多工程實例因未見過而缺乏深刻的印象
土木工程材料在教學過程中往往會引入一些工程實例來說明某種材料的性能特點。例如,水泥混凝土道面的開裂方式、瀝青混凝土道面的車轍破壞等道面工程中常見的幾種破損現象。由于大多數學生尚未接觸實際工程,因此在講解工程案例時學生難免會有許多疑點存在。這使得本來不熟悉材料性能的學生產生了不必要的乏味感,在一定程度也會減少學生的學習興趣和熱情。
(3)許多實驗方法和設備操作很難在傳統的教學模式中得以掌握
土木工程材料在教學環節中安排實驗的目的,一是加深學生對相關材料性能的認識和理解;再者也讓學生在試驗環節中掌握相關實驗原理,通過親自實驗培養其動手能力和分析問題的能力。然而,有同學反映理論課上的教學和實驗課上的相關知識點未能很好的銜接,導致學生在理論聯系實踐的環節中出現了疑問。
4.多媒體教學在土木工程材料教學中的實踐
通過多媒體教學在土木工程材料教學過程中的應用,學生和老師均取得了良好的效果,筆者經過總結自身的教學經驗,得出以下幾點:
(1)一定程度上拓寬了上課的內容范圍,使課程內容更豐富、飽滿
土木工程材料以第二章材料的基本性能為列,在講解材料的物理性質和力學性質時,必須讓學生了解相應的物理和力學方面的基礎知識點。特別是講解材料組成、結構和性能間的知識點時,必須涉及如化學、巖相學及材料學等相關的基本知識點。通過多媒體教學,可以在短時間內給學生提供大量的信息,如公式、圖片、動畫等,提高了學生的信息接收量,提升了課堂的教學效果。
(2)充實的工程實踐圖片信息,提高了學生的興趣,加深了對相關知識點的印象
土木工程材料在工程中應用廣泛,同時也遇到了許多工程問題。如水泥混凝土在工程實踐中遇到的耐久性問題,主要包括鋼筋銹蝕、硫酸鹽侵蝕、堿集料反應及凍融破壞等。傳統教學在講解到這部分內容時,通常很難描述清楚這些問題的細節部分,學生在聽課過程中也會出現很多疑問和不解。而多媒體教學則只需提供幾張工程現場的照片,就能給學生視覺上的沖擊,短時間能產生深刻印象,提高了學生的學習積極性。
(3)詳細的實驗錄像能讓學生充分了解真實的實驗過程
針對學生在實驗環節中出現的問題,筆者在備課過程中有意識地增加相應的實驗錄像。例如,在講解到鋼筋性能的知識點時,通過播放鋼筋的拉伸試驗錄像,讓同學們直觀的了解鋼筋在拉伸過程中的破壞方式,進而介紹了鋼筋的斷面收縮率和斷后伸長率的概念。這種教學方式即能讓學生充分認識鋼筋在拉伸過程中的斷裂形式,同時也讓學生掌握了鋼筋塑性的相關概念、加深了學生的印象,提高了課堂的效率。
五、結論
本文通過分析土木工程材料這門課程在教學過程中出現的問題,分別從教師授課和學生上課的角度出發,探討了多媒體教學方式在土木工程材料教學過程中的應用。通過筆者在教學環節中的總結發現,多媒體教學有以下幾個優點:
(1)拓寬了上課的內容范圍,使課程內容更豐富、飽滿。
(2)充實了工程試驗圖片信息,提高了學生學習積極性,加深了對知識點的印象。
(3)圖片和錄像等動靜結合的方式,讓學生能真實了解材料的性能特點,提高授課效率。筆者同時也指出了在多媒體教學中因注意的問題:首先,在備課環節中要做好充分準備,包括對設備的熟悉、上課時相關知識點的搭配和協調;其次,在使用圖片和錄像等方式時,一定要做好相應的解釋,保證學生能充分理解知識點;再次,多媒體教學方式是一種輔助教學的手段,教師在授課過程中不能過分依賴這一方式。只有在保持和發展傳統教學優勢的基礎上,充分利用多媒體教學的優點,才能在今后的教學革新中找到新的突破點。
參考文獻:
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中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章號:1674-9324(2017)08-0115-02
“卓越工程師教育培養計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)是教育部為貫徹落實黨的十七大提出的走中國特色新型工業化道路、建設創新型國家、建設人力資源強國等戰略部署和《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》,實施的一項重大的教育改革試點項目。2010年6月湖南大學成為第一批“卓越計劃”實施的試點高校,土木工程專業成為該校實施“卓越計劃”的4個本科專業之一。
值得注意的是,土木工程專業在“卓越計劃”的建設中,卓有成效地把其培養機制、培養方案、教學計劃、課程體系、課程建設、實踐環節、師資建設以及管理機制等綜合起來,作為一個有機整體,進行系統且有針對性的教改研究,以期使土木工程專業“卓越計劃”為土木工程專業綜合改革的不斷完善提供科學依據。本文以該學院土木工程專業的《水文學》課程改革為例,分析了目前《水文學》課程教學的現狀及存在的問題,根據“卓越計劃”建設的基本思路,探討土木工程專業“卓越計劃”試點班在《水文學》課程改革中的實踐及其在土木工程專業綜合改革中的指導示范作用。
一、《水文學》課程教學現狀分析
1.一般學生對專業選修課程重視不夠。在我國大部分高校,土木工程專業課程任務比較緊張。通過調查發現,大部分土木工程專業的學生對專業選修課程的重視不夠,相比而言,學生們更加重視專業核心課程,他們把絕大部分的時間和精力都放在專業核心課程的學習上[1,2]。因此,《水文學》作為土木工程專業針對建筑工程、道路工程、橋梁工程和巖土工程等多個方向的一門專業選修課程,一般學生對《水文學》課程重視不夠,學習的積極性也不高。
2.《水文學》課程涉及范圍廣泛,概念抽象。《水文學》課程授課時數少,但教材涉及范圍廣泛,教材中的部分內容陳舊且概念抽象不易被學生接受,計算煩瑣耗時長、考試死記硬背,等等。種種問題導致學生學習《水文學》課程的興趣差,學習的積極性低,學習的效果差。
3.《水文學》課程實踐環節欠缺。土木工程專業的《水文學》是一門實踐應用性很強的課程,課程內容是為涉水土木工程的施工與設計中所遇到的相關水文問題進行分析提供理論依據。但是實際上,《水文學》課程教學形式一般都是以課堂講授為主,課程實踐環節是長期欠缺的,課程內容體系主要針對基本理論,與土木工程實踐的聯系也不緊密,教學與工程設計存在著較嚴重的脫節。
二、“卓越計劃”試點班的培養方案制訂
院土木工程專業根據已有的研究成果,在分析比較國內外知名高校土木工程專業培養方案和教學計劃的基礎上,結合“卓越計劃”的培養目標和要求,制定了湖南大學土木工程專業“卓越計劃”試點班的專門培養方案和教學計劃,重點培養學生成為卓越土木工程師所需的工程素質――工程實踐能力、工程研究能力、工程創新能力和工程綜合能力,旨在使學生畢業后能盡快實現角色轉換,成為一名“寬知識、厚基礎、強能力、高素質”的卓越工程師。
1.“卓越計劃”試點班的教學計劃把水文學課程修改為必修課。“卓越計劃”試點班的培養方案是遵循保持現行培養方案基本穩定、實現寬口徑培養、加強實踐環節、加強綜合能力培養、突出企業參與的原則。“卓越計劃”試點班的教學計劃把《水力學(含水文學)》列為專業必修課程,其中與土木工程專業本科生普通班(建筑工程、道路工程、橋梁工程和巖土工程四個專業方向)教學計劃相比,在保持水力學課程課時均為32學時的情況下,還增加了16學時的《水文學》課程,這意味著《水文學》課程已由選修課轉變為必修課。
2.《水力學》和《水文學》可作為一個有機的整體。雖然《水力學》和《水文學》是兩門相互獨立的課程,但在理論應用方面卻有著非常緊密的關系。一方面,《水文學》不但是橋涵孔徑、管道渠道設計的理論基礎,而且是水文資料收集和整理的理論依據;另一方面,水文分析與計算的結果是《水力學》實際工程應用中不可或缺的參考依據。因此,《水力學》和《水文學》兩門課程相互補充形成一個有機的整體[3]。
3.《水文學》學時偏少。“卓越計劃”試點班的培養方案中《水文學》為16學時,相比土木工程專業本科生普通班的32學時來說,減少了一半,這就要求在《水文學》課程組織上,精選授課內容,培養學生的自學能力,做到少而精。教師講授內容要以《教學大綱》為依據,選擇主要的、疑難部分作為重點,力求通過對這些內容的講解使學生能夠做到舉一反三,既掌握了基本概念、基本原理,又能滿足工程實際需要。
三、改進教學內容
1.精簡課程內容,把抽象概念具體化。由于《水文學》課程存在課時少、教學涉及內容廣泛、概念抽象不易被接受等問題,因此,改進教學內容的一個重要部分就是精簡課程內容,把抽象概念具體化。例如,針對學生前期已經學過的《概率論與數理統計》課程,在《水文學》教學中可以一方面精簡概率統計的基本知識,另一方面把水文學概念和統計概念進行比較,例如,累積頻率轉化為重現期,水文實測系列即為樣本。
2.抓住主線,理清概念間的邏輯關系。在《水文學》課程教學安排上,要抓住主線,突出重點內容,理清概念間的邏輯關系,將相對分散的知識單元進行合理整合形成一個有機整體。例如,第一章“緒論”中包括水文現象、水文循環、水量平衡方程、水文現象的特性、研究方法等內容間的邏輯關系。
3.加強和改進實踐教學環節。由于《水文學》課程存在實踐環節欠缺、教學一直采用課堂講授等問題,因此,加強課程內容與土木工程實踐緊密聯系、盡可能使課堂教學結合工程設計等成為《水文學》課堂教學亟待解決的問題。在《水文學》課程教學中,突出水文分析計算的重要地位、擴展其廣度和深度、增加分析工程案例等可作為一個重要內容。由于水文計算存在煩瑣、耗時長、易出錯等弊端,同時目前Excel軟件簡單易學及其列表、繪圖、計算、編程等強大的功能,因此,在《水文學》教學中可采用Excel軟件來計算教材中的水文數據。這些都可以激發學生學習《水文學》課程的興趣,同時,用軟件進行課后作業可大大提高學生的學習積極性與主動性,加強學生對課程創新能力和實踐能力的培養。
通過土木工程專業“卓越計劃”試點班在土木工程專業相關的培養模式、課程建設、實踐基地、教學資源及教材建設等方面的改革實踐,有力地推動了學院在土木工程專業綜合改革中對“卓越工程師”的培養,為造就一批懂理論、會動手、實踐能力強的新時代工程師提供了良好的實踐平臺,這對于培養具有較強工程實踐能力和創新能力的“卓越工程師”有著重要的借鑒作用和現實意義。
筆者針對目前《水文學》教學的現狀及存在的問題,根據學院對“卓越計劃”建設的培養方案,對土木工程專業“卓越計劃”試點班的《水文學》教學內容進行了改進實踐,提高了對《水文學》課程教學改革的信心。
值得注意的是,土木工程專業“卓越計劃”試點班的一些成果對土木工程專業綜合改革起到很大的指導示范作用。院土木工程專業決定,2015級土木工程專業本科生普通班教學計劃均把《流體力學(含水文學)》列為專業核心課程,這為今后《水文學》教學改革提供了很大的動力,對《水文學》課程教學的健康發展將起著重要的作用。
參考文獻:
0 引言
結構動力學是土木工程專業一門重要的專業基礎課程。然而,結構動力學又是一門比較難學的課程,不但對微積分學、微分方程、理論力學、材料力學、結構力學等方面的先修理論課程有比較高的要求,而且對于研習者對工程現象和理論概念的理解和抽象思維能力也有很高的要求。特別是在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010- 2020 年)》明確提出實施卓越工程師人才教育培養計劃①以來,如何在有限的本科教學課時內最有效地傳輸理論知識、培養工程思維、激發創新意識、養成卓越習慣更成為工程學各專業高等教師的艱巨挑戰。
本研究調研了若干國際著名大學土木工程專業本科培養計劃和結構動力學課程教學計劃,希望通過對比研究對我國土木工程專業結構動力學課程的本科教學提供有意義的建議。
1 樣本選定與資料搜集
本研究采用網絡調查等方法搜集了6所國際著名研究型大學土木工程專業各層次的培養計劃和課程大綱。這6所高校根據2011年QS世界大學排行榜土木工程專業榜單選定,②均為土木工程專業排名世界前十的高校,同時兼顧了區域和國家的分布,以期具有最好的代表性。這6所高校包括兩所美洲區高校(排名全球第一的美國麻省理工學院(MIT)③和排名全球第二的美國加州斯坦福大學(SU))④、兩所歐洲區高校(排名全球第三的英國劍橋大學(UCAM)⑤和排名全球第十的瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH)⑥)、以及兩所亞太區高校(排名全球第七的新加坡國立大學(NUS)⑦和排名全球第八的日本東京大學(TU)⑧)。
2 比較分析
基于搜集到的相關原始資料,本研究在以下5方面進行了比較分析,包括:修課要求、教學內容、教學方式、考核方法、教學資料等。
課程修課要求主要通過比較各校培養計劃和課程列表來進行。各校的修課要求是:MIT和ETH將結構動力學的基礎知識作為結構力學或土木工程力學的一部分而要求本專業學生必修;UCAM工程學系本科低年級不分專業,在大一要求所有工程系學生必修與結構動力學初級課程相關的課程;NUS和UT則開設了面向本專業學生的限定選修課程;SU對相關內容學習沒有要求,但開設有相關任意選修課程。
課程教學內容通過比較課程教學大綱進行。如表1所示:結構動力模擬一般方法、單自由度結構動力特征與動力響應分析、多自由度結構動力特征與動力響應分析等以常微分方程的建立與求解為理論內核的內容6所學校都有講授;廣義單自由度系統模擬方法和連續系統動力分析方法則各有2所和3所學校在本科基礎課程中有涉及;而結構地震響應譜分析等面向具體工程應用的內容則僅有1家高校(NUS)在本科課程中進行了介紹。
課程教學方式比較表明(如表2所示):對于本科基礎課程,課堂講授基礎理論知識是最主要的教學方式。為了示范如何使用基礎理論知識解決課程習題,有些院校還專門開設了習題輔導課以作補充(如MIT和ETH)。同時,任課教師在課間或專門在課余留出時間供學生答疑,展開雙向討論也是一種鞏固課堂學習的常用方式(如MIT等)。另外,通過給出具體閱讀內容指導學生閱讀專業書籍也是培養學生自主學習習慣的常用手段。
課程考核方式比較表明(如表3所示):各校均將筆試作為最主要的考核手段,同時把平時作業的完成情況作為必要的補充,并制定了明確的對于作業晚交和抄襲的懲罰制度(如MIT)。另外,有些學校也將學生們的課堂答問情況、上課出席情況等作為課程考核的有益補充。MIT就明確規定,學生們的上課出席情況優良可以額外加5%的分數,而如果課堂答問情況優良則可以再額外加10%的分數。這是非常合理的。因為課堂的互動教學是學生們理解基本概念、理論體系、理論重點的重要方式,而課堂答問如果開展得巧妙的話可以很好地訓練學生們的邏輯思考能力,并加深大家對理論知識的理解。
課程教學資料使用情況比較表明:各校均以講義和指定的教科書為主要教學資料,并不列舉過多的教學參考書和參考論文。即使UCAM推薦了多達5本的教學參考書,對于每一講如何使用這些教學參考書,講師也給出了非常具體的每本書從第幾頁到第幾頁的閱讀建議。應該來說,這對于入門課程的學習來說是十分必要的,可以避免還沒有建立起基本概念的學習者一開始就被各種不同的表述和符號系統所誤導,方便學習者順利領會課程的本質內容。
3 結論
[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2017)01-0085-02
土木工程材料是土木工程專業的必修專業基礎課程。在我校土木工程專業培養計劃中,該課程計劃學時為56(含實驗16學時),主要介紹常用的土木工程材料的基本組成、材料性能、質量要求、檢測方法等,內容包括無機氣硬性膠凝材料、水泥、砂漿、混凝土、砌筑材料和屋面材料等,是一門以試驗為基礎的信息量較大的課程,綜合性、實踐性和經驗性都較強。課程教學分為理論課和試驗課,兩者既緊密聯系,又相對獨立。
土木工程材料課程在土木工程專業課程體系中占有重要的位置。面對創辦高水平研究型大學的發展目標,2012年中國石油大學提出了“三三三”本科教育培養新體系,即本科教學辦學定位的三型、培養目標的三化、教學方式的三性 。[1]圍繞“三三三”本科人才培養體系,我校土木工程專業積極開展了一系列教育教學改革,針對學科的特點及目標,對課程的考核考試方法進行探討。
一、課程考試模式現狀分析
作為土木工程的專業基礎課程,土木工程材料課程的教學質量直接影響到高等學校培養應用型、創新型人才這一培養目標的實現。考試是對教師的“教”和學生的“學”兩個方面進行檢驗的重要手段,考試成績客觀與否,對實際情況的反映真實與否,是衡量考試合理性的標準,也是教師和學生雙方關注的問題。
根據筆者調查,土木工程材料課程的考核仍采用傳統的考核方法,即書面式閉卷期末考試, 60分合格制。不可否認,這種傳統方式具有一定的客觀性,但并不能全面、準確地反映出“教”與“學”的真實水平,其存在的具體問題如下。
(一)考核內容單一化
土木工程材料課程的特點決定了其確實存在大量的知識點需要記憶,學生只有在準確記憶的基礎上,才能保證實際工程中的正確應用和實踐。一方面,傳統考核方式內容多偏重答案唯一的記憶性題目,偏重對基本公式和基本概念的簡單直接的考查,并未重視和兼顧學生掌握該課程知識后應具備的解決實際問題的能力。另一方面,傳統的考核方式其內容普遍缺乏與最新的相關研究和社會關注熱點相結合的考核內容的設置,難以達到培養學生創新思維的教學目標。
(二)考核方法呆板
傳統考核方式一成不變,靈活性差,無法適應不斷推進的土木工程專業教學改革的步伐。多年來,傳統的考試采取標準化考試題型,題型局限于基本理論的填空、判斷、選擇、簡答、名詞解釋等,綜合性的思考題、分析論述題、應用題等主觀性題型很少。這類標準化試題的評判具有客觀公正的特點,但是答案唯一,學生無法獲得探索創新的機會,這限制了學生學習探索的積極性,不利于學生學習能力的培養。
(三)學生重“考”不重“學”
以期末考試成績為唯一或主要標準,即所謂的“一卷定乾坤”,這導致學生只重視考試而忽視了學習的過程,助長了學生“平時不用功,考前再使勁,考試忙作弊,考后全遺忘”的不良學風。 歸結原因,還是因為考試內容單一、考試方法呆板,機械記憶就可以成為考試成功的關鍵,不少學生期末考試前開始加班加點,通過各種方法舞弊,但求期末考試過關。可見,采用傳統的期末考試的方法作為考核手段,難以全面反映出該課程的教學效果,容易對學生的學習興趣產生不良影響,阻礙了該課程教育教學的發展,亟須進行改革。
二、考試模式改革的理念及思路
課程考核無疑是高等學校教學工作的重要環節,其不僅要重視認知目標領域的前三個層次(知識、領會和運用)的考核,而且更應該突出對后三個層次(分析、綜合和評價)的評價。應基于過程性原則、激勵性原則、多元化原則和能力性原則,注重對學習過程的考查和學生能力的評價,以激發學生的學習主動性和自主性為目標,以培養學生的創新意識和實踐能力為核心,建立多樣化、高效和易操作的考核評價方式,以促進學生自主性和研究性學習。
根據社會對土木工程專業人才的培養需求,針對土木工程材料課程的具體特點,在對該專業基礎課程傳統考試存在的問題深入分析的基礎上,筆者提出了采取筆試、設計型課題考試相結合及選題報告等方式結合的新型考核方式,這有利于更加全面、準確地評價教師的教與學生的學。
三、考試模式改革方案
(一)課程考試內容改革
1.基礎知識考核。精煉明確每章的知識點,特別是每章的重點難點,結合本課程教學模式,設置《每章考試題》,《每章考試題》多為客觀題。《每章考試題》在每章結束后下發,主要考查學生的基本概念、理論、原理等基礎知識,通過《每章考試題》可以檢查學生對所學知識點的掌握程度,讓學生及時查缺補漏,該部分成績將是最終成績的一部分。2.綜合能力考核。以土木工程材料中的普通混凝土試驗室配合比設計,熱拌瀝青混合料的配合比設計兩大設計問題為主線,結合工程實例創設問題情境,要求學生運用所學知識,找出引發工程問題的原因、解決問題所用的理論、解決問題的可行辦法、提出解決問題新思路,再結合具體的實驗課進行具體的試驗驗證等。3.改革期末考試的考題形式。減少選擇題、填空題等不利于考查學生能力的題型,盡可能增加分析題、簡答題等題型,重點考查學生運用綜合知識解決實際問題的能力。
(二)考試方法
將考核方式分為過程考核和期末考核兩部分。其中,過程考核又分為課堂考核和綜合考核兩部分。課堂考核:采用《每章考試題》、課堂表現(包括教師提問、學生課堂討論、小組討論等)、課后作業、小論文、專題PPT匯報等多元考核評價方式。綜合考核:可采用課堂回答、撰寫論文、配合比設計、調研報告等形式。期末考核:根據題目可采用閉卷、開卷、半開半閉(帶標準、規程及規范等)、撰寫論文、配合比設計等形式。
(三)成績評定
各部分成績擬定比例:最終成績=章考試題×10%+課堂表現×15%+課后作業×10%+綜合考核×15%+期末考核×50%,實際的比例可根據試點情況做適當調整。
(四)考試改革的保障
新型考核方式要求任課教師更有責任心,付出更多的勞動。為保證新的考核方式得到有效的實施,任課教師需要進行學生上課出勤情況和課堂表現情況的統計,并做到公平公正。同時,輔導員和班主任應配合考試改革,加強學生對土木工程材料課程考試改革的必要性和重要性的認識,這有助于學生端正學習態度,積極正確對待考試改革,從而使課程考核改革取得實實在在的成效。另外,也建議學校和院系制定合理的激勵政策,鼓勵任課教師全心投入到專業課程考核模式的改革和實踐中。
四、考試改革的實施情況及效果
2015-2016學年土木工程材料被列為學院考試改革試點課程,2015-2016學年第1學期,課程在土木工程2014級4個班120名學生中試點實施,參與教師3人,輔助參與教師2人。
總體實施效果:大大提高了學生日常學習的積極性和主動學習的興趣,課堂教學效果也得到很大提升。現場答辯式的課堂控制考核鍛煉了學生主動解決問題的能力以及理論聯系實際的能力,增強了學生團隊協作、匯報組織、語言表達、隨機應變的能力,有利于學生綜合素養的提高。
教師和學生改變了生硬的教學及學習模式,學生的創新能力和解決現場實際問題的能力得到了培養,土木工程專業本科生教育教學效果得到提升。這切合了我校“三三三”制培養模式,尤其是對教學方式的三性――學習性、研究性、開放性起到了積極的助推作用,也是對本科教學辦學定位的三型――精英型、特色型、研究型的具體落實。
五、結語
考試改革是教學改革的重要組成部分,對提高教學質量、培養創新性人才、推動“以學生為中心”的教學模式具有重要意義。土木工程材料作為學生首先接觸的專業基礎課程,其教學質量不但對實現土木工程專業人才培養目標十分重要,而且其教學效果將直接影響學生對后續專業課程的學習信心和學習熱情。筆者結合我校的實際情況,對土木工程材料課程考試模式的改革進行了一些探討,以期激發學生的學習熱情,培養學生的專業榮譽感,為學生后續專業課程的學習打下良好基礎,為我國土木工程界培養更多優秀的工程技術和管理人才。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 劉華東.構建“三三三”培養體系 推進本科教育邁向更高目標[J].中國高等教育,2012(18):34-36.
1.改善理論教學體系
1.1 土木工程材料課程的地位與作用
土木工程材料是以高等數學、建筑力學、化學等課程為基礎的專業基礎課程,同時又與建筑學、建筑結構、建筑施工、建筑工程經濟等課程有著密切的聯系,所以在整個教學過程中,土木工程材料的教學肩負著使學生具備常用建筑工程材料的基本知識,為在建筑工程實踐中具有合理選擇與使用建筑工程材料的能力,并為后續課程打下基礎的使命[3]。結合我院以培養應用型人才為主要目標的辦學方針,要求學生掌握適度專業基礎理論知識的同時,具備一定的工程實踐能力,為適應未來就業環境和自主創業打下堅實基礎。所以,土木工程材料這門課程應兼顧理論知識與實驗驗證,在教學內容、教學方法和教學手段上改革創新,在此基礎上,充分調動學生學習的主觀能動性,鼓勵學生自主設計實驗內容,創新實驗方法。
1.2 精心設計課程教學內容,構建理論教學體系
土木工程材料課程內容龐雜,毗鄰知識多。如何根據課程特點,組織好教學內容,使主線分明,簡潔明了,激發學生對該課程的興趣,是精選教學內容首先考慮的問題。雖然每一種土木工程材料的性能各異,但相互之間都存在著一定的聯系,因此,每堂課所教的內容不是孤立的,前后教學都會有一定的關聯,授課時必須考慮內容的過渡與銜接,應與本專業開設的相關課程有機地結合,使教學內容突出重點,點面結合。
1.2.1 突出重點、刪繁就簡
根據專業性質,確定課程內容和要求,分清主次,哪些是必須講深講透的,哪些是適合學生自學的,哪些內容應該刪減,哪些內容必須更新;各章講授時必須抓住“重點”,突破“難點”,系統講授“基本理論”。精選內容的原則是既要保證學生學到最必需的知識,打好扎實的基礎,又要有一定的時間與精力去獨立思考、發現問題和解決問題,以利于培養學生的創造能力。同時課程教學內容還要有一定的廣度,避免過窄,使教學的對象具有一定的建材知識面。應該突出兩個重點,即材料的基本性質與結構材料。材料的基本性質是研究材料具有的共性的問題,通過研究如何充分利用材料的各種性質來滿足建筑物各部位的要求,對這部分內容應較詳盡講授材料的微觀結構、物理性質與力學性質,不僅要清楚基本概念,還要把這些概念與工程實際緊密結合,為學生分析解決實際問題打下理論基礎。結構材料能否正確使用,直接影響建筑物的安全,應圍繞當前土木工程中應用最普遍的鋼筋混凝土結構、鋼結構等方面考慮,把水泥、混凝土及鋼材三章列為重點。同時,將土木工程中使用較少的材料、敘述性的部分以及先后課程重疊覆蓋部分的內容刪減,或安排自學。如木材、裝飾材料等。
1.2.2 加強理論
土木工程材料是建立在相關專業學科基礎上的綜合性學科,就整個土木工程材料課程而言,物理、化學、數學、力學等都是它的基本理論,各類材料又有各自的基本理論。在教學中,可以以材料科學的觀點去充實課程的基礎理論知識,在重點章節中,應盡可能以基本理論為綱領,覆蓋全章內容,深入淺出地闡明問題,為學生認識和掌握材料性質及應用的途徑和方法提供必要的基礎理論知識。同時,不斷提高教師自身的業務素質,完善知識結構,豐富文化底蘊,加快知識更新,儲備豐富的有關材料研究和應用的實例,是精選教學內容、提高學生學習興趣、改善教學效果的必要條件。
1.2.3 追蹤前沿
為了使學生更好地掌握基本理論知識,了解學科前沿發展方向,必須深化課程內容設置,精心組織教學內容。在教學中,對當前大量使用的傳統材料,要介紹其成熟的理論和實踐應用經驗;對不斷涌現的新材料、新技術和新的研究成果要有選擇地及時向學生介紹。首先在課程內容設置上要求新,就是將最新的材料方面的科技信息安排在教學內容中,如近年來高性能混凝土發展迅速,在講述混凝土這一章時,就應增加高性能混凝土的制備、使用性能及國內外應用高性能混凝土的現狀等內容;再如節能建筑使用的保溫隔熱材料;高等級公路使用的新型路面材料等,以使學生對國內外的材料發展動態有個基本的了解,以保證教學始終追蹤學科發展前沿。其次要及時地將教學研究和科研成果引入教學中,讓學生了解老師的科研情況及成果,以激發學習興趣,提高教學效果。第三是注重前后內容的銜接,就是處理好課程內容中基礎知識與前沿知識的內在關系;處理好經典理論知識與現論的關系;處理好課程內容的詳略安排。在授課時將相關知識理成一條主線:即各種土木工程材料的制備—→各種土木工程材料的組成—→各種土木工程材料的建筑性能—→各種土木工程材料在建筑工程中的實際應用,貫穿始終。采用這條主線編排教學內容,使之章節分明,詳略得當,具有系統性。要求學生了解前沿知識,并及時查閱相關資料,掌握其特點,與基礎知識聯系起來,理解其理論上的發展和應用上的創新,同時要求學生用掌握的專業知識來分析解決相關問題[4]。
1土木工程的基本概念
土木工程的含義十分廣泛,其所包含的內容比較多,一切與水、土等有關的基礎設施建設都能歸納于土木工程中。例如:道路建設、水利工程建設等。土木工程隨著時代的發展,其逐漸形成一種獨立的學科,具有綜合性,既包含了工程地質勘察和工程力學等知識,又包含了建筑材料和建筑經濟等內容,結構較為復雜。土木工程是我國現階段重點發展的產業之一,其是社會生產和生活中必不可少的項目,能夠滿足人們的物質需求,為人們提供更為舒適的生活環境,具有重要的意義。我們可以將土木工程分為兩個部分的內容,一部分是表示的是施工技術,這一部分涵蓋了施工過程中的各個環節,從工程勘察到竣工收尾階段:另一部分則是指土木工程具有不同的工程對象,例如市政工程、橋梁工程等。
2促進土木工程結構設計與施工技術二者形成協調關系的有效措施
2. 1加強對土木工程結構設計人員和施工技術人員的培訓
隨著時代的發展、社會的進步,我國土木工程在發展過程中需要不斷地對施工技術進行創新,以為土木工程建設帶來更多的新鮮空氣,促進土木工程建設質量的提高。在土木工程發展過程中仍然還存在著一定的問題,有待進一步改善和解決。為此必須創新土木工程的結構設計理念,以解決結構設計和施工技術之間存在的問題,能夠統籌管理二者之間的關系。要加強對土木工程結構設計人員和施工技術人員的培訓,以全面提高土木工程建設隊伍的素質。土木工程所涉及的部門比較多,每個部門的工作人員都有其職責,建設質量的好壞也受工作人員的影響,因而不僅要對土木工程建設中的施工管理人員進行培訓,還要為結構設計人員和項目評估人員提供培訓機會,以使其提高自身的業務水平,從而更好地投入到土木工程中。在土木工程建設中,設計人員和技術人員要避免將過多的主觀因素帶入施工過程中,以免施工出現問題和誤差,影響了土木工程施工的質量。
就目前而言,我國土木工程結構設計和施工技術研究取得了一定的突破,而且也擁有工作經驗豐富的設計人員和技術人員,但是土木工程結構設計還不夠全面,未能在設計的時候考慮到施工中所存在的問題。這是由于土木工程的相關人員在理念上還較為落后,無法滿足新時期下的土木工程設計要求,所采用的施工技術也不具備時代性,為此必須加強對土木工程專業人才的培養,以為社會提供更多具有創新能力的高素質人才。
2. 2土木工程建筑中的深基坑支護設計和施工技術
現階段的土木工程建筑結構設計圖中,并不包含深基坑支護設計方案。土木工程的設計單位通常都是以建筑總平面圖為依據,考慮到其建筑物的分布狀況,再與基坑側壁的土壤質量和高度相結合,以提出有效的建議,然后交由施工單位自行設計。隨著計算機技術的應用,使得我國土木工程建筑中的深基坑支護設計更為科學,但卻未在整個土木工程建設行業中普及,仍然存在著一定的技術風險。為此,土木工程建設中的設計人員必須更換觀念,重視計算機技術的應用,從而在深基坑支護設計中采用科學的施工技術,確保支護工作的質量。
2. 3采用鉆孔灌注樁基礎來進行高層建筑的建設
在過去,并未在土木工程結構設計的過程中,標注高層建筑鉆孔灌注樁基礎所需要的施工技術,而是將這一選擇權予以施工單位,不利于協調結構設計和施工技術之間的關系。設計人員可將所需要的施工技術和設備在設計中表明,以防止施工單位為節省工程造價而選擇不合適的施工技術,影響了工程質量。將工程結構設計與施工技術相結合,可確保在實際施工過程中,所采用的施工工藝符合標準,防止設計圖中的要求與施工技術不相符而影響了樁基的質量,從而加快施工進程。
3結語
在土木工程建設中,如何使土木工程的結構設計和施工技術有效配合是其重要的研究課題,受到業界人士的廣泛關注。土木工程建設質量既需要科學的結構設計來予以保障,又需要先進的施工技術給以支持,缺一不可。為促使土木工程中的結構設計環節和施工技術使用的相互配合,則必須從施工各方面來探討二者間的關系,要創新土木工程施工工藝,規范施工工序,以使其更符合施工標準:要加強對設計人員和技術人員的培訓,以提高設計人員和技術人員的業務水平,培養其良好的職業素養,從而使其能夠友好相處、協調合作,為土木工程建設質量提供重要的保障。
參考文獻: