重塑课程内容创新教学方法

何颖成 徐冰峰

摘  要：提出创新思路，优化课程目标，重塑课程内容，根据教学内容定位主线、抓重点、分散难点、总结学生的疑问、引导学生学会解决问题，破解课程知识内容多、课时少的难题。从理论和工程应用两方面强调课程内容广度和深度，加大信息量，激发学习兴趣;将学术研究、科技发展前沿成果引入课程，科学“增负”，培养学生深度分析、自学能力，引导学生对复杂工程问题的探索，提升就业和执业能力，培养学生勇于创新的能力及严谨深入的治学精神。增加学习过程性考核的比重，全面评价学生的學习效果。

关键词：工程荷载与可靠度设计原理;重塑课程内容;创新教学方法

中图分类号：G642        文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）15-0043-04

Abstract： This paper puts forward innovative ideas， optimizes the curriculum objectives， reshapes the curriculum content， according to the main line of teaching content， grasps the key points， disperses the difficulties， summarizes students' questions and guides students to learn to solve problems of more knowledge content and less class hours. The study not only emphasizes the breadth and depth of the course content from the aspects of theory and engineering application， but also increases the amount of information， stimulates the interest in learning. It introduces the cutting-edge achievements of academic research and scientific and technological development into the course， scientifically "increases the burden"， cultivates the students' ability of in-depth analysis and self-study， guides the students to explore complex engineering problems， improves the employment and practice ability， and cultivates the students' innovation ability and rigorous in-depth ability ， the spirit of learning. The proportion of learning process assessment and comprehensively evaluate the learning effect of students are increased.

Keywords： Engineering Load and Reliability Design Principle; reshaping course content; innovative teaching methods

随着后现代大学教育时代的到来，为教学的创新带来了机遇与挑战。本课程围绕创新教学的四大基本原理：知识建构性原理、能力实践性原理、创新挑战性原理及评价过程性原理[1]，结合自身特点进行教学创新尝试，树立课程建设新理念、推动课堂“革命”。

一、结合学情分析调整教学目标

（一）学情分析

本课程属于专业基础必修课，是土木工程专业重要的工程结构教学内容。课程的主要任务是掌握荷载的分类及重力、土压力、水压力、风荷载、地震作用、温度作用等重要荷载的概念、原理和计算方法，课程知识涉及土力学、钢结构设计、混凝土结构设计、高层建筑设计、工程抗震等多门专业课，内容多、概念多，内容跳动大，逻辑性不强，学生不易掌握，学习兴趣不浓。课程要求掌握结构荷载和抗力的随机概率模型建立方法、荷载与结构抗力的统计分析和基于结构可靠度理论的荷载抗力系数设计法;结构可靠度分析、结构概率可靠度设计法，可靠度理论、随机过程知识点超出本科生的学习内容，数学理论难懂、易忘，课堂教学平淡、不易掌握。在实际工程应用中涉及多本规范，需要老师花大量时间备课、查资料，精心提炼讲课内容，深入浅出，讲解易理解、方便总结记忆;课后答疑、加强与学生讨论交流总结、提高学习兴趣，帮助学生复习巩固，才能提高教学质量。

（二）以学生为中心提出教学改革总目标

我校在土木工程专业通过教育部评估和建设部专业认证促进下，坚持“以评促建、以评促改、以评促管、评建结合、重在建设”的指导思想，从专业建设、实验室改进、师资队伍建设和学生外语水平提升等方面进行了扎实改进和实践，取得一定效果[2]。本课程的教学改革是坚持以学生为中心，建立高标准的教学质量管理体系，全面提高人才培养质量的具体实施。

我们将原课程具体目标（掌握工程结构荷载的计算方法，掌握结构荷载与抗力的随机概率模型建立方法和基于结构可靠度理论的荷载抗力系数设计法，能够综合应用土木工程专业的基础理论知识，创造性地解决工程实际中的问题，并具备初步的设计、科研能力）提升为“研究型”课程目标[3]，从重点强调学生的知识和技能目标，转变成教学过程中对学生情感、态度、价值观的培养;关注学生的学习过程、学习策略和主观能动性和主动参与性。具体提出三个方面的要求：

1. 思想素质层面的要求

将文化自信、科学探索、工匠精神、爱国情怀有效地融入教学，鼓励学生通过努力学习，掌握先进科学技术，具有人文社会科学素养、社会责任感。通过课程的学习，能够在土木工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行社会责任。

2. 知识技能层面的要求

具备本课程坚实的基础理论知识及应用能力。能够运用数学、力学等知识进行分析及公式推导，建立基本公式，并正确求解。能够熟练使用专业相关规范和图集，结合本课程的知识解决实际工程问题。能够将数学、自然科学、土木工程的基础和专业知识用于解决复杂土木工程问题。

3. 能力培养层面的要求

通过理论教学、工程问题深入分析，激发学生探究兴趣，培养学生的自学能力、信息获取以及积极思考的能力;通过探究式学习讨论、收集资料整理调研报告，培养学生的创新意识、基本的研究能力;具备团队合作意识并在团队合作中培养自信心。

落实具体实施原则[4]：

“教学设计”从强调知识的系统传授变成注重能力培养;关注学生毕业时的技术能力和非技术能力对应的培养环节（课程、实验、实践、创新、设计、活动等）内容和效果。

“教学过程”从重视教师传授知识、强调个体记忆式学习变成重塑知识点，通过“任务驱动法”、布置任务、学生预习或收集资料，讨论、课堂分析总结，通过“读书指导法”“自主学习法”结合，让学生经历获得知识、巩固知识、培养自学能力的育人全过程。

“教学评价”从学生闭卷考试检查学生的学习效果、学生的成绩测评衡量教师教学水平变成更加关注学生学习能力评价、学习过程评价、研究能力和创新能力的评价。

二、对标国内一流大学教学内容、教学方法，提出创新思路

（一）从“知识课堂”变“能力课堂”

采用任务驱动教学法布置探究内容，例如讲“桥梁风荷载”课前，布置作业要求完成“悬索桥与斜拉桥调研报告”，同学从未涉及该方面知识，通过查资料、自主学习、思考、小组讨论整理提交报告。通过参与式的学习，让学生亲身感受到学习的对象，体会到学习的价值。课间教师分析归纳，对调研报告撰写内容提出要求（两种桥的受力特点、施工方法、破坏案例），提醒同学注意不应该仅关注世界著名悬索桥与斜拉桥外形尺寸;指导学生从力学角度分析悬索桥与斜拉桥比其他桥跨越能力强的特点;从受力体系定性分析斜拉桥稳定性更好的原因，培养学生深度分析问题的能力。在介绍近现代悬索桥与斜拉桥先进设计方法时，不能忽略中华民族是悬索桥型的设计首创者、施工方法的创新者，曾对桥梁发展做出过巨大贡献，激发学生的爱国热情和民族自豪感。引入桥梁科研、设计、施工新技术介绍，鼓舞同学认真学习，弘扬爱国主義的民族精神和改革创新的时代精神。将调研报告学习变成培养学生自学能力、深度分析能力、合作和勇于创新能力的教育。

课后要求各小组相互认真阅读“悬索桥与斜拉桥调研报告”，学生相互交流和互相启发，根据调研报告的内容要求，相互评分，取长补短，教师答疑。通过不同视角来构建一个完整的认识，收获到认识世界的乐趣。学生对知识点全过程主动参与学习、提问、讨论、总结，效果显而易见。

（二）从“重教轻学”走向“学以致用”

本课程知识涉及多门专业课内容多、概念多，只能抓重点，讲清难点[5];同时分析学情，在教学的每个环节帮助学生;根据教学内容，重构知识内容，定位主线、分散难点、分析总结学生的疑问、引导解决。有别于之前课堂讲概念、公式，学生由被动接受变成主动参与应用的探究式学习者，激发了学习兴趣、求知热情。例如讲授“风荷载体型系数”一节，以学生学习为中心，从学生的角度出发思考问题，先通过视频、图片让学生具有风荷载对建筑作用的感性认识，再进行风荷载体型系数的理论公式推导说明，结合重庆国际开发金融中心工程实例讲解计算机数值模拟获取风荷载体型系数[6]、风洞试验获取风荷载体型系数数据的过程[7];提出工程实例风荷载体型系数的实际值与《建筑结构荷载规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》规范的相关条款取值的差异，让同学思考、分析荷载规范并没有细化高度对体型系数的影响，得出荷载规范的体型系数取值比试验结果偏保守的结论;另由于弧形建筑表面，气流产生的涡旋脱落现象严重，体型系数有别于规范规定的矩形平面建筑迎风面绝对值大，侧风面绝对值小的结果。最后由工程个案分析，归纳总结各种建筑平面体型系数，并比较高度相同建筑在风荷载作用下的顶点位移，总结出有利于抗风的建筑体型顺序。同时结合高层建筑为减小风荷载采用“卸风”体型设计，引出风力发电的创新思考。从风荷载对结构作用的感性认识、理论、试验数据、数值模拟数据、工程规范取值、结构设计选型顺序、风力发电为主线完整重塑知识内容;教学内容丰富信息量大，提出创新思考，激发学生对新知识的学习兴趣。但如何解决难点？面对规范繁杂的条款，学生该如何学习领会？课后要求同学查阅有关矩形平面的风荷载体型系数取值在两本规范中6个条款及条文说明[8-9]，学习如何在工程设计中应用规范、取值并进行交流、讨论、解答。同时布置复习作业，阅读教学ppt中引用研究生论文风洞试验研究的相关内容[6]，学习分析讨论，培养学生的自学能力，让学生主动学习，学会应用。授之以鱼不如授之以渔。

（三）提升工程应用的广度和深度

创新型教学需要开放型知识观，生成更加丰富的知识结构和人生经验。在工程应用方面增加广度，考虑到学生来自房建、道路桥梁专业，为开拓学生的视野，课程介绍了房屋建筑、桥梁工程涉及的《建筑结构荷载规范》《高层建筑混凝土结构技术规程》《公路桥涵设计通用规范》《公路桥梁抗风设计规范》的相关设计标准，扩大知识面，作为适当增负的尝试。学习规范、尊重规范，当教会学生不盲从，例如讲建筑结构活荷载取值时，介绍《建筑结构荷载规范》表5.1.1民用建筑楼面均布活荷载的取值规定，分析表中第8项单向板、双向板消防车活荷载取值规定的界定，有明显的疏漏，让设计者取值无从下手。结合注册结构工程师考试辅导资料及备考视频学习，教师进行案例分析做出改进补充内容，完善取值的规定，勇于面对权威的“失误”，培养学生的科学辩证思维。

课程适当增加工程应用深度，既讲各种结构荷载分析、内力分析，同时介绍目前工程设计常用分析软件，采用的分析手段，引导学生通过课题组建立的学习资源网络对复杂工程问题的探索，提升就业和执业能力，体现出教师培养创新人才的引导作用。

（四）注重理论更新和适当简化高数理论

在理论教学方面：课程内容强调广度，例如，分析塔科马大桥破坏，早期认为是涡振引起，随钝体断面的分离流颤振理论的不断发展，通过试验证实颤振是导致最终破坏的原因。与学生交流总结工程事故教训，更注意学术理论的不断深入发展。在整个课程教学中紧跟科技步伐，适当引入国内外研究的最新成果，增加学生的学习兴趣。重视课程的理论深度，讲解结构可靠度分析理论时，适当引入《建筑结构荷载规范》规范编制时荷载分项系数讨论，让学生关注工程应用问题的复杂性，培养严谨深入的治学精神。

对结构可靠度指标计算，讲解验算点法涉及本科高等数学、概率理论没有讨论的多元函数级数展开的相关知识，进行适当简化，直接讲当量正态化、计算方向余弦、求出验算点坐标与可靠指标间的关系、求解可靠指标、得可靠指标求解验算点坐标新值的应用步骤。突出重点，强调工程应用。

（五）适当增负、注重过程性考核

教学过程的转变对教师也是挑战。要求教师具有丰富的教学、学术研究经验，熟知规范，了解学科的前沿动态，掌握科研的方法。需要精心准备课程内容，教研室工程荷载与可靠度设计原理课、混凝土设计原理课、混凝土结构设计课老师共同组建综合课程库，将老师各课程收集到的资料分类整理上传，按教学课件库、习题试题库、多媒体库、规范库、应用软件库、注册结构师考试辅导库分类管理，依靠集体力量，丰富教学资源，重塑课程内容应用于教学;同时作为学生学习的开放资源库。

在整个教学中，教师不仅关注知识内容，为学生设计知识重构，还要关注学生的知识、经验、兴趣、情感、价值观，不是为自己设计知识传递活动，教师是学生学习过程的引路人，应根据学生学习的实际情况展开而做灵活的调整。

课前发出课件，要求学生课前预习思考题30分钟，让学生思考课程的关注点，课中答题、讨论互动、学生发表观点，师生进行讨论，课后布置习题、慕课学习、课外阅读、完成作业、网络讨论和自主学习投入3～4小时。通过上述教学过程，引导学生自主學习。

通过出勤，课堂表现，检查学习态度;调研报告及讨论，检查知识应用能力和知识归纳总结能力;平时测验，检查基本知识掌握情况。根据过程性考核评估学生学习效果，有针对性地调整教学及督促学习欠佳学生进步;对课堂测评、作业测评结果反馈，有针对性地调整教学安排。增加出勤、课堂表现、调研报告、作业测评、阶段性测试等过程性考核的比重，过程性考核取得的成效证实：可以全面评价学生的学习态度、专业知识的掌握、研究能力和思维方式的转变，达到测评学生综合素质的目的。

改变了“满堂灌”方式，采用启发、讨论、学生展示、讲评和案例教学方式，引导学生积极主动的思考，提高学生分析问题的能力。

三、结束语

为分析课程教改后的教学效果，我们对2018级学生进行调查，通过雨课堂对学生部分问卷调查结果统计整理见表1。

由此可见，学生对教学改革的整体设计、教学内容和教学效果满意;对教师的教学态度、授课情况、教书育人和立德树人方面的评价较好。将“终结性考核”变为“过程性考核”受学生认可。

院系领导听课评价，教学改革思路清晰，理论联系实际、启发性较强，能有效调动学生思维、课程内容丰富、重点突出条理清楚。经多年的教学实践，过程性教改已取得成效，课程质量档次已获批校级国内一流课程质量建设。我们认为教学效果较好，具有持续改进的条件，有推广应用的价值。

参考文献：

[1]刘隽颖.大学创新教学的四原理[J].苏州大学学报（教育科学版）， 2017，5（4）：28-35.

[2]工程教育认证自评报告[R].昆明理工大学土木工程专业，2017-3-2.

[3]田芬.我国高校创新人才培养目标的提出与实践[J].苏州大学学报（教育科学版），2017，5（4）：20-27.

[4]王洪才.论大学传统教学与大学创新教学[J].苏州大学学报（教育科学版），2017，5（4）：10-19.

[5]李国强.工程结构荷载与可靠度设计原理（第4版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[6]钱晓钫.超高层建筑风荷载数值模拟及试验研究[D].重庆：重庆大学，2010.

[7]杨忱.基于数值风洞模拟的超高层建筑风荷载特性研究[D].武汉：华中科技大学，2016.

[8]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范：GB50009-2012 [S].北京：中国建筑工业出版社，2012.8.1.1条、8.3.1条、8.3.2条，对应条文说明.

[9]中华人民共和国住房和城乡建设部.高层建筑混凝土结构技术规程：GB50009-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.4.2.1条-4.2.4条，对应条文说明.