结构设计原理教学过程中的学生创新能力培养探究

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摘要：结构设计原理是土木工程专业的一门重要专业课程，既有较强的工程概念又有系统的科学理论。我国土木工程建设事业日新月异的发展对本专业学生提出了更高的要求，在教学过程中应进一步激发和培养学生的探索欲望和创新精神。从学生的主体性、探索性专题教学、工程案例教学以及课程设计教学等方面探讨了结构设计原理的教学方法，取得了良好的教学效果。

关键词：结构设计原理；主体性；创新能力；案例教学；专题教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）11-0122-02

近年来，我国土木工程建设进入了高速发展的新时期，工程建设的投资与规模日益扩大，结构新材料和新体系不断涌现并得到广泛应用，工程建设的难度和创新性不断提高。[1]这给土木工程专业学生的专业素质提出了更高的要求，学生在学好传统基础理论知识的同时，还要不断补充新的知识，更重要的是要提高综合分析能力，增强发散性思维素质，具备创新精神。在这一重要的历史时期，如何提高学生分析解决问题的能力以及创新精神，是土木工程专业教学的重要任务。本文结合长沙理工大学结构设计原理课程群的教学实践，以国家级精品课程和国家级精品资源共享课为实践平台，融知识传授、能力培养、素质提高为一体且协调发展的教学体系，对教学过程进行改革，探索以培养学生分析解决问题和创新探索精神的教学新模式。

一、以学生为主体，培养学生的创新精神

高等学校的教育过程是培养大学生完整的主体性高度发展的教育活动。研究表明，大学生主体性的发展，以其生理和心理品质发展的成熟程度，可以分为三个阶段：低年级――“接受性学习”为主阶段；中年级――“接受性学习”向“发展性学习”的转变期；高年级――“发展性学习”为主阶段。对于土木工程专业的学生而言，一般在三年级时安排结构设计原理课程，这时学生已处于高年级阶段。高年级大学生的主体性地位非常突出，其主体性已有相当发展，他们在此阶段的学习主要是以发展性学习为主。发展性学习是突出超越已有知识的学习，其实质就是学生自主性、能动性、积极性、创造性的发挥。[2]

因此，笔者采用“启发引导、自主学习、重点精讲、专题讨论”，以学生为主体的主动型教学模式。具体教学方法是：课前列出教学内容中的要点，提出相应的问题供学生进行预习和思考；学生对教材内容开展自主学习，分析老师所提出的要点，并归纳学习过程中所遇到的问题；课堂教学过程中对学生存在疑问的内容进行精讲，重点吃透科学问题来源、公式原理的推导以及例题的演算；设计探索性专题供学生独立思考、推导，在此基础上安排课堂讨论，并外延至本领域前沿研究成果。主动型教学模式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起来，加强了教学中的启发性、探索性和研究性。

二、设计探索性专题，加深学生对理论的理解

结构设计原理是土木工程专业的一门重要专业课程，是该专业中工民建、桥梁、道路、岩土及隧道等方向学生将来从事工程设计、施工和管理工作所必须的专业技术基础知识。该 课程的教学内容包括材料性能、设计方法、各类构件的受力性能（弯剪压拉扭）及计算方法和配筋构造等，涉及内容非常广泛。因此，该课程非常适合设计一些探索性的专题，通过这些专题的学习和探讨，不仅能巩固学生理论知识，加深对基本概念、计算方法、推导过程的理解，同时还能帮助学生理解各部分内容的关系，激发学生对书本未涉及知识的探索欲望，培养学生的创新精神。

以受弯构件正截面承载力计算中的压区混凝土等效矩形应力图形为例，[3，4]一般教科书中给出的计算图式如图1所示，以图1（a）所给出的混凝土应力应变曲线为基础，推导出等效矩形应力图形的合力以及作用点位置。而在介绍材料的力学性能时，教材给出了几种不同的混凝土受压应力应变关系曲线，包括图2（a）给出的更符合实际情况的应力应变曲线。因此，在讲授这一部分内容时，可以安排学生尝试采用图2所给出的计算图式开展推导，并比较计算结果与图1的有何不同。可以看出，这样的探索性专题不仅能帮助学生掌握等效矩形应力图形的概念和推导过程，同时还融合了材料力学性能的内容，使学生从孤立的章节学习转换为各部分内容的融合贯通，培养了探索与创新精神。结构设计原理课程内容非常广泛，能够设置探索性专题的内容很多，可根据学生的兴趣和教学计划进行合理安排。

三、结合工程案例，培养学生工程实践能力

案例教学法是根据教学目标的需要，以案例为基本素材，将学生带入特定的事件情景中，进而分析和解决问题，其最根本的内容就是案例的选取和使用，这也是案例教学区别于其他方法的关键。结构设计原理作为土木工程本科教学中重要的专业基础课，案例教学是教学过程中的重要内容。

在结构设计原理教学中运用案例教学法，能更好地调动学生学习的积极性和创造性。教师通过深入挖掘现实工程具体的案例，激发学生的学习积极性，引导他们通过自己的观察、思考、分析、选择、领悟去获取知识，并把所学的知识运用于实践。首先，设置与课程的基本教学内容紧密相关的案例，案例必须符合教学目标的要求，以保证师生间围绕案例所进行的活动是有效的，案例必须符合客观实际，反映实际工程常规做法，能揭示有关混凝土结构设计的原理，[5]结构设计原理案例教学中案例的选择与设置应遵循真实性、典型性、规范性、启发性和实用性的原则。

其次，教师应在平时的教学、科研以及工程实践过程中注重收集各种国内外土木工程方面的技术资料，紧跟本学科前沿知识，掌握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，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，激发学生的兴趣，引入到课程的教学中，启发学生思考。在案例教学的过程中，教师应引导学生运用相关的知识，大胆进行思考和积极参加小组的讨论。尤其是最大限度地发挥小组讨论的作用，因为它并不是简单地再现个人的准备过程，而是通过成员积极的参与，将学习提升到一个更高的水平，并使学生学会相互间的协作与交流。

四、加强课程设计过程的指导与管理

课程设计是对课程的一次重新学习，是结构设计原理课程教学的重要环节，是将学习内容有机联系起来的纽带，通过课程设计，可以提高学生处理实际问题的能力。同时，课程设计是土木工程专业毕业设计的先导，好的课程设计可以有效地提高毕业设计的质量。笔者认为应将实际工程面对的具体问题加以简化，从中取出部分内容作为课程设计的内容，这样可以充分激发学生的兴趣，保证课程设计的质量，使学生通过设计对课程的内容有一个全面的了解，更好地提高教学质量。

对于土木工程专业的桥梁方向，目前，结构设计原理的课程设计主要是“钢筋混凝土简支T梁主梁设计”。笔者所在教学团队发现存在如下问题：设计题目比较单一，不够灵活，学生的选择性较小；课程设计中，部分学生只是简单地照搬设计样板，或抄袭其他同学的设计，不能深刻理解设计原理；施工图绘制的深度不够，图面质量较差。针对这些问题，笔者对课程设计教学的命题、教学进行了改进。

首先，对结构设计原理课程设计命题进行改进。结构设计原理课程设计的命题一直比较单一，而实际上结构设计原理课程所包含的内容很多，如受弯构件、受扭构件、受压构件、预应力混凝土结构以及圬工结构等。同时，随着科学技术水平的发展，各种新结构、新材料不断涌现，为了适应时代对土木工程专业人才的需求，也需要与时俱进，使课程设计的命题多样化、工程化和时代化。

其次，对学生阐述课程设计题目的目的、意义和内容，深入剖析命题的内涵，使学生有一个良好的开端，避免一开始就产生畏难情绪，尽快进入设计工作状态。课程设计一般持续1周至2周的时间，在这一过程中，应进一步加强对学生的管理和指导，对于计算书的撰写，应要求规范统一，使之养成严谨的工程素养。另一方面，应鼓励并要求学生使用AUTOCAD等软件绘制相应的图纸，为毕业设计和以后的工程设计与施工工作打好基础。

五、结语

结构设计原理课程是理论性高、实践性强的专业课程，教学过程中应加强理论与实际的联系，使学生掌握结构设计原理的设计方法和原理，培养学生的工程结构意识，提高学生的综合素质和创新能力，为专业素质的养成打下坚实的基础。

参考文献：

[1]袁建波，郑健龙.普通本科院校应用型人才创新能力培养研究[J].高等工程教育研究，2008，（2）：137-140.

[2]胡弼成.高等教育学[M].湖南：湖南人民出版社，2010.

[3]叶见曙.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2008.

[4]张建仁，刘小燕. 结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，

2011.

[5]毕重，聂淼鑫.《混凝土结构设计原理》的案例教学[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2008，10（6）：131-134.（责任编辑：王意琴）