土木工程道桥方向混凝土结构设计原理课程设计教学改革探索
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作者:秦世强 康俊涛
摘要：混凝土结构设计原理是土木工程专业一门重要的专业基础课，包含理论教学、课程设计、实验教学三个部分。其中，课程设计是对理论知识的综合运用，也是从理论知识向实验教学的过渡。文章以武汉理工大学土木工程专业道桥方向混凝土结构设计原理课程设计为例，介绍了课程设计在选题设计、具体执行和考核过程中的一些教学改革措施，培养学生解决复杂工程问题的能力，实现土木工程专业人才培养目标。
关键词：道桥专业;结构设计原理;课程设计;实践课
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）14-0158-03
混凝土结构设计原理是土木工程专业一门重要的专业基础课，该课程主要介绍混凝土和预应力混凝土结构的设计计算基本原理和构造特点，具有较强的理论性和实践性[1-4]，学生在刚接触这门课时存在一定的困难。这门课的教学内容主要包括理论教学、课程设计和实验教学三部分内容，课程设计是对课程理论知识学习的一次回顾和检验，也是让学生在实验教学之前对结构构造特点有初步的了解，因此，课程设计作为一门独立的实践课，是对理论课程的很好的补充。对于土木工程道桥方向，课程设计部分通常要求学生在一周内完成一座钢筋混凝土或预应力混凝土空心板简支梁桥的一块中板（中梁）的设计，并绘制中板（中梁）的一般构造图和钢筋图。通过课程设计能够有效地锻炼学生解决复杂工程问题的能力。然而，在教学实践过程中，由于课程设计任务量大，加之学生在同一时段需要完成其他课程的课程设计，而且课程设计内容与后续的桥梁工程课程设计存在一定的重复性，导致混凝土结构设计原理的课程设计的实际效果并不是很理想[5]。为了解决这一问题，本文以武汉理工大学土木工程专业道桥方向为案例，通过对课程设计现状分析、选题设计，以及课程执行过程把控和考核方式改革，探索了混凝土结构设计原理课程设计教学改革方法，从而培养学生解决复杂工程问题的能力。
一、课程设计现状分析
混凝土结构设计原理是一门实践性很强的专业基础课，而课程设计正是这种实践性的体现。课程设计通常要求学生完成具有一定工程背景的结构构件设计和验算，是对课程知识的一次综合运用。然而，限于课程设计的时间、工作量、执行过程和考核方式等因素，目前，课程设计并未达到预期效果，主要存在以下几方面的问题。
1.课程设计时间紧、任务重。混凝土结构设计原理课程设计处于大三上学期期末，通常为一周时间;同时间段，还有钢结构课程设计、道路勘测设计等其他实践课。在具体执行过程中，不同课程的课程设计会相互挤压，严重影响学生在混凝土结构设计原理课程设计中的实际投入时间;而课程设计的工作量通常比较大，无时间保障很难完成。以本校道桥方向为例，混凝土课程设计安排在第20周内完成，而实际提交时间往往会延后3—4天。这一方面要求教师对学生投入的有效时间进行监督;另一方面，在课程设计工作量上，也要保证大部分学生在规定时间内能够完成。
2.课程设计存在抄袭现象，且与后续桥梁工程课程设计内容有重复。对道桥方向而言，该课程设计通常都是完成一座混凝土简支梁桥的配筋计算和验算，这与后续的桥梁工程课程设计存在一定的重复性。另外，若设计相同的题目，会导致学生之间相互抄袭;若设计完全不同的题目，则指导教师的批阅工作量较大。因此，如何合理设计课程设计的题目，并与后续桥梁工程课程设计内容进行有效区分，是保证混凝土结构设计原理课程设计教学质量的关键因素。
3.课程设计考核目标不够量化，导致部分学生对成绩有异议。课程设计作为一个实践课，通常采用五级制进行评分，往往考核不够量化。这一方面使得学生在做课程设计过程中，不知道朝着什么方向努力;另一方面可能导致一些学生成绩与其态度、课程设计的付出不成正比，影响学生的积极性。如何通过成绩客观地反映每位学生的态度、计算书和图纸成果质量，仅仅依靠教师批阅还不够，需要对课程设计的考核方式进行调整和改进。
通过上述分析可以看出，混凝土结构设计原理课程设计时间紧、任务重，通常很难达到预期教学目标，而课程设计作为一个实践性强的课程，恰恰能够很好地锻炼学生解决复杂工程问题的能力，符合当前工程教育认证的理念[6]。因此，需要对课程设计的选题、执行过程和考核方式进行改革，改善当前存在的问题。
二、选题设计
为了保证学生在规定的时间内能够完成课程设计，同时避免学生之间的相互抄袭，课程设计题目的设计较为重要。一方面，应做到一生一题，防止学生全过程抄袭;另一方面，题目设计时可以考虑4—6个学生分为一组，让同组学生的题目类似，使得同组学生之间可以相互讨论。具体说明如下。
1.课程设计题目应类似而不雷同。首先，根据混凝土结构设计原理理论部分成绩将学生分组，4—6人为一个小组，其中成绩优秀、中等、较差的学生各1—2名。其次，同组学生的题目应类似，但不能雷同。以混凝土简支空心板为例，要求一组的学生完成标准跨径的钢筋混凝土空心板简支梁桥的一块中板的设计和验算，同组学生可以调整的设计变量包括：计算跨径、混凝土强度等级、板宽和内力组合设计值。其中，同一小组的不同学生题目应至少有两个设计变量不同，如表1所示，同一小组的学生均做钢筋混凝土空心板的设计，但每个学生的设计变量不相同。这样，同一小组之间的学生计算内容基本一致，可以相互讨论和促进，同时也避免了学生之间的相互抄袭。
2.工作量应适中，且与后续桥梁工程课程设计内容有所区分。混凝土结构设计原理的课程设计主要是让学生完成结构构件层面的设计，主要内容包括配筋计算、验算和绘图;而桥梁工程课程设计主要定位为结构层面。在这样的定位区分之下，混凝土课程设计只要求学生完成一块中板的配筋计算和验算，并完成中板的一般构造图和钢筋图，因此中板的内力值可以直接给出，通用图里的截面形式也可以直接给出，让学生参考，湿接缝和横隔板也不用包含在混凝土课程设计内。以混凝土空心板为例，学生完成的内容包括：纵向受拉钢筋计算（第三章）、腹筋设计（第四章）、斜截面抗剪强度和斜截面抗彎强度验算（第四章）、主梁裂缝宽度和变形验算（第九章）、中板的一般构造图和钢筋图绘制（AutoCAD）。实践表明，多数学生能在一周的时间内完成上述课程设计内容，且与后续桥梁工程课程设计有所区分。 三、課程设计执行过程改革
在明确课程设计题目内容之后，如何保证在一周内完成设计内容是关键。总体的原则是让学生投入更多的时间，教师参与更多的指导。对于混凝土课程设计这种实践性较强且工作量较大的课程，若由学生在宿舍自己找时间完成，会导致多数学生均无法按时完成的现象，因此必须对学生投入课程设计的时间进行制度保障。首先，将每天分成两个时间单元，学生在规定的时间单元需要在固定教室做课程设计，严格考勤制度，若缺勤三次及以上，认定课程设计不及格。考虑到混凝土课程设计在学期最后一个教学周，且该教学周未安排其他任何课程，并且每天的晚上学生可以自主安排，因此，这种考勤制度具备实施的可能且不至于过于严厉。其次，指导教师每天应至少到教室答疑1次，了解学生的进度。在课程设计具体执行过程中，学生主要经历的阶段包括熟悉和查阅资料（1天）、配筋计算和验算（2.5天）、计算说明书整理（1天）、绘图（2天）以及答辩（0.5天）;教师的主要的工作包括题目释义、答疑、参加答辩、批改并给定成绩。图1给出了学生和教师在课程设计完成过程中的路线图。
四、课程设计考核方式改革
课程设计考核方面，最终成绩仍可以采用五级制，但要尽可能对考核指标进行量化，让学生知道如何做就能够拿到优秀。具体说明如下：首先，采用小组互评的方式，体现学生对课程设计成果的认知。所谓小组互评，是指在答辩前不同小组之间的学生交换设计成果，检查设计过程是否存在错误，若能够找到对方计算书或图纸的错误，则考虑该项分值;而被找到错误的学生在修正错误后不扣分。由于学生在小组互评时刚刚完成一个类似的计算过程，因此也许更容易发现计算错误的地方，同时，被找到错误的学生经过修改，也能对相应的内容有更好地理解和掌握。小组互评分计入最终成绩，能够充分调动学生的积极性。其次，在答辩过程中采用教师提问、学生回答的形式，只需要携带图纸和计算书的电子版，无须制作答辩PPT，重点考查学生对课程设计内容（如构造、计算过程、图纸规范性）的掌握情况，避免答辩流于形式。答辩占总评成绩的30%。最后，尽可能量化各项评分指标。以图纸规范性为例，制定错误数量和类型并重的扣分规则，让学生知道如何绘制好图纸。整个课程设计在答辩后2天内完成最终成果提交，由指导教师评定最终成绩。
五、结语
通过对混凝土结构设计原理课程设计的现状分析，阐述了当前混凝土课程设计存在的一些问题。由于课程设计是整个课程体系的重要组成部分，需要通过一些教学改革措施来解决存在的问题。本文从选题设计、执行过程把控、考核方式等三个方面，探索了道桥方向混凝土课程设计的一些教学改革措施，为达到课程设计教学目标、培养学生解决实际工程问题的能力提供参考。
参考文献：
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Abstract：Concrete Structure Design Principle is an important fundamental course of civil engineering specialty.It is composed of three parts，which are theoretical teaching，course design and experimental teaching.Among the three parts，course design is comprehensive application of theory knowledge as well as a transition from theoretical part to experimental part.Taking the course design of Concrete Structure Design Principle of civil engineering major in Wuhan University of Technology as an example，this study introduces the teaching reform measures regarding topic selection design，course design process and assessment method.These teaching reform measures can cultivate students' ability to solve complex engineering problems，and achieve the goal of training professionals in civil engineering.
Key words：road and bridge specialty;structure design principle;course design;practical course
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