輔修土木工程專業課程教學困難調研與對策
——以混凝土結構課程為例

張 穎， 夏風敏， 薛慧中

（山東建筑大學 土木工程學院，山東 濟南 250101）

近年來，為滿足新時代國家和社會建設對交叉型高等人才的需求，通過雙學位教育培養合格的具備跨學科專業知識的復合型人才已成為重要的模式之一，并得到廣泛實踐［1］。工程領域內，將土木工程專業作為第二學位輔修的學生多來自建筑學、工程造價和工程管理等交叉度相對較高的專業。有效掌握土木工程專業知識有助于學生理解和應用專業知識，正確處理土建結構與主修學科之間的關系，深刻理解交叉學科之間的內在聯系。

土木工程是一門實踐性很強的學科，以工程力學類科目為基礎，要求學生掌握結構設計和施工等相關知識，具備解決工程問題的能力［2］?；炷两Y構、鋼結構和砌體結構等專業課程不僅注重學生對理論知識的理解和掌握，而且重視實踐能力的培養［3］。針對這類理論與實踐并重型課程，為了獲得良好的教學效果，近年來已提出了多種改革方案［4-6］，例如：將仿真分析動畫和工程應用實例引入課堂、采用助教制度和雙語教學、鼓勵學生參與科研項目和創新競賽，以及結合國家規范條文要求進行講授等。然而對于輔修學生，這類專業課程不僅要求高、難度大，學習時間需與主修課程協調是最主要的挑戰，因此常規的課堂教學模式不完全適用于輔修專業課程教學。目前針對輔修土木工程專業課程的教學調研非常少，也缺乏相應的改進對策供參考。為了在有限的授課時間內進一步提高輔修專業課程的教學質量，以土木工程專業核心教學內容混凝土結構為例，對輔修課程教學狀況進行調研，充分考慮輔修學科特點和學生學習中的困難，有針對性地提出了改進對策和教學建議。這些對策也適用于鋼結構、砌體結構和基礎工程等理論與實踐并重型專業課程的輔修課程教學。

一、輔修土木工程專業課程教學困難調研

混凝土結構課程包括混凝土結構原理和混凝土結構設計，其任務是使學生掌握鋼筋混凝土結構和構件的基本理論和設計方法，培養學生的計算分析、概念設計及解決實際工程問題的能力。課程共9 學分，包括118 學時理論教學、6 學時試驗課程和為期兩周的課程設計。對2018—2020 三年混凝土結構輔修課程教學期間的學生學習情況和遇到的困難進行調研，具體內容包括學生主修專業分布狀況、已修科目學習狀況、課堂學習狀態、學習難點分布及重修情況等。調研發現主要存在以下問題。

（一） 主修學科分布范圍廣，學生基礎差別大

對三年間共計105名輔修土木工程專業的學生的主修學科進行統計，結果如圖1所示。學生分布于20余個主修專業和班級，主要來自工程管理專業，占比接近20%，其次為工程造價專業、機械類專業和材料類專業，均超過10%，文科類專業占比最少。土木工程專業與工程管理、工程造價專業的學科融合度高，對于主修專業學習和未來就業或進一步深造具有促進作用，因此最受學生歡迎。該類專業與土木工程專業有較多相同或接近的基礎課程，如工程制圖、工程材料、材料力學、結構力學和建筑結構等，選擇輔修土木工程專業的難度相對較低。而工商類、信息科學類，以及其他理科專業、文科類專業與土木專業交叉內容較少，相近的專業基礎課較少，學生學習難度較大。調查發現，這些專業接近一半學生在輔修過程中由于課業繁重、難度大而無法堅持到最后；因此建議大一主修學科成績位于專業前20%且學有余力的學生選擇輔修，且主修專業同為大土木類的學生學業相對較輕松。

圖1 學生主修專業分布狀況

（二） 學習時間緊張且難統一，學生課業重

輔修學生須在主修專業完成前修完所有輔修課程，才能同時拿到主修和輔修專業學位證書，因此相當于在相同修學年限內完成普通學生兩倍的學習量。而輔修課程教學只能安排在不同專業學生的公共課余時間。對2020—2021 第1 學期輔修土木工程專業學生的課余時間進行調研，結果如圖2 所示?？梢钥闯?，學生主修專業幾乎涵蓋所有正常上課時間，公共課余時間僅剩少量正常上課時間、周末和寒暑假。如何充分利用公共的主修課余時間進行輔修課程教學，并在其余非統一課余時間安排好課下學習是輔修課程安排的難點。調查還發現，由于學生主修專業不時會安排集中實習和課程設計等實踐活動，輔修課程出勤率在80%左右，遠小于常規課程出勤率；因此，如何給缺課的學生補課，使其趕上教學進度也是需要解決的問題。

圖2 學生上課時間分布狀況

（三） 單次課時長，師生易產生疲勞

為了不全部占用師生的假期時間，周末和寒暑假的輔修課程通常采用半集中模式，即單次課時為4 學時。以混凝土結構原理為例，該課程共76 學時，為了不與主修課程期末考試時間沖突，通常需要在14 周內完成全部教學任務，平均每周安排6 學時，一般每周末安排一次4 課時教學。若單純進行理論授課，第3 節課時部分學生便出現注意力不集中的現象，第4 節課時學生和教師均明顯疲勞，學生接受能力下降，高強度的授課也對教學質量產生一定影響；因此，對于混凝土結構這類理論和實踐性較強的課程，如何改進授課方式保證連續4 節課的高質量教學，是需要解決的另一個問題。

（四） 學生成績分布偏低，重修難度大

2018—2020 年（2017—2019 級）輔修學生的混凝土結構期末考試成績分布如圖3 所示，可以看到，成績普遍偏低，平均成績僅64.5，不及格率高。此外，缺考人數占比較大，表明放棄輔修學生較多。不及格學生在課程重修時，由于學習任務更加繁重，往往仍難以及格。而且由于已修科目成績偏低，基礎不夠扎實，導致后續課程的學習難度加大，如此形成惡性循環，更有甚者慢慢喪失學習信心，中途放棄輔修，甚至影響主修課程的學習；因此，如何安排好不及格學生的重修學習，提高其學習自信心，鞏固好已修課程，是需要解決的又一個問題。

圖3 期末考試成績分布狀況

（五） 實踐應用能力差，職業責任感不足

混凝土結構課程中設有試驗項目和課程設計，主要鍛煉學生的動手能力和工程應用能力，這兩項單獨考核。除此之外，期末考試中設置基本概念、理論理解和綜合計算三類題目，主要考查學生對于理論知識的理解和應用能力?；炷两Y構原理注重基礎知識理解，采用閉卷形式考核；混凝土結構設計注重專業知識應用，采用開卷形式。對單獨考核項及各類題目的得分率進行統計，如圖4所示?？梢钥吹?，輔修學生對于試驗課程、課程設計、基本概念和理論理解類題目掌握較好，得分率均超過60%，但是對于綜合計算掌握較差，得分率僅50%。試驗課程和課程設計作為實踐環節，相對更加生動，學生參與度高、興趣大，考查結果表明學生對該類題目掌握較好。在理論課學習中，基本概念題相對簡單，采用填空和簡答題型進行考核；理論理解和綜合應用是主要考查內容，采用簡答和計算題的方式進行，分數占比最大。試卷得分分布狀況表明，大多數學生能夠正確理解相關理論，但工程思維還較欠缺，靈活和綜合運用理論知識的能力缺乏，遇到稍微復雜的工程問題時往往無法正確解讀并運用相關理論進行綜合分析。綜合計算類題目得分率較低的另一個原因為學生細心程度不夠，考慮問題不夠全面或計算過程中出現差錯。此外，個別學生抱有及格便好的心態，對于難度較大的綜合計算題產生懈怠心理，放棄解答或者隨便做做了事；因此，如何提高學生綜合運用理論知識解決實際工程問題的能力，并培養學生的職業責任感，也是亟待解決的問題。

圖4 不同類型知識得分率分布狀況

二、輔修土木工程專業課程教學改進對策和建議

與常規土木工程專業課程教學相比，輔修學生來源于不同主修學科，學習基礎不一致、課程教學時間異常緊張、學習困難更大，為此，對理論與實踐并重型輔修專業課程的授課方式提出改進對策和教學建議。

（一） 教學過程中加強工程實踐應用能力培養

調研發現，學生對于綜合應用類計算題掌握較差，而混凝土結構課程對于實踐能力要求非常高，學生在理解理論知識的同時，還需要掌握材料、施工、構造等工程實踐知識［7］；因此，教學過程應更加注重如何將理論知識運用于解決實際問題，合理安排理論講解和實踐練習時間，適當加強例題講解和課后習題訓練。此外，在講解過程中還應合理引入工程應用實例，根據工程背景提出問題并提升至理論層面，最后解決工程問題，使理論知識學有所需，學有所用。例如，在連續4節課堂授課中，前3節用于理論知識講解，最后1節可通過例題講解回顧剛學到的知識以及進行習題訓練，抑或進行工程應用實例和工程事故講解，加深學習效果。

此外，針對學生在考試時逃避綜合應用類題目的問題，可以對該類題目設置獨立的及格線，單獨考核，從而提高學生對實踐應用能力培養的重視程度，督促學生運用理論解決工程實際問題。

（二） 結合工程案例和動畫視頻講解增加趣味性

由于輔修課程單次課時長，學生和教師難以保持注意力長時間高度集中。針對該問題，在講解前可引入計算機仿真動畫、試驗視頻和工程案例，讓學生圍繞如何解決問題去聽課，從而激發學習興趣，保持注意力高度集中。例如：利用有限元軟件模擬結構加載過程，并將計算結果做成動畫展示；播放彎、剪、壓、扭等基本受力構件的試驗加載視頻，以及汶川地震中大批量建筑倒塌［8］、福建泉州欣佳酒店施工坍塌事故［9］、佛羅里達公寓整體倒塌事故［10］、紐約世貿中心雙子塔連續倒塌事件［11］等一系列結構破壞案例。

此外，為了提高學生的學習興趣，也可將教學樓和周邊建筑中的梁、板、柱等結構構件作為工程實例進行講解，使書本知識更加立體、形象。

（三） 利用網絡資源和課程錄播提供復習資料

輔修學生的主修專業實習或課程設計等集中實踐環節有時與輔修課程教學時間沖突，落下的課程難以通過自學完成。部分輔修學生第二專業基礎偏薄弱，甚至前期力學類基礎課程出現不及格現象，導致混凝土結構課程學習難度加大。此外，學生預習和復習時間不充足，單純利用課上時間難以完全吸收和消化；因此，推薦慕課、智慧樹、b站等網絡平臺相關學習資源供學生自習，查漏補缺，通過不同教師的授課加深對新知識的理解和記憶。例如：同濟大學顧祥林教授在慕課平臺上主講的混凝土結構原理國家級精品課程和山東建筑大學混凝土結構教學研究室在智慧樹平臺創建的混凝土結構原理線上課程均是學生課后學習的寶貴資源。此外，還可在課堂上通過騰訊課堂同步錄制，讓請假的學生利用課余時間自學，趕上教學進度。

（四） 通過工程案例講解加強職業責任教育

土木工程建設活動中蘊含著引發社會矛盾的潛在風險，由工程質量不佳引發的群體事件屢見不鮮，因此在教案設計中應融入適當的情感價值等思政教學目標［12］。將思政元素有機融入專業課堂教學，是土木工程專業教師的新挑戰［13］。調研發現，輔修學生對于實際工程問題考慮往往不夠全面或者計算過程中出現低級錯誤，一方面反映了基礎知識不夠扎實，另一方面也反映出學生的態度不夠認真；因此，應更加注重思政教學，并設法將其融入專業課程教學過程中。例如：在理論教學中引入工程事故案例，向學生展示建筑結構的設計和施工質量關乎人們的生命財產安全，任何一個微小失誤都可能導致嚴重的后果，以此培養學生嚴謹端正的治學態度，加強學生的職業責任感教育。此外，在授課過程中還要引入《混凝土結構設計規范》中的相關規定和要求，使學生熟悉結構工程師在實際工程設計時應遵循的標準，明確其職業責任。

（五） 選拔優秀研究生作為助教隨時答疑解惑

一方面輔修課程課堂學習時間緊張，幾乎每節課均有學生請假，且學生基礎偏薄弱；另一方面主講教師一般工作較忙，難以保證隨時為學生答疑解惑或為請假學生補課。針對這一問題，除了借助網絡平臺和課程錄播外，還可選拔部分優秀且有興趣的在讀研究生擔任課程助教，及時解答學生在學習過程中遇到的問題，協助主講教師進行習題訓練和作業批改。通過擔任助教可以有效鍛煉學生的表達和溝通能力，加深對專業知識的理解。

此外，在調研過程中還發現，輔修學生公共課余時間少，但多數學生的晚自習時間仍有空閑，因此可以充分利用這部分時間由助教進行課后習題訓練和講解?？紤]學生之間的學習差異，可不考核出勤率，僅對在學習中遇到困難的學生進行輔導。

（六） 改進后輔修專業課程教學方式總結

針對輔修學科特點和學生學習中遇到的困難，對混凝土結構等理論與實踐并重型專業課程的教學提出了一系列改進對策和建議，改進后的教學步驟如圖5 所示。圍繞某一知識點，首先引入工程應用實例和工程事故案例，據此提出相關工程問題，并進行思政教育；然后通過試驗課程（條件不允許時可采用試驗視頻或虛擬仿真動畫）使工程問題理論化；再通過幻燈片結合板書進行理論知識講解和計算公式推導，并針對理論運用進行計算例題講解，推薦相關網絡學習資源；最后通過習題訓練和問題討論完成理論知識到工程實踐的轉化。

圖5 改進后課堂教學方式

三、輔修專業課程改進后的教學案例

以混凝土結構原理第四章受彎構件正截面承載力計算的第一部分內容單筋矩形截面受力性能和承載力計算為例，介紹輔修專業課程教學改進的實施方案。本節涉及混凝土結構中第一種主要受力構件的分析和計算，是后面其余類型受力構件學習的基礎，共8 個學時，包括5 個學時理論講解、2學時試驗課程、1學時習題課，總學時數與常規土木工程專業課程學習時長一致。教學內容和方式如圖6所示，主要教學步驟如下。

圖6 教學方案示意圖

第一節課：以教學樓為例，與學生討論建筑物中哪些基本構件是受彎構件，并將施工現場梁、板的鋼筋布置和做法通過幻燈片進行展示，使學生了解其一般構造。將鋼筋混凝土梁受彎加載的破壞和應力發展過程（伴有力-位移關系曲線發展）做成動畫，作為引入該章節理論學習的基礎，然后對每一破壞階段進行解讀，使學生初步掌握適筋梁正截面受彎的受力特點、受力過程及破壞形態。

第二節課：將借助網絡搜集的受彎構件破壞案例整理并展示，討論破壞產生的原因，并由事故案例后果引出職業責任教育。通過幻燈片講解混凝土保護層、截面有效高度和配筋率等概念和作用。將少筋梁、適筋梁和超筋梁的破壞過程做成動畫進行展示，使學生掌握三種破壞形式的破壞特征和形成條件。

第三、四節課：學生在老師的指導下分組進行試驗加載，觀察試驗現象，并進行試驗數據記錄和處理，撰寫試驗報告，直觀掌握受彎構件破壞類型和破壞過程。

第五節課：詳細講解適筋梁各受力階段和受力特征，隨時對實驗課中觀察到的試驗現象進行提問，加深理解和記憶。

第六節課：通過幻燈片以單筋矩形截面為例，進行正截面承載力計算依據和基本假定講解，并結合板書推導承載力基本計算公式。

第七節課：通過幻燈片推導承載力計算公式的適用條件。采用板書進行例題講解，使學生掌握如何將計算公式運用到工程問題的解決中，鞏固所學理論知識。

第八節課：復習該章節的重要概念、理論和計算公式，并討論教材［14］中相關思考題和練習計算題，強化所學知識。

授課過程中錄制視頻，并推薦慕課同濟大學和智慧樹上本校教師講授本節課程的網址和視頻，方便學生復習及請假學生自學，同時每周一節晚自習由助教對缺課和學習有困難的學生進行輔導。

四、結語

本文對輔修土木工程專業課程教學狀況進行調研發現，輔修學生來源于多個主修專業，學習時間異常緊張且難以統一，使得輔修課程教學比常規教學更加困難。針對調研中發現的單次課時長師生易疲勞、學生已修課程基礎偏弱、實踐應用能力和思政教育欠缺、學生重修難度大等問題，提出了以下改進對策和教學建議。

（1）針對輔修專業學生綜合應用能力偏弱的缺點，教學過程中需加強實踐應用和計算能力培養，合理安排理論授課和習題訓練時間；可以在試卷中單獨設置應用類題目及格線，督促學生加強該部分學習。

（2）為充分利用輔修課程課上學習時間，激發學生的學習興趣，提高學生的注意力，教師在理論知識講解時應更注重生動性，可以結合相關試驗和仿真動畫視頻進行講解，加深學生理解和記憶。

（3）針對輔修學生專業基礎偏弱和無法保證出勤率的問題，可結合慕課和智慧樹等學習平臺的網絡課程講解，或錄制授課視頻供學生課后復習。采用助教制度為學生答疑解惑和學業輔導。

（4）除正常試驗課程和課程設計外，還可借助網絡文獻資料進行工程應用實例和工程事故案例講解，提高學生將理論知識轉化為分析問題和解決問題的能力，并培養其職業責任感。