思維導圖在“混凝土結構設計原理”課程教學中的應用

王英俊，杜書廷，朱葉

（1.許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000；2.河南開放大學建筑工程學院，河南 鄭州 450046）

“混凝土結構設計原理”是我校土木工程、道路與橋梁等專業學生最先接觸的專業基礎課程。該課程的研究對象為不同荷載組合作用下鋼筋混凝土梁、板、柱構件截面內力設計與校核及裂縫寬度和撓度計算，其基本公式是根據試驗研究結果做出基本假定后推導得到的半理論半經驗公式。此外，該課程與現行各種設計規范、工程實踐緊密相連，致使該課程具有信息量大、概念多、計算公式多、符號多、經驗系數多、構造規定多等特點，導致該課程既難教又難學，處于“兩難”階段，且該課程教學質量的優劣也直接影響后續專業課程的學習。因此，如何提高本課程教學質量是目前亟需解決的問題。

在信息化快速發展的今天，以適應我國現階段土木工程專業人才培養目標和社會需求為導向，結合現代化教學工具，以激發學生學習興趣、提高教學效率為目的進行教學方法改革。以“混凝土結構設計原理”課程[1]中鋼筋混凝土梁正截面性能與設計為例，探討該課程的教學方法。

1 思維導圖分解教學內容

思維導圖是一種全方位的視覺和圖解思考工具[2-3]，不僅可以組織自己的思想，也可以通過筆記的形式組織別人的思想[4]。近年來，將思維導圖用于土力學理論和試驗教學過程中[5]，以豐富的圖像組織教學內容，以圖文結合的形式吸引學生的注意力，達到了預期的教學目的。將思維導圖用于英語課程等教學過程中，也取得了良好效果[6]?，F本文將其用于“混凝土結構設計原理”課程教學過程中，鋼筋混凝土梁正截面性能與設計的思維導圖如圖1所示。

圖1 鋼筋混凝土梁正截面性能與設計思維導圖

從圖1中可以看出，本章內容分為6部分，共12 學時。其中，第1、2 部分為試驗研究及試驗結果分析；第3、4、5 部分為計算公式在工程中的應用；第6 部分為對本章內容的總結。在每一部分主分支中都配有相應研究內容的圖片，并通過分支細化該部分的主要內容，將其清晰地展現在學生面前，可讀性強、邏輯關系明確。如第5部分中的T形截面梁，主要包括T 形截面梁的應用范圍、受壓區有效翼緣寬度的確定、T 形梁的分類、基本計算公式及在實際工程中的應用。

2 教學過程

近年來，隨著網絡信息技術的發展，學習通、雨課堂、微助教、UMUI、藍墨等網絡教學平臺的出現方便教師上傳課件、資料及講課視頻，學生可以利用碎片化時間隨時隨地進行學習。根據本課程的特點，采用傳統教學+PPT 為主、網絡教學為輔的教學模式，實現其創新發展。針對不同的教學內容采用不同的教學方法，通過以下教學實例進行說明。

2.1 課前導學

通過超星學習通提前發布本節課的思維導圖、PPT 課件及國內外先進工程案例等相關資料，分配相關任務。教師可查看學習通中每個學生的學習情況，不僅能隨時掌握學生的學習動態以及激發學生學習的積極性和主動性，又能使學生接觸國內外先進的學術思想，提高自身專業素養，從而極大地提高教學效率。

2.2 試驗研究教學

試驗研究教學是將整個試驗室現場操作程序直觀、清晰地展現在理論課堂的一種教學方法。整個教學過程為先繪制思維導圖，分析試驗方案及測試內容，然后分析試驗結果并總結試驗規律，最后做出基本假定，推導基本公式并提出適用條件。以單筋矩形截面梁正截面受彎承載力試驗研究為例，思維導圖如圖2 所示。在圖2 中可知該部分內容分為兩方面，第一部分為單筋矩形截面梁正截面試驗研究，第二部分為單筋矩形截面梁正截面受彎承載力分析。在第一部分中，試驗方案制定和測試內容均可由PPT 講解，將試驗過程中構件的受力過程和破壞形態做成三維動畫視頻，一邊播放視頻或動畫，一邊講解，兩者完美結合，把學生從抽象思維帶到感性認知，使其愉快、輕松地理解、掌握這些知識。第二部分為試驗結果的整理階段，即根據試件受力過程和試驗現象做出基本假定，推導公式適用條件，可由PPT 講解。在PPT 的講解過程中，可以按需設置問題，引導學生進行思考，最后得出結論。

圖2 單筋矩形截面梁試驗教學思維導圖

2.3 理論教學

在試驗教學研究的基礎上進行理論教學，單筋矩形截面梁正截面受彎承載力的思維導圖如圖3 所示。從圖中可知，單筋矩形截面梁正截面受彎承載力由五部分內容組成，即基本計算公式、公式中參數意義、適用條件、計算步驟和工程應用。在基本計算公式中，第一個基本方程為對受拉鋼筋形心求距得到的單筋矩形截面梁正截面最大受彎承載力，第二個方程為對受壓區混凝土合力作用點求距得到的單筋矩形截面梁正截面最大受彎承載力。在參數意義中，參數αs為截面抵抗矩系數，參數γs為受拉區鋼筋合力作用點到受壓區混凝土合力作用點間的距離，即內力臂系數，這兩個參數均與相對受壓區高度ξ有關，可歸結為一個參數的兩種不同應用。在適用條件中，不僅限定了此公式的適用范圍，還蘊含了適用條件以外的計算方法，即超筋梁和少筋梁正截面受彎承載力的計算，具體計算方法見工程應用部分；計算步驟部分分為設計和校核兩種情況，工程應用部分為對計算公式設計和校核兩種情況的實際應用，針對每種情況，均有不同的解題步驟，比如，設計時出現少筋梁情況，這時取最小縱筋配筋截面面積即可，校核時出現超筋梁情況，這時取最大相對受壓區高度計算該梁最大受彎承載力即可。

圖3 單筋矩形截面梁理論教學思維導圖

針對上述每一步驟，可采用PPT+板書的教學模式，將關鍵詞列在黑板上，通過PPT展示內容，思路清晰，條理清楚。

同理，雙筋矩形截面梁、T 型梁正截面受彎承載力計算公式講解也可采用上述授課方法，此處不再贅述。

2.4 復習課

經過上述學習，本章內容學習結束，進入課程復習階段?！兜赖陆洝分姓f：“授人以魚，不如授人以漁”。因此讓學生自己繪出整章內容的思維導圖，不僅引領學生重溫知識點的內容，還可以查漏補缺、擴散思維并進行創新。在這張思維導圖中，不僅需要標出本章所有知識點，而且也要標出每個知識點中的主要內容，且主要內容用關鍵詞而不是短語或句子來表示。這張思維導圖可以將整個知識網絡串聯起來，形成“從厚到薄”的過程，以受彎構件正截面性能與設計為例，見圖4 所示；隨著對每一個知識點進行擴展，又形成“從薄到厚”的過程，以雙筋梁受彎承載力為例，見圖5 所示。在“厚-薄-厚”的總結和學習過程中，學生會發現不同知識點之間的相互聯系、相互區別，分清課程內容的主、次關系，把握學習的重點，理清學習思路。同時，還可以激發學生對知識進行主動探索、主動發現和主動建構的興趣，培養其獨立思考問題的能力和發散性思維的創作。

圖4 受彎構件正截面性能與設計思維導圖

圖5 雙筋矩形截面受彎承載力計算思維導圖

經過對本章知識的匯總及剖析，學生已經掌握和理解了教學內容，然后利用多媒體圖片展示混凝土結構的實際現場以及相關構造措施，給出工程實例，讓學生運用所學知識進行剖析和相互討論，教師進行糾正和評判。這樣，將理論知識與實際工程融會貫通，使得理論學習、工程實踐和規范規定相聯系，豐富知識體系，提高教學效率，達到預期教學目的。此外，討論過程中還可以培養學生的思維能力及解決問題的能力，從而為后期的學習和工作奠定堅實的知識基礎。

3 思維導圖教學優勢

思維導圖作為學習的一種工具，在課堂效果、教學質量和學習效益等方面起到了較好的積極作用，它有以下兩方面的優勢：

學生根據自己所繪制的思維導圖有利于尋找知識的核心內容，然后進行思維能力的創新與發散，提升自身的總結能力，不僅能確保教育質量與教學效果，還可切實提高大學生的專業能力；

大力引導學生使用思維導圖做課堂筆記，不僅可以開闊自身視野，還可以及時發現學習中的不足，調整學習方案，達到更好的學習效果。

4 總結

使用思維導圖建構知識網絡，將離散的知識點串聯起來，從整體上把握知識的重點、難點，掌握學習方法，實現自主學習，提高學習興趣；

針對不同的教學內容采用不同的教學方法，教學思路靈活，學生學習興趣較高，達到了教學的預期目的；

思維導圖在復習課中的使用，不僅使課程知識“從厚到薄”，也可以“從薄到厚”，將繁多凌亂的知識點相互貫穿起來，知識體系更加清晰直觀，能培養學生的創新能力及發散思維能力，提高學生的核心素養。