土木类“结构设计原理”课程教学团队的改革与实践

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  摘要:本教学团队以“科研促教学,改革促发展”的建设方针,以“人才培养质量为根本,学科建设为龙头,教学改革为动力,师资队伍建设为核心,课程建设为纽带,学科、科研课题为支撑,师资队伍在数量、质量、结构等方面不断改善和优化”的思路进行建设,取得了以国家级教学成果奖、国家级精品课程、国家级实验教学示范中心、国家级特色专业为标志的一系列高水平建设成果,形成了一支由国家级教学名师带头、老中青搭配、专业职称和知识结构合理、教学水平高、科研能力强的高素质专业国家级教师团队。
  关键词:结构设计原理;教学团队;团队建设
  作者简介:杨美良(1967-),女,湖南湘阴人,长沙理工大学土木与建筑学院,教授;张建仁(1957-),男,湖南湘阴人,长沙理工大学土木与建筑学院,教授。(湖南 长沙 410014)
  基金项目:本文系高等学校本科教学质量与改革工程国家级教学团队、国家级精品课程建设的研究成果。
  中图分类号:G642.0     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2011)01- 0076-02
  
  一、团队建设的宗旨及特色
  1.团队的宗旨
  土木工程专业“结构设计原理”课程教学团队被批准立项国家级教学团队建设以来,按照高等学校本科教学质量与改革工程国家级教学团队建设任务书的要求,以本科教学为主,以全面发展的人才观、注重特色的质量观和以人为本的教育观为宗旨,以学科建设为龙头,以教学改革为动力,以师资队伍建设为核心,以课程建设为纽带,以学科、科研课题为支撑,通过建立有效的团队合作机制,使师资队伍在数量、质量、结构等方面不断改善和优化,全面提高了土木工程专业学生的结构设计能力。
  2.团队的特色
  (1)以全国优秀教师为代表,构建了结构合理、素质精良的高水平教学团队。团队成员老中青结合,以中青年优秀骨干教师为主体,团队带头人张建仁教授为国家级教学名师、全国优秀教师。经过多年的积累,形成了一支由教学名师带头,知识结构、年龄结构、职称结构和学缘结构合理的高素质、高学历、阵容较强的土木工程专业“结构设计原理”课程教学师资队伍。
  (2)以国家级教学成果奖,国家级、省级精品课程为核心,构建了教学成果丰硕的教学团队。经过多年的课程教学改革与建设,取得了丰硕的教学成果。近5年,收集和制作了桥梁动画20余部,收集典型工程结构和桥梁照片数千张,建立了“结构设计原理”课程教学网站,获得国家级教学成果二等奖2项,省级教学成果一等奖1项,国家级精品课程1门。
  (3)以国家级实验教学示范中心等为平台,构建了工程实践能力和科技创新能力强的教学科研团队。团队以土木工程国家级实验教学示范中心、教育部“一般本科院校土木大类高素质应用型人才培养模式创新试验区”为平台,大力开展科学研究,服务交通行业与地方经济建设。通过科研与科技服务,提高工程实践能力和科技创新能力,有效促进了教育教学改革,提高了教学质量,改善了教学条件。
  二、团队建设的改革与实践
  1.课程教学改革
  (1)根据土木工程人才培养的知识结构和能力结构要求,构建 “两层次、两渗透、三融合”的课程结构体系。根据交通行业科技进步和技术规范修订情况及教研教改研究成果,适时调整、改进和更新教学内容,有力地促进了科研成果和教学成果进教材、进课堂,教学内容体现了课程的基础性、前沿性和创新性。本课程知识结构分为“两层次”:一是理论基础层,包括钢筋混凝土和预应力混凝土结构所用材料的力学性能及结构设计的基本原则,这是贯穿整个课程的基础知识,是学习该课程的基层知识结构;二是工程基础层,包括各类钢筋混凝土构件及预应力混凝土受弯构件的承载力设计知识和正常使用状态下的验算方法,如构件的破坏形态、受力特征、承载力极限状态下力学模型的建立、承载力计算公式的推导及工程应用,正常使用极限状态的各项验算与计算,是课程学习的核心内容。在教学过程中注重“两渗透”,即教学中渗透工程应用内容和创新内容,以培养学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索和创新精神。在这个知识体系中实现“三融合”,即专业基础知识与专业知识相融合,理论教学与实践教学相融合,工程技术与实际操作相融合。
  (2)优化课程教学内容,构建“基本理论+工程实践、实际操作+工程设计、知识拓宽+创新应用”的知识结构体系。土木工程专业“结构设计原理”课程结构层次分明,按“讲授设计基本知识—引入设计理念—体验设计过程—寻找最优设计”的思路,由浅入深地展开课程学习、设计实践,是一个完整的、层次分明的从理论到实践的知识结构体系。
  “结构设计原理”涵盖了大土木中房屋建筑结构、水工结构、桥梁隧道等工程结构的设计理论。课程教学内容上按“精、新、宽、用”原则优化。“精”—精简陈旧过时或者重复的教学内容;“新”—增加新材料、新结构、新技术内容;“宽”—拓宽课程的专业知识面;“用”—突出应用、实践和创新。如教学中精简容许应力法,增加可靠度设计理论、钢—混凝土组合构件、体外预应力混凝土梁等新结构内容。将目前应用较广的新型设计理念、新型桥梁结构和新的施工方法等引入课程教学,利用多媒体教学手段加大课堂教学的信息量,并适当补充桥梁景观设计、桥梁美学等内容。
  按照上述建设思路,通过教研与改革实践,构建了“基本理论+工程实践、实际操作+工程设计、知识拓宽+创新应用”的课程教学体系,该体系体现了师生的互动性、内容形式的生动性、思维能力培养的创新性特点。
  (3)以现代教育理念为指导,运用多种教学方法,优化教学模式,提高教学质量。对于重点、难点内容,进行课前预习引导,提出问题,使学生课前预习有目的性和针对性。讲授中,对重点、难点部分放慢节奏,观察学生的反应,及时调整。课后复习主要要求学生进行教学内容的分析、对比和总结,设置课后定期答疑制度。为帮助学生学习,在教案编写上,每一章设置了内容提要和小结,将一章的重点、难点及规律性问题进行归纳。在教学中,改变传统的“以教师为中心”的“填鸭式”教学模式,代之以启发式、双向互动式、自学讨论式、研究式等“以学生为主体,教师为主导,能力培养为主旨”的主动式教学模式;将传统教学方式与现代教育技术相结合、将理论教学与实践教学相结合,在传统的讲授、提问、作业、考试等教学方法的基础上,引入课堂讨论与交流、多媒体教学、网络教学与辅导、学生研究训练等现代教学理念,增加课堂教学的信息量,加强师生互动,引导激发学生自主学习和通过实验(实践)研究探索,培养学生的动手能力、实践能力与创新能力,改善教学效果。
  2.实验教学或实践性教学
  根据培养工程实践能力突出的高素质应用型人才的专业定位,紧密结合科研和工程实践,提高学生工程结构设计能力和创新能力。
  (1)实践教学与理论教学分类规划,单独考核。为适应新时期培养目标的需要,重新修改了“结构设计原理”教学大纲,针对不同专業方向提出了不同的要求:土木大类中桥梁工程方向课程设计两周,岩土工程方向课程设计一周;建筑工程方向混凝土结构课程设计两周,所有方向均开设毕业实习和毕业设计17周。这些实践教学以“独立设课、单独考核、分段实施”的原则运行。
  (2)开展实验教学内容体系改革,提高学生结构设计能力。为加强实践环节,独立开设了钢筋混凝土受弯构件正截面、钢筋混凝土受弯构件斜截面的受力破坏实验(各4课时),钢筋混凝土柱的受压实验(4课时)。实验单独开设在“土木工程结构试验”课程中,充分发挥实验教学在人才培养中的作用。
  (3)科研丰富并促进实践教学,精心设计实践教学环节。土木工程专业“结构设计原理”课程根据其理论性、技术性和实践性强的特点,在重视理论教学的基础上,注重工程实践教学,精心设计实践环节,加强和优化课程实验、课程设计和课程实习等实践教学环节,紧密结合科研、生产实际,深入交通基础设施建设第一线,开展工程现场实训,着力培养学生结构设计能力。
  长沙理工大学(以下简称“我校”)为交通部“公路工程试验检测甲级资质”单位,特别是2008年桥隧专项资质的获得,为学校建立高水平的桥梁工程实习基地提供了有利条件。
  (4)充分利用现代教育手段,全面开放实验室,鼓励自主实验。在教学实践中,尝试虚拟实验与实际实验相结合。为了合理地利用实验资源,对于一些贵重的实验仪器设备或操作程序烦琐的实验项目,采用虚拟实验与实际实验结合的教学方法,既为学生提供了现场了解这类仪器设备和开阔视野的机会,也为学生准备了详细了解其结构、原理和进行虚拟仿真操作的网络平台。
  在实验教学中,坚持“育人为本”、“学生为主体”,实现实验时间开放、内容开放、仪器设备开放。实验教学的自主实验模式以自填实验课表、自选实验项目、自定实验内容、自拟实验方案、自带实验课题为基本特征。对于设计性、创新性和工程实践性实验,学生接受指导教师给定的设计任务和要求,面向实验任务,从预习(资料收集、拟定实验方案、熟悉仪器)、准备与调试实验仪器设备到进行实验、提交实验报告,主要由学生自主完成,强调学生实验过程的“自我训练”,培养学生分析问题与解决问题的能力。
  (5)加强技能培训,拓展第二课堂。开展公路工程试验检测技术等专业技能培训,提高学生的工程实践技能,增强就业竞争力。拓展第二课堂,开展结构模型设计大赛、实践技能大赛、“挑战杯”科技创新竞赛,引导学生自觉提高实践和创新能力。
  3.资源建设
  (1)图书资料(包括网络期刊)充足。国内外最新教材和经典教材基本齐全,每年投入到图书资料的经费约80万元;网络电子期刊资源包括:Nature,Science,APS全文数据库,Elsevier Science数据库(全文),Springer数据库(全文),中国期刊网(全文)等。
  (2)实验室与实习基地建设成效显著。2003年,“桥梁工程实验室”立项为“湖南省高校重点实验室”。2007年纳入中央与地方共建高校专项资金特色优势学科平台建设项目。道路工程实验室1999年通过评审被列为交通部重点实验室,2005年教育部评审,批准为“省部共建教育部公路工程重点实验室”(桥梁疲劳与动力实验室为该实验室的4个分实验室之一)。2008年,教育部批准“土木工程专业实验教学中心”为国家级实验教学示范中心。
  (3)课程建设成绩斐然。“结构设计原理”课程已建成为国家级精品课程。另外,还配套建设了试题库、教学素材库、课件库、工程实践案例库以及试验数据库等一批高水平的教学资源库。
  4.网络教学
  本团队建立了网络化的教学和实验室管理信息平台。课程教学大纲、多媒体课件、预习指南等都以网页的形式上传到国家精品课程的教学平台,实现网上辅助教学和网络化、智能化管理。教学过程中,精心制作和合理使用了图文并茂的多媒体课件和视频录像,增强实验讲解的直观性、扩大课堂信息量。
  三、 团队建设已取得的成果
  1.教学成果丰硕,教学效果好,课程体系建设卓有成效
  “结构设计原理”2007年被评为国家精品课程,团队成员主编了《结构可靠度理论及其在桥梁工程中的应用》及其他各类教材13本;近5年公开发表教研教改论文14篇,完成教研教改课题6项,获省部级以上教学成果奖8项,国家教学成果二等奖2项。
  2.紧密结合实践,以科研反哺教学,促进团队建设
  近5年来,团队成员共承担国家自然科学基金项目7项,交通部西部科技攻关等省部级项目15项,以及一大批地方和行业的纵横向科研项目,年科研经费2000余万元;共取得国家科技进步奖2项(其中主持1项),省部级科技进步奖15项,公开发表科研论文300余篇,有60多篇论文被SCI、EI、ISTP收录。研究成果提升了教师的学科研究水平,丰富了教学内容,促进了团队建设。
  3.实验教学平台和实习教学基地建设成果斐然
  经过数十年的努力,实验室建设取得了令人瞩目的成就。团队拥有“湖南省高校重点实验室、交通部重点实验室、国家级实验教学示范中心、湖南省高校优秀教学实习基地、交通部甲级试验检测资质、桥隧专项甲级试验检测资质”等,已成为集教学、实习、实践、科研和社会服务于一体的实践教学基地。
  4.理论教学与实践教学有机结合,创新人才培养模式,学生结构设计能力大大提高
  2001年开始,学院每年组织一次结构模型竞赛和力学竞赛。团队老师大部分担任了模型设计的指导教师。2008年,2006级隧道工程专业韩涛等同学的研究项目《结构模型最大荷重比的探索研究》获国家大学生创新性实验计划,在湖南省第二届、第三届结构模型大赛中,我校学生获一等奖2项。2007年,在全国第六届周培源大学生力学竞赛中获二等奖1项,2008年、2009年在湖南省各项竞赛中共获一等奖近20項。通过竞赛,提高了学生的设计兴趣、动手能力和创新能力。
  
  参考文献:
  [1]杨美良,张建仁,等.“结构设计原理”精品课程的教学研究与实践[J].中国电力教育,2008,(2):79-80.
  [2]杨美良.混凝土结构课教学探讨[J].交通高教研究,1997,(2):4-5.
  (责任编辑:刘俊卿)
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