面向中外学生的混凝土结构教学实践与思考

严加宝 丁 阳 崔 健 宗 亮 石运东 罗云标 苏俊省

摘  要：该文分析“一带一路”倡议背景下留学生混凝土结构教学面临的国际化教学挑战，传统的混凝土教学模式在国外留学生加入教育背景下亟需改进。该文首先分析天津大学土木工程系留学生构成比例及混凝土教学所面临的不同国家混凝土设计规范差异，分析作者所教授的混凝土结构设计和全英文高等混凝土结构等课程特点，并提出加强课程思政、丰富教学方法、重视实习基地、因材施教调整教学内容和多重考核方式的课程教学措施。以期达到提升混凝土教学质量，提升中外学生培养质量，增强中外学生人才培养素质，助力我国“一带一路”发展建设。

关键词：混凝土教学；高等混凝土；土木工程；混凝土结构设计；留学生

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）10-0019-05

Abstract： This paper analyzed the faced international teaching challenges of reinforced concrete structures in the background of "the Belt and Road" Initiative， and the traditional teaching methodology of reinforced concrete structures is required to be improved. This paper firstly analyzed the different components of international students of Department of Civil Engineering in Tianjin University and the differences in different design codes of different countries for the reinforced-concrete-structure teaching， analyzing the characteristics of the taught courses of Reinforced Concrete Structure Design and English course， Advanced Reinforced Concrete Structures， proposing the teaching methodologies of enhancing curriculum ideology and politics， enriching teaching methods， emphasizing practice base， adjusting multi-purpose teaching contents， and using multiple assessment methods. These measures aim to improving the teaching quality of reinforced concrete structures， improving the quality of Chinese and foreign students' training， enhancing the quality of Chinese and foreign students' talent training， and help China's "the Belt and Road" development and construction.

Keywords： teaching of the course of Concrete; Advanced Reinforced Concrete Structures; civil engineering; Design of Reinforced Concrete Structures; international students

自2013年習近平主席提出“一带一路”倡议以来，共建“一带一路”得到国际社会高度评价与热烈响应[1-2]。我国提倡的开放合作、互利共赢发展理念深受“一带一路”国家好评，日益深入人心。在此背景下，越来越多国外留学生包括“一带一路”沿线国家留学生到中国留学，留学生人才培养日益成为我国高校人才教育的重要组成部分[1-3]。在留学生教育方面，土木工程等基建类专业是留学生选择较多的专业之一。混凝土结构课程作为高等院校土木工程系研究生教学重要的核心课程及课程体系组成部分发挥着重要作用，在从事混凝土、钢-混凝土组合结构等相关领域研究的留学生及研究生培养中发挥至关作用。因此，有必要针对中外学生特点进行课程建设与改革。

本文基于对中外学生课程教学实践，对于高等混凝土结构全英文及中文课程教学建设进行探讨，为土木工程专业留学研究生教育教学质量提升提供建设思路及思考。

一  天津大学土木工程系留学研究生生源组成及混凝土教学现状

（一）  天津大学研究生留学生生源分布

截至2023年，天津大学建筑工程学院在校留学研究生144名，其中土木工程系留学研究生103名，平均每年30名左右，在校研究生国籍统计如图1所示。图1指出，天津大学土木工程系留学研究生多来自“一带一路”沿线国家，主要生源地区为东南亚、北非、东非、西亚及中亚地区。在混凝土结构分析设计方面，上述地区多采用美国混凝土协会（American Concrete Institute）规范ACI 318-14[4]及欧洲标准化委员会（CEN）制定的欧洲规范Eurocode 2[5]，部分国家采用英国混凝土规范BS 5950[6]。美国混凝土协会规范ACI 318-14具有较高的国际化程度，于2003年经过ISO认证并成为国际标准，被中东、东南亚、中南美洲等地区所广泛采纳。欧洲规范Eurocode 2除被欧盟加盟国所采纳外，在北非、西亚、中亚等地区也有广泛应用。而我国混凝土结构设计分析采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》国家标准[7]。因此，广泛的国际生源分布及生源国所采用不同的混凝土结构设计分析规范的差异给留学生混凝土教学带来差异，更进一步给留学生人才培养带来一定挑战。因此，在课程建设时应充分考虑留学生源国混凝土结构设计规范差异，并调整相应混凝土课程教学内容。

（二）  国内外混凝土规范简单比较

本文将从术语、混凝土强度、构件承载力计算几个方面，详细比较中国混凝土规范GB 50010—2010、欧洲规范Eurocode 2及美国规范ACI 318-14异同点。

首先，欧洲规范Eurocode 2[5]从专业术语方面将材料及构件强度进行明显区分，设计材料强度层面，英文单词采用“Strength”，构件强度则用“Resistance”，例如抗压强度为“Compressive strength”，受剪承载力为“Shear resistance”。中国规范GB 50010—2010[7]与欧洲规范Eurocode 2[5]的该专业术语非常类似，例如我国规范同样对材料与构件力学性能加以区分并分别采用强度及承载力。而美国规范ACI 318-14[4]对材料及构件强度均不加区分而采用“Strength”，例如混凝土抗拉强度“Tensile strength of concrete”，混凝土梁受剪承载力“Shear strength of reinforced concrete beam”。因此，在教授 “一带一路”沿线不同国家留学生全英文混凝土结构相关课程时必然遇到专业术语学习障碍。因此，有必要对留学生进行专业术语背景介绍及术语统一。笔者在实际教学中统一采用欧洲规范Eurocode 2及我国GB 50010—2010规范术语，避免留学生在学习过程中遇到困惑。

其次，各国规范對材料强度定义存在一定差异。以混凝土抗压强度为例，欧洲规范Eurocode 2[5]采用立方体抗压强度（边长为100或150 mm）及圆柱体抗压强度（直径×高度为150 mm×300 mm）；美国规范ACI 318-14与Eurocode 2基本相同采用立方体抗压强度（边长为100 mm）与圆柱体抗压强度（直径×高度为100 mm×200 mm）。中国规范GB 50010—2010[7]则略有不同，采用立方体抗压强度（边长150mm）与棱柱体抗压强度（长度×宽度×高度为150 mm×150 mm×300或450 mm）。尽管不同试块强度可通过换算关系公式进行转换，但仍然存在一定差异。因此在教学中需对留学生进行说明并进行强调，不能盲目套用公式。

最后，在构件承载力方面，由于各国规范采用不同的设计思路，因此设计公式也存在较大差异[8]。以不配受剪箍筋混凝土板受冲剪承载力为例，欧洲规范Eurocode 2[5]计算公式规定如下

由上述各国规范计算公式可见，中国规范GB 50010—2010[7]，欧洲混凝土规范Eurocode 2[5]，以及美国混凝土规范ACI 318-14[4]在计算混凝土板受冲剪承载力方面具有较大差异。欧洲规范考虑了纵向配筋率对抗冲剪承载力的影响，而美国规范及中国规范均忽略该影响。此外，上述各国规范在剪切角、冲剪应力及剪切控制面周长上具有一定差异。此外，上述国内外混凝土设计规范在混凝土构件正截面受弯，以及斜截面受剪、受压、受压弯等在混凝土构件承载力方面具有一定的差异。因此，在留学生混凝土教学中应充分重视不同国家规范存在的差异，在课程教授中要做到全面。

二  课程建设改革探讨

（一）  课程简介

天津大学土木工程系混凝土结构设计课程主要面向土木工程专业建筑工程方向本科生[9]，每年选课学生为90人左右，其中留学生约占10%～20%。混凝土结构设计课程学时共48学时，于大三下学期开设。主要内容包括结构设计入门、梁板结构设计（结构布置、单向板肋梁楼盖、双向板肋梁楼盖、无梁楼盖、楼梯和雨蓬）、单层厂房排架结构设计（单层厂房结构设计基本知识、结构构件类型与选型、排架结构的内力分析和构件设计）和框架结构设计（框架结构设计的基本要求、内力及位移计算、内力组合及截面设计、框架结构构造措施和多层框架结构基础设计）等内容。

天津大学土木工程系全英文高等混凝土结构课程主要面向土木工程专业、水利水电工程、港口海岸与航道工程和船舶与海洋工程4个专业留学生的专业建设需求。课程共计32学时，学生选课人数每期15～20名留学生。课程主要内容包括课程简介、建筑材料、塑性设计分析方法、混凝土构件受压弯承载力及分析方法、混凝土构件受剪及受扭承载力及分析方法、拉压杆模型和塑性绞线法及条带法等。

（二）  中外学生混凝土教学课程异同点

1  混凝土结构设计课程特点

1）偏实践，与混凝土结构原理课程结合紧密。

2）对基础课程要求高。混凝土结构设计课程对相关基础课程具有较高要求，需熟练掌握混凝土结构原理、结构力学、地基基础，以及混凝土结构相关设计规范。

3）知识点多，逻辑性弱。混凝土结构设计课程围绕设计开展，过多构造设计及规定削弱了课程逻辑性。

4）与中国规范联系紧密，与国外设计规范联系少，留学生学习相对吃力。

2  留学生全英文课程高等混凝土结构特点

1）偏理论，重方法。该课程侧重于留学研究高等混凝土结构分析方法，理论内容较多，侧重培养硕士研究生混凝土结构分析研究能力。

2）学生基础参差不齐。由于“一带一路”沿线国家教育发展水平存在差异，学生学习基础存在较大差异。

3）规范多样性。“一带一路”沿线国家混凝土设计规范存在较大差异，欧洲规范Eurocode 2，美国规范ACI 318-14，英国标准BS 5950，及中国规范GB 50010—2010。

4）文化差异、时差。在新冠感染疫情期间，多采用线上上课的方式，存在较大时差，给线上教学带来一定困难。

5）成绩考核。线上教学增加课堂纪律管理难度及课程考核难度。

基于上述课程特点，在新的留学生教育背景下，由此有必要开展课程建设，对教学方法进行改革。

三  主要教学方法

图2为主要教学方法逻辑关系图。具体教学方法介绍如下。

（一）  加强混凝土结构教学课程思政建设

高度重视混凝土结构设计课程思政建设，并在教学中积极实践。教学中以家国情怀、民族复兴激励学生，在教学中加入中国对世界大型工程贡献，明确混凝土结构在上述重大工程中发挥的作用，厚植学生爱国情怀教育。同时使学生明确我国虽是工程大国但还不是工程强国；明确学生未来使命，培养具有家国情怀、担当民族复兴大任的社会主义建设者和接班人。通过课程思政教育，学生普遍反映对世界混凝土结构发展前沿，以及我国发展现状有了普遍了解，并明确学习目标，树立自己的学习观、职业观。

针对留学生全英文课程，将课程思政融入教学全过程。首先，课程中融入中国在土木工程基础设施领域取得的成就，例如，三峡大坝、港珠澳大桥、大兴机场等。充分体现“中国建造”辉煌成果。其次，介绍中国学者及天津大学土木工程系学者在结构工程领域及混凝土结构领域取得的领先成果。最后，课程中介绍中国企业在混凝土结构领域参与的世界级工程等内容。通过课程思政，德育引领，使留学生了解中国建造、认识大国工程、理解中国、热爱中国，彰显中华民族科学自信和文化自信，培养两国友好交流使者。

（二）  丰富教学方法

传统的混凝土教学方法主要采用课堂讲授、板书、实物模型、作业和讨论相结合的传统式教学方法。讲授混凝土结构相关重要公式时直接在黑板上推导设计原理中的重要公式，增强学生的理解和记忆。通过课下作业的完成巩固学生对课堂内容的理解。除传统混凝土教学手段外，重点建设电子教案、教学课件、数字混凝土结构和网络课程的现代多媒体辅助教学方法[10]。在教学课件方面：大量的实际工程和最新形式的混凝土结构工程案例；充分利用课程教学国际交流网络平台，增加教学中热点问题交流讨论，了解国外大学土木工程专业混凝土结构课程教学情况，使学生面向前沿、面向未来。

（三）  重视实习基地的作用

天津大學建筑设计规划研究总院有限公司每年承担大量的科研、设计、生产任务；具有不同形式混凝土结构工程的图纸、资料。同时校外的大型实习基地的认识实习和生产实习亦增强了学生对混凝土结构的认识、设计及分析能力。混凝土结构设计及高等混凝土结构课程等对实践具有较高的要求，因此，实习基地在混凝土教学中发挥重要作用，应加以重视利用。

（四）  因材施教，调整教学内容

针对混凝土结构设计选修学生中优秀 “茅以升班”学生，考虑其由土木工程、水利水电工程、港口海岸与航道工程和船舶与海洋工程4个本科专业优秀学生组成，该班实行个性培养、制度激励、注重实践和全面强化等特色的培养管理模式。针对“茅以升班”课程设置方面强化力学、打通建筑工程领域各专业基础、开展“通才”培养的教育模式，课程组制订了专门的教学计划和教学内容，以保证培养满足建筑工程领域专业大类发展需求的拔尖创新型工程人才的目标。

在高等混凝土结构教学中，针对留学生不同基础，以我国规范及国外规范为指导的基础上，注重讲授力学基础、受力机理、分析方法，重点阐述设计和分析方法背后机理，涵盖不同规范对受力机理、承载力计算所考虑因素及设计公式原理，弱化规范系数、符号及相关构造的要求。同时，为进一步强化知识理解，选取合适的中英文参考教材及文献，方便学生学习理解，加深学生学习效果。在研究混凝土构件受压弯、受剪及受扭承载力及分析方法时，引入中国规范GB 50010—2010、欧洲规范Eurocode 2、美国规范ACI 318-14以及英国规范BS 5950等中外规范设计基础，并通过实际设计案例对比不同规范设计结果，重点讲述采用不同规范引起分析结果差异，加深留学生学习印象。此外，高等混凝土结构具体讲授过程中，考虑部分国家留学生基础薄弱的情况，在教学方法上进行增加知识广度、降低内容深度、增加案例实际操作步骤介绍和对重点知识要点进行回顾复习，调动留学生学习主动性等措施，培养学生学习兴趣，增强教学效果，提高留学生高等混凝土结构教学质量。

（五）  重视能力培养，丰富考核方式

本科生混凝土结构设计课程着重培养学生面向实践解决问题的能力，因此在课程考核方面以课堂出勤（10%）、大作业（40%）、期末考试（50%）相结合的方式。尤其重视大作业的设置，该课程共设置五次大作业，分别为肋梁楼盖、楼梯、雨蓬、单层厂房排架结构和平面框架结构设计等内容，基本涵盖混凝土结构中关键结构设计，培养学生动手及实践能力。此外，该课程期末考试为开卷考试，考试题注重所学混凝土结构知识综合应用能力，侧重知识点理解与应用，避免知识点照抄即可得分现象，注重解决问题能力考核。

留学生高等混凝土结构课程则采取更加丰富的考核方式，课程考核方面包括课堂出勤（10%）、课后作业（20%）、小组作业（10%）、期中考试（10%）和期末考试（50%）。其中，课后作业涵盖五个内容知识点，即弹塑性设计分析方法、混凝土构件受压弯承载力、混凝土构件受剪及受扭承载力、拉压杆模型及塑性绞线法。小组作业为拓展高等混凝土知识内容，以两名同学为一组共同完成，作业内容在前沿课题中任意选择一个，选题广泛，部分选题例如：①对比中、美、欧混凝土设计规范对比；②新型高性能纤维混凝土原理、基本性能及学术前沿；③碳纤维加固混凝土结构；④高性能混凝土结构及其设计方法。期末考试则侧重综合能力题，解决混凝土结构分析问题。最终成绩则按上述分析加权平均得到。

四  结束语

本文面向中外学生的基础不同及混凝土结构教学特点，探索基于我国和国外不同混凝土标准体系下的混凝土结构教学实践，依托混凝土结构设计及高等混凝土结构课程，探索面向中外学生的混凝土结构教学方法。探索出以课程思政为引领，以学习方法、实习基地、改革内容和考核方式为抓手，全面探索面向中外学生的混凝土结构教学方法，旨在培养学生混凝土学习、实践能力，提升中外学生土木工程专业培养质量，增强中外学生人才培养素质，助力我国“一带一路”倡议发展建设。

参考文献：

[1] 侯晓萌.“一带一路”背景下混凝土结构英文课程教学改革[J].教育教学论坛，2021（36）：97-100.

[2] 侯川川.面向“一带一路”国家留学生的混凝土结构教学研究[J].房地产世界，2022（6）：43-45.

[3] 王代玉，姜洪斌，周威.混凝土结构全英文课程在线教学改革探讨[J].教育教学论坛，2022（49）：58-61.

[4] ACI. Building Code Requirements for Structural Concrete：  ACI 318-14 [S]. Farmington Hills， American Concrete Institute，2014.

[5] CEN. Design of Concrete Structures：Eurocode 2[S].Brussels， Belgium，2004.

[6] Part 3：Code of practice for design and composite construction，structural use of steelwork in building：BS 5950[S].London：British Standard Institution，1990.

[7] 混凝土结构设计规范：GB 50010—2010[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011.

[8] 石程程，马颖，罗国杰，等.国内外不同规范对弯剪破坏钢筋混凝土墩柱的受剪承载力计算比较[J].水利与建筑工程学报，2016，14（5）：20-25.

[9] 张晋元，芦燕，韩庆华.土木工程专业本科毕业设计创新与实践[J].高等建筑教育，2016，25（1）：162-166.

[10] 徐礼华，池寅，刘素梅，等.基于MOOC的混凝土结构课程混合式教学设计与实践[J].高等建筑教育，2022，31（5）：118-125.