高層建筑結構設計課程的教學改革與實踐

安靜波等

摘要：文章分析了高層建筑結構設計課程教學改革的現實背景，提出了在“模塊化”教學改革中高層建筑結構設計的“工程能力定位”，分析了構建“高層建筑結構設計”模塊的基本思想和內容，闡述了“高層建筑結構設計”模塊的教學規劃與實施；教學過程中應重視有關設計規范的闡釋，從理論學習、自主學習、實踐設計等多方面加強對學生的考核。

關鍵詞：教學改革；高層結構設計；工程能力；考核

中圖分類號：G6420；TU355 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2014）02004403

一、高層建筑結構設計課程教學改革背景

（一）“模塊化”教學改革

合肥學院2008年提出“模塊化”教學的新思想，2009年“模塊化”教學開始在部分專業實施，現在已經取得了初步成效。“模塊化”教學新思想的主要內涵是：根據專業的工程特點，分析、確定專業工程能力，再將抽象的專業工程能力具體化為能力要素，再對能力要素進行優化組合形成能力單元，然后以各個能力單元組織與其相對應的知識單元構建形成“模塊”，通過若干個相關模塊的有機搭配構成“模塊化”教學體系。模塊就是圍繞著學生應具備的特定的“工程能力”來組織相關知識的一種“能力—知識”體，“模塊化”教學是將傳統的“以知識輸入”為導向改變為“以能力輸出”為導向的一種教學活動，通過合理安排各模塊的教學活動，完成應用型人才培養的全過程。

（二）卓越工程師教育培養計劃的實施

2010年中國提出并實施《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》（以下簡稱《綱要》）。為落實《綱要》，2011年教育部提出了《卓越工程師教育培養計劃》（以下簡稱《計劃》；《計劃》強調培養學生的工程能力和創新能力，把培養學生的“工程能力”作為中國高等教育改革的方向。合肥學院是國家第一批實施《計劃》的單位，土木工程專業是合肥學院實施卓越工程師教育培養計劃的專業之一。“結構設計能力”是土木工程專業能力的一個重要組成部分，“結構設計能力”包括工程力學分析與計算能力、結構分析與計算能力、

工程結構設計實現能力，其中工程結構設計實現能力是結構設計能力中最重要的能力，學生掌握高層建筑結構設計知識是具備工程結構設計能力的重要體現。這種以能力為主導構建教學體系的教學改革思想符合《綱要》、《計劃》的教育改革方向。

（三）行業應用型人才要求

隨著國家經濟的發展，土建行業對人才的要求特別是對學生工程素質的要求越來越高，既具有完備知識結構，又具備較強“工程能力”的畢業生綜合競爭能力強，是企業歡迎的人才。

（四）高層建筑結構設計課程教學狀況

高層建筑結構設計課程是土木工程專業的重要專業課之一。高層建筑結構設計課程涉及的前置課程主要有：結構力學、工程荷載、混凝土結構設計原理、工程結構抗震、土力學及基礎工程等[1]。該課程具有知識跨度大，概念多，計算公式多，計算量大，結構性態定量、定性要求多等特點。照搬學術性高校的教學目標、教學模式，必然存在“學生難學”、“教師難教”的問題，

學生的工程能力與行業的要求也將存在很大的差距，教學效果會很不理想，因此正確定位高層建筑結構設計課程的教學目標非常重要，對專業人才培養方案、課程體系、知識體系乃至教學體系進行深度改革非常必要。筆者近年來在高層建筑結構設計課程教學實踐中進行了一些積極探索。

二、教學目標定位與模塊構建

為了培養具有良好“工程能力”的工程人才，學院以“能力培養”為核心，對高層建筑結構設計課程進行了“模塊化”構建，其基本指導思想見圖1。

（一）工程能力的確定

教學目標即能力定位：（1）具有運用現行有關規范

（這里的規范是指國家關于結構工程設計的各種規范的總稱，以下同）手工進行一般高層建筑結構設計的能力；（2）具有運用現行有關規范解決高層建筑施工中一般變更設計問題的能力；（3）具有熟練使用建筑結構CAD技術進行一般高層結構的工程設計能力。

教學要求：掌握高層建筑結構設計的基本概念、結構布置特點、結構內力分析方法、構造要求；掌握建筑結構CAD技術。

此模塊共5個學分，其中理論教學2學分，上機教學1.5學分，實踐教學1.5學分。整個模塊的學時數分為教學（包括學習指導）和學生自主學習兩部分，兩部分學時數的比例為1∶1。

（二）相關知識內容的調整

“模塊化”教學改革對整個人才培養方案來說是全局性的，不是局部的。構建不同的“能力—知識”體模塊時，應將能力所需的知識內容在整個人才培養方案中進行合理的科學的調配，避免相同的知識內容重復出現在不同的模塊中。以往的課程教學中，每個課程各自為政，講究該課程知識結構的完整性，而“模塊化”教學體現的是整個人才培養方案的知識結構的完整性，各個模塊所追求的是達到能力的要求。比如風荷載計算、地震作用計算等內容在其他模塊中已經出現，那么在“高層建筑結構設計模塊”就不再出現，所以“高層建筑結構設計模塊”重點突出高層建筑結構性態分析、高層建筑結構設計要求的知識內容。

值得強調的是應將有關規范內容與設計理論有機結合，避免把理論和規范割裂成“兩張皮”；既要重視設計原理的普遍性，也要重視設計的特殊性。要通過相關知識內容的調整，使“高層建筑結構設計模塊”中的知識內容更有針對性[2]。

三、教學規劃

”高層建筑結構設計模塊“的教學環節分為課堂講解教學、上機操作教學、工程設計實踐教學、學生自主學習、考核五個教學環節。

（一）課堂講解教學

課堂教學以講解基本設計理論、有關規范等內容為主，加強案例對比分析，根據教學內容采用靈活多樣的教學方法。

1.精講結構體系的力學性態

把握結構體系的性態也就把握住了結構設計的靈魂，所以對結構體系的性態分析要充分，既要分析結構體系的性態的一般性，也要分析性態的特殊性。重點講解結構性態反應、理論建立的基本思想、計算參數和計算結果的意義，公式推導可簡略一些。通過同一結構體系、不同結構布置方案案例的結構性態對比，學生很容易把握設計中所涉及的重要參數對結構的影響。教學

中案例教學方法的效果最好。

2.重視對規范要求、條款的理解把握

結構體系性態反應以及一個構件的性態反應表現到怎樣的程度，人們是可以接受的或是不可以接受的，這都必須引入規范加以闡釋。判定一個結構是否能用，也必須依靠有關規范做出判斷，所以

應重視對相關規范的學習理解，而不能僅僅掌握教材內容。理解和把握規范對提高工程設計人員的設計能力、培養學生的“工程能力”至關重要。

（二）上機操作教學

上機操作教學的重點是理解和掌握高層混凝土結構工作性態，分以下三個步驟進行教學：

1.講解、練習結構布置

除了強化學生的建模技巧外，主要是要求學生理解規范關于結構布置的要求。如對抗側力構件、特殊構件（如短肢剪力墻）、結構傳力途徑等基本概念的感性認識。

2.講解、練習結構計算參數的輸入

要求學生按照規范要求，結合實際情況輸入計算，理解各參數的工程意義。

3.掌握參數的調整和對結算結果的分析

通過對結算結果的分析，使學生正確認識結構的性態。

（三）工程設計教學

工程設計教學的第一階段是手工計算高層結構主要構件的結構設計；第二階段是利用建筑結構CAD技術進行一般體型的高層建筑結構設計。

（四）學生自主學習

在模塊構建時，應明確規定學生自主學習的內容，如知識擴展內容、小型設計項目等。有的要求學生獨立完成，有的要求學生自己組建團隊完成。要完成自主學習任務，學生必須要查閱相關資料，有的還要走訪工程現場，也可以結合“第二課堂”活動來進行，由此也豐富了學生的課外學習生活。

（五）考核方式

1.筆試答卷考核

近年基本采用國家“注冊結構工程師專業資格”考試的模式，有利于學生將學習與行業要求相銜接。

2.上機考核

根據給定的建筑設計方案圖，學生在規定時間內，完成結構布置、結構計算，并提供結構性態描述總結。

3.工程設計考核

即在“工程設計教學”環節后，對學生設計成果的考核。

4.學生自主學習考核

對學生的自主學習及其成效要給予足夠的重視，因為學生平時的思考、學習和實踐是培養其創新能力的有效途徑。

整個

“模塊化”教學的實施見圖2。模塊教學活動是以培養學生高層建筑結構設計的工程設計能力為宗旨來開展的。圖中的虛線框為高層建筑結構設計模塊；通過理論教學、實踐教學、上機教學、學生自主學習培養學生的工程能力；對學生進行四項考核（筆試答卷、上機計算、工程設計、自主學習成果），評定成績，即圖中的能力期望；若學生的能力期望值符合要求，就說明學生完成了該模塊的學習；若學生能力期望值不符合要求，那么學生要重新進行該模塊的學習。

四、“模塊化”教學的講義（教材）建設

現行教材在內容編排上強調知識結構的單元性、系統性和完整性，“模塊化”教學則突出知識的實用性、針對性，因此應圍繞工程設計所要解決的問題來組織教材內容。目前還沒有適合“模塊化”教學的教材。

教學過程中，將教材、規范等作為學生學習的參考資料，教師按照編寫的講義講課。這樣的好處是學生通過廣泛閱讀不同的資料，對結構設計的基本概念、基本理論、基本手段會有更深入的理解。由于結構設計的多樣性，知識更新替換也是一個動態的過程。因此要完善“模塊化”教學，加強“模塊化”教學的教材建設顯得尤為緊迫。

五、結語

從近年的教學實踐來看，“模塊化”教學的效果是比較理想的，用人單位對畢業生是滿意的，大部分畢業生稍加培訓就可以獨立進行一般高層混凝土房屋的結構設計，

降低了用人單位人才培訓成本。當然，在企業如何參與教學內容規劃、如何制定

學生工程素養水平的評定標準等方面還需進行深入的研究與實踐。參考文獻：

[1]劉金云，劉文祥.基于學生生源特點探討高層建筑結構課程教學改革[J]. 高等建筑教育，2010，19（3）：64-66.

[2]張霞，陳秀.地方應用型本科高校高等數學課程教學改革的研究與實踐[J].中國大學教學，2009，（2）：29-30.

把握結構體系的性態也就把握住了結構設計的靈魂，所以對結構體系的性態分析要充分，既要分析結構體系的性態的一般性，也要分析性態的特殊性。重點講解結構性態反應、理論建立的基本思想、計算參數和計算結果的意義，公式推導可簡略一些。通過同一結構體系、不同結構布置方案案例的結構性態對比，學生很容易把握設計中所涉及的重要參數對結構的影響。教學

中案例教學方法的效果最好。

2.重視對規范要求、條款的理解把握

結構體系性態反應以及一個構件的性態反應表現到怎樣的程度，人們是可以接受的或是不可以接受的，這都必須引入規范加以闡釋。判定一個結構是否能用，也必須依靠有關規范做出判斷，所以

應重視對相關規范的學習理解，而不能僅僅掌握教材內容。理解和把握規范對提高工程設計人員的設計能力、培養學生的“工程能力”至關重要。

（二）上機操作教學

上機操作教學的重點是理解和掌握高層混凝土結構工作性態，分以下三個步驟進行教學：

1.講解、練習結構布置

除了強化學生的建模技巧外，主要是要求學生理解規范關于結構布置的要求。如對抗側力構件、特殊構件（如短肢剪力墻）、結構傳力途徑等基本概念的感性認識。

2.講解、練習結構計算參數的輸入

要求學生按照規范要求，結合實際情況輸入計算，理解各參數的工程意義。

3.掌握參數的調整和對結算結果的分析

通過對結算結果的分析，使學生正確認識結構的性態。

（三）工程設計教學

工程設計教學的第一階段是手工計算高層結構主要構件的結構設計；第二階段是利用建筑結構CAD技術進行一般體型的高層建筑結構設計。

（四）學生自主學習

在模塊構建時，應明確規定學生自主學習的內容，如知識擴展內容、小型設計項目等。有的要求學生獨立完成，有的要求學生自己組建團隊完成。要完成自主學習任務，學生必須要查閱相關資料，有的還要走訪工程現場，也可以結合“第二課堂”活動來進行，由此也豐富了學生的課外學習生活。

（五）考核方式

1.筆試答卷考核

近年基本采用國家“注冊結構工程師專業資格”考試的模式，有利于學生將學習與行業要求相銜接。

2.上機考核

根據給定的建筑設計方案圖，學生在規定時間內，完成結構布置、結構計算，并提供結構性態描述總結。

3.工程設計考核

即在“工程設計教學”環節后，對學生設計成果的考核。

4.學生自主學習考核

對學生的自主學習及其成效要給予足夠的重視，因為學生平時的思考、學習和實踐是培養其創新能力的有效途徑。

整個

“模塊化”教學的實施見圖2。模塊教學活動是以培養學生高層建筑結構設計的工程設計能力為宗旨來開展的。圖中的虛線框為高層建筑結構設計模塊；通過理論教學、實踐教學、上機教學、學生自主學習培養學生的工程能力；對學生進行四項考核（筆試答卷、上機計算、工程設計、自主學習成果），評定成績，即圖中的能力期望；若學生的能力期望值符合要求，就說明學生完成了該模塊的學習；若學生能力期望值不符合要求，那么學生要重新進行該模塊的學習。

四、“模塊化”教學的講義（教材）建設

現行教材在內容編排上強調知識結構的單元性、系統性和完整性，“模塊化”教學則突出知識的實用性、針對性，因此應圍繞工程設計所要解決的問題來組織教材內容。目前還沒有適合“模塊化”教學的教材。

教學過程中，將教材、規范等作為學生學習的參考資料，教師按照編寫的講義講課。這樣的好處是學生通過廣泛閱讀不同的資料，對結構設計的基本概念、基本理論、基本手段會有更深入的理解。由于結構設計的多樣性，知識更新替換也是一個動態的過程。因此要完善“模塊化”教學，加強“模塊化”教學的教材建設顯得尤為緊迫。

五、結語

從近年的教學實踐來看，“模塊化”教學的效果是比較理想的，用人單位對畢業生是滿意的，大部分畢業生稍加培訓就可以獨立進行一般高層混凝土房屋的結構設計，

降低了用人單位人才培訓成本。當然，在企業如何參與教學內容規劃、如何制定

學生工程素養水平的評定標準等方面還需進行深入的研究與實踐。參考文獻：

[1]劉金云，劉文祥.基于學生生源特點探討高層建筑結構課程教學改革[J]. 高等建筑教育，2010，19（3）：64-66.

[2]張霞，陳秀.地方應用型本科高校高等數學課程教學改革的研究與實踐[J].中國大學教學，2009，（2）：29-30.

把握結構體系的性態也就把握住了結構設計的靈魂，所以對結構體系的性態分析要充分，既要分析結構體系的性態的一般性，也要分析性態的特殊性。重點講解結構性態反應、理論建立的基本思想、計算參數和計算結果的意義，公式推導可簡略一些。通過同一結構體系、不同結構布置方案案例的結構性態對比，學生很容易把握設計中所涉及的重要參數對結構的影響。教學

中案例教學方法的效果最好。

2.重視對規范要求、條款的理解把握

結構體系性態反應以及一個構件的性態反應表現到怎樣的程度，人們是可以接受的或是不可以接受的，這都必須引入規范加以闡釋。判定一個結構是否能用，也必須依靠有關規范做出判斷，所以

應重視對相關規范的學習理解，而不能僅僅掌握教材內容。理解和把握規范對提高工程設計人員的設計能力、培養學生的“工程能力”至關重要。

（二）上機操作教學

上機操作教學的重點是理解和掌握高層混凝土結構工作性態，分以下三個步驟進行教學：

1.講解、練習結構布置

除了強化學生的建模技巧外，主要是要求學生理解規范關于結構布置的要求。如對抗側力構件、特殊構件（如短肢剪力墻）、結構傳力途徑等基本概念的感性認識。

2.講解、練習結構計算參數的輸入

要求學生按照規范要求，結合實際情況輸入計算，理解各參數的工程意義。

3.掌握參數的調整和對結算結果的分析

通過對結算結果的分析，使學生正確認識結構的性態。

（三）工程設計教學

工程設計教學的第一階段是手工計算高層結構主要構件的結構設計；第二階段是利用建筑結構CAD技術進行一般體型的高層建筑結構設計。

（四）學生自主學習

在模塊構建時，應明確規定學生自主學習的內容，如知識擴展內容、小型設計項目等。有的要求學生獨立完成，有的要求學生自己組建團隊完成。要完成自主學習任務，學生必須要查閱相關資料，有的還要走訪工程現場，也可以結合“第二課堂”活動來進行，由此也豐富了學生的課外學習生活。

（五）考核方式

1.筆試答卷考核

近年基本采用國家“注冊結構工程師專業資格”考試的模式，有利于學生將學習與行業要求相銜接。

2.上機考核

根據給定的建筑設計方案圖，學生在規定時間內，完成結構布置、結構計算，并提供結構性態描述總結。

3.工程設計考核

即在“工程設計教學”環節后，對學生設計成果的考核。

4.學生自主學習考核

對學生的自主學習及其成效要給予足夠的重視，因為學生平時的思考、學習和實踐是培養其創新能力的有效途徑。

整個

“模塊化”教學的實施見圖2。模塊教學活動是以培養學生高層建筑結構設計的工程設計能力為宗旨來開展的。圖中的虛線框為高層建筑結構設計模塊；通過理論教學、實踐教學、上機教學、學生自主學習培養學生的工程能力；對學生進行四項考核（筆試答卷、上機計算、工程設計、自主學習成果），評定成績，即圖中的能力期望；若學生的能力期望值符合要求，就說明學生完成了該模塊的學習；若學生能力期望值不符合要求，那么學生要重新進行該模塊的學習。

四、“模塊化”教學的講義（教材）建設

現行教材在內容編排上強調知識結構的單元性、系統性和完整性，“模塊化”教學則突出知識的實用性、針對性，因此應圍繞工程設計所要解決的問題來組織教材內容。目前還沒有適合“模塊化”教學的教材。

教學過程中，將教材、規范等作為學生學習的參考資料，教師按照編寫的講義講課。這樣的好處是學生通過廣泛閱讀不同的資料，對結構設計的基本概念、基本理論、基本手段會有更深入的理解。由于結構設計的多樣性，知識更新替換也是一個動態的過程。因此要完善“模塊化”教學，加強“模塊化”教學的教材建設顯得尤為緊迫。

五、結語

從近年的教學實踐來看，“模塊化”教學的效果是比較理想的，用人單位對畢業生是滿意的，大部分畢業生稍加培訓就可以獨立進行一般高層混凝土房屋的結構設計，

降低了用人單位人才培訓成本。當然，在企業如何參與教學內容規劃、如何制定

學生工程素養水平的評定標準等方面還需進行深入的研究與實踐。參考文獻：

[1]劉金云，劉文祥.基于學生生源特點探討高層建筑結構課程教學改革[J]. 高等建筑教育，2010，19（3）：64-66.

[2]張霞，陳秀.地方應用型本科高校高等數學課程教學改革的研究與實踐[J].中國大學教學，2009，（2）：29-30.