建筑結構模型解析的土木工程專業實踐教學模式探索

謝偉　鄭玉瑩　苗生龍

摘要：傳統的土木工程專業實踐教學模式，由于受學生人數、經費、時間、教師配置以及實習環境等客觀條件的限制，存在諸多不足。針對建筑結構模型解析的實踐教學模式進行探索和總結，分析了該模式各環節對土木專業技能和素養鍛煉的作用和貢獻。該實踐教學模式能夠突破傳統實踐模式的條件限制，充分調動學生的主觀能動性，可操作性強，有助于學生建立和強化專業知識體系，提高專業素養和專業技能，同時，該實踐教學模式能鍛煉學生的實踐動手能力，提高分析和解決問題的能力，培養團隊協作精神。

關鍵詞：土木工程；實踐教學模式；建筑結構模型；設計制作

中圖分類號：G642；TU3 文獻標志碼：A 文章編號：10052909（2015）05010803

土木工程是一門應用實踐性很強的學科，實踐環節是其專業教學的重要組成部分。合理設置并順利開展實踐活動對提高專業教學質量以及提升學生的專業素養舉足輕重。然而，在土木工程專業教學過程中，由于學生人數較多，同時受到經費、時間、教師配置以及實習環境等客觀條件的限制，傳統實踐環節在各階段實習、專業課程的課程設計、畢業設計等方面仍存在不足[1-5]：（1）實習不夠深入，實際動手操作匱乏，學生積極主動性不高，專業技能訓練有限；（2）實踐環節與專業課程教學聯系不夠緊密；（3）專業課程設計僅關注本課程知識點，各課程之間聯系較少；（4）畢業設計環節在一定程度上忽略了對施工技能的訓練。

總的來講，傳統實踐環節雖然內容豐富、形式多樣，但各環節之間聯系不夠緊密。一方面，學生在這些環節中取得對專業知識實踐鍛煉的效果受到較大影響，另一方面，也影響學生全面知識體系的建立以及專業素質的提高。因此，有必要針對土木工程的專業特點，在傳統教學的基礎上，探索新的專業實踐教學模式。

建筑結構模型解析的實踐教學模式，即給定開放式選題，由學生成立項目組，完成建筑結構的方案構思、建筑設計、結構分析與設計，以及建筑結構模型制作等實踐任務，以模擬真實工程項目的完成流程，實現對專業素養和技能訓練的目的。

一、建筑方案構思與設計對專業素養的培養

建筑設計與結構設計是兩個密切相關的專業，建筑物是二者的有機結合體。然而，土木專業對方案構思和建筑設計課程涉及較少，存在對建筑學專業認識淺顯，思維狹隘的問題，有可能在項目合作中造成溝通與配合障礙。

在實踐過程中，通過現場請教、集體講座的方式對建筑方案進行專業指導，引導學生準確定位自己的創作作品，完成方案構思以及建筑功能和造型的設計，調動學生的主觀能動性。該過程能直觀、全面地鍛煉學生的方案構思及建筑設計相關專業技能，有助于幫助學生構建完整的專業知識體系。

二、結構分析和設計對專業技能的訓練

在模型設計制作的結構分析和設計階段，學生將完成包括結構選型及結構布置、傳力體系分析及結構構件布置、結構受力分析及構件設計等結構分析和設計工作，達到深入理解各專業課程知識點

，并靈活運用的目的。

學生首先根據自身作品的建筑方案進行結構選型和結構布置，加深學生對各種結構體系特點的理解，鍛煉其結構概念設計的能力。學生通過綜合運用、討論、對比和分析來完成對傳力體系的合理設置，以及結構構件布置，在實踐應用中強化相關知識點，并理解各知識點之間的相關性。

在結構受力分析和構件設計階段，學生需要針對已布置完成的結構體系進行內力和變形分析，并根據分析結果進行構件及其連接設計。該環節學生將以自身作品為對象，綜合應用“荷載”、“結構力學”、“結構設計原理”、“工程材料”以及針對相關工程結構等專業課程的知識，以實踐的方式培養靈活運用所學知識的能力，并通過自學和資料收集實現

知識拓展。由于各專業知識均匯集于同一個結構體系，能讓學生直觀生動地理解各知識點之間的聯系以及各課程知識在專業中的地位和作用，進而有助于學生建立完整的專業知識體系。

在該實踐階段，學生還需要適當運用PKPM、3D3S、SAP2000等結構分析設計軟件，拓寬專業技能，提高對實際工作的適應能力。

三、模型制作對工程施工的模擬

建筑結構模型制作是實踐教學模式的最后一個階段，即以各階段設計分析成果為依據，制作建筑結構實體模型，模擬將工程設計付諸于施工的過程。學生在該階段不僅需要讓模型的外觀造型與設計內容保持一致，更需要從材料的選用，構件形狀、構件安裝與連接等方面反映設計內容，從而盡可能形象真實地模擬建筑結構，達到模擬實際工程施工的目的。

在模型選材方面，需從材料力學性能、材料類型、外觀等方面近似模擬真實工程材料，保持模型材料與真實工程材料在剛度、強度、質感、類型上的近似性。比如：鐵絲、鐵片等用以模擬鋼筋、鋼桿件、鋼板材等；柔性半透明且便于成型的泡沫玻璃紙用以模擬建筑膜材；木塊或木板便于切割挖孔，且剛度和強度均較高，可用來模擬地基、混凝土基礎或混凝土板；用剛性玻璃板模擬玻璃；夾芯泡沫板模擬復合墻板，等等。在構件形狀方面則以設計內容為依據由選定的模型材料加工成型。構件安裝與連接主要包括結構構件與地基的連接、結構構件之間的組裝和連接，以及建筑功能構件的組裝等。這些構造細節的處理均考慮與工程實際相似。在選材、構件加工、組裝過程中，指導學生收集資料，現場調研，使模型制作過程與工程實際情況相類比。學生從中形象生動地了解實際工程相關處理方式，加深學生對工程材料、工程施工等專業知識的理解和應用。此外，在模型制作過程中鍛煉學生分析解決問題的能力，提高實踐動手能力，培養團隊協作精神。

四、建筑結構模型解析實踐模式的實施

考慮模型解析所需設計及制作分工情況，跨年級組建項目組，并根據各年級專業課程的特點，分工合作。項目組一般6人，組成及大致分工情況如下：（1）由開設“結構設計原理”、“鋼與組合結構設計”、“土木工程施工”等課程的三年級成員2人，負責整體模型設計和制作的總體方案設計及實施開展，解決具體的技術問題；（2）由開設“房屋建筑學”、“結構力學”、“土木工程材料”等課程的二年級成員2人，負責建筑設計規劃，部分結構設計，模型制作方案的設計；（3）尚未接觸專業課程大一新生2人，主要負責模型材料匹配、具體模型制作以及相關協助工作。此外，項目組還配有專業指導教師以及大四學生作為顧問，保障項目正常進行。

以模型解析和制作項目為背景，根據分工情況和具體工作內容，指導教師將其與相關課程內容建立聯系，將項目工作進行拆解、組合和深化，合理設定與專業課程相對應的任務，依托項目開展進一步完成相應的計算分析、設計說明、施工圖繪制、深化總結等工作，完成相應的課程設計或課程實驗。

在與相關專業類比賽賽題任務相結合開展專業實踐訓練的同時，將項目實施成果作為參賽作品參與專業類比賽。一方面，以專業比賽的方式提升學生實踐教學的競爭性和成就感；另一方面，也將原本作為興趣愛好的專業類比賽融入到實踐教學環節中，以提升學生對專業類比賽的參與度和主動性。

五、結語

在建筑結構模型解析的實踐教學模式中，學生將完成對創新型建筑物方案構思、建筑設計、結構分析設計、模型制作，實現對真實建筑從構思到最終建成整個過程的模擬。該實踐教學模式具有如下優點。

一是，該實踐教學模式突破了對資金、社會資源等方面的條件限制，作為教學實踐環節具有很高的可操作性。

二是，該實踐教學模式充分調動了學生的主觀能動性，并富有趣味性和挑戰性，能夠充分鍛煉學生的實踐動手能力，提高分析和解決問題的能力，培養團隊協作精神，能較好地保證實踐教學效果。

三是，該實踐教學模式亦有助于加深學生對工程結構知識的直觀理解，加強對各知識點之間的聯系、理解和綜合應用，便于建立和強化專業知識體系。

從該實踐模式的實施成效來看， 該實踐模式極大地豐富了課程設計、課程實驗的形式和內容，開放式、趣味性的特點吸引了各年級學生的積極參與，通過跨年級組隊

一方面使高年級學生能在項目開展以及專業學習方面起到傳幫帶的作用，保證實踐模式能夠可持續、有序開展；另一方面，低年級學生一定程度上還能突破高年級學生的慣性思維，為項目實施帶來特別的創新思想，有助于創新思維的建立。該實踐教學模式實施的成果和作品多次在校級和校際科技競賽中獲獎，在中國土木工程學會教育工作委員會江蘇分會主辦的江蘇省土木工程結構創新大賽中累計獲得一等獎1項，二等獎7項，三等獎1項。參考文獻：

[1]王建平，胡長明，李慧民.土木工程專業實踐教學中存在的問題與對策[J].西安建筑科技大學學報：社會科學版，2007，26（03）：122-124.

[2]寧寶寬，鮑文博，黃杰，等. 土木工程專業多元化實踐教學與應用型人才培養研究[J].高等建筑教育，2010，19（1）：40-43.

[3]史永濤.土木工程實踐教學改革[J].山西建筑，2012，38（30）：267-268.

[4]李斌，陳積光，胡衛東.土木工程專業實踐教學體系及平臺建設研究[J].中國電力教育，2014，（14）：177-178.

[5]董倩，黃林青，趙寶云. 應用型本科土木工程專業實踐教學探索[J].高等建筑教育，2011，20（5）：109-113.