土木工程專業(yè)碩士研究生案例教學(xué)研究

郭 宏，胡 瑞，張嘉欣

(中北大學(xué)土木工程學(xué)科部，山西 太原 030051)

1 引言

案例教學(xué)在本科生教育中應(yīng)用相當(dāng)普遍，尤其在法學(xué)、醫(yī)學(xué)、管理學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是把案例教學(xué)應(yīng)用到碩士研究生教育中，尤其是土木工程專業(yè)碩士專業(yè)課的教學(xué)中還處于嘗試階段[1]，本文旨在探索案例庫建設(shè)及案例教學(xué)在土木工程專業(yè)碩士研究生專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用。教學(xué)案例實(shí)施的首要條件是合理科學(xué)的案例教學(xué)模式和配套的教學(xué)案例[2]。本課題組以實(shí)際工程為基礎(chǔ)編寫了7個(gè)教學(xué)案例，初步建立了案例庫，并將這些案例全部應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，以探討案例教學(xué)在專業(yè)碩士研究生專業(yè)課教學(xué)中的應(yīng)用效果并檢驗(yàn)所編寫的案例。

2 教學(xué)案例編寫

在確保教學(xué)案例質(zhì)量，理論聯(lián)系實(shí)際的原則下，共編寫了7個(gè)涉及工程施工實(shí)例及新技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)案例，其中以本地實(shí)際工程一手資料為基礎(chǔ)編寫4個(gè)案例；以國內(nèi)典型工程間接資料為基礎(chǔ)編寫3個(gè)案例，具體情況如表1所示。

表1 教學(xué)案例匯總

2.1 案例一：一種坡屋面塊瓦鋪裝施工新方法——山西晉中大學(xué)城某學(xué)院

本案例為新塊瓦鋪裝施工方法，借鑒目前使用較多的干法施工的優(yōu)點(diǎn)，新發(fā)明的固定瓦釘將塊瓦固定在臥瓦層上，坡屋面塊瓦松動(dòng)、脫落的安全隱患得以消除。

這種鋪裝方法施工工期短，效率高，塊瓦裝拆簡(jiǎn)便，成本低，耐久性更好，更環(huán)保。從施工工藝?yán)碚摗⑼哚敽团P瓦層組成、施工難點(diǎn)和安全質(zhì)量措施等方面對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本案例源自一個(gè)較成功的發(fā)明，通過本案例運(yùn)用向?qū)W生示范創(chuàng)新思維方法。

2.2 案例二：液壓爬模施工技術(shù)——太原義井城中村改造項(xiàng)目

本案例分為3個(gè)部分：工程概況，施工原理、布置及流程，液壓爬模優(yōu)勢(shì)。首先說明了爬模的工作機(jī)理、平臺(tái)構(gòu)成及傳統(tǒng)模板的特點(diǎn)；其次講述了全鋼附墻爬升施工平臺(tái)理論參數(shù)、施工原理、施工布置和操作平臺(tái)搭設(shè)，重點(diǎn)講解了爬模施工流程包括架體現(xiàn)場(chǎng)組裝、安裝附著裝置轉(zhuǎn)角處連接等步驟；最后詳細(xì)分析了液壓爬模的優(yōu)勢(shì)。通過本案例將抽象、難理解的現(xiàn)代液壓爬模施工技術(shù)原理具體化，使學(xué)生更易理解、掌握。

2.3 案例三：寫字樓綠色施工樣板——太原龍城壹號(hào)項(xiàng)目

太原龍城壹號(hào)項(xiàng)目是全國綠色建筑示范樣板工程。本案例分為4個(gè)部分：工程概況、綠色施工技術(shù)、樣板引路方法、相關(guān)的建議改進(jìn)總結(jié)。首先本項(xiàng)目采用綠色施工技術(shù)，場(chǎng)地內(nèi)設(shè)立BIM與VR技術(shù)展示區(qū)、工具棚、工藝展示區(qū)。其次，在任一分部分項(xiàng)工程正式作業(yè)前作出樣板示范、規(guī)范作業(yè)要求。最后在確保交工及時(shí)、品質(zhì)提升、造價(jià)合理的前提下提出切實(shí)建議。將空洞、抽象的綠色施工通過案例展示出來。

2.4 案例四：人工挖孔后壓漿灌注樁施工技術(shù)——山西晉中大學(xué)城某學(xué)院

本案例分為4個(gè)部分：技術(shù)簡(jiǎn)介、工程概況、施工特點(diǎn)、作業(yè)方法。首先說明了人工挖孔和后壓漿技術(shù)的工作機(jī)理。其次通過對(duì)比人工和機(jī)械兩種作業(yè)模式，說明選人工挖孔后壓漿灌注樁的優(yōu)勢(shì)。通過案例展示了人工挖孔樁施工工藝，并對(duì)其開挖方法、護(hù)壁施工、鋼筋籠吊裝、混凝土澆筑、后壓漿、質(zhì)量檢驗(yàn)等問題進(jìn)行了探討。

2.5 案例五：超高建筑玻璃幕墻技術(shù)——上海中心大廈

本案例分為4個(gè)部分：工程概況，內(nèi)外幕墻構(gòu)造，單元式玻璃幕墻，BIM技術(shù)應(yīng)用。首先，介紹上海中心大廈主體外墻創(chuàng)新使用的內(nèi)、外雙層曲面玻璃幕墻構(gòu)造體系。其次，針對(duì)該復(fù)雜玻璃幕墻是由幕墻單元組成的情況，介紹了幕墻單元的施工工藝。該技術(shù)節(jié)省了時(shí)間，提高了項(xiàng)目的工業(yè)化水平和安裝效率。最后，本項(xiàng)目利用BIM技術(shù)進(jìn)行臨時(shí)施工模擬及幕墻深化設(shè)計(jì)。通過本案例生動(dòng)展示了多層幕墻、曲面幕墻及BIM應(yīng)用。

2.6 案例六：裝配式建筑剪力墻施工技術(shù)——周康航擴(kuò)展基地

本案例分為3個(gè)部分：工程概況、預(yù)制夾心保溫外墻體(PCTF體系)、預(yù)制剪力墻螺栓連接。首先，本項(xiàng)目采用自主研發(fā)的PCTF體系，即在外墻板內(nèi)側(cè)集成保溫層并與混凝土整體現(xiàn)澆形成預(yù)制構(gòu)件，具有熱穩(wěn)定性好、可粘性好、不易發(fā)生火災(zāi)等優(yōu)點(diǎn)。其次，使用螺栓連接，對(duì)剪力墻而言，螺栓傳力較套筒連接更為輕便、低價(jià)、質(zhì)優(yōu)，將灌漿料灌入后會(huì)增強(qiáng)其連接性能。通過本案例掌握中低裝配率裝配式建筑的基本施工內(nèi)容。

2.7 案例七：裝配式框架結(jié)構(gòu)施工技術(shù)——杭州多層電子工業(yè)廠房

本案例分為4個(gè)部分：工程概況、預(yù)制雙T板、預(yù)制華夫板、總結(jié)與展望。首先，說明雙T板的概念、工藝流程、適合領(lǐng)域、生產(chǎn)過程、應(yīng)用和五大優(yōu)點(diǎn)。其次，為滿足承載能力強(qiáng)且質(zhì)輕的要求，采用預(yù)制華夫板，介紹了華夫板的概念、應(yīng)用、設(shè)計(jì)和優(yōu)點(diǎn)。最后，本項(xiàng)目采用的預(yù)制構(gòu)件免支模、安裝方便、節(jié)省工期，有助于推廣綠色建筑，改善施工環(huán)境。通過本案例可熟悉解裝配式精密廠房的最新設(shè)計(jì)、施工技術(shù)。

參考中國專業(yè)學(xué)位案例教學(xué)中心關(guān)于工程管理碩士專業(yè)學(xué)位案例撰寫規(guī)范的要求[3]，還編寫了相配套的案例使用說明作為案例的組成部分，包括教學(xué)目的與用途、背景信息、啟發(fā)思考題、知識(shí)點(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用分析、關(guān)鍵部位與要點(diǎn)、建議的課堂計(jì)劃、工程案例現(xiàn)狀、附件等九部分，確保案例的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

3 在《建筑業(yè)新技術(shù)與工法案例》課程中的應(yīng)用

《建筑業(yè)新技術(shù)與工法案例》是中北大學(xué)特有的研究生培養(yǎng)課程，當(dāng)前，新技術(shù)教學(xué)方法仍偏向傳統(tǒng)理論的形式，忽視了工程施工實(shí)例應(yīng)用。本課程在課堂中運(yùn)用上述7個(gè)案例，鼓勵(lì)學(xué)生按照自己現(xiàn)有知識(shí)儲(chǔ)備進(jìn)行案例解析，以提高其學(xué)習(xí)主動(dòng)性，同時(shí)達(dá)到活躍課堂氛圍的目的。結(jié)果表明，這不僅可以提升學(xué)習(xí)效率、轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育被動(dòng)教學(xué)模式，而且可提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增進(jìn)知識(shí)的吸收、掌握以及應(yīng)用。采用的案例教學(xué)技術(shù)路線如圖1所示。

本課題的研究對(duì)象為中北大學(xué)2017級(jí)土木工程20名專業(yè)碩士研究生，分析其在《建筑業(yè)新技術(shù)與工法案例》課程課堂教學(xué)效果，選取對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)10名研究生采用案例教學(xué)法，另外10名研究生采用傳統(tǒng)教學(xué)法。7個(gè)案例共計(jì)14個(gè)課時(shí)，每個(gè)案例2課時(shí)。通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)，比較分析教學(xué)效果，逐步完善并推廣案例教學(xué)模式。

圖1案例教學(xué)技術(shù)路線

本次課程采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行打分，以量化本課程教學(xué)效果。注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師、建造師職業(yè)資格考試越來越趨向于考核施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能力。基于此前提，在試卷中首次引入案例分析題。在試卷內(nèi)容上，兩組樣本一致，以此分析案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)各部分的得分情況，從而評(píng)價(jià)案例教學(xué)課堂效果。此外，通過小組討論的形式，對(duì)兩種教學(xué)方法培育下的研究生進(jìn)行訪談，討論本課程案例教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)中存在的缺陷及課堂認(rèn)可度，進(jìn)一步分析討論行之有效的改進(jìn)措施。

針對(duì)考試分?jǐn)?shù)的分布，選取SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件輸入并查驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)量分?jǐn)?shù)用平均值表示，使用t檢驗(yàn)對(duì)不同題型的得分情況和兩種樣本的平均值進(jìn)行差異性比較分析[4]。差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的條件是P小于0.05。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析兩種教學(xué)方法下研究生期末考試成績的組成，t檢驗(yàn)結(jié)果表明，兩種教學(xué)方法培育的研究生，課程期末試卷各題型分?jǐn)?shù)差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t﹥3，P﹤0.05)，包括試卷總分、簡(jiǎn)答題、名詞解釋、案例分析題，且當(dāng)P<0.01時(shí)即認(rèn)為案例教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)兩種方法對(duì)研究生考試分?jǐn)?shù)的影響達(dá)到極顯著水平，即采用案例教學(xué)方法授課的研究生的考試分?jǐn)?shù)極顯著高于采用傳統(tǒng)教學(xué)方法授課的研究生的考試分?jǐn)?shù)，結(jié)果見表2。

表2 案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)考試成績比較

通過分析得知，與傳統(tǒng)教學(xué)相比，案例教學(xué)法在建筑業(yè)新技術(shù)概念識(shí)記和理解方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，且在促進(jìn)學(xué)生對(duì)新技術(shù)的理解和應(yīng)用方面具有較好的引導(dǎo)作用。通過組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，發(fā)現(xiàn)采用案例教學(xué)方法授課的研究生對(duì)本課程的滿意度較高，比如在課程學(xué)習(xí)興趣、對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、教師的講解方式等方面，普遍高于采用傳統(tǒng)教學(xué)方法授課的研究生。

4 分析討論

由于其專業(yè)選修課的定位《建筑業(yè)新技術(shù)與工法案例》課一直得不到學(xué)生的重視，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象缺乏興趣，造成了較為壓抑的課堂氛圍。通過案例教學(xué)本課程打破了傳統(tǒng)的教學(xué)理念，以學(xué)生為核心，采用豐富多彩的方式設(shè)計(jì)課程以增加課堂活躍度，使教學(xué)效果得以保障。

案例教學(xué)所需要掌握的知識(shí)點(diǎn)、知識(shí)的應(yīng)用等都體現(xiàn)在案例中，通過案例教學(xué)學(xué)習(xí)的知識(shí)是具體實(shí)在的，更具有真實(shí)感、親切感。案例教學(xué)極大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，同時(shí)加固了學(xué)生對(duì)新技術(shù)的掌握和知識(shí)點(diǎn)的理解，取得顯著的教學(xué)效果。案例教學(xué)在土木工程專業(yè)碩士研究生教學(xué)中的應(yīng)用尚處于摸索階段，值得推廣的方式方法仍在探索中。在教學(xué)及隨后的研究生訪談中發(fā)現(xiàn)，本文所述的案例教學(xué)仍然存在以下值得改進(jìn)的方面。

4.1 案例的編寫

教師在授課過程中要解決的首要問題是選取恰當(dāng)?shù)陌咐齕5]。因?yàn)椋鷦?dòng)的案例在促進(jìn)學(xué)生領(lǐng)悟新技術(shù)的同時(shí)可以提高其學(xué)習(xí)自發(fā)性。合適的案例編寫要求教師具備豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。課題組在編寫案例時(shí)，通過實(shí)地走訪、學(xué)生實(shí)習(xí)等方式，在建筑企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，對(duì)研究生所掌握的理論知識(shí)在工程實(shí)際中的應(yīng)用情況有了初步了解。為了保證教學(xué)案例的實(shí)用性和可行性，往屆學(xué)生也參加了部分案例的編寫。

4.2 有限的授課學(xué)時(shí)

在案例教學(xué)進(jìn)程中，研究某一案例時(shí)，不免會(huì)觸碰很多技術(shù)領(lǐng)域，比如建造一棟裝配式建筑，不僅僅包括傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)內(nèi)容，還與預(yù)制構(gòu)件拆分、節(jié)點(diǎn)連接、構(gòu)件制作、運(yùn)輸、驗(yàn)收等諸多規(guī)范有交叉融合[6]，研究生必須有豐富的知識(shí)儲(chǔ)備才能學(xué)好這一案例。在本次教學(xué)實(shí)踐中，為改善課時(shí)較少的問題，課題組在課前預(yù)習(xí)階段，通過互聯(lián)網(wǎng)向?qū)W生先行發(fā)送案例資料，使學(xué)生在正式上課前有充足的時(shí)間熟悉案例，鼓勵(lì)其自行搜集資料并針對(duì)案例中提及的新技術(shù)進(jìn)行整理，初步構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)[5]。同時(shí)，為了引導(dǎo)學(xué)生更好地理解案例，將一些簡(jiǎn)單的思考題引入了案例資料中。

5 結(jié)語

案例教學(xué)在《建筑業(yè)新技術(shù)與工法案例》課程中應(yīng)用取得的教學(xué)效果好于預(yù)期。將建筑工程的真實(shí)工程實(shí)踐和理論知識(shí)相結(jié)合，通過具體、生動(dòng)的案例學(xué)習(xí)，了解建筑業(yè)新技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性，提高了學(xué)生在討論分析中理解專業(yè)知識(shí)并將其靈活運(yùn)用的能力，符合土木工程專業(yè)碩士研究生教育和“土木工程師”的培養(yǎng)目的。所編寫的案例在使用過程中也發(fā)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)過多、關(guān)鍵點(diǎn)不突出等問題，需要不斷完善。同時(shí)，作為案例教學(xué)的基本案例，本次編寫的7個(gè)案例在數(shù)量上存在一定的局限性，在以后的教學(xué)實(shí)踐中，還需要不斷增加案例數(shù)量，豐富教學(xué)案例庫，將案例教學(xué)推廣到本專業(yè)研究生教育的更多專業(yè)課程中。