多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)改革的探析

楊佑發(fā)　梁婷　肖淳

摘? 要：針對(duì)多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程中如何提升學(xué)生工程能力的問(wèn)題，文章基于CDIO模式，以問(wèn)題學(xué)習(xí)的形式和探索性的工程計(jì)算實(shí)例為載體，通過(guò)多種教學(xué)因素的集成來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的工程能力;并對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)用微信公眾號(hào)打破課堂邊界，將系統(tǒng)學(xué)習(xí)與碎片化學(xué)習(xí)統(tǒng)一與協(xié)調(diào)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);工程能力;打破課堂邊界;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2019）16-0127-03

Abstract： In view of how to improve the students' engineering ability in the course of design of multi-story? and high-rise building structure， based on the CDIO model， taking the form of problem learning and the practical example of engineering calculation as the carrier， the paper discussed to integrate various teaching factors to cultivate the students' engineering ability， and adjusted the teaching mode， used the WeChat public number to break the classroom boundary， and integrated the system learning with the fragmented learning to adapt to the learning characteristics of the students in the network age.

Keywords： design of multi-story? and high-rise building structure; engineering ability; breaking the classroom boundary; teaching reform

引言

多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建立在科學(xué)試驗(yàn)和工程實(shí)踐基礎(chǔ)上的應(yīng)用學(xué)科，具有綜合性和實(shí)用性的特點(diǎn)，課程學(xué)習(xí)難度大，教學(xué)難度也大，再加上學(xué)生缺乏系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，綜合能力較差，難以適應(yīng)就業(yè)崗位的需要[1]。因此如何在多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程中提升學(xué)生的工程能力是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）（CDIO）的模式是一種先進(jìn)的教育模式，對(duì)于多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)改革具有極大的參考價(jià)值。本文探討多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的教學(xué)改革方式，力求按照（CDIO）的思路，以實(shí)際工程案例驅(qū)動(dòng)的方式，在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的同時(shí)，較全面地增強(qiáng)學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)，不斷提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，滿足社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求。

與此同時(shí)，在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的背景下，高校教育既面臨著機(jī)遇也面臨挑戰(zhàn)，如何有效將“互聯(lián)網(wǎng)+”轉(zhuǎn)化為教學(xué)改革的有力工具是值得教育工作者去探討的一個(gè)問(wèn)題。教學(xué)改革還需從學(xué)生端出發(fā)，梳理學(xué)生在大學(xué)這個(gè)階段的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求，了解學(xué)生的大學(xué)生活狀態(tài)，讓課程教學(xué)改革變得更具針對(duì)性，更有效。

一、基于工程能力培養(yǎng)的多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)改革

（一）梳理課程內(nèi)容，細(xì)化本課程所需具備的工程能力

以往對(duì)工程能力的分析一般都比較粗，如研究能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)能力、溝通能力、經(jīng)濟(jì)能力、管理能力、自學(xué)能力和道德能力等均屬于工程能力的范疇。工程能力是一個(gè)整體概念、具有鮮明的時(shí)代特征[2]。這種粗線條的能力結(jié)構(gòu)分析既不利于工程能力的培養(yǎng)，也不利于對(duì)其科學(xué)認(rèn)定。本文基于CDIO理念，通過(guò)對(duì)多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的梳理，得到本課程需具備房屋結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和新結(jié)構(gòu)新技術(shù)四大板塊知識(shí)。工程能力培養(yǎng)是要求學(xué)生能獨(dú)立思考各種工程問(wèn)題，抓住復(fù)雜多變的實(shí)際問(wèn)題的主要矛盾，具備工程簡(jiǎn)化能力，提升以合理、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的方式解決實(shí)際工程的能力及結(jié)合實(shí)踐自我學(xué)習(xí)、自我完善的能力。在明確能力教學(xué)目標(biāo)之后，本文將探索科學(xué)的實(shí)施途徑， 為切實(shí)培養(yǎng)和提高工程能力奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）探索工程能力培養(yǎng)的方法與途徑

1. 轉(zhuǎn)變觀念、提高認(rèn)識(shí)，教學(xué)過(guò)程樹(shù)立“工程化”的思想

課程教學(xué)以工程為背景，引導(dǎo)學(xué)生面向工程，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和工程思維方式，增加教學(xué)中的工程因素、工程內(nèi)容。以典型的工程案例為教學(xué)切入點(diǎn)，運(yùn)用工程圖片、工程規(guī)范、工程圖紙、工程錄像等，并將其穿插應(yīng)用于教學(xué)的過(guò)程中，突出課程教學(xué)的工程特色，并通過(guò)視頻介紹最新的工程建設(shè)成就，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及對(duì)專業(yè)和課程的熱愛(ài)。

2. 深化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革

為注重工程能力的培養(yǎng)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)貼合工程實(shí)際。以多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作過(guò)程展開(kāi)教學(xué)，以“結(jié)構(gòu)選型與布置-計(jì)算簡(jiǎn)圖-截面設(shè)計(jì)-構(gòu)造處理-施工圖繪制”為主線，打破現(xiàn)有教材框架體系，重新組織、整合教學(xué)內(nèi)容，授課順序以先整體結(jié)構(gòu)，后局部，以典型的實(shí)際工程為例介紹結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)內(nèi)容，注重學(xué)生概念設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)不是某種具體方法[3]，它貫穿在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中。其核心是在特定的建筑空間中用整體的概念來(lái)正確處理構(gòu)件與構(gòu)件，構(gòu)件與結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。它的重要性主要體現(xiàn)在：初設(shè)階段中，通過(guò)概念設(shè)計(jì)選擇出切實(shí)可行又經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)形式受力明確，傳力簡(jiǎn)單，這樣就可以避免在后期設(shè)計(jì)階段中繁瑣的運(yùn)算;在具體結(jié)構(gòu)分析當(dāng)中，確定與實(shí)際受力吻合的計(jì)算簡(jiǎn)圖與方法;同時(shí)它也是判定計(jì)算機(jī)輸出的計(jì)算數(shù)據(jù)是否安全、可靠的重要依據(jù)。

多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊跟實(shí)際應(yīng)用步伐。一方面，應(yīng)與現(xiàn)行規(guī)范相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生正確理解規(guī)范條文和使用規(guī)范和手冊(cè)。在工程中不能僅限于滿足“規(guī)范”要求，要根據(jù)工程的具體情況來(lái)合理使用相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，在教學(xué)過(guò)程中，可在課堂上穿插講解，這樣學(xué)生就必須去查閱，才能與講述內(nèi)容同步，帶動(dòng)學(xué)生擴(kuò)大知識(shí)面，將教材中的知識(shí)進(jìn)行拓展，從而讓學(xué)生真正能夠應(yīng)對(duì)今后在工作中遇到的各種工程問(wèn)題。另一方面，應(yīng)增加對(duì)新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的介紹，拓寬學(xué)生工程視野。從CDIO的角度上改造房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容和體系設(shè)置，除大力加強(qiáng)課程間的橫向聯(lián)系和交叉綜合外，還要考慮根據(jù)本課程的工程應(yīng)用背景，增設(shè)新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)教學(xué)模塊作為該課程的延續(xù)和深入[4]，如增加新時(shí)代下的辦公建筑、商業(yè)建筑、多功能綜合建筑的概念設(shè)計(jì)等新技術(shù)專題，并給出相應(yīng)典型實(shí)例，既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又拓寬學(xué)生的工程視野。

教學(xué)方法方面采用實(shí)際的工程案例教學(xué)，以一綜合性的工程項(xiàng)目實(shí)例的設(shè)計(jì)計(jì)算貫穿教學(xué)過(guò)程的始終，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地相融合，在課程開(kāi)始時(shí)，將學(xué)生以5人為一小組，采用圍繞主題，結(jié)合課程進(jìn)度，分階段，逐步完成的方法，進(jìn)行多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生查找和使用設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等專業(yè)資料的能力， 逐步增強(qiáng)處理工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的綜合能力，尤其是建模能力、方案能力、自學(xué)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和設(shè)計(jì)計(jì)算的能力，以及創(chuàng)新意識(shí)、經(jīng)濟(jì)意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。在課程最后上交一份完整的工程計(jì)算實(shí)例，作為課程最終考核的組成部分，占綜合成績(jī)的10%。

二、加強(qiáng)科研對(duì)教學(xué)的促進(jìn)，推動(dòng)研究性教學(xué)

在教學(xué)過(guò)程中引入一些研究性的文獻(xiàn)和項(xiàng)目對(duì)教學(xué)質(zhì)量有很大的促進(jìn)作用。它能夠拓展學(xué)生們的視野和加深對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，更重要的是能夠激發(fā)起同學(xué)們探索與求知的欲望，培養(yǎng)同學(xué)們的創(chuàng)新思維。例如：在講高層概況中所提到的紐約世貿(mào)中心時(shí)，介紹了清華大學(xué)陸新征教授的《世界貿(mào)易中心飛機(jī)撞擊后倒塌過(guò)程的仿真分析》。通過(guò)這篇文獻(xiàn)讓學(xué)生了解到火災(zāi)所導(dǎo)致鋼材軟化和樓板塌落荷載所引起的沖擊連鎖反應(yīng)是引起倒塌的直接原因，為達(dá)到課本上所提到的：高層建筑在偶然事件發(fā)生前后應(yīng)滿足整體穩(wěn)定性的要求，提高結(jié)構(gòu)的抗火能力或提高結(jié)構(gòu)的延性顯得猶為重要。講框架震害分析時(shí)，結(jié)合汶川地震中由于樓梯嚴(yán)重破壞的震害現(xiàn)象，介紹了西南設(shè)計(jì)院馮遠(yuǎn)總工的《現(xiàn)澆樓梯對(duì)框架結(jié)構(gòu)的抗震影響分析與設(shè)計(jì)建議》。提出一種將樓梯和整體結(jié)構(gòu)脫離的構(gòu)造方案，使得樓梯在地震中不會(huì)成為首要的耗能構(gòu)件，從而保護(hù)樓梯的完整，擴(kuò)寬了同學(xué)們對(duì)高層抗震構(gòu)造措施的了解。在講到筒體結(jié)構(gòu)抗震性能時(shí)，介紹了《框架-核心筒結(jié)構(gòu)的框架內(nèi)力調(diào)整方法對(duì)比研究》。由于框架-核心筒結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震作用下會(huì)發(fā)生內(nèi)力重分布，為保證結(jié)構(gòu)具有多道防線，滿足其延性和耗能的要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要對(duì)框架部分進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整。通過(guò)這篇文獻(xiàn)加深同學(xué)們對(duì)于框架-核心筒結(jié)構(gòu)抗震機(jī)制的理解，并讓學(xué)生知道規(guī)范也有許多地方值得探究，激發(fā)了學(xué)生的探索精神。在講到框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合同濟(jì)大學(xué)呂西林教授的《鋼筋混凝土框架“強(qiáng)柱弱梁”抗震措施的試驗(yàn)研究》，通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)講解，讓學(xué)生深刻理解強(qiáng)柱弱梁這一概念設(shè)計(jì)，感受其在實(shí)際工程中的重要性。通過(guò)引用這樣的一些文獻(xiàn)既能夠加深同學(xué)們對(duì)于知識(shí)的理解，又能增添課堂教學(xué)的新鮮感，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知的積極性。

三、充分運(yùn)用微信公眾號(hào)碎片化學(xué)習(xí)，打破課堂邊界

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，像Mooc、微信公眾平臺(tái)等在線教育越來(lái)越受大學(xué)生的歡迎。與此同時(shí)，學(xué)習(xí)者在自然情境中根據(jù)自我學(xué)習(xí)需求，利用多樣化學(xué)習(xí)媒體、零散時(shí)間和分布式的空間，學(xué)習(xí)零碎知識(shí)內(nèi)容的碎片化學(xué)習(xí)方式[5]，也引起了人們的廣泛關(guān)注。筆者深入挖掘二者的優(yōu)勢(shì)及其內(nèi)在聯(lián)系，提出了一種基于微信公眾號(hào)的適于碎片化學(xué)習(xí)的輔助教學(xué)模式。將傳統(tǒng)課堂上的系統(tǒng)學(xué)習(xí)與微信公眾號(hào)的碎片化學(xué)習(xí)相輔相成、無(wú)縫連接，打破課堂邊界，充分利用兩種方式的優(yōu)勢(shì)提高教學(xué)效果。

大學(xué)生多任務(wù)快節(jié)奏的生活方式導(dǎo)致時(shí)間碎片化，使我們只利用整段的時(shí)間來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們不得不利用有限的碎片時(shí)間來(lái)開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)，這種學(xué)習(xí)碎片化迫使學(xué)習(xí)者自覺(jué)不自覺(jué)地將完整的學(xué)習(xí)內(nèi)容（知識(shí)）分解成碎片，以便于化整為零的學(xué)習(xí)。而多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多的課程，且部分知識(shí)點(diǎn)難度大，因此僅僅依靠老師課堂上講一遍，學(xué)生難以很好的掌握。在以往的課堂上甚至有學(xué)生通過(guò)拍照、錄音、錄像等方式記錄重要知識(shí)點(diǎn)，方便課后學(xué)習(xí)。筆者基于微信公眾號(hào)的適于碎片化學(xué)習(xí)的輔助教學(xué)模式，讓課堂不只是傳統(tǒng)上課的45分鐘，恰能順應(yīng)學(xué)生的需求，微信公眾號(hào)可以從以下板塊由助教負(fù)責(zé)開(kāi)展運(yùn)營(yíng)：

（一） 課堂小視頻

由于多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程難度大，很多學(xué)生存在上課聽(tīng)不懂的情況，這時(shí)候我們可以借助課堂內(nèi)容的短視頻回放，讓學(xué)生能夠多次學(xué)習(xí)、精準(zhǔn)學(xué)習(xí)。這些小視頻可以包括課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、課后作業(yè)講解、案例分析等內(nèi)容，每個(gè)視頻都只有3到10分鐘，學(xué)生可以在課后復(fù)習(xí)或者進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)梳理發(fā)現(xiàn)疑難點(diǎn)時(shí)及時(shí)回放，能有效提高學(xué)習(xí)效率。

這一模式為學(xué)生充分利用碎片化時(shí)間學(xué)習(xí)課程內(nèi)容提供渠道。由于在課堂上學(xué)生已經(jīng)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，微信公眾號(hào)更多的是課后的查漏補(bǔ)缺，這樣的碎片化學(xué)習(xí)過(guò)程將會(huì)有“零存整取”的效果。

（二）學(xué)習(xí)資料下載

為提高學(xué)生的工程能力，多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容一方面應(yīng)與現(xiàn)行規(guī)范相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生正確理解規(guī)范條文和使用規(guī)范和手冊(cè)。另一方面應(yīng)增加對(duì)新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的介紹，拓寬學(xué)生工程視野。因此在課堂教學(xué)需要不時(shí)穿插對(duì)現(xiàn)行規(guī)范條文的講解，為了加深理解甚至加入不同版本規(guī)范的區(qū)別以及規(guī)范修改的緣由等內(nèi)容。新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的典型案例網(wǎng)絡(luò)上資源繁多，但學(xué)生難以辨別資料的可靠與否，因此這類規(guī)范手冊(cè)、案例視頻等學(xué)習(xí)資料均可在公眾號(hào)里由助教統(tǒng)一發(fā)布。

本課程將采用工程案例教學(xué)，以一綜合性的工程項(xiàng)目實(shí)例的設(shè)計(jì)計(jì)算貫穿教學(xué)過(guò)程的始終。除了課堂上講解的工程案例，還可通過(guò)公眾號(hào)提供多個(gè)工程案例的分析，擴(kuò)寬學(xué)生工程視野，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）小組作業(yè)展示與討論

在課程之初以小組為單位布置的工程計(jì)算實(shí)例，在課程接近尾聲時(shí)可將計(jì)算資料和講解視頻上傳至微信公眾號(hào)。通過(guò)公眾號(hào)與同專業(yè)的其他同學(xué)討論學(xué)習(xí)，各小組之間可以直觀的對(duì)比學(xué)習(xí)各自的長(zhǎng)處。工程計(jì)算案例之間的分享與交流，能幫助同學(xué)們查漏補(bǔ)缺，汲取更多更完備的工程知識(shí)。最后在公眾號(hào)里組織同學(xué)們投票評(píng)分，將同學(xué)們的投票評(píng)分與教師評(píng)分綜合，即為各小組本次工程計(jì)算實(shí)例得分，以20%的比例計(jì)入期末考核中。

課程微信號(hào)的運(yùn)營(yíng)需在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，我們可以定期調(diào)查學(xué)生對(duì)各個(gè)板塊的滿意度，并吸納可取的建議。后期可利用微信公眾號(hào)的傳播能力強(qiáng)的特點(diǎn)，將服務(wù)方擴(kuò)大到已經(jīng)工作的畢業(yè)生。讓知識(shí)無(wú)邊界、課堂無(wú)邊界。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)多高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程改革的探索與實(shí)踐以學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展需求為出發(fā)點(diǎn)，具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：一是以問(wèn)題學(xué)習(xí)的形式，以探索性的工程計(jì)算實(shí)例為載體，通過(guò)多種教學(xué)因素的集成來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的工程能力;二是對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行調(diào)整，運(yùn)用微信公眾號(hào)打破課堂邊界，將系統(tǒng)學(xué)習(xí)與碎片化學(xué)習(xí)統(tǒng)一與協(xié)調(diào)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。當(dāng)然課程教學(xué)改革是一個(gè)綜合性的工作，一門(mén)課程的探索工作可以給其他課程啟示，但是若要得到一個(gè)綜合的教學(xué)效果，并且能夠在學(xué)生身上長(zhǎng)久體現(xiàn)則離不開(kāi)整個(gè)教育環(huán)境，我們應(yīng)該尋求多門(mén)專業(yè)課的配合。

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