PBL 教學模式在建筑結構課程教學中的應用

文／宋永芳 浙江工業大學教育科學與技術學院 碩士研究生

倪鈺薦 浙江工業大學教育科學與技術學院 碩士研究生

引言

建筑結構課程是建筑類專業的核心課程之一，涉及的學科范圍較廣，是一門具有強理論性和實踐性的綜合性課程。通過課程理論教學，學生可以掌握多種不同類型結構的基本概念、構件的計算方法和設計原則，學會識讀、分析及繪制不同類型的結構施工圖；通過課程實踐教學，學生可以提升運用建筑結構知識、結構設計規范、標準圖集等知識處理建筑工程技術的分析和解決能力。PBL 教學模式對于培養建筑專業人才具有重要促進意義，在此模式的基礎上進行建筑結構課程改革，可為其課堂教學注入新的活力，以適應不斷發展的建筑行業需求。

1 PBL 模式概述

1.1 PBL 模式的內涵

1 9 6 9 年，P B L（P r o b l e m-b a s e d Learning）教學模式首次被應用到世界著名學府Mc Master University 的醫學培訓方案中。作為一種以問題為導向的教學模式，它不同于傳統的教學模式，即由教師針對一個主題做理論講解，然后討論其在現實生活中的應用。其主要步驟是通過設置真實性任務，以學生為中心，在教師的指導下，由小組共同參與針對某一任務進行研究與思考[1]。在PBL 教學過程中，學生主動去解決現實生活中遇到的問題，在此過程中掌握識別相關主題來學習解決問題。與傳統的教學方法相比，PBL 模式具有幫助學生提高批判性思維、溝通能力和團隊工作能力的優勢[2]。PBL 模式最初應用于醫學教學，后逐步轉向其他領域的教育，如食品學、工程實踐、建筑學、大學英語等，大多有一定的發展但并不成熟。

1.2 PBL 模式的輔助措施

學生通過PBL 模式掌握的知識是廣泛且深刻的，但對于一些傳統的基礎的學科知識來說，PBL 教學模式存在一定的弊端，因此需要一定的輔助措施來提高PBL 教學模式的效果。首先需要安排若干次傳統的知識講授，主要讓學生了解學科的基本概念與原理、核心知識及最新的發展情況。其次要加強基礎技能的培訓與現代技術的應用。例如，在建筑結構課程中，PBL 模式關注的問題一般是涉及基層工程單位的工程實際問題，這就要求學生需要掌握如建筑制圖基礎技能、計算機輔助設計技能等。最后還要開設不同類型的選修課，補充某些基礎學科知識或人文學科等知識。例如建筑作為藝術表達的一種形式，對構圖、比例、尺度、色彩、質感和空間感都有較高的要求。

2 建筑結構課程教學現狀

目前我國大部分院校在進行建筑結構課程教學時，仍然采用的是教師講解現有教材上的理論知識，在課程上進行案例分析后，學生課下完成一定的書面作業，在課程中后期進行較少學時的實踐教學，最后通過實習環節將知識運用于實踐。但在課程實際教學過程中這種方式的弊端已日益凸顯：

2.1 教學內容設計存在弊端

大部分院校建筑結構課程的教材使用傳統的結構設計方法，簡單地將傳統的混凝土結構、砌體結構、鋼結構、建筑抗震等幾門課程拼湊在一起，割裂了知識的銜接性。以大多數院校采用的《大學教材：建筑結構》為例，該教材共16 章節的內容，基本涵蓋了所有的建筑結構。同時課程教材中抽象的計算模型缺乏實際構件的對比，與實際圖紙分離，尚未擺脫以培養結構設計人才為目標的內容框架。在學時安排上一般院校會在一個學期內使用64 或72 左右的學時完成該課程的教授，由于課程內容較多，難度較大，這一設計不利于保證教學效果。

2.2 教學方法缺乏創新性

大部分院校建筑結構課程一般由土木專業的老師來承擔，缺乏建筑專業實踐經驗。在教學過程中未對課程進行合理分析與規劃，單一地使用講授法進行教學，使得原本晦澀難懂的課程更加索然無味，學生學習興趣下降。而部分年輕教師在教學方法及專業表達方面存在不足，導致其在講解重點知識過程中不夠細致與深入，無法在已有工程案例的基礎上進行實踐應用分析，使得學生在課后復習與運用過程中存在困難。

2.3 理論與實際運用脫節

盡管部分院校會安排部分實訓課程，但大多流于形式或安排較為簡單的構件設計，例如樓蓋或樓梯的基本構件設計，而老師并未帶領學生深入參與并解決某一實際且較為復雜的結構問題。并且實踐教學一般放在理論教學結束過后，學生在學完所有的理論知識過后才進入到實踐工程中去了解。如果學生在學習理論知識的同時就能進入實際工程中去觀察體驗，與實際工作人員進行交流，一些抽象復雜的知識可能更利于學生吸收與消化，也有利于激發學習積極性。

2.4 評價考核形式單一化

課程考核是檢驗學生理論知識和實踐技能掌握程度的一種手段，通過分析部分院校的建筑結構課程標準可以發現其課程考核一般注重考察平時學習態度、出勤率、試卷考核等三方面內容，按照不同的比例對學生進行傳統的分數測評。因此，建筑結構課程考核存在形式與內容單一、評價主體與評價維度單一的問題，同時院校并未結合建筑行業的用人標準去分析評價學生，導致培養出的人才無法滿足企業需求。而試卷考核一般由授課教師出題采取卷面考試的形式，以學生的卷面成績作為考核依據，忽視對學生建筑結構實際能力，缺乏行業企業人員及第三方機構等多元主體評價，使其未能與崗位標準相對接，不利于學生快速進入勞動力市場，同時削弱了考核的激勵與導向功能。

3 PBL 模式在建筑結構課程教學中的應用

針對建筑結構課程教學過程中出現的問題，將PBL 教學模式引入其中，可以提前將學生社會化和角色化，使其掌握完成建筑項目的能力。其次PBL 模式培養出來的人才能夠在實際工作中快速融入項目，不需要像傳統教學一樣進行崗前培訓，節約了人力物力。

3.1 加強課程前期指導

建筑結構課程期讓學生了解建筑結構的基本設計原則與相關的課程概念，教師在理論傳授前布置相關任務，讓學生以問題為導向進行預習與聽課，使得每節課呈現較強的任務導向。教師還得為學生制定相關的“任務書”，明確可參考的圖集、案例等，提供任務完成思路，在任務書上還需提供其他參考資料、相關的CAD 圖紙、BIM 模型庫及相關的公眾號資源以拓展學生的專業知識領域。還可利用慕課資源、虛擬現實等現代化信息技術幫助學生為后續課程做好準備。

3.2 進行結構“任務”劃分

建筑結構教學模塊可根據其課程目標從建筑結構的基本設計原則、鋼筋混凝土結構構件、鋼筋混凝土梁板結構、鋼筋混凝土單層工業廠房、砌體結構和鋼結構等實施“單項任務”，而后從建筑結構類型出發設置“專項任務”，最后結合實訓任務進行完成建筑結構的設計與制作，讓學生將建筑結構的理論知識運用于實際工程的設計與制作中，進行實現建筑結構專業人才的培養，具體見圖1。

圖1 建筑結構任務劃分分類示例（圖片來源：作者自繪）

3.3 合理分配小組任務

PBL 教學模式下的任務通常是由3 ～4 人共同合作完成，同一任務可由一個小組或多個小組完成。其中單項任務可根據其種類分別由不同的小組完成，或者由各小組主動挑選，最后各組進行各自成果交流，在交流過程中要注重教師的指導，面對較為復雜的任務時教師可幫助學生進行最后的成果總結，以幫助未參與到該任務的小組成員完成知識的內化過程[3]。比如讓某一小組的學生完成整體式單向板肋形樓蓋設計，小組的學生需要完成樓蓋結構平面布置、板的設計、次梁設計及主梁設計等，進而完成設計圖紙（圖2）。由于單項任務分布范圍較廣，分布給不同的小組完成可以提高教學效率，并且提高各成員的合作學習能力。成果交流可以鍛煉學生的語言表達能力與組織能力。同一專題任務可布置給多個小組，由于一個專題涉及的范圍較廣，各小組可以觀察其他小組的研究成果以發現自己的不足之處。同時在成果交流過程中教師要引發學生的討論，重點關注其在實際過程中的運用。盡管任務由小組共同完成，但課堂作業以個人作業的方式提交，作為考核內容的一部分，避免造成不公正的結果。

圖2 整體式單向板肋形樓蓋設計圖示例（圖片來源：作者自繪）

3.4 加強教學過程管理

在PBL 教學模式的基礎上完善教學過程，在以問題為導向的基礎上采用多樣化教學方法，如啟發式教學法、現場教學法、小組合作教學法。提高實踐教學學時比例，可通過數字手段模擬建筑環境或直接到實地進行學習。或在某一階段性的課程結束之后就帶其參觀相應的建筑實物，進而了解各框架結構。有條件的學校和教師可承接某一項目工程，讓學生參與項目建造的全過程及后續管理過程。

3.5 加強現代技術應用

PBL 教學模式配合輔助措施可以保證更好的教學效果。在傳統的建筑結構課程教學中，教師一般只簡單地運用投影儀、多媒體等資源向學生呈現一些專業構件的圖片，這使得一些立體圖形只有平面圖和剖面圖的展示。而建筑結構課程作為核心專業基礎課程，應充分利用現代化技術手段建立網絡課程資源庫，為學生解決任務提供多方面的途徑。比如在介紹鋼筋混凝土構件綜合設計及施工圖識讀時，可以利用虛擬現實技術為學生模擬真實的設計環境[4]。還可利用BIM、計算機輔助技術等進行建筑繪圖、模型、動畫等加強學生的立體認知，以保證更好的課程教學效果。

3.6 改革已有評價機制

實施PBL 教學模式的主要目的在于加強學生對問題及任務的理解，使得學生運用自主學習和合作學習的方法去構建自身的知識體系，并將其運用至實際工程操作中。因此在考核方式上要體現復合式、全程式及多元式。復合式是指增加課堂理論測驗與實際運用測試，將平時任務完成成績與期末成績、建筑結構課程中的量化指標與非量化指標結合起來。全程式是指考核貫穿始終，除了定期的測驗外，日常表現、課堂作業、小組任務完成情況均納入考核范圍。多元式則是考核的內容多元化，如基本的混凝土構件設計能力、建筑結構設計圖制作能力及相應的理論知識。在評價主體上，可由教師、學生本人、小組成員及專業技術人員等承擔，教師通過學生的過程表現評估學生的實際掌握能力，學生個人對自己的學習過程進行評估，小組成員通過觀察任務解決過程中的具體表現進行評估，專業技術人員以學生最后的實際操作進行評估。這一機制可較大程度上體現學生知識的實際掌握與運用情況。

結語

學生通過系統地學習建筑結構課程，能夠獲得扎實的建筑理論知識，掌握不同類型構件的設計方法，實現從理論學習到實際運用的過渡，提高了學生解決實際建筑結構問題的能力。而PBL教學模式改變了傳統的教學方式，以問題為導向，在小組合作的基礎上去解決問題，培養了學生的自主學習團隊合作與實際問題解決能力，有利于以操作性、實踐性為主的建筑應用型人才的培養。