體驗(yàn)教學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)課程中的應(yīng)用★

祝捷 傳李京 周鑫

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083)

2010年6月，教育部啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，提出面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國家、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人才資源優(yōu)勢，增強(qiáng)我國的核心競爭力和綜合國力。強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力是卓越計(jì)劃的主要特點(diǎn)之一。

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，本文作者在建筑結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)中引入體驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，通過精心設(shè)計(jì)的教學(xué)情境讓學(xué)生“先行后知”，通過學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和教師的分析總結(jié)，幫助學(xué)生加深對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理的理解。

1 體驗(yàn)教學(xué)的理論基礎(chǔ)

“體驗(yàn)”的語義最早出現(xiàn)在我國《淮南子·氾論》“故圣人以身體之”和《荀子·修身》“好法而行，士也;篤志而體，君子也”。20世紀(jì)30年代，陶行知先生提出的“教學(xué)做合一”，為體驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)施提供了指導(dǎo)，其主要內(nèi)涵包括:

1)做是學(xué)的重心，也是教的重心;2)做是“在勞力上勞心”的手腦并用;3)教學(xué)做是圍繞實(shí)際生活而展開的教學(xué)活動(dòng);4)教學(xué)做合一并不排斥書本，但也絕不將書本看成是教學(xué)做的唯一工具;5)教學(xué)做合一的目標(biāo)直接指向于教會(huì)學(xué)生做事，幫助學(xué)生獲取真知。

20世紀(jì)90年代，杜威提出了以學(xué)生為中心、活動(dòng)為中心、經(jīng)驗(yàn)為中心的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)人們學(xué)習(xí)活動(dòng)中體驗(yàn)的重要性，倡導(dǎo)從做中學(xué)的理念，讓體驗(yàn)成為學(xué)習(xí)的組織核心［1］。杜威的“做中學(xué)”、羅杰斯的人本主義教學(xué)思想，以及戴爾的“經(jīng)驗(yàn)之塔”共同構(gòu)建了體驗(yàn)教學(xué)的理論基礎(chǔ)［2］。在設(shè)計(jì)體驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)注意與教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系、適應(yīng)學(xué)生知識(shí)水平和心理特點(diǎn)，且與實(shí)際生活緊密聯(lián)系。與此同時(shí)，體驗(yàn)教學(xué)法對教師的教育智慧和組織教學(xué)能力提出了更高的要求［3］。本文將詳細(xì)闡述體驗(yàn)教學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)課程的實(shí)踐情況。

2 體驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

2．1 體驗(yàn)教學(xué)的課堂設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)是建筑學(xué)專業(yè)本科生的必修課。課程內(nèi)容涵蓋了鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)抗震，其中包含大量概念性知識(shí)和方法性知識(shí)［4］。學(xué)生不僅要理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本理論，而且逐漸具備分析一般結(jié)構(gòu)問題的能力。

建筑結(jié)構(gòu)課程各章知識(shí)點(diǎn)并不孤立。鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)中都涉及軸心受壓構(gòu)件［5］，軸心受壓構(gòu)件是建筑學(xué)專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)大綱中的重點(diǎn)內(nèi)容。軸心受壓構(gòu)件的計(jì)算公式如下:

1)混凝土結(jié)構(gòu)軸心受壓柱正截面承載力計(jì)算公式:

2)砌體結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件承載力計(jì)算公式:

3)鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定計(jì)算公式:

為了使學(xué)生理解全面系統(tǒng)，教師通常會(huì)在講解相關(guān)設(shè)計(jì)方法之后，通過對比、分析和總結(jié)將三種結(jié)構(gòu)中的軸心受壓構(gòu)件內(nèi)容加以聯(lián)系。由于教學(xué)大綱安排鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)先于鋼結(jié)構(gòu)，學(xué)生對“柱”的破壞形態(tài)和基本原理有所了解。我們利用“學(xué)習(xí)遷移”的有效作用，在“鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件”一節(jié)設(shè)計(jì)了“先行后知”的體驗(yàn)式教學(xué)環(huán)節(jié)，授課過程的教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 “鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件”一節(jié)授課過程的教學(xué)設(shè)計(jì)圖

教師在課題導(dǎo)入時(shí)首先讓學(xué)生觀察“柱”的受力情況，由動(dòng)態(tài)演示引出受壓構(gòu)件的計(jì)算簡圖［6］，然后進(jìn)入體驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。按照事先分好的小組，教師要求每個(gè)小組利用1張A4打印紙制作“柱”模型，課堂討論和制作時(shí)間為10 min;學(xué)生現(xiàn)場完成之后，教師對學(xué)生各組模型進(jìn)行點(diǎn)評和分析，給出整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定的概念，隨后進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件計(jì)算原理和設(shè)計(jì)方法的主題內(nèi)容。課后安排實(shí)踐性作業(yè)，即改進(jìn)課上制作的“柱”模型并提交分析報(bào)告。在學(xué)生完成報(bào)告之后，教師認(rèn)真批閱，對完成情況好的小組予以鼓勵(lì)，與學(xué)生討論并提出“受力性能優(yōu)良的受壓構(gòu)件”的設(shè)計(jì)建議。

2．2 學(xué)生對體驗(yàn)教學(xué)的反饋

我校建筑學(xué)專業(yè)本科生在學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)之前，先修了建筑模型課程，并配有2周時(shí)間進(jìn)行模型設(shè)計(jì)與制作。這為建筑結(jié)構(gòu)課程的體驗(yàn)教學(xué)提供了良好的前期條件。學(xué)生對制作“柱”模型表現(xiàn)出極高的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)作愿望，他們利用課余時(shí)間對模型進(jìn)行了簡單的加載工作(見圖2)。表1列舉了部分紙柱模型的幾何形式和其基本參數(shù)。由表1可知:模型的截面形式既有實(shí)腹式，又有格構(gòu)式;柱高為10 cm～15 cm;模型重量大多數(shù)控制在8 g以內(nèi);為了保證模型具有足夠的承載力，學(xué)生把紙柱的長細(xì)比控制在83以下。

圖2 學(xué)生對紙柱進(jìn)行加載測試

表1 紙柱模型的幾何形式和基本參數(shù)

在學(xué)生反饋的意見中，“實(shí)踐出真知”成為大家的共識(shí)，主要包括以下幾方面:

1)每個(gè)小組都在完成2個(gè)～3個(gè)模型的基礎(chǔ)上提出優(yōu)化方案，通過模型的簡單加載，學(xué)生認(rèn)識(shí)到僅關(guān)心柱體高度是不夠的，應(yīng)設(shè)計(jì)好柱的長細(xì)比保證其整體穩(wěn)定性;

2)學(xué)生總結(jié)了兩大驚喜:a．模型制作時(shí)大家從沒聽說實(shí)腹式和格構(gòu)式等專業(yè)術(shù)語，但制作的模型竟然包含兩類截面形式;b．誰都沒想到由一張A4紙做成的紙柱可承受10 kg的重量;

3)學(xué)生喜歡以動(dòng)手實(shí)踐完成作業(yè)的方式，建議多采用類似教學(xué)方式。

2．3 教師在體驗(yàn)教學(xué)中的作用

體驗(yàn)教學(xué)模式讓學(xué)生發(fā)揮了主動(dòng)性，突出了教學(xué)過程中學(xué)生的主體地位。但體驗(yàn)教學(xué)效果的好壞與教師的“配角”作用密切相關(guān)。

以“鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件”一節(jié)為例，由于教學(xué)設(shè)計(jì)中加入了體驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，無疑縮短了教師的授課時(shí)間，這對教師講課的嚴(yán)密性和精準(zhǔn)性提出了更高的要求。教師在體驗(yàn)教學(xué)前必須吃透教材，充分把握體驗(yàn)教學(xué)與其他教學(xué)方式的關(guān)系，做好教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì);在體驗(yàn)教學(xué)后要認(rèn)真對待學(xué)生的反饋，及時(shí)糾正學(xué)生認(rèn)識(shí)中的錯(cuò)誤，促進(jìn)學(xué)生加深對問題的理解。

體驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師的點(diǎn)評和分析尤為重要。以2．2節(jié)“紙柱模型”為例，完成后第2組學(xué)生提出“為什么他們的作品長細(xì)比最小但承載能力卻最低”(見表1)。我們分析發(fā)現(xiàn)，與第2組僅利用打印紙卷成圓筒狀不同，第1組，第4組在柱肢部位增設(shè)了竹簽，第3組在柱頭和柱腳處粘結(jié)木板，約束柱肢的側(cè)向變形，這些措施有效提高了模型的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。經(jīng)過教師的點(diǎn)評之后，學(xué)生對受力性能良好的受壓構(gòu)件有了更深刻的認(rèn)識(shí)。

充分發(fā)揮體驗(yàn)教學(xué)的作用，還有賴于教師建立有效的考核機(jī)制。教師可以利用考試的“指揮棒”作用引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變僅僅依靠做題的學(xué)習(xí)方式，鼓勵(lì)理論聯(lián)系實(shí)際，動(dòng)手實(shí)踐，提升設(shè)計(jì)能力。作者講授的建筑結(jié)構(gòu)課程考核成績由調(diào)查報(bào)告、模型制作、平時(shí)作業(yè)以及期末考試等多個(gè)環(huán)節(jié)組成。學(xué)生意識(shí)到建筑結(jié)構(gòu)知識(shí)固然重要，運(yùn)用課程知識(shí)分析、解決實(shí)際結(jié)構(gòu)問題更重要。

3 結(jié)語

教學(xué)做合一的體驗(yàn)教學(xué)模式符合“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的基本原則。通過“分組討論、動(dòng)手實(shí)踐、點(diǎn)評分析”的體驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生在建筑結(jié)構(gòu)課堂中實(shí)現(xiàn)了積極主動(dòng)、協(xié)作進(jìn)步的學(xué)習(xí)過程，避免了學(xué)習(xí)過程“體驗(yàn)缺失”的不足;教師則通過解答和分析學(xué)生體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題，促進(jìn)學(xué)生深入理解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理，逐步培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力。

由于課堂是動(dòng)態(tài)的，教學(xué)情境不斷變化，因此良好的體驗(yàn)教學(xué)效果，要求教師全面把握教學(xué)內(nèi)容，處理好體驗(yàn)教學(xué)和其他教學(xué)方式的關(guān)系，精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，做好備課工作，及時(shí)調(diào)控課堂情境，最大程度調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與熱情。

應(yīng)當(dāng)指出，引入體驗(yàn)教學(xué)后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，愿意和老師討論建筑設(shè)計(jì)中遇到的實(shí)際問題。師生之間的討論和交流增加了，教師漸漸成為學(xué)生集體討論的重要成員?？梢婓w驗(yàn)教學(xué)對構(gòu)建良好教學(xué)氛圍、和諧師生關(guān)系大有好處。

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