建筑結(jié)構(gòu)模型解析的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式探索

謝偉　鄭玉瑩　苗生龍

摘要：傳統(tǒng)的土木工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式，由于受學(xué)生人數(shù)、經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、教師配置以及實(shí)習(xí)環(huán)境等客觀條件的限制，存在諸多不足。針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)模型解析的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行探索和總結(jié)，分析了該模式各環(huán)節(jié)對(duì)土木專業(yè)技能和素養(yǎng)鍛煉的作用和貢獻(xiàn)。該實(shí)踐教學(xué)模式能夠突破傳統(tǒng)實(shí)踐模式的條件限制，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，可操作性強(qiáng)，有助于學(xué)生建立和強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)體系，提高專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能，同時(shí)，該實(shí)踐教學(xué)模式能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，提高分析和解決問題的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

關(guān)鍵詞：土木工程；實(shí)踐教學(xué)模式；建筑結(jié)構(gòu)模型；設(shè)計(jì)制作

中圖分類號(hào)：G642；TU3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10052909（2015）05010803

土木工程是一門應(yīng)用實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐環(huán)節(jié)是其專業(yè)教學(xué)的重要組成部分。合理設(shè)置并順利開展實(shí)踐活動(dòng)對(duì)提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量以及提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)舉足輕重。然而，在土木工程專業(yè)教學(xué)過程中，由于學(xué)生人數(shù)較多，同時(shí)受到經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、教師配置以及實(shí)習(xí)環(huán)境等客觀條件的限制，傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)在各階段實(shí)習(xí)、專業(yè)課程的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面仍存在不足[1-5]：（1）實(shí)習(xí)不夠深入，實(shí)際動(dòng)手操作匱乏，學(xué)生積極主動(dòng)性不高，專業(yè)技能訓(xùn)練有限；（2）實(shí)踐環(huán)節(jié)與專業(yè)課程教學(xué)聯(lián)系不夠緊密；（3）專業(yè)課程設(shè)計(jì)僅關(guān)注本課程知識(shí)點(diǎn)，各課程之間聯(lián)系較少；（4）畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在一定程度上忽略了對(duì)施工技能的訓(xùn)練。

總的來(lái)講，傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)雖然內(nèi)容豐富、形式多樣，但各環(huán)節(jié)之間聯(lián)系不夠緊密。一方面，學(xué)生在這些環(huán)節(jié)中取得對(duì)專業(yè)知識(shí)實(shí)踐鍛煉的效果受到較大影響，另一方面，也影響學(xué)生全面知識(shí)體系的建立以及專業(yè)素質(zhì)的提高。因此，有必要針對(duì)土木工程的專業(yè)特點(diǎn)，在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，探索新的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式。

建筑結(jié)構(gòu)模型解析的實(shí)踐教學(xué)模式，即給定開放式選題，由學(xué)生成立項(xiàng)目組，完成建筑結(jié)構(gòu)的方案構(gòu)思、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，以及建筑結(jié)構(gòu)模型制作等實(shí)踐任務(wù)，以模擬真實(shí)工程項(xiàng)目的完成流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)專業(yè)素養(yǎng)和技能訓(xùn)練的目的。

一、建筑方案構(gòu)思與設(shè)計(jì)對(duì)專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)

建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是兩個(gè)密切相關(guān)的專業(yè)，建筑物是二者的有機(jī)結(jié)合體。然而，土木專業(yè)對(duì)方案構(gòu)思和建筑設(shè)計(jì)課程涉及較少，存在對(duì)建筑學(xué)專業(yè)認(rèn)識(shí)淺顯，思維狹隘的問題，有可能在項(xiàng)目合作中造成溝通與配合障礙。

在實(shí)踐過程中，通過現(xiàn)場(chǎng)請(qǐng)教、集體講座的方式對(duì)建筑方案進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)確定位自己的創(chuàng)作作品，完成方案構(gòu)思以及建筑功能和造型的設(shè)計(jì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。該過程能直觀、全面地鍛煉學(xué)生的方案構(gòu)思及建筑設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)技能，有助于幫助學(xué)生構(gòu)建完整的專業(yè)知識(shí)體系。

二、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)對(duì)專業(yè)技能的訓(xùn)練

在模型設(shè)計(jì)制作的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)階段，學(xué)生將完成包括結(jié)構(gòu)選型及結(jié)構(gòu)布置、傳力體系分析及結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置、結(jié)構(gòu)受力分析及構(gòu)件設(shè)計(jì)等結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)工作，達(dá)到深入理解各專業(yè)課程知識(shí)點(diǎn)

，并靈活運(yùn)用的目的。

學(xué)生首先根據(jù)自身作品的建筑方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置，加深學(xué)生對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)的理解，鍛煉其結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的能力。學(xué)生通過綜合運(yùn)用、討論、對(duì)比和分析來(lái)完成對(duì)傳力體系的合理設(shè)置，以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置，在實(shí)踐應(yīng)用中強(qiáng)化相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，并理解各知識(shí)點(diǎn)之間的相關(guān)性。

在結(jié)構(gòu)受力分析和構(gòu)件設(shè)計(jì)階段，學(xué)生需要針對(duì)已布置完成的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行內(nèi)力和變形分析，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行構(gòu)件及其連接設(shè)計(jì)。該環(huán)節(jié)學(xué)生將以自身作品為對(duì)象，綜合應(yīng)用“荷載”、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”、“工程材料”以及針對(duì)相關(guān)工程結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程的知識(shí)，以實(shí)踐的方式培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，并通過自學(xué)和資料收集實(shí)現(xiàn)

知識(shí)拓展。由于各專業(yè)知識(shí)均匯集于同一個(gè)結(jié)構(gòu)體系，能讓學(xué)生直觀生動(dòng)地理解各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系以及各課程知識(shí)在專業(yè)中的地位和作用，進(jìn)而有助于學(xué)生建立完整的專業(yè)知識(shí)體系。

在該實(shí)踐階段，學(xué)生還需要適當(dāng)運(yùn)用PKPM、3D3S、SAP2000等結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)軟件，拓寬專業(yè)技能，提高對(duì)實(shí)際工作的適應(yīng)能力。

三、模型制作對(duì)工程施工的模擬

建筑結(jié)構(gòu)模型制作是實(shí)踐教學(xué)模式的最后一個(gè)階段，即以各階段設(shè)計(jì)分析成果為依據(jù)，制作建筑結(jié)構(gòu)實(shí)體模型，模擬將工程設(shè)計(jì)付諸于施工的過程。學(xué)生在該階段不僅需要讓模型的外觀造型與設(shè)計(jì)內(nèi)容保持一致，更需要從材料的選用，構(gòu)件形狀、構(gòu)件安裝與連接等方面反映設(shè)計(jì)內(nèi)容，從而盡可能形象真實(shí)地模擬建筑結(jié)構(gòu)，達(dá)到模擬實(shí)際工程施工的目的。

在模型選材方面，需從材料力學(xué)性能、材料類型、外觀等方面近似模擬真實(shí)工程材料，保持模型材料與真實(shí)工程材料在剛度、強(qiáng)度、質(zhì)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(qiáng)度均較高，可用來(lái)模擬地基、混凝土基礎(chǔ)或混凝土板；用剛性玻璃板模擬玻璃；夾芯泡沫板模擬復(fù)合墻板，等等。在構(gòu)件形狀方面則以設(shè)計(jì)內(nèi)容為依據(jù)由選定的模型材料加工成型。構(gòu)件安裝與連接主要包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件與地基的連接、結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的組裝和連接，以及建筑功能構(gòu)件的組裝等。這些構(gòu)造細(xì)節(jié)的處理均考慮與工程實(shí)際相似。在選材、構(gòu)件加工、組裝過程中，指導(dǎo)學(xué)生收集資料，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，使模型制作過程與工程實(shí)際情況相類比。學(xué)生從中形象生動(dòng)地了解實(shí)際工程相關(guān)處理方式，加深學(xué)生對(duì)工程材料、工程施工等專業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用。此外，在模型制作過程中鍛煉學(xué)生分析解決問題的能力，提高實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

四、建筑結(jié)構(gòu)模型解析實(shí)踐模式的實(shí)施

考慮模型解析所需設(shè)計(jì)及制作分工情況，跨年級(jí)組建項(xiàng)目組，并根據(jù)各年級(jí)專業(yè)課程的特點(diǎn)，分工合作。項(xiàng)目組一般6人，組成及大致分工情況如下：（1）由開設(shè)“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”、“鋼與組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”、“土木工程施工”等課程的三年級(jí)成員2人，負(fù)責(zé)整體模型設(shè)計(jì)和制作的總體方案設(shè)計(jì)及實(shí)施開展，解決具體的技術(shù)問題；（2）由開設(shè)“房屋建筑學(xué)”、“結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“土木工程材料”等課程的二年級(jí)成員2人，負(fù)責(zé)建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃，部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模型制作方案的設(shè)計(jì)；（3）尚未接觸專業(yè)課程大一新生2人，主要負(fù)責(zé)模型材料匹配、具體模型制作以及相關(guān)協(xié)助工作。此外，項(xiàng)目組還配有專業(yè)指導(dǎo)教師以及大四學(xué)生作為顧問，保障項(xiàng)目正常進(jìn)行。

以模型解析和制作項(xiàng)目為背景，根據(jù)分工情況和具體工作內(nèi)容，指導(dǎo)教師將其與相關(guān)課程內(nèi)容建立聯(lián)系，將項(xiàng)目工作進(jìn)行拆解、組合和深化，合理設(shè)定與專業(yè)課程相對(duì)應(yīng)的任務(wù)，依托項(xiàng)目開展進(jìn)一步完成相應(yīng)的計(jì)算分析、設(shè)計(jì)說(shuō)明、施工圖繪制、深化總結(jié)等工作，完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)或課程實(shí)驗(yàn)。

在與相關(guān)專業(yè)類比賽賽題任務(wù)相結(jié)合開展專業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練的同時(shí)，將項(xiàng)目實(shí)施成果作為參賽作品參與專業(yè)類比賽。一方面，以專業(yè)比賽的方式提升學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的競(jìng)爭(zhēng)性和成就感；另一方面，也將原本作為興趣愛好的專業(yè)類比賽融入到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，以提升學(xué)生對(duì)專業(yè)類比賽的參與度和主動(dòng)性。

五、結(jié)語(yǔ)

在建筑結(jié)構(gòu)模型解析的實(shí)踐教學(xué)模式中，學(xué)生將完成對(duì)創(chuàng)新型建筑物方案構(gòu)思、建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)、模型制作，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)建筑從構(gòu)思到最終建成整個(gè)過程的模擬。該實(shí)踐教學(xué)模式具有如下優(yōu)點(diǎn)。

一是，該實(shí)踐教學(xué)模式突破了對(duì)資金、社會(huì)資源等方面的條件限制，作為教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)具有很高的可操作性。

二是，該實(shí)踐教學(xué)模式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并富有趣味性和挑戰(zhàn)性，能夠充分鍛煉學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，提高分析和解決問題的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，能較好地保證實(shí)踐教學(xué)效果。

三是，該實(shí)踐教學(xué)模式亦有助于加深學(xué)生對(duì)工程結(jié)構(gòu)知識(shí)的直觀理解，加強(qiáng)對(duì)各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系、理解和綜合應(yīng)用，便于建立和強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)體系。

從該實(shí)踐模式的實(shí)施成效來(lái)看， 該實(shí)踐模式極大地豐富了課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)驗(yàn)的形式和內(nèi)容，開放式、趣味性的特點(diǎn)吸引了各年級(jí)學(xué)生的積極參與，通過跨年級(jí)組隊(duì)

一方面使高年級(jí)學(xué)生能在項(xiàng)目開展以及專業(yè)學(xué)習(xí)方面起到傳幫帶的作用，保證實(shí)踐模式能夠可持續(xù)、有序開展；另一方面，低年級(jí)學(xué)生一定程度上還能突破高年級(jí)學(xué)生的慣性思維，為項(xiàng)目實(shí)施帶來(lái)特別的創(chuàng)新思想，有助于創(chuàng)新思維的建立。該實(shí)踐教學(xué)模式實(shí)施的成果和作品多次在校級(jí)和校際科技競(jìng)賽中獲獎(jiǎng)，在中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)教育工作委員會(huì)江蘇分會(huì)主辦的江蘇省土木工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新大賽中累計(jì)獲得一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)7項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。參考文獻(xiàn)：

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