高層建筑結(jié)構設計課程教學改革探索

邵蓮芬

（黃淮學院 建筑工程學院，河南 駐馬店 4 63000）

高層建筑結(jié)構設計課程教學改革探索

邵蓮芬

（黃淮學院 建筑工程學院，河南 駐馬店 4 63000）

高層建筑結(jié)構設計課程教學內(nèi)容的選擇與組織，應以應用型人才能力培養(yǎng)為目標，理論與實踐并重，并注意兼顧不同學習基礎的學生。根據(jù)該課程實踐性和操作性強的特點，教學中教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線，整合課程各個單元的教學內(nèi)容開展任務驅(qū)動教學和項目導向教學，將“教、學、做”有機結(jié)合起來；要注重學生興趣的培養(yǎng)和潛能的發(fā)掘與提升，廣泛開展探究性學習和協(xié)作學習；應做到教師講授、學生自學、課堂討論相結(jié)合，課內(nèi)學習與課外學習相結(jié)合，理論教學與實踐教學相結(jié)合；應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐，從而不斷提高學生的實踐應用能力。

高層建筑結(jié)構設計；教學內(nèi)容；教學方法；教學手段

高層建筑結(jié)構設計課程的教學內(nèi)容涉及混凝土結(jié)構、結(jié)構力學、結(jié)構抗震等知識的綜合應用，作為培養(yǎng)從事土木工程設計、施工、預算、招投標工作的高級工程技術人才的土木工程專業(yè)，一般將高層建筑結(jié)構設計課程設置為一門專業(yè)限選課。土木工程專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)方向主要有結(jié)構設計、工程施工技術管理、預算和招投標等崗位，這些工作崗位都與高層建筑結(jié)構設計具有密切聯(lián)系。土木工程結(jié)構設計崗位的主要工作內(nèi)容已由多層建筑設計轉(zhuǎn)變?yōu)楦邔咏ㄖO計；從事土木工程施工管理工作，必須掌握高層建筑結(jié)構的識圖與讀圖等知識，清楚高層建筑中哪些是主要受力構件，哪些是構造構件，在施工過程中遇到一些簡單的高層事故應如何處理，等等，這些都有賴于該課程的學習；土木工程預算和招投標管理工作中大量的分析計算都要靠計算機來完成，要求工作人員要在看懂圖紙（很多是高層建筑圖紙）的基礎上建立分析模型，做到不多算、不漏算，這也有賴于該課程的學習。工程專業(yè)開設該課程的意義由此可見。但是，由于種種因素的影響，目前該課程教學中還存在不少現(xiàn)實問題。鑒于此，本文擬從教學內(nèi)容、教學模式、教學方法、教學過程等方面探討高層建筑結(jié)構課程的教學改革問題，希望能為該課程教學質(zhì)量的提高提供參考。

一、課程教學內(nèi)容規(guī)劃

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，土建行業(yè)對人才的要求特別是對學生工程素質(zhì)的要求越來越高，企業(yè)歡迎的是具有完備知識結(jié)構又具備較強工程能力的人才。高層建筑結(jié)構設計課程涉及很多計算，教學內(nèi)容十分豐富，但該課程的學時往往十分有限，因此，合理選擇教學內(nèi)容就顯得尤為重要。該課程教學內(nèi)容的選擇應以應用型人才能力培養(yǎng)為目標，理論與實踐并重，并注意兼顧不同學習基礎的學生。土木工程專業(yè)一般將該課程安排在大學四年級第一學期，主要內(nèi)容包括緒論、高層建筑結(jié)構的體系與布置、高層建筑結(jié)構的荷載和地震作用、高層建筑結(jié)構的計算分析和設計要求、框架結(jié)構設計、剪力墻結(jié)構設計、框架—剪力墻結(jié)構設計、高層建筑地下室和基礎設計等，與先修課程混凝土結(jié)構、混凝土結(jié)構與砌體結(jié)構、基礎工程、工程結(jié)構抗震等有緊密聯(lián)系，也存在一定的內(nèi)容重復現(xiàn)象。為了保持教學內(nèi)容的系統(tǒng)性，教師處理與已開設課程重復的內(nèi)容時，應做到“重復的內(nèi)容講差別，相似的內(nèi)容講典型，突出重點”［1］。例如：荷載計算部分的一些內(nèi)容與混凝土結(jié)構課程的相關內(nèi)容相似，按照相似的內(nèi)容講典型的原則，對該部分內(nèi)容，教師應重點講解高層建筑結(jié)構的風荷載計算（考慮風震系數(shù)），而活荷載計算可不考慮不利布置；框架結(jié)構設計部分的一些內(nèi)容，與混凝土結(jié)構與砌體結(jié)構等課程的相關內(nèi)容存在重復現(xiàn)象，按照重復的內(nèi)容講差別的原則，對該部分內(nèi)容，教師應重點講解在框架結(jié)構設計中如何調(diào)整位移比、周期比、軸壓比、相鄰層剛度比、層間位移角、層間受剪承載力比等高規(guī)參數(shù)；高層建筑結(jié)構基礎設計部分的一些內(nèi)容，與基礎設計和基礎工程課程存在內(nèi)容重復現(xiàn)象，按照重復的內(nèi)容講差別的原則，教師可重點講解高層建筑“筏板基礎”“樁基+筏板”設計中的常見錯誤及其原因。

二、課程教學模式

在開設高層建筑結(jié)構設計課程時，學生已具備一定的專業(yè)技能，但綜合能力還有待提高。采用多元化教學模式是近年來該課程教學的主要特點之一。根據(jù)高層建筑結(jié)構設計課程實踐性和操作性強的特點，教師應以促進學生提高實踐技能、掌握關鍵知識為主線，整合課程各個單元的教學內(nèi)容開展任務驅(qū)動教學和項目導向教學，將“教、學、做”有機結(jié)合，著力體現(xiàn)應用性、實踐性和開放性的課程理念。將“教、學、做”一體化的教學模式有機融入教學過程，有利于處理“懂”與“會”的關系，學生可以先懂后會，也可以先會后懂或邊懂邊會。此外，教師還可以把課堂搬進實驗室、建筑設計院、工程施工現(xiàn)場等場所，廣泛開展直觀教學，實現(xiàn)課堂教學與實習實訓的一體化，從而有效提升學生的綜合能力。

三、課程教學方法與教學手段

高層建筑結(jié)構設計課程的教學環(huán)節(jié)分為課堂教學、PKPM軟件應用、工程設計實踐和考核［2］。以下從四個方面探討該課程的教學改革。

（一） 課堂教學

課堂教學應以講解高層建筑結(jié)構設計的基本設計理論、抗震規(guī)范、高層混凝土結(jié)構技術規(guī)程等內(nèi)容為主；要有明確的教學目標、有效的教學策略和具體的學習評價指標；要注重學生興趣的培養(yǎng)和潛能的發(fā)掘與提升，廣泛開展探究性學習和協(xié)作學習；要注意培養(yǎng)學生終身學習的觀念，力促學生自主發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。在高層建筑結(jié)構設計課程教學中，還應做到課堂講授、自學、討論相結(jié)合，課內(nèi)學習與課外學習相結(jié)合，理論學習與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合［3］。

第一，課堂講授與自學相結(jié)合。教師在課堂教學中應重點講授基本概念、基本原理和難點，并向?qū)W生指定課外自學的內(nèi)容和思考題，以培養(yǎng)學生的自學能力，化解教學內(nèi)容多而課時有限的矛盾。

第二，開展課堂討論，啟發(fā)學生開展積極的思維活動［4］。大學生思想獨立性強，思維靈活，喜歡獨立思考問題。因此，在全班或小組內(nèi)圍繞一個問題開展討論，讓學生各抒己見，相互啟發(fā)，有利于發(fā)揮學生學習的積極性和主動性，充分提高教學效果。如在高層結(jié)構選型內(nèi)容的教學中，可讓學生以某“高層設計采用哪種結(jié)構體系較合理”為題在班級范圍內(nèi)開展討論，讓學生在愉快的氛圍下通過主動思考掌握高層結(jié)構體系的有關知識。就課堂討論的方式來講，教師可先提出問題，讓學生在小組討論的基礎上，選出代表到黑板前陳述意見，這樣既可活躍課堂氣氛，提高教學效果，也可提高學生的表達能力。

第三，課內(nèi)學習與課外學習相結(jié)合。在每次課結(jié)束前，教師都應向?qū)W生明確課后的復習內(nèi)容、預習內(nèi)容及思考題。對于較抽象的教學內(nèi)容，教師應組織學生開展課堂討論或課外學習小組（宜以宿舍為單位）討論。教師還可結(jié)合單元教學內(nèi)容，組織開展以高層結(jié)構設計基本理論知識和常規(guī)應用為基礎的小型競賽活動，如PKPM建模大賽等，以鍛煉提高學生的知識運用能力。

第四，理論教學與實踐教學相結(jié)合。筆者的調(diào)查表明，很多學生在學習過程中都感覺到“高層建筑混凝土結(jié)構技術規(guī)程”難以理解，難以聯(lián)系具體工程實例；結(jié)構設計只是停留在單個構件上，不明確結(jié)構整體設計的思路。因此，教師在教學中應結(jié)合具體教學內(nèi)容引入工程實例，通過對工程實例的詳細講解，使學生加深對理論知識的理解，提高應用能力。比如，對高層建筑常用的三種結(jié)構，即框架結(jié)構、剪力墻結(jié)構、框架—剪力墻結(jié)構，教師可借助實際工程項目，依次詳細講解抗側(cè)力構件的布置、主要高規(guī)參數(shù)的控制、平面的布置、施工圖的繪制，通過實例講解使學生理清結(jié)構設計的整體思路，加深對規(guī)范條文的理解。需要說明的是，教師教學中選用的案例可以來自企業(yè)生產(chǎn)實踐，也可來自教師指導學生完成的工程設計實踐項目。教師指導學生進行工程設計實踐（包括結(jié)構選擇、結(jié)構建模、施工圖繪制等），是提高高層建筑結(jié)構設計課程教學質(zhì)量的有效手段。

（二） PK PM軟件應用教學

PKPM軟件應用教學的重點是理解和掌握高層建筑結(jié)構設計的基本過程，主要有以下三個教學步驟：

（1） 結(jié)構布置的講解與練習。在此步驟中，要通過講解和練習，使學生掌握運用PKPM軟件建模的技巧，理解“抗規(guī)”關于結(jié)構平面和豎向布置的基本要求。結(jié)構平面布置要求平面形狀簡單、規(guī)則、對稱、質(zhì)心和剛心重合［5］30-31；結(jié)構豎向布置的要求主要是抗側(cè)力構件沿豎向不突變等。

（2） P KPM 基本計算參數(shù)輸入練習。在此步驟中，應要求學生按照相關要求，結(jié)合工程結(jié)構的實際情況輸入PKPM相關參數(shù)，并理解基本風壓、基本雪壓、設計地震分組、抗震設防烈度、連梁剛度折減系數(shù)等參數(shù)的含義。

（3） PKPM計算結(jié)果的分析判斷和參數(shù)調(diào)整。在此步驟中，應指導學生通過對計算結(jié)果的分析，判斷結(jié)構的周期比、位移比、剪重比、相鄰層剛度比、軸壓比、整體穩(wěn)定是否滿足要求，并對不滿足要求的參數(shù)進行調(diào)整。

（三） 工程設計實踐教學

開展高層建筑結(jié)構設計課程實踐教學，有利于學生強化工程概念和感性認識，激發(fā)學習主動性，提高創(chuàng)新能力。在工程設計實踐教學中，教師可以組織學生分組參觀調(diào)查當?shù)匾呀ǜ邔咏ㄖ私馄錁嬓?、結(jié)構體系、存在的施工問題等；可以讓學生以小組為單位完成高層建筑的建模，如15層以下教學樓、辦公樓、賓館等框架結(jié)構的建模，20層以下住宅樓等剪力墻結(jié)構的建模，20層以下寫字樓、公寓等框架—剪力墻結(jié)構的建模。

（四） 課程考核

高層建筑結(jié)構設計課程的常規(guī)考核方法是筆試成績與平時成績相結(jié)合，但筆試成績一般占總成績的80%，這容易導致學生只重視理論而忽視實踐，不利于學生應用能力的提高。該課程的考核應著重考核學生綜合運用知識的能力，可采用筆試、上機操作、實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的考核方式。其中，筆試成績占總成績的50%，試卷的制作可參考國家“注冊結(jié)構工程師專業(yè)資格”考試；上機操作成績占總成績的20%，可以給定房屋建筑平面圖和立面圖，讓學生在規(guī)定時間內(nèi)運用PKPM軟件完成滿足結(jié)構設計規(guī)范要求的結(jié)構建模；實踐環(huán)節(jié)成績占總成績的30%，內(nèi)容包括考察報告的撰寫情況、在分組建模實踐教學中的表現(xiàn)等。

四、教學過程的組織

如前所述，在每次課結(jié)束前，教師都應向?qū)W生明確課后的復習內(nèi)容、預習內(nèi)容及思考題，其中預習的內(nèi)容可以是參觀現(xiàn)有高層建筑結(jié)構，調(diào)查了解其結(jié)構形式、結(jié)構設計、施工中存在的問題等，并形成文字。導入新課時，教師可用5分鐘左右的時間了解學生的預習情況，并通過總結(jié)引出新課題。在講授新課的過程中，教師應突出重點，把握難點，可按照理論講授—例題解析—學生練習—歸納總結(jié)的步驟組織教學。如在講解高層建筑的結(jié)構體系時，可先分述每種結(jié)構體系的概念，再舉例分析典型的結(jié)構體系布置，然后讓學生畫出附近教學樓等高層建筑的結(jié)構，最后歸納總結(jié)常見建筑結(jié)構體系的選擇。課堂討論教學環(huán)節(jié)一般可采取學生自由發(fā)言與教師總結(jié)相結(jié)合的方式，而在安排有小組前期調(diào)研的情況下，應緊緊圍繞小組代表的匯報發(fā)言開展現(xiàn)場提問。另外，教師在課堂教學中還應引導學生主動到建筑設計院、工作室參觀實踐，以實現(xiàn)學以致用，不斷提高學生的實踐應用能力。例如，為了提高應用型技術人才培養(yǎng)質(zhì)量，黃淮學院在其大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)園設置了建筑設計院校內(nèi)實踐基地，為土木工程、建筑工程等專業(yè)學生的工程實踐提供了良好的平臺，教師引導學生到這里結(jié)合教學內(nèi)容參觀實踐，無疑能夠有效地促進學生實現(xiàn)所學理論知識的內(nèi)化和實踐應用能力的提升。

［1］ 牛海成，徐海賓.面向可持續(xù)發(fā)展的高層建筑結(jié)構設計課程教學改革探討［J］.高等建筑教育，2013（22）：72—75.

［2］ 劉圓圓.淺談《高層建筑設計》課程改革方案［J］.城市建設理論研究：電子版，2014（36）：8119—8120.

［3］ 孟麗巖，王濤，陳勇，等.高層建筑結(jié)構設計課程教學方法的改革與實踐［J］.黑龍江教育（理論與實踐），2015（3）：77—78.

［4］ 曹忠民.精品課程“工程結(jié)構抗震與防災”建設的經(jīng)驗［J］.華東交通大學學報，2006（1）：48—50.

［5］ 史慶軒，梁興文.高層建筑結(jié)構設計［M］.北京：科學出版社，2015.

〔責任編輯 張繼金〕

G642.0

A

1006-5261（2016）04-0154-03

2015-10-27

河南省中青年骨干教師資助計劃（2013GGJS-213）；河南省科技攻關計劃項目（142102310108）

邵蓮芬（1974—），女，河南駐馬店人，副教授。