建筑結(jié)構(gòu)課程中的體驗式教學(xué)實踐★

祝 捷 徐立輝 周子倩

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

建筑結(jié)構(gòu)課程中的體驗式教學(xué)實踐★

祝 捷 徐立輝 周子倩

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

本著知行合一的教學(xué)理念，在建筑結(jié)構(gòu)課程中設(shè)計體驗式教學(xué)環(huán)節(jié)，包括學(xué)生分組討論和制作模型，教師指導(dǎo)學(xué)生研究模型的截面幾何性質(zhì)，師生共同分析模型的力學(xué)性能。教學(xué)過程中，教師主導(dǎo)基本概念和原理的課堂講授，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用學(xué)到的概念原理，合作完成目標(biāo)性任務(wù)。通過完成目標(biāo)性任務(wù)，學(xué)生加深了基本原理的理解，享受了應(yīng)用知識的樂趣，激發(fā)了后期課程的學(xué)習(xí)熱情。實踐表明體驗式教學(xué)實踐可以有效促進(jìn)知識的通匯貫通、提高學(xué)生分析問題的能力。

體驗式教學(xué)，建筑結(jié)構(gòu)，建筑學(xué)專業(yè)，基本構(gòu)件，截面幾何性質(zhì)

作為建筑學(xué)專業(yè)本科生的必修課，建筑結(jié)構(gòu)課程包括鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)等。學(xué)生不僅要理解結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本理論，而且要具備分析一般結(jié)構(gòu)問題的能力。但是課程中大量概念性知識不易被學(xué)生理解和掌握，這使得學(xué)生把建筑結(jié)構(gòu)看作是一門抽象難懂的課程，學(xué)習(xí)興趣不高[1]。

德國雙元制教育的“行為引導(dǎo)式”教學(xué)思想提出了“教學(xué)應(yīng)從理論培養(yǎng)向?qū)嵺`性教學(xué)轉(zhuǎn)化、從示范性教學(xué)向應(yīng)用性教學(xué)轉(zhuǎn)化的觀念”?？梢婓w驗式教學(xué)，即教師將課程中抽象的概念知識轉(zhuǎn)化為形象的操作體驗是提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)學(xué)生主動思考的有效措施。陶行知先生提出的“教學(xué)做合一”為體驗式教學(xué)實踐提供了思想基礎(chǔ)[2]，具體包括：

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)做是圍繞實際生活而展開的教學(xué)活動；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)直接指向于教會學(xué)生做事，幫助學(xué)生獲取真知。

根據(jù)陶行知提出的“教學(xué)做合一”和德國雙元制教育“行為引導(dǎo)式”的教學(xué)思想，本文作者在建筑結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件教學(xué)中引入體驗式教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上[3]。在“受彎構(gòu)件”部分繼續(xù)開展體驗式教學(xué)。作者通過精心設(shè)計的教學(xué)情境學(xué)生實踐“先行后知”，通過學(xué)生的實踐討論以及教師的分析總結(jié)，達(dá)到提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)學(xué)生主動思考的教學(xué)目的，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題能力。

1 體驗式教學(xué)的設(shè)計

建筑結(jié)構(gòu)課程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)都涉及到梁柱構(gòu)件[4]。在建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的體驗式教學(xué)主要包括三個基本環(huán)節(jié)：

1)學(xué)生分組討論和制作模型；2)教師指導(dǎo)學(xué)生計算模型的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)；3)師生共同分析模型的結(jié)構(gòu)。

盡管建筑學(xué)專業(yè)的本科生在建筑力學(xué)課程中已經(jīng)學(xué)過“梁橫截面的正應(yīng)力、梁橫截面的切應(yīng)力以及相關(guān)強(qiáng)度條件”，但是由于學(xué)時的限制以及學(xué)生自身的數(shù)理功底不強(qiáng)，所以在學(xué)習(xí)梁的設(shè)計原理時，許多學(xué)生不能及時有效地調(diào)用以往知識。部分學(xué)生對梁的截面幾何性質(zhì)掌握得不好，不會計算梁截面的慣性矩、抗彎截面系數(shù)等。這導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)課程中的組合梁問題時遇到很大的困難。考慮到梁的設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)課程的重點內(nèi)容，本文作者在講授“梁的合理設(shè)計”時，引入了體驗式教學(xué)環(huán)節(jié)。

作者在課題導(dǎo)入時首先讓學(xué)生回顧相關(guān)知識，如建筑力學(xué)中學(xué)到的梁正應(yīng)力、切應(yīng)力和撓度的計算公式；再讓學(xué)生分組討論，在梁的設(shè)計中什么因素將對梁的承載力和剛度產(chǎn)生影響；然后教師要求每個小組利用打印紙制作“梁”模型，制作時間10 min；學(xué)生現(xiàn)場完成之后，教師對學(xué)生各組模型進(jìn)行點評和分析，強(qiáng)調(diào)截面幾何性質(zhì)的重要性；最后各組學(xué)生討論并制定梁模型的合理設(shè)計方案。學(xué)生在課后制作完成梁模型并提交分析報告。在學(xué)生完成報告之后，教師認(rèn)真批閱，對完成情況好的小組予以鼓勵。

2 體驗式教學(xué)的實施效果

圖1為學(xué)生制作的部分梁模型，可以看出學(xué)生考慮到紙板輕巧，但不利于保持自身穩(wěn)定，制作梁模型時采用鋼片、PVC管等材料對梁進(jìn)行了局部加固。這是學(xué)生主動思考的結(jié)果。

表1列舉了學(xué)生制作梁模型的材料、重量和基本幾何參數(shù)，其中截面慣性矩是衡量截面抗彎能力的重要參數(shù)，其值為截面各微元面積與各微元至截面上某一指定軸線距離二次方乘積的積分。采用如下公式計算[5]：

(1)

(2)

其中，Ix,Iy分別為截面對x軸，y軸的慣性矩；A為柱截面面積。

教師指導(dǎo)學(xué)生對梁模型進(jìn)行了簡單的加載測試，發(fā)現(xiàn)第3組、第4組和第5組的梁模型在同樣載荷條件下變形明顯大于其他模型。教師組織學(xué)生對以上現(xiàn)象進(jìn)行了分析討論，得出如下結(jié)論：

1)第3組梁模型的翼緣和腹板分別為木板和瓦楞紙，兩側(cè)翼緣厚度不同且腹板與翼緣交接點由PVC管加固。盡管瓦楞紙兩側(cè)的PVC管增加了腹板的穩(wěn)定性，但是瓦楞紙的強(qiáng)度太低，進(jìn)而導(dǎo)致木板制成的翼緣強(qiáng)度不能充分利用。2)第4組和第5組均采用“矮寬型”矩形截面，盡管其橫截面面積與其他模型相當(dāng)，但截面慣性矩比其他模型的截面慣性矩小很多。可見高窄截面梁比矮寬截面梁的結(jié)構(gòu)受力性能好。3)分析發(fā)現(xiàn)在梁橫截面面積接近的條件下，工字形截面的慣性矩大于T形截面，T形截面的慣性矩大于矩形截面，因此梁截面采用工字型截面更為合理。

體驗式教學(xué)環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生的主動思考，突出了學(xué)生的主體地位。學(xué)生們很喜歡“動手實踐+討論分析”的教學(xué)方式。

應(yīng)當(dāng)指出，體驗式教學(xué)的效果與學(xué)生的參與度以及教師的有效組織密切相關(guān)。在本次體驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師對學(xué)生的引導(dǎo)主要包括兩方面：

1)從合理設(shè)計梁的截面角度，引導(dǎo)學(xué)生得出梁的合理截面設(shè)計要點，即截面面積盡量小，截面抵抗矩盡量大；工字形截面優(yōu)于矩形截面；考慮實際載荷情況，設(shè)計與載荷分布匹配的合理截面等。

2)引導(dǎo)學(xué)生合理設(shè)計梁端約束、合理安排加載方式等，達(dá)到盡可能降低梁承受的最大彎矩和剪力的目的。

3 結(jié)語

教學(xué)方法應(yīng)與教育要求相適應(yīng)，“教育教學(xué)的目的在于心靈的喚醒”，只有讓學(xué)生親身參與，親身體會，知識才能變成學(xué)生的智慧，才能為學(xué)生所用。通過以學(xué)生為主體，知行合一的體驗式教學(xué)實踐，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。學(xué)生認(rèn)真主動地參與了體驗式教學(xué)環(huán)節(jié)，尤其是在自己動手制作模型的環(huán)節(jié)，學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力得到充分發(fā)揮。在完成作業(yè)的同時，學(xué)生享受了團(tuán)隊共同參與的過程，模型得到教師的點評和認(rèn)可之后收獲成就感?！皠邮謱嵺`+討論分析”的教學(xué)方式增進(jìn)了師生在課堂上的互動，將“教師為主、學(xué)生為客”的課堂氛圍轉(zhuǎn)變成“學(xué)生是課堂的主人，教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)”的新模式。教學(xué)活動充分體現(xiàn)了體驗式教學(xué)的四大特點——體驗、實踐、環(huán)境和經(jīng)歷。

學(xué)生的課堂表現(xiàn)和課后反饋表明體驗式教學(xué)是一種適合建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)等課程的有效教學(xué)方法。

[1] 羅福午.建筑結(jié)構(gòu)的任務(wù)和建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容的改革[J].中國建設(shè)教育,2009(S1):49-51,55.

[2] 張金華,葉 磊.體驗式教學(xué)研究綜述[J].黑龍江高教研究，2010(6):143-145.

[3] 祝 捷，傳李京,周 鑫.體驗教學(xué)在建筑結(jié)構(gòu)課程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2014,40(4):254-255.

[4] 林宗凡.建筑結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2008.

[5] 孫訓(xùn)方,方孝淑,關(guān)來泰.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2013.

Thepracticeofexperientialteachinginthecourseofbuildingstructure★

ZhuJieXuLihuiZhouZiqian

(SchoolofMechanics&CivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China)

According to the spirit of “unify knowledge and life”, the experiential teaching is applied in the building structure course. The experienced teaching was designed to include student group discussions, model making and calculation of the model sections geometry and analyze the mechanics performance of the models. In the course of teaching, the teacher dominates the classroom teaching of basic concepts and principles, guides the students to apply the concepts and principles, and works together to complete the target tasks. By completing the objective task, the students have deepened the understanding of the basic principles, enjoyed the application of knowledge and stimulated the enthusiasm of the later courses. The practice shows that experiential teaching practice can effectively promote students to digest domain knowledge and improve their ability to analyze problems.

experiential teaching, building structure, architecture specialty, basic building block, sections geometry

1009-6825(2017)32-0217-03

2017-09-05 ★：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)教學(xué)改革項目(j150603)，中國礦業(yè)大學(xué)(北京)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(c201606018)

祝 捷(1978- )，女，碩士生導(dǎo)師，副教授； 徐立輝(1989- )，男，在讀碩士； 周子倩(1987- )，女，在讀碩士

G642.0

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