建筑結(jié)構(gòu)選型課程問題導(dǎo)向式教學(xué)方法探索

黃政華

摘要：建筑結(jié)構(gòu)選型是建筑學(xué)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，具有內(nèi)容廣泛，知識點(diǎn)多的特點(diǎn)。根據(jù)建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，在課程講授中采取問題導(dǎo)向的教學(xué)方法，并據(jù)此編排講授的內(nèi)容和形式。教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)方法能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在掌握專業(yè)知識的同時(shí)提高了邏輯思維能力。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)選型；問題導(dǎo)向；教學(xué)方法

中圖分類號：G64242 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：10052909（2017）02007603

建筑結(jié)構(gòu)選型是建筑學(xué)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程。課程的目的是通過學(xué)習(xí)，理解各種建筑結(jié)構(gòu)型式的受力特性，熟悉其構(gòu)造特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上對建筑方案進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)選型，使建筑方案和結(jié)構(gòu)方案協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題

該課程涵蓋的結(jié)構(gòu)類型較多，既有梁、桁架、屋架、剛架、拱等平面受力結(jié)構(gòu)體系，又有薄壁空間結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、多高層建筑結(jié)構(gòu)、樓屋蓋等空間受力結(jié)構(gòu)體系[1-2]。這些結(jié)構(gòu)型式的內(nèi)容，在教材中一般按章編排，而各個(gè)型式的受力特點(diǎn)、組成布置、構(gòu)造要點(diǎn)在各章中又按節(jié)編排。從教師的角度，教師在以教材為基礎(chǔ)進(jìn)行講授時(shí)，容易忽略各章節(jié)之間的聯(lián)系，內(nèi)容體系難以建立，講授內(nèi)容碎片化，難以被學(xué)生系統(tǒng)理解和掌握。

從學(xué)生的角度，建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)要求不高，大學(xué)基礎(chǔ)課幾乎不開設(shè)數(shù)學(xué)、物理等數(shù)理課程。有關(guān)力學(xué)的課程僅開設(shè)建筑力學(xué)一門，學(xué)生對力學(xué)的掌握遠(yuǎn)不及建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)的學(xué)生。而對結(jié)構(gòu)型式的理解離不開受力特性分析這個(gè)線索。在教材編排中，一般先分析結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，其后介紹結(jié)構(gòu)型式，然后提出結(jié)構(gòu)選型、布置的依據(jù)和要求，最后通過工程實(shí)例的形式，鞏固和加深對這些結(jié)構(gòu)型式的認(rèn)識和使用[1-2]。

建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生是未來的建筑師，他們并不關(guān)心也無需掌握建筑結(jié)構(gòu)定量的受力分析，而主要關(guān)心其建筑方案的結(jié)構(gòu)型式具不具備受力的合理性，或者說需要進(jìn)行適量的定性分析。

綜上，在教學(xué)過程中，存在知識點(diǎn)多，內(nèi)容離散性大，缺乏聯(lián)系等問題。如果仍按傳統(tǒng)以知識點(diǎn)為中心的講授模式，難以取得較為理想的教學(xué)效果。

二、問題導(dǎo)向式教學(xué)的實(shí)施和特點(diǎn)

“問題”是推動科學(xué)發(fā)展的重要契機(jī)，對于工程學(xué)科，更是學(xué)科存續(xù)發(fā)展的最主要動力。工程學(xué)科和工程理論的主要目的，就是為了解決實(shí)際問題，創(chuàng)造物質(zhì)產(chǎn)品，滿足人類需求[3]?？梢赃@樣說，不能解決實(shí)際問題的工程學(xué)科是沒有存在價(jià)值的。工程學(xué)科特別是土建學(xué)科注重實(shí)用，要求學(xué)以致用。以問題導(dǎo)向進(jìn)行教學(xué)，能極大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得更好的教學(xué)效果。為此，提出問題導(dǎo)向進(jìn)行講授的模式。

以拱式結(jié)構(gòu)為例介紹這種教學(xué)方法的主要過程。

1.問題的提出

在傳統(tǒng)的教材編排中，這一章的內(nèi)容首先介紹拱的受力特點(diǎn)，然后介紹拱式結(jié)構(gòu)的主要型式，提出選型布置的依據(jù)和方法，最后列出工程實(shí)例。而在問題導(dǎo)向教學(xué)法中，在先期學(xué)習(xí)梁、桁架等直線型橫向受力結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先提出如何改變梁、桁架幾何形態(tài)，形成一種新的結(jié)構(gòu)型式，使其受力更為合理，能夠?qū)崿F(xiàn)更大跨度，滿足無柱大空間要求的問題。

2.解決問題涉及結(jié)構(gòu)型式和分析方法

講解結(jié)構(gòu)形態(tài)與結(jié)構(gòu)受力特性的關(guān)系，分析梁式結(jié)構(gòu)不能承受較大跨度的主要原因是彎矩過大，使強(qiáng)度和撓度難以滿足要求。從傳力的連續(xù)性出發(fā)，改直線形狀為拱形，引導(dǎo)學(xué)生通過靜力學(xué)理論對拱形建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析，得到受力特性，明確其能承受更大跨度的原因。

3.講解結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)及其應(yīng)用

通過大量圖文并茂的方式，進(jìn)一步介紹拱式結(jié)構(gòu)的各種型式，對其選型與布置進(jìn)行詳細(xì)的分析講解，讓學(xué)生熟悉其在不同情況下的應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生采用拱式結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型的能力，即處理不同拱式結(jié)構(gòu)方案的能力。

上述問題導(dǎo)向式教學(xué)過程可以用一個(gè)循環(huán)的圖例來表示，如圖1所示。起點(diǎn)為提出新問題，接著提出解決問題的對象和理論，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析研究，在解決問題的過程中，提高學(xué)生邏輯分析能力判斷能力，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步提出新問題，并能自主解決問題。如此循環(huán)，學(xué)生在掌握課程知識的同時(shí)，也提高了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力也得到了鍛煉和培養(yǎng)。

以問題為中心進(jìn)行講授，將各個(gè)選型知識點(diǎn)聚焦問題解決，使知識點(diǎn)凝聚成為解決方案中的知識體系，較好地解決了講授內(nèi)容松散化、碎片化的缺陷，使課程內(nèi)容更容易被學(xué)生理解和掌握。此外，在使用力學(xué)理論方法對對象-結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行力學(xué)特性分析的過程中，學(xué)生很自然地認(rèn)識到力學(xué)定性分析是解決問題的核心和關(guān)鍵，可以有效增強(qiáng)學(xué)生使用力學(xué)理論的興趣和主觀能動性。

三、建筑結(jié)構(gòu)選型課程問題設(shè)置探討

問題導(dǎo)向式教學(xué)的核心是問題的設(shè)置[4]。問題設(shè)置的好，這種教學(xué)方式就會取得良好的效果，反之則可能達(dá)不到預(yù)期的效果。從根本上講，問題設(shè)置必須適應(yīng)課程的教學(xué)目標(biāo)。

教學(xué)目標(biāo)從教的角度主要是以學(xué)生易于接受的方式，講解常用的建筑結(jié)構(gòu)型式及其基本的受力特點(diǎn)、適用范圍、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和主要構(gòu)件尺寸估算等理論知識[5]。這種以教師為中心的講授方式能發(fā)揮教師的專業(yè)優(yōu)勢，效率高且把知識較為全面地傳授給學(xué)生。同時(shí)，這種傳統(tǒng)的講授法也存在學(xué)生缺乏參與、被動接受知識、產(chǎn)生依賴思想等很多不足。因此，傳統(tǒng)的講授并不足以保證學(xué)生很好地接受知識，更難以得到思維能力的鍛煉和提高。

教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)最終還是要看學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。所以，需要更多從學(xué)的角度來研究如何促進(jìn)學(xué)生對課程理論知識的掌握，即熟悉各種常用的結(jié)構(gòu)型式，理解其受力特點(diǎn)并靈活運(yùn)用，在此基礎(chǔ)上掌握整體的建筑結(jié)構(gòu)體系并能結(jié)合建筑方案選擇適合的結(jié)構(gòu)形式。在課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)過程中，課堂講授是基礎(chǔ)，而學(xué)生對于知識的掌握和能力提升才是檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。因此，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于學(xué)生知識掌握和能力提升。因此，問題的設(shè)置應(yīng)以學(xué)生為中心，圍繞提升能力展開。

以學(xué)習(xí)效果為中心進(jìn)行課程教學(xué)組織及問題設(shè)置需要做到三個(gè)結(jié)合。一是與結(jié)構(gòu)體系結(jié)合，這是基礎(chǔ)。二是與力學(xué)分析理論結(jié)合，增強(qiáng)課程學(xué)習(xí)的理論性和系統(tǒng)性。三是與建筑學(xué)學(xué)生專業(yè)知識背景結(jié)合，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與目的性。

首先，要做到與結(jié)構(gòu)體系及力學(xué)分析理論結(jié)合。結(jié)構(gòu)體系包括兩大類結(jié)構(gòu)，一類是單層跨越結(jié)構(gòu)，包括梁、桁架、剛架、拱、空間薄壁結(jié)構(gòu)、空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)；另一類是多高層建筑結(jié)構(gòu)，包括多框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)分類，設(shè)置兩條問題主線，第一條是隨著跨度增加，適合的結(jié)構(gòu)形式為什么會從梁、剛架等逐漸過渡到桁架、拱、空間結(jié)構(gòu)，決定不同結(jié)構(gòu)形式跨越能力的力學(xué)特性是根據(jù)什么確定的，如何改進(jìn)和提升不同結(jié)構(gòu)的跨越能力？第二條問題主線是隨著高度增加，適合的結(jié)構(gòu)形式從砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等低層結(jié)構(gòu)逐漸過渡到剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等多高層或超高層結(jié)構(gòu)，決定不同結(jié)構(gòu)形式適宜高度的力學(xué)特性又是根據(jù)什么確定的？其次，要做到與學(xué)生的專業(yè)知識背景結(jié)合。在學(xué)習(xí)這門課程之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了諸如住宅、旅館等建筑的設(shè)計(jì)課程，這類建筑功能上對跨度要求不高。而與課程同期學(xué)習(xí)的有商場、圖書館等建筑設(shè)計(jì)課程，其設(shè)計(jì)對象在功能上則對跨度要求較高。在問題設(shè)置上，不同的結(jié)構(gòu)型式要和相應(yīng)的建筑類型對應(yīng)，要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到，不同建筑使用功能的改變不僅意味著空間、體量、環(huán)境的改變，同時(shí)也意味著結(jié)構(gòu)型式的改變。通過這種結(jié)合，增加本課程與主體建筑設(shè)計(jì)類課程的聯(lián)系，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣。

四、問題導(dǎo)向式教學(xué)效果

筆者在2012級學(xué)生中采用傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行講授，而在2013級學(xué)生中采用問題導(dǎo)向式的教學(xué)方法進(jìn)行講授。通過比較學(xué)生課堂反應(yīng)和收集學(xué)生反饋意見，可以發(fā)現(xiàn)：采用問題導(dǎo)向教學(xué)，學(xué)生的積極性、主動性明顯提高。學(xué)生掌握課程內(nèi)容的深度和廣度有所提高，進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)選型案例分析的能力得到了提升，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

五、結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)選型課程是建筑學(xué)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程。要上好這門課程，教師除了本身對這門課程的理論知識和應(yīng)用非常精通外，提升學(xué)生興趣和積極性，以學(xué)生易于接受的方式進(jìn)行教學(xué)也非常重要。筆者在承擔(dān)這門課程的講授任務(wù)中，根據(jù)課程特點(diǎn)和建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生的知識基礎(chǔ)，初步嘗試在這門課程中進(jìn)行問題導(dǎo)向式教學(xué)，取得了較好的效果。應(yīng)進(jìn)一步完善問題提出機(jī)制，提升問題質(zhì)量，擴(kuò)大問題對課程知識體系的覆蓋面，引導(dǎo)和強(qiáng)化學(xué)生提出問題和解決問題的能力，使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，真正達(dá)到掌握建筑結(jié)構(gòu)選型理論知識和實(shí)際應(yīng)用能力提升的雙重效果。

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Abstract：Building structure and selection is an important professional course of architecture specialty， which has the characteristics of extensive and broadranging in knowledge. According to the characteristics of architecture students， problem oriented teaching method is utilized in the course， and content and form of teaching were changed accordingly. Teaching practice shows that this teaching method can enhance students learning interest， and improve the ability of logical thinking while mastering the professional knowledge.

Keywords： building structure and selection； problem oriented； teaching method

（編輯 周 沫）