結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作在土木工程課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究

霍海峰+于鴿+陳旭

摘要：結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作富有創(chuàng)造性和挑戰(zhàn)性，在土木工程課堂教學(xué)中引入結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作可以有效激發(fā)學(xué)生的求知欲望，并鍛煉其實(shí)踐能力。本文對(duì)土木工程課堂教學(xué)中引入結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作的可行性進(jìn)行了分析，并對(duì)具體實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：第二課堂；結(jié)構(gòu)模型；實(shí)踐能力

一、背景

土木工程是具有較強(qiáng)應(yīng)用性和實(shí)踐性的專(zhuān)業(yè)，其要求教師在教學(xué)中重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式在教授學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能時(shí)往往過(guò)多關(guān)注理論知識(shí)的講解，較少對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練。其弊端主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，教師的課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)多表現(xiàn)為對(duì)教材的生搬硬套，缺乏對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程環(huán)節(jié)的鍛煉；第二，學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)物進(jìn)行觀察、分析和認(rèn)識(shí)的過(guò)程。

新時(shí)代的土木工程師面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，對(duì)高校土木工程專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才提出了更高的要求。因此，教師在教學(xué)過(guò)程中需要?jiǎng)?chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的訓(xùn)練設(shè)置，將第一課堂與第二課堂結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐中獲得新的體驗(yàn)。

二、引入

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作作為一種創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練方式，是實(shí)現(xiàn)土木工程專(zhuān)業(yè)個(gè)性化教育的有效手段，這種方式打破了傳統(tǒng)的“教師主講、學(xué)生主聽(tīng)”的被動(dòng)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)為“教師指導(dǎo)、學(xué)生動(dòng)手”的創(chuàng)新型和實(shí)踐型應(yīng)用人才培養(yǎng)模式。在結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中，土木工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生將承擔(dān)三種不同角色的任務(wù)，分別為建筑師、結(jié)構(gòu)師和施工員。結(jié)構(gòu)模型從最初的建筑設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)受力分析、承載變形能力驗(yàn)算，再到模型的制作與加工，均由學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)作、親自實(shí)施。

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作的學(xué)習(xí)不僅是學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程，也是專(zhuān)業(yè)教師的教學(xué)研究過(guò)程。其可促進(jìn)理論與實(shí)踐、教學(xué)與應(yīng)用的有機(jī)統(tǒng)一，促進(jìn)專(zhuān)業(yè)教師由知識(shí)講授者向創(chuàng)新實(shí)踐引導(dǎo)者的角色轉(zhuǎn)變。

三、要求

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師需根據(jù)學(xué)生掌握的力學(xué)知識(shí)確定設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)內(nèi)容及相關(guān)要求，并提供手工加工的相關(guān)材料。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

首先，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用的能力。比如在結(jié)構(gòu)力學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程中，增加學(xué)生對(duì)常見(jiàn)構(gòu)件受力分析的練習(xí)。教師根據(jù)學(xué)生工作后可能會(huì)用到的知識(shí)和技能，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)講授內(nèi)容。

其次，教學(xué)應(yīng)理論聯(lián)系實(shí)際，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的講解不能僅停留在書(shū)本、圖片和視頻中。教師應(yīng)盡可能地讓學(xué)生接觸實(shí)際工程中的構(gòu)件，且這種與工程實(shí)際接觸的機(jī)會(huì)并不僅僅局限在實(shí)習(xí)課中，而是滲透在平時(shí)的課程中，使學(xué)生更容易認(rèn)識(shí)到理想模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別。

最后，對(duì)制作構(gòu)件各種材料的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行講解，并教授基本的制作技巧。教師可以引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，把學(xué)生分為幾組，每組有組長(zhǎng)和組員。各組需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)利用規(guī)定的材料自行設(shè)計(jì)并制作構(gòu)件，而教師應(yīng)將更多的精力放在對(duì)學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)上。

四、實(shí)施

土木工程課程的考核方式是讓小組設(shè)計(jì)并制作結(jié)構(gòu)模型。每小組4名學(xué)生。各組分到相應(yīng)的題目后，首先，應(yīng)對(duì)題目進(jìn)行獨(dú)立思考，對(duì)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)真分析。其次，需查閱相關(guān)文獻(xiàn)，獨(dú)立設(shè)計(jì)并制作結(jié)構(gòu)模型。期間遇到知識(shí)難點(diǎn)，需與教師溝通解決，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成作品，并進(jìn)行答辯驗(yàn)收。答辯時(shí)每人匯報(bào)自己的工作量，教師根據(jù)工作量給分，結(jié)構(gòu)模型制作及相關(guān)材料的準(zhǔn)備占該課程總分?jǐn)?shù)的10%左右?？己藘?nèi)容主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容。第一，結(jié)構(gòu)體系的造型設(shè)計(jì)。利用白卡紙、竹皮、竹條、白膠和硫酸紙等材料設(shè)計(jì)并制作結(jié)構(gòu)模型，主要從所制作結(jié)構(gòu)模型的造型、構(gòu)思及體系的實(shí)用性、適用性和創(chuàng)新性方面評(píng)分。第二，方案圖紙、設(shè)計(jì)說(shuō)明等材料。主要包括設(shè)計(jì)方案圖紙、計(jì)算過(guò)程和設(shè)計(jì)說(shuō)明等。其中方案圖紙應(yīng)包括整體結(jié)構(gòu)圖、詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖和成本核算；計(jì)算過(guò)程應(yīng)包括工程概況、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)原則、工程材料、設(shè)計(jì)荷載、計(jì)算方法、模型建立以及參數(shù)選取，并重點(diǎn)對(duì)軸力圖、彎矩圖和剪力圖進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行承載能力驗(yàn)算；設(shè)計(jì)說(shuō)明主要針對(duì)方案的布局、功能和選型方面的細(xì)節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。最后，對(duì)方案圖紙、計(jì)算過(guò)程和設(shè)計(jì)說(shuō)明的完整性及正確性進(jìn)行評(píng)分。

典型結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)與制作可以為學(xué)生搭建第二課堂平臺(tái)，使學(xué)生充分發(fā)揮想象力，在有限時(shí)間內(nèi)利用最少的資源完成所布置的任務(wù)。不論是結(jié)構(gòu)模型的概念設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、計(jì)算書(shū)制作，還是最終的設(shè)計(jì)報(bào)告和陳述答辯，均對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的提高有較大幫助。

五、展望

結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與制作是一項(xiàng)極富創(chuàng)造性和實(shí)踐性的工作，其能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在參與過(guò)程中，學(xué)生主動(dòng)分析考題，并根據(jù)所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行初步規(guī)劃和方案比較，發(fā)現(xiàn)各自的優(yōu)勢(shì)和弊端。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程是對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)的檢驗(yàn)，可促使學(xué)生更深入地認(rèn)識(shí)問(wèn)題的本質(zhì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，學(xué)生能夠?qū)μ囟ńY(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有更加深刻的掌握，并對(duì)工程中常見(jiàn)構(gòu)件的特點(diǎn)有較全面、深入的了解。

參考文獻(xiàn)：

鄒海貴，常立農(nóng).大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)的內(nèi)涵、特征及價(jià)值探析[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)（社科版），2002，3（4）：13-15.endprint