極端環(huán)境下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)際學(xué)生研習(xí)營(yíng)實(shí)踐探索

蔡建國(guó) 吳森坤 張晉 馮健

摘要：研習(xí)營(yíng)是國(guó)內(nèi)諸多高校正在積極嘗試的教育模式。研習(xí)營(yíng)的教學(xué)模式，可以讓師生團(tuán)隊(duì)通過(guò)積極有效的組織和管理，集中資源和精力，在短期內(nèi)完成復(fù)雜的教學(xué)實(shí)踐任務(wù)。以東南大學(xué)、丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院、蘭州理工大學(xué)三校聯(lián)合舉辦的“極端環(huán)境下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)際學(xué)生研習(xí)營(yíng)”為例，詳細(xì)論述整個(gè)研習(xí)營(yíng)過(guò)程，包含前期準(zhǔn)備、學(xué)術(shù)報(bào)告、調(diào)研考察、試驗(yàn)過(guò)程、成果匯報(bào)答辯。此外，分析研習(xí)營(yíng)教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生國(guó)際視野、交流合作能力、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、聯(lián)合教學(xué)與實(shí)踐方面的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)開(kāi)展其他類似國(guó)際交流活動(dòng)提出建議。

關(guān)鍵詞：研習(xí)營(yíng)；教學(xué)模式；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU318-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2018）01-0106-05

Workshop也叫研習(xí)營(yíng)，是一種源于現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的實(shí)踐教學(xué)模式。研習(xí)營(yíng)的實(shí)質(zhì)是運(yùn)用群體應(yīng)力、集中資源和有效指導(dǎo)在短期內(nèi)完成復(fù)雜而具有挑戰(zhàn)性的教學(xué)實(shí)踐工作[1]。因此，其最大的優(yōu)勢(shì)是為學(xué)生提供一個(gè)將理論知識(shí)付諸實(shí)踐的機(jī)會(huì)，達(dá)到學(xué)以致用，在中國(guó)高等教育的建筑設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。

研習(xí)營(yíng)的教學(xué)模式是理論教學(xué)、研究、實(shí)踐三位一體的現(xiàn)代教育模式。項(xiàng)目是實(shí)踐的核心內(nèi)容，依托項(xiàng)目的提出、推進(jìn)和完成，教學(xué)為研究和實(shí)踐服務(wù)，研究為教學(xué)和實(shí)踐提供理論指導(dǎo)，實(shí)踐為教學(xué)和研究提供驗(yàn)證。這種整體性的教育模式，開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)教育的先河，其知識(shí)與技術(shù)并重、理論與實(shí)踐同步的教育思想至今影響著建筑設(shè)計(jì)教育[2]。

研習(xí)營(yíng)模式的組織方式一般包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。首先，在項(xiàng)目開(kāi)始之前，指導(dǎo)教師會(huì)根據(jù)研習(xí)營(yíng)的教學(xué)任務(wù)，制定研習(xí)營(yíng)的大致計(jì)劃和時(shí)間節(jié)點(diǎn)，控制整個(gè)流程的運(yùn)行進(jìn)度。其次，在實(shí)際過(guò)程中，指導(dǎo)教師需要時(shí)刻關(guān)注學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)展，為學(xué)生項(xiàng)目的推進(jìn)提供及時(shí)的指導(dǎo)和幫助。此外，考核環(huán)節(jié)、評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)不再局限于理論考核，而是以項(xiàng)目整體或分解部分為節(jié)點(diǎn)，更加注重項(xiàng)目推進(jìn)的實(shí)踐過(guò)程和思維發(fā)展的前因后果。除此之外，強(qiáng)調(diào)多種學(xué)習(xí)方式并存，既要自學(xué)去滿足自己對(duì)應(yīng)項(xiàng)目工作的要求，又要相互學(xué)習(xí)，從而不斷更新知識(shí)體系[3]。因此，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，可以積極調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，而不是被動(dòng)接收知識(shí)。

在土木工程領(lǐng)域，學(xué)科特色要求學(xué)生有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，社會(huì)需求要求學(xué)生具備結(jié)合多學(xué)科知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。因此，在當(dāng)下學(xué)科進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的形勢(shì)下，探索土木領(lǐng)域新的教學(xué)模式以適應(yīng)新的教學(xué)目標(biāo)已得到普遍共識(shí)。結(jié)合東南大學(xué)最近對(duì)跨學(xué)科多校聯(lián)合研習(xí)營(yíng)教學(xué)模式的探索，思考研習(xí)營(yíng)模式在土木工程領(lǐng)域開(kāi)展的新思路。

一、極端環(huán)境下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)國(guó)際學(xué)生研習(xí)營(yíng)實(shí)例

2016年11月21日至12月11日，主題為“極端環(huán)境下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”的國(guó)際學(xué)生研習(xí)營(yíng)由東南大學(xué)、丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院、蘭州理工大學(xué)共同完成。本次活動(dòng)主要包含了學(xué)術(shù)報(bào)告、學(xué)生課題分享、實(shí)地考察、設(shè)備試驗(yàn)、匯報(bào)答辯等環(huán)節(jié)，具體流程見(jiàn)圖1[4]?；顒?dòng)分兩個(gè)小組同時(shí)展開(kāi)。第一組由丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院的9個(gè)研究生、蘭州理工大學(xué)的11個(gè)研究生和6個(gè)本科生組成；第二組參與極端環(huán)境科考路線的學(xué)生為：東南大學(xué)6名研究生、蘭州理工大學(xué)4名本科生和3名研究生、丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院6名研究生。每個(gè)項(xiàng)目都實(shí)現(xiàn)了多校、多學(xué)科的交流和合作。

（一）活動(dòng)主題

考察中國(guó)西北戈壁的極端環(huán)境，包括荒漠環(huán)境、干旱環(huán)境、重污染環(huán)境等，考察路線涵蓋甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古三省，從而總結(jié)荒漠化、干旱等自然難題對(duì)未來(lái)城市建設(shè)帶來(lái)的挑戰(zhàn)。在科考過(guò)程中，測(cè)試和完善學(xué)生應(yīng)對(duì)荒漠化、干旱等問(wèn)題設(shè)計(jì)的試驗(yàn)設(shè)備，并提出城市發(fā)展的應(yīng)對(duì)之策。

（二）經(jīng)驗(yàn)分享

在研習(xí)營(yíng)開(kāi)幕式上，來(lái)自丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院的David Garcia教授為與會(huì)師生分享了他們學(xué)校高等教育的培養(yǎng)模式，包括本科生和研究生教育，即本科生和研究生教育都是基于一個(gè)貫穿始終的項(xiàng)目。學(xué)生要參與項(xiàng)目的提出、實(shí)施、完善等環(huán)節(jié)，并完成最終成果的展示和答辯。此次研習(xí)營(yíng)也是其研究生教育中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。因此，David Garcia教授也著重分享了指導(dǎo)國(guó)際Workshop的經(jīng)歷。國(guó)內(nèi)師生對(duì)新的培養(yǎng)模式開(kāi)展討論，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生參與研習(xí)營(yíng)的興趣。

（三）戈壁調(diào)研和試驗(yàn)

調(diào)研科考路線，從蘭州出發(fā)，北上到銀川，東進(jìn)到包頭，再橫跨戈壁到額濟(jì)納旗，西進(jìn)至玉門關(guān)，之后返程途經(jīng)敦煌、張掖，最后回到蘭州。調(diào)研科考路線如圖2所示。

為期2周的戈壁調(diào)研科考之行，將從6個(gè)學(xué)生課題的角度展示。

1.鹽水分離課題

圖3為L(zhǎng)illi Wickstrm在吉蘭泰鎮(zhèn)周邊的一處鹽池中采集鹽水樣本，并在鹽池邊組裝試驗(yàn)設(shè)備。Lilli設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置用于將鹽水轉(zhuǎn)化為純水，晴朗天氣下，通過(guò)鋁片反射太陽(yáng)光加熱裝置中的鹽水，水受熱蒸發(fā)后產(chǎn)生的水蒸氣在塑料球罩上液化，在重力作用下液化水將自動(dòng)匯集，而液化水中將不含鹽分。

她的首次試驗(yàn)效果理想，設(shè)備如預(yù)期一樣發(fā)揮了既定的功能。Lilli每隔1 h對(duì)試驗(yàn)地點(diǎn)的光照強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)測(cè)量裝置內(nèi)部與外部的溫度，從而評(píng)價(jià)裝置的性能。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的日光照射，可以明顯看到塑料罩上布滿小水珠，說(shuō)明試驗(yàn)裝置起到了預(yù)期的作用。設(shè)備存在的問(wèn)題是鋁片的角度不易固定和統(tǒng)一。

2.水的化學(xué)過(guò)濾課題

Emilie Jaspers主要研究城區(qū)污水排放對(duì)自然水環(huán)境的影響，考察銀川市區(qū)黃河段的污染狀況，同時(shí)她設(shè)計(jì)并制作了植物凈水設(shè)備，在銀川和烏海測(cè)試其凈化效果。

收集河水到設(shè)備的中間容器，水將從6個(gè)支管流出，并流經(jīng)過(guò)濾層和栽培有植物的過(guò)濾圈，再流入收集容器（圖4）。Emilie選擇了銅錢草作為凈化水的植物。銅錢草，學(xué)名為中華天胡荽（Hydrocotyle chinensis Craib），水陸兩棲，耐陰、耐濕，稍耐旱，適應(yīng)性強(qiáng)，比較符合實(shí)驗(yàn)需求。Emilie同時(shí)也選擇了樹(shù)皮作為化學(xué)過(guò)濾層，樹(shù)皮具有吸附重金屬等水中有害物質(zhì)的作用。

Emilie的試驗(yàn)在銀川并不順利，但積攢了很多經(jīng)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)在烏海進(jìn)行了第二次試驗(yàn)。在小組討論和建議下，Emilie分別設(shè)置了不同長(zhǎng)度的過(guò)濾層，以不同數(shù)量的植物作為參考變量。烏海的試驗(yàn)很理想，設(shè)備的組裝更加順利，并且得到了很好的凈化樣品，方便后期對(duì)比分析。

3.水的溶解物再利用課題

Jack Cripps主要研究從黃河中提取砌體原料的方法。Jack Cripps的設(shè)計(jì)理念和原理如圖5所示。試驗(yàn)設(shè)備將三根木棒固定在地面上，每根木棒利用拉索及鋼釘錨固在地面上，結(jié)構(gòu)具有很高的穩(wěn)定性。裝置的頂部是太陽(yáng)能電池板，用來(lái)提供裝置所需要的電能。將收集到的水樣放置于容器中電解，Ca2+吸附于電池陰極，當(dāng)Ca2+吸附量足夠大時(shí)，將與CO2和H2O共同反應(yīng)，得到CaCO3。Jack的想法是希望充分利用黃河水中的鈣離子，凈化同時(shí)獲取大量的砌體原料取代黏土。

4.沙丘的移動(dòng)研究課題

Christian Lopez的研究課題是沙丘移動(dòng)。沙丘移動(dòng)造成對(duì)城市的“入侵”，因此，研究沙丘移動(dòng)規(guī)律非常必要。Christian在沙丘中打入8個(gè)細(xì)桿，細(xì)桿的相對(duì)位置構(gòu)成一條直線。通過(guò)測(cè)量細(xì)桿的外露高度、細(xì)桿的傾斜度、相鄰細(xì)桿頂?shù)木嚯x和相鄰細(xì)桿頂連線與水平面的夾角，評(píng)估沙丘在風(fēng)的作用下的移動(dòng)。在吉蘭泰的試驗(yàn)中，3 h內(nèi)，細(xì)桿的外露高度變化達(dá)10 cm，而細(xì)桿也有明顯的傾斜。Christian記錄了所有細(xì)桿的指標(biāo)變化（圖6）。

5.空氣的物理凈化課題

Alexander Guldager Kongshaug的課題關(guān)注于空氣凈化。他設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置有4個(gè)進(jìn)出氣口，通過(guò)調(diào)整不同進(jìn)出氣口的開(kāi)啟或關(guān)閉，調(diào)節(jié)空氣在裝置內(nèi)的流動(dòng)路徑和流速（圖7）。Alexander用測(cè)試設(shè)備對(duì)空氣流速進(jìn)行測(cè)量。在裝置的4個(gè)進(jìn)出氣口安裝過(guò)濾裝置，起到凈化空氣的作用。過(guò)濾裝置是將預(yù)制的格網(wǎng)浸泡在吉蘭泰當(dāng)?shù)佧}池水中，當(dāng)鹽分結(jié)晶后附在濾網(wǎng)上便可得到過(guò)濾層（圖8），充分利用了當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境。

6.電磁輻射的隔離課題

Rikke Wincentz Rasmussen的課題致力于隔離電磁輻射，對(duì)發(fā)電廠、變電站附近的居民意義重大。Rikke的想法是利用常有的材料建立隔離輻射屏障。所以，她選取了不同的材料，設(shè)置了不同厚度作為試驗(yàn)參考變量，測(cè)量其對(duì)輻射源的隔離能力，從而為后期的設(shè)備設(shè)計(jì)提供依據(jù)。圖9為Rikke設(shè)計(jì)的測(cè)試輻射儀器。

（四）研習(xí)營(yíng)總結(jié)

1.課題研究?jī)?nèi)容

丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院研究生的研究課題涉及水的凈化、空氣凈化、輻射隔離等，都和環(huán)境因素息息相關(guān)。他們強(qiáng)調(diào)的理念是用基本易得的材料和簡(jiǎn)約的想法實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)和自然環(huán)境的和諧共處，改善脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，讓城市建設(shè)融入自然生態(tài)系統(tǒng)。他們的創(chuàng)新之處在于，基于基礎(chǔ)的理論，通過(guò)獨(dú)立的設(shè)計(jì)，制作出自己的設(shè)備。不足之處在于設(shè)備停留在模型階段，后期需轉(zhuǎn)化成真正的建筑，并且保證預(yù)期功能的可行性。

2.試驗(yàn)過(guò)程的反思和啟發(fā)

首先，丹麥學(xué)生特別刻苦。在戶外試驗(yàn)期間，學(xué)生每天很早就投入工作，中間基本沒(méi)有休息，一直保持高強(qiáng)度的工作狀態(tài)，自覺(jué)性和計(jì)劃性很強(qiáng)。

另外，丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院的學(xué)生在試驗(yàn)過(guò)程中尤其重視過(guò)程記錄。在最后的匯報(bào)中，擁有更多的素材，包括質(zhì)量可靠的圖片、短視頻等，確保了試驗(yàn)過(guò)程展示的全面性和可信度。這也與他們的培養(yǎng)模式息息相關(guān)——更加注重過(guò)程的推進(jìn)和思維的發(fā)展，相對(duì)弱化了結(jié)果。但同時(shí)，一味注重圖片的記錄，相對(duì)忽視了量化的數(shù)據(jù)記錄和分析。

二、對(duì)研習(xí)營(yíng)教學(xué)模式的思考

研習(xí)營(yíng)的教學(xué)模式，不僅提供了中外學(xué)生交流合作的平臺(tái)，還創(chuàng)新地將建筑、土木、環(huán)境等多個(gè)學(xué)科有機(jī)結(jié)合，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力。因此，文章對(duì)研習(xí)營(yíng)教學(xué)模式在土木工程領(lǐng)域的開(kāi)展有以下幾點(diǎn)思考。

1.全球化視野

丹麥皇家建筑藝術(shù)學(xué)院的國(guó)際研習(xí)營(yíng)教育模式，可以讓學(xué)生在讀期間每年都經(jīng)歷一次國(guó)際研習(xí)營(yíng)項(xiàng)目。這樣的閱歷增加了學(xué)生的全球化視野，讓他們感受到不同地域的文化、環(huán)境和建筑發(fā)展?fàn)顩r。同時(shí)，基于實(shí)地考察與交流合作，學(xué)生積累了諸多調(diào)研資料。

中國(guó)傳統(tǒng)土木工程學(xué)科教育，基于國(guó)內(nèi)教材，服務(wù)于國(guó)內(nèi)需求，因此，吸收和消化國(guó)外教學(xué)內(nèi)容的可能性較低。而隨著中國(guó)持續(xù)開(kāi)放和深入改革，特別是一帶一路建設(shè)的開(kāi)展，土木專業(yè)人才走出國(guó)門的需求越來(lái)越迫切，培養(yǎng)高校土木學(xué)子的全球化視野是未來(lái)學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求。

通過(guò)研習(xí)營(yíng)這種新型的教學(xué)模式，聯(lián)合來(lái)自不同教育背景的教師與學(xué)生，彼此之間不同程度上的差異為提出創(chuàng)新想法帶來(lái)更多的可能性。在某種程度上，這種差異性越大，通過(guò)二者合作交流產(chǎn)生的最終成果也更具創(chuàng)意[5]。

2.多學(xué)科創(chuàng)新

研習(xí)營(yíng)的教育模式，以項(xiàng)目為核心，而不再劃分單獨(dú)的學(xué)科。由上述國(guó)際學(xué)生研習(xí)營(yíng)實(shí)例可知，在研習(xí)營(yíng)中學(xué)生的項(xiàng)目不僅僅局限于建筑和土木范疇，還結(jié)合了水的化學(xué)過(guò)濾、物理學(xué)科的電磁輻射等內(nèi)容。由此可見(jiàn)，研習(xí)營(yíng)的項(xiàng)目制模式，更加靈活地實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科的交叉融合，學(xué)生需要交叉學(xué)習(xí)多學(xué)科內(nèi)容，提高了創(chuàng)新能力和綜合學(xué)習(xí)能力。

3.教學(xué)、實(shí)踐、考核的整體性

在研習(xí)營(yíng)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐踐行理論知識(shí)，測(cè)試和改進(jìn)自己設(shè)計(jì)的設(shè)備。同時(shí)，學(xué)生向指導(dǎo)教師反饋面對(duì)的問(wèn)題，與指導(dǎo)教師交換意見(jiàn)，并找到解決方法。指導(dǎo)教師從與學(xué)生的交流中實(shí)現(xiàn)教學(xué)的目的，同時(shí)考核學(xué)生的課題進(jìn)展情況。這樣的方式打破了傳統(tǒng)教學(xué)、實(shí)踐、考核相對(duì)分離的狀態(tài)，實(shí)踐反饋教學(xué)，教學(xué)指導(dǎo)實(shí)踐，考核貫穿始終，三者是一個(gè)連續(xù)而良性的循環(huán)，形成有序統(tǒng)一的整體。

4.研習(xí)營(yíng)模式對(duì)教師的要求

研習(xí)營(yíng)采取自學(xué)、專家研討、實(shí)踐體驗(yàn)等方式，使學(xué)生由外控式管理向內(nèi)控式管理轉(zhuǎn)變，由被動(dòng)型學(xué)習(xí)向主動(dòng)參與型學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，教學(xué)方式由單一封閉型向多樣開(kāi)放型轉(zhuǎn)變。

同時(shí)研習(xí)營(yíng)模式也對(duì)高校教師提出更高要求。研習(xí)營(yíng)的指導(dǎo)教師不僅要掌握教育學(xué)、心理學(xué)的一般理論和方法，對(duì)團(tuán)體咨詢的有關(guān)理論、不同學(xué)派的觀點(diǎn)也要有初步了解，要能掌握和運(yùn)用心理學(xué)常用的支持、指導(dǎo)、鼓勵(lì)等技巧，特別需要具備組織管理能力，在研習(xí)營(yíng)里能調(diào)動(dòng)全體學(xué)生參與的積極性，激發(fā)學(xué)生對(duì)活動(dòng)的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生大膽開(kāi)放自我，積極參與活動(dòng)，創(chuàng)造融洽的氣氛[6]。

三、結(jié)語(yǔ)

本次研習(xí)營(yíng)實(shí)踐從前期規(guī)劃、學(xué)生分組合作、教師全程跟蹤，直至學(xué)生項(xiàng)目順利推進(jìn)，完成匯報(bào)考核。在此過(guò)程中，學(xué)生結(jié)合理論和實(shí)踐，交叉結(jié)合多學(xué)科多領(lǐng)域的知識(shí)，通過(guò)團(tuán)隊(duì)分工、交流合作、及時(shí)反饋與指導(dǎo)等機(jī)制順利完成既定的教學(xué)實(shí)踐目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)拓了學(xué)生的全球視野，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，并將教學(xué)、實(shí)踐和考核過(guò)程有機(jī)結(jié)合。研習(xí)營(yíng)強(qiáng)調(diào)以人為本，注重發(fā)揮主觀能動(dòng)性，具有進(jìn)一步探索和實(shí)踐的價(jià)值。

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