多高層房屋結構設計教學改革的探析

楊佑發(fā)　梁婷　肖淳

摘? 要：針對多高層房屋結構設計課程中如何提升學生工程能力的問題，文章基于CDIO模式，以問題學習的形式和探索性的工程計算實例為載體，通過多種教學因素的集成來培養(yǎng)學生的工程能力;并對教學模式進行調整，運用微信公眾號打破課堂邊界，將系統(tǒng)學習與碎片化學習統(tǒng)一與協(xié)調，適應網絡時代學生的學習特點。

關鍵詞：多高層房屋結構設計;工程能力;打破課堂邊界;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）16-0127-03

Abstract： In view of how to improve the students' engineering ability in the course of design of multi-story? and high-rise building structure， based on the CDIO model， taking the form of problem learning and the practical example of engineering calculation as the carrier， the paper discussed to integrate various teaching factors to cultivate the students' engineering ability， and adjusted the teaching mode， used the WeChat public number to break the classroom boundary， and integrated the system learning with the fragmented learning to adapt to the learning characteristics of the students in the network age.

Keywords： design of multi-story? and high-rise building structure; engineering ability; breaking the classroom boundary; teaching reform

引言

多高層房屋結構設計是建立在科學試驗和工程實踐基礎上的應用學科，具有綜合性和實用性的特點，課程學習難度大，教學難度也大，再加上學生缺乏系統(tǒng)的工程訓練，綜合能力較差，難以適應就業(yè)崗位的需要[1]。因此如何在多高層房屋結構設計課程中提升學生的工程能力是一個亟待解決的問題。

構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）（CDIO）的模式是一種先進的教育模式，對于多高層房屋結構設計教學改革具有極大的參考價值。本文探討多高層房屋結構設計的教學改革方式，力求按照（CDIO）的思路，以實際工程案例驅動的方式，在培養(yǎng)學生工程實踐能力的同時，較全面地增強學生的綜合能力和素質，不斷提高人才培養(yǎng)的質量，滿足社會對應用型人才的需求。

與此同時，在當今互聯(lián)網時代的背景下，高校教育既面臨著機遇也面臨挑戰(zhàn)，如何有效將“互聯(lián)網+”轉化為教學改革的有力工具是值得教育工作者去探討的一個問題。教學改革還需從學生端出發(fā)，梳理學生在大學這個階段的學習和發(fā)展需求，了解學生的大學生活狀態(tài)，讓課程教學改革變得更具針對性，更有效。

一、基于工程能力培養(yǎng)的多高層房屋結構設計教學改革

（一）梳理課程內容，細化本課程所需具備的工程能力

以往對工程能力的分析一般都比較粗，如研究能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、團隊能力、溝通能力、經濟能力、管理能力、自學能力和道德能力等均屬于工程能力的范疇。工程能力是一個整體概念、具有鮮明的時代特征[2]。這種粗線條的能力結構分析既不利于工程能力的培養(yǎng)，也不利于對其科學認定。本文基于CDIO理念，通過對多高層房屋結構設計課程內容的梳理，得到本課程需具備房屋結構概念設計、結構分析、結構設計和新結構新技術四大板塊知識。工程能力培養(yǎng)是要求學生能獨立思考各種工程問題，抓住復雜多變的實際問題的主要矛盾，具備工程簡化能力，提升以合理、經濟、簡便的方式解決實際工程的能力及結合實踐自我學習、自我完善的能力。在明確能力教學目標之后，本文將探索科學的實施途徑， 為切實培養(yǎng)和提高工程能力奠定良好的基礎。

（二）探索工程能力培養(yǎng)的方法與途徑

1. 轉變觀念、提高認識，教學過程樹立“工程化”的思想

課程教學以工程為背景，引導學生面向工程，培養(yǎng)學生工程意識和工程思維方式，增加教學中的工程因素、工程內容。以典型的工程案例為教學切入點，運用工程圖片、工程規(guī)范、工程圖紙、工程錄像等，并將其穿插應用于教學的過程中，突出課程教學的工程特色，并通過視頻介紹最新的工程建設成就，激發(fā)學生的學習興趣及對專業(yè)和課程的熱愛。

2. 深化教學內容和教學方法的改革

為注重工程能力的培養(yǎng)，教學內容應貼合工程實際。以多高層房屋結構設計工作過程展開教學，以“結構選型與布置-計算簡圖-截面設計-構造處理-施工圖繪制”為主線，打破現(xiàn)有教材框架體系，重新組織、整合教學內容，授課順序以先整體結構，后局部，以典型的實際工程為例介紹結構問題。

同時應該加強結構概念設計內容，注重學生概念設計能力培養(yǎng)。結構概念設計不是某種具體方法[3]，它貫穿在結構設計的整個過程中。其核心是在特定的建筑空間中用整體的概念來正確處理構件與構件，構件與結構，結構與結構之間的關系。它的重要性主要體現(xiàn)在：初設階段中，通過概念設計選擇出切實可行又經濟合理的結構形式。該結構形式受力明確，傳力簡單，這樣就可以避免在后期設計階段中繁瑣的運算;在具體結構分析當中，確定與實際受力吻合的計算簡圖與方法;同時它也是判定計算機輸出的計算數據是否安全、可靠的重要依據。

多高層房屋結構設計課程教學內容應緊跟實際應用步伐。一方面，應與現(xiàn)行規(guī)范相結合，培養(yǎng)學生正確理解規(guī)范條文和使用規(guī)范和手冊。在工程中不能僅限于滿足“規(guī)范”要求，要根據工程的具體情況來合理使用相應技術指標，在教學過程中，可在課堂上穿插講解，這樣學生就必須去查閱，才能與講述內容同步，帶動學生擴大知識面，將教材中的知識進行拓展，從而讓學生真正能夠應對今后在工作中遇到的各種工程問題。另一方面，應增加對新結構、新技術的介紹，拓寬學生工程視野。從CDIO的角度上改造房屋結構設計課程的教學內容和體系設置，除大力加強課程間的橫向聯(lián)系和交叉綜合外，還要考慮根據本課程的工程應用背景，增設新結構、新技術教學模塊作為該課程的延續(xù)和深入[4]，如增加新時代下的辦公建筑、商業(yè)建筑、多功能綜合建筑的概念設計等新技術專題，并給出相應典型實例，既能提高學生的學習興趣，又拓寬學生的工程視野。

教學方法方面采用實際的工程案例教學，以一綜合性的工程項目實例的設計計算貫穿教學過程的始終，理論教學與實踐教學有機地相融合，在課程開始時，將學生以5人為一小組，采用圍繞主題，結合課程進度，分階段，逐步完成的方法，進行多高層結構設計的綜合訓練，培養(yǎng)學生查找和使用設計規(guī)范、設計手冊等專業(yè)資料的能力， 逐步增強處理工程設計問題的綜合能力，尤其是建模能力、方案能力、自學問題、分析問題、解決問題和設計計算的能力，以及創(chuàng)新意識、經濟意識、團隊協(xié)作意識。在課程最后上交一份完整的工程計算實例，作為課程最終考核的組成部分，占綜合成績的10%。

二、加強科研對教學的促進，推動研究性教學

在教學過程中引入一些研究性的文獻和項目對教學質量有很大的促進作用。它能夠拓展學生們的視野和加深對教學內容的理解，更重要的是能夠激發(fā)起同學們探索與求知的欲望，培養(yǎng)同學們的創(chuàng)新思維。例如：在講高層概況中所提到的紐約世貿中心時，介紹了清華大學陸新征教授的《世界貿易中心飛機撞擊后倒塌過程的仿真分析》。通過這篇文獻讓學生了解到火災所導致鋼材軟化和樓板塌落荷載所引起的沖擊連鎖反應是引起倒塌的直接原因，為達到課本上所提到的：高層建筑在偶然事件發(fā)生前后應滿足整體穩(wěn)定性的要求，提高結構的抗火能力或提高結構的延性顯得猶為重要。講框架震害分析時，結合汶川地震中由于樓梯嚴重破壞的震害現(xiàn)象，介紹了西南設計院馮遠總工的《現(xiàn)澆樓梯對框架結構的抗震影響分析與設計建議》。提出一種將樓梯和整體結構脫離的構造方案，使得樓梯在地震中不會成為首要的耗能構件，從而保護樓梯的完整，擴寬了同學們對高層抗震構造措施的了解。在講到筒體結構抗震性能時，介紹了《框架-核心筒結構的框架內力調整方法對比研究》。由于框架-核心筒結構在強烈地震作用下會發(fā)生內力重分布，為保證結構具有多道防線，滿足其延性和耗能的要求，在結構設計中需要對框架部分進行內力調整。通過這篇文獻加深同學們對于框架-核心筒結構抗震機制的理解，并讓學生知道規(guī)范也有許多地方值得探究，激發(fā)了學生的探索精神。在講到框架結構抗震設計時，結合同濟大學呂西林教授的《鋼筋混凝土框架“強柱弱梁”抗震措施的試驗研究》，通過具體實驗講解，讓學生深刻理解強柱弱梁這一概念設計，感受其在實際工程中的重要性。通過引用這樣的一些文獻既能夠加深同學們對于知識的理解，又能增添課堂教學的新鮮感，調動學生的學習興趣和求知的積極性。

三、充分運用微信公眾號碎片化學習，打破課堂邊界

隨著移動互聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，像Mooc、微信公眾平臺等在線教育越來越受大學生的歡迎。與此同時，學習者在自然情境中根據自我學習需求，利用多樣化學習媒體、零散時間和分布式的空間，學習零碎知識內容的碎片化學習方式[5]，也引起了人們的廣泛關注。筆者深入挖掘二者的優(yōu)勢及其內在聯(lián)系，提出了一種基于微信公眾號的適于碎片化學習的輔助教學模式。將傳統(tǒng)課堂上的系統(tǒng)學習與微信公眾號的碎片化學習相輔相成、無縫連接，打破課堂邊界，充分利用兩種方式的優(yōu)勢提高教學效果。

大學生多任務快節(jié)奏的生活方式導致時間碎片化，使我們只利用整段的時間來進行系統(tǒng)學習遠遠不夠，我們不得不利用有限的碎片時間來開展學習活動，這種學習碎片化迫使學習者自覺不自覺地將完整的學習內容（知識）分解成碎片，以便于化整為零的學習。而多高層房屋結構設計是一門綜合性強、知識點多的課程，且部分知識點難度大，因此僅僅依靠老師課堂上講一遍，學生難以很好的掌握。在以往的課堂上甚至有學生通過拍照、錄音、錄像等方式記錄重要知識點，方便課后學習。筆者基于微信公眾號的適于碎片化學習的輔助教學模式，讓課堂不只是傳統(tǒng)上課的45分鐘，恰能順應學生的需求，微信公眾號可以從以下板塊由助教負責開展運營：

（一） 課堂小視頻

由于多高層房屋結構設計課程難度大，很多學生存在上課聽不懂的情況，這時候我們可以借助課堂內容的短視頻回放，讓學生能夠多次學習、精準學習。這些小視頻可以包括課程中的重點、難點、課后作業(yè)講解、案例分析等內容，每個視頻都只有3到10分鐘，學生可以在課后復習或者進行知識點梳理發(fā)現(xiàn)疑難點時及時回放，能有效提高學習效率。

這一模式為學生充分利用碎片化時間學習課程內容提供渠道。由于在課堂上學生已經有系統(tǒng)學習的過程，微信公眾號更多的是課后的查漏補缺，這樣的碎片化學習過程將會有“零存整取”的效果。

（二）學習資料下載

為提高學生的工程能力，多高層房屋結構設計課程教學內容一方面應與現(xiàn)行規(guī)范相結合，培養(yǎng)學生正確理解規(guī)范條文和使用規(guī)范和手冊。另一方面應增加對新結構、新技術的介紹，拓寬學生工程視野。因此在課堂教學需要不時穿插對現(xiàn)行規(guī)范條文的講解，為了加深理解甚至加入不同版本規(guī)范的區(qū)別以及規(guī)范修改的緣由等內容。新結構、新技術的典型案例網絡上資源繁多，但學生難以辨別資料的可靠與否，因此這類規(guī)范手冊、案例視頻等學習資料均可在公眾號里由助教統(tǒng)一發(fā)布。

本課程將采用工程案例教學，以一綜合性的工程項目實例的設計計算貫穿教學過程的始終。除了課堂上講解的工程案例，還可通過公眾號提供多個工程案例的分析，擴寬學生工程視野，培養(yǎng)學生的學習興趣。

（三）小組作業(yè)展示與討論

在課程之初以小組為單位布置的工程計算實例，在課程接近尾聲時可將計算資料和講解視頻上傳至微信公眾號。通過公眾號與同專業(yè)的其他同學討論學習，各小組之間可以直觀的對比學習各自的長處。工程計算案例之間的分享與交流，能幫助同學們查漏補缺，汲取更多更完備的工程知識。最后在公眾號里組織同學們投票評分，將同學們的投票評分與教師評分綜合，即為各小組本次工程計算實例得分，以20%的比例計入期末考核中。

課程微信號的運營需在實踐中不斷改進，我們可以定期調查學生對各個板塊的滿意度，并吸納可取的建議。后期可利用微信公眾號的傳播能力強的特點，將服務方擴大到已經工作的畢業(yè)生。讓知識無邊界、課堂無邊界。

四、結束語

本文對多高層房屋結構設計課程改革的探索與實踐以學生的學習和發(fā)展需求為出發(fā)點，具有以下兩個特點：一是以問題學習的形式，以探索性的工程計算實例為載體，通過多種教學因素的集成來培養(yǎng)學生的工程能力;二是對教學模式進行調整，運用微信公眾號打破課堂邊界，將系統(tǒng)學習與碎片化學習統(tǒng)一與協(xié)調，適應網絡時代學生的學習特點。當然課程教學改革是一個綜合性的工作，一門課程的探索工作可以給其他課程啟示，但是若要得到一個綜合的教學效果，并且能夠在學生身上長久體現(xiàn)則離不開整個教育環(huán)境，我們應該尋求多門專業(yè)課的配合。

參考文獻：

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[3]謝群，胡偉.將概念設計融入高層建筑結構教學的必要性與方法[J].高等建筑教育，2008，3：70-73.

[4]劉建平，賈致榮，師郡.面向工程能力培養(yǎng)的房屋結構設計課程教學改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（9）：53-55.

[5]王覓.面向碎片化學習時代微視頻課程的內容設計[D].華東師范大學，2013.