建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育低效的原因與對(duì)策

劉瑋 張克明

[摘 要] 建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育是培養(yǎng)合格的建筑師必不可少的技術(shù)環(huán)節(jié)，但實(shí)際教學(xué)效果長(zhǎng)期不佳，雖經(jīng)相關(guān)教師不懈改進(jìn)，學(xué)生依然對(duì)結(jié)構(gòu)感到困惑甚至被誤導(dǎo)?；诖?，該文從教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容組織的層面分析了教學(xué)低效的原因，并提出相應(yīng)改進(jìn)對(duì)策。

[關(guān)鍵詞] 建筑學(xué)專業(yè);結(jié)構(gòu)教育;教學(xué)低效;原因;對(duì)策

[中圖分類號(hào)] G642? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2021）01-0177-04? ? [收稿日期] 2020-12-02

一、引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和建筑理念的日益更新，現(xiàn)今的建筑師需要學(xué)習(xí)和掌握更多的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)并將之融入建筑藝術(shù)。這其中，結(jié)構(gòu)因已發(fā)展為精準(zhǔn)的技術(shù)而與建筑的聯(lián)系越來(lái)越緊密，且建筑空間及其形式的核心推動(dòng)力量往往出自結(jié)構(gòu)[1]，這就對(duì)建筑師的結(jié)構(gòu)素養(yǎng)提出了更高的要求。與此相適應(yīng)，國(guó)家注冊(cè)建筑師執(zhí)業(yè)考試對(duì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的要求更多地偏重于概念設(shè)計(jì)，如建筑力學(xué)的比重逐年減小，建筑抗震知識(shí)的比重逐年增大。在這種環(huán)境下，未來(lái)的年輕建筑師——建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生提升自身結(jié)構(gòu)素養(yǎng)的愿望在增強(qiáng)，對(duì)結(jié)構(gòu)類課程的學(xué)習(xí)投入也有所增加。但令人遺憾的是，建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育長(zhǎng)期以來(lái)一直處在低效的困境中。學(xué)生普遍反映課程內(nèi)容晦澀難懂，學(xué)不會(huì);或者學(xué)了也不會(huì)用，難以將所學(xué)的結(jié)構(gòu)知識(shí)應(yīng)用在建筑設(shè)計(jì)之中，進(jìn)而甚至認(rèn)為建筑設(shè)計(jì)師是可以缺乏結(jié)構(gòu)素養(yǎng)的。

當(dāng)學(xué)生感到付出的努力與收獲不對(duì)等時(shí)，就會(huì)極大地挫傷他們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性;反過(guò)來(lái)學(xué)生的狀態(tài)也會(huì)影響教師的教學(xué)積極性，教學(xué)活動(dòng)陷入惡性循環(huán)。本文結(jié)合多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和目前的教學(xué)狀況，從教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容組織的層面對(duì)目前建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育低效的原因進(jìn)行了分析和探討，以期能有效地提高建筑學(xué)專業(yè)結(jié)構(gòu)教育的教學(xué)質(zhì)量。

二、建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育低效的原因分析

（一）結(jié)構(gòu)教育課程體系的設(shè)計(jì)存在不足

根據(jù)《高等學(xué)校建筑學(xué)本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》的要求，面向建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育內(nèi)容涵蓋了土木工程專業(yè)至少十門課程的內(nèi)容，而授課學(xué)時(shí)卻相當(dāng)有限。這就給教學(xué)階段劃分、具體教學(xué)內(nèi)容的選擇取舍和學(xué)時(shí)分配帶來(lái)了很大的困難。長(zhǎng)期以來(lái)，建筑學(xué)的結(jié)構(gòu)教育采用三階段推進(jìn)式進(jìn)行，即學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)、學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)知識(shí)和應(yīng)用結(jié)構(gòu)知識(shí)，這種教育思路采用從認(rèn)知到應(yīng)用的推進(jìn)式模式，一般認(rèn)為是合理的。與三個(gè)教學(xué)階段相適應(yīng)，課程體系通常由“建筑力學(xué)”“建筑結(jié)構(gòu)”和“建筑結(jié)構(gòu)選型”三門課程組成，但各門課程教學(xué)內(nèi)容的組織并沒有考慮建筑學(xué)專業(yè)的需求，只是把土木工程專業(yè)的相應(yīng)課程群經(jīng)濃縮簡(jiǎn)化后直接拼接。因此，結(jié)構(gòu)教育的教學(xué)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立隔離，使得學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)比較凌亂，很難形成系統(tǒng)的知識(shí)體系，自然也就無(wú)法將結(jié)構(gòu)知識(shí)應(yīng)用在建筑方案設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)教育實(shí)效性低。

近年來(lái)，不少教育工作者指出建筑學(xué)的結(jié)構(gòu)教育應(yīng)突出結(jié)構(gòu)為建筑所用的理念[2，3]，各高校對(duì)課程體系的重構(gòu)做出了積極改革（見下表）。但從表中我們也看到，目前各高校在課程的具體安排和學(xué)時(shí)配置上有著較大的差異，對(duì)課程體系的改善仍處在探索階段。

（二）結(jié)構(gòu)知識(shí)教學(xué)模式的失當(dāng)

“結(jié)構(gòu)體系”定義為由各構(gòu)件組成的一套穩(wěn)定組件，它被設(shè)計(jì)、建造出來(lái)，以一個(gè)整體來(lái)發(fā)揮支撐作用。因此，土木工程專業(yè)的課程從力學(xué)到結(jié)構(gòu)在教學(xué)內(nèi)容的組織方式上一脈相承，都采用“拉、壓、彎、剪、扭”的系統(tǒng)，以受拉、受壓、受彎、受剪、受扭構(gòu)件截面的分析為主線[4]。而建筑學(xué)專業(yè)的建筑力學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)部分的教學(xué)內(nèi)容一直以來(lái)都是土木工程多門專業(yè)課程的簡(jiǎn)化拼接，教學(xué)思路沿襲土木工程專業(yè)的傳統(tǒng)，也是通過(guò)基本構(gòu)件來(lái)建立知識(shí)體系。這種教學(xué)模式從細(xì)節(jié)出發(fā)，缺少對(duì)總體方案的把握，學(xué)生學(xué)完后對(duì)構(gòu)件截面的計(jì)算比較熟悉，以為結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)就是了解現(xiàn)行的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

事實(shí)上，建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育是要結(jié)構(gòu)為建筑設(shè)計(jì)服務(wù)，使得建筑師在方案階段就可預(yù)見所做方案的結(jié)構(gòu)整體性。這種從土木工程專業(yè)直接嫁接過(guò)來(lái)的學(xué)習(xí)模式貌似給學(xué)生建立了一定的結(jié)構(gòu)概念，卻是刻板、混亂、無(wú)法為己所用的概念，與學(xué)生的建筑設(shè)計(jì)思維格格不入。因此當(dāng)學(xué)生學(xué)完建筑結(jié)構(gòu)部分的內(nèi)容后，學(xué)得不好的同學(xué)表現(xiàn)為對(duì)結(jié)構(gòu)的理解一片混沌;學(xué)得好的同學(xué)則是建立了與自己專業(yè)錯(cuò)位的結(jié)構(gòu)概念，這不得不說(shuō)是我們教學(xué)中的缺陷。當(dāng)然這也就直接影響了后續(xù)課程——“建筑結(jié)構(gòu)選型”課的學(xué)習(xí)效果。

（三）結(jié)構(gòu)教育缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的刺激

綜合的創(chuàng)造力是建筑教育及建筑實(shí)物的靈魂。結(jié)構(gòu)教育應(yīng)該在讓學(xué)生獲取知識(shí)的基礎(chǔ)上，刺激和激發(fā)智能，并拓寬視野，才能讓學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力、想象力，將結(jié)構(gòu)加以整合而運(yùn)用到建筑設(shè)計(jì)過(guò)程之中。

但以我們目前的教育手段，學(xué)生在課堂上往往只能學(xué)到刻板的結(jié)構(gòu)型式的知識(shí)，只會(huì)將結(jié)構(gòu)體系簡(jiǎn)單地按柱網(wǎng)模數(shù)進(jìn)行機(jī)械的布置。我們?cè)诮虒W(xué)生結(jié)構(gòu)構(gòu)件如何連接形成體系時(shí)，總會(huì)強(qiáng)調(diào)構(gòu)件的等級(jí)秩序和效率，例如圖1所示結(jié)構(gòu)體系的荷載由板到柱，再到基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)邏輯清晰。但結(jié)構(gòu)在創(chuàng)造空間形態(tài)上是有著無(wú)限的可能的。例如克雷茲設(shè)計(jì)的一墻宅中（圖2），結(jié)構(gòu)體系異于常規(guī)，荷載的傳遞從墻到樓板，再到墻，結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有主次關(guān)系。當(dāng)然我們并不是要引導(dǎo)學(xué)生刻意追求這種非常規(guī)的設(shè)計(jì)，然而教育應(yīng)該讓學(xué)生看到多種可能性，才能避免想象力的鈍化。

（四）教師因?qū)I(yè)隔閡產(chǎn)生的消極影響

建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育雖然傳授的是結(jié)構(gòu)知識(shí)，但它的基本理性卻清楚地是建筑形態(tài)和空間創(chuàng)造，因此是涉及結(jié)構(gòu)和建筑兩個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的跨專業(yè)課程，這就對(duì)任課教師，尤其是“建筑結(jié)構(gòu)”課程和“建筑結(jié)構(gòu)選型”課程的教師提出了很高的要求。結(jié)構(gòu)專業(yè)的教師往往不了解建筑學(xué)專業(yè)的需求，教學(xué)內(nèi)容并非以建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生為本，實(shí)用性欠缺，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高;建筑學(xué)的教師通常難以把握結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，對(duì)結(jié)構(gòu)創(chuàng)作背后的基本原理一知半解，也難以有好的教學(xué)效果。

三、可能的改進(jìn)路徑和對(duì)策

（一）課程體系建設(shè)應(yīng)綜合考慮教學(xué)內(nèi)容的層次性及建筑學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

現(xiàn)階段各高校無(wú)論設(shè)置幾門課程（見上表），結(jié)構(gòu)教育內(nèi)容均由建筑力學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)選型三部分組成，它們相互銜接、循序漸進(jìn)，要求各異。在課程體系建設(shè)時(shí)，一定要注意這三部分內(nèi)容的層次性：掌握了第一部分建筑力學(xué)知識(shí)才能知道結(jié)構(gòu)傳力機(jī)制，從而進(jìn)入第二部分建筑結(jié)構(gòu)知識(shí)的學(xué)習(xí);認(rèn)識(shí)了第二部分內(nèi)容中典型結(jié)構(gòu)型式的力學(xué)特性，才能順利拓展到第三部分內(nèi)容中各種結(jié)構(gòu)型式的學(xué)習(xí)。

各門課程的開課學(xué)期還應(yīng)考慮專業(yè)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。建筑學(xué)學(xué)生在經(jīng)過(guò)一到兩年的專業(yè)訓(xùn)練后，思維方式會(huì)從中學(xué)的抽象思維為主轉(zhuǎn)換成形象思維為主，因此需要有較強(qiáng)抽象思維能力的“建筑力學(xué)”課程可適當(dāng)提前?！敖ㄖY(jié)構(gòu)選型”課程則應(yīng)對(duì)貫穿三個(gè)學(xué)年的建筑設(shè)計(jì)課的階段性任務(wù)進(jìn)行配合，選擇合適的學(xué)期排課。

（二）“建筑結(jié)構(gòu)”課程的教學(xué)模式應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)的思想自然流程一致

結(jié)構(gòu)教育的三部分內(nèi)容中，建筑結(jié)構(gòu)部分涵蓋了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)抗震、建筑地基基礎(chǔ)等專項(xiàng)單元，內(nèi)容最為龐雜煩瑣，但卻是建立結(jié)構(gòu)概念體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此這個(gè)階段的教學(xué)組織方法十分重要。要想快速獲得“建筑結(jié)構(gòu)”課程所有的結(jié)構(gòu)知識(shí)，同時(shí)還要兼顧結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)系，教學(xué)組織就應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知架構(gòu)，與建筑設(shè)計(jì)的思想自然流程一致。首先把房屋看成是一個(gè)整體空間形式，然后按照結(jié)構(gòu)體系—結(jié)構(gòu)單元—結(jié)構(gòu)構(gòu)件的認(rèn)知順序逐步推進(jìn)。以此為原則，可把結(jié)構(gòu)知識(shí)分為三個(gè)單元：

一是認(rèn)知單元：了解建筑與結(jié)構(gòu)的基本關(guān)系，學(xué)習(xí)幾種典型的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)單元和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的辨識(shí)關(guān)系，具備區(qū)分建筑的結(jié)構(gòu)部分和非結(jié)構(gòu)部分的技能。如以框架結(jié)構(gòu)為例，首先要認(rèn)識(shí)梁柱體系，然后是樓屋蓋體系，還要知悉圍合空間的建筑表皮與承重體系是分化的，建筑空間設(shè)計(jì)自由度大。再如剪力墻結(jié)構(gòu)，需要認(rèn)識(shí)到墻體和樓屋蓋體系是定義空間的承重元素，因此建筑空間組織和承重結(jié)構(gòu)之間容易產(chǎn)生矛盾，相對(duì)框架結(jié)構(gòu)體系需要建筑師和工程師更為緊密地合作。

二是概念設(shè)計(jì)單元：結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)指的是結(jié)合建筑功能要求、結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、抗震設(shè)防等級(jí)、材料、場(chǎng)地條件等進(jìn)行的定性設(shè)計(jì)過(guò)程。本單元包括：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理、建筑結(jié)構(gòu)選擇與布置、地基與基礎(chǔ)、建筑抗震設(shè)計(jì)基本知識(shí)。這是建筑設(shè)計(jì)工作中特別是方案設(shè)計(jì)階段必須面對(duì)的問(wèn)題，要求學(xué)生學(xué)完后能綜合考慮房屋跨度、房屋高度、場(chǎng)地條件（抗風(fēng)、抗震、地基）等因素，選擇合理的結(jié)構(gòu)型式并確定主要構(gòu)件的幾何尺寸。

三是計(jì)算單元：主要學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)計(jì)算基本原理、基本構(gòu)件的計(jì)算和構(gòu)造知識(shí)、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算。其中簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)指的是樓蓋和多層框架結(jié)構(gòu)。

（三）抓住結(jié)構(gòu)本質(zhì)，開拓廣闊視野

“建筑結(jié)構(gòu)選型”課主要介紹房屋建筑中常見的各種結(jié)構(gòu)型式及其力學(xué)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，訓(xùn)練學(xué)生在方案階段合理選取結(jié)構(gòu)型式。但“型”代表的是由經(jīng)驗(yàn)確定的結(jié)構(gòu)的特定類型，要想在結(jié)構(gòu)中找到建筑功能與空間形態(tài)創(chuàng)新的突破口，就要能從“型”到“形”，這就要從建筑結(jié)構(gòu)的本質(zhì)及成因來(lái)認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)。

實(shí)際上，結(jié)構(gòu)的本質(zhì)就是它的功能：力的改向，結(jié)構(gòu)體系的本質(zhì)就是力的改向的機(jī)制[5]。因此，結(jié)構(gòu)教育要有意識(shí)地從建筑力學(xué)開始，由簡(jiǎn)至繁、由淺至深地引導(dǎo)學(xué)生建立對(duì)各種結(jié)構(gòu)體系傳力路徑的直觀理解，掌握“力”與“型”的相互依存關(guān)系，從而才有可能通過(guò)結(jié)構(gòu)的變形、混合、抽象等手段實(shí)現(xiàn)由“型”到“形”。也就是，對(duì)于建筑學(xué)學(xué)生來(lái)說(shuō)，熟悉力的改向機(jī)制，就有可能超越已有的各種結(jié)構(gòu)體系的界限，依其直覺和想象力構(gòu)思出新的結(jié)構(gòu)形態(tài)，以支持當(dāng)代建筑理念的發(fā)展。

（四）教師的教學(xué)思維方式要與課程思維相一致

建筑學(xué)專業(yè)的結(jié)構(gòu)教育對(duì)任課老師提出了跨專業(yè)的較高要求。只有既通曉各門結(jié)構(gòu)課程，具有豐富的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，又了解當(dāng)代建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)老師才能上好“建筑結(jié)構(gòu)”課程;只有在觀念上精進(jìn)，具有建筑、結(jié)構(gòu)、施工、設(shè)備等全方位知識(shí)的建筑老師，才最具資格去對(duì)年輕的建筑學(xué)學(xué)生引介“建筑結(jié)構(gòu)選型”課程。一言以蔽之，不管是結(jié)構(gòu)專業(yè)還是建筑專業(yè)的老師，都要能從建筑師的視角理解結(jié)構(gòu)，才真正符合課程體系的思維要求。

四、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)建筑學(xué)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)教育時(shí)，難免會(huì)牽涉到建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，但這是一個(gè)非常宏大的課題，無(wú)法給出黑白分明的解答。在本科教育階段，學(xué)生的心智還非常年輕，結(jié)構(gòu)教育應(yīng)該超越建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系之爭(zhēng)，致力于幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)邏輯體系和引導(dǎo)他們掌握使用方法。至于用多少，怎么用，是由學(xué)生今后的感悟和自身素養(yǎng)所決定的。

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