建筑結構抗震課程案例項目教學法探索

鄭曉芬 李開陽 劉沈如

摘要：建筑結構抗震課程是土木工程專業(yè)建筑方向一門涵蓋鋼結構、混凝土、結構力學及地質學、地震工程學等多學科綜合性較強的專業(yè)課。與其他知識體系較為單一的專業(yè)課相比，該課程對知識結構的整體性有更高要求。在闡述案例項目教學法的緣起、特點和具體要求的基礎上，結合同濟大學建筑結構抗震課程教學實踐，對該新型教學法在實際課程中的應用提出一些建議，以促進案例項目教學法在課程教學中的推廣應用。

關鍵詞：建筑結構抗震課程;案例項目教學法;土木工程專業(yè);教學改革

中圖分類號：G642.0;TU3?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2021）02-0072-07

一、建筑結構抗震課程特點分析

中國是世界上地震災害最嚴重的國家之一，地震造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失也十分巨大 [1]。由于以現(xiàn)有的技術手段難以提前預知地震活動，因此通過改進房屋結構，提高建筑物抗震性能，以盡可能減少地震造成的財產(chǎn)損失和人員傷亡就成了現(xiàn)階段抗震設防的重要手段。2016年6月1日正式實施的第五代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》提高了我國建筑工程的整體抗震設防要求，取消了《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）中對抗震設防烈度6度以下可不進行抗震設計的規(guī)定，要求中國全境進行抗震設防[2]。在此背景下，

加強土木工程專業(yè)建筑結構抗震課程

建設具有重要意義。

建筑結構抗震課程是土木工程專業(yè)建筑方向一門綜合性較強的專業(yè)課。該課程主要涵蓋三個大方向的專業(yè)知識：一是以混凝土、砌體結構、鋼結構、地基基礎等為代表的工程結構設計方面的專業(yè)知識;二是以結構力學、材料力學為代表的力學方向的知識;三是以地質學、地震學為代表的地震方面的相關知識。根據(jù)教學大綱要求，該課程教學的主要任務是使土木工程專業(yè)學生具有一定的抗震設計理論基礎，能夠掌握簡單的抗震設計原理，并進行建筑結構抗震的簡單設計。

與其他土木工程專業(yè)課程相比，建筑結構抗震課程具有極強的綜合性，所要求的知識面較廣，與工程實際的結合也更加緊密。例如，對于結構設計方面的專業(yè)基礎課程結構力學，其內容主要集中在計算各類結構受力問題上。課程教材從結構類型的不同受力特點入手，將課程內容分為結構動力學和結構靜力學兩個方面，在計算時將實際復雜多變的結構問題進行抽象簡化，不考慮材料、環(huán)境等方面的影響，只專注于單純的結構受力問題，主要學習不同類型結構的計算方法。而建筑結構抗震課程則不同，

其與現(xiàn)行的各種規(guī)范、規(guī)程與行業(yè)標準密切相關。學習抗震設計時，既要考慮建筑場地條件、各種材料和結構形式對房屋抗震性能的影響，又需要從抗震概念設計、抗震計算設計和抗震構造措施三個方面來綜合確定最優(yōu)方案。因此，學習內容多、綜合性強，學習難度大。如果不從既符合學習規(guī)律，又具有內在邏輯聯(lián)系的宏觀角度去整體把握，很難將各章節(jié)零碎知識點統(tǒng)一起來學習和理解。又如土木工程專業(yè)的必修專業(yè)課混凝土結構原理與應用，該課程與建筑結構抗震相比，盡管同樣需要考慮材料性能、環(huán)境變化及復雜受力等綜合性問題，但是其總體的知識結構和計算方法仍然可以劃分為受壓、受彎、受扭等幾大部分來分別學習。在學習的過程中各部分相對獨立，學生可以在完成各模塊的分類學習后，再學習如何進行復雜情況下的結構設計，最后將各部分的知識進行組合并運用到實際設計中去。類似的還有鋼結構設計課程，也可以按不同模塊進行分塊教學。建筑結構抗震課程則無法以這種簡單的歸類方式來進行學習，它涉及結構力學、混凝土結構、鋼結構、結構動力學、荷載原理等各方面，不能單獨提取任何一個或幾個方面的知識來進行講授。此外，與鋼結構、混凝土結構等課程有較為明晰的主線不同，建筑結構抗震課程零碎的知識點較多，分章進行講述不僅容易遺漏或缺失部分知識點，也難以幫助學生形成科學的知識體系，不利于學生對知識的整體理解和把握。因此，采用案例項目教學法是推進建筑結構抗震課程教學改革，提高課程教學效果的有效途徑。

二、案例項目教學法的起源、內涵和基本特點

（一）案例項目教學法的起源發(fā)展

案例項目教學法的概念最早源于美國教育家杜威的教育理論。他在1916 年出版的《民主和教育》一書中提出了一個全新的概念，即思考和體驗。他強調，教育的最終目標應該是促進每個人的個性發(fā)展，而這種發(fā)展的過程是和社會環(huán)境的變化密不可分的。培養(yǎng)學生認知能力的關鍵之一是學會自我組織和對自己承擔責任。20 世紀70年代德國教育界開始推行以杜威理論為基礎的項目教學，案例項目教學法正式進入教學應用[3]。案例項目教學法在歐美地區(qū)已形成了較為成熟完善的教學系統(tǒng)，但在我國起步相對較晚。我國案例項目教學法的研究始于1999 年9 月，《現(xiàn)代企業(yè)教育》刊載了一篇名為《項目教學法一種有益的嘗試》的文章。這篇文章提出了項目教學法實施的具體步驟，但主要用于工商管理培訓班的學員培訓 [4]。案例項目教學法在土木工程專業(yè)大學本科階段的教學應用目前大多只在各個高校開設的部分單一課程中，尚未形成完整的體系。

（二）案例項目教學法的內涵

案例項目教學法有別于傳統(tǒng)教學模式，是以“項目為主線、教師為主導、學生為主體”的全新教學方式，符合“以學生為中心、以成果為導向、持續(xù)改進”的工程教育專業(yè)認證核心理念。授課過程中教師不再單純地對學生進行書本知識的單方面?zhèn)鬏斨v授，而是將書本知識內容轉化成多個“教學項目案例”，再圍繞這些項目組織和開展相應的教學活動;學生以個人或小組為單位，在教師的指導下全程參與探究、論證項目的全過程，形成一個雙向互動的知識傳輸體系，重在充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性[5]。該教學方法的本質特征是通過設計具有綜合性、真實性和挑戰(zhàn)性的教學內容，突出教學過程的實踐性、探究性和開放性，體現(xiàn)學習評價的過程性和多維性，使學生不只是被動地接受知識，還要參與知識系統(tǒng)的構建[6]。這種教學方法不僅可以讓學生學好相關的專業(yè)知識，還可以培養(yǎng)學生的自主學習能力和創(chuàng)新思維能力，是一種基于案例項目的集教、學、用為一體的新型教育方法。

（三）案例項目教學法的基本特點

作為一種新穎的教學方法，案例項目教學法相較于傳統(tǒng)授課模式，主要有以下幾方面特點。

（1）案例項目教學法將以往傳統(tǒng)單向輸出的課堂教學模式，轉變?yōu)殡p向交流的互動模式。該教學法圍繞“教師為主導，學生為中心”的理念，引導學生參與案例項目的研究，在學習知識的同時培養(yǎng)學生的歸納創(chuàng)新能力，讓學生成為課堂的主導，對碎片化知識的學習極為重要。

（2）案例項目教學法以項目為主線開展教學，有助于學生將理論知識與實際應用相結合，并在學習過程中及時發(fā)現(xiàn)自己理論知識上的漏洞，以便彌補，這對學好土木工程專業(yè)課程十分必要。

（3）課程的考核不再僅僅依靠考試成績，還包括在學習過程中學生對項目的參與度、完成度以及思維體系的構建等多個方面，相對而言這一考核方式更具系統(tǒng)性和綜合性。

案例項目教學法具有實踐性強、知識覆蓋面廣的特點，尤其適合土木工程設計部分知識點雜亂零散，實踐要求較高的課程。這一新穎的教學方法在土木工程部分專業(yè)課程教學中已有所應用，

收到了較好的實際效果。

三、案例項目教學法在建筑結構抗震課程中的應用與思考

（一） 案例項目教學法在建筑結構抗震課程中的實踐應用

建筑結構抗震課程是同濟大學土木工程學院土木工程專業(yè)本科學生的必修專業(yè)課，也是國家和上海市的精品課程，國家精品資源共享課程[7]。依托2019—2020年同濟大學教學改革研究與建設項目——基于工程教育專業(yè)認證理念的建筑結構抗震課程案例項目教學方法研究，學校不斷深化對課程教學方法的改革和探索。目前在部分班級進行了建筑結構抗震課程案例項目教學法的實踐應用，作為實踐者和參與者，筆者結合學生對課程的學習體會和反映，對案例項目教學法在建筑結構抗震課程中的應用進行了一些思考。

作為學生系統(tǒng)化理解和應用課堂所學知識的媒介，所選案例項目必須具有開放性強、綜合性強、知識點多以及持續(xù)時間長的特點[8]。對教材各章節(jié)相對獨立的知識點，按照選定的主線加以串聯(lián)，并且結合同一學期開設的“全過程課程設計”內容，形成多任務、跨科目的綜合案例項目，讓學生能直接感受學習的積累過程，從全局的角度看待所學內容。

案例項目教學法的實踐應用步驟是，首先根據(jù)同濟大學土木工程學院的小班化教學規(guī)模，將學生分為若干組，每組4人，便于組內同學可以互助合作，共同完成項目任務。其次下發(fā)《案例項目任務書》，每組的題目定為“某地區(qū)建筑結構抗震案例項目分析”，然后各組選擇一個需要進行抗震設防的地區(qū)開展案例項目分析，最后學期末時每個學生需要提交一份案例項目調研分析報告或計算分析報告。教師根據(jù)報告的質量給予評分，按照合適的權重計入學生期末總成績。

以“某地區(qū)建筑結構抗震案例項目分析”為例，具體介紹案例項目教學法的應用。按照課程教學大綱和教學進度安排，案例項目需要再細分為4個子課題，形成分階段、分層次目標。最后通過一條或多條主線串聯(lián)到一起，由此形成綜合性作業(yè)體系。《案例項目任務書》中有以下4個子課題：

（1）開展調研，收集某地區(qū)的震害照片，掌握地震的成因、基本概念和地震記錄等基礎知識，分析該地區(qū)地震活動特點，完成調研分析報告。

（2）按照我國建筑抗震設防分類標準，結合“全過程課程設計”的框架結構形式，分析某地區(qū)某多層框架結構辦公樓抗震設防策略，闡述我國“三水準”抗震設防目標及“兩階段”抗震設計方法的具體內涵，完成調研分析報告。

（3）結合“全過程課程設計”，確定某地區(qū)某多層辦公樓抗震設計參數(shù)，并進行地震作用計算和層間彈性變形驗算，完成計算分析報告。

（4）結合“全過程課程設計”內容，針對某些地區(qū)多層鋼筋混凝土框架結構，闡述抗震概念設計的要點，并收集多種抗震構造措施的圖例，理解抗震構造措施的意義，完成調研分析報告。

這種新型教學方法與傳統(tǒng)授課模式主要有以下區(qū)別：一是案例項目教學法更加注重學生理論聯(lián)系實際的能力，在教學過程中以案例項目貫穿始終，使原本較為碎片化的知識得以串聯(lián)起來，有利于學生整體理解和掌握。二是案例項目強調抗震概念設計，

旨在培養(yǎng)學生注重概念設計的良好習慣，使學生牢固掌握這部分相對較淺顯的理論知識。三是在小組討論和學習的過程中，鼓勵小組成員提出各自不同的看法和問題，拓寬學生思路，打破傳統(tǒng)固有的思維模式，通過學生的交流討論，豐富學生的知識儲備。

在進行項目的抗震設計時，會遇見諸多問題，因為實際房屋情況和地形條件要復雜很多，地震設計參數(shù)的選取、模型的簡化等等都存在不清楚的地方，需要學生重新閱讀課本，掌握理論知識的實質。總之通過參與一系列案例項目，及時發(fā)現(xiàn)理論知識教學中的漏洞，便于在實踐中將理論與實際更有效地結合起來。

（二）案例項目的選擇要點

案例項目教學法是以項目為主線的新型教學方法，案例項目的選擇直接影響課程的教學質量，因此選擇合適的案例項目極為重要。筆者認為，案例項目的選擇應該兼顧以下幾方面。

第一，所選案例項目應盡量涵蓋課程所需的知識點，特別是一些單純依靠傳統(tǒng)課堂教學無法清晰準確傳授給學生的零散知識點。在案例項目教學中，學生相當一部分學習任務要依靠案例項目來推進，即學生通過參與項目來學習和運用理論知識，串聯(lián)碎片化的知識，最終形成完整系統(tǒng)的知識體系。因此，案例項目涉及的知識應該相對全面，盡可能覆蓋有關知識點，避免出現(xiàn)知識點遺漏的問題。

第二，案例項目應該具有代表性。在實際的設計過程中，工程師們所面對的情況千變萬化，不同地區(qū)、環(huán)境、材料等的特點都應被考慮到抗震設計中。但在不多的課時中，學生不可能面面俱到地參與各類項目設計，只能專注于有限的一兩個項目，因此學生所參與的項目應盡可能具有代表性，以便學生能夠掌握更多的抗震設計知識。對于本科階段的初學者來說，

應集中精力重點了解具有普遍適用性的案例項目。

第三，案例項目應難易適度。學生是第一次接觸該課程，大多沒有實際建筑設計的經(jīng)驗。在一個學期的學習中，學生所了解的都是基礎理論知識，不具備參與復雜項目的能力。因此案例項目不應過于復雜，在基礎沒有夯實的情況下急于讓學生參與難度較高的項目無異于拔苗助長，不但不能起到串聯(lián)、擴展、應用知識的目的，還會適得其反，打擊學生的學習積極性。但案例項目也不可過于簡單，項目難度太低

則達不到教學目的。

第四，案例項目的選擇應有利于學生對基本概念和知識的理解。采用案例項目教學法的主要目的之一，就是通過案例項目將理論知識形象化具體化，引導學生及時消化掌握一些碎片化和相對獨立的知識點。選用的案例項目應該注重于基礎知識和概念的闡釋，而不應過于注重具體的結構設計和計算[8]。

第五，案例項目應具有規(guī)范性。教學案例的選取與設計要注意將相關的抗震設計規(guī)范貫穿其中，使案例項目的教學成為學生學習了解相關行業(yè)規(guī)范的過程，引導學生養(yǎng)成重視設計規(guī)范、遵守設計規(guī)范的良好習慣[9]。

（三）案例教學法在建筑結構抗震課程中的應用建議

在建筑結構抗震課程教學過程中，可以提供多個不同地區(qū)不同結構類型的抗震設計案例項目供學生選擇。對一些較為復雜的結構抗震設計，可以安排3～5名學生以研究學習小組的形式參與項目。教師根據(jù)教學進度將項目設計作進一步的細分，不同階段有不同的任務，要求學生跟隨課程進度逐步完成案例項目。

下面以上海市某多層混凝土結構或砌體結構的建筑抗震設計為例，將此項目細分為幾個分任務。

第一，結合相關資料分析上海市受地震影響的規(guī)律，熟悉我國的抗震設防目標、建筑工程抗震設防分類標準，了解上海市的設防烈度和場地特點，確定建筑場地類別和地震可能的影響。這部分任務對應課本前兩章的抗震基礎知識和基本理論，所以案例項目任務書應在第一堂課時就布置下去，便于學生跟隨課程進度，同步完成項目任務。

第二，進行簡化后的建筑結構模型的結構地震反應分析和抗震驗算，學習并應用地震反應譜和結構抗震驗算的相關知識，通過簡單算例加深學生對這部分知識的理解。應在進行具體結構抗震設計之前完成這一驗算。

第三，進行典型結構的抗震設計，要求學生進行多層混凝土結構或砌體結構的房屋抗震概念設計，并進行結構抗震計算，學習和了解房屋的抗震構造，形成一個較為完整的抗震設計知識體系，并能進行簡單的設計應用。這部分是整個案例項目重要的實際操作部分，應安排在學生具有一定理論基礎之后進行。在實際操作時，應注意考慮不同結構情況下的結構整體性能，要求學生對概念設計有更進一步的理解和體會。在完成項目任務后，要求學生進行設計項目的匯報，向大家介紹自己的想法與思考，并組織學生相互交流評價。

第四，案例項目完成后，教師根據(jù)項目完成情況和學生的表現(xiàn)等進行綜合評價，按一定比例計入學生期末總評成績。對于一些表現(xiàn)突出、項目完成較好的學生，可給予一定的加分鼓勵。

總之，在整個案例項目教學過程中，項目的開展應緊扣課程知識點逐步推進，以幫助學生構建專業(yè)知識體系。在學習過程中引導學生體會設計過程，加深對知識的理解，以便更好地掌握和應用知識。

（四）案例教學法在實際應用中存在的問題與解決方法

案例教學法作為一種較新穎的教學方法，在實際課程的應用中還存在一些問題。結合對部分學生的問卷調查，筆者整理了以下幾種在案例教學法實施過程中容易出現(xiàn)的問題，并提出相應的解決方法。

第一，評價體系不夠完善。在案例項目教學過程中，學生常常以小組為單位合作完成各個環(huán)節(jié)的任務。由于評價體系不夠完善，以致

難以準確衡量

個體對團隊的貢獻，對學生的評價無法做到客觀公正。筆者認為可以通過小組成員定期的互相評價、教師對小組成員不定期的單獨抽查、設置小組監(jiān)督員等方式盡可能地避免這類問題的出現(xiàn)。

第二，由于前期知識儲備不足，部分學生在參與項目研究后存在跟不上進度、對新知識理解起來較慢等問題。建筑抗震設計課程涉及結構動力學及抗震設計的基本理論，部分學生上述相關知識不夠扎實，一定程度上影響了該課程的學習[10]。針對這一問題，筆者認為可以將錄播的上課視頻發(fā)給學生，便于基礎薄弱的學生復習鞏固。

第三，案例項目的完成往往持續(xù)時間較長，特別是在工作量較大的情況下，容易

出現(xiàn)拖沓、敷衍了事甚至抄襲的情況。對此，教師可以通過定期抽查，以及要求學生進行階段性任務匯報等方式督促學生按時完成各階段的任務。

四、結語

建筑結構抗震是一門較為特殊的課程，其綜合性強、碎片化知識較多、實踐要求較高等，教學上應適當壓縮單一的教師講授時間，盡可能地開展小組討論和案例分析，將一些枯燥的理論知識融入案例設計中，既可以活躍課堂氣氛，也可以使學生更加直觀形象地理解和接受相關知識[11]。案例項目教學法在建筑結構抗震課程中的應用是一次有效的實踐探索。通過具有典型代表性的案例項目，將課程所需的知識串聯(lián)成整體，讓學生在貫穿整個學習周期的案例項目教學中獲取知識，并學會應用知識，構建相對完整的建筑結構抗震設計知識體系，為今后更高層次的學習和工作打好堅實的基礎。作為一種新型教學方法，案例項目教學法在實踐應用中也存在一些問題，需要在實踐中不斷改進和完善。參考文獻：

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Exploration of case project teaching method of building structure seismic course

ZHENG Xiaofen， LI Kaiyang， LIU Shenru

（College of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，P. R. China）

Abstract：

Seismic design of building structures is a strongly comprehensive professional course of the structural engineering division which covers disciplines such as steel and concrete structures， structural mechanics， geology， and seismic engineering. Compared to other professional courses with rather singular knowledge systems， this course requires much more for the integrity of knowledge. The article focuses on the case project teaching approach， explaining why the method was proposed， its characteristics， and its specific requirements. It also provides some advice about the application of this new approach on actual courses. We sincerely hope that this article can be of help in the widespread application of the case project teaching approach.

Key words：

seismic design of building structures; case project teaching method; civil engineering specialty; teaching reform

（責任編輯 王 宣）