建筑學(xué)專業(yè)結(jié)構(gòu)選型課程的教學(xué)改革與實踐

文／郭劍飛 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師 注冊巖土工程師 副教授 碩 士

馮 靜 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 國家一級注冊建筑師 副教授 碩 士（通訊作者）

龐乾奎 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院 副教授 博 士

引言

現(xiàn)代建筑是凝聚著人類科學(xué)進步與文化藝術(shù)的復(fù)雜體系，熟練運用結(jié)構(gòu)技術(shù)，使建筑構(gòu)思與結(jié)構(gòu)布局巧妙結(jié)合，是建筑師出色完成建筑設(shè)計的重要條件。意大利建筑師奈爾維在他的《結(jié)構(gòu)在建筑中的地位》一書中認為“現(xiàn)代建筑設(shè)計所要求的新的、宏偉的結(jié)構(gòu)方案，使得建筑師必須理解結(jié)構(gòu)構(gòu)思”[1]。但建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往更重視專業(yè)設(shè)計課而輕視結(jié)構(gòu)類課程的學(xué)習(xí)，導(dǎo)致培養(yǎng)的建筑師缺乏根據(jù)建筑功能、建筑形態(tài)進行結(jié)構(gòu)構(gòu)思與布局的能力。另外，結(jié)構(gòu)類課程的教學(xué)往往也不得其法，簡單地將結(jié)構(gòu)理論知識生硬地填塞給學(xué)生，缺少在建筑設(shè)計時進行結(jié)構(gòu)構(gòu)思能力的培養(yǎng)，枯燥無味的教學(xué)方法和過于理論化的教學(xué)內(nèi)容難以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，對結(jié)構(gòu)的忽視將限制學(xué)生將方案設(shè)計能力轉(zhuǎn)化為工程實現(xiàn)的能力[2]。本文結(jié)合作者對建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)選型長期配合教學(xué)的探索與實踐，對建筑結(jié)構(gòu)選型的教學(xué)方法及如何與建筑設(shè)計課程相互配合進行研究和探索，為建筑結(jié)構(gòu)選型課程的教學(xué)模式改革開創(chuàng)一種全新的教學(xué)思路。

1 教學(xué)模式改革

“建筑結(jié)構(gòu)選型”須與工程實踐緊密結(jié)合，通過課程教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生由理論知識轉(zhuǎn)化為實踐應(yīng)用的能力，使原本相互缺少有機聯(lián)系、純理論學(xué)習(xí)所形成的“知識孤島”通過工程實例分析、師生間的研討交流、教學(xué)引導(dǎo)、建筑設(shè)計應(yīng)用等綜合手段而得到改善，培養(yǎng)學(xué)生在建筑方案階段就注意建筑構(gòu)思與結(jié)構(gòu)布局相協(xié)調(diào)的建筑設(shè)計思路，并考慮結(jié)構(gòu)技術(shù)細節(jié)對建筑布置的影響。

1.1 結(jié)構(gòu)選型課程的教學(xué)模式改革

著名建筑大師貝聿銘在回答“建筑教育的重點”這一問題時，認為“建筑師本身不一定要會算，但一定要懂得怎樣算，因為先會算才知道從中間求變化”[1]。這里的計算對于建筑師來說，應(yīng)是把相對宏觀的結(jié)構(gòu)分析運用到建筑造型構(gòu)思中，諸多經(jīng)典、廣為傳頌的偉大建筑也往往因為設(shè)計符合自然法則、力學(xué)基本原理而顯得更為璀璨奪目。在結(jié)構(gòu)精細計算部分對學(xué)生則不必要求過深，否則將使學(xué)生產(chǎn)生畏懼情緒，失去學(xué)習(xí)興趣，且也無必要。

在“建筑結(jié)構(gòu)選型”的教學(xué)改革實踐中，應(yīng)進行課程體系的重新整合，對各類高層、大跨度結(jié)構(gòu)體系的授課內(nèi)容應(yīng)選取應(yīng)用性較強的重點內(nèi)容，在理論教學(xué)過程中結(jié)合若干具有典型意義的工程案例，進行分析講解，并可對往屆學(xué)生建筑設(shè)計作品存在的常見問題提出看法，拉近與學(xué)生的距離，引導(dǎo)學(xué)生參與分析，幫助培養(yǎng)學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)問題、思考問題并解決問題的能力。同時引導(dǎo)學(xué)生深入思考，相互交流，而不是傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式。通過理論傳授、引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)、案例分析及實例教學(xué)等逐步推進的教學(xué)模式，增強學(xué)生對設(shè)計方案進行結(jié)構(gòu)造型表現(xiàn)的能力，使建筑具有真實的表現(xiàn)力和實踐性，培養(yǎng)正確對待和運用結(jié)構(gòu)技術(shù)的素養(yǎng)與能力，掌握不同結(jié)構(gòu)類型的概念、用途、構(gòu)件常用尺寸的估算及結(jié)構(gòu)布置技巧等規(guī)律[1]。

1.2 建筑設(shè)計課程的教學(xué)模式改革

建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)思能力講究實踐性，前面所有結(jié)構(gòu)教學(xué)鋪就的路，其實都是為了在建筑設(shè)計中能協(xié)同考慮結(jié)構(gòu)問題。在建筑設(shè)計類課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中，該任務(wù)一般由建筑學(xué)專業(yè)教師兼顧，由于專業(yè)隔閡，很多具體結(jié)構(gòu)布置等可能缺乏專業(yè)深度，難以透徹分析和引導(dǎo)，造成結(jié)構(gòu)教學(xué)在其最重要的設(shè)計應(yīng)用環(huán)節(jié)缺位，學(xué)生在做建筑設(shè)計時可能完全不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)思和建筑方案的協(xié)調(diào)問題。要改變建筑方案“空中樓閣”的現(xiàn)狀，應(yīng)重視跨學(xué)科的交流，在建筑設(shè)計課程教學(xué)（特別是高年級的高層和大跨度建筑設(shè)計課程）的不同階段引入結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)教師，有針對性地引導(dǎo)學(xué)生考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)思，使得方案兼具技術(shù)性和藝術(shù)性。這種建筑設(shè)計課程的教育模式將為學(xué)生構(gòu)筑開放的結(jié)構(gòu)知識體系平臺，將以設(shè)計教學(xué)為核心，注重設(shè)計的創(chuàng)造性，升華建筑設(shè)計過程中對結(jié)構(gòu)的理解，使結(jié)構(gòu)教學(xué)更具有針對性和實用性。

2 設(shè)計模式改革

在課程前半學(xué)期，通過結(jié)構(gòu)專業(yè)教師對“建筑結(jié)構(gòu)選型”課程的基本理論知識講授、經(jīng)典案例分析和往屆學(xué)生常見設(shè)計問題的剖析后，在學(xué)生具備一定的結(jié)構(gòu)選型知識的基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)教師參與建筑設(shè)計課程的協(xié)同教學(xué)，在學(xué)生做建筑方案的不同時期，結(jié)構(gòu)教師分階段輔導(dǎo)學(xué)生在建筑方案中的結(jié)構(gòu)構(gòu)思疑問。

2.1 建筑優(yōu)秀案例結(jié)構(gòu)構(gòu)思的設(shè)計模式

以4～5人為一個項目團隊，把班級分成4～5組，教師需要給每組提供一個建筑優(yōu)秀案例，不同團隊的建筑案例應(yīng)盡量具有不同的結(jié)構(gòu)布局特色。各組需要合作完成項目，團隊的成員組成是開放的，根據(jù)項目興趣組合在一起。團隊的開放性還體現(xiàn)在行之有效的交流，分別是學(xué)生與專業(yè)教師之間的交流、同一項目的團隊內(nèi)部之間的交流、不同項目團隊之間的交流及成果匯報交流。這些交流在整個設(shè)計過程中隨時進行，促進研究氛圍的形成和合作意識的加強，也可促進學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

學(xué)生對建筑案例進行的結(jié)構(gòu)構(gòu)思分三個階段推進。第一階段，每個團隊成員需根據(jù)建筑案例選用適用的結(jié)構(gòu)體系，并分析布置結(jié)構(gòu)構(gòu)思的合理性和不同布置方法對建筑功能所產(chǎn)生的影響，教師在這個過程中需根據(jù)統(tǒng)一存在的問題及時進行集中講解和團隊分組引導(dǎo)，比如剪力墻布置原則及不同布置方法所產(chǎn)生的影響，不同柱網(wǎng)布置方法的優(yōu)劣，梁高如何確定和對層高使用的影響等；也需要引導(dǎo)學(xué)生了解對建筑設(shè)計會產(chǎn)生較大影響的相關(guān)結(jié)構(gòu)規(guī)范，比如不少建筑學(xué)的學(xué)生到畢業(yè)設(shè)計階段對于百米公建的方案仍在采用框架結(jié)構(gòu)；高層建筑的剪力墻或筒體完全偏心布置于一側(cè)等不合理設(shè)計。第二階段，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生第一階段完成的結(jié)構(gòu)構(gòu)思情況，及時提出學(xué)生存在的問題，對于學(xué)生能自行解決的問題，應(yīng)通過引導(dǎo)讓其參與分析和思考，或自主查詢資料來解決。同時引導(dǎo)同組學(xué)生間進行相互探討交流，對于同組團隊成員結(jié)構(gòu)構(gòu)思的差異點盡量讓學(xué)生自主討論解決，學(xué)會分析利弊得失，自行考慮結(jié)構(gòu)布置對建筑功能所產(chǎn)生的影響及不同布置方案對使用舒適度等綜合因素的影響。對于學(xué)生不能自行解決的問題，如需較多實際工程經(jīng)驗的問題，教師應(yīng)及時分析，培養(yǎng)學(xué)生具有較為開闊的建筑設(shè)計視野，使之能更加全面地考慮設(shè)計的技術(shù)細節(jié)，養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣并具有建筑設(shè)計所需的工程概念，而不是“紙上談兵”式的設(shè)計。第三階段，應(yīng)讓每個團隊根據(jù)第二階段的討論結(jié)果，確定最后的結(jié)構(gòu)構(gòu)思方案，并派團隊代表上臺講授每組的交流情況和最后的優(yōu)化布置方案，輔導(dǎo)教師應(yīng)根據(jù)具體情況進行針對性提問，激發(fā)學(xué)生討論熱情，并對結(jié)構(gòu)構(gòu)思方案和相關(guān)技術(shù)細節(jié)進行最后的點評分析。

通過這種層層深入式的推進教學(xué)，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師主要起引導(dǎo)、提問、點評分析的作用，通過這種“開放式”教學(xué)模式和“探究式”學(xué)習(xí)模式的教學(xué)改革激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀動能性。

2.2 建筑設(shè)計中的結(jié)構(gòu)配合模式

通過建筑優(yōu)秀案例的結(jié)構(gòu)構(gòu)思設(shè)計使學(xué)生初步具備在一定方案基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)構(gòu)思能力，作為建筑學(xué)專業(yè)的學(xué)生尚需培養(yǎng)在自身建筑設(shè)計過程中就應(yīng)具備協(xié)同考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)思的能力，并完善解決結(jié)構(gòu)技術(shù)細節(jié)對建筑布置的影響。技術(shù)的運用能力與方案設(shè)計能力是在學(xué)習(xí)過程中協(xié)同提高的，二者相互依存，并不排斥，但亦存在制約關(guān)系[3]。建筑設(shè)計過程是建筑和結(jié)構(gòu)相互依賴和相互反饋的過程，在方案設(shè)計階段就不是一個平順的過程，反復(fù)修改、不斷完善是常態(tài)，通過建筑和結(jié)構(gòu)的交互、反饋、修正，獲得最終建筑的優(yōu)化設(shè)計成果。在建筑設(shè)計課程教學(xué)過程中，結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)如何穿插到建筑設(shè)計的各個階段需要根據(jù)設(shè)計進度來安排。早期：學(xué)生對建筑設(shè)計方案進行總體結(jié)構(gòu)布局，進行結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)的教師應(yīng)及時進行指導(dǎo)和答疑；中期：針對學(xué)生確定的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，進行多角度分析并提出優(yōu)化意見；后期：對學(xué)生整改后的結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化后定稿。在整個過程中，結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)需要結(jié)合學(xué)生的建筑方案構(gòu)思，引導(dǎo)學(xué)生思考如何協(xié)同考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)思，傳授建筑結(jié)構(gòu)選型與構(gòu)思的力學(xué)邏輯，分析對空間特征、建筑形態(tài)的影響。結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)一定要把握好度，不能扼殺學(xué)生對建筑方案的創(chuàng)造性，不應(yīng)對學(xué)生的藝術(shù)創(chuàng)意有過多干涉，并應(yīng)加強與建筑設(shè)計老師的溝通，從不同專業(yè)角度探討建筑方案合理性，以免學(xué)生對不同教師的意見無所適從。

經(jīng)歷這樣一個建筑設(shè)計流程，培養(yǎng)學(xué)生了解建筑設(shè)計中需要思考結(jié)構(gòu)選型與構(gòu)思的意義，明確具備結(jié)構(gòu)選型與構(gòu)思能力所需的知識儲備，掌握結(jié)構(gòu)選型的依據(jù)，鼓勵學(xué)生在尊重結(jié)構(gòu)邏輯的基礎(chǔ)上進行正確的結(jié)構(gòu)選型，進而獲得建筑形態(tài)創(chuàng)作與結(jié)構(gòu)構(gòu)思、結(jié)果布局相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一的能力。

3 教學(xué)方法改革

對于課堂教學(xué)和設(shè)計輔導(dǎo)而言，“啟發(fā)與互動”重在實質(zhì)，在理論授課和設(shè)計輔導(dǎo)過程中應(yīng)適時拋出問題，有的放矢地給學(xué)生自主思考和探究的空間，當(dāng)他的思考和探究有了回饋和收獲，就形成了興致盎然的課堂互動和自主學(xué)習(xí)的主觀能動性?！笆谌艘贼~不如授之以漁”，學(xué)生通過這個過程既獲取了知識，又提高了思考問題、分析問題和解決問題的能力，獲得了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)技術(shù)素養(yǎng)。

3.1 課堂講授與課后自習(xí)相結(jié)合

除基本理論知識外，教師應(yīng)針對當(dāng)前建筑設(shè)計中存在的較多結(jié)構(gòu)問題進行相關(guān)講授，部分理論內(nèi)容須結(jié)合工程實例分析。同時考慮到建筑結(jié)構(gòu)選型課時少、內(nèi)容多、部分內(nèi)容須由學(xué)生自學(xué)完成的情況，為了讓學(xué)生有效自學(xué)，可指定自學(xué)內(nèi)容，并精心設(shè)計若干與建筑設(shè)計較為密切的思考題，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和興趣。

3.2 互動教學(xué)

開展小組討論和課堂討論，啟發(fā)學(xué)生開展積極的思維活動，學(xué)生在不同階段必然存在各不相同的問題，暴露較為充分，通過學(xué)生各抒己見，相互啟發(fā)，有利于發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性。通過教學(xué)中的互動，使課堂氣氛活躍，增加學(xué)生的參與度，讓學(xué)生在一個討論過程中，對結(jié)構(gòu)概念有更深刻的了解。

3.3 經(jīng)典案例法

有針對性地選取一些經(jīng)典的建筑作品進行分析或提供給學(xué)生自行分析，激發(fā)對結(jié)構(gòu)重要性的認識和主動學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生在建筑設(shè)計中的應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生運用結(jié)構(gòu)的素養(yǎng)和技巧。

3.4 充分利用多媒體教學(xué)手段

多媒體教學(xué)可以提高教學(xué)效率，將更多的知識和信息傳授給學(xué)生，也可將課程中復(fù)雜、抽象的結(jié)構(gòu)原理用生動形象的語言結(jié)合大量實例圖片來化解，有助于學(xué)生理解建筑設(shè)計對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)思的機理，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

結(jié)語

如何培養(yǎng)建筑師的結(jié)構(gòu)素養(yǎng)是建筑學(xué)專業(yè)教育的一大難題。多年來本校相關(guān)教師不斷進行“建筑結(jié)構(gòu)選型”教學(xué)模式的探索研究，持續(xù)進行建筑學(xué)專業(yè)教師與結(jié)構(gòu)技術(shù)教師的協(xié)調(diào)配合，并根據(jù)具體教學(xué)實踐對授課內(nèi)容、方法等調(diào)整完善，減少純書本理論教條的課時，強化設(shè)計實踐教學(xué)，科學(xué)地組織教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)效果與解決實際工程問題的能力。通過課程理論教學(xué)、經(jīng)典案例分析、結(jié)構(gòu)構(gòu)思設(shè)計、建筑設(shè)計中的結(jié)構(gòu)配合教學(xué)，使學(xué)生的結(jié)構(gòu)構(gòu)思能力不斷加強。在不同的教學(xué)和設(shè)計環(huán)節(jié)中，通過提出問題-思考問題-獨立探究-課堂討論-講解總結(jié)的“開放式”教學(xué)模式和“探究式”學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生獲得結(jié)構(gòu)概念和結(jié)構(gòu)的設(shè)計常識，使學(xué)生不僅能考慮建筑美學(xué)、藝術(shù)的問題，且能協(xié)同考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)思和結(jié)構(gòu)技術(shù)細節(jié)問題。通過多年的改革與實踐，取得了較為滿意的效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)熱情，提高了“建筑結(jié)構(gòu)選型”課程的教學(xué)質(zhì)量。