融入錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想的防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)課程教學(xué)探索

宋玉鵬，方 海

（南京工業(yè)大學(xué)，南京 211816）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，人口分布更加聚積，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模顯著增大，災(zāi)害帶來(lái)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失也日漸上升，因此有效提升社會(huì)防災(zāi)抗災(zāi)能力是我國(guó)長(zhǎng)期關(guān)注的重要課題。土木工程防災(zāi)減災(zāi)工程主要通過(guò)利用土木工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)提高各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施的抗災(zāi)能力，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)是高等學(xué)校土木工程類(lèi)學(xué)生的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。南京工業(yè)大學(xué)也為土木工程類(lèi)研究生開(kāi)設(shè)了防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)課程，取得了一定的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。然而，防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)課程涉及多個(gè)學(xué)科，知識(shí)面廣，例如涉及地震災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)災(zāi)害、火災(zāi)災(zāi)害及地質(zhì)災(zāi)害等不同類(lèi)型的災(zāi)害，也涉及混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等不同類(lèi)型的民用、工業(yè)、交通等基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)[1]，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍反映知識(shí)點(diǎn)多、學(xué)習(xí)難度大。因此，有必要探索更加有效的課程教學(xué)方法。

上述不同類(lèi)型災(zāi)害雖然看起來(lái)千差萬(wàn)別，但在某些關(guān)鍵特征上具有共性科學(xué)基礎(chǔ)，而不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)在災(zāi)害作用下的分析也存在共性基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。因此，突出防災(zāi)減災(zāi)工程中不同問(wèn)題的共性科學(xué)基礎(chǔ)，并結(jié)合具體問(wèn)題的不同特征進(jìn)行課程教學(xué)，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握課程的核心內(nèi)容。另一方面，由錢(qián)學(xué)森先生提出的技術(shù)科學(xué)思想[2-3]，就是倡導(dǎo)研究人員從工程中抽象出共性科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究，并將研究成果應(yīng)用于工程，為純科學(xué)研究和工程問(wèn)題之間的鴻溝架起橋梁。在此基礎(chǔ)上，錢(qián)學(xué)森先生后來(lái)進(jìn)一步提出了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系思想[4]，對(duì)指導(dǎo)我國(guó)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)事業(yè)的整體發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。因此，可將錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想融入課程教學(xué)，強(qiáng)調(diào)把握工程問(wèn)題共性科學(xué)基礎(chǔ)的重要性，不僅有助于學(xué)生學(xué)習(xí)防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)課程內(nèi)容，而且能夠讓學(xué)生了解錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系觀，對(duì)研究生后期學(xué)習(xí)和開(kāi)展研究工作均具有重要幫助。

一 錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想

1947 年，錢(qián)學(xué)森回國(guó)探親期間，在浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)和清華大學(xué)作了題為《工程與工程科學(xué)》[2]的報(bào)告，論述了工程科學(xué)的內(nèi)涵和研究?jī)?nèi)容等（錢(qián)學(xué)森后來(lái)根據(jù)國(guó)內(nèi)習(xí)慣將工程科學(xué)改稱(chēng)為技術(shù)科學(xué)），被認(rèn)為是技術(shù)科學(xué)思想的正式提出。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，在1947 年之前，錢(qián)學(xué)森就已對(duì)技術(shù)科學(xué)有了深入思考。彼時(shí)，錢(qián)學(xué)森已是近代力學(xué)、航空和火箭技術(shù)的世界一流專(zhuān)家?；诙嗄甑目蒲信c教學(xué)實(shí)踐，他敏銳地洞察到當(dāng)時(shí)以普朗克和馮·卡門(mén)為代表的應(yīng)用力學(xué)學(xué)派的引領(lǐng)性工作既不屬于純科學(xué)研究，也不屬于純技術(shù)研究，而是科學(xué)理論與工程技術(shù)的綜合。錢(qián)學(xué)森回國(guó)之后，為了推進(jìn)我國(guó)技術(shù)科學(xué)的發(fā)展，于1957 年在《科學(xué)通報(bào)》上發(fā)表了著名的《論技術(shù)科學(xué)》[3]一文，進(jìn)一步全面論述技術(shù)科學(xué)的概念內(nèi)涵、研究的必要性、研究方法和發(fā)展方向等?？梢哉f(shuō)，技術(shù)科學(xué)思想對(duì)我國(guó)后來(lái)取得包括“兩彈一星”等一系列重大工程技術(shù)突破起到了關(guān)鍵作用[5]，并且對(duì)我國(guó)當(dāng)今科技事業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)依然起著重要指導(dǎo)作用[6-7]。

錢(qián)學(xué)森[3]認(rèn)為，科學(xué)理論不能把自然界完全包括進(jìn)去，總有些東西是不能從科學(xué)理論推演出來(lái)的。雖然自然科學(xué)是工程技術(shù)的基礎(chǔ)，但它又不能完全包括工程技術(shù)。如果要把自然科學(xué)的理論應(yīng)用到工程技術(shù)上去（更合適的說(shuō)法是科學(xué)理論和工程技術(shù)的綜合），不是一個(gè)簡(jiǎn)單的推演工作，而是一個(gè)非常困難、需要有高度創(chuàng)造性的工作。而綜合自然科學(xué)和工程技術(shù)，產(chǎn)生有科學(xué)依據(jù)的工程理論需要一個(gè)新的知識(shí)部門(mén)，即技術(shù)科學(xué)。它從工程技術(shù)實(shí)踐提取具有一般性的研究對(duì)象進(jìn)行研究，研究成果對(duì)那些工程技術(shù)問(wèn)題有普遍的應(yīng)用。所以技術(shù)科學(xué)是從實(shí)際中來(lái)，也向?qū)嶋H中去。

從上述可知，技術(shù)科學(xué)的研究對(duì)象是從工程中抽象出來(lái)的共性科學(xué)問(wèn)題，研究過(guò)程同時(shí)涉及基礎(chǔ)科學(xué)和工程技術(shù)。關(guān)于基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和工程技術(shù)在科學(xué)技術(shù)整體知識(shí)體系中的地位，錢(qián)學(xué)森在后來(lái)提出的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系中有生動(dòng)的論述。錢(qián)學(xué)森從對(duì)客觀世界研究角度的不同將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)體系劃分為11 個(gè)門(mén)類(lèi)[4]，包括自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、數(shù)學(xué)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)、人體科學(xué)、地理科學(xué)、軍事科學(xué)、行為科學(xué)、建筑科學(xué)和文藝。同時(shí)，將每個(gè)門(mén)類(lèi)分為三個(gè)層次，即應(yīng)用技術(shù)、技術(shù)科學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)。在上述科學(xué)體系之外的人類(lèi)精神財(cái)富屬于前科學(xué)，即待進(jìn)入科學(xué)技術(shù)體系的知識(shí)，包括不成文的實(shí)踐感受、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知識(shí)庫(kù)和哲學(xué)思維，如圖1 所示。人認(rèn)識(shí)客觀世界的過(guò)程是：實(shí)踐—前科學(xué)—科學(xué)技術(shù)體系。

圖1 應(yīng)用技術(shù)、技術(shù)科學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)的邏輯關(guān)系示意圖

二 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)課程特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀分析

（一）課程特點(diǎn)分析

防災(zāi)減災(zāi)工程涵蓋多種自然災(zāi)害和人為災(zāi)害的發(fā)生演變過(guò)程、作用效應(yīng)以及預(yù)防應(yīng)對(duì)措施等內(nèi)容，具有以下幾方面特點(diǎn)。

1）多學(xué)科交叉。防災(zāi)減災(zāi)工程主要關(guān)注人類(lèi)生產(chǎn)生活環(huán)境及設(shè)施在地震災(zāi)害、風(fēng)災(zāi)災(zāi)害、火災(zāi)災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害和洪澇災(zāi)害等災(zāi)害條件下的安全問(wèn)題，因此涉地震工程、氣象學(xué)、火災(zāi)科學(xué)、巖土工程、水利工程和結(jié)構(gòu)工程等學(xué)科專(zhuān)業(yè)，具有典型的多學(xué)科交叉特點(diǎn)。

2）內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)多。對(duì)于每一類(lèi)災(zāi)害，防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)基本遵循從災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理?xiàng)l件，到災(zāi)害的作用機(jī)制和分析方法，再到工程結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)設(shè)計(jì)與災(zāi)害控制這一思路進(jìn)行研究。由于不同類(lèi)型災(zāi)害的上述方面均具有自身特點(diǎn)，并且涉及不同類(lèi)型的基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)，因此該門(mén)課程的內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)較多。

3）理論與應(yīng)用并重。在防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)中，不僅需要對(duì)災(zāi)害的發(fā)生演變過(guò)程及其對(duì)結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)給出科學(xué)合理的理論解釋?zhuān)倚枰岢隹茖W(xué)有效的防災(zāi)減災(zāi)措施，具有理論與應(yīng)用并重的特點(diǎn)。例如，對(duì)于地震災(zāi)害，既需要對(duì)地震波傳播機(jī)理及建筑結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)給出理論解答，又需要給出建筑抗震的具體措施。

4）新知識(shí)不斷涌現(xiàn)?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，不斷擴(kuò)充和完善防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)的理論技術(shù)體系，為該門(mén)課程源源不斷地注入新的知識(shí)內(nèi)容。例如，隨著可靠度理論的日益發(fā)展，逐漸形成了基于全概率的結(jié)構(gòu)抗災(zāi)可靠度設(shè)計(jì)理念；隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的迅速發(fā)展，災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警問(wèn)題也有了更加科學(xué)有效的解決途徑。

可以看出，防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)主要基于工程災(zāi)害實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提取災(zāi)害發(fā)生演化過(guò)程及其作用效應(yīng)的關(guān)鍵問(wèn)題加以研究。研究過(guò)程涉及自然科學(xué)、數(shù)學(xué)科學(xué)等基礎(chǔ)理論，研究成果應(yīng)用于提出工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)有效措施，是典型的從實(shí)際中來(lái)，又到實(shí)際中去的一門(mén)科學(xué)，因此屬于技術(shù)科學(xué)的研究范疇。

（二）教學(xué)現(xiàn)狀分析

為了較為完整地介紹土木工程防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)的基本內(nèi)容，同時(shí)結(jié)合南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)科的研究特色，課程設(shè)置了工程結(jié)構(gòu)抗震、工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、風(fēng)浪聯(lián)合作用、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制、工程結(jié)構(gòu)抗火、結(jié)構(gòu)抗沖擊、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和BIM 防災(zāi)應(yīng)用等專(zhuān)題內(nèi)容，涵蓋了主要的工程災(zāi)害類(lèi)型和防災(zāi)減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)措施。為了能讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)課程主要內(nèi)容并掌握前沿研究動(dòng)態(tài)，安排了多名不同研究方向的專(zhuān)業(yè)教師共同講授該門(mén)課程。例如，安排研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)抗震和結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的教師分別講授相應(yīng)的專(zhuān)題內(nèi)容。由于這種方式能夠充分發(fā)揮教師研究專(zhuān)長(zhǎng)在教學(xué)中的作用，對(duì)擴(kuò)大研究生的學(xué)術(shù)視野、促進(jìn)研究生后期學(xué)習(xí)和研究工作的開(kāi)展均具有重要幫助，因此很多高校都采用這種做法[8-9]。

然而，這也容易引起一些問(wèn)題。首先，由不同教師分別講授不同專(zhuān)題內(nèi)容，容易造成學(xué)生孤立地看待不同專(zhuān)題知識(shí)，不利于學(xué)生從整體上把握防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)和研究方法。其次，該門(mén)課程雖然涉及的災(zāi)害類(lèi)型和結(jié)構(gòu)類(lèi)型較多，但是在某些關(guān)鍵方面具有共性科學(xué)基礎(chǔ)，如果不在課堂上加以總結(jié)分析，大部分學(xué)生很難有這方面的思考認(rèn)識(shí)，不利于學(xué)生從更高層面把握課程核心內(nèi)容，也失去了在課堂上培養(yǎng)研究生從實(shí)際工程提取關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的機(jī)會(huì)。因此，有必要對(duì)這門(mén)課程探索更加有效的教學(xué)方式，避免上述問(wèn)題的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)研究生課程教學(xué)的“知識(shí)傳授”和“價(jià)值引領(lǐng)”雙重目標(biāo)[10]，其中價(jià)值引領(lǐng)包括思想教育和科學(xué)精神及研究能力的培養(yǎng)等多個(gè)方面。

三 防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)課程教學(xué)探索與實(shí)踐

（一）調(diào)整課程內(nèi)容

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，國(guó)家對(duì)創(chuàng)新型科技人才的需求愈加強(qiáng)烈，因此對(duì)研究生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，而課程教學(xué)是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了在課程教學(xué)中達(dá)到“知識(shí)傳授”和“價(jià)值引領(lǐng)”的雙重目標(biāo)，基于防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)的課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀，同時(shí)參考錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想的主要內(nèi)涵，調(diào)整了該門(mén)課程的部分內(nèi)容。首先，在緒論中從實(shí)際工程災(zāi)害案例引出對(duì)錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。其次，在每章內(nèi)容中融入技術(shù)科學(xué)思想，從技術(shù)科學(xué)思想的視角審視防災(zāi)減災(zāi)工程的研究脈絡(luò)和研究方法，提高學(xué)生的認(rèn)知層次。再次，增加對(duì)不同章節(jié)內(nèi)容的聯(lián)系對(duì)比，突出防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)中的共性科學(xué)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生從工程問(wèn)題中提取科學(xué)問(wèn)題的能力。最后，調(diào)整課程考核方式，增加專(zhuān)題學(xué)習(xí)報(bào)告和分組匯報(bào)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。課程內(nèi)容調(diào)整的主要情況見(jiàn)表1。

（二）課程教學(xué)示例

1 課程示例1：以著名的塔科馬海峽大橋風(fēng)毀事故為話題，引出防災(zāi)減災(zāi)工程和錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想

第一章緒論。以一段1940 年剛建成通車(chē)四個(gè)月的美國(guó)塔科馬海峽大橋被微風(fēng)摧毀的視頻開(kāi)始，讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)到災(zāi)害的巨大破壞性。然后向?qū)W生講授該橋破壞后土木工程師的困惑，即為什么如此小的風(fēng)力能將剛建成不久的大橋摧毀？以及當(dāng)時(shí)航空領(lǐng)域的專(zhuān)家也參與調(diào)查大橋破壞的原因，進(jìn)行了模型試驗(yàn)和理論分析，給出了普遍認(rèn)可的解釋?zhuān)礃蛄浩茐氖怯深澱袼隆ｋS后，向?qū)W生講授吸取事故教訓(xùn)后新大橋的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，例如開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔等，并且新大橋從1950 年通車(chē)后，一直處于安全運(yùn)行狀態(tài)。然后，向?qū)W生總結(jié)該案例，自然地引出防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)的基本概念，點(diǎn)明這門(mén)科學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容和研究思路，即從工程災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理，到工程結(jié)構(gòu)的災(zāi)害反應(yīng)，再到防災(zāi)減災(zāi)的具體措施，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)這門(mén)課程內(nèi)容的基本邏輯。然后，講授錢(qián)學(xué)森于1947 年在《工程與工程科學(xué)》這一報(bào)告中關(guān)于塔科馬海峽大橋風(fēng)毀事故原因調(diào)查的精彩論述，自然地引出對(duì)錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系的介紹，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和問(wèn)題意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生在接下來(lái)的課程學(xué)習(xí)中從技術(shù)科學(xué)的視角審視各章節(jié)的內(nèi)容。

2 課程示例2：以影響較大的深圳賽格大廈搖晃事件為話題，探討工程災(zāi)害原因調(diào)查中蘊(yùn)含的科學(xué)研究方法和技術(shù)科學(xué)思想

第三章工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)。在課程中介紹引起廣泛關(guān)注的2021 年“5·18 深圳賽格大廈搖晃”事件，著重介紹專(zhuān)家組對(duì)大廈搖晃原因的調(diào)查過(guò)程。由于可能引起大廈搖晃的因素較多，因此調(diào)查組由多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家構(gòu)成，調(diào)查過(guò)程充分體現(xiàn)了“大膽假設(shè)，小心求證”的科學(xué)研究方法。例如，先后排除了施工振動(dòng)、軌道交通振動(dòng)、地裂縫與沉降等可能因素，而在考察大廈桅桿風(fēng)致渦激共振這一因素時(shí)，不僅進(jìn)行了嚴(yán)密的理論分析，而且進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)激振試驗(yàn)，最終確認(rèn)是該因素引起大廈搖晃，并確立了相應(yīng)的處置方案——拆除大廈桅桿。在講授過(guò)程中，還讓學(xué)生思考為什么大廈在使用二十余年后才出現(xiàn)渦激共振，然后講授了專(zhuān)家組的調(diào)查過(guò)程和結(jié)論，即大廈長(zhǎng)期使用后，主體結(jié)構(gòu)鋼管混凝土脫粘劣損，阻尼比大幅降低，使大廈成為振動(dòng)敏感結(jié)構(gòu)。然后，結(jié)合鋼-混組合結(jié)構(gòu)在橋梁工程中廣泛應(yīng)用的現(xiàn)狀，引導(dǎo)學(xué)生思考未來(lái)在橋梁工程中也可能出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題，進(jìn)而強(qiáng)調(diào)關(guān)注工程中共性基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題的重要性及防災(zāi)減災(zāi)工程研究體現(xiàn)的技術(shù)科學(xué)特征。

3 課程示例3：從隨機(jī)過(guò)程的角度介紹脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)、波浪場(chǎng)和地震動(dòng)模擬的一致性，探討把握共性科學(xué)基礎(chǔ)對(duì)學(xué)習(xí)和研究的幫助

第四章風(fēng)浪聯(lián)合作用。向?qū)W生展示脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程、海浪波面高度時(shí)程和地震動(dòng)加速度時(shí)程的觀測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)上述環(huán)境激勵(lì)的共同特征——隨機(jī)性，進(jìn)而引入隨機(jī)過(guò)程的基本概念。從隨機(jī)過(guò)程的頻域描述出發(fā)，向?qū)W生講授常用的脈動(dòng)風(fēng)速譜、海浪譜和地震動(dòng)加速度譜?；陔S機(jī)過(guò)程模擬的譜表現(xiàn)方法，向?qū)W生講授脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程、海浪波面高度時(shí)程和地震動(dòng)加速度時(shí)程模擬的統(tǒng)一方法。通過(guò)對(duì)比三種環(huán)境激勵(lì)功率譜的不同，向?qū)W生講授結(jié)構(gòu)在上述三種環(huán)境激勵(lì)作用下動(dòng)力響應(yīng)的不同特征。因此，在該部分課程中引入隨機(jī)過(guò)程的概念，不僅不會(huì)增加學(xué)生學(xué)習(xí)的難度和負(fù)擔(dān)，反而通過(guò)突出不同災(zāi)害過(guò)程描述的共同數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，讓學(xué)生能從統(tǒng)一的角度認(rèn)識(shí)風(fēng)速時(shí)程、海浪時(shí)程和地震波的特征，體現(xiàn)了技術(shù)科學(xué)研究的主要特點(diǎn)，有助于學(xué)生將該門(mén)課程內(nèi)容融會(huì)貫通，加深對(duì)知識(shí)的理解。不僅如此，通過(guò)引入隨機(jī)過(guò)程的概念，還能引導(dǎo)學(xué)生在認(rèn)識(shí)問(wèn)題時(shí)將觀念從確定性向隨機(jī)性轉(zhuǎn)變，對(duì)于提高研究生的認(rèn)知水平和科學(xué)素養(yǎng)具有重要幫助。

4 課程示例4：從結(jié)構(gòu)在火災(zāi)全過(guò)程作用下的分析探討結(jié)構(gòu)在破壞性災(zāi)害作用下的非線性力學(xué)行為

第六章工程結(jié)構(gòu)抗火。對(duì)于大部分學(xué)生，在本科階段主要接觸結(jié)構(gòu)抗震和抗風(fēng)內(nèi)容，而對(duì)結(jié)構(gòu)抗火知識(shí)了解較少。因此，將首先講授結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的三個(gè)關(guān)鍵步驟：構(gòu)件溫度場(chǎng)分析、溫度作用下材料參數(shù)的折減、構(gòu)件承載力分析。通過(guò)與常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法對(duì)比，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)上述過(guò)程的核心問(wèn)題是材料力學(xué)特性隨溫度變化的關(guān)系。然后，向?qū)W生展示混凝土和鋼材力學(xué)參數(shù)隨溫度變化的非線性關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生思考結(jié)構(gòu)在火災(zāi)全過(guò)程作用下將具有非線性力學(xué)行為，并結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)記錄，讓學(xué)生有更加直觀的認(rèn)識(shí)。隨后，引申到常用的工程材料在破壞前均具有非線性特點(diǎn)，這里將舉出混凝土材料受壓全過(guò)程曲線呈現(xiàn)的強(qiáng)度退化和剛度軟化的特點(diǎn)，由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在破壞前表現(xiàn)出非線性力學(xué)行為。然后，向?qū)W生總結(jié)，材料自身的非線性將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)無(wú)論受到何種破壞性災(zāi)害作用通常都呈現(xiàn)非線性特征，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的災(zāi)害破壞分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理考慮材料的非線性。因此，在這部分內(nèi)容中點(diǎn)明結(jié)構(gòu)破壞的非線性力學(xué)行為，不僅體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)在破壞性災(zāi)害作用下的共性科學(xué)問(wèn)題，有助于學(xué)生把握結(jié)構(gòu)抗災(zāi)分析的關(guān)鍵，而且還引導(dǎo)學(xué)生在認(rèn)識(shí)問(wèn)題時(shí)將觀念從線性向非線性轉(zhuǎn)變，對(duì)于學(xué)生后期的學(xué)習(xí)和研究大有裨益。

（三）多元化考核方式

傳統(tǒng)的考核方式主要采用課后作業(yè)和期末考試相結(jié)合，并且期末考試成績(jī)權(quán)重較大，導(dǎo)致部分學(xué)生不注重課程學(xué)習(xí)過(guò)程，僅在期末考試前突擊學(xué)習(xí)，難以達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)。防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)作為一門(mén)綜合性學(xué)科，要求學(xué)生不僅掌握理論知識(shí)，還需要具備創(chuàng)新思維和解決工程問(wèn)題的能力，因此需要建立一種多元化考核方式，更加準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)情況。為此，在課程考核中，增加了隨堂作業(yè)考核、課后專(zhuān)題報(bào)告、分組PPT匯報(bào)三個(gè)環(huán)節(jié)，課程整體考核方式見(jiàn)表2。其中，隨堂作業(yè)不僅能檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的理解掌握情況，起到對(duì)教學(xué)效果的反饋?zhàn)饔?，而且還可以檢查學(xué)生的出勤情況。課后專(zhuān)題報(bào)告要求學(xué)生在學(xué)習(xí)完專(zhuān)題內(nèi)容后，搜集與該專(zhuān)題內(nèi)容相關(guān)的實(shí)際工程災(zāi)害案例，通過(guò)查閱文獻(xiàn)和整理資料，分析災(zāi)害發(fā)生機(jī)理、工程結(jié)構(gòu)的災(zāi)害反應(yīng)及防災(zāi)減災(zāi)措施等，并撰寫(xiě)專(zhuān)題報(bào)告。這個(gè)過(guò)程可以提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，強(qiáng)化防災(zāi)減災(zāi)工程的研究思路和解決工程實(shí)際問(wèn)題的邏輯。分組PPT 匯報(bào)設(shè)置在全部課程學(xué)習(xí)結(jié)束之后，匯報(bào)內(nèi)容與課后專(zhuān)題報(bào)告類(lèi)似，由各小組自主選擇匯報(bào)主題，并且要求學(xué)生從工程案例中提取關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。這一過(guò)程主要培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作和語(yǔ)言表達(dá)能力，也強(qiáng)化學(xué)生對(duì)技術(shù)科學(xué)思想的認(rèn)識(shí)。

表2 課程考核成績(jī)比例 %

四 結(jié)束語(yǔ)

防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)是一門(mén)理論性和實(shí)踐性強(qiáng)的多學(xué)科交叉課程，涉及的知識(shí)內(nèi)容多，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度大。探索融入錢(qián)學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想的防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)課程教學(xué)方式，突出不同工程問(wèn)題的共性科學(xué)基礎(chǔ)，不僅契合防災(zāi)減災(zāi)工程研究的特點(diǎn)，而且有利于學(xué)生從更高的角度把握課程的核心內(nèi)容，達(dá)到融會(huì)貫通的學(xué)習(xí)效果，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和研究能力。在課程教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際工程災(zāi)害案例的調(diào)查分析，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。探索多元化考核方式，不僅能促使學(xué)生全過(guò)程積極參與課程學(xué)習(xí)，而且能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力，還能較為全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。所探索的課程教學(xué)方式能有效實(shí)現(xiàn)研究生課程教學(xué)的“知識(shí)傳授”和“價(jià)值引領(lǐng)”雙重目標(biāo)，對(duì)于助力創(chuàng)新型科技人才培養(yǎng)具有重要價(jià)值。