面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)方法探討

摘 要：多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程將以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高為核心。課堂教學(xué)將基礎(chǔ)理論知識具體化、形象化；結(jié)合工程實例，引導(dǎo)學(xué)生對現(xiàn)行規(guī)范條文加以融會貫通；引入體驗式教學(xué)模式，通過基于設(shè)計軟件的實踐訓(xùn)練，將理論知識與實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型人才；多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計；體驗式教學(xué)；教學(xué)方法

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-9247（2024）03-0086-02

On the Teaching Method of Practical Personnel Training in the Course ofStructural Design of Multi-storey and High-rise Buildings

TAO Qinglin，CAO Xianlei，JIANG Nan，JIA Dongyun

（School of Civil amp; Architecture Engineering， AHUT， Ma’anshan 243032， Anhui， China）

Abstract：The course of structural design for multistory and high-rise buildings aims to cultivate applied talents， with knowl-edge transmission， ability cultivation， and quality improvement as the core. Classroom teaching concretizes and visualizes basic the-oretical knowledge. Based on engineering cases， guide students to integrate current regulatory provisions. Introducing experientialteaching mode， combining theoretical knowledge with practice through practical training based on design software， cultivate stu-dents’ practical and innovative abilities.

Key words：practical personnel；structural design of multi-storey and high-rise buildings；experiential teaching；teach-ing method

一、引言

土木工程專業(yè)具有實踐性強、工程性質(zhì)明顯等特點，其專業(yè)特點和市場需求決定了人才培養(yǎng)方向[1]。為了適應(yīng)國家建設(shè)需要，本專業(yè)要求畢業(yè)生應(yīng)當(dāng)掌握較為扎實的理論基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)能及時了解土木工程學(xué)科前沿和發(fā)展動態(tài)，具備寬廣的專業(yè)思維能力，有較強的持續(xù)學(xué)習(xí)能力、組織協(xié)調(diào)執(zhí)行能力、實踐能力和科技創(chuàng)新能力，能勝任工程技術(shù)與管理工作崗位，且具有開闊的國際視野，能面向未來發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)人才[2-3]。

基于以上培養(yǎng)需求，本文針對多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)方法進行了梳理和探討。以土木工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)為指導(dǎo)，根據(jù)課程教學(xué)大綱和課程目標(biāo)，利用工程資源及自身專業(yè)特長，在課程的基本理論知識教授過程中，盡可能為學(xué)生提供豐富的教學(xué)輔助資源，將晦澀難懂的基礎(chǔ)知識具體化、形象化，創(chuàng)造相對輕松愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率；結(jié)合工程實例，引導(dǎo)學(xué)生對照現(xiàn)行規(guī)范條文進行融會貫通；通過 實踐訓(xùn)練達到知識點串聯(lián)并應(yīng)用的目標(biāo)。

二、課程現(xiàn)狀分析

（一）課程性質(zhì)與教學(xué)目標(biāo)

多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是針對土木工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門綜合運用專業(yè)知識提高專業(yè)能力的必修課，本課程開設(shè)于第七學(xué)期，是在對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程結(jié)構(gòu)抗震等專業(yè)課系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，總結(jié)多層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，拓展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。

隨著時代的發(fā)展，城市建筑中的高層建筑越來越廣泛地出現(xiàn)，開設(shè)多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程是適應(yīng)社會發(fā)展的需要，對更新學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力具有重要作用。

學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握多層建筑與高層建筑的設(shè)計方法以及兩者之間的區(qū)別，對本專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、前沿方向有初步認識，對框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算方法及其構(gòu)件的設(shè)計方法能做到融會貫通，并具備解決復(fù)雜工程問題的能力。

（二）傳統(tǒng)教學(xué)模式下的現(xiàn)狀分析

多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程介紹了多層建筑、高層建筑的設(shè)計特點，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則及設(shè)計方法，框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的變形特點及內(nèi)力計算方法，梁、板、柱、剪力墻構(gòu)件的配筋計算及設(shè)計方法等。

課程具有基本概念抽象、基礎(chǔ)理論知識理解困難、知識點多而雜、理論與實踐并重等特點[4]，如采用傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方式，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏主動性，導(dǎo)致授課過程中出現(xiàn)學(xué)生參與度不高、課堂氣氛沉悶、學(xué)習(xí)效果差的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致學(xué)生對本課程的知識點掌握 不足，課程教學(xué)效果不佳。

三、課程教學(xué)方法改革探索

（一）基于工程案例和學(xué)術(shù)研究視角的基礎(chǔ)理論教學(xué)

在本課程開設(shè)以前，學(xué)生已經(jīng)進行了風(fēng)荷載計算、水平地震作用的計算、框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算及設(shè)計方法的學(xué)習(xí)，因此，教師在本課程講解中，針對前期已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容，要求學(xué)生課前準備并采取課中考查的方式對知識點進行回顧和總結(jié)。教師利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，在課前上傳教學(xué)課件和相關(guān)視頻供學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。課中考查：指增加課堂提問和互動，課前5分鐘以提問方式復(fù)習(xí)上節(jié)課所學(xué)內(nèi)容；針對課本內(nèi)容隨時進行課堂提問，對前期所學(xué)專業(yè)課程內(nèi)容進行梳理和總結(jié)，督促學(xué)生課前預(yù)習(xí)，促使他們認真聽講、積極思考，提高聽課效率。

課堂教學(xué)采用講授方式講解新的理論知識在所難免，為了能最大程度地讓學(xué)生深刻理解并掌握這些新知識，教師可以將課內(nèi)教學(xué)向工程實際和學(xué)術(shù)研究前沿加以延伸，使學(xué)生對各種不同的結(jié)構(gòu)特點、陌生的構(gòu)造措施、抽象的概念有感官的認識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如，在介紹應(yīng)用于高層建筑的結(jié)構(gòu)體系形式這一教學(xué)環(huán)節(jié)，對于一些非常見的結(jié)構(gòu)體系，可通過列舉工程實例的方式，并附以圖片的形式向?qū)W生進行講解。課本中對于開洞面對剪力墻的受力影響，即便已通過文字描述和繪制應(yīng)力圖的方式作了相應(yīng)講解，但仍有學(xué)生對其概念模糊不清，此時教師可以向?qū)W生展示水平荷載作用下的不同開洞面剪力墻的有限元分析應(yīng)力云圖發(fā)展，如此便可起到事半功倍的效果。

（二）基于規(guī)范和工程實際問題的案例教學(xué)

目前多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程涉及的規(guī)范條文數(shù)量多且零散，并難以與具體工程實際相聯(lián)系，學(xué)生對于結(jié)構(gòu)概念的認識仍停留于梁、板、柱、墻等單根構(gòu)件上，缺乏結(jié)構(gòu)整體性概念。

為了提高學(xué)生利用所學(xué)專業(yè)知識解決土木工程復(fù)雜工程問題的能力，教師在教學(xué)過程中首先對課本知識進行梳理、歸納，繪成知識脈絡(luò)圖幫助學(xué)生理解并掌握知識體系。其次，采用基于規(guī)范和工程實際案例教學(xué)法。比如剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計章節(jié)中直接運用給定公式判斷剪力墻類型、進行剪力墻墻肢和連梁內(nèi)力及位移的計算，學(xué)生對其概念理解不夠深刻，學(xué)習(xí)后依然無法獨立完成剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計。若以某高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅具體工程實例為對象，引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)建模、加載、參數(shù)分析到內(nèi)力計算，抓住剪力墻結(jié)構(gòu)非抗震和抗震狀況下的設(shè)計要點，知曉通過確定抗震調(diào)整系數(shù)進行不同抗震設(shè)防烈度下的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，結(jié)合相應(yīng)規(guī)范條文，逐一理解并融會貫通，以此對所學(xué)知識建立整體思路、形成工程概念。這種借助工程案例，將規(guī)范條文應(yīng)用于具體工程的教學(xué)模式，不但培養(yǎng)了學(xué)生查閱專業(yè)規(guī)范的習(xí)慣，也有利于學(xué)生對教材內(nèi)容的深入理解，更有利于 學(xué)生今后更好地將所學(xué)專業(yè)知識運用于工程實際。

（三）實踐環(huán)節(jié)體驗式教學(xué)

體驗式教學(xué)是學(xué)生在親歷過程中理解并建構(gòu)知識、培養(yǎng)實踐能力、生成意義的教學(xué)觀和教學(xué)形式，體驗式教學(xué)注重認知主體主觀能動性的發(fā)揮和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)[5]，是較為理想的教學(xué)模式。體驗式教學(xué)模式起源于20世紀初，目前國內(nèi)的應(yīng)用研究主要局限于體育教學(xué)、外語情境教學(xué)等方面，在工程教育方面的應(yīng)用探索較少，這種教學(xué)模式可以為學(xué)生創(chuàng)造真實的工程體驗環(huán)境，讓學(xué)生成為體驗學(xué)習(xí)中的主體，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和實效性，并有效培養(yǎng)學(xué)生的工程師意識和責(zé)任心。

本課程為設(shè)計類課程，教學(xué)目標(biāo)為要求學(xué)生掌握高層建筑相關(guān)設(shè)計基本理論和基本手算方法，但在實際工程結(jié)構(gòu)中，采用手算方法工作量巨大、難以實現(xiàn)，因此，實際工程設(shè)計一般借助于計算機完成設(shè)計工作。基于以上分析，本課程擬采用“基本理論過程實例講解+設(shè)計軟件實操演示”的授課方式。教師先理論講解手算過程，并采用小作業(yè)形式讓學(xué)生初步理解并掌握相關(guān)理論知識，然后結(jié)合目前國內(nèi)常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件如PKPM、盈建科、廣廈結(jié)構(gòu)CAD等，詳細介紹模型的建立、各項設(shè)計參數(shù)的取值、電算結(jié)果分析、施工圖出圖讀圖等，讓學(xué)生熟悉軟件設(shè)計程序的操作流程和操作要點，最后以作業(yè)形式讓學(xué)生進行課外電算訓(xùn)練，從而進一步掌握多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的計算原理，熟悉如何應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進行高層結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了學(xué)生熟練運用電算的水平，拓展了學(xué)生的專業(yè)知識面。

針對多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面已學(xué)內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)式教學(xué)，檢驗學(xué)生對前期知識的掌握程度，督促學(xué)生對所學(xué)知識自我歸納總結(jié)，調(diào)動學(xué)生的積極性。

此外，將課內(nèi)教學(xué)和課外實訓(xùn)實踐活動相結(jié)合，引導(dǎo)、鼓勵學(xué)生參加相關(guān)設(shè)計類競賽如結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、結(jié)構(gòu)信息建模大賽等，培養(yǎng)學(xué)生的實戰(zhàn)能力，鍛煉學(xué)生的工程思維，開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)眼界，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。最后通過畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力 ，使其初步具備結(jié)構(gòu)工程師的基本素質(zhì)。

四、課程教學(xué)效果

通過上述應(yīng)用型人才培養(yǎng)教學(xué)實踐改革，教學(xué)環(huán)節(jié)互動有所增加，充分激發(fā)了學(xué)生對工程設(shè)計的熱情和興趣，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性明顯提高。近三年學(xué)生卷面成績平均分分別為65.04、65.99和68.15，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績呈上升趨勢，卷面成績不及格率從最初的28.67%下降至15.20%，不及格情況明顯得到控制。通過相關(guān)設(shè)計類競賽實戰(zhàn)實訓(xùn)，學(xué)生對工程設(shè)計的熱情和興趣明顯提高，在全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計信息技術(shù)大賽中獲獎多項。通過對所培養(yǎng)的畢業(yè)生進行跟蹤調(diào)查，從事科研學(xué)習(xí)或設(shè)計施工崗位的學(xué)生，均反映能應(yīng)對工作和學(xué)習(xí)中涉及的工程設(shè)計問題，說明上述教學(xué)改革對提高學(xué)習(xí)效率和培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有明顯的效果。

五、結(jié)語

土木工程應(yīng)用型人才重在培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)專業(yè)知識應(yīng)用于解決工程實際問題的能力。針對本課程特點，教師基于實際工程資源及自身專業(yè)特長，在教學(xué)過程中借助工程案例、工程圖片和視頻教學(xué)等方式，將晦澀難懂的基礎(chǔ)知識具體化、形象化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。教師有針對性地對工程規(guī)范進行梳理和講解，引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計軟件實操、參加學(xué)科競賽等實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。近三年的教學(xué)成果顯示，上述教學(xué)方法和教學(xué)實踐改革有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)成效。

參考文獻：

［1］ 蔡云梅， 趙成， 吳英. 關(guān)于土木工程專業(yè)設(shè)計類課程實踐教學(xué)方法的探討[J]. 黑龍江教育（理論與實踐），2021（5）：74-75.

［2］ 張軍鋒， 黃亮， 郭院成. 培養(yǎng)創(chuàng)新能力的“結(jié)構(gòu)力學(xué)”課程教學(xué)改革探索[J]. 教育教學(xué)論壇，2021（5）：77-80.

［3］ 陳輝， 阮長鋒， 黃嫦燕. 基于應(yīng)用型實踐教育的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)改革探討[J]. 城市建筑，2021，18（17）：94-96.

［4］ 趙必大， 劉成清， 袁偉斌. 提升工程實踐能力的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教改探討[J]. 高等建筑教育，2017，26（3）：51-54.

［5］ 陶清林， 尹萬云， 于峰. 結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程體驗式教學(xué)模式研究[J]. 安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2019，36（4）：76-77.