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摘要:基于教育部提出的“新工科”建設(shè),應(yīng)滿足學(xué)生“求知、增能、成才”的需求。基于文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)法,以“建筑結(jié)構(gòu)”、“建筑結(jié)構(gòu)課程”為關(guān)鍵詞,獲取建筑結(jié)構(gòu)涉及內(nèi)容和課程改革方向。剖析了傳統(tǒng)工科建筑學(xué)專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)課程在教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題,主要包括學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺乏、力學(xué)基礎(chǔ)薄弱、教學(xué)手段單一、傳統(tǒng)工程教育模式弊端等。結(jié)合智慧建筑與智能城市,提出了建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革方案,優(yōu)化課程內(nèi)容,豐富教學(xué)手段等,以期為建筑類專業(yè)工程教育教學(xué)改革提供借鑒。
關(guān)鍵詞:新工科;建筑結(jié)構(gòu);教學(xué)改革;教學(xué)方法
2017年,教育部啟動(dòng)了“新工科”發(fā)展研究工作[1-2],強(qiáng)調(diào)把握人才培養(yǎng)工作新形勢(shì),滿足學(xué)生“求知、增能、成才”需求,增加參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐及高質(zhì)量就業(yè)機(jī)會(huì)。隨著工業(yè)智能新技術(shù)的普及與應(yīng)用,智慧建筑與智能城市引領(lǐng)新的建筑方向、建筑設(shè)計(jì)和建筑理念轉(zhuǎn)變。同時(shí),伴隨著學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)改變,需培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實(shí)、知識(shí)面廣及實(shí)踐能力突出的技術(shù)性人才。建筑學(xué)作為傳統(tǒng)工科專業(yè),工程實(shí)踐涉及面廣,為培養(yǎng)適應(yīng)新形勢(shì)下的技術(shù)人才,建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)教育必不可少。建筑結(jié)構(gòu)是面向建筑學(xué)專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程,對(duì)完善學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)體系具有重要作用,為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。同時(shí),課程知識(shí)點(diǎn)作為建筑行業(yè)建造師、注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師的考試內(nèi)容,對(duì)學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)具有重要意義。建筑結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容涵蓋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)和結(jié)構(gòu)識(shí)圖等,學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件受力特性,研究建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)類型、材料選擇、構(gòu)造要求等問(wèn)題,使學(xué)生具有方案設(shè)計(jì)和建筑施工圖設(shè)計(jì)的初步能力。建筑結(jié)構(gòu)課程知識(shí)點(diǎn)涉及面廣、公式繁雜冗長(zhǎng)、工程實(shí)踐性較強(qiáng),學(xué)生普遍認(rèn)為課程學(xué)習(xí)難度大,容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中存在重藝術(shù)、輕技術(shù),重系統(tǒng)知識(shí)、輕專業(yè)需要的問(wèn)題,違背了“新工科”人才培養(yǎng)理念。因此,有必要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革,課程內(nèi)容應(yīng)以“必需,夠用”為度,密切聯(lián)系工程實(shí)際,學(xué)習(xí)建筑智能技術(shù),提升工程應(yīng)用能力,使學(xué)生能夠較好地適應(yīng)新形勢(shì)下的崗位需求。
一、建筑結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析
為對(duì)建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及存在問(wèn)題達(dá)到理性認(rèn)識(shí),采用文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)方法對(duì)知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中公開發(fā)表的論文進(jìn)行檢索,直觀展示所選文獻(xiàn)資料的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、學(xué)科分布和論文數(shù)量統(tǒng)計(jì)等。以“建筑結(jié)構(gòu)”為關(guān)鍵詞,檢索到期刊論文共66278篇,涉及高層建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、抗震性能與抗震設(shè)計(jì)等方面,論文內(nèi)容大多數(shù)與工程實(shí)際相關(guān),包括建筑工程施工技術(shù)、多層框架房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、BIM技術(shù)在裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用等。論文研究基礎(chǔ)與建筑結(jié)構(gòu)課程關(guān)聯(lián)度較大,運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)課程知識(shí)較多,凸顯了建筑結(jié)構(gòu)課程在建筑工程應(yīng)用的重要性。以“建筑結(jié)構(gòu)課程”為關(guān)鍵詞,檢索到期刊論文共566篇,與建筑結(jié)構(gòu)課程相關(guān)的關(guān)鍵詞涉及教學(xué)改革、項(xiàng)目教學(xué)法、課程設(shè)計(jì)、土木工程專業(yè)、鋼結(jié)構(gòu)、高職院校等,文獻(xiàn)涵蓋了課程的開設(shè)群體、開設(shè)專業(yè)、課程內(nèi)容、教學(xué)方法及課程改革方向。其中,與教學(xué)方法及教學(xué)改革相關(guān)聯(lián)的論文占比例較大,反映了“新工科”背景下建筑結(jié)構(gòu)課程改革勢(shì)在必行。為了更好地分析建筑結(jié)構(gòu)課程存在的問(wèn)題及改革方向,基于文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)法對(duì)開設(shè)學(xué)時(shí)、開設(shè)專業(yè)、學(xué)生類別及教學(xué)方法進(jìn)行歸納分析,如表1所示。
二、建筑力學(xué)課程教學(xué)存在的問(wèn)題
建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)質(zhì)量影響因素較多,既有外界因素,又包括教師因素、學(xué)生因素等。本文基于文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)匯總建筑結(jié)構(gòu)課程教授過(guò)程中存在的問(wèn)題,結(jié)合近兩年面向建筑學(xué)專業(yè)、房地產(chǎn)開發(fā)與管理專業(yè)授課情況,闡述影響建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)質(zhì)量的因素。
(一)力學(xué)基礎(chǔ)薄弱,識(shí)圖能力差
建筑結(jié)構(gòu)課程是在建筑力學(xué)課程基礎(chǔ)上開設(shè)的一門專業(yè)課[3-4],涉及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)軸心/偏心受力構(gòu)件承載力、受彎構(gòu)件正截面/斜截面承載力、受扭構(gòu)件承載力和構(gòu)件裂縫與變形等內(nèi)容,其中知識(shí)點(diǎn)中公式及力學(xué)計(jì)算偏多(撓度、轉(zhuǎn)角),要求學(xué)生有較好的力學(xué)基礎(chǔ)。建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)普遍較差,在學(xué)習(xí)建筑力學(xué)過(guò)程中不能較好理解公式推導(dǎo)及應(yīng)用。另外,建筑結(jié)構(gòu)涉及較多建筑構(gòu)件布置圖,如鋼筋布置、柱/梁空間布置等,要求學(xué)生具備一定的空間思維和構(gòu)圖能力;學(xué)生雖有一定繪圖功底,但僅僅停留在建筑物外觀設(shè)計(jì)層次上,不具備現(xiàn)場(chǎng)工程識(shí)圖能力。
(二)缺乏興趣,課程重要性體現(xiàn)不足
興趣是學(xué)習(xí)的動(dòng)力,興趣不足導(dǎo)致課程重視程度下降。學(xué)習(xí)興趣不足的部分原因是學(xué)生沒(méi)有明確的人生規(guī)劃,學(xué)習(xí)過(guò)程中抱有“學(xué)了用不到”的心態(tài),學(xué)習(xí)積極性不高。另一部分原因是教師雖具備扎實(shí)的理論功底,但不具備建筑學(xué)專業(yè)實(shí)踐背景,無(wú)法將建筑結(jié)構(gòu)與建筑設(shè)計(jì)及工程實(shí)例相結(jié)合,授課僵化、呆板,講解知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用偏少,很難引起學(xué)生興趣。
(三)教材不合適,實(shí)用性不足
建筑結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容涵蓋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)和結(jié)構(gòu)識(shí)圖等,課程內(nèi)容應(yīng)以“必需、夠用”為原則,突出應(yīng)用性和實(shí)用性。一些教材重點(diǎn)不突出,章節(jié)銜接不充分,課程體系的整體性不強(qiáng)。同時(shí),課程內(nèi)容編寫忽視了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),理論知識(shí)推導(dǎo)與講解過(guò)多,缺少工程實(shí)例,不利于學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。
(四)教學(xué)手段單一,學(xué)生參與度低
教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)手段相關(guān)聯(lián),合適的教學(xué)手段可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,把抽象問(wèn)題簡(jiǎn)單化,從而提高教學(xué)質(zhì)量。目前,教師過(guò)多的采用傳統(tǒng)教學(xué)方法(提問(wèn)-講解教材-例題演示-布置作業(yè)),學(xué)生參與度較低,無(wú)法有效調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)的興趣和積極性,影響教學(xué)質(zhì)量。
(五)課時(shí)少、內(nèi)容多,重理論、輕實(shí)踐
建筑結(jié)構(gòu)課程知識(shí)點(diǎn)涉及面廣,教學(xué)內(nèi)容抽象,授課過(guò)程占時(shí)較長(zhǎng),而培養(yǎng)方案制定的課程學(xué)時(shí)較少,授課教師為應(yīng)付教學(xué)計(jì)劃,出現(xiàn)趕進(jìn)度現(xiàn)象,造成學(xué)生無(wú)法理解授課內(nèi)容及知識(shí)的應(yīng)用。同時(shí),授課中重視定量分析,忽視定性分析,過(guò)分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的計(jì)算能力和解題技巧,忽略了建筑結(jié)構(gòu)與工程實(shí)際的聯(lián)系。
(六)教學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)偏弱
建筑結(jié)構(gòu)課程工程應(yīng)用性強(qiáng),課程內(nèi)容涵蓋混凝土軸心受壓、間接法劈裂試驗(yàn)及鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線等。教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多,實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)平臺(tái)偏弱,學(xué)生只能借助教材完成知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)效率較低。
三、教學(xué)改革探討
(一)注重興趣培養(yǎng),上好第一節(jié)課
為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,要講好緒論課,明確課程的重要性,尤其是突出對(duì)未來(lái)職業(yè)能力的影響。從工程實(shí)例出發(fā),明確建筑結(jié)構(gòu)課程不是枯燥的力學(xué)公式羅列和推導(dǎo),更多的體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)在日常生活中的應(yīng)用,喚起學(xué)生求知欲望,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。
(二)優(yōu)化教材內(nèi)容,加強(qiáng)職業(yè)技能培養(yǎng)
建筑結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容選取應(yīng)符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)及學(xué)生情況,以工程實(shí)例及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn),融“產(chǎn)-學(xué)-研”為一體,夠用實(shí)用為主,刪減部分偏深、偏難內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型和解決實(shí)際問(wèn)題能力。以建筑學(xué)專業(yè)為例,課程教學(xué)內(nèi)容整合為五大模塊:建筑基礎(chǔ)知識(shí),包括建筑材料基本性能、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、抗震設(shè)計(jì)基本知識(shí);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括鋼筋混凝土受彎(扭)構(gòu)件正截面、斜截面承載力設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土軸向構(gòu)件承載能力設(shè)計(jì)及構(gòu)件變形和裂縫寬度計(jì)算等;常用多高層建筑結(jié)構(gòu)體系包括混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系的介紹;平法施工圖識(shí)讀;工程實(shí)例分析,包括建筑工程主體結(jié)構(gòu)工程常見質(zhì)量通病及防治措施、混凝土工程施工流程及冬季施工注意事項(xiàng)。
(三)改革教學(xué)手段,提升教學(xué)質(zhì)量
為提高教學(xué)質(zhì)量,教學(xué)方法與教學(xué)手段必須改革,提高學(xué)生興趣,引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)思考。
1.提高教師教學(xué)水平
課程質(zhì)量很大程度上取決于教師的教學(xué)水平,教學(xué)水平不僅取決于教師知識(shí)儲(chǔ)備情況,而且與表達(dá)能力關(guān)聯(lián)。因此,需注重教師能力培養(yǎng),了解、熟悉建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)點(diǎn),用形象思維和邏輯思維相結(jié)合的方法進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)實(shí)踐。同時(shí),提高教師素質(zhì),積極參加學(xué)術(shù)研討會(huì),提高教學(xué)水平。
2.應(yīng)用多種教學(xué)方法
建筑結(jié)構(gòu)課程教授過(guò)程中應(yīng)根據(jù)講解內(nèi)容采取不同的教學(xué)方法,提倡多種教學(xué)方法并用。講解混凝土材料性能時(shí),采用直觀教學(xué)法,充分利用實(shí)物照片,使抽象問(wèn)題直觀化,復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。講解鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面承載力計(jì)算時(shí),采用啟發(fā)式教學(xué)法,結(jié)合正截面承載力計(jì)算方法引導(dǎo)學(xué)生對(duì)斜截面承載力計(jì)算進(jìn)行分析,培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題能力。采用典型案例教學(xué)法用于施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)容教學(xué),通過(guò)施工案例講解提升學(xué)生職業(yè)技能。
3.利用多媒體與動(dòng)畫功能
建筑結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容理論性強(qiáng),知識(shí)點(diǎn)較為抽象,傳統(tǒng)的教學(xué)模式無(wú)法滿足教學(xué)需求。理論教學(xué)環(huán)節(jié)采用多媒體及flash動(dòng)畫教學(xué),課件配有工程實(shí)例圖片,將工程實(shí)例融入理論教學(xué)。通過(guò)動(dòng)畫教學(xué),提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,節(jié)約教學(xué)時(shí)間,教學(xué)效果顯著。
4.推廣實(shí)驗(yàn)教學(xué),加強(qiáng)校企合作
建筑結(jié)構(gòu)課程工程實(shí)踐性強(qiáng),教學(xué)內(nèi)容較為抽象,為了培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和提升職業(yè)技能,教學(xué)方式應(yīng)與工程實(shí)例相結(jié)合。加強(qiáng)校企合作,利用課余時(shí)間安排學(xué)生到施工場(chǎng)地參觀學(xué)習(xí),如觀察鋼筋綁扎、混凝土澆筑、剪力墻中分布鋼筋布置等,將抽象的理論概念與實(shí)物相結(jié)合,加深對(duì)概念的理解。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作、觀察,更好地理解低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線,加深構(gòu)件變形特征印象。
5.應(yīng)用輔助軟件及學(xué)習(xí)網(wǎng)站
為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及培養(yǎng)職業(yè)技能,利用學(xué)習(xí)網(wǎng)站(知網(wǎng)、小木蟲論壇、Soopat專利查詢)、微信公眾號(hào)(輕松學(xué)土木、工程施工聯(lián)盟)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。為輕松學(xué)土木公眾號(hào)推送的學(xué)習(xí)材料,知識(shí)點(diǎn)表達(dá)生動(dòng),促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。加大仿真實(shí)訓(xùn)軟件(ANSYS、Abaqus、BIM)的應(yīng)用力度,讓學(xué)生在虛擬的施工場(chǎng)景中掌握各種常見結(jié)構(gòu)形式、材料性能、施工工藝、構(gòu)造特點(diǎn)等。
6.參與大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽
開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和增強(qiáng)綜合能力具有重要意義,有助于加強(qiáng)學(xué)生間互動(dòng)交流,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)[5]。同時(shí),考察學(xué)生對(duì)建筑結(jié)構(gòu)基本知識(shí)的理解與應(yīng)用,從外觀設(shè)計(jì)到內(nèi)部構(gòu)件承載力計(jì)算,最大限度發(fā)揮想象力和創(chuàng)新能力。從形式單一的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樾问截S富多樣、內(nèi)容生動(dòng)具體的課余實(shí)踐活動(dòng),有利于學(xué)生職業(yè)技能的提升。
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作者:賈傳洋 單位:臨沂大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院