多高层房屋结构设计教学改革的探析

杨佑发　梁婷　肖淳

摘  要：针对多高层房屋结构设计课程中如何提升学生工程能力的问题，文章基于CDIO模式，以问题学习的形式和探索性的工程计算实例为载体，通过多种教学因素的集成来培养学生的工程能力;并对教学模式进行调整，运用微信公众号打破课堂边界，将系统学习与碎片化学习统一与协调，适应网络时代学生的学习特点。

关键词：多高层房屋结构设计;工程能力;打破课堂边界;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）16-0127-03

Abstract： In view of how to improve the students' engineering ability in the course of design of multi-story  and high-rise building structure， based on the CDIO model， taking the form of problem learning and the practical example of engineering calculation as the carrier， the paper discussed to integrate various teaching factors to cultivate the students' engineering ability， and adjusted the teaching mode， used the WeChat public number to break the classroom boundary， and integrated the system learning with the fragmented learning to adapt to the learning characteristics of the students in the network age.

Keywords： design of multi-story  and high-rise building structure; engineering ability; breaking the classroom boundary; teaching reform

引言

多高层房屋结构设计是建立在科学试验和工程实践基础上的应用学科，具有综合性和实用性的特点，课程学习难度大，教学难度也大，再加上学生缺乏系统的工程训练，综合能力较差，难以适应就业岗位的需要[1]。因此如何在多高层房屋结构设计课程中提升学生的工程能力是一个亟待解决的问题。

构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）（CDIO）的模式是一种先进的教育模式，对于多高层房屋结构设计教学改革具有极大的参考价值。本文探讨多高层房屋结构设计的教学改革方式，力求按照（CDIO）的思路，以实际工程案例驱动的方式，在培养学生工程实践能力的同时，较全面地增强学生的综合能力和素质，不断提高人才培养的质量，满足社会对应用型人才的需求。

与此同时，在当今互联网时代的背景下，高校教育既面临着机遇也面临挑战，如何有效将“互联网+”转化为教学改革的有力工具是值得教育工作者去探讨的一个问题。教学改革还需从学生端出发，梳理学生在大学这个阶段的学习和发展需求，了解学生的大学生活状态，让课程教学改革变得更具针对性，更有效。

一、基于工程能力培养的多高层房屋结构设计教学改革

（一）梳理课程内容，细化本课程所需具备的工程能力

以往对工程能力的分析一般都比较粗，如研究能力、实践能力、创新能力、团队能力、沟通能力、经济能力、管理能力、自学能力和道德能力等均属于工程能力的范畴。工程能力是一个整体概念、具有鲜明的时代特征[2]。这种粗线条的能力结构分析既不利于工程能力的培养，也不利于对其科学认定。本文基于CDIO理念，通过对多高层房屋结构设计课程内容的梳理，得到本课程需具备房屋结构概念设计、结构分析、结构设计和新结构新技术四大板塊知识。工程能力培养是要求学生能独立思考各种工程问题，抓住复杂多变的实际问题的主要矛盾，具备工程简化能力，提升以合理、经济、简便的方式解决实际工程的能力及结合实践自我学习、自我完善的能力。在明确能力教学目标之后，本文将探索科学的实施途径， 为切实培养和提高工程能力奠定良好的基础。

（二）探索工程能力培养的方法与途径

1. 转变观念、提高认识，教学过程树立“工程化”的思想

课程教学以工程为背景，引导学生面向工程，培养学生工程意识和工程思维方式，增加教学中的工程因素、工程内容。以典型的工程案例为教学切入点，运用工程图片、工程规范、工程图纸、工程录像等，并将其穿插应用于教学的过程中，突出课程教学的工程特色，并通过视频介绍最新的工程建设成就，激发学生的学习兴趣及对专业和课程的热爱。

2. 深化教学内容和教学方法的改革

为注重工程能力的培养，教学内容应贴合工程实际。以多高层房屋结构设计工作过程展开教学，以“结构选型与布置-计算简图-截面设计-构造处理-施工图绘制”为主线，打破现有教材框架体系，重新组织、整合教学内容，授课顺序以先整体结构，后局部，以典型的实际工程为例介绍结构问题。

同时应该加强结构概念设计内容，注重学生概念设计能力培养。结构概念设计不是某种具体方法[3]，它贯穿在结构设计的整个过程中。其核心是在特定的建筑空间中用整体的概念来正确处理构件与构件，构件与结构，结构与结构之间的关系。它的重要性主要体现在：初设阶段中，通过概念设计选择出切实可行又经济合理的结构形式。该结构形式受力明确，传力简单，这样就可以避免在后期设计阶段中繁琐的运算;在具体结构分析当中，确定与实际受力吻合的计算简图与方法;同时它也是判定计算机输出的计算数据是否安全、可靠的重要依据。

多高层房屋结构设计课程教学内容应紧跟实际应用步伐。一方面，应与现行规范相结合，培养学生正确理解规范条文和使用规范和手册。在工程中不能仅限于满足“规范”要求，要根据工程的具体情况来合理使用相应技术指标，在教学过程中，可在课堂上穿插讲解，这样学生就必须去查阅，才能与讲述内容同步，带动学生扩大知识面，将教材中的知识进行拓展，从而让学生真正能够应对今后在工作中遇到的各种工程问题。另一方面，应增加对新结构、新技术的介绍，拓宽学生工程视野。从CDIO的角度上改造房屋结构设计课程的教学内容和体系设置，除大力加强课程间的横向联系和交叉综合外，还要考虑根据本课程的工程应用背景，增设新结构、新技术教学模块作为该课程的延续和深入[4]，如增加新时代下的办公建筑、商业建筑、多功能综合建筑的概念设计等新技术专题，并给出相应典型实例，既能提高学生的学习兴趣，又拓宽学生的工程视野。

教学方法方面采用实际的工程案例教学，以一综合性的工程项目实例的设计计算贯穿教学过程的始终，理论教学与实践教学有机地相融合，在课程开始时，将学生以5人为一小组，采用围绕主题，结合课程进度，分阶段，逐步完成的方法，进行多高层结构设计的综合训练，培养学生查找和使用设计规范、设计手册等专业资料的能力， 逐步增强处理工程设计问题的综合能力，尤其是建模能力、方案能力、自学问题、分析问题、解决问题和设计计算的能力，以及创新意识、经济意识、团队协作意识。在课程最后上交一份完整的工程计算实例，作为课程最终考核的组成部分，占综合成绩的10%。

二、加强科研对教学的促进，推动研究性教学

在教学过程中引入一些研究性的文献和项目对教学质量有很大的促进作用。它能够拓展学生们的视野和加深对教学内容的理解，更重要的是能够激发起同学们探索与求知的欲望，培养同学们的创新思维。例如：在讲高层概况中所提到的纽约世贸中心时，介绍了清华大学陆新征教授的《世界贸易中心飞机撞击后倒塌过程的仿真分析》。通过这篇文献让学生了解到火灾所导致钢材软化和楼板塌落荷载所引起的冲击连锁反应是引起倒塌的直接原因，为达到课本上所提到的：高层建筑在偶然事件发生前后应满足整体稳定性的要求，提高结构的抗火能力或提高结构的延性显得犹为重要。讲框架震害分析时，结合汶川地震中由于楼梯严重破坏的震害现象，介绍了西南设计院冯远总工的《现浇楼梯对框架结构的抗震影响分析与设计建议》。提出一种将楼梯和整体结构脱离的构造方案，使得楼梯在地震中不会成为首要的耗能构件，从而保护楼梯的完整，扩宽了同学们对高层抗震构造措施的了解。在讲到筒体结构抗震性能时，介绍了《框架-核心筒结构的框架内力调整方法对比研究》。由于框架-核心筒结构在强烈地震作用下会发生内力重分布，为保证结构具有多道防线，满足其延性和耗能的要求，在结构设计中需要对框架部分进行内力调整。通过这篇文献加深同学们对于框架-核心筒结构抗震机制的理解，并让学生知道规范也有许多地方值得探究，激发了学生的探索精神。在讲到框架结构抗震设计时，结合同济大学吕西林教授的《钢筋混凝土框架“强柱弱梁”抗震措施的试验研究》，通过具体实验讲解，让学生深刻理解强柱弱梁这一概念设计，感受其在实际工程中的重要性。通过引用这样的一些文献既能够加深同学们对于知识的理解，又能增添课堂教学的新鲜感，调动学生的学习兴趣和求知的积极性。

三、充分运用微信公众号碎片化学习，打破课堂边界

随着移动互联网技术的飞速发展，像Mooc、微信公众平台等在线教育越来越受大学生的欢迎。与此同时，学习者在自然情境中根据自我学习需求，利用多样化学习媒体、零散时间和分布式的空间，学习零碎知识内容的碎片化学习方式[5]，也引起了人们的广泛关注。笔者深入挖掘二者的优势及其内在联系，提出了一种基于微信公众号的适于碎片化学习的辅助教学模式。将传统课堂上的系统学习与微信公众号的碎片化学习相辅相成、无缝连接，打破课堂边界，充分利用两种方式的优势提高教学效果。

大学生多任务快节奏的生活方式导致时间碎片化，使我们只利用整段的时间来进行系统学习远远不够，我们不得不利用有限的碎片时间来开展学习活动，这种学习碎片化迫使学习者自觉不自觉地将完整的学习内容（知识）分解成碎片，以便于化整为零的学习。而多高层房屋结构设计是一门综合性强、知识点多的课程，且部分知识点难度大，因此仅仅依靠老师课堂上讲一遍，学生难以很好的掌握。在以往的课堂上甚至有学生通过拍照、录音、录像等方式记录重要知识点，方便课后学习。笔者基于微信公众号的适于碎片化学习的辅助教学模式，让课堂不只是传统上课的45分钟，恰能顺应学生的需求，微信公众号可以从以下板块由助教负责开展运营：

（一） 课堂小视频

由于多高层房屋结构设计课程难度大，很多学生存在上课听不懂的情况，这时候我们可以借助课堂内容的短视频回放，让学生能够多次学习、精准学习。这些小视频可以包括课程中的重点、难点、课后作业讲解、案例分析等内容，每个视频都只有3到10分钟，学生可以在课后复习或者进行知识点梳理发现疑难点时及时回放，能有效提高学习效率。

这一模式为学生充分利用碎片化时间学习课程内容提供渠道。由于在课堂上学生已经有系统学习的过程，微信公众号更多的是课后的查漏补缺，这样的碎片化学习过程将会有“零存整取”的效果。

（二）学习资料下载

为提高学生的工程能力，多高层房屋结构设计课程教学内容一方面应与现行规范相结合，培养学生正确理解规范条文和使用规范和手册。另一方面应增加对新结构、新技术的介绍，拓宽学生工程视野。因此在课堂教学需要不时穿插对现行规范条文的讲解，为了加深理解甚至加入不同版本规范的区别以及规范修改的缘由等内容。新结构、新技术的典型案例网络上资源繁多，但学生難以辨别资料的可靠与否，因此这类规范手册、案例视频等学习资料均可在公众号里由助教统一发布。

本课程将采用工程案例教学，以一综合性的工程项目实例的设计计算贯穿教学过程的始终。除了课堂上讲解的工程案例，还可通过公众号提供多个工程案例的分析，扩宽学生工程视野，培养学生的学习兴趣。

（三）小组作业展示与讨论

在课程之初以小组为单位布置的工程计算实例，在课程接近尾声时可将计算资料和讲解视频上传至微信公众号。通过公众号与同专业的其他同学讨论学习，各小组之间可以直观的对比学习各自的长处。工程计算案例之间的分享与交流，能帮助同学们查漏补缺，汲取更多更完备的工程知识。最后在公众号里组织同学们投票评分，将同学们的投票评分与教师评分综合，即为各小组本次工程计算实例得分，以20%的比例计入期末考核中。

课程微信号的运营需在实践中不断改进，我们可以定期调查学生对各个板块的满意度，并吸纳可取的建议。后期可利用微信公众号的传播能力强的特点，将服务方扩大到已经工作的毕业生。让知识无边界、课堂无边界。

四、结束语

本文对多高层房屋结构设计课程改革的探索与实践以学生的学习和发展需求为出发点，具有以下两个特点：一是以问题学习的形式，以探索性的工程计算实例为载体，通过多种教学因素的集成来培养学生的工程能力;二是对教学模式进行调整，运用微信公众号打破课堂边界，将系统学习与碎片化学习统一与协调，适应网络时代学生的学习特点。当然课程教学改革是一个综合性的工作，一门课程的探索工作可以给其他课程启示，但是若要得到一个综合的教学效果，并且能够在学生身上长久体现则离不开整个教育环境，我们应该寻求多门专业课的配合。

参考文献：

[1]吴鸣.基于工程能力培养的桥梁工程教学改革探索与实践[J].长沙铁道学院学报，2010，11.

[2]史美东.基于工程能力培养的钢筋混凝土结构教学改革[J].科技资讯，2009（8）：62-64.

[3]谢群，胡伟.将概念设计融入高层建筑结构教学的必要性与方法[J].高等建筑教育，2008，3：70-73.

[4]刘建平，贾致荣，师郡.面向工程能力培养的房屋结构设计课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2012（9）：53-55.

[5]王觅.面向碎片化学习时代微视频课程的内容设计[D].华东师范大学，2013.