科研―知识―实践全流程砌体结构教学探索

李涛 蔡靖

摘要 文章遵循“科研育人”“课程育人”“实践育人”的思路，对砌体结构课程进行了科研―知识―实践全流程架构设计，以形成新型教学体系。①基于课程设计任务形成新型课程知识体系框架；②围绕知识体系从哪里来的问题，建立最新科研成果与知识框架的对应关系；③围绕知识体系往哪里去的问题，建立最新规范、图集内容与课程知识的对应关系。通过科研―知识―实践全流程联通，使学生掌握知識的来龙去脉，有的放矢地开展学习，为学生做好课程设计及适应未来工作提供助力。

关键词 砌体结构课程；科研―知识―实践；全流程架构

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.020

砌体结构课程是土木工程专业建筑工程方向的一门专业限选课，与混凝土结构和钢结构组成建筑工程方向的三大类结构。多数本科院校以单独设课或与混凝土结构合成一门课的形式持续为学生开展砌体结构教学，通常理论课时安排16―24学时。

砌体结构课程对土木工程专业建筑工程方向学生的毕业要求具有重要的支撑作用，帮助学生构建各类结构设计的完整知识体系。课程的主要目标和教学内容包括：砌体结构设计原则、砌体材料力学性能、静力计算简图和规定、无筋砌体受压和局部受压承载力计算、配筋砌体种类和承载力计算、特殊构件（圈梁、过梁、墙梁、挑梁）、砌体结构抗震设计等。结构工程师完成砌体结构设计还需要掌握工程荷载（工程荷载与可靠度设计原理课程）、内力分析（材料力学和结构力学课程）、独立基础（基础工程课程）、现浇楼板（混凝土结构课程），砌体结构课程只是对砌体结构特有的知识点进行学习，需要配合多门课程形成砌体结构设计知识体系。

1砌体结构课程教学中存在的问题

砌体结构课程教学面临的最主要问题是课程教学与科学研究和设计施工实践的接轨，具体表现如下：

①对砌体结构整体性和知识关联性的掌握薄弱，对结构构造掌握不足。砌体结构看似简单，但所涉及的知识点比较繁杂，课程教学中通常将砌体构件承载力设计作为重点，整体性概念和构件联系的介绍较少[1]。由于对结构整体概念把握不足，学生也不容易厘清琐碎的构造知识。砌体结构设计还跟土木工程多门课程有关，这些课程讲授的知识点相互交织，学生不容易整体掌握。

②对砌体结构重要知识点的来龙去脉掌握不够[2]。砌体结构中有很多公式形式和参数是基于科学研究和工程经验而提出的，如果不掌握知识点的源头，就很难发展针对具体问题具体分析的能力，在工作中容易形成机械化代公式和死用规范的习惯，在未来工作中规范发生更新时难以适应甚至出现误用。

③课程设计不重视查找规范，学习过程与设计实践有一定脱节。结构设计需要遵循规范群，一门规范的修订可能影响其他规范的规定，因此，整体来看，砌体结构设计涉及的规范更新速度也很快，学生主要依托砌体结构教材和课程设计指导书进行课程设计，可能不符合最新规范要求，与设计实践有一定脱节[3]。

2“科研―知识―实践”全流程教学设计

土木工程专业有砌体结构、混凝土结构、钢结构三大结构设计类课程，均有课程设计任务。结构设计的研究与实践是相辅相成、互相促进的，其中主线为“科研―知识―实践”，如图1，三个方面分别对应于砌体结构课程教学的三个常见问题。砌体结构的科研主要是通过室内和现场试验、理论和数值分析等研究砌体设计理论、砌体材料、砌体构件的承载和破坏特点等；通过过去几十年的科研和经验积累形成了砌体结构课程的知识体系；基于砌体结构知识体系（课程主要内容），结合工程经验，可以开展砌体结构设计和施工实践。通过对砌体结构的“科研―知识―实践”教学体系全流程建构，打破课程教学的孤立，将其向前与科研联结，向后与设计和施工实践联结，通过联系科研与实践，创新知识体系框架，并围绕新型知识体系框架培养学生的科研创新思维和加强学生的实践能力。

具体举措包括三个方面：①在知识架构方面，以OBE理念调整授课顺序，如为配合“科研―知识―实践”全流程教学体系，在绪论中介绍砌体结构设计流程，以流程为主线介绍各个章节的主要内容，在第一次课就向学生展示一个整体图景，方便学生带着问题学习，也方便后续课堂引入科研成果、规范图集等。

②在科学研究方面，跟踪学术期刊，将课堂知识来源文献和最新支撑性研究成果对应于课程不同的知识区块，使学生掌握知识的来源。对课堂不同知识章节，可安排学生分组查阅最新文献，展示最新科研进展，锻炼学生的论文查阅、提炼、展示能力。

③在设计和施工实践方面，细化分析“砌体结构通用规范”“砌体结构设计规范”“砌体结构设计与构造”图集、“砌体结构工程施工规范”等相关条文和详图，将规范中与课程设计相关的核心内容纳入课程教学，并随时更新最新的规范条文，使学生熟悉课程设计中需要查阅的规范和图集，确保学生按现行最新规范规定进行课程设计，以更好地对接未来工作。

2.1注重知识体系整体性构建

砌体结构的设计首先需要根据使用需求开展建筑设计，根据结构设计基本条件进行结构选型和结构体系布置，初步确定房屋静力计算方案；然后确定块体和砂浆材料，进行墙、柱高厚比验算；确定墙柱尺寸后进行结构计算（计算单元―计算简图―荷载计算―内力分析和内力组合―承载力验算）[4]，如果不能满足验算要求需要调整结构布置、材料型号等；设计过程中需要满足构造措施，前后统筹考虑，尤其需要熟悉构造措施（需要满足要求又不浪费材料），这是学生进行课程设计的薄弱点，需要依赖工程经验逐渐熟悉。

基于项目式学习理念[5]，根据砌体结构设计流程，倒推课堂知识体系框架。绪论中介绍砌体结构设计流程，作为整门课程的总括；然后依次介绍砌体材料性质；确定结构体系布置方案；确定荷载、内力以及材料抗力；然后开展无筋砌体、配筋砌体和特殊构件承载力验算；条形基础设计；设计实践中一开始就需考虑抗震，可将结构抗震布置调入结构体系和内力分析部分。除荷载确定、基础设计等有相关课程专门学习外，微调课程内容，使课堂学习按设计顺序涉及相关知识，为课程设计打下良好基础，课程知识体系框架如图2所示。作为课程主体的承载力验算部分，引入砌体受压仿真教学展示系统，帮学生先建立感性认识，再学习承载力计算过程。在课程内容安排中，依然把承载力验算作为课程重点，同时加强课程教学主线，强调好各部分的关联以及与相关课程的关联，使学生形成完整、连贯、系统的砌体结构设计概念。

2.2支撑性研究成果纳入课堂教学

砌体结构设计知识繁杂，涉及很多参数取值、构造规定等，这些参数和规定主要是根据研究成果或实践经验总结而形成的。传统课堂授课较少介绍这些规定和公式的来源和考量，学生如果无法掌握参数取值的原因和背景，就很容易将“设计”变为“计算”，而单纯的计算练习对提高学生的设计能力事倍功半。如果学生缺少独立解决实际工程问题的能力，工程师培养可能成为计算员、施工员培养，而随着计算机技术的发展，相比计算能力，对学生结构整体概念和工程师思维能力的培养变得更为重要。

在砌体结构课堂教学中，跟踪总结最新研究进展（比如“土木工程学报”“结构工程学报”“JOURNALOFSTRUCTURALENGINEERING”“ENGINEERINGSTRUCTURES”等期刊），将课堂知识来源文献和最新支撑性研究成果按章节纳入课堂教学。砌体结构设计中很多设计规定是基于早年研究成果给出的，适当介绍相关成果，能让学生把握知识来源，更容易掌握繁杂的砌体设计知识。比如，楼板与砌体墙连接的构造要求是在2008年汶川地震后修改的，通过介绍规范修改的考量因素，让学生更好地记住重要构造要求。又比如，砌体结构碳纤维布加固方法是以砌体受压压溃破坏特点为科学基础的，可以在讲授砌体受压时启发学生思考加固方法。基于章节安排，砌体结构研究方向可以分为结构体系布置研究（砌体结构体系、砌体结构设计理论、砌体结构体系改造）、荷载、内力和材料抗力研究（新型块体材料、新型胶凝材料、砌体结构加固）、承载力验算研究（砌体构件抗力和破坏形式、砌体构件承载力计算方法），根据三个研究方向可考虑增加学生自主查阅展示研究进展的环节，让学生参与到最新研究成果的查阅和PPT展示中来，锻炼学生科研能力。

2.3课程教学紧跟设计规范和图集

结构设计规范和图集是成体系的，砌体结构课程涉及的核心规范和图集群包括“砌体结构通用规范”“砌体结构设计规范”“砌体结构设计与构造”图集、“砌体结構工程施工规范”；涉及的相关规范和图集包括“建筑抗震设计规范”“建筑结构荷载规范”“建筑结构可靠性设计统一标准”“建筑地基基础设计规范”“配筋混凝土砌块砌体建筑结构构造”“混凝土结构设计规范”等。在设计实践中，需要满足各个规范的要求，脱离规范条文来源介绍设计知识，有时会使学生摸不着头脑。另外，常见规范不断梯次更新，一本规范的更新可能导致其他规范个别条文失效。因此，有必要厘清课堂教学中设计知识来源于哪本规范和图集，并在教学中不断更新适用条文。

厘清砌体结构设计规范和图集，紧跟最新规范。注意规范的梯次更新，比如“建筑结构可靠性设计统一标准”（2018年）中计算作用基本组合的效应设计值时恒荷载和活荷载的分项系数分别为1.3和1.5，应用“砌体结构设计规范”（2011年）时也需要注意遵循其规定。因此，规范和图集的梯次更新要求课堂教学跟随设计和施工实践现行规范而动。这就需要对核心规范条文的更新有一定预期，由此，可建立核心规范条文（比如强条）与课堂教学主要内容的对应关系表，方便在后续教学中不断更新条文，显然“砌体结构设计规范”是课程最重要的规范，规范相比教材，知识骨架更清晰但缺乏枝叶，即缺乏科研支撑、规定的解释、公式的推导等，课程学习中引入规范条文，使学生建立知识与规范的联系。通过建立条文和课程内容对应表，紧跟规范的梯次更新，有利于学生运用规范进行复习，也可以帮助学生养成查阅规范和图集进行结构设计的好习惯。

3结语

文章针对砌体结构课程教学中常见的砌体结构整体性和知识关联性掌握薄弱、砌体结构重要知识点的来龙去脉掌握不够、学生不重视查找规范和联系设计实践等问题，提出了科研―知识―实践全流程砌体结构课程教学框架，通过砌体结构知识框架系统性构建、支撑性研究成果纳入课堂教学、紧跟设计规范和图集，培养学生的结构概念和工程师思维，满足新形势下的工作需要。

基金项目：中国民航大学教育教学改革与研究项目“三全育人理念下‘科研-知识-实践’全流程《砌体结构》课程教学创新与实践”（CAUC-2022-C2-007）。

参考文献

[1]李永梅.《砌体结构》教学改革探索与实践[J].教育教学论坛，2016（4）：152-153.

[2]高向玲，赵宪忠.以卓越工程师培养为目标的设计类课程教与学——以土木工程专业建筑混凝土结构设计为例[J].高等建筑教育，2016， 25（4）：90-94.

[3]伍云天，李英民，杨溥，等.中美结构类课程教学比较研究[J].高等建筑教育，2012，21（2）：33-36.

[4]李永梅，孙国富，张勇波.砌体结构课程教学改革与实践[J].高等建筑教育，2009，18（4）：77-79.

[5]黄信，李长辉，吴堃，等.基于项目式学习的工程结构设计创新能力培养[J].科教导刊，2022（11）：45-47.