建筑力学课程教学中案例教学法的应用研究

［摘 要］ 建筑力学作为土木工程领域的核心课程之一，其教学质量直接影响学生将来在工程实践中的表现。随着工程问题的复杂性增加，传统的教学方法已难以满足学生理解和解决这些问题的需要。案例教学法因其将复杂理论与实际工程问题有效结合的特点，越来越受到教育工作者的青睐。通过综述案例教学法在建筑力学教学中的应用，探讨其对提升教学效果的具体贡献，以及在实施过程中需要克服的主要障碍。通过深入分析具体案例的选择、教学过程设计、学生互动模式和评价体系的优化，为建筑力学的教学提供新的视角和策略。

［关 键 词］ 建筑力学；课程教学；案例教学法；创新思维；互动

［中图分类号］ G642 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2024）33-0０93-04

在工科专业中，建筑力学课程不仅涵盖理论知识，如力的平衡、应力和应变、材料力学等，还强调这些理论在实际建筑设计和施工中的应用。课程中通常包含大量的实例分析，能够帮助学生将抽象的理论知识转化为可用于实际问题的技能。案例教学法是一种以实际案例为核心的教学策略，其目的是通过分析和讨论真实世界的问题或情境，提高学生的学习效果。教师要精心挑选案例，如具体事件、问题等，引发学生的思考和讨论，让学生在课堂上讨论案例，分享自己的见解和解决方案，从而构建高效课堂。

一、建筑力学课程教学中案例教学法的应用优势

（一）增强学习的实用性和针对性

传统教学往往侧重于理论的讲授，学生难以理解这些理论在实际工作中的应用。案例教学法通过提供真实的建筑工程案例，如桥梁建设、高楼设计的力学分析等，直接展示理论在实际操作中的运用，使抽象的力学原理具体化，帮助学生直观看到学习内容与实际工程的紧密联系[1]。当学生能够看到所学的知识可以解决具体的实际问题时，学习兴趣和学习动机通常会增强。借助各种案例，教师能够帮助学生将课堂上学到的理论知识迅速转化为解决实际问题的技能，如在讨论和解决具体案例的过程中，学生需要动态使用知识库，不仅加深对理论的理解，还加速了从理论到实践的转变。建筑力学是建筑工程师必备的基础知识，通过案例教学，学生可以更早地接触到职业生涯中遇到的挑战和问题，从而明确未来的职业角色。

（二）培养学生解决问题的能力

建筑力学的理论知识虽然复杂，但其真正价值在于能够应用于解决具体的建筑设计与结构问题。案例教学法使学生需要将抽象的理论直接应用到具体情境中，如计算负载、分析结构稳定性等，有助于学生理解理论的实际意义和如何在工作中运用这些理论。在案例分析过程中，学生不是被动接受知识，而是需要主动地思考、批判和解决问题，学习如何识别问题的核心，分析可能的影响因素，并创造性地思考多种可能的解决方案。此外，建筑力学涉及多种知识，如材料的性质、力的分布、环境影响等，案例教学法要求学生综合考虑这些因素，进行系统的分析和设计，通过解决综合性问题，学生能够发展系统思维，这对处理复杂的工程项目尤为重要[2]。

（三）促进批判及创新思维发展

批判性思维是指能够客观分析并评价一个问题以形成判断的能力。在建筑力学的案例教学中，学生被要求对案例中的信息和问题进行深入分析，识别信息的有效性和相关性，这种分析不仅基于技术和科学的正确性，还包括对问题背景、可能的偏见和假设的评估。建筑力学涉及解决结构设计和工程问题，往往需要有创新性的解决方案。在案例教学中，学生面对的是具体的问题，必须思考新的解决方法或改进现有方法。通过探索不同的解决方案，学生可以发展出超越传统算法和方法的思维模式，学习如何在技术和设计上进行创新。此外，现实世界的工程问题往往伴随着多重约束，如成本、材料特性、法规限制等。案例教学法要求学生在具有这些复杂条件的情况下做出决策，这种教学模式训练学生如何权衡不同因素，进行综合判断，选择最佳的方案。

（四）增强团队合作和沟通技能

当学生在小组中一起工作时，每个人都有不同的视角和知识背景，这种多样性会促使团队成员从多个角度考虑问题，从而能够产生更全面的解决方案。在讨论和解决建筑力学的复杂案例时，团队成员必须共同分析数据、评估方案的可行性，并做出最终决策，这一过程不仅增强学生的综合思考能力，还提高了学生在面对实际问题时的应对能力[3]。在案例教学中，学生也需要在小组内部沟通自己的想法、听取他人意见并反馈建议，这种沟通是双向的，要求学生清晰表达自己的观点，同时也要具备良好的倾听技能。通过这样的互动，学生能够学习如何在讨论中建立共识、如何在意见不合时进行有效的调解，这些沟通技巧在未来任何需要团队合作的职业环境中都是至关重要的。

二、建筑力学课程教学中案例教学法的应用现状

（一）案例的选择和准备工作繁重

选择适合的教学案例需要考虑多个因素，包括案例的相关性、教育价值以及能否符合课程目标。此外，案例还需要能够激发学生的兴趣和参与感。但在实际操作中，教师需要花费大量时间在现有的案例库中筛选，或者从实际工程项目中提炼案例，不仅耗时而且需要特定的资源和背景知识。即便找到了潜在的案例，教师还需要对其进行必要的修改或完善，以确保其适应具体的教学场景和学生群体，包括简化复杂的工程问题，或者增加额外的数据和背景信息以增强案例的教学效果[4]。随着建筑技术和规范的不断发展，原有的案例很快就会过时，教师需要不断更新和维护案例数据库，确保案例内容的时效性和技术的先进性，但这不是一次性的工作，而是需要持续努力。

（二）学生的参与度和动机有差异

在小组讨论中，部分学生表现出高度的积极性，而另一些学生则表现出消极或被动的态度，这种参与度的不均衡会导致讨论被少数学生主导，而其他学生缺乏足够的发言机会或不愿意贡献自己的想法，不仅影响了低参与度学生的学习效果，还会阻碍整个小组的动力和效率。此外，学生对案例的兴趣和动机差异显著，例如，与特定建筑材料或技术相关的案例可能对某些学生特别有吸引力，而对其他学生则缺乏吸引力。缺乏兴趣和动机的学生不会投入足够的精力进行深入学习，从而影响学习成果和小组的整体表现。学生的学习背景和能力水平不同，理解和吸收案例内容的速度和深度也不同，在小组讨论中，这种差异会导致一些学生跟不上其他人的思路，或者高能力的学生感到挫败。

（三）现有教学评价体系有待更新

与传统的考试和测试相比，案例教学的评估需要考虑学生的思维过程和方法，而不仅仅是最终答案的正确性，这意味着评估标准变得相对主观，例如，评估学生在案例讨论中的贡献时，教师需要判断学生的观点是否具有创造性、是否能有效推动问题解决。为了全面评估学生在案例分析中的表现，需要使用多种评估工具和方法，如同行评审、自我评估、教师观察、项目报告等，方法的多样性虽然可以从多角度评估学生的能力，但也会导致评估结果的不一致性，例如，批判性思维、创新能力和问题解决能力等都是抽象的能力，难以通过传统的量化方式进行准确评估。如何设定具体的评估指标、如何确保这些指标能够有效反映学生的实际表现，是案例教学中的重要问题。

（四）来自各种资源和支持的限制

理想的案例教学需要教室或学习空间具备一定的灵活性以及适当的技术支持，如多媒体展示设备、互联网连接和专业软件等，以便展示案例内容和分析数据。在资源有限的环境中，这些基础设施的缺乏会严重限制教学活动的有效开展。现代建筑力学教学越来越依赖高级计算软件和模拟工具来分析结构行为和测试设计方案，这些软件通常需要较高配置的计算机和专业的技术支持[5]。但在预算有限的院校中，由于缺乏这些技术资源，学生无法充分利用现代工程工具进行学习和实验。有效的案例教学不仅需要教师具备丰富的专业知识，还需要教师掌握设计和引导案例讨论的技能。但高校缺乏对教师进行此类教学法培训的资源，导致教师难以有效实施案例教学，影响教学质量。

三、建筑力学课程教学中案例教学法的应用路径

（一）课前准备：链接学生生活，认真研读教材，合理选择案例

1.将生活现象转化成案例

通过将学生日常生活中的现象或经验转化为学习案例，学生能够看到建筑力学原理在现实生活中的直接应用，这样做可以显著提高课程内容的相关性。例如，分析一座常见桥梁的力学特性，或探讨高楼建筑在风力作用下的动态响应，这种相关性使理论知识不再抽象，学生可以利用观察和体验到的现象理解和记忆复杂的力学原理。教师可以使用2008年贵州及长江中下游地区连阴雨雪导致的高压电线铁塔倒塌的案例，让学生思考连阴雨雪为何压塌高压线铁塔。教师可以先询问学生是否经历过或听说过极端天气事件，如冰雹、暴雨或大雪，让学生分享自己的经历，这样做可以激发学生的兴趣，并将学生的个人经验与即将讨论的技术内容联系起来。接着描述当时的气候条件及其对电力设施的影响，通过展示新闻报道、图片或视频资料，使学生能够直观感受到事件的严重性和相关技术问题。在讨论这一案例之前，先复习相关的力学理论，如应力、应变、材料的力学性质等，确保学生理解结构承载力、材料疲劳及其在极端环境下的表现。然后详细解释如何计算在冰覆盖情况下电线和铁塔的额外负荷，包括冰的密度、厚度及其对电线直径的影响，以及这些因素如何联合作用导致结构失效。学生会了解到，由于铁的密度是7.8 g/cm3，冰的密度是0.9 g/cm3，而冰的厚度超过了电线直径的两倍，所以电线的自重相当于增加了0.5倍，电线的实际承受荷载超出了它的许可荷载而最终被拉断。

２．寻找施工实际问题案例

以“静定结构的内力分析”为例，教师可以选择多种案例。桥梁是静定结构力学分析的典型应用场景。教师可以选择某一实际的桥梁施工项目，如简支梁桥或桁架桥的建设，讲解如何通过静力分析确定桥梁在各种荷载（如车辆重载、风载、自重）作用下的内力分布，这些案例可以帮助学生理解不同类型的荷载如何影响结构的设计和安全。另外，高层建筑在施工过程中会遇到复杂的静力和动力问题。教师可以选择高层建筑的施工案例，尤其是在施工阶段对其临时支撑系统的内力分析，可以让学生探讨如何确保在施工过程中结构的稳定性，这类案例强调在不同施工阶段进行力学分析的重要性。屋顶结构，尤其是大跨度屋顶的设计与施工，也能够提供丰富的教学材料，这类结构通常需要特别注意雪载、风载等环境因素的影响，教师可以挑选体育馆、展览中心或大型商场的屋顶施工案例，分析如何设计屋顶结构以安全承载预期的外部荷载。

（二）课中讲解：合理划分小组，设计案例任务，优化教学评价

１．根据学情划分小组

通过考虑学生的能力、兴趣和背景组建小组，确保每个学生都能在适合自己的环境中学习，从而提高整体的学习效率和效果。良好的小组组合可以激发学生之间的深入讨论和合作，有助于学生从不同的角度理解和解析案例问题。教师要积极了解学生在建筑力学或相关领域已有知识和技能水平，可以通过前测、以往的成绩或者课前调查实现[6]。尽量使每个小组的成员在技能和知识上互补，如将理论强的学生与实践强的学生配对。同时，在分组过程中，还要根据学生的反馈和表现适时调整小组成员，以适应学生的变化和教学需要。并考虑学生的性格类型，尽量平衡每个小组内学生的性格多样性，确保有领导型的学生以及更加内向的学生能共同工作。确保小组内部的社交环境健康、包容，无论学生的背景如何，都能感到自己是小组的一部分。然后教师向学生明确分组的标准和目的，确保分组过程的透明和可理解性，减少学生对分组结果的疑虑。并积极鼓励学生就分组过程提供反馈，不仅可以帮助教师改进分组策略，还能让学生感觉自己的意见被重视。

2.小组合作分析案例

案例：四川汶川地震造成了大量砖混结构严重破坏和人员重大伤亡，令人痛心。从建筑结构上来说，砖混结构建筑由于墙与梁、柱的相互约束较弱，这就决定了此类建筑强度低，抗震性能较差。教师让学生思考问题：同样地震烈度下为什么砖混结构破坏严重，而刚架结构却较少破坏或局部破坏？该案例需要学生理解不同建筑结构在地震中的反应差异、掌握结构设计中的基本抗震概念、分析砖混结构和刚架结构的力学性质和结构响应。教师根据学生的背景知识、兴趣和学习风格进行小组划分，确保每组内部具有多样性和互补性。每个小组负责分析砖混结构或刚架结构在地震中的行为，并对比两者的差异。首先，学生需要描述砖混结构和刚架结构的基本构造，包括材料、连接方式及其在结构中的常见应用。其次，讨论杆件连接方式（铰结点与刚结点）对结构行为的影响，特别是在承受地震力时的差异。然后，计算或推导在地震作用下，两种结构可能出现的最大弯矩和正应力分布，解释这些力学参数如何影响结构的破坏模式。结合汶川地震的实际案例，分析报道中的结构损毁情况，理论上验证自己的分析是否与实际情况相符。学生将发现由于砖混结构中的铰结点不能有效传递弯矩，使结构在地震中容易出现不均匀的弯矩分布和较大的正应力集中，从而导致破坏。刚架结构由于刚结点的存在，能够在结构中较均匀地分配弯矩，因此，在同等条件下，显示出更好的结构性能和更高的抗震能力。最后，学生将理解为什么在高地震活动区域，更推荐使用刚架结构或其他能够有效分散内力的设计方法。

3.多元主体多维评价

该种评价方式能够提供全面的反馈，确保学生从多个角度接受建设性的指导，从而优化学习效果。首先，教师评价，从理论理解、案例分析技能、表达与展示技能等角度评价，可以评价学生对砖混结构和刚架结构在地震中反应差异的理论知识掌握程度、评价学生在分析案例时如何应用理论知识解决具体问题，包括计算、图表解释和结论的准确性、评估学生在展示分析结果时的清晰度、逻辑性及专业性。接着，实施同伴评价，如小组成员在小组工作中的合作态度和交流效率，以及对小组项目的具体贡献，包括创意、研究和制作材料的努力。最后，自我评价，教师让学生对自己的研究、分析、合作和学习成果进行反思和评价，识别自己的强项和提升领域。多维评价聚焦于学生表现的多个方面，不仅是最终的结果，还包括学习过程、技能发展和个人态度等。如过程评价，观察并记录学生在研究和分析过程中的表现，如何收集信息、处理数据和进行团队讨论；结果评价，通过最终的案例分析报告和展示评估学生的成果，检查报告的完整性、准确性以及展示的专业水平。还要观察学生在学习过程中的态度，如主动性、承担责任的程度以及对挑战的应对方式。通过这样的多元主体和多维评价方法，教师能够全面了解学生在理论学习、实际应用、合作与交流以及个人态度等多个方面的表现。

（三）课后巩固：利用共享平台，展示案例资源，促进迁移创新

自主学习是终身学习的关键能力，特别是在工程等快速发展的领域中，能够让学生保持与新技术和方法的同步。通过师生共享平台发布多种案例，学生能够自主选择和学习不同的案例资源，有助于培养学生的自主学习能力。多样的案例资源能够让学生接触到除标准教材之外的多种实际问题和解决策略，从而拓宽视野和加深理解，该种多样化的学习内容能够满足不同学习需求和兴趣，适应不同背景知识和能力水平的学生[7]。

讲解“梁的弯曲”时，教师可以选择屋梁和阳台的设计计算及其放置等的案例。针对有一定力学基础的学生，教师可以分享关于分析屋顶结构中梁的设计，包括材料选择、尺寸计算、荷载评估等的案例，让学生考虑不同类型的屋顶材料（如木材、钢材、混凝土）和不同的屋顶形状（平屋顶、坡屋顶）对梁设计的影响，学生计算特定屋顶荷载下梁的最大弯矩，选择合适的梁材料和尺寸，确保安全和经济。还有阳台设计计算案例，如分析阳台梁的受力情况，阳台的设计尤其要考虑人员聚集带来的动态荷载以及梁的悬挑长度和固定方式。这种案例适合已经掌握基本结构分析方法的学生。学生需要进行阳台梁的荷载计算，包括恒载和活载，设计梁的尺寸和配筋，确保结构的安全性。针对每个案例，学生需要完成具体的设计计算，制作分析报告，包括计算过程、图表、设计建议等，教师则通过平台跟踪学生的进度报告和提交的任务，确保学生按时完成任务，实现现代教育技术与传统教学方法的有效结合，增强教学的互动性和实用性。

四、结束语

案例教学法在建筑力学课程中的应用已显示出显著的教学成效，尤其是在促进学生主动学习、增强理论与实践结合以及提高解决实际问题能力方面。尽管存在资源限制、学生参与度差异等挑战，但通过教师的精心设计与实施，这些问题均可得到有效解决。案例教学的成功经验表明，持续的教师培训、学生反馈机制的建立以及教学资源的充分利用，是提升建筑力学案例教学效果的关键因素。未来的研究中，教师需进一步探索更多创新案例的开发与应用以及如何通过技术手段更有效地实施案例教学，以满足建筑力学教育的发展需求。

参考文献：

［1］ 李巍娜，陈智科，梁伟英.新工科背景下高职建筑力学课程教学改革探索［J］.广西教育，2024（12）：154-158.

［2］ 谢佳旻，刘汉清.工匠精神与高职土建人才培养的融合研究：以“建筑力学与结构”课程为例［J］.新课程研究，2023（36）：14-16，26.

［3］ 顾路，陶莹，李娜，等.应用型本科院校“建筑力学”课程思政的探索与实践［J］.辽宁科技学院学报，2023，25（3）：54-56，81.

［4］ 陈德先，董武，严先辉.建筑力学课程案例教学的研究与实践［J］.教育教学论坛，2017（29）：155-157.

［5］ 刘晓洲.结构案例法在材料力学教学环节中的应用［J］.教育教学论坛，2017（6）：198-199.

［6］ 花阳，周春煦.建筑力学课程案例教学法的探索与实践［J］.新课程学习（下），2014（10）：69.

［7］ 蔡宁.建筑力学课程教改问题与突破机制探究［J］.中国地名，2019（10）：66.

◎编辑 郑晓燕