面向可持續發展的高層建筑結構 設計課程教學改革探討

摘要：高層建筑結構設計是一門專業性和實踐性較強的課程，也是土木工程專業建筑工程方向的核心課程之一，它具有邏輯性強、實踐要求高等特點。如何激發學生學習高層建筑結構設計課程的興趣，是課程教學過程亟待解決的問題。結合高層建筑結構設計課程教學實踐，總結了教學內容存在的問題，在教學方法、方式等方面提出了一些教學改革建議。通過實踐效果檢驗，教學效果良好。

關鍵詞：高層建筑結構設計；可持續發展；教學改革

中圖分類號：TU317；G642 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2013）02-0072-04

高校肩負著培養高層次人才的重任，高校所培養的人才將直接或間接地影響社會的可持續發展。近年來，全國高校都在致力于探索如何培養新世紀的合格人才，即滿足社會可持續發展的人才。這種人才的培養，要求高校在教學過程中轉變教育觀念，積極大膽地進行教學改革，樹立面向社會、面向世界、面向未來、可持續發展的教育觀。因此，在教學過程中就要更加突出對人的全面發展的整體要求，這無疑對高校教師提出了嚴峻的挑戰。

高層建筑結構設計是土木工程專業的核心課程之一，是一門與工程實際緊密聯系的專業技術課程，其工程實踐性和綜合性都很強。土木工程專業學生畢業后大多從事高層建筑結構設計、施工及技術管理等工作。因此，做好該課程的教學工作，讓學生掌握高層建筑結構的分析理論與設計方法，對學生進行畢業設計和畢業后所從事的工作，具有十分重要的意義。

一、教學內容存在的問題

高層建筑結構設計課程內容繁多、覆蓋面廣，涉及很多抽象的理論、公式，以及復雜的實際工程問題，而教學計劃僅40學時，內容多與課時少的矛盾十分突出。因此，在教學過程中教學內容的選擇尤為重要。

（一）根據不同生源的學生，選擇不同的教學內容

學校高層建筑結構設計課程授課對象有土木工程專業統招本科和專升本學生，以及建筑學專業學生，基礎差異較大。特別是專升本學生，部分學生的專科專業學的不是土木工程專業，在學習專業課時較為吃力。而建筑學專業學生，力學基礎薄弱，大綱不要求掌握復雜的理論分析和結構設計過程，側重于常見結構體系的選型、結構布置原則等基本概念、基本原理的掌握。因此，必須根據生源不同，選擇不同的授課內容和授課方法。

（二）精選授課內容，避免重復

高層建筑結構設計是在修完混凝土結構與砌體結構、土力學與地基基礎、基礎工程和建筑結構抗震設計等課程之后開設的，與它們有緊密的聯系。因此，在教學過程中會碰到較多的內容重復現象，例如：地震作用計算和框架結構設計等教學內容與建筑結構抗震設計課程中的相關內容重復；基礎設計和基礎工程課程中的部分內容重復，等等。這就需要教師做好已有知識和新內容之間的區分和銜接，避免與前述課程內容重復，在課堂講解中做到重復的內容講差別，相似的內容講典型，突出重點，提高教學效率。

二、教學方法改革實踐

（一）多媒體教學與板書結合

針對高層建筑結構設計課程的特點，采用現代化教學手段與傳統教學手段相結合的授課方法。通過投影設備，將文字、圖片、動畫、錄像等教學信息直觀地呈現給學生，不僅節約了板書過程所占用的時間，豐富了課堂內容，而且生動、形象地介紹國內外高層建筑最新發展的情況能激發學生濃厚的學習興趣，提高教學效果。為保證學生的聽課質量，在講解該課程核心內容框架結構設計時，采用板書進行全過程公式推導，輔助算例講解，使學生印象深刻，易于掌握。

（二）工程案例教學

高層建筑結構設計必須遵循《高層建筑混凝土結構技術規程》^[1]，學生在學習過程中普遍反映規范中的內容晦澀難懂，難以聯系具體工程實體，缺乏整體觀，結構設計還只是停留在利用混凝土結構設計理論對單個構件進行設計，對結構的整體設計難以形成系統的思路。對此，在教學中可以結合具體工程實例詳細講解。如在框架—剪力墻結構設計章節中，直接講解規范給定的公式未免空洞；然而，若選定某高層框架—剪力墻結構具體實例，從柱網布置、剪力墻數量估算及類型判斷，縱、橫向墻體單元劃分，計算簡圖，確定總框架、總剪力墻、連梁剛度計算直至內力、位移計算，結合規范中的條文，依次理解運用，分清不同抗震設防條件下內力組合的要點，采用相應情況下的地震調整系數。通過實例講解，學生即可初步具備結構設計整體思路和工程概念，同時也理解了規范條文。工程案例教學把抽象的規范條文運用于具體工程，可以最大限度地減輕學生的認知負荷，提高學習效率^[2]。

（三）手算與電算結合

在高層建筑結構設計中，由于計算工作量巨大，完全采用手算是非常困難的，但學生必須掌握基本的計算原理，會運用簡化的計算方法計算簡單的結構，從而構筑起基本的結構設計流程。在此基礎上，教師應利用工程上常用的結構計算軟件PKPM 、SATWE、TAT、TBSA或SAP，結合具體的工程實例進行上機計算演示，詳細講解計算參數取值方法、計算結果分析方法、施工圖繪制方法等，讓學生熟悉程序的操作要點。這樣不僅讓學生掌握了相關的計算原理，而且熟悉了結構設計軟件的操作要領，還為學生就業增加了砝碼。

（四）理論與實踐結合

缺乏工程實踐和對工程的感性認識是學生在學習過程中普遍存在的問題。課外組織學生參觀高層建筑工地，現場講解分析高層建筑不同抗側力體系的特點、應用范圍，變形縫布置的要求及連接部位的構造要求等。同時，對學生的課外學習提出要求，讓學生針對某些具體問題進行深化學習，如剪力墻受力破壞特征、如何控制其高寬比保證承載力要求等。另外，引導、鼓勵學生結合課程內容，積極參與學校組織的旨在培養大學生科研創新能力的“大學生科學研究訓練計劃（SRTP）”，升華課堂教學內容，提高學生獨立思考、解決問題的能力。通過這一系列的實踐教學，使學生真正領悟到實踐與理論相結合的重要性，為今后的畢業實習、畢業設計乃至今后走上工作崗位打下堅實的基礎。

（五）增加概念設計的教學內容

所謂概念設計，指通過無數的事故分析、震害分析，以及設計與使用分析，歸納、總結基本設計原則和設計思想，它是結構設計人員運用所掌握的知識和工程經驗，在一些難以做出精確分析的問題中，從宏觀上決定結構設計中的基本問題的方法。

概念設計是目前土木工程設計領域中越來越受重視的一種思想。結構工程師的主要任務是在特定的建筑空間中用整體的概念來正確處理構件與構件、構件與結構、結構與結構的關系，這就是概念設計的基本思路。概念設計是一種定性的設計，無需精確的數值計算。概念設計并非完全是工程設計經驗的累積，而是結構工程師基本結構理念的集中體現^[3]。

在現有的高層建筑結構教材中^[4-6]，概念設計多認為是僅限于高層建筑結構體系與結構布置原則這兩個章節；實際上，概念設計貫穿于結構設計的全過程。為此，教師在授課時，可參照有關概念設計方面的書籍和文獻。

（六）改革考試形式

高層建筑結構設計課程通常安排在第7學期，學生面臨著考研或者就業壓力，平時出勤率較低。傳統的閉卷考試多是填空題、名詞解釋、簡答題等需要記憶的題目，學生大多考前臨時突擊應付考試，即使平常不怎么聽課仍然能考個好成績。這樣，就使考試這種檢驗學生學習效果的手段失去了意義。所以，考試形式改革勢在必行。

借鑒國家執業資格考試方法，采用“閉卷與開卷相結合”的方法進行考核。考試成績由兩部分組成：平時成績占20%，包括出勤、課堂測驗、作業等；卷面成績占80%，采用閉卷與開卷結合的考試形式。其中，閉卷部分以基本理論和概念設計內容為主，約占50%，主要考核學生對基本理論的掌握程度；開卷部分以基本的內力計算和結構構造要求為主，約占50%，主要考查結構計算能力，題目具有較強的綜合性。由于改革了考試形式，這樣既能約束學生，保證出勤率，又能測試出學生的真實水平，從而提高學生學習的自主性和主動性。

能力和素質的培養不能僅靠教學改革，這是所有教育工作者、教育管理者和各級教育行政部門都必須深思的一個問題^[7]。

三、實踐效果檢驗

通過一系列的改革實踐，已初見成效。分析2003—2008級學生考試試卷，經過統計、計算、分析后發現學生平均成績基本呈下降趨勢，試卷難度值、區分度及信度均逐年有所提高。

（一）平均分

平均分可以反映試卷試題難度的整體水平。由圖1可以看到，自從2008年開始探索教學改革，由于改變教學方法和考核形式，加大能力的培養和測試，一改往年單一的死記硬背的考核形式，考試題目靈活多樣，平均分逐年降低。

（二）難度

難度（P）是指試題的難易程度，除了與考生自身水平，試題本身的難易程度有關外，還與考生的心理素質、答題技巧等因素有關^[8]。試卷難度以0.2～0.5為宜，P>0.5為難題，P<0.2為易題。從圖2可以看出，各年試卷難度大致呈上升趨勢，2008年以前難度較低，而后提升較快，但難度值仍在0.5以內，難度適宜，可以較好地反映學生的實際水平。

（三）區分度

區分度（D）是反映試題效用高低的參數，是評價試卷質量、篩選試題的主要指標與依據^[9]，它能反映出不同層次學生對知識的掌握程度，即

學生成績優劣的層次^[10]。總的說來，試題太難或太易，其區分度都低，中等難度的試題區分度最強^[11]。

通過計算各年試卷每道題的區分度，折算成試卷的區分度。從圖3可以看出，試卷的區分度在2008年以前多在0.25以下，區分度較差，說明試題質量一般；經改進后，試卷質量有所提高。

（四）信度

信度（B）是指試卷的穩定性和可靠性程度，是衡量試卷質量的一項重要指標。信度取值范圍為0～1，其值越大，信度越高。一般認為大于0.9可靠性較好。通過信度系數計算，如圖4所示，試卷信度明顯提高，能較好地反映了學生的真實水平。

四、結語

通過高層建筑結構設計課程教學改革實踐，從課程教學內容到課程教學的方式方法，進行了一些改革嘗試，取得了一些有益的經驗。對實現由單純傳授知識向傳授知識、指導學習方法和培養能力的轉變以及從教師為中心向學生為中心的轉變起到了一定的促進作用；將能力培養具體化，并落實到課程教學的具體過程之中，使學生的綜合能力顯著提高。

參考文獻：

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Teaching reform of high-rise building structure design course based on sustainable development

NIU Haicheng， XU Haibin

（School of Civil Engineering， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， P. R. China）

Abstract：High-rise building structure design is not only a specialized and practical course， but also a very important core course in the branch of architectural engineering of civil engineering. Logicality and high practice are characteristics of the course.In the teaching process， the urgent problem to be solved is how to arouse students’ interest in learning high-rise building structure design.Based on the teaching practice of high-rise building structure design， the existing problem in the teaching content is summarized， some meaningful exploration on teaching method is carried out， and some suggestion for the teaching reform of the course is proposed. Through the practice results， the teaching effect is good.

Keywords：high-rise building structure design； sustainable development； teaching reform