體驗教學在建筑結構課程中的應用★

祝捷 傳李京 周鑫

(中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

2010年6月，教育部啟動“卓越工程師教育培養計劃”，提出面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定堅實的人才資源優勢，增強我國的核心競爭力和綜合國力。強化培養學生的工程能力和創新能力是卓越計劃的主要特點之一。

為了培養學生的創新精神和實踐能力，本文作者在建筑結構課程的教學中引入體驗教學環節，通過精心設計的教學情境讓學生“先行后知”，通過學生的動手實踐和教師的分析總結，幫助學生加深對結構設計基本原理的理解。

1 體驗教學的理論基礎

“體驗”的語義最早出現在我國《淮南子·氾論》“故圣人以身體之”和《荀子·修身》“好法而行，士也;篤志而體，君子也”。20世紀30年代，陶行知先生提出的“教學做合一”，為體驗教學的具體實施提供了指導，其主要內涵包括:

1)做是學的重心，也是教的重心;2)做是“在勞力上勞心”的手腦并用;3)教學做是圍繞實際生活而展開的教學活動;4)教學做合一并不排斥書本，但也絕不將書本看成是教學做的唯一工具;5)教學做合一的目標直接指向于教會學生做事，幫助學生獲取真知。

20世紀90年代，杜威提出了以學生為中心、活動為中心、經驗為中心的教學方法，強調人們學習活動中體驗的重要性，倡導從做中學的理念，讓體驗成為學習的組織核心［1］。杜威的“做中學”、羅杰斯的人本主義教學思想，以及戴爾的“經驗之塔”共同構建了體驗教學的理論基礎［2］。在設計體驗教學活動時，應注意與教學內容緊密聯系、適應學生知識水平和心理特點，且與實際生活緊密聯系。與此同時，體驗教學法對教師的教育智慧和組織教學能力提出了更高的要求［3］。本文將詳細闡述體驗教學在建筑結構課程的實踐情況。

2 體驗教學的實施

2．1 體驗教學的課堂設計

建筑結構是建筑學專業本科生的必修課。課程內容涵蓋了鋼結構、鋼筋混凝土結構、砌體結構、地基基礎和結構抗震，其中包含大量概念性知識和方法性知識［4］。學生不僅要理解結構設計的基本理論，而且逐漸具備分析一般結構問題的能力。

建筑結構課程各章知識點并不孤立。鋼結構、鋼筋混凝土結構和砌體結構中都涉及軸心受壓構件［5］，軸心受壓構件是建筑學專業建筑結構教學大綱中的重點內容。軸心受壓構件的計算公式如下:

1)混凝土結構軸心受壓柱正截面承載力計算公式:

2)砌體結構受壓構件承載力計算公式:

3)鋼結構軸心受壓構件的整體穩定計算公式:

為了使學生理解全面系統，教師通常會在講解相關設計方法之后，通過對比、分析和總結將三種結構中的軸心受壓構件內容加以聯系。由于教學大綱安排鋼筋混凝土結構和砌體結構先于鋼結構，學生對“柱”的破壞形態和基本原理有所了解。我們利用“學習遷移”的有效作用，在“鋼結構軸心受壓構件”一節設計了“先行后知”的體驗式教學環節，授課過程的教學設計如圖1所示。

圖1 “鋼結構軸心受壓構件”一節授課過程的教學設計圖

教師在課題導入時首先讓學生觀察“柱”的受力情況，由動態演示引出受壓構件的計算簡圖［6］，然后進入體驗教學環節。按照事先分好的小組，教師要求每個小組利用1張A4打印紙制作“柱”模型，課堂討論和制作時間為10 min;學生現場完成之后，教師對學生各組模型進行點評和分析，給出整體穩定和局部穩定的概念，隨后進入鋼結構軸心受壓構件計算原理和設計方法的主題內容。課后安排實踐性作業，即改進課上制作的“柱”模型并提交分析報告。在學生完成報告之后，教師認真批閱，對完成情況好的小組予以鼓勵，與學生討論并提出“受力性能優良的受壓構件”的設計建議。

2．2 學生對體驗教學的反饋

我校建筑學專業本科生在學習建筑結構之前，先修了建筑模型課程，并配有2周時間進行模型設計與制作。這為建筑結構課程的體驗教學提供了良好的前期條件。學生對制作“柱”模型表現出極高的學習熱情和創作愿望，他們利用課余時間對模型進行了簡單的加載工作(見圖2)。表1列舉了部分紙柱模型的幾何形式和其基本參數。由表1可知:模型的截面形式既有實腹式，又有格構式;柱高為10 cm～15 cm;模型重量大多數控制在8 g以內;為了保證模型具有足夠的承載力，學生把紙柱的長細比控制在83以下。

圖2 學生對紙柱進行加載測試

表1 紙柱模型的幾何形式和基本參數

在學生反饋的意見中，“實踐出真知”成為大家的共識，主要包括以下幾方面:

1)每個小組都在完成2個～3個模型的基礎上提出優化方案，通過模型的簡單加載，學生認識到僅關心柱體高度是不夠的，應設計好柱的長細比保證其整體穩定性;

2)學生總結了兩大驚喜:a．模型制作時大家從沒聽說實腹式和格構式等專業術語，但制作的模型竟然包含兩類截面形式;b．誰都沒想到由一張A4紙做成的紙柱可承受10 kg的重量;

3)學生喜歡以動手實踐完成作業的方式，建議多采用類似教學方式。

2．3 教師在體驗教學中的作用

體驗教學模式讓學生發揮了主動性，突出了教學過程中學生的主體地位。但體驗教學效果的好壞與教師的“配角”作用密切相關。

以“鋼結構軸心受壓構件”一節為例，由于教學設計中加入了體驗教學環節，無疑縮短了教師的授課時間，這對教師講課的嚴密性和精準性提出了更高的要求。教師在體驗教學前必須吃透教材，充分把握體驗教學與其他教學方式的關系，做好教學活動設計;在體驗教學后要認真對待學生的反饋，及時糾正學生認識中的錯誤，促進學生加深對問題的理解。

體驗教學時，教師的點評和分析尤為重要。以2．2節“紙柱模型”為例，完成后第2組學生提出“為什么他們的作品長細比最小但承載能力卻最低”(見表1)。我們分析發現，與第2組僅利用打印紙卷成圓筒狀不同，第1組，第4組在柱肢部位增設了竹簽，第3組在柱頭和柱腳處粘結木板，約束柱肢的側向變形，這些措施有效提高了模型的強度和穩定性。經過教師的點評之后，學生對受力性能良好的受壓構件有了更深刻的認識。

充分發揮體驗教學的作用，還有賴于教師建立有效的考核機制。教師可以利用考試的“指揮棒”作用引導學生轉變僅僅依靠做題的學習方式，鼓勵理論聯系實際，動手實踐，提升設計能力。作者講授的建筑結構課程考核成績由調查報告、模型制作、平時作業以及期末考試等多個環節組成。學生意識到建筑結構知識固然重要，運用課程知識分析、解決實際結構問題更重要。

3 結語

教學做合一的體驗教學模式符合“卓越工程師教育培養計劃”的基本原則。通過“分組討論、動手實踐、點評分析”的體驗教學設計，學生在建筑結構課堂中實現了積極主動、協作進步的學習過程，避免了學習過程“體驗缺失”的不足;教師則通過解答和分析學生體驗中發現的問題，促進學生深入理解結構設計的基本原理，逐步培養學生分析、解決實際問題的能力。

由于課堂是動態的，教學情境不斷變化，因此良好的體驗教學效果，要求教師全面把握教學內容，處理好體驗教學和其他教學方式的關系，精心設計教學環節，做好備課工作，及時調控課堂情境，最大程度調動學生的參與熱情。

應當指出，引入體驗教學后，學生的學習興趣明顯提高，愿意和老師討論建筑設計中遇到的實際問題。師生之間的討論和交流增加了，教師漸漸成為學生集體討論的重要成員。可見體驗教學對構建良好教學氛圍、和諧師生關系大有好處。

［1］杜 威．民主主義與教育［M］．王承緒，譯．北京:人民教育出版社，1990．

［2］楊四耕．體驗教學［M］．福州:福建教育出版社，2005．

［3］張金華，葉 磊．體驗式教學研究綜述［J］．黑龍江高教研究，2010，194(6):143-145．

［4］李玉英．教學改革中綜合型人才培養的研究［J］．山西建筑，2011，37(4):252-253．

［5］羅福午．建筑結構的任務和建筑結構教學內容的改革［J］．中國建設教育，2009(Z1):49-51，55．

［6］林宗凡．建筑結構原理及設計［M］．北京:高等教育出版社，2008．

［7］祝 捷．數值模擬在建筑結構教學中的應用［J］．北華航天工業學院學報，2011，21(3):33-34，43．