土木工程專業(yè)《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)的探討

馬曉雨+楊樹標(biāo)+王星亮+郭云飛

摘要：如何培養(yǎng)土木工程專業(yè)本科學(xué)生理論知識與實際工程相結(jié)合、工程能力和具備創(chuàng)新精神，是土木工程專業(yè)本科素質(zhì)教育的著重點。如何訓(xùn)練學(xué)生結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計的工程意識，使其能夠融會貫通并運用到工程設(shè)計中，一直是土木工程高校教師在研究的問題。本文就此問題，探討本校開設(shè)《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)的意義、所要達(dá)到的目標(biāo)以及如何進(jìn)行實施。

關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè);結(jié)構(gòu)概念;創(chuàng)新設(shè)計;課程教學(xué)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0199-02

一直以來，我國土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)的學(xué)生具有一定的理論水平，但應(yīng)用實際工程的能力較差，獨立和創(chuàng)新的工程意識較低。原因是以往的教學(xué)中，教師單純地講授理論知識，學(xué)生實踐能力訓(xùn)練不足，缺乏理論與實際工程相結(jié)合的鍛煉，教學(xué)與實踐無法有效銜接。目前，土木行業(yè)越來越多的地方用到了概念設(shè)計，這種理念在很多實際的建筑方案中得以應(yīng)用，對土木工程影響巨大[1]。因此，概念設(shè)計在土木建筑工程專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)加以體現(xiàn)、反映。針對這樣的現(xiàn)狀，土木工程專業(yè)進(jìn)行《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)研究就十分有意義。這對改革工程教育的教學(xué)模式有利，又能檢驗學(xué)生對所學(xué)理論知識的掌握，并且鍛煉他們提出問題、分析問題、解決問題的能力，激發(fā)其建立工程意識和培養(yǎng)創(chuàng)新能力[2]。

一、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)內(nèi)涵和意義

土木工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是工程當(dāng)中結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈魂，是利用設(shè)計概念并以自身為主線貫穿全部設(shè)計過程的一種設(shè)計方法。概念設(shè)計是完整和全面的設(shè)計過程，它將設(shè)計者繁復(fù)的感性和瞬間思維上升到統(tǒng)一的理性思維從而完成整個設(shè)計[3]。社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計也有了一個更高的要求。如何打破土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計過于墨守成規(guī)，能將結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力充分發(fā)揮出來，對于現(xiàn)代社會是迫切需要的。因為他們才是結(jié)構(gòu)設(shè)計革命的推動者和執(zhí)行者[4]。

《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程是在原《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計》課、《結(jié)構(gòu)概念與體系》課及《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》等土木工程專業(yè)課程基礎(chǔ)之上，發(fā)展整合及改造后新設(shè)立的課程。該課主要是以學(xué)生創(chuàng)新性設(shè)計制作實驗為主線，訓(xùn)練學(xué)生工程意識、動手能力、創(chuàng)新能力、實踐能力等。它體現(xiàn)了工程教育的特色，以結(jié)構(gòu)設(shè)計制作實驗項目為載體，探索在干中學(xué)、理論與實踐緊密結(jié)合的教學(xué)模式。把工程培養(yǎng)所必要的基礎(chǔ)知識、工程設(shè)計思想和方法、自學(xué)和終身自學(xué)的能力和興趣的培養(yǎng)等內(nèi)容放在第一位。《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課提出建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的概念和原則，并結(jié)合學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計制作實驗案例進(jìn)行點評分析。概念與體系部分介紹結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的背景、思路、基本做法、設(shè)計過程中經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu)概念。

該研究的理論意義和實際意義在于探索通過該課程的教學(xué)設(shè)計，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革研究，適應(yīng)新的教育理念和人才培養(yǎng)模式。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力，掌握善于主動學(xué)習(xí)的方法，形成良好的學(xué)習(xí)和工作習(xí)慣。

二、我校的教學(xué)改革研究的基礎(chǔ)和環(huán)境

1.專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)好。河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院以開設(shè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽10年。完成了校教研項目《土木工程專業(yè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)實驗探索研究》和《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計等系列課程的教學(xué)研究》兩項。學(xué)院已開設(shè)《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計》、《結(jié)構(gòu)概念與體系》、《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》、《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計》等課程。

2.師資力量強。上述這些課程由多位建筑工程系的老師擔(dān)任，職稱結(jié)構(gòu)合理，形成了相對穩(wěn)定的老中青隊伍結(jié)構(gòu)。因此，對于結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)改革研究的可持續(xù)性提供了保證。

3.實驗室基地條件良好。本專業(yè)下設(shè)的結(jié)構(gòu)實驗室是河北省結(jié)構(gòu)實驗教學(xué)示范中心，為學(xué)生建立模型實驗提供了科學(xué)的、可靠的硬件條件。

三、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)方案設(shè)計

1.教學(xué)目標(biāo)。初步形成《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課的教學(xué)理念和教學(xué)思想，完成《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課的教學(xué)大綱制定，確定教學(xué)內(nèi)容，初步形成教學(xué)方法和教學(xué)模式，為指導(dǎo)其他工程設(shè)計課程教學(xué)改革探索經(jīng)驗。

2.教學(xué)內(nèi)容。《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)內(nèi)容包括教學(xué)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法研究。

教學(xué)內(nèi)容：創(chuàng)新性設(shè)計制作實驗項目的設(shè)計，項目要包含若干個結(jié)構(gòu)和力學(xué)的概念的運用，如拉、壓、彎、剪、扭、穩(wěn)定、傾覆等，使用材料應(yīng)宜于制作，實驗的方法要直觀。項目的要求應(yīng)是概括性的，應(yīng)用較少的約束，以使學(xué)生開闊思路。給出的條件應(yīng)盡量少，要學(xué)生自己尋找所需的條件。布置結(jié)構(gòu)設(shè)計制作實驗項目，首先讓學(xué)生以小組形式討論分析項目，提出問題。學(xué)生分析問題并尋找解決問題的方法，通過自學(xué)、討論、查閱相關(guān)資料等方法解決問題。學(xué)生應(yīng)經(jīng)過結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、一定的計算分析、繪制施工圖、施工制作結(jié)構(gòu)模型、進(jìn)行結(jié)構(gòu)實驗、實驗分析、總結(jié)等過程。

教學(xué)方法：本課程的教學(xué)手段主要以講課、學(xué)生設(shè)計、模型制作和模型實驗相結(jié)合的方式，從不同的角度和理念啟發(fā)學(xué)生將所掌握的基本結(jié)構(gòu)概念有機地結(jié)合起來，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。在模型實驗之前教師上課以引導(dǎo)為主，主要由學(xué)生自學(xué)、討論和分析計算設(shè)計制作出結(jié)構(gòu)模型。教師引導(dǎo)學(xué)生將自己的設(shè)計與所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來，甚至產(chǎn)生出學(xué)生還未學(xué)到的問題，讓學(xué)生自己思考分析。

教師的教學(xué)主要以指導(dǎo)為主，如結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的原則、路線、方法，基本思路、基本做法以及設(shè)計中常用到的結(jié)構(gòu)概念等，并結(jié)合學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計制作實驗案例進(jìn)行點評分析。

基本教學(xué)過程：布置題目——學(xué)生以小組討論學(xué)習(xí)——提出問題——教師指導(dǎo)學(xué)生分析問題解決問題（教師重點要起到啟發(fā)、督促、指導(dǎo)、控制進(jìn)度的作用）——學(xué)生形成方案——教師根據(jù)方案指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)方案——學(xué)生制作模型——學(xué)生實驗——教師點評總結(jié)（重點是設(shè)計思路和設(shè)計方法及學(xué)生學(xué)習(xí)方法的總結(jié)）——學(xué)生總結(jié)（學(xué)習(xí)過程總結(jié)）

3.存在的問題。（1）如何將“培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)和終身學(xué)習(xí)的能力等”教學(xué)理念落實到教學(xué)實踐中，是本教學(xué)課程首要解決的關(guān)鍵問題。（2）研究創(chuàng)新性設(shè)計制作實驗題目。研究題目的內(nèi)涵、題目的難易程度、題目的適用性、題目的趣味性、題目對學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)性等。（3）研究課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，形成即穩(wěn)定又靈活的教學(xué)內(nèi)容和方法。穩(wěn)定是要教學(xué)理念要堅持不懈，總結(jié)提高，教學(xué)模式要穩(wěn)定形成套路和程序，便于教師掌握和控制教學(xué)進(jìn)度。靈活是具體的教學(xué)內(nèi)容，比如涉及的結(jié)構(gòu)概念很多不可能在課堂上全講，需教師具有靈活性和啟發(fā)性的教學(xué)方法指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。（4）初步形成課程所需的教學(xué)文件。如教學(xué)大綱、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)教案、教學(xué)講義、題目庫、教學(xué)錄像等內(nèi)容。

四、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程的實施

我校土木工程專業(yè)開設(shè)《創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計》等一系列課程以來，我們在不斷探究和改進(jìn)教學(xué)方法，對于啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)、項目教學(xué)法均有了一定程度的研究，并取得了階段性成果。我們已經(jīng)完成了《土木工程專業(yè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)實驗探索研究》和《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計等系列課程的教學(xué)研究》兩項校級的研究，并開設(shè)了相應(yīng)的課程。相關(guān)教師在工程教育方面有長期的思考和教學(xué)實踐探索，并且已成功組織土木工程結(jié)構(gòu)大賽10年。已開設(shè)《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計》、《結(jié)構(gòu)概念與體系》、《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》、《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計》等課程，相關(guān)教師教學(xué)水平高，有豐富的教學(xué)經(jīng)驗。具體實施如下：

1.修訂《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計》課程教學(xué)大綱，包括課程目標(biāo)、內(nèi)容安排及學(xué)時安排。

2.選擇土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)大學(xué)三年級學(xué)生的第二學(xué)期開始該課程教學(xué)。

3.自土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)大學(xué)三年級學(xué)生的第一學(xué)期期末，研究確定題目及相應(yīng)的教學(xué)安排。

4.將大學(xué)三年級專業(yè)學(xué)生按班級分給不同的教師，教師則分頭實施教學(xué)，定期討論交流改進(jìn)教學(xué)。在教學(xué)實踐中，將教師授課、學(xué)生設(shè)計、模型制作和模型實驗相結(jié)合，啟發(fā)學(xué)生將理論知識與工程實際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生工程概念設(shè)計與創(chuàng)新能力、自學(xué)能力。

5.在大學(xué)三年級專業(yè)學(xué)生的第二學(xué)期期末，教師對課程實踐進(jìn)行總結(jié)，提出改進(jìn)措施和方法。

五、總結(jié)和探討

本文方案結(jié)合新的科研成果開設(shè)出新的課程以及課程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。探索建立新課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。本方案突出土木工程專業(yè)特色，加強了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新研究與實踐。將工程項目、創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入課程體系建設(shè)中，進(jìn)行課程計劃和實踐內(nèi)容的一體化設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識。本方案突出啟發(fā)式教學(xué)和指導(dǎo)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、善問求知和動手實踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海峰，喬安宇.論建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的概念設(shè)計及其措施[J].黑龍江科技信息，2012，（12）：36-39.

[2]劉彥艷.淺談建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計[J].科技風(fēng)，2009，（13）：52-55.

[3]李永梅，高向宇，韓月.土木工程教學(xué)宜注重對學(xué)生結(jié)構(gòu)概念設(shè)計理念的培養(yǎng)[J].中國建設(shè)教育，2011，（Z1）：11-13.

[4]蔣志剛，詹豪，劉飛.CDIO理念與“結(jié)構(gòu)概念設(shè)計與創(chuàng)新”課程的構(gòu)建[J].黑龍江高教研究，2014，（8）：86-90.