建筑結構課程中的體驗式教學實踐★

祝 捷 徐立輝 周子倩

(中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

建筑結構課程中的體驗式教學實踐★

祝 捷 徐立輝 周子倩

(中國礦業大學(北京)力學與建筑工程學院，北京 100083)

本著知行合一的教學理念，在建筑結構課程中設計體驗式教學環節，包括學生分組討論和制作模型，教師指導學生研究模型的截面幾何性質，師生共同分析模型的力學性能。教學過程中，教師主導基本概念和原理的課堂講授，引導學生應用學到的概念原理，合作完成目標性任務。通過完成目標性任務，學生加深了基本原理的理解，享受了應用知識的樂趣，激發了后期課程的學習熱情。實踐表明體驗式教學實踐可以有效促進知識的通匯貫通、提高學生分析問題的能力。

體驗式教學，建筑結構，建筑學專業，基本構件，截面幾何性質

作為建筑學專業本科生的必修課，建筑結構課程包括鋼筋混凝土結構、鋼結構、砌體結構和地基基礎等。學生不僅要理解結構設計的基本理論，而且要具備分析一般結構問題的能力。但是課程中大量概念性知識不易被學生理解和掌握，這使得學生把建筑結構看作是一門抽象難懂的課程，學習興趣不高[1]。

德國雙元制教育的“行為引導式”教學思想提出了“教學應從理論培養向實踐性教學轉化、從示范性教學向應用性教學轉化的觀念”?？梢婓w驗式教學，即教師將課程中抽象的概念知識轉化為形象的操作體驗是提升學生學習興趣、啟發學生主動思考的有效措施。陶行知先生提出的“教學做合一”為體驗式教學實踐提供了思想基礎[2]，具體包括：

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。

根據陶行知提出的“教學做合一”和德國雙元制教育“行為引導式”的教學思想，本文作者在建筑結構受壓構件教學中引入體驗式教學環節的基礎上[3]。在“受彎構件”部分繼續開展體驗式教學。作者通過精心設計的教學情境學生實踐“先行后知”，通過學生的實踐討論以及教師的分析總結，達到提升學生學習興趣、啟發學生主動思考的教學目的，培養學生應用所學知識解決實際問題能力。

1 體驗式教學的設計

建筑結構課程中，鋼筋混凝土結構、鋼結構和砌體結構都涉及到梁柱構件[4]。在建筑結構基本構件的體驗式教學主要包括三個基本環節：

1)學生分組討論和制作模型；2)教師指導學生計算模型的相關結構參數；3)師生共同分析模型的結構。

盡管建筑學專業的本科生在建筑力學課程中已經學過“梁橫截面的正應力、梁橫截面的切應力以及相關強度條件”，但是由于學時的限制以及學生自身的數理功底不強，所以在學習梁的設計原理時，許多學生不能及時有效地調用以往知識。部分學生對梁的截面幾何性質掌握得不好，不會計算梁截面的慣性矩、抗彎截面系數等。這導致學生在學習建筑結構課程中的組合梁問題時遇到很大的困難。考慮到梁的設計是建筑結構課程的重點內容，本文作者在講授“梁的合理設計”時，引入了體驗式教學環節。

作者在課題導入時首先讓學生回顧相關知識，如建筑力學中學到的梁正應力、切應力和撓度的計算公式；再讓學生分組討論，在梁的設計中什么因素將對梁的承載力和剛度產生影響；然后教師要求每個小組利用打印紙制作“梁”模型，制作時間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，強調截面幾何性質的重要性；最后各組學生討論并制定梁模型的合理設計方案。學生在課后制作完成梁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。

2 體驗式教學的實施效果

圖1為學生制作的部分梁模型，可以看出學生考慮到紙板輕巧，但不利于保持自身穩定，制作梁模型時采用鋼片、PVC管等材料對梁進行了局部加固。這是學生主動思考的結果。

表1列舉了學生制作梁模型的材料、重量和基本幾何參數，其中截面慣性矩是衡量截面抗彎能力的重要參數，其值為截面各微元面積與各微元至截面上某一指定軸線距離二次方乘積的積分。采用如下公式計算[5]：

(1)

(2)

其中，Ix,Iy分別為截面對x軸，y軸的慣性矩；A為柱截面面積。

教師指導學生對梁模型進行了簡單的加載測試，發現第3組、第4組和第5組的梁模型在同樣載荷條件下變形明顯大于其他模型。教師組織學生對以上現象進行了分析討論，得出如下結論：

1)第3組梁模型的翼緣和腹板分別為木板和瓦楞紙，兩側翼緣厚度不同且腹板與翼緣交接點由PVC管加固。盡管瓦楞紙兩側的PVC管增加了腹板的穩定性，但是瓦楞紙的強度太低，進而導致木板制成的翼緣強度不能充分利用。2)第4組和第5組均采用“矮寬型”矩形截面，盡管其橫截面面積與其他模型相當，但截面慣性矩比其他模型的截面慣性矩小很多。可見高窄截面梁比矮寬截面梁的結構受力性能好。3)分析發現在梁橫截面面積接近的條件下，工字形截面的慣性矩大于T形截面，T形截面的慣性矩大于矩形截面，因此梁截面采用工字型截面更為合理。

體驗式教學環節激發學生的學習興趣，促進了學生的主動思考，突出了學生的主體地位。學生們很喜歡“動手實踐+討論分析”的教學方式。

應當指出，體驗式教學的效果與學生的參與度以及教師的有效組織密切相關。在本次體驗教學環節中，教師對學生的引導主要包括兩方面：

1)從合理設計梁的截面角度，引導學生得出梁的合理截面設計要點，即截面面積盡量小，截面抵抗矩盡量大；工字形截面優于矩形截面；考慮實際載荷情況，設計與載荷分布匹配的合理截面等。

2)引導學生合理設計梁端約束、合理安排加載方式等，達到盡可能降低梁承受的最大彎矩和剪力的目的。

3 結語

教學方法應與教育要求相適應，“教育教學的目的在于心靈的喚醒”，只有讓學生親身參與，親身體會，知識才能變成學生的智慧，才能為學生所用。通過以學生為主體，知行合一的體驗式教學實踐，充分調動學生的積極性。學生認真主動地參與了體驗式教學環節，尤其是在自己動手制作模型的環節，學生的想象力和創造力得到充分發揮。在完成作業的同時，學生享受了團隊共同參與的過程，模型得到教師的點評和認可之后收獲成就感。“動手實踐+討論分析”的教學方式增進了師生在課堂上的互動，將“教師為主、學生為客”的課堂氛圍轉變成“學生是課堂的主人，教師引導學生自主學習”的新模式。教學活動充分體現了體驗式教學的四大特點——體驗、實踐、環境和經歷。

學生的課堂表現和課后反饋表明體驗式教學是一種適合建筑學專業學生學習建筑結構等課程的有效教學方法。

[1] 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(S1):49-51,55.

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

[3] 祝 捷，傳李京,周 鑫.體驗教學在建筑結構課程中的應用[J].山西建筑,2014,40(4):254-255.

[4] 林宗凡.建筑結構原理及設計[M].北京:高等教育出版社,2008.

[5] 孫訓方,方孝淑,關來泰.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2013.

Thepracticeofexperientialteachinginthecourseofbuildingstructure★

ZhuJieXuLihuiZhouZiqian

(SchoolofMechanics&CivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China)

According to the spirit of “unify knowledge and life”, the experiential teaching is applied in the building structure course. The experienced teaching was designed to include student group discussions, model making and calculation of the model sections geometry and analyze the mechanics performance of the models. In the course of teaching, the teacher dominates the classroom teaching of basic concepts and principles, guides the students to apply the concepts and principles, and works together to complete the target tasks. By completing the objective task, the students have deepened the understanding of the basic principles, enjoyed the application of knowledge and stimulated the enthusiasm of the later courses. The practice shows that experiential teaching practice can effectively promote students to digest domain knowledge and improve their ability to analyze problems.

experiential teaching, building structure, architecture specialty, basic building block, sections geometry

1009-6825(2017)32-0217-03

2017-09-05 ★：中國礦業大學(北京)教學改革項目(j150603)，中國礦業大學(北京)大學生創新訓練項目(c201606018)

祝 捷(1978- )，女，碩士生導師，副教授； 徐立輝(1989- )，男，在讀碩士； 周子倩(1987- )，女，在讀碩士

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