中國木結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)踐與探索

凌志彬 楊會(huì)峰 孫國華

摘要：近年來，中國木結(jié)構(gòu)步入快速發(fā)展軌道，木結(jié)構(gòu)工程總量迅猛增加，然而木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)人員卻極度短缺，嚴(yán)重制約了木結(jié)構(gòu)的發(fā)展。文章基于中國木結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀和社會(huì)對(duì)木結(jié)構(gòu)技術(shù)人才的需求，對(duì)當(dāng)前木結(jié)構(gòu)教學(xué)方面存在的一些問題進(jìn)行了分析與探討，從合作教學(xué)、教學(xué)手段、專業(yè)競(jìng)賽及本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)等幾方面提出了相應(yīng)的改革措施，以期達(dá)到較好的教學(xué)效果，進(jìn)而培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)發(fā)展需要的木結(jié)構(gòu)專業(yè)人才。

關(guān)鍵詞：木結(jié)構(gòu);教學(xué)實(shí)踐;人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G6420;TU3662文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-2909（2018）06-0082-05

木材是一種可再生建筑材料，其生長過程會(huì)吸收二氧化碳，釋放氧氣，是天然固碳材料，生態(tài)環(huán)保效益顯著。木材還能調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度，控制二氧化碳濃度，有益于居住者的身心健康。同時(shí)，木結(jié)構(gòu)建筑抗震性能好、工業(yè)化程度高、環(huán)保宜居，發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)符合可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。

當(dāng)前，在美國、日本等發(fā)達(dá)國家，木結(jié)構(gòu)住宅占比達(dá)到65%～80%，木結(jié)構(gòu)公共建筑占比20%左右。隨著木材加工技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)在高度和跨度上不斷取得新突破。圖1為位于加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的學(xué)生宿舍樓Brock Commons，共18層，高度53 m，是目前世界上已建成的最高木結(jié)構(gòu)建筑。圖2為美國塔科馬木結(jié)構(gòu)穹頂體育館，穹頂直徑為162 m，高度達(dá)45.7 m，可容納20 000名觀眾觀看比賽，至今仍是非常有影響力的大跨木結(jié)構(gòu)建筑。

中國具有悠久的木結(jié)構(gòu)建造歷史，1056年建成了67.3 m高的應(yīng)縣木塔，1103年出版了國際上最早、最為完整的木建筑設(shè)計(jì)、施工的規(guī)范書——《營造法式》。但是，解放后，百廢待興，木材資源遠(yuǎn)不能滿足大規(guī)模基本建設(shè)的迫切需求，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)研究基本處于停滯狀態(tài)，造成中國在現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)教學(xué)培訓(xùn)、科研與設(shè)計(jì)等方面與發(fā)達(dá)國家差距明顯。近幾年，中共中央、國務(wù)院和住建部等先后出臺(tái)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》等一系列政策文件，明確了“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀”的建筑方針，倡導(dǎo)發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。此外，近20年來，中國從北美和俄羅斯等進(jìn)口的結(jié)構(gòu)用木材日趨增加，也為發(fā)展木結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)。

綜上所述，中國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)迎來了非常好的發(fā)展機(jī)遇。經(jīng)過多年的發(fā)展和積淀，木結(jié)構(gòu)事業(yè)已呈蓬勃發(fā)展之勢(shì)，市場(chǎng)對(duì)木結(jié)構(gòu)人才的需求愈加旺盛，國內(nèi)多所高校又重新開設(shè)了木結(jié)構(gòu)課程。然而，與混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革研究[1-8]形成鮮明對(duì)比的是，木結(jié)構(gòu)教學(xué)改革方面的研究并不多見[9-12]。

一、中國木結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）木結(jié)構(gòu)課程課時(shí)偏少

目前，國內(nèi)針對(duì)本科生開設(shè)木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相近課程的高校主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)和南京林業(yè)大學(xué)等。然而木結(jié)構(gòu)一般設(shè)置為選修課，大約20個(gè)課時(shí)左右，通過學(xué)習(xí)，學(xué)生僅能了解木結(jié)構(gòu)的一些基本概念和知識(shí)，而不能深入掌握木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析計(jì)算方法，導(dǎo)致學(xué)生在木結(jié)構(gòu)方面的整體設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力薄弱。學(xué)生乃至整個(gè)社會(huì)對(duì)木結(jié)構(gòu)的認(rèn)知度較低，社會(huì)上對(duì)木結(jié)構(gòu)的一些偏見和疑慮不能在短期內(nèi)消除，設(shè)計(jì)院由于不熟悉材料性能和設(shè)計(jì)方法而對(duì)木結(jié)構(gòu)避而遠(yuǎn)之，嚴(yán)重制約了木結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

（二）缺少專業(yè)的木結(jié)構(gòu)教學(xué)人員

在中國，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展?jié)摿薮?。由于過去幾十年，中國木結(jié)構(gòu)發(fā)展停滯不前，專門從事木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研發(fā)的專業(yè)技術(shù)人員很少，高校對(duì)木結(jié)構(gòu)專業(yè)的教學(xué)投入也并不積極。據(jù)了解，目前能培養(yǎng)教學(xué)研究型木結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人才的高校有同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)等。很多高校通過邀請(qǐng)國外知名木結(jié)構(gòu)工程專家或?qū)ｉT從事木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行木結(jié)構(gòu)課程的短期講學(xué)。

（三）學(xué)生對(duì)木結(jié)構(gòu)認(rèn)知度不高

目前，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)在中國相對(duì)偏少，學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中接觸到的大部分是混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，真正接觸木結(jié)構(gòu)的機(jī)會(huì)很少，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)木結(jié)構(gòu)的認(rèn)知度不高，給木結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)帶來了困難。比如說，木材順紋和橫紋方向的力學(xué)性能差異較大，設(shè)計(jì)的時(shí)候，要盡量避免木材橫紋受力。另外，一談到木結(jié)構(gòu)，大家都會(huì)覺得防火是個(gè)大問題，其實(shí)這是個(gè)誤區(qū)。事實(shí)證明，木結(jié)構(gòu)具有較高的耐火極限。一般情況下，溫度達(dá)到300℃時(shí)，鋼材開始軟化，而木材則不會(huì)，燃燒使木材表面形成的碳化層起到很好的保護(hù)作用，1 h僅碳化40 mm左右，因此可通過構(gòu)件的冗余設(shè)計(jì)保證其在火災(zāi)中的安全性。此外，還可通過一些木材改性處理措施來提高木構(gòu)件的耐火極限，使之從易燃級(jí)變成難燃級(jí)。

（四）教學(xué)不能滿足社會(huì)需求

隨著木結(jié)構(gòu)事業(yè)的蓬勃發(fā)展和國外木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品供應(yīng)商的宣傳與推介，木結(jié)構(gòu)在中國越來越受關(guān)注。很多單位和企業(yè)也開始嘗試性使用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)，但目前主要集中在沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和森林資源豐富的地區(qū)。因此，現(xiàn)階段一些木結(jié)構(gòu)加工企業(yè)、設(shè)計(jì)院、監(jiān)理和質(zhì)監(jiān)部門對(duì)木結(jié)構(gòu)人才需求旺盛，但卻很難招聘到合適的學(xué)生，主要原因在于開設(shè)木結(jié)構(gòu)方向或從事木結(jié)構(gòu)教學(xué)課程的院校偏少，造成木結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人才短缺。

二、木結(jié)構(gòu)教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐與探索

（一）合作教學(xué)

由于過去幾十年木結(jié)構(gòu)發(fā)展的停滯不前，中國在木結(jié)構(gòu)教學(xué)方面經(jīng)驗(yàn)不足，而歐、美、日等發(fā)達(dá)國家在木結(jié)構(gòu)發(fā)展和教育方面取得了很大的成就。鑒于目前國內(nèi)木結(jié)構(gòu)教學(xué)的現(xiàn)狀，與國外的木結(jié)構(gòu)強(qiáng)校進(jìn)行聯(lián)合辦學(xué)是快速提高木結(jié)構(gòu)教學(xué)水平的有效途徑。目前，同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)等高校與加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)在木結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行聯(lián)合教學(xué)，雙方聯(lián)合制定教學(xué)計(jì)劃，定期邀請(qǐng)加方木結(jié)構(gòu)專家來華集中授課。同時(shí)，也應(yīng)注重不同專業(yè)的多元化交叉教學(xué)，如涉及木材材料性能，可由木材加工專業(yè)背景的教師授課，關(guān)于建筑外形設(shè)計(jì)方面，可邀請(qǐng)建筑學(xué)專業(yè)的教師授課。做到多學(xué)科、多角度的交叉教學(xué)與融合，這樣既能發(fā)揮不同專業(yè)的長處，又能取得良好的教學(xué)效果。

（二）理論授課與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合

對(duì)于絕大部分課程，理論知識(shí)的學(xué)習(xí)涉及大量的公式與圖表，相對(duì)枯燥，很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，木結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)也不例外。為使木結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)更生動(dòng)、有趣，針對(duì)一些材料的基本力學(xué)性能、典型構(gòu)件和連接，在完成理論階段的學(xué)習(xí)后可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如圖3和4所示。同時(shí)，可帶領(lǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室參觀，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)接觸工程木產(chǎn)品及連接件等的實(shí)體模型，如圖5所示。針對(duì)典型的構(gòu)件與連接，可制作電子模型進(jìn)行展示，以提高學(xué)生對(duì)木結(jié)構(gòu)的直觀認(rèn)識(shí)。

（三）理論教學(xué)與案例教學(xué)相融合

經(jīng)過多年努力，建成了一批現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑與橋梁，圖6（a）和（b）分別為貴州省榕江縣木結(jié)構(gòu)游泳館和蘇州市胥虹橋。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均由南京工業(yè)大學(xué)完成。這些新建的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑為現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的教學(xué)提供了很好的實(shí)際案例。在案例教學(xué)時(shí)，不要求學(xué)生深究設(shè)計(jì)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，與教學(xué)內(nèi)容相匹配即可。例如，對(duì)現(xiàn)有工程案例所采用的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行適當(dāng)簡化，然后取出其中一部分讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，理論知識(shí)的學(xué)習(xí)貫穿于真實(shí)的工程案例。這樣的授課模式有效避免了理論知識(shí)學(xué)習(xí)的枯燥無味，同時(shí)結(jié)合真實(shí)案例的圖片，使課程學(xué)習(xí)變得生動(dòng)形象。另外，學(xué)生會(huì)感覺到離實(shí)際工程很近，學(xué)習(xí)的興趣得到提高，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的應(yīng)用與融會(huì)貫通。

（四）指導(dǎo)學(xué)生開展木結(jié)構(gòu)競(jìng)賽

開展學(xué)科競(jìng)賽是促進(jìn)教學(xué)提升的有效途徑。學(xué)科競(jìng)賽是對(duì)大學(xué)生素質(zhì)和能力的綜合考查。競(jìng)賽可以激發(fā)學(xué)生的原創(chuàng)力和設(shè)計(jì)靈感，提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，同時(shí)還能豐富大學(xué)生的課余生活。近年來，針對(duì)木結(jié)構(gòu)方向，中國木結(jié)構(gòu)高等教育和研究指導(dǎo)委員會(huì)專門設(shè)立了全國高校木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽。目前已舉辦了兩屆，于2016和2017年分別由同濟(jì)大學(xué)和南京工業(yè)大學(xué)承辦。與全國大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的區(qū)別在于：1）木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽更注重實(shí)際，競(jìng)賽命題源于實(shí)際工程;2）組隊(duì)要求建筑學(xué)和結(jié)構(gòu)工程專業(yè)背景的學(xué)生;3）競(jìng)賽所選用的材料為真實(shí)的木材且構(gòu)件尺寸相對(duì)大些，更貼近實(shí)際。學(xué)科競(jìng)賽不僅對(duì)學(xué)生是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)指導(dǎo)教師也是一項(xiàng)考驗(yàn)，通過指導(dǎo)學(xué)科競(jìng)賽，在一定程度上也促進(jìn)了教師教學(xué)技巧的提高。

（五）開展本科生木結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在校期間的最后學(xué)習(xí)和綜合訓(xùn)練階段，是綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)習(xí)、研究與實(shí)踐成果的全面總結(jié)，是學(xué)生綜合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)效果的全面檢驗(yàn)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，要求畢業(yè)生將四年所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行一次綜合應(yīng)用。通過開展本科生木結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先能全面鞏固學(xué)生所學(xué)的木結(jié)構(gòu)理論知識(shí)，其次，能加深學(xué)生對(duì)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)與理解，提升學(xué)生看問題的高度，最重要的是使學(xué)生掌握木結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法，提高木結(jié)構(gòu)知識(shí)的應(yīng)用能力。近年來，南京工業(yè)大學(xué)在本科生木結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)方面做出了大量的努力，專門為土木工程專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了木結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)，學(xué)生有機(jī)會(huì)接近真實(shí)的木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

三、結(jié)語

近年來，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)快速發(fā)展，且市場(chǎng)潛力巨大，木結(jié)構(gòu)教學(xué)與人才培養(yǎng)是社會(huì)的迫切需求。文章對(duì)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析探討，主要存在授課院校和課時(shí)安排偏少，缺少專業(yè)的木結(jié)構(gòu)教學(xué)人員，學(xué)生對(duì)木結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)度不高及教學(xué)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)需求等問題。筆者結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)教學(xué)提出一些教學(xué)改革建議和措施。希望通過教學(xué)改革，促進(jìn)中國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)優(yōu)秀人才的培養(yǎng)，滿足現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)市場(chǎng)對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的需求。

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