土木工程專業(yè)碩士研究生案例教學研究

郭 宏，胡 瑞，張嘉欣

(中北大學土木工程學科部，山西 太原 030051)

1 引言

案例教學在本科生教育中應用相當普遍，尤其在法學、醫(yī)學、管理學領域得到了廣泛應用，但是把案例教學應用到碩士研究生教育中，尤其是土木工程專業(yè)碩士專業(yè)課的教學中還處于嘗試階段[1]，本文旨在探索案例庫建設及案例教學在土木工程專業(yè)碩士研究生專業(yè)課教學中的應用。教學案例實施的首要條件是合理科學的案例教學模式和配套的教學案例[2]。本課題組以實際工程為基礎編寫了7個教學案例，初步建立了案例庫，并將這些案例全部應用到教學實踐中，以探討案例教學在專業(yè)碩士研究生專業(yè)課教學中的應用效果并檢驗所編寫的案例。

2 教學案例編寫

在確保教學案例質(zhì)量，理論聯(lián)系實際的原則下，共編寫了7個涉及工程施工實例及新技術應用的教學案例，其中以本地實際工程一手資料為基礎編寫4個案例；以國內(nèi)典型工程間接資料為基礎編寫3個案例，具體情況如表1所示。

表1 教學案例匯總

2.1 案例一：一種坡屋面塊瓦鋪裝施工新方法——山西晉中大學城某學院

本案例為新塊瓦鋪裝施工方法，借鑒目前使用較多的干法施工的優(yōu)點，新發(fā)明的固定瓦釘將塊瓦固定在臥瓦層上，坡屋面塊瓦松動、脫落的安全隱患得以消除。

這種鋪裝方法施工工期短，效率高，塊瓦裝拆簡便，成本低，耐久性更好，更環(huán)保。從施工工藝理論、瓦釘和臥瓦層組成、施工難點和安全質(zhì)量措施等方面對其進行了詳細介紹。本案例源自一個較成功的發(fā)明，通過本案例運用向?qū)W生示范創(chuàng)新思維方法。

2.2 案例二：液壓爬模施工技術——太原義井城中村改造項目

本案例分為3個部分：工程概況，施工原理、布置及流程，液壓爬模優(yōu)勢。首先說明了爬模的工作機理、平臺構(gòu)成及傳統(tǒng)模板的特點；其次講述了全鋼附墻爬升施工平臺理論參數(shù)、施工原理、施工布置和操作平臺搭設，重點講解了爬模施工流程包括架體現(xiàn)場組裝、安裝附著裝置轉(zhuǎn)角處連接等步驟；最后詳細分析了液壓爬模的優(yōu)勢。通過本案例將抽象、難理解的現(xiàn)代液壓爬模施工技術原理具體化，使學生更易理解、掌握。

2.3 案例三：寫字樓綠色施工樣板——太原龍城壹號項目

太原龍城壹號項目是全國綠色建筑示范樣板工程。本案例分為4個部分：工程概況、綠色施工技術、樣板引路方法、相關的建議改進總結(jié)。首先本項目采用綠色施工技術，場地內(nèi)設立BIM與VR技術展示區(qū)、工具棚、工藝展示區(qū)。其次，在任一分部分項工程正式作業(yè)前作出樣板示范、規(guī)范作業(yè)要求。最后在確保交工及時、品質(zhì)提升、造價合理的前提下提出切實建議。將空洞、抽象的綠色施工通過案例展示出來。

2.4 案例四：人工挖孔后壓漿灌注樁施工技術——山西晉中大學城某學院

本案例分為4個部分：技術簡介、工程概況、施工特點、作業(yè)方法。首先說明了人工挖孔和后壓漿技術的工作機理。其次通過對比人工和機械兩種作業(yè)模式，說明選人工挖孔后壓漿灌注樁的優(yōu)勢。通過案例展示了人工挖孔樁施工工藝，并對其開挖方法、護壁施工、鋼筋籠吊裝、混凝土澆筑、后壓漿、質(zhì)量檢驗等問題進行了探討。

2.5 案例五：超高建筑玻璃幕墻技術——上海中心大廈

本案例分為4個部分：工程概況，內(nèi)外幕墻構(gòu)造，單元式玻璃幕墻，BIM技術應用。首先，介紹上海中心大廈主體外墻創(chuàng)新使用的內(nèi)、外雙層曲面玻璃幕墻構(gòu)造體系。其次，針對該復雜玻璃幕墻是由幕墻單元組成的情況，介紹了幕墻單元的施工工藝。該技術節(jié)省了時間，提高了項目的工業(yè)化水平和安裝效率。最后，本項目利用BIM技術進行臨時施工模擬及幕墻深化設計。通過本案例生動展示了多層幕墻、曲面幕墻及BIM應用。

2.6 案例六：裝配式建筑剪力墻施工技術——周康航擴展基地

本案例分為3個部分：工程概況、預制夾心保溫外墻體(PCTF體系)、預制剪力墻螺栓連接。首先，本項目采用自主研發(fā)的PCTF體系，即在外墻板內(nèi)側(cè)集成保溫層并與混凝土整體現(xiàn)澆形成預制構(gòu)件，具有熱穩(wěn)定性好、可粘性好、不易發(fā)生火災等優(yōu)點。其次，使用螺栓連接，對剪力墻而言，螺栓傳力較套筒連接更為輕便、低價、質(zhì)優(yōu)，將灌漿料灌入后會增強其連接性能。通過本案例掌握中低裝配率裝配式建筑的基本施工內(nèi)容。

2.7 案例七：裝配式框架結(jié)構(gòu)施工技術——杭州多層電子工業(yè)廠房

本案例分為4個部分：工程概況、預制雙T板、預制華夫板、總結(jié)與展望。首先，說明雙T板的概念、工藝流程、適合領域、生產(chǎn)過程、應用和五大優(yōu)點。其次，為滿足承載能力強且質(zhì)輕的要求，采用預制華夫板，介紹了華夫板的概念、應用、設計和優(yōu)點。最后，本項目采用的預制構(gòu)件免支模、安裝方便、節(jié)省工期，有助于推廣綠色建筑，改善施工環(huán)境。通過本案例可熟悉解裝配式精密廠房的最新設計、施工技術。

參考中國專業(yè)學位案例教學中心關于工程管理碩士專業(yè)學位案例撰寫規(guī)范的要求[3]，還編寫了相配套的案例使用說明作為案例的組成部分，包括教學目的與用途、背景信息、啟發(fā)思考題、知識點、實際應用分析、關鍵部位與要點、建議的課堂計劃、工程案例現(xiàn)狀、附件等九部分，確保案例的規(guī)范化、標準化。

3 在《建筑業(yè)新技術與工法案例》課程中的應用

《建筑業(yè)新技術與工法案例》是中北大學特有的研究生培養(yǎng)課程，當前，新技術教學方法仍偏向傳統(tǒng)理論的形式，忽視了工程施工實例應用。本課程在課堂中運用上述7個案例，鼓勵學生按照自己現(xiàn)有知識儲備進行案例解析，以提高其學習主動性，同時達到活躍課堂氛圍的目的。結(jié)果表明，這不僅可以提升學習效率、轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育被動教學模式，而且可提升學生學習興趣，增進知識的吸收、掌握以及應用。采用的案例教學技術路線如圖1所示。

本課題的研究對象為中北大學2017級土木工程20名專業(yè)碩士研究生，分析其在《建筑業(yè)新技術與工法案例》課程課堂教學效果，選取對比實驗，對10名研究生采用案例教學法，另外10名研究生采用傳統(tǒng)教學法。7個案例共計14個課時，每個案例2課時。通過教學實驗，比較分析教學效果，逐步完善并推廣案例教學模式。

圖1案例教學技術路線

本次課程采用傳統(tǒng)方式進行打分，以量化本課程教學效果。注冊結(jié)構(gòu)工程師、建造師職業(yè)資格考試越來越趨向于考核施工技術的實際應用能力。基于此前提，在試卷中首次引入案例分析題。在試卷內(nèi)容上，兩組樣本一致，以此分析案例教學與傳統(tǒng)教學各部分的得分情況，從而評價案例教學課堂效果。此外，通過小組討論的形式，對兩種教學方法培育下的研究生進行訪談，討論本課程案例教學和傳統(tǒng)教學中存在的缺陷及課堂認可度，進一步分析討論行之有效的改進措施。

針對考試分數(shù)的分布，選取SPSS 22.0統(tǒng)計軟件輸入并查驗數(shù)據(jù)，計量分數(shù)用平均值表示，使用t檢驗對不同題型的得分情況和兩種樣本的平均值進行差異性比較分析[4]。差異具有統(tǒng)計學意義的條件是P小于0.05。運用統(tǒng)計學方法分析兩種教學方法下研究生期末考試成績的組成，t檢驗結(jié)果表明，兩種教學方法培育的研究生，課程期末試卷各題型分數(shù)差異均具有統(tǒng)計學意義(t﹥3，P﹤0.05)，包括試卷總分、簡答題、名詞解釋、案例分析題，且當P<0.01時即認為案例教學和傳統(tǒng)教學兩種方法對研究生考試分數(shù)的影響達到極顯著水平，即采用案例教學方法授課的研究生的考試分數(shù)極顯著高于采用傳統(tǒng)教學方法授課的研究生的考試分數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 案例教學與傳統(tǒng)教學考試成績比較

通過分析得知，與傳統(tǒng)教學相比，案例教學法在建筑業(yè)新技術概念識記和理解方面具有顯著優(yōu)勢，且在促進學生對新技術的理解和應用方面具有較好的引導作用。通過組織學生進行小組討論，發(fā)現(xiàn)采用案例教學方法授課的研究生對本課程的滿意度較高，比如在課程學習興趣、對知識點的理解、學習的主動性、教師的講解方式等方面，普遍高于采用傳統(tǒng)教學方法授課的研究生。

4 分析討論

由于其專業(yè)選修課的定位《建筑業(yè)新技術與工法案例》課一直得不到學生的重視，學生對學習對象缺乏興趣，造成了較為壓抑的課堂氛圍。通過案例教學本課程打破了傳統(tǒng)的教學理念，以學生為核心，采用豐富多彩的方式設計課程以增加課堂活躍度，使教學效果得以保障。

案例教學所需要掌握的知識點、知識的應用等都體現(xiàn)在案例中，通過案例教學學習的知識是具體實在的，更具有真實感、親切感。案例教學極大提高了學生學習的興趣和主動性，同時加固了學生對新技術的掌握和知識點的理解，取得顯著的教學效果。案例教學在土木工程專業(yè)碩士研究生教學中的應用尚處于摸索階段，值得推廣的方式方法仍在探索中。在教學及隨后的研究生訪談中發(fā)現(xiàn)，本文所述的案例教學仍然存在以下值得改進的方面。

4.1 案例的編寫

教師在授課過程中要解決的首要問題是選取恰當?shù)陌咐齕5]。因為，生動的案例在促進學生領悟新技術的同時可以提高其學習自發(fā)性。合適的案例編寫要求教師具備豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗和扎實的理論基礎。課題組在編寫案例時，通過實地走訪、學生實習等方式，在建筑企業(yè)進行調(diào)研，對研究生所掌握的理論知識在工程實際中的應用情況有了初步了解。為了保證教學案例的實用性和可行性，往屆學生也參加了部分案例的編寫。

4.2 有限的授課學時

在案例教學進程中，研究某一案例時，不免會觸碰很多技術領域，比如建造一棟裝配式建筑，不僅僅包括傳統(tǒng)建筑設計內(nèi)容，還與預制構(gòu)件拆分、節(jié)點連接、構(gòu)件制作、運輸、驗收等諸多規(guī)范有交叉融合[6]，研究生必須有豐富的知識儲備才能學好這一案例。在本次教學實踐中，為改善課時較少的問題，課題組在課前預習階段，通過互聯(lián)網(wǎng)向?qū)W生先行發(fā)送案例資料，使學生在正式上課前有充足的時間熟悉案例，鼓勵其自行搜集資料并針對案例中提及的新技術進行整理，初步構(gòu)建知識網(wǎng)絡[5]。同時，為了引導學生更好地理解案例，將一些簡單的思考題引入了案例資料中。

5 結(jié)語

案例教學在《建筑業(yè)新技術與工法案例》課程中應用取得的教學效果好于預期。將建筑工程的真實工程實踐和理論知識相結(jié)合，通過具體、生動的案例學習，了解建筑業(yè)新技術，激發(fā)學生的學習熱情和主動性，提高了學生在討論分析中理解專業(yè)知識并將其靈活運用的能力，符合土木工程專業(yè)碩士研究生教育和“土木工程師”的培養(yǎng)目的。所編寫的案例在使用過程中也發(fā)現(xiàn)知識點過多、關鍵點不突出等問題，需要不斷完善。同時，作為案例教學的基本案例，本次編寫的7個案例在數(shù)量上存在一定的局限性，在以后的教學實踐中，還需要不斷增加案例數(shù)量，豐富教學案例庫，將案例教學推廣到本專業(yè)研究生教育的更多專業(yè)課程中。