PBL 教學(xué)模式在建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的應(yīng)用

文／宋永芳 浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 碩士研究生

倪鈺薦 浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 碩士研究生

引言

建筑結(jié)構(gòu)課程是建筑類專業(yè)的核心課程之一，涉及的學(xué)科范圍較廣，是一門具有強(qiáng)理論性和實(shí)踐性的綜合性課程。通過課程理論教學(xué)，學(xué)生可以掌握多種不同類型結(jié)構(gòu)的基本概念、構(gòu)件的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)原則，學(xué)會(huì)識(shí)讀、分析及繪制不同類型的結(jié)構(gòu)施工圖；通過課程實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生可以提升運(yùn)用建筑結(jié)構(gòu)知識(shí)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集等知識(shí)處理建筑工程技術(shù)的分析和解決能力。PBL 教學(xué)模式對(duì)于培養(yǎng)建筑專業(yè)人才具有重要促進(jìn)意義，在此模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)課程改革，可為其課堂教學(xué)注入新的活力，以適應(yīng)不斷發(fā)展的建筑行業(yè)需求。

1 PBL 模式概述

1.1 PBL 模式的內(nèi)涵

1 9 6 9 年，P B L（P r o b l e m-b a s e d Learning）教學(xué)模式首次被應(yīng)用到世界著名學(xué)府Mc Master University 的醫(yī)學(xué)培訓(xùn)方案中。作為一種以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，它不同于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即由教師針對(duì)一個(gè)主題做理論講解，然后討論其在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。其主要步驟是通過設(shè)置真實(shí)性任務(wù)，以學(xué)生為中心，在教師的指導(dǎo)下，由小組共同參與針對(duì)某一任務(wù)進(jìn)行研究與思考[1]。在PBL 教學(xué)過程中，學(xué)生主動(dòng)去解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問題，在此過程中掌握識(shí)別相關(guān)主題來(lái)學(xué)習(xí)解決問題。與傳統(tǒng)的教學(xué)方法相比，PBL 模式具有幫助學(xué)生提高批判性思維、溝通能力和團(tuán)隊(duì)工作能力的優(yōu)勢(shì)[2]。PBL 模式最初應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué)，后逐步轉(zhuǎn)向其他領(lǐng)域的教育，如食品學(xué)、工程實(shí)踐、建筑學(xué)、大學(xué)英語(yǔ)等，大多有一定的發(fā)展但并不成熟。

1.2 PBL 模式的輔助措施

學(xué)生通過PBL 模式掌握的知識(shí)是廣泛且深刻的，但對(duì)于一些傳統(tǒng)的基礎(chǔ)的學(xué)科知識(shí)來(lái)說，PBL 教學(xué)模式存在一定的弊端，因此需要一定的輔助措施來(lái)提高PBL 教學(xué)模式的效果。首先需要安排若干次傳統(tǒng)的知識(shí)講授，主要讓學(xué)生了解學(xué)科的基本概念與原理、核心知識(shí)及最新的發(fā)展情況。其次要加強(qiáng)基礎(chǔ)技能的培訓(xùn)與現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用。例如，在建筑結(jié)構(gòu)課程中，PBL 模式關(guān)注的問題一般是涉及基層工程單位的工程實(shí)際問題，這就要求學(xué)生需要掌握如建筑制圖基礎(chǔ)技能、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技能等。最后還要開設(shè)不同類型的選修課，補(bǔ)充某些基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)或人文學(xué)科等知識(shí)。例如建筑作為藝術(shù)表達(dá)的一種形式，對(duì)構(gòu)圖、比例、尺度、色彩、質(zhì)感和空間感都有較高的要求。

2 建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀

目前我國(guó)大部分院校在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)時(shí)，仍然采用的是教師講解現(xiàn)有教材上的理論知識(shí)，在課程上進(jìn)行案例分析后，學(xué)生課下完成一定的書面作業(yè)，在課程中后期進(jìn)行較少學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)，最后通過實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)將知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐。但在課程實(shí)際教學(xué)過程中這種方式的弊端已日益凸顯：

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)存在弊端

大部分院校建筑結(jié)構(gòu)課程的教材使用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)單地將傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、建筑抗震等幾門課程拼湊在一起，割裂了知識(shí)的銜接性。以大多數(shù)院校采用的《大學(xué)教材：建筑結(jié)構(gòu)》為例，該教材共16 章節(jié)的內(nèi)容，基本涵蓋了所有的建筑結(jié)構(gòu)。同時(shí)課程教材中抽象的計(jì)算模型缺乏實(shí)際構(gòu)件的對(duì)比，與實(shí)際圖紙分離，尚未擺脫以培養(yǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人才為目標(biāo)的內(nèi)容框架。在學(xué)時(shí)安排上一般院校會(huì)在一個(gè)學(xué)期內(nèi)使用64 或72 左右的學(xué)時(shí)完成該課程的教授，由于課程內(nèi)容較多，難度較大，這一設(shè)計(jì)不利于保證教學(xué)效果。

2.2 教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新性

大部分院校建筑結(jié)構(gòu)課程一般由土木專業(yè)的老師來(lái)承擔(dān)，缺乏建筑專業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在教學(xué)過程中未對(duì)課程進(jìn)行合理分析與規(guī)劃，單一地使用講授法進(jìn)行教學(xué)，使得原本晦澀難懂的課程更加索然無(wú)味，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降。而部分年輕教師在教學(xué)方法及專業(yè)表達(dá)方面存在不足，導(dǎo)致其在講解重點(diǎn)知識(shí)過程中不夠細(xì)致與深入，無(wú)法在已有工程案例的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用分析，使得學(xué)生在課后復(fù)習(xí)與運(yùn)用過程中存在困難。

2.3 理論與實(shí)際運(yùn)用脫節(jié)

盡管部分院校會(huì)安排部分實(shí)訓(xùn)課程，但大多流于形式或安排較為簡(jiǎn)單的構(gòu)件設(shè)計(jì)，例如樓蓋或樓梯的基本構(gòu)件設(shè)計(jì)，而老師并未帶領(lǐng)學(xué)生深入?yún)⑴c并解決某一實(shí)際且較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問題。并且實(shí)踐教學(xué)一般放在理論教學(xué)結(jié)束過后，學(xué)生在學(xué)完所有的理論知識(shí)過后才進(jìn)入到實(shí)踐工程中去了解。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)就能進(jìn)入實(shí)際工程中去觀察體驗(yàn)，與實(shí)際工作人員進(jìn)行交流，一些抽象復(fù)雜的知識(shí)可能更利于學(xué)生吸收與消化，也有利于激發(fā)學(xué)習(xí)積極性。

2.4 評(píng)價(jià)考核形式單一化

課程考核是檢驗(yàn)學(xué)生理論知識(shí)和實(shí)踐技能掌握程度的一種手段，通過分析部分院校的建筑結(jié)構(gòu)課程標(biāo)準(zhǔn)可以發(fā)現(xiàn)其課程考核一般注重考察平時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤率、試卷考核等三方面內(nèi)容，按照不同的比例對(duì)學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的分?jǐn)?shù)測(cè)評(píng)。因此，建筑結(jié)構(gòu)課程考核存在形式與內(nèi)容單一、評(píng)價(jià)主體與評(píng)價(jià)維度單一的問題，同時(shí)院校并未結(jié)合建筑行業(yè)的用人標(biāo)準(zhǔn)去分析評(píng)價(jià)學(xué)生，導(dǎo)致培養(yǎng)出的人才無(wú)法滿足企業(yè)需求。而試卷考核一般由授課教師出題采取卷面考試的形式，以學(xué)生的卷面成績(jī)作為考核依據(jù)，忽視對(duì)學(xué)生建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際能力，缺乏行業(yè)企業(yè)人員及第三方機(jī)構(gòu)等多元主體評(píng)價(jià)，使其未能與崗位標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)接，不利于學(xué)生快速進(jìn)入勞動(dòng)力市場(chǎng)，同時(shí)削弱了考核的激勵(lì)與導(dǎo)向功能。

3 PBL 模式在建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中的應(yīng)用

針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，將PBL 教學(xué)模式引入其中，可以提前將學(xué)生社會(huì)化和角色化，使其掌握完成建筑項(xiàng)目的能力。其次PBL 模式培養(yǎng)出來(lái)的人才能夠在實(shí)際工作中快速融入項(xiàng)目，不需要像傳統(tǒng)教學(xué)一樣進(jìn)行崗前培訓(xùn)，節(jié)約了人力物力。

3.1 加強(qiáng)課程前期指導(dǎo)

建筑結(jié)構(gòu)課程期讓學(xué)生了解建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則與相關(guān)的課程概念，教師在理論傳授前布置相關(guān)任務(wù)，讓學(xué)生以問題為導(dǎo)向進(jìn)行預(yù)習(xí)與聽課，使得每節(jié)課呈現(xiàn)較強(qiáng)的任務(wù)導(dǎo)向。教師還得為學(xué)生制定相關(guān)的“任務(wù)書”，明確可參考的圖集、案例等，提供任務(wù)完成思路，在任務(wù)書上還需提供其他參考資料、相關(guān)的CAD 圖紙、BIM 模型庫(kù)及相關(guān)的公眾號(hào)資源以拓展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域。還可利用慕課資源、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代化信息技術(shù)幫助學(xué)生為后續(xù)課程做好準(zhǔn)備。

3.2 進(jìn)行結(jié)構(gòu)“任務(wù)”劃分

建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)模塊可根據(jù)其課程目標(biāo)從建筑結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件、鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土單層工業(yè)廠房、砌體結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)等實(shí)施“單項(xiàng)任務(wù)”，而后從建筑結(jié)構(gòu)類型出發(fā)設(shè)置“專項(xiàng)任務(wù)”，最后結(jié)合實(shí)訓(xùn)任務(wù)進(jìn)行完成建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作，讓學(xué)生將建筑結(jié)構(gòu)的理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際工程的設(shè)計(jì)與制作中，進(jìn)行實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)人才的培養(yǎng)，具體見圖1。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)任務(wù)劃分分類示例（圖片來(lái)源：作者自繪）

3.3 合理分配小組任務(wù)

PBL 教學(xué)模式下的任務(wù)通常是由3 ～4 人共同合作完成，同一任務(wù)可由一個(gè)小組或多個(gè)小組完成。其中單項(xiàng)任務(wù)可根據(jù)其種類分別由不同的小組完成，或者由各小組主動(dòng)挑選，最后各組進(jìn)行各自成果交流，在交流過程中要注重教師的指導(dǎo)，面對(duì)較為復(fù)雜的任務(wù)時(shí)教師可幫助學(xué)生進(jìn)行最后的成果總結(jié)，以幫助未參與到該任務(wù)的小組成員完成知識(shí)的內(nèi)化過程[3]。比如讓某一小組的學(xué)生完成整體式單向板肋形樓蓋設(shè)計(jì)，小組的學(xué)生需要完成樓蓋結(jié)構(gòu)平面布置、板的設(shè)計(jì)、次梁設(shè)計(jì)及主梁設(shè)計(jì)等，進(jìn)而完成設(shè)計(jì)圖紙（圖2）。由于單項(xiàng)任務(wù)分布范圍較廣，分布給不同的小組完成可以提高教學(xué)效率，并且提高各成員的合作學(xué)習(xí)能力。成果交流可以鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力與組織能力。同一專題任務(wù)可布置給多個(gè)小組，由于一個(gè)專題涉及的范圍較廣，各小組可以觀察其他小組的研究成果以發(fā)現(xiàn)自己的不足之處。同時(shí)在成果交流過程中教師要引發(fā)學(xué)生的討論，重點(diǎn)關(guān)注其在實(shí)際過程中的運(yùn)用。盡管任務(wù)由小組共同完成，但課堂作業(yè)以個(gè)人作業(yè)的方式提交，作為考核內(nèi)容的一部分，避免造成不公正的結(jié)果。

圖2 整體式單向板肋形樓蓋設(shè)計(jì)圖示例（圖片來(lái)源：作者自繪）

3.4 加強(qiáng)教學(xué)過程管理

在PBL 教學(xué)模式的基礎(chǔ)上完善教學(xué)過程，在以問題為導(dǎo)向的基礎(chǔ)上采用多樣化教學(xué)方法，如啟發(fā)式教學(xué)法、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法、小組合作教學(xué)法。提高實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)比例，可通過數(shù)字手段模擬建筑環(huán)境或直接到實(shí)地進(jìn)行學(xué)習(xí)。或在某一階段性的課程結(jié)束之后就帶其參觀相應(yīng)的建筑實(shí)物，進(jìn)而了解各框架結(jié)構(gòu)。有條件的學(xué)校和教師可承接某一項(xiàng)目工程，讓學(xué)生參與項(xiàng)目建造的全過程及后續(xù)管理過程。

3.5 加強(qiáng)現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用

PBL 教學(xué)模式配合輔助措施可以保證更好的教學(xué)效果。在傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，教師一般只簡(jiǎn)單地運(yùn)用投影儀、多媒體等資源向?qū)W生呈現(xiàn)一些專業(yè)構(gòu)件的圖片，這使得一些立體圖形只有平面圖和剖面圖的展示。而建筑結(jié)構(gòu)課程作為核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，應(yīng)充分利用現(xiàn)代化技術(shù)手段建立網(wǎng)絡(luò)課程資源庫(kù)，為學(xué)生解決任務(wù)提供多方面的途徑。比如在介紹鋼筋混凝土構(gòu)件綜合設(shè)計(jì)及施工圖識(shí)讀時(shí)，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生模擬真實(shí)的設(shè)計(jì)環(huán)境[4]。還可利用BIM、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等進(jìn)行建筑繪圖、模型、動(dòng)畫等加強(qiáng)學(xué)生的立體認(rèn)知，以保證更好的課程教學(xué)效果。

3.6 改革已有評(píng)價(jià)機(jī)制

實(shí)施PBL 教學(xué)模式的主要目的在于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)問題及任務(wù)的理解，使得學(xué)生運(yùn)用自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的方法去構(gòu)建自身的知識(shí)體系，并將其運(yùn)用至實(shí)際工程操作中。因此在考核方式上要體現(xiàn)復(fù)合式、全程式及多元式。復(fù)合式是指增加課堂理論測(cè)驗(yàn)與實(shí)際運(yùn)用測(cè)試，將平時(shí)任務(wù)完成成績(jī)與期末成績(jī)、建筑結(jié)構(gòu)課程中的量化指標(biāo)與非量化指標(biāo)結(jié)合起來(lái)。全程式是指考核貫穿始終，除了定期的測(cè)驗(yàn)外，日常表現(xiàn)、課堂作業(yè)、小組任務(wù)完成情況均納入考核范圍。多元式則是考核的內(nèi)容多元化，如基本的混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)能力、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖制作能力及相應(yīng)的理論知識(shí)。在評(píng)價(jià)主體上，可由教師、學(xué)生本人、小組成員及專業(yè)技術(shù)人員等承擔(dān)，教師通過學(xué)生的過程表現(xiàn)評(píng)估學(xué)生的實(shí)際掌握能力，學(xué)生個(gè)人對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行評(píng)估，小組成員通過觀察任務(wù)解決過程中的具體表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，專業(yè)技術(shù)人員以學(xué)生最后的實(shí)際操作進(jìn)行評(píng)估。這一機(jī)制可較大程度上體現(xiàn)學(xué)生知識(shí)的實(shí)際掌握與運(yùn)用情況。

結(jié)語(yǔ)

學(xué)生通過系統(tǒng)地學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)課程，能夠獲得扎實(shí)的建筑理論知識(shí)，掌握不同類型構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)從理論學(xué)習(xí)到實(shí)際運(yùn)用的過渡，提高了學(xué)生解決實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)問題的能力。而PBL教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，以問題為導(dǎo)向，在小組合作的基礎(chǔ)上去解決問題，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)合作與實(shí)際問題解決能力，有利于以操作性、實(shí)踐性為主的建筑應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。