全過程融入工程事故案例增強課堂教學(xué)效果
——以“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程為例

袁 方

（深圳大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，廣東深圳 518060）

“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程涉及工程結(jié)構(gòu)各類荷載概念和滿足結(jié)構(gòu)可靠度要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法兩部分內(nèi)容，是結(jié)構(gòu)理論與數(shù)理統(tǒng)計、概率理論、模糊數(shù)學(xué)等相結(jié)合的一門新興學(xué)科，是銜接基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的橋梁，也是土木工程專業(yè)學(xué)生進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須掌握的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要教學(xué)目的是使學(xué)生熟悉工程結(jié)構(gòu)中常見的各類荷載定義及其特點，掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，理解并運用好《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》以及《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范體系，為今后工程結(jié)構(gòu)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

一、課程教學(xué)過程中存在的問題

“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程自1998 年設(shè)立以來，國內(nèi)多所高校的教學(xué)團隊對這類課程進行了教學(xué)改革探討。李長鳳等對“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程進行了信息化的教學(xué)模式改革，袁敬等對新工科背景下“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”教學(xué)中存在的問題進行了總結(jié)，提出了適應(yīng)于新工科的教學(xué)理念和教學(xué)模式。賈明明和呂大剛提出基于微信的“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程混合教學(xué)模式探索，結(jié)合微信平臺實現(xiàn)多層次和多渠道的混合教學(xué)模式以提高教學(xué)質(zhì)量。筆者亦通過教學(xué)實踐對此課程的教學(xué)現(xiàn)狀作了一些分析。

“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程橫跨數(shù)學(xué)、力學(xué)和土木工程等多個學(xué)科，具有內(nèi)容繁多、理論深奧、各章節(jié)的知識點不夠連貫等特點。這些特點不可避免地導(dǎo)致授課過程中多為“灌輸式”教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中易產(chǎn)生畏難思想和厭學(xué)情緒。同時，本課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)時僅為27 學(xué)時，安排在第四學(xué)期開課，其教學(xué)內(nèi)容很多是后續(xù)專業(yè)課的內(nèi)容。在學(xué)時少、結(jié)構(gòu)知識缺乏的情況下，學(xué)生很難理解課程的具體實際用途，因此對課程的重要性認識不夠，以致出現(xiàn)學(xué)習(xí)效果差的現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)研，學(xué)生在學(xué)習(xí)第一部分（荷載及其相應(yīng)的計算方法）內(nèi)容時新鮮感已大打折扣，而第二部分（結(jié)構(gòu)設(shè)計方法）內(nèi)容理論性強，且沒有具體結(jié)構(gòu)作為講解載體，學(xué)習(xí)起來枯燥乏味、晦澀難懂，這就使得教學(xué)效果不理想，教學(xué)過程面臨困難。

二、課程教學(xué)改革思路

基于上述問題，本文提出以工程事故案例融入“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程的教學(xué)方法，將真實發(fā)生的工程事故案例（如泉州改造酒店倒塌、上海在建樓盤整體倒塌、塔科馬海峽大橋坍塌等）與教學(xué)內(nèi)容有機結(jié)合，做到每一章節(jié)有一個典型工程事故案例，深入分析造成工程事故的原因，能與本課程知識點相關(guān)聯(lián)，如荷載考慮不全、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法不合理等，引發(fā)學(xué)生對工程事故的深層次思考。這種教學(xué)方法具有以下四個特點：①實踐性。對真實的工程事故案例進行剖析，將知識點與工程實踐有機結(jié)合，使學(xué)生掌握各個知識點背后所蘊含的意義；同時有些工程事故案例涉及多個知識點，通過詳細解讀則可以做到知識點的融會貫通，激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的潛力。②生動性。將真實發(fā)生的工程事故引進課堂，進行案例式、啟發(fā)式教學(xué)，使課堂不再是傳統(tǒng)教學(xué)過程中的紙上談兵、空中樓閣，增強學(xué)生課堂上的“獲得感”，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來不再感到枯燥乏味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。③思政性。理解荷載考慮不當(dāng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法不合理等錯誤所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，充分認識本課程的重要性；讓學(xué)生深刻意識到一個不經(jīng)意的疏忽可能會釀造一起重大的工程事故，將課程思政帶進課堂，促進學(xué)生培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，激發(fā)學(xué)生鍛造精益求精的大國工匠素養(yǎng)。④以學(xué)生為中心。通過課前自主搜索資料、課堂上充分討論、課后舉一反三，把課堂交給學(xué)生，真正做到以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

三、課程教學(xué)改革具體舉措

在教學(xué)內(nèi)容方面，全過程融入工程事故案例，讓真實發(fā)生的工程事故案例與教學(xué)內(nèi)容有機結(jié)合，深入分析造成工程事故的原因，并將這些原因與課程知識點進行串聯(lián)，引發(fā)學(xué)生深層次的思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的潛力，解決學(xué)生盲目學(xué)習(xí)、死記硬背的問題。

在教學(xué)方法方面，把握好課前任務(wù)布置、課堂引導(dǎo)與交流互動和課下成果整理的教學(xué)全過程，將學(xué)生搜集的工程事故資料“前置”至課前完成，將傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的課堂討論，將傳統(tǒng)的課后作業(yè)活動轉(zhuǎn)變?yōu)檎n后的舉一反三，并通過課后成果整理和反饋評價，實現(xiàn)課程的不斷總結(jié)完善，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷提高課堂教學(xué)的質(zhì)量。

在課程持續(xù)改進方面，以工程教育專業(yè)認證評估為核心，運用智慧教育手段將課前任務(wù)布置、課堂交流互動、課后總結(jié)整理、團隊合作等納入教學(xué)全過程，從專業(yè)素養(yǎng)、基礎(chǔ)知識、能力提升和知識應(yīng)用等方面進行多角度、全過程、全方位考核并分析達成度，促進課程教學(xué)的持續(xù)改進。

本文所提出的教學(xué)改革舉措旨在解決以下三個方面的關(guān)鍵問題。一是改變“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”枯燥的“灌輸式”教學(xué)模式，使學(xué)生通過工程實踐掌握課程知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；二是針對課程內(nèi)容繁多、理論深奧、各章節(jié)的知識點不夠連貫等特點，通過工程事故案例將知識點進行串聯(lián)并生動地呈現(xiàn)在學(xué)生面前；三是針對課程內(nèi)容理論性強、晦澀難懂等問題，以真實結(jié)構(gòu)作為講解載體，增強學(xué)生對知識點的深入理解。

四、課程教學(xué)改革實施方案

整個教學(xué)過程串聯(lián)了課前分配任務(wù)、課堂互動討論、課后舉一反三環(huán)節(jié)。每堂課后，教師及時與學(xué)生交流，收集學(xué)生對課程的反饋意見，做到課程不斷升華。本課程主要知識點與擬選典型工程案例如表1所示。

表1 擬選典型工程案例

五、典型案例分析

典型案例一：2008 年雪災(zāi)導(dǎo)致眾多加油站倒塌。2008 年雪災(zāi)中，僅中石化江蘇石油分公司就有79 座加油站遭受了不同程度的損失，其中整體坍塌加油站17 座、部分坍塌加油站10 座。那么，是什么原因造成如此大面積的倒塌？為什么加油站這類大跨空間結(jié)構(gòu)易在雪災(zāi)面前“屈服”？如此嚴(yán)重的雪災(zāi)為什么沒有出現(xiàn)在寒冷的北方，而是出現(xiàn)在長江中下游地區(qū)？

通過這個案例作業(yè)，教師引導(dǎo)學(xué)生對雪荷載這一知識點進行深入思考，加深學(xué)生對知識點的理解，拓寬學(xué)生的知識面。學(xué)生根據(jù)積雪深度、各地有差異的積雪密度自行計算實時雪壓，并與規(guī)范中的當(dāng)?shù)?0 年與100 年的基本雪壓值進行對比。通過新老規(guī)范關(guān)于基本雪壓值取值的說明，讓學(xué)生意識到新老規(guī)范的變遷和掌握前沿規(guī)范的重要性。引導(dǎo)學(xué)生在查閱資料的過程中，了解造成長江流域雪災(zāi)的“厄爾尼諾現(xiàn)象”和“拉尼娜事件”。對于此案例，學(xué)生不僅要意識到從設(shè)計層面提高大跨空間結(jié)構(gòu)的韌性和災(zāi)害抵御能力的重要性，而且要懂得嚴(yán)格施工、加強運維養(yǎng)護的重要性。

典型案例二：深圳賽格大廈異常“抖動”。2021年5 月18 日，深圳市福田區(qū)華強北街道賽格大廈出現(xiàn)搖晃，樓內(nèi)工作的人紛紛向下逃離，引發(fā)社會關(guān)注。值得注意的是，5 月18 日中午在深圳和周邊地區(qū)并沒有發(fā)生地震，氣象臺也稱深圳市福田區(qū)賽格大廈附近的風(fēng)速大約只有5 級，周邊地區(qū)也并沒有地鐵或其他地下工程施工。那么，引起大樓異?；蝿拥脑蚴鞘裁茨?？

通過這個案例作業(yè)，使學(xué)生了解發(fā)生在自己身邊的工程事故案例，激發(fā)學(xué)生探索的興趣，從而加深學(xué)生對知識點的理解。從分析異?！岸秳印钡脑虻教岢鱿冗M的檢測方法再到預(yù)防這類事件再次發(fā)生的措施，鍛煉學(xué)生提出問題、分析問題并解決問題的能力。這一事件雖然存在偶然性，但是常年高負荷服役又造成了結(jié)構(gòu)性能下降的必然性，從中使學(xué)生深刻理解對建筑進行定期檢查并修復(fù)、加強運維養(yǎng)護的重要性。

典型案例三：房屋改造引發(fā)的悲劇——“金玉裝修、敗絮結(jié)構(gòu)”。2022 年4 月29 日，長沙當(dāng)?shù)匾粭澙鲜綐欠客蝗话l(fā)生倒塌，造成53 人遇難。事故調(diào)查結(jié)果顯示，業(yè)主私自加層，增加了房屋的承重負擔(dān)，并對房屋有不同程度的結(jié)構(gòu)改動，致使結(jié)構(gòu)超出了房屋承載能力，這也是造成事故發(fā)生的主要原因。類似的悲劇時有發(fā)生：泉州欣佳酒店因私自維修改造于2020 年3月7 日發(fā)生倒塌，造成29 人死亡；山西臨汾飯店也因私自改造于2020 年8 月29 日發(fā)生坍塌，同樣造成29人遇難。假如我們同學(xué)將來是一名結(jié)構(gòu)設(shè)計師，該如何避免違規(guī)改造擴建導(dǎo)致的悲??？

通過這些案例作業(yè)，學(xué)生意識到私自改造擴建房屋的危害，教師引導(dǎo)學(xué)生從工程結(jié)構(gòu)可靠度的角度對房屋結(jié)構(gòu)的安全性進行分析，涵蓋荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩部分內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)改造過程中，不僅要考慮到荷載的變化，而且要關(guān)注結(jié)構(gòu)性能的劣化現(xiàn)象。教師通過學(xué)生的資料搜索和課堂討論，啟發(fā)學(xué)生要恪守職責(zé)，心存敬畏之心，堅守職業(yè)道德底線，不能圖一時的利益觸犯安全底線，要把工程安全事故扼殺在萌芽階段，幫助學(xué)生練就超前的設(shè)計理念，鍛造學(xué)生追求卓越的大國工匠精神。

六、結(jié)語

“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法”課程教學(xué)改革致力于通過工程事故案例教學(xué)把目標(biāo)導(dǎo)向引入課堂，以學(xué)生為中心，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的難題，避免出現(xiàn)對規(guī)范條文生搬硬套、死記硬背的現(xiàn)象，讓學(xué)生在理解基本原理的基礎(chǔ)上掌握知識。教師通過工程事故案例的啟示作用，樹立學(xué)生正確的世界觀、人生觀和價值觀，激發(fā)學(xué)生主動探索、主動實踐、主動創(chuàng)新的能力，從而使學(xué)生成為具有使命感和責(zé)任感的社會主義建設(shè)者和接班人。