研究生“現(xiàn)代裝配式建筑”課程教學(xué)初探

崔兆彥　喬丙蕾　周愛萍

［摘 要］ 現(xiàn)代裝配式建筑具有低碳環(huán)保、綠色節(jié)能、裝配化程度高等顯著優(yōu)勢，不僅符合國家的“雙碳”目標(biāo)要求，而且對于破解當(dāng)前資源和能源限制難題維護(hù)我國生態(tài)文明建設(shè)也意義重大。為推進(jìn)我國城鎮(zhèn)化建設(shè)、提高城市土地利用率，現(xiàn)代裝配式建筑正向高層、超高層領(lǐng)域快速發(fā)展。這就要求高校畢業(yè)生不僅具備基本的結(jié)構(gòu)理論知識，對于當(dāng)前建筑新技術(shù)和新研究的發(fā)展也要有清晰的認(rèn)知。為此，南京林業(yè)大學(xué)特開設(shè)“現(xiàn)代裝配式建筑”課程，旨在提高碩士研究生的最新裝配式結(jié)構(gòu)建造工藝、技術(shù)以及相關(guān)理論知識水平，為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展提供重要的人才支撐。

［關(guān)鍵詞］ 現(xiàn)代裝配式建筑；“雙碳”目標(biāo)；研究生教育；教學(xué)改革

［基金項目］ 2021年度南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“火災(zāi)下重組竹鋼填板螺栓節(jié)點失效機理研究”（2021NFUSPITP0596）

［作者簡介］ 崔兆彥（1989—），男，山東東平人，博士，南京林業(yè)大學(xué)生物質(zhì)材料國家地方聯(lián)合工程研究中心助理研究員，主要從事現(xiàn)代竹木結(jié)構(gòu)設(shè)計與理論研究。

［中圖分類號］ G643.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）24-0149-04［收稿日期］ 2022-11-12

引言

高質(zhì)量發(fā)展是“十四五”規(guī)劃乃至更長時期我國經(jīng)濟社會發(fā)展的主題。黨的二十大報告提出，要“統(tǒng)籌產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、污染治理、生態(tài)保護(hù)、應(yīng)對氣候變化，協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴綠、增長，推進(jìn)生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展。”［1］為新時代下高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。第75屆聯(lián)合國大會上，我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)，展現(xiàn)了應(yīng)對氣候變化的堅定決心，我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟社會運轉(zhuǎn)方式也將產(chǎn)生深刻變革［2］。

根據(jù)《2021中國建筑能耗與碳排放研究報告》，我國建筑全過程碳排放量占到全國總碳排放量的50.6%（建筑材料生產(chǎn)階段占28.0%，建筑施工階段占1.0%，建筑運行階段占21.6%）。建筑業(yè)減少碳排放已成為我國實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)關(guān)鍵的一環(huán)，對全方位邁向低碳社會、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。發(fā)展綠色建筑與綠色建材是我國社會經(jīng)濟綠色低碳轉(zhuǎn)型的必然要求［3］。

現(xiàn)代裝配式建筑具有低碳環(huán)保、綠色節(jié)能、裝配化程度高等顯著優(yōu)勢，符合我國建筑高質(zhì)量發(fā)展和“雙碳”發(fā)展的目標(biāo)要求。現(xiàn)代裝配式建筑主要包括預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑等，因為采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理、智能化應(yīng)用，是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式的代表［4-5］。因此，鑒于當(dāng)前我國在引領(lǐng)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展方向及重點布局方面做出的調(diào)整，建筑業(yè)對于裝配式建筑人才的需求空前猛增，缺口較大。為高質(zhì)量培養(yǎng)裝配式建筑行業(yè)人才，我校特開設(shè)“現(xiàn)代裝配式建筑”這門課程。目前，裝配式建筑相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)主要集中在大專院校及普通本科階段，研究生階段開設(shè)此類課程的相對較少，這就導(dǎo)致可供參考的教材及教學(xué)大綱相對不足［6-7］。經(jīng)過我校教師多方調(diào)研、咨詢及思考，最終采用課題式教學(xué)法，課程內(nèi)容主要包括裝配式竹木結(jié)構(gòu)、裝配式混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑以及現(xiàn)代裝配式建筑中幾種主要結(jié)構(gòu)形式的研究方向和最新研究成果等，旨在教授碩士研究生裝配式結(jié)構(gòu)建造工藝、技術(shù)以及相關(guān)理論知識，為我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展提供重要的人才支撐。

一、課程開設(shè)的重點和難點

研究生教育不同于本科生教育，屬于專業(yè)教育的范疇，需要引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，有目的、有方向地進(jìn)行研究學(xué)習(xí)［8］。力爭卓越，爭創(chuàng)一流，是時代賦予我國高等教育院校的歷史使命，也是其促進(jìn)社會發(fā)展的內(nèi)在動力。研究生教育的目的是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才，其核心在于創(chuàng)新。基于此，“現(xiàn)代裝配式建筑”這門課程開設(shè)的重點和難點在于：一方面，要讓學(xué)生理解和掌握當(dāng)前裝配式建筑基本的建造方法和理論知識；另一方面，通過講座報告的形式對最新國內(nèi)研究現(xiàn)狀進(jìn)行普及教育，充分調(diào)動學(xué)生的研究興趣，激發(fā)學(xué)生主動探索和創(chuàng)新積極性。本課程主要以授課和探索為基礎(chǔ)，以專業(yè)知識和前沿領(lǐng)域研究為重點。因授課對象主要為專業(yè)型碩士，其目的是培養(yǎng)具有扎實理論基礎(chǔ)，并適應(yīng)土木行業(yè)需要的應(yīng)用型高層次人才，所以授課的內(nèi)容既要保證研究領(lǐng)域的前沿性，又要具有科普性，使得相關(guān)專業(yè)方向的研究生都能夠吃透，即平衡好難度、廣度和深度，處理好專業(yè)教育與通識教育的關(guān)系，互相兼顧［9］。同時，本課程應(yīng)該與普通的專業(yè)課程有所區(qū)別，考核內(nèi)容包括出勤率、中期匯報和課程論文。其中，中期匯報以小組討論的形式展開，授課教師分配小組，對不同小組分配不同的研究課題。分組匯報有利于培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力，幫助學(xué)生領(lǐng)悟團隊合作的精神內(nèi)涵。

二、課程內(nèi)容探究

“現(xiàn)代裝配式建筑”不同于土木專業(yè)開設(shè)的“彈塑性力學(xué)”“結(jié)構(gòu)動力學(xué)”等理論性較強的課程，學(xué)習(xí)方法更加注重探索性和研究性。在掌握了解國內(nèi)外裝配式建筑發(fā)展的現(xiàn)狀后，學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)查閱以及網(wǎng)站檢索等方式，學(xué)習(xí)現(xiàn)代裝配式建筑概念、分類，并對發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析；掌握現(xiàn)代裝配式建筑基本的理論知識和專業(yè)名詞；有針對性地討論現(xiàn)代裝配式建筑及關(guān)鍵部分抗震、抗火及耐久性領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。本課程主要的教學(xué)內(nèi)容可以分為四個部分。

1.概述。首先，給學(xué)生講明“現(xiàn)代裝配式建筑”課程總體規(guī)劃，包括每周授課內(nèi)容主題、考核依據(jù)以及課程要求。其次，明確給出現(xiàn)代裝配式建筑的概念、分類和發(fā)展現(xiàn)狀分析，讓學(xué)生對課程內(nèi)容有個初步的了解。最后，通過模擬建設(shè)工程場景以及展示建筑背后的理論知識，學(xué)生要知其然、知其所以然，產(chǎn)生主動探究學(xué)習(xí)的興趣。

2.現(xiàn)代裝配式竹木結(jié)構(gòu)概述及進(jìn)展，以工程竹螺栓節(jié)點抗火性能研究為例。首先，該部分將系統(tǒng)地從現(xiàn)代裝配式竹木結(jié)構(gòu)概念、結(jié)構(gòu)用材、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計及構(gòu)造措施、施工工藝以及結(jié)構(gòu)防火防腐措施等5方面介紹裝配式竹木結(jié)構(gòu)體系，討論現(xiàn)代裝配式竹木結(jié)構(gòu)與我校特色學(xué)科的有機結(jié)合和未來發(fā)展。其次，以工程竹螺栓節(jié)點抗火性能研究為例，聚焦關(guān)鍵科學(xué)問題研究的背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出切實可行的研究內(nèi)容和試驗方案。此外，詳細(xì)闡述了科學(xué)研究的主要思路：材料性能試驗、螺栓節(jié)點力學(xué)和抗火性能試驗、有限元分析以及設(shè)計方法集成。最后，討論現(xiàn)代裝配式竹結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部分防火領(lǐng)域未來發(fā)展方向。

3.現(xiàn)代裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概述及進(jìn)展，以裝配式混凝土框架節(jié)點基本性能研究為例。該部分主要講解現(xiàn)代裝配式鋼筋混凝土概況、分類和發(fā)展現(xiàn)狀分析。首先，介紹現(xiàn)代裝配式框架結(jié)構(gòu)體系發(fā)展歷程、技術(shù)體系、關(guān)鍵構(gòu)件的生產(chǎn)工藝和安裝操作流程，以及現(xiàn)代裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點連接形式，以視頻形式讓學(xué)生切實了解裝配式梁、柱等構(gòu)件具體的生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝過程。其次，以裝配式混凝土框架節(jié)點基本性能研究進(jìn)展為例，展示裝配式混凝土框架節(jié)點基本性能試驗研究，包括裝配式濕連接混凝土框架節(jié)點和裝配式干連接混凝土框架節(jié)點發(fā)展現(xiàn)狀、裝配式混凝土框架節(jié)點數(shù)值模擬方法，即基于梁柱桿系單元的分析方法和基于三維實體單元的分析方法。最后，講解裝配式混凝土框架節(jié)點設(shè)計方法。

4.現(xiàn)代裝配式鋼結(jié)構(gòu)概述及進(jìn)展，以高強高熱阻發(fā)泡混凝土輕鋼結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)及其應(yīng)用為例。首先，簡單講解現(xiàn)代裝配式鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的歷史、代表性人物以及發(fā)展的背景和現(xiàn)狀，了解現(xiàn)代裝配式鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展優(yōu)勢、技術(shù)研發(fā)和主要裝配式形式，討論其未來發(fā)展方向和技術(shù)體系、被動房的概念和發(fā)展趨勢。其次，以高強高熱阻發(fā)泡混凝土輕鋼結(jié)構(gòu)體系的開發(fā)及其應(yīng)用為例，分類講解高強高熱阻發(fā)泡混凝土、裝配整體式秸稈板輕鋼高強發(fā)泡混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系、預(yù)制輕質(zhì)高強發(fā)泡混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)被動房體系、預(yù)制高強發(fā)泡混凝土填充墻板等。最后，總結(jié)概括裝配輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展和應(yīng)用的方向，致力于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān)，以視頻形式切實了解現(xiàn)代裝配式鋼結(jié)構(gòu)梁、柱等構(gòu)件具體的生產(chǎn)和現(xiàn)場安裝過程。

在教學(xué)過程中，筆者首次嘗試采用課題式教學(xué)法，將“現(xiàn)代裝配式建筑”這門課程分為3個主要課題進(jìn)行講解。后期學(xué)生匯報和論文也要圍繞這3個課題進(jìn)行撰寫和匯報。考慮到“現(xiàn)代裝配式建筑”課程特點，輔以探究式和研究型相結(jié)合的教學(xué)方法，授課過程采用視頻動畫、實地參觀、形象生動的畫面、查閱文獻(xiàn)資料等方法。最后，根據(jù)研究報告、多媒體匯報、答辯情況、方案討論情況等，對學(xué)生分層次進(jìn)行綜合評定。

三、課題式教學(xué)方法的應(yīng)用

所謂課題式教學(xué)法，就是將學(xué)習(xí)、設(shè)計和研究相結(jié)合，將其始終貫穿課程之中的一種教學(xué)方法。它不同于傳統(tǒng)的“滿堂灌”和“填鴨式”的教學(xué)模式，而是充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。在教師的指導(dǎo)和幫助下，學(xué)生通過團隊合作、自主探究，積極高效地完成課程任務(wù)。課題式教學(xué)法可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、設(shè)計能力、科研能力、團隊協(xié)作能力以及組織匯報能力。它不僅是一種具體的教學(xué)方式，也是蘊含現(xiàn)代教學(xué)理念的教學(xué)思想。因此，在大學(xué)課程教學(xué)，尤其是研究生教學(xué)中推廣使用，具有重要的意義和價值。

如前文所述，“現(xiàn)代裝配式建筑”有別于其他理論性較強的研究生課程，更加注重探索性和研究性，因此對于課程背景的講解尤為重要，即課程的現(xiàn)實意義和科學(xué)價值到底是什么？為什么要開設(shè)這門課程？這是任課教師要回答的重要問題。這就好比課題申報時立項的背景和意義。為什么要選擇這一課題進(jìn)行研究？只有回答好這個問題，項目評審的專家才明白項目研究的關(guān)鍵科學(xué)問題和工程使用價值。對于課堂授課同樣如此，授課教師在開課之初就要從宏觀上對課程產(chǎn)生的背景和意義、學(xué)習(xí)的必要性和重要性解釋清楚，這樣學(xué)生才能有的放矢，真正明白這門課程的價值在哪里，從而調(diào)動起學(xué)習(xí)的積極性。

在掌握了課程開設(shè)的意義和價值之后，就開始了后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)。對于“現(xiàn)代裝配式建筑”這門課程，筆者主要分3個主要課題進(jìn)行講解。每個課題既相互獨立又具有很強的相關(guān)性，共同構(gòu)建了“現(xiàn)代裝配式建筑”課程體系，內(nèi)容層層遞進(jìn)，每個課題都設(shè)有一個具體的研究方向，直至完成整個課程的授課工作。對于課題式教學(xué)法而言，核心是問題，對教師提出了較高的要求，這就要求任課教師清晰把握課程相關(guān)課題的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀，同時能夠講解清楚相關(guān)理論和重要概念。課題式教學(xué)不是簡單地傳遞研究者的觀點和成果，而是教師對于具體問題進(jìn)行策劃、重構(gòu)、再創(chuàng)造的過程。在這一過程中，教師要發(fā)揮主導(dǎo)作用。這不僅僅要求教師和學(xué)生做到傳統(tǒng)的“教、學(xué)、做”的有機結(jié)合，還要有發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力、思維能力和團隊協(xié)作能力。而要做到這一點，教師必須在每個子課題的開始就引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題，學(xué)會獨立思考問題，并做好反思。

課題式教學(xué)法改變了傳統(tǒng)的教師“填鴨式”的授課模式，大大增加了課堂教學(xué)的空間尺度和彈性。無論這門課程的課時安排多少，教師都可以按照既定的模式有序開展。當(dāng)課時安排比較少時，教師可以采用粗線條方式，但需要學(xué)生課后花費更多的時間和精力。課時安排比較多時，教師則可以圍繞具體的研究課題深入剖析，細(xì)節(jié)化展示概念、定理的推導(dǎo)過程，這才是真正意義上的教學(xué)的再創(chuàng)造。南京林業(yè)大學(xué)為“現(xiàn)代裝配式建筑”這門課程安排了48學(xué)時，時長合適，既可以完成三大研究課題，又能讓學(xué)生有足夠的課余時間準(zhǔn)備課程論文和匯報，教學(xué)成效顯著。

結(jié)語

將“現(xiàn)代裝配式建筑”這門課程納入研究生培養(yǎng)方案，通過該課程訓(xùn)練學(xué)生的思維方式、進(jìn)行研究體驗和探索、初步領(lǐng)會探索性學(xué)習(xí)方式，從而讓學(xué)生領(lǐng)悟團隊合作的精神內(nèi)涵，掌握現(xiàn)代裝配式建筑基本學(xué)科知識，了解學(xué)科前沿問題，培養(yǎng)崇尚科學(xué)、勇于探索的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，這是南京林業(yè)大學(xué)設(shè)置這門課程的初衷和目標(biāo)任務(wù)。

將課題式教學(xué)法融入“現(xiàn)代裝配式建筑”這門課程，可以有效增加課堂教學(xué)的彈性，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。在教師的指導(dǎo)和幫助下，學(xué)生通過團隊合作、自主探究，學(xué)習(xí)效果顯著，掌握了最新裝配式結(jié)構(gòu)建造工藝、技術(shù)以及相關(guān)理論知識水平，為我國建筑業(yè)轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展提供重要的人才支撐。

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Preliminary Study on the Teaching of Graduate Course of Modern Prefabricated Architecture

CUI Zhao-yan1， QIAO Bing-lei2， ZHOU Ai-ping1

（1. National-provincial Joint Engineering Research Center of Electromechanical Product Packaging， Nanjing Forestry University， Nanjing， Jiangsu 210037， China; 2. Teaching and research office，

Songyang Branch， Nanjing Yangzi No.1 Middle School， Nanjing， Jiangsu 210044， China）

Abstract： Modern prefabricated buildings have significant advantages of low carbon environmental protection， green energy saving and high degree of assembly. They are not only in line with the national strategy of double carbon goal， but also of great significance for cracking the current resource and energy restrictions and maintaining the construction of ecological civilization in China. In order to promote Chinas urbanization construction and improve the utilization rate of urban land， modern prefabricated buildings are rapidly developing into high-rise and super-high-rise buildings， which requires college graduates not only to have basic knowledge in civil engineering theory， but also to have a clear understanding of the current development of new construction technology and new research. To this end， Nanjing Forestry University set up the course， Modern Prefabricated Architecture， which aims to improve graduate students knowledge of the latest prefabricated structure construction technology， technology and relevant theoretical knowledge， and provide important talent support for the transformation and high-quality development of the construction industry.

Key words： Modern Prefabricated Architecture; double carbon goal; graduate education; teaching reform