科研―知識―實踐全流程砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)探索

李濤 蔡靖

摘要 文章遵循“科研育人”“課程育人”“實踐育人”的思路，對砌體結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行了科研―知識―實踐全流程架構(gòu)設(shè)計，以形成新型教學(xué)體系。①基于課程設(shè)計任務(wù)形成新型課程知識體系框架；②圍繞知識體系從哪里來的問題，建立最新科研成果與知識框架的對應(yīng)關(guān)系；③圍繞知識體系往哪里去的問題，建立最新規(guī)范、圖集內(nèi)容與課程知識的對應(yīng)關(guān)系。通過科研―知識―實踐全流程聯(lián)通，使學(xué)生掌握知識的來龍去脈，有的放矢地開展學(xué)習(xí)，為學(xué)生做好課程設(shè)計及適應(yīng)未來工作提供助力。

關(guān)鍵詞 砌體結(jié)構(gòu)課程；科研―知識―實踐；全流程架構(gòu)

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.8.020

砌體結(jié)構(gòu)課程是土木工程專業(yè)建筑工程方向的一門專業(yè)限選課，與混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)組成建筑工程方向的三大類結(jié)構(gòu)。多數(shù)本科院校以單獨設(shè)課或與混凝土結(jié)構(gòu)合成一門課的形式持續(xù)為學(xué)生開展砌體結(jié)構(gòu)教學(xué)，通常理論課時安排16―24學(xué)時。

砌體結(jié)構(gòu)課程對土木工程專業(yè)建筑工程方向?qū)W生的畢業(yè)要求具有重要的支撐作用，幫助學(xué)生構(gòu)建各類結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整知識體系。課程的主要目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容包括：砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計原則、砌體材料力學(xué)性能、靜力計算簡圖和規(guī)定、無筋砌體受壓和局部受壓承載力計算、配筋砌體種類和承載力計算、特殊構(gòu)件（圈梁、過梁、墻梁、挑梁）、砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計等。結(jié)構(gòu)工程師完成砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計還需要掌握工程荷載（工程荷載與可靠度設(shè)計原理課程）、內(nèi)力分析（材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)課程）、獨立基礎(chǔ)（基礎(chǔ)工程課程）、現(xiàn)澆樓板（混凝土結(jié)構(gòu)課程），砌體結(jié)構(gòu)課程只是對砌體結(jié)構(gòu)特有的知識點進(jìn)行學(xué)習(xí)，需要配合多門課程形成砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識體系。

1砌體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的問題

砌體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)面臨的最主要問題是課程教學(xué)與科學(xué)研究和設(shè)計施工實踐的接軌，具體表現(xiàn)如下：

①對砌體結(jié)構(gòu)整體性和知識關(guān)聯(lián)性的掌握薄弱，對結(jié)構(gòu)構(gòu)造掌握不足。砌體結(jié)構(gòu)看似簡單，但所涉及的知識點比較繁雜，課程教學(xué)中通常將砌體構(gòu)件承載力設(shè)計作為重點，整體性概念和構(gòu)件聯(lián)系的介紹較少[1]。由于對結(jié)構(gòu)整體概念把握不足，學(xué)生也不容易厘清瑣碎的構(gòu)造知識。砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計還跟土木工程多門課程有關(guān)，這些課程講授的知識點相互交織，學(xué)生不容易整體掌握。

②對砌體結(jié)構(gòu)重要知識點的來龍去脈掌握不夠[2]。砌體結(jié)構(gòu)中有很多公式形式和參數(shù)是基于科學(xué)研究和工程經(jīng)驗而提出的，如果不掌握知識點的源頭，就很難發(fā)展針對具體問題具體分析的能力，在工作中容易形成機(jī)械化代公式和死用規(guī)范的習(xí)慣，在未來工作中規(guī)范發(fā)生更新時難以適應(yīng)甚至出現(xiàn)誤用。

③課程設(shè)計不重視查找規(guī)范，學(xué)習(xí)過程與設(shè)計實踐有一定脫節(jié)。結(jié)構(gòu)設(shè)計需要遵循規(guī)范群，一門規(guī)范的修訂可能影響其他規(guī)范的規(guī)定，因此，整體來看，砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及的規(guī)范更新速度也很快，學(xué)生主要依托砌體結(jié)構(gòu)教材和課程設(shè)計指導(dǎo)書進(jìn)行課程設(shè)計，可能不符合最新規(guī)范要求，與設(shè)計實踐有一定脫節(jié)[3]。

2“科研―知識―實踐”全流程教學(xué)設(shè)計

土木工程專業(yè)有砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)三大結(jié)構(gòu)設(shè)計類課程，均有課程設(shè)計任務(wù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究與實踐是相輔相成、互相促進(jìn)的，其中主線為“科研―知識―實踐”，如圖1，三個方面分別對應(yīng)于砌體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的三個常見問題。砌體結(jié)構(gòu)的科研主要是通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗、理論和數(shù)值分析等研究砌體設(shè)計理論、砌體材料、砌體構(gòu)件的承載和破壞特點等；通過過去幾十年的科研和經(jīng)驗積累形成了砌體結(jié)構(gòu)課程的知識體系；基于砌體結(jié)構(gòu)知識體系（課程主要內(nèi)容），結(jié)合工程經(jīng)驗，可以開展砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工實踐。通過對砌體結(jié)構(gòu)的“科研―知識―實踐”教學(xué)體系全流程建構(gòu)，打破課程教學(xué)的孤立，將其向前與科研聯(lián)結(jié)，向后與設(shè)計和施工實踐聯(lián)結(jié)，通過聯(lián)系科研與實踐，創(chuàng)新知識體系框架，并圍繞新型知識體系框架培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新思維和加強(qiáng)學(xué)生的實踐能力。

具體舉措包括三個方面：①在知識架構(gòu)方面，以O(shè)BE理念調(diào)整授課順序，如為配合“科研―知識―實踐”全流程教學(xué)體系，在緒論中介紹砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，以流程為主線介紹各個章節(jié)的主要內(nèi)容，在第一次課就向?qū)W生展示一個整體圖景，方便學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，也方便后續(xù)課堂引入科研成果、規(guī)范圖集等。

②在科學(xué)研究方面，跟蹤學(xué)術(shù)期刊，將課堂知識來源文獻(xiàn)和最新支撐性研究成果對應(yīng)于課程不同的知識區(qū)塊，使學(xué)生掌握知識的來源。對課堂不同知識章節(jié)，可安排學(xué)生分組查閱最新文獻(xiàn)，展示最新科研進(jìn)展，鍛煉學(xué)生的論文查閱、提煉、展示能力。

③在設(shè)計和施工實踐方面，細(xì)化分析“砌體結(jié)構(gòu)通用規(guī)范”“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)造”圖集、“砌體結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范”等相關(guān)條文和詳圖，將規(guī)范中與課程設(shè)計相關(guān)的核心內(nèi)容納入課程教學(xué)，并隨時更新最新的規(guī)范條文，使學(xué)生熟悉課程設(shè)計中需要查閱的規(guī)范和圖集，確保學(xué)生按現(xiàn)行最新規(guī)范規(guī)定進(jìn)行課程設(shè)計，以更好地對接未來工作。

2.1注重知識體系整體性構(gòu)建

砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計首先需要根據(jù)使用需求開展建筑設(shè)計，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計基本條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)體系布置，初步確定房屋靜力計算方案；然后確定塊體和砂漿材料，進(jìn)行墻、柱高厚比驗算；確定墻柱尺寸后進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算（計算單元―計算簡圖―荷載計算―內(nèi)力分析和內(nèi)力組合―承載力驗算）[4]，如果不能滿足驗算要求需要調(diào)整結(jié)構(gòu)布置、材料型號等；設(shè)計過程中需要滿足構(gòu)造措施，前后統(tǒng)籌考慮，尤其需要熟悉構(gòu)造措施（需要滿足要求又不浪費材料），這是學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計的薄弱點，需要依賴工程經(jīng)驗逐漸熟悉。

基于項目式學(xué)習(xí)理念[5]，根據(jù)砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，倒推課堂知識體系框架。緒論中介紹砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，作為整門課程的總括；然后依次介紹砌體材料性質(zhì)；確定結(jié)構(gòu)體系布置方案；確定荷載、內(nèi)力以及材料抗力；然后開展無筋砌體、配筋砌體和特殊構(gòu)件承載力驗算；條形基礎(chǔ)設(shè)計；設(shè)計實踐中一開始就需考慮抗震，可將結(jié)構(gòu)抗震布置調(diào)入結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)力分析部分。除荷載確定、基礎(chǔ)設(shè)計等有相關(guān)課程專門學(xué)習(xí)外，微調(diào)課程內(nèi)容，使課堂學(xué)習(xí)按設(shè)計順序涉及相關(guān)知識，為課程設(shè)計打下良好基礎(chǔ)，課程知識體系框架如圖2所示。作為課程主體的承載力驗算部分，引入砌體受壓仿真教學(xué)展示系統(tǒng)，幫學(xué)生先建立感性認(rèn)識，再學(xué)習(xí)承載力計算過程。在課程內(nèi)容安排中，依然把承載力驗算作為課程重點，同時加強(qiáng)課程教學(xué)主線，強(qiáng)調(diào)好各部分的關(guān)聯(lián)以及與相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)，使學(xué)生形成完整、連貫、系統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計概念。

2.2支撐性研究成果納入課堂教學(xué)

砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計知識繁雜，涉及很多參數(shù)取值、構(gòu)造規(guī)定等，這些參數(shù)和規(guī)定主要是根據(jù)研究成果或?qū)嵺`經(jīng)驗總結(jié)而形成的。傳統(tǒng)課堂授課較少介紹這些規(guī)定和公式的來源和考量，學(xué)生如果無法掌握參數(shù)取值的原因和背景，就很容易將“設(shè)計”變?yōu)椤坝嬎恪保鴨渭兊挠嬎憔毩?xí)對提高學(xué)生的設(shè)計能力事倍功半。如果學(xué)生缺少獨立解決實際工程問題的能力，工程師培養(yǎng)可能成為計算員、施工員培養(yǎng)，而隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相比計算能力，對學(xué)生結(jié)構(gòu)整體概念和工程師思維能力的培養(yǎng)變得更為重要。

在砌體結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)中，跟蹤總結(jié)最新研究進(jìn)展（比如“土木工程學(xué)報”“結(jié)構(gòu)工程學(xué)報”“JOURNALOFSTRUCTURALENGINEERING”“ENGINEERINGSTRUCTURES”等期刊），將課堂知識來源文獻(xiàn)和最新支撐性研究成果按章節(jié)納入課堂教學(xué)。砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計中很多設(shè)計規(guī)定是基于早年研究成果給出的，適當(dāng)介紹相關(guān)成果，能讓學(xué)生把握知識來源，更容易掌握繁雜的砌體設(shè)計知識。比如，樓板與砌體墻連接的構(gòu)造要求是在2008年汶川地震后修改的，通過介紹規(guī)范修改的考量因素，讓學(xué)生更好地記住重要構(gòu)造要求。又比如，砌體結(jié)構(gòu)碳纖維布加固方法是以砌體受壓壓潰破壞特點為科學(xué)基礎(chǔ)的，可以在講授砌體受壓時啟發(fā)學(xué)生思考加固方法。基于章節(jié)安排，砌體結(jié)構(gòu)研究方向可以分為結(jié)構(gòu)體系布置研究（砌體結(jié)構(gòu)體系、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計理論、砌體結(jié)構(gòu)體系改造）、荷載、內(nèi)力和材料抗力研究（新型塊體材料、新型膠凝材料、砌體結(jié)構(gòu)加固）、承載力驗算研究（砌體構(gòu)件抗力和破壞形式、砌體構(gòu)件承載力計算方法），根據(jù)三個研究方向可考慮增加學(xué)生自主查閱展示研究進(jìn)展的環(huán)節(jié)，讓學(xué)生參與到最新研究成果的查閱和PPT展示中來，鍛煉學(xué)生科研能力。

2.3課程教學(xué)緊跟設(shè)計規(guī)范和圖集

結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和圖集是成體系的，砌體結(jié)構(gòu)課程涉及的核心規(guī)范和圖集群包括“砌體結(jié)構(gòu)通用規(guī)范”“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計與構(gòu)造”圖集、“砌體結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范”；涉及的相關(guān)規(guī)范和圖集包括“建筑抗震設(shè)計規(guī)范”“建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范”“建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”“建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”“配筋混凝土砌塊砌體建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造”“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”等。在設(shè)計實踐中，需要滿足各個規(guī)范的要求，脫離規(guī)范條文來源介紹設(shè)計知識，有時會使學(xué)生摸不著頭腦。另外，常見規(guī)范不斷梯次更新，一本規(guī)范的更新可能導(dǎo)致其他規(guī)范個別條文失效。因此，有必要厘清課堂教學(xué)中設(shè)計知識來源于哪本規(guī)范和圖集，并在教學(xué)中不斷更新適用條文。

厘清砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和圖集，緊跟最新規(guī)范。注意規(guī)范的梯次更新，比如“建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”（2018年）中計算作用基本組合的效應(yīng)設(shè)計值時恒荷載和活荷載的分項系數(shù)分別為1.3和1.5，應(yīng)用“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”（2011年）時也需要注意遵循其規(guī)定。因此，規(guī)范和圖集的梯次更新要求課堂教學(xué)跟隨設(shè)計和施工實踐現(xiàn)行規(guī)范而動。這就需要對核心規(guī)范條文的更新有一定預(yù)期，由此，可建立核心規(guī)范條文（比如強(qiáng)條）與課堂教學(xué)主要內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系表，方便在后續(xù)教學(xué)中不斷更新條文，顯然“砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范”是課程最重要的規(guī)范，規(guī)范相比教材，知識骨架更清晰但缺乏枝葉，即缺乏科研支撐、規(guī)定的解釋、公式的推導(dǎo)等，課程學(xué)習(xí)中引入規(guī)范條文，使學(xué)生建立知識與規(guī)范的聯(lián)系。通過建立條文和課程內(nèi)容對應(yīng)表，緊跟規(guī)范的梯次更新，有利于學(xué)生運用規(guī)范進(jìn)行復(fù)習(xí)，也可以幫助學(xué)生養(yǎng)成查閱規(guī)范和圖集進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的好習(xí)慣。

3結(jié)語

文章針對砌體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中常見的砌體結(jié)構(gòu)整體性和知識關(guān)聯(lián)性掌握薄弱、砌體結(jié)構(gòu)重要知識點的來龍去脈掌握不夠、學(xué)生不重視查找規(guī)范和聯(lián)系設(shè)計實踐等問題，提出了科研―知識―實踐全流程砌體結(jié)構(gòu)課程教學(xué)框架，通過砌體結(jié)構(gòu)知識框架系統(tǒng)性構(gòu)建、支撐性研究成果納入課堂教學(xué)、緊跟設(shè)計規(guī)范和圖集，培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)概念和工程師思維，滿足新形勢下的工作需要。

基金項目：中國民航大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項目“三全育人理念下‘科研-知識-實踐’全流程《砌體結(jié)構(gòu)》課程教學(xué)創(chuàng)新與實踐”（CAUC-2022-C2-007）。

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