新工科背景下砌體結構課程教學改革方案探索

池斌 蔡新江 陳鑫

基金項目：國家自然科學基金“剛柔連接型砌塊砌體組合墻抗震性能與設計方法研究”（52208190）；江蘇省高等教育教學改革研究重點課題“新發展格局下地方高校工科專業基層教學組織重構路徑與策略研究”（2021JSJG120）；蘇州科技大學教學改革與研究項目“新時期工程教育專業認證視域下地方高校土木工程專業人才培養模式改革與實踐”（2019JGZ-09）

第一作者簡介：池斌（1992-），男，漢族，山西懷仁人，博士，講師。研究方向為砌體結構。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.031

摘? 要：現階段砌體結構在土木工程行業中仍占據重要地位，然而其相關教學效果不佳，無法滿足新工科建設背景下對于培養土木工程專業應用型人才的需求。該文首先概括砌體結構課程的內在特點，并從教學內容、教學設計、教學手段三方面總結現階段課程教學現狀。在此基礎上，從培養學生實踐能力角度出發就以上三方面分別提出將教學內容融入前沿性、教學設計增強整體性、教學手段強調多樣性的改革方案，同時相關建議也可為其他相關課程的教學改革提供參考。

關鍵詞：砌體結構；新工科；教學改革；教學內容；教學設計

中圖分類號：G642.0? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）06-0132-04

Abstract： At present， masonry structure still occupies an important position in the civil engineering industry. However， its related result was not satisfactory， which cannot meet the demand for cultivating talents in civil engineering under the background of new engineering construction. Therefore， this article summarized the internal characteristics of masonry structure course and analyzed the current teaching situation from three aspects of teaching content， teaching design， and teaching means. On this basis， the reform plans of integrating the frontier into teaching content， enhancing the integrity of teaching design， and emphasizing the diversity of teaching means were proposed from the perspective of cultivating students' practical ability. At the same time， the relevant suggestions can also provide a reference for the teaching reform of other related courses.

Keywords： masonry structure; new engineering; teaching reform; teaching content; teaching design

以塊材和砂漿砌筑而成的結構體系被稱為砌體結構。作為最古老的結構形式之一，砌體結構始終活躍在土木工程行業的舞臺上，在人類歷史長河中創造了一批批諸如萬里長城、趙州橋、虎丘塔等建筑奇跡[1]。近年來，隨著我國建筑行業的轉型升級，傳統砌體結構限于其抗震性能差、工業化效率低等劣勢而逐步退出城鎮建筑行業的主市場，導致部分行業人士形成了“砌體結構性能差”的思維定式，一定程度上限制了砌體結構的發展應用。實際上，砌體結構仍是我國現存建筑中分布最為廣泛的結構體系之一，近年來面對城市更新建設的需求下如何實現既有砌體結構優化升級成為熱門研究話題，而與此同時既有砌體結構由于材料性能劣化、使用功能違規變更、結構違規改建等原因造成的安全事故頻發，反映出土木工程相關從業人員對于砌體結構概念理論掌握的不足，以上種種表明整個行業需要重新重視砌體結構。

2017年以來，教育部積極推進新工科建設，著力推動現有工科專業的改革升級，探索新時代新工科人才的培養模式，弘揚工程意識和工匠精神[2]。新工科建設要求學生所學專業應更注重與行業需求相結合，真正實現學以致用，這正為砌體結構課程教學改革提供了新的思路。作為一門理論性和實踐性較強的課程，砌體結構課程的教學水平和效果對于培養學生的工程意識和工程能力至關重要，也會對整個行業的發展和人才儲備產生影響。因此，本文將首先針對砌體結構教學內容進行討論，總結現階段砌體結構課程教學特征，并從增強學生實踐能力角度出發提出相應的課程教學改革方案，以求為培養學生專業情感和工程實踐能力提供有力支撐，并為土木工程專業其他課程教學改革提供參考。

一? 砌體結構課程的內在特點

筆者前期調研多所高校土木工程專業本科生培養方案發現，砌體結構課程多被設定為選修課或與混凝土設計類課程內容融合，課程開設于第6或第7學期，授課課時約為16～32學時。以筆者所在院校為例，土木工程專業2018版培養方案中將砌體結構課程內容融合于混凝土與砌體結構設計課程中，砌體結構相關授課內容安排為16學時，具體課程內容及學時安排如圖1所示，重點要求學生掌握無筋砌體構件的承載力計算及混合結構房屋墻、柱的設計方法[3]。結合課程內容及教學要求發現，砌體結構課程具有如下內在特點。

（一）? 課程內容綜合性強

砌體結構課程內容涉及荷載與結構設計方法、土木工程材料、材料力學、結構力學和工程結構抗震設計原理等課程，在學習過程中需要學生具有一定專業知識基礎[4]。此外作為注冊結構工程師執業資格考試中的必考內容之一，砌體結構相關的概念設計、計算方法及構造要求的掌握也有助于培養學生的工程實踐能力，提高學生就業競爭力，為后期從事相關行業工作做儲備。

（二）? 課程內容關聯性強

如圖1所示，砌體結構課程內容大致可從材料、構件、結構三個層面進行講授，前序知識點的掌握與否對于后續知識點的學習非常重要。舉例來講，在學習無筋砌體構件受壓承載力計算時要求學生必須掌握砌體材料強度值的取值及調整方法，錯誤的砌體材料強度取值會直接影響構件的承載力及安全性判斷；在學習砌體結構抗震概念設計和運用相關規范條文時則需要學生對砌體力學性能有較高的理解與認知，在滿足要求情況下能夠靈活運用規范條文。

（三）? 課程內容實踐性強

砌體結構在工業與民用建筑中應用廣泛，課程內容中所涉及的墻體砌筑要求、構件承載力計算及抗震構造措施等均在實際工程中有所體現，而且相關知識點可以運用到解決實際工程問題中。舉例來講，工程中最常見的砌體墻體開裂可通過砌體材料力學性能做出原因分析，而當既有墻體承載力不足時也可通過采用預應力加固技術或者外包式組合磚砌體方案予以解決。

二? 砌體結構課程教學現狀

然而，近年來隨著砌體結構課時的不斷壓縮，無論是教師還是學生或多或少出現對于課程重視程度不夠的現象，學生普遍專業知識掌握程度不高，在實際工程中應用效果不佳，未能夠達到較好的教學效果[5-9]。因此，筆者所在研究室開展多次課程研討，總結發現現階段砌體結構課程教學存在以下特征。

（一）? 教學內容與社會發展的矛盾

目前，新型砌體結構的發展正為我國鄉村振興和“雙碳”目標實現提供強大助力。隨著材料和技術的更新換代，新型砌體材料的出現改善了黏土磚消耗能源的劣勢，現廣泛地應用于混凝土結構的填充墻中；配筋砌塊砌體結構和裝配式砌體結構等新型結構體系的出現彌補了傳統無筋磚砌體結構抗震性能不足的劣勢，現憑借其就地取材、經濟性等優點廣泛應用于少層結構選型中；高延性混凝土加固技術和預應力加固技術的應用延續了傳統砌體結構的使用壽命，成為現階段舊城改造和保障民居結構安全的重要技術手段。然而，現階段教學建設并未能夠實時更新，教學內容并未能夠與行業發展接軌，導致學生仍存在“砌體結構抗震性能差”的古板印象，降低了學生對于課程的學習興趣和主動性。

此外，從砌體結構課程內容安排上總結發現，其教學內容多涉及磚砌體方面，大多數教學重點偏向于無筋磚砌體構件受壓和局壓承載力計算，以及混合結構房屋中的墻、柱高厚比計算，而對于配筋砌體構件承載力計算、混合結構房屋的墻體構造措施、砌體結構抗震設計方面講解較少，特別是對于砌體結構的施工要求及構造措施幾乎不講。然而，現階段配筋砌體構件相對于無筋砌體構件在實際工程中應用較多，同時也更需要從業者對于砌體結構相關規范、標準、構造圖集的掌握，而以上這些需求在目前的教學內容中涵蓋較少，學生所學在后期實際工作中應用有限。

圖1? 砌體結構教學內容安排

（二）? 教學設計與教師授課的矛盾

砌體結構授課內容涵蓋了材料部分、構件部分及結構部分知識點，各部分內容相對獨立又有聯系。舉例來講，砌體組成材料受力特點是教學內容的重中之重，掌握砂漿在砌體材料的組成作用，才能更好地幫助學生理解砌體構件受拉、受彎、受剪性能較差的機理，進而理解傳統砌體結構在地震中受損嚴重的原理。然而，現階段砌體結構課堂理論教學學時不足，有限的學時內教師僅能完成課程重點內容講述，而后續內容例如砌體結構構造措施、抗震設計等簡單講解或安排學生課后自學完成，然而學生自學效果無法得到檢驗。如此以往并未能夠形成知識點間的串聯，學生極容易知其然不知其所以然，所學效果不佳。

此外，近年來新進授課教師缺乏砌體結構相關工程實踐經驗，在授課過程中也缺乏與實際工程案例的結合講解。舉例來講，砌體結構圈梁構造柱體系的施工方案為先砌筑墻體后澆筑混凝土構造柱，而混凝土框架結構填充墻的施工方案則是先澆筑混凝土框架柱后砌筑墻體，二者施工順序的不同實質上決定了結構的承重體系選擇；又比如砌體結構中常見的墻體裂縫的成因分析及解決方案、多層砌體結構中構造柱數量布置等等，諸如此類問題的導入和講解均需要教師具有一定的工程經驗。而現階段新進教師授課多存在偏理論輕應用的現象，并未能夠培養學生解決砌體結構實際工程問題的能力，進一步影響了學生學習興趣。

（三）? 教學手段與學生學情的矛盾

砌體結構教學手段多為課堂板書與多媒體教學混合進行，然而在課堂中仍存在以教師為中心、“灌輸式”的教學模式，學生與教師之間的互動不足，并未能夠真正培養學生產生學習興趣；在授課過程中學生對于“馬牙槎”“圈梁”“構造柱”和“過梁”等相關概念雖然能夠通過圖片等方式在學習過程中有所認知，但在課程結束后調研或畢業設計中發現學生仍存在知識點印象不深、認知不清晰的問題；學生對于砌體結構相關計算方法及構造措施仍存在死記硬背現象，雖能夠通過課程考試但并未能夠形成完整的結構設計概念，知識點存在學完就忘的情況，且在實際工程中系統聯系和應用能力不足，總體反映出學生課程學習效果不佳。

此外，由于砌體結構課程內容融入混凝土與砌體結構設計課程中，因此課程期末時需采用統一考卷進行考核。雖然最終課程成績采用平時成績和期末考試按比例加權的常規方法確定，但砌體結構相關考試內容在試卷中占比較少，學生極易出現為了保證課程通過而選擇放棄部分內容復習的現象。通過上一學年調研情況發現大部分學生在混凝土設計部分拿分較高，而砌體結構部分則只能完成基礎題型，對于需要多知識點聯系的計算題和應用題等的題型失分較高，進一步反映出學生對于課程內容重視程度不足，所學知識掌握程度不高。

三? 砌體結構教學改革方案探索

新工科建設倡導學生工程意識和工程能力的培養，實現學以致用。因此，本節針對砌體結構課程教學現狀提出改革方案建議，具體如下。

（一）? 教學內容融入前沿性

事實上，砌體結構在不同時代有著不同的內涵，結構形式的應用和發展一直在繼續，相關概念與設計理論在一直更新與完善。作為任課教師必需要對教學內容進行適時更新，融入課程思政元素，講好砌體結構故事。以砌體結構緒論部分舉例來說，教師可以通過展示古代經典的砌體結構建筑照片，引導學生領略砌體結構建筑之美，樹立學生大國自信和文化自信意識，培養學生土木工程專業情感和工匠精神。通過展示傳統砌體結構常見的“裂滲漏”等問題和震害實例，引導學生思考砌體結構在設計與應用中的問題與不足，樹立土木工程行業安全責任和創新意識；啟發學生的工程創新意識；通過介紹新砌體材料、新砌體結構類型的工程案例，改變學生對于砌體結構應用劣勢的刻板印象，拓展學生專業知識和學習視野，激發學生開展砌體結構相關研究及后期從事相關行業工作的興趣。

此外，教學內容側重點也可進行適當調整，除重點講述砌體結構中基本概念、計算方法、構造措施外，還應該適當增加部分現階段砌體結構發展的新成果，例如預應力加固砌體技術、高延性混凝土加固砌體技術及裝配式砌體技術等工程案例的介紹。引導學生閱讀砌體結構相關規范標準和構造圖集，熟悉砌體填充墻、圈梁、構造柱等相關的施工及構造要求，并結合工程案例以開展相應教學內容講授[10-11]，例如選取一幢砌體結構房屋的施工圖紙，引導學生判別結構的承重墻體布置方案，認知圖紙中圈梁、構造柱等構件布置原則，并選取典型墻體引導學生進行墻體高厚比計算和受壓承載力計算，從而由此培養學生的認知能力和工程意識，實現理論聯系實際，進一步增進學生們的學習興趣。

（二）? 教學設計增強整體性

深入挖掘各知識點的內在聯系，從教學設計層面上增強各知識點間的邏輯性和整體性。舉例來講，在進行介紹砌體結構材料特性內容時，首先通過展示砌體墻體的組成及砌筑過程，引導學生建立砌體結構是由塊材和砂漿組成的宏觀概念，而后由砌體墻體抗裂性差的現實問題引導學生思考塊材和砂漿在受力過程中的差異性，結合磚砌體受壓性能試驗展示引導學生理解砌體受壓性能破壞特征及機理，從而激發學生形成能夠從機理層面提出砌體墻體抗裂性能差的解決方案，如此一來既可以增強學生對于知識點的掌握和應用，又培養了學生從事后續科學研究的能力；又比如在介紹網狀配筋磚砌體受壓性能時，可針對性地將其受壓破壞形態與無筋磚砌體受壓破壞形態進行對比，引導學生明確不同類型砌體破壞形態及破壞機理的不同，如此既做到了前序知識的回顧又增強了學生相關知識點的理解與運用能力。

此外，提高砌體結構相關課程間的橫向聯系也非常必要。舉例來講，砂漿作為砌體材料中實現塊材黏結的主要材料，其和易性和保水性非常重要，且其存在硬化收縮過程，而相關知識在土木工程材料、土木工程施工組織等課程中有過介紹；砌體材料變形性能（收縮率、溫度線膨脹系數）與混凝土材料不一致，該知識點的掌握有助于學生后期解決砌體填充墻開裂等工程實際問題；在講解墻柱高厚比的時候可以采用對比式教學法將此概念與材料力學中受壓桿長細比的概念，引導學生理解墻柱高厚比計算時構件計算長度的取值方法；又比如外包式配筋磚砌體的受彎計算方法實則與混凝土結構基本原理中受彎梁的計算方法類似；等等。通過回顧和對比介紹這些前序課程中的相關知識，有助于學生更容易接受和記憶新知識點。

（三）? 教學手段強調多樣性

面對砌體結構教學內容多課時少的現實條件，現階段教師僅采用課堂板書與多媒體混合教學方式是不夠的，應該多利用線上資源進行砌體結構教學內容的補充。例如，采用MOOC平臺線上授課、微課堂等方式將教學中的重難點及規范條文等細化講解，引導學生利用碎片化時間進行內容學習，培養學生自主學習能力；采用三維立體模型（圖2）、BIM建模技術[12]和虛擬仿真實驗室等對砌體材料組成、墻體砌筑方式及圈梁、過梁、構造柱等構件進行施工演示，加深學生對于知識點的概念理解和形象直觀反映；采用案例分析法、項目教學法等將理論知識和實際應用規范相結合，引導學生自主發現問題、思考問題、解決問題，培養學生分析和解決實際工程問題的能力，進一步激發學生的學習熱情。

圖2? 砌體結構房屋三維模型

此外，砌體結構考核方式也應適當豐富。平時成績考核方面，不僅僅局限于平時作業，而是在課程授課過程中增加隨堂討論和隨堂測試，例如組織學生手繪二四墻、三七墻等砌筑方式，混合結構中墻體在豎向荷載作用和水平荷載作用下的計算簡圖，討論總結混合結構中橫縱墻各布置方案優缺點，等等，如此既能夠實時檢查學生對于知識點的掌握情況，又能夠加深學生對于知識點的學習印象；而在期末考試中也可適當增加工程案例應用與分析題，例如總結傳統無筋磚砌體結構的震害特征及現階段改善砌體結構抗震性能的方案，砌體局部抗壓承載不足時的解決方案，混合結構房屋中墻柱高厚比不滿足要求時的解決方案，等等，增強學生理論聯系實際的能力，培養學生解決問題的工程意識和實踐能力。

四? 結束語

在新工科建設背景下，培養新工科人才、注重人才實踐能力培養成為現階段教學改革的首要目標。因此，本文首先對砌體結構課程內容和教學特征進行了討論和總結，并從培養學生實踐能力角度出發就教學內容、教學設計、教學手段提出了相應的改革方案建議。通過以上相關改革方案建議，以期能夠進一步激發學生學習興趣，培養學生的專業情感和自主學習能力，切實提高學生專業認知和工程實踐能力，為真正培養出土木工程行業所需的高素質人才提供有力支撐，并為土木工程專業其他相關課程的改革提供一定借鑒思路。

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