土木工程專業(yè)《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)的探討

馬曉雨+楊樹標(biāo)+王星亮+郭云飛

摘要：如何培養(yǎng)土木工程專業(yè)本科學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)際工程相結(jié)合、工程能力和具備創(chuàng)新精神，是土木工程專業(yè)本科素質(zhì)教育的著重點(diǎn)。如何訓(xùn)練學(xué)生結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工程意識(shí)，使其能夠融會(huì)貫通并運(yùn)用到工程設(shè)計(jì)中，一直是土木工程高校教師在研究的問(wèn)題。本文就此問(wèn)題，探討本校開設(shè)《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)的意義、所要達(dá)到的目標(biāo)以及如何進(jìn)行實(shí)施。

關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè);結(jié)構(gòu)概念;創(chuàng)新設(shè)計(jì);課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2016）06-0199-02

一直以來(lái)，我國(guó)土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)的學(xué)生具有一定的理論水平，但應(yīng)用實(shí)際工程的能力較差，獨(dú)立和創(chuàng)新的工程意識(shí)較低。原因是以往的教學(xué)中，教師單純地講授理論知識(shí)，學(xué)生實(shí)踐能力訓(xùn)練不足，缺乏理論與實(shí)際工程相結(jié)合的鍛煉，教學(xué)與實(shí)踐無(wú)法有效銜接。目前，土木行業(yè)越來(lái)越多的地方用到了概念設(shè)計(jì)，這種理念在很多實(shí)際的建筑方案中得以應(yīng)用，對(duì)土木工程影響巨大[1]。因此，概念設(shè)計(jì)在土木建筑工程專業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)加以體現(xiàn)、反映。針對(duì)這樣的現(xiàn)狀，土木工程專業(yè)進(jìn)行《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)研究就十分有意義。這對(duì)改革工程教育的教學(xué)模式有利，又能檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的掌握，并且鍛煉他們提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)其建立工程意識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力[2]。

一、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)涵和意義

土木工程結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是工程當(dāng)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈魂，是利用設(shè)計(jì)概念并以自身為主線貫穿全部設(shè)計(jì)過(guò)程的一種設(shè)計(jì)方法。概念設(shè)計(jì)是完整和全面的設(shè)計(jì)過(guò)程，它將設(shè)計(jì)者繁復(fù)的感性和瞬間思維上升到統(tǒng)一的理性思維從而完成整個(gè)設(shè)計(jì)[3]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有了一個(gè)更高的要求。如何打破土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)于墨守成規(guī)，能將結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力充分發(fā)揮出來(lái)，對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)是迫切需要的。因?yàn)樗麄儾攀墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動(dòng)者和執(zhí)行者[4]。

《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程是在原《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課、《結(jié)構(gòu)概念與體系》課及《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》等土木工程專業(yè)課程基礎(chǔ)之上，發(fā)展整合及改造后新設(shè)立的課程。該課主要是以學(xué)生創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)為主線，訓(xùn)練學(xué)生工程意識(shí)、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力等。它體現(xiàn)了工程教育的特色，以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為載體，探索在干中學(xué)、理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的教學(xué)模式。把工程培養(yǎng)所必要的基礎(chǔ)知識(shí)、工程設(shè)計(jì)思想和方法、自學(xué)和終身自學(xué)的能力和興趣的培養(yǎng)等內(nèi)容放在第一位。《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課提出建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的概念和原則，并結(jié)合學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析。概念與體系部分介紹結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的背景、思路、基本做法、設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常用到的結(jié)構(gòu)概念。

該研究的理論意義和實(shí)際意義在于探索通過(guò)該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革研究，適應(yīng)新的教育理念和人才培養(yǎng)模式。培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，掌握善于主動(dòng)學(xué)習(xí)的方法，形成良好的學(xué)習(xí)和工作習(xí)慣。

二、我校的教學(xué)改革研究的基礎(chǔ)和環(huán)境

1.專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)好。河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院以開設(shè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽10年。完成了校教研項(xiàng)目《土木工程專業(yè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)探索研究》和《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)等系列課程的教學(xué)研究》兩項(xiàng)。學(xué)院已開設(shè)《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)概念與體系》、《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》等課程。

2.師資力量強(qiáng)。上述這些課程由多位建筑工程系的老師擔(dān)任，職稱結(jié)構(gòu)合理，形成了相對(duì)穩(wěn)定的老中青隊(duì)伍結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)改革研究的可持續(xù)性提供了保證。

3.實(shí)驗(yàn)室基地條件良好。本專業(yè)下設(shè)的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室是河北省結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，為學(xué)生建立模型實(shí)驗(yàn)提供了科學(xué)的、可靠的硬件條件。

三、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方案設(shè)計(jì)

1.教學(xué)目標(biāo)。初步形成《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課的教學(xué)理念和教學(xué)思想，完成《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課的教學(xué)大綱制定，確定教學(xué)內(nèi)容，初步形成教學(xué)方法和教學(xué)模式，為指導(dǎo)其他工程設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索經(jīng)驗(yàn)。

2.教學(xué)內(nèi)容。《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)容包括教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法研究。

教學(xué)內(nèi)容：創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目要包含若干個(gè)結(jié)構(gòu)和力學(xué)的概念的運(yùn)用，如拉、壓、彎、剪、扭、穩(wěn)定、傾覆等，使用材料應(yīng)宜于制作，實(shí)驗(yàn)的方法要直觀。項(xiàng)目的要求應(yīng)是概括性的，應(yīng)用較少的約束，以使學(xué)生開闊思路。給出的條件應(yīng)盡量少，要學(xué)生自己尋找所需的條件。布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，首先讓學(xué)生以小組形式討論分析項(xiàng)目，提出問(wèn)題。學(xué)生分析問(wèn)題并尋找解決問(wèn)題的方法，通過(guò)自學(xué)、討論、查閱相關(guān)資料等方法解決問(wèn)題。學(xué)生應(yīng)經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、一定的計(jì)算分析、繪制施工圖、施工制作結(jié)構(gòu)模型、進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)分析、總結(jié)等過(guò)程。

教學(xué)方法：本課程的教學(xué)手段主要以講課、學(xué)生設(shè)計(jì)、模型制作和模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，從不同的角度和理念啟發(fā)學(xué)生將所掌握的基本結(jié)構(gòu)概念有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。在模型實(shí)驗(yàn)之前教師上課以引導(dǎo)為主，主要由學(xué)生自學(xué)、討論和分析計(jì)算設(shè)計(jì)制作出結(jié)構(gòu)模型。教師引導(dǎo)學(xué)生將自己的設(shè)計(jì)與所學(xué)內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，甚至產(chǎn)生出學(xué)生還未學(xué)到的問(wèn)題，讓學(xué)生自己思考分析。

教師的教學(xué)主要以指導(dǎo)為主，如結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的原則、路線、方法，基本思路、基本做法以及設(shè)計(jì)中常用到的結(jié)構(gòu)概念等，并結(jié)合學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行點(diǎn)評(píng)分析。

基本教學(xué)過(guò)程：布置題目——學(xué)生以小組討論學(xué)習(xí)——提出問(wèn)題——教師指導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題（教師重點(diǎn)要起到啟發(fā)、督促、指導(dǎo)、控制進(jìn)度的作用）——學(xué)生形成方案——教師根據(jù)方案指導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)方案——學(xué)生制作模型——學(xué)生實(shí)驗(yàn)——教師點(diǎn)評(píng)總結(jié)（重點(diǎn)是設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法及學(xué)生學(xué)習(xí)方法的總結(jié)）——學(xué)生總結(jié)（學(xué)習(xí)過(guò)程總結(jié)）

3.存在的問(wèn)題。（1）如何將“培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)和終身學(xué)習(xí)的能力等”教學(xué)理念落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中，是本教學(xué)課程首要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。（2）研究創(chuàng)新性設(shè)計(jì)制作實(shí)驗(yàn)題目。研究題目的內(nèi)涵、題目的難易程度、題目的適用性、題目的趣味性、題目對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)性等。（3）研究課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，形成即穩(wěn)定又靈活的教學(xué)內(nèi)容和方法。穩(wěn)定是要教學(xué)理念要堅(jiān)持不懈，總結(jié)提高，教學(xué)模式要穩(wěn)定形成套路和程序，便于教師掌握和控制教學(xué)進(jìn)度。靈活是具體的教學(xué)內(nèi)容，比如涉及的結(jié)構(gòu)概念很多不可能在課堂上全講，需教師具有靈活性和啟發(fā)性的教學(xué)方法指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。（4）初步形成課程所需的教學(xué)文件。如教學(xué)大綱、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)教案、教學(xué)講義、題目庫(kù)、教學(xué)錄像等內(nèi)容。

四、《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程的實(shí)施

我校土木工程專業(yè)開設(shè)《創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》等一系列課程以來(lái)，我們?cè)诓粩嗵骄亢透倪M(jìn)教學(xué)方法，對(duì)于啟發(fā)式教學(xué)、案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)法均有了一定程度的研究，并取得了階段性成果。我們已經(jīng)完成了《土木工程專業(yè)創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)探索研究》和《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)等系列課程的教學(xué)研究》兩項(xiàng)校級(jí)的研究，并開設(shè)了相應(yīng)的課程。相關(guān)教師在工程教育方面有長(zhǎng)期的思考和教學(xué)實(shí)踐探索，并且已成功組織土木工程結(jié)構(gòu)大賽10年。已開設(shè)《結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)概念與體系》、《事故分析與結(jié)構(gòu)原理》、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》、《結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)》等課程，相關(guān)教師教學(xué)水平高，有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。具體實(shí)施如下：

1.修訂《結(jié)構(gòu)概念與創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)大綱，包括課程目標(biāo)、內(nèi)容安排及學(xué)時(shí)安排。

2.選擇土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)大學(xué)三年級(jí)學(xué)生的第二學(xué)期開始該課程教學(xué)。

3.自土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)大學(xué)三年級(jí)學(xué)生的第一學(xué)期期末，研究確定題目及相應(yīng)的教學(xué)安排。

4.將大學(xué)三年級(jí)專業(yè)學(xué)生按班級(jí)分給不同的教師，教師則分頭實(shí)施教學(xué)，定期討論交流改進(jìn)教學(xué)。在教學(xué)實(shí)踐中，將教師授課、學(xué)生設(shè)計(jì)、模型制作和模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，啟發(fā)學(xué)生將理論知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生工程概念設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力、自學(xué)能力。

5.在大學(xué)三年級(jí)專業(yè)學(xué)生的第二學(xué)期期末，教師對(duì)課程實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，提出改進(jìn)措施和方法。

五、總結(jié)和探討

本文方案結(jié)合新的科研成果開設(shè)出新的課程以及課程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。探索建立新課程的教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。本方案突出土木工程專業(yè)特色，加強(qiáng)了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新研究與實(shí)踐。將工程項(xiàng)目、創(chuàng)新能力培養(yǎng)融入課程體系建設(shè)中，進(jìn)行課程計(jì)劃和實(shí)踐內(nèi)容的一體化設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新意識(shí)。本方案突出啟發(fā)式教學(xué)和指導(dǎo)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、善問(wèn)求知和動(dòng)手實(shí)踐能力。

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