基于實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革

宋梓藝　賈傳洋

摘? ?要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和工業(yè)智能新技術(shù)的普及與應(yīng)用，為滿足學(xué)生“求知、增能、成才”的需求，培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實(shí)、實(shí)踐能力突出的建筑工程類專業(yè)技術(shù)性人才，需對(duì)專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)改革。本文以建筑結(jié)構(gòu)課程為例，基于文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)法，以“建筑結(jié)構(gòu)”、“BIM”及“虛擬仿真”為關(guān)鍵詞，獲取建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展方向、應(yīng)用前景，基于校內(nèi)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)與企業(yè)施工平臺(tái)，提出試驗(yàn)教學(xué)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，豐富教學(xué)手段，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手與分析能力，以期為建筑類專業(yè)工程教育教學(xué)改革中提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：實(shí)訓(xùn)平臺(tái)? 建筑結(jié)構(gòu)? 教學(xué)改革? 虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（c）-0190-03

Abstract： With the popularization and application of "Internet +" and new industrial intelligence technologies， in order to meet the needs of students' knowing， enriching， and becoming talented， it is necessary carry out teaching reforms to train professional engineering talents with solid basic theory and outstanding practical ability. Taking the architectural structure course as an example， this paper takes the "architectural structure"， "BIM" and "virtual simulation" as the key words to obtain the development direction and application prospect of the building structure， based on the on-campus training platform and enterprise construction platform， put forward experimental teaching， virtual simulation experiment teaching， enrich teaching methods， and cultivate students' hands-on and analytical ability， in order to provide reference of engineering teaching education reform for architectural majors.

Key Words： Training platform; Building structure; Teaching reform; Virtual simulation

《建筑結(jié)構(gòu)》是面向建筑工程類專業(yè)開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，且作為建筑行業(yè)建造師、注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師的考試內(nèi)容，對(duì)學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。建筑結(jié)構(gòu)課程理論性強(qiáng)、公式多，內(nèi)容涵蓋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、構(gòu)件受力特征、砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)抗震基本知識(shí)等多個(gè)部分，學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的受力特性，掌握建筑構(gòu)造和建筑設(shè)計(jì)原理兩部分內(nèi)容，解決構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等問題，從而研究建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)類型、材料選擇、構(gòu)造要求等方面問題，使學(xué)生具有從事方案設(shè)計(jì)和建筑施工圖設(shè)計(jì)的初步能力。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和工業(yè)智能新技術(shù)的普及與應(yīng)用，為滿足學(xué)生“求知、增能、成才”的需求[1]，增加參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐及高質(zhì)量就業(yè)的機(jī)會(huì)等，需培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實(shí)、知識(shí)面廣及實(shí)踐能力突出的技術(shù)性人才;因此，在教學(xué)過程中，理論聯(lián)系實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)操作和試驗(yàn)分析等綜合能力，同時(shí)加大虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以提高學(xué)生就業(yè)能力為抓手，充分運(yùn)用校內(nèi)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)與企業(yè)施工平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手與分析能力。

1? 建筑結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

為了對(duì)目前我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展方向、發(fā)展動(dòng)態(tài)及課程教學(xué)內(nèi)容有一個(gè)理性認(rèn)識(shí)，本文采用文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中公開發(fā)表的科技論文進(jìn)行檢索，直觀地展示了所選文獻(xiàn)資料的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、學(xué)科分布和論文數(shù)量統(tǒng)計(jì)等。

以“建筑結(jié)構(gòu)”為關(guān)鍵詞檢索，檢索到期刊論文共68629篇，文獻(xiàn)數(shù)量較多，文獻(xiàn)相關(guān)聯(lián)的主題涉及高層建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、抗震設(shè)計(jì)及數(shù)值分析等，比如如何提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震、高層建筑主體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)等，文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容以建筑結(jié)構(gòu)課程基本知識(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展，體現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)課程的重要性。

以“BIM”、“建筑結(jié)構(gòu)”為關(guān)鍵詞共同檢索，檢索到期刊論文共9498篇，相關(guān)文獻(xiàn)主要涉及建筑信息模型、建筑設(shè)計(jì)、裝配式建筑、三維模型、工程造價(jià)等，比如BIM技術(shù)在高層施工中的應(yīng)用、BIM技術(shù)建筑砌體結(jié)構(gòu)抗震性能評(píng)估等，主要體現(xiàn)在BIM技術(shù)的三維可視化和模擬性在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，同時(shí)BIM技術(shù)引入課堂教育，展現(xiàn)建筑工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)學(xué)生視圖及建筑結(jié)構(gòu)空間思維能力。

以“虛擬仿真”、“建筑結(jié)構(gòu)”為關(guān)鍵詞共同檢索，檢索到期刊論文共207篇，相關(guān)文獻(xiàn)主要涉及虛擬仿真技術(shù)、仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)、建筑工程施工及三維建模等;由于建筑工程量大、建筑施工復(fù)雜，工程設(shè)計(jì)及施工前期需要進(jìn)行大量的虛擬仿真試驗(yàn)，結(jié)合仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出有效的施工方案;同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)課程工程實(shí)踐性強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容較為抽象，而現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)條件有限，教學(xué)過程中需要借助虛擬仿真模型進(jìn)行演示，加深學(xué)生對(duì)課程知識(shí)理解。

2? 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

建筑結(jié)構(gòu)課程是在建筑力學(xué)課程基礎(chǔ)上開設(shè)的一門專業(yè)課[2]，課程理論性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)中公式及力學(xué)計(jì)算偏多（撓度、轉(zhuǎn)角），要求學(xué)生有較好的力學(xué)基礎(chǔ)。而建筑類專業(yè)（建筑學(xué)專業(yè)、房地產(chǎn)專業(yè)）的學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)普遍較差，學(xué)習(xí)建筑力學(xué)過程中不能較好的理解公式推導(dǎo)及應(yīng)用。同時(shí)授課中重視定量分析，忽視定性分析，過分強(qiáng)調(diào)學(xué)生的計(jì)算能力和解題技巧，導(dǎo)致理論教學(xué)與工程實(shí)踐脫節(jié)。

為了提高學(xué)生就業(yè)技能，需進(jìn)行教學(xué)改革，而實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用，改變了目前教學(xué)中“重理論、輕實(shí)踐”的通病[3];豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，促進(jìn)教學(xué)效果提升;提升了學(xué)生科技比賽能力，參加結(jié)構(gòu)建模大賽、BIM建模以及申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，增強(qiáng)實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。強(qiáng)化了“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，抽象問題具體化，學(xué)生自主參與實(shí)踐環(huán)節(jié)的能力得到加強(qiáng)。構(gòu)建虛擬仿真平臺(tái)，虛擬仿真與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)相結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生工程素質(zhì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣;同時(shí)促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理體系的改革，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍水平。

3? 實(shí)訓(xùn)平臺(tái)建設(shè)的教學(xué)應(yīng)用

3.1 虛擬動(dòng)畫教學(xué)應(yīng)用

理論教學(xué)環(huán)節(jié)采用多媒體及Flash動(dòng)畫教學(xué)，課件配有工程實(shí)例圖片，將工程中的實(shí)例有機(jī)地融入到理論教學(xué)中。圖1為預(yù)應(yīng)力混凝土先張法施工動(dòng)畫示意圖，通過動(dòng)畫教學(xué)并配有文字說(shuō)明，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)理解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)效果顯著。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用

加強(qiáng)校企合作，利用課余時(shí)間安排學(xué)生到施工場(chǎng)地參觀學(xué)習(xí)，如觀察鋼筋的綁扎、混凝土的澆筑、剪力墻中分布鋼筋的布置等。采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過實(shí)驗(yàn)方案制訂、試件制作、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與整理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等整個(gè)過程，通過學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)操作，現(xiàn)場(chǎng)觀察，讓學(xué)生更好的理解低碳鋼應(yīng)力-應(yīng)變曲線，加深每個(gè)階段構(gòu)件變形特征的印象。

3.3 虛擬仿真教學(xué)應(yīng)用

針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)課程知識(shí)建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、柱、節(jié)點(diǎn)等）的受力性能進(jìn)行仿真，結(jié)合BIM 技術(shù)的可視化特點(diǎn)[4-5]，建立構(gòu)件鋼筋骨架三維模型，通過三維模型直觀展示構(gòu)件變形特征，有利于學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行直觀的了解，拓展學(xué)生掌握的專業(yè)知識(shí)范圍，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

4? 結(jié)語(yǔ)

《建筑結(jié)構(gòu)》課程發(fā)展目標(biāo)應(yīng)以服務(wù)工程為導(dǎo)向，構(gòu)建以“實(shí)用、夠用”為主的課程知識(shí)體系，有機(jī)融合理論教育與實(shí)踐學(xué)習(xí)，提高學(xué)生綜合素質(zhì)及職業(yè)綜合能力。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)納入建筑結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程教學(xué)體系，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，為實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供有力保障。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳愛華， 侯永峰， 楊秋波， 等. 加快發(fā)展和建設(shè)新工科主動(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新經(jīng)濟(jì)[J].高等工程教育研究， 2017（1）：1-9.

[2] 任宜春， 張杰峰. 建筑學(xué)專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革的探索[J].中外建筑，2010（8）：103-104.

[3] 王廣利.“建筑結(jié)構(gòu)”教學(xué)中生動(dòng)實(shí)例探究[J].重慶三峽學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，3（31）：134-136.

[4] 劉鎮(zhèn). 虛擬仿真技術(shù)在高職土建類專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].春華秋實(shí)，2012（12）：34-35.

[5] 榮文濤，王愛蘭，沈磊.基于BIM 技術(shù)的“路、橋、隧施工”課程的教學(xué)改革——以山東交通職業(yè)學(xué)院道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)為例[J].浙江建筑，2018，35（12）：50-53.