建筑结构课程中的体验式教学实践★

祝 捷 徐立辉 周子倩

(中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083)

建筑结构课程中的体验式教学实践★

祝 捷 徐立辉 周子倩

(中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083)

本着知行合一的教学理念，在建筑结构课程中设计体验式教学环节，包括学生分组讨论和制作模型，教师指导学生研究模型的截面几何性质，师生共同分析模型的力学性能。教学过程中，教师主导基本概念和原理的课堂讲授，引导学生应用学到的概念原理，合作完成目标性任务。通过完成目标性任务，学生加深了基本原理的理解，享受了应用知识的乐趣，激发了后期课程的学习热情。实践表明体验式教学实践可以有效促进知识的通汇贯通、提高学生分析问题的能力。

体验式教学，建筑结构，建筑学专业，基本构件，截面几何性质

作为建筑学专业本科生的必修课，建筑结构课程包括钢筋混凝土结构、钢结构、砌体结构和地基基础等。学生不仅要理解结构设计的基本理论，而且要具备分析一般结构问题的能力。但是课程中大量概念性知识不易被学生理解和掌握，这使得学生把建筑结构看作是一门抽象难懂的课程，学习兴趣不高[1]。

德国双元制教育的“行为引导式”教学思想提出了“教学应从理论培养向实践性教学转化、从示范性教学向应用性教学转化的观念”。可见体验式教学，即教师将课程中抽象的概念知识转化为形象的操作体验是提升学生学习兴趣、启发学生主动思考的有效措施。陶行知先生提出的“教学做合一”为体验式教学实践提供了思想基础[2]，具体包括：

1)做是学的重心，也是教的重心；2)做是“在劳力上劳心”的手脑并用；3)教学做是围绕实际生活而展开的教学活动；4)教学做合一并不排斥书本，但也绝不将书本看成是教学做的唯一工具；5)教学做合一的目标直接指向于教会学生做事，帮助学生获取真知。

根据陶行知提出的“教学做合一”和德国双元制教育“行为引导式”的教学思想，本文作者在建筑结构受压构件教学中引入体验式教学环节的基础上[3]。在“受弯构件”部分继续开展体验式教学。作者通过精心设计的教学情境学生实践“先行后知”，通过学生的实践讨论以及教师的分析总结，达到提升学生学习兴趣、启发学生主动思考的教学目的，培养学生应用所学知识解决实际问题能力。

1 体验式教学的设计

建筑结构课程中，钢筋混凝土结构、钢结构和砌体结构都涉及到梁柱构件[4]。在建筑结构基本构件的体验式教学主要包括三个基本环节：

1)学生分组讨论和制作模型；2)教师指导学生计算模型的相关结构参数；3)师生共同分析模型的结构。

尽管建筑学专业的本科生在建筑力学课程中已经学过“梁横截面的正应力、梁横截面的切应力以及相关强度条件”，但是由于学时的限制以及学生自身的数理功底不强，所以在学习梁的设计原理时，许多学生不能及时有效地调用以往知识。部分学生对梁的截面几何性质掌握得不好，不会计算梁截面的惯性矩、抗弯截面系数等。这导致学生在学习建筑结构课程中的组合梁问题时遇到很大的困难。考虑到梁的设计是建筑结构课程的重点内容，本文作者在讲授“梁的合理设计”时，引入了体验式教学环节。

作者在课题导入时首先让学生回顾相关知识，如建筑力学中学到的梁正应力、切应力和挠度的计算公式；再让学生分组讨论，在梁的设计中什么因素将对梁的承载力和刚度产生影响；然后教师要求每个小组利用打印纸制作“梁”模型，制作时间10 min；学生现场完成之后，教师对学生各组模型进行点评和分析，强调截面几何性质的重要性；最后各组学生讨论并制定梁模型的合理设计方案。学生在课后制作完成梁模型并提交分析报告。在学生完成报告之后，教师认真批阅，对完成情况好的小组予以鼓励。

2 体验式教学的实施效果

图1为学生制作的部分梁模型，可以看出学生考虑到纸板轻巧，但不利于保持自身稳定，制作梁模型时采用钢片、PVC管等材料对梁进行了局部加固。这是学生主动思考的结果。

表1列举了学生制作梁模型的材料、重量和基本几何参数，其中截面惯性矩是衡量截面抗弯能力的重要参数，其值为截面各微元面积与各微元至截面上某一指定轴线距离二次方乘积的积分。采用如下公式计算[5]：

(1)

(2)

其中，Ix,Iy分别为截面对x轴，y轴的惯性矩；A为柱截面面积。

教师指导学生对梁模型进行了简单的加载测试，发现第3组、第4组和第5组的梁模型在同样载荷条件下变形明显大于其他模型。教师组织学生对以上现象进行了分析讨论，得出如下结论：

1)第3组梁模型的翼缘和腹板分别为木板和瓦楞纸，两侧翼缘厚度不同且腹板与翼缘交接点由PVC管加固。尽管瓦楞纸两侧的PVC管增加了腹板的稳定性，但是瓦楞纸的强度太低，进而导致木板制成的翼缘强度不能充分利用。2)第4组和第5组均采用“矮宽型”矩形截面，尽管其横截面面积与其他模型相当，但截面惯性矩比其他模型的截面惯性矩小很多。可见高窄截面梁比矮宽截面梁的结构受力性能好。3)分析发现在梁横截面面积接近的条件下，工字形截面的惯性矩大于T形截面，T形截面的惯性矩大于矩形截面，因此梁截面采用工字型截面更为合理。

体验式教学环节激发学生的学习兴趣，促进了学生的主动思考，突出了学生的主体地位。学生们很喜欢“动手实践+讨论分析”的教学方式。

应当指出，体验式教学的效果与学生的参与度以及教师的有效组织密切相关。在本次体验教学环节中，教师对学生的引导主要包括两方面：

1)从合理设计梁的截面角度，引导学生得出梁的合理截面设计要点，即截面面积尽量小，截面抵抗矩尽量大；工字形截面优于矩形截面；考虑实际载荷情况，设计与载荷分布匹配的合理截面等。

2)引导学生合理设计梁端约束、合理安排加载方式等，达到尽可能降低梁承受的最大弯矩和剪力的目的。

3 结语

教学方法应与教育要求相适应，“教育教学的目的在于心灵的唤醒”，只有让学生亲身参与，亲身体会，知识才能变成学生的智慧，才能为学生所用。通过以学生为主体，知行合一的体验式教学实践，充分调动学生的积极性。学生认真主动地参与了体验式教学环节，尤其是在自己动手制作模型的环节，学生的想象力和创造力得到充分发挥。在完成作业的同时，学生享受了团队共同参与的过程，模型得到教师的点评和认可之后收获成就感。“动手实践+讨论分析”的教学方式增进了师生在课堂上的互动，将“教师为主、学生为客”的课堂氛围转变成“学生是课堂的主人，教师引导学生自主学习”的新模式。教学活动充分体现了体验式教学的四大特点——体验、实践、环境和经历。

学生的课堂表现和课后反馈表明体验式教学是一种适合建筑学专业学生学习建筑结构等课程的有效教学方法。

[1] 罗福午.建筑结构的任务和建筑结构教学内容的改革[J].中国建设教育,2009(S1):49-51,55.

[2] 张金华,叶 磊.体验式教学研究综述[J].黑龙江高教研究，2010(6):143-145.

[3] 祝 捷，传李京,周 鑫.体验教学在建筑结构课程中的应用[J].山西建筑,2014,40(4):254-255.

[4] 林宗凡.建筑结构原理及设计[M].北京:高等教育出版社,2008.

[5] 孙训方,方孝淑,关来泰.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2013.

Thepracticeofexperientialteachinginthecourseofbuildingstructure★

ZhuJieXuLihuiZhouZiqian

(SchoolofMechanics&CivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology(Beijing),Beijing100083,China)

According to the spirit of “unify knowledge and life”, the experiential teaching is applied in the building structure course. The experienced teaching was designed to include student group discussions, model making and calculation of the model sections geometry and analyze the mechanics performance of the models. In the course of teaching, the teacher dominates the classroom teaching of basic concepts and principles, guides the students to apply the concepts and principles, and works together to complete the target tasks. By completing the objective task, the students have deepened the understanding of the basic principles, enjoyed the application of knowledge and stimulated the enthusiasm of the later courses. The practice shows that experiential teaching practice can effectively promote students to digest domain knowledge and improve their ability to analyze problems.

experiential teaching, building structure, architecture specialty, basic building block, sections geometry

1009-6825(2017)32-0217-03

2017-09-05 ★：中国矿业大学(北京)教学改革项目(j150603)，中国矿业大学(北京)大学生创新训练项目(c201606018)

祝 捷(1978- )，女，硕士生导师，副教授； 徐立辉(1989- )，男，在读硕士； 周子倩(1987- )，女，在读硕士

G642.0

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