建筑结构抗震课程案例项目教学法探索

郑晓芬 李开阳 刘沈如

摘要：建筑结构抗震课程是土木工程专业建筑方向一门涵盖钢结构、混凝土、结构力学及地质学、地震工程学等多学科综合性较强的专业课。与其他知识体系较为单一的专业课相比，该课程对知识结构的整体性有更高要求。在阐述案例项目教学法的缘起、特点和具体要求的基础上，结合同济大学建筑结构抗震课程教学实践，对该新型教学法在实际课程中的应用提出一些建议，以促进案例项目教学法在课程教学中的推广应用。

关键词：建筑结构抗震课程;案例项目教学法;土木工程专业;教学改革

中图分类号：G642.0;TU3   文献标志码：A   文章编号：1005-2909（2021）02-0072-07

一、建筑结构抗震课程特点分析

中国是世界上地震灾害最严重的国家之一，地震造成的人员伤亡和经济损失也十分巨大 [1]。由于以现有的技术手段难以提前预知地震活动，因此通过改进房屋结构，提高建筑物抗震性能，以尽可能减少地震造成的财产损失和人员伤亡就成了现阶段抗震设防的重要手段。2016年6月1日正式实施的第五代《中国地震动参数区划图》提高了我国建筑工程的整体抗震设防要求，取消了《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中对抗震设防烈度6度以下可不进行抗震设计的规定，要求中国全境进行抗震设防[2]。在此背景下，

加强土木工程专业建筑结构抗震课程

建设具有重要意义。

建筑结构抗震课程是土木工程专业建筑方向一门综合性较强的专业课。该课程主要涵盖三个大方向的专业知识：一是以混凝土、砌体结构、钢结构、地基基础等为代表的工程结构设计方面的专业知识;二是以结构力学、材料力学为代表的力学方向的知识;三是以地质学、地震学为代表的地震方面的相关知识。根据教学大纲要求，该课程教学的主要任务是使土木工程专业学生具有一定的抗震设计理论基础，能够掌握简单的抗震设计原理，并进行建筑结构抗震的简单设计。

与其他土木工程专业课程相比，建筑结构抗震课程具有极强的综合性，所要求的知识面较广，与工程实际的结合也更加紧密。例如，对于结构设计方面的专业基础课程结构力学，其内容主要集中在计算各类结构受力问题上。课程教材从结构类型的不同受力特点入手，将课程内容分为结构动力学和结构静力学两个方面，在计算时将实际复杂多变的结构问题进行抽象简化，不考虑材料、环境等方面的影响，只专注于单纯的结构受力问题，主要学习不同类型结构的计算方法。而建筑结构抗震课程则不同，

其与现行的各种规范、规程与行业标准密切相关。学习抗震设计时，既要考虑建筑场地条件、各种材料和结构形式对房屋抗震性能的影响，又需要从抗震概念设计、抗震计算设计和抗震构造措施三个方面来综合确定最优方案。因此，学习内容多、综合性强，学习难度大。如果不从既符合学习规律，又具有内在逻辑联系的宏观角度去整体把握，很难将各章节零碎知识点统一起来学习和理解。又如土木工程专业的必修专业课混凝土结构原理与应用，该课程与建筑结构抗震相比，尽管同样需要考虑材料性能、环境变化及复杂受力等综合性问题，但是其总体的知识结构和计算方法仍然可以划分为受压、受彎、受扭等几大部分来分别学习。在学习的过程中各部分相对独立，学生可以在完成各模块的分类学习后，再学习如何进行复杂情况下的结构设计，最后将各部分的知识进行组合并运用到实际设计中去。类似的还有钢结构设计课程，也可以按不同模块进行分块教学。建筑结构抗震课程则无法以这种简单的归类方式来进行学习，它涉及结构力学、混凝土结构、钢结构、结构动力学、荷载原理等各方面，不能单独提取任何一个或几个方面的知识来进行讲授。此外，与钢结构、混凝土结构等课程有较为明晰的主线不同，建筑结构抗震课程零碎的知识点较多，分章进行讲述不仅容易遗漏或缺失部分知识点，也难以帮助学生形成科学的知识体系，不利于学生对知识的整体理解和把握。因此，采用案例项目教学法是推进建筑结构抗震课程教学改革，提高课程教学效果的有效途径。

二、案例项目教学法的起源、内涵和基本特点

（一）案例项目教学法的起源发展

案例项目教学法的概念最早源于美国教育家杜威的教育理论。他在1916 年出版的《民主和教育》一书中提出了一个全新的概念，即思考和体验。他强调，教育的最终目标应该是促进每个人的个性发展，而这种发展的过程是和社会环境的变化密不可分的。培养学生认知能力的关键之一是学会自我组织和对自己承担责任。20 世纪70年代德国教育界开始推行以杜威理论为基础的项目教学，案例项目教学法正式进入教学应用[3]。案例项目教学法在欧美地区已形成了较为成熟完善的教学系统，但在我国起步相对较晚。我国案例项目教学法的研究始于1999 年9 月，《现代企业教育》刊载了一篇名为《项目教学法一种有益的尝试》的文章。这篇文章提出了项目教学法实施的具体步骤，但主要用于工商管理培训班的学员培训 [4]。案例项目教学法在土木工程专业大学本科阶段的教学应用目前大多只在各个高校开设的部分单一课程中，尚未形成完整的体系。

（二）案例项目教学法的内涵

案例项目教学法有别于传统教学模式，是以“项目为主线、教师为主导、学生为主体”的全新教学方式，符合“以学生为中心、以成果为导向、持续改进”的工程教育专业认证核心理念。授课过程中教师不再单纯地对学生进行书本知识的单方面传输讲授，而是将书本知识内容转化成多个“教学项目案例”，再围绕这些项目组织和开展相应的教学活动;学生以个人或小组为单位，在教师的指导下全程参与探究、论证项目的全过程，形成一个双向互动的知识传输体系，重在充分发挥学生学习的主观能动性[5]。该教学方法的本质特征是通过设计具有综合性、真实性和挑战性的教学内容，突出教学过程的实践性、探究性和开放性，体现学习评价的过程性和多维性，使学生不只是被动地接受知识，还要参与知识系统的构建[6]。这种教学方法不仅可以让学生学好相关的专业知识，还可以培养学生的自主学习能力和创新思维能力，是一种基于案例项目的集教、学、用为一体的新型教育方法。

（三）案例项目教学法的基本特点

作为一种新颖的教学方法，案例项目教学法相较于传统授课模式，主要有以下几方面特点。

（1）案例项目教学法将以往传统单向输出的课堂教学模式，转变为双向交流的互动模式。该教学法围绕“教师为主导，学生为中心”的理念，引导学生参与案例项目的研究，在学习知识的同时培养学生的归纳创新能力，让学生成为课堂的主导，对碎片化知识的学习极为重要。

（2）案例项目教学法以项目为主线开展教学，有助于学生将理论知识与实际应用相结合，并在学习过程中及时发现自己理论知识上的漏洞，以便弥补，这对学好土木工程专业课程十分必要。

（3）课程的考核不再仅仅依靠考试成绩，还包括在学习过程中学生对项目的参与度、完成度以及思维体系的构建等多个方面，相对而言这一考核方式更具系统性和综合性。

案例项目教学法具有实践性强、知识覆盖面广的特点，尤其适合土木工程设计部分知识点杂乱零散，实践要求较高的课程。这一新颖的教学方法在土木工程部分专业课程教学中已有所应用，

收到了较好的实际效果。

三、案例项目教学法在建筑结构抗震课程中的应用与思考

（一） 案例项目教学法在建筑结构抗震课程中的实践应用

建筑结构抗震课程是同济大学土木工程学院土木工程专业本科学生的必修专业课，也是国家和上海市的精品课程，国家精品资源共享课程[7]。依托2019—2020年同济大学教学改革研究与建设项目——基于工程教育专业认证理念的建筑结构抗震课程案例项目教学方法研究，学校不断深化对课程教学方法的改革和探索。目前在部分班级进行了建筑结构抗震课程案例项目教学法的实践应用，作为实践者和参与者，笔者结合学生对课程的学习体会和反映，对案例项目教学法在建筑结构抗震课程中的应用进行了一些思考。

作为学生系统化理解和应用课堂所学知识的媒介，所选案例项目必须具有开放性强、综合性强、知识点多以及持续时间长的特点[8]。对教材各章节相对独立的知识点，按照选定的主线加以串联，并且结合同一学期开设的“全过程課程设计”内容，形成多任务、跨科目的综合案例项目，让学生能直接感受学习的积累过程，从全局的角度看待所学内容。

案例项目教学法的实践应用步骤是，首先根据同济大学土木工程学院的小班化教学规模，将学生分为若干组，每组4人，便于组内同学可以互助合作，共同完成项目任务。其次下发《案例项目任务书》，每组的题目定为“某地区建筑结构抗震案例项目分析”，然后各组选择一个需要进行抗震设防的地区开展案例项目分析，最后学期末时每个学生需要提交一份案例项目调研分析报告或计算分析报告。教师根据报告的质量给予评分，按照合适的权重计入学生期末总成绩。

以“某地区建筑结构抗震案例项目分析”为例，具体介绍案例项目教学法的应用。按照课程教学大纲和教学进度安排，案例项目需要再细分为4个子课题，形成分阶段、分层次目标。最后通过一条或多条主线串联到一起，由此形成综合性作业体系。《案例项目任务书》中有以下4个子课题：

（1）开展调研，收集某地区的震害照片，掌握地震的成因、基本概念和地震记录等基础知识，分析该地区地震活动特点，完成调研分析报告。

（2）按照我国建筑抗震设防分类标准，结合“全过程课程设计”的框架结构形式，分析某地区某多层框架结构办公楼抗震设防策略，阐述我国“三水准”抗震设防目标及“两阶段”抗震设计方法的具体内涵，完成调研分析报告。

（3）结合“全过程课程设计”，确定某地区某多层办公楼抗震设计参数，并进行地震作用计算和层间弹性变形验算，完成计算分析报告。

（4）结合“全过程课程设计”内容，针对某些地区多层钢筋混凝土框架结构，阐述抗震概念设计的要点，并收集多种抗震构造措施的图例，理解抗震构造措施的意义，完成调研分析报告。

这种新型教学方法与传统授课模式主要有以下区别：一是案例项目教学法更加注重学生理论联系实际的能力，在教学过程中以案例项目贯穿始终，使原本较为碎片化的知识得以串联起来，有利于学生整体理解和掌握。二是案例项目强调抗震概念设计，

旨在培养学生注重概念设计的良好习惯，使学生牢固掌握这部分相对较浅显的理论知识。三是在小组讨论和学习的过程中，鼓励小组成员提出各自不同的看法和问题，拓宽学生思路，打破传统固有的思维模式，通过学生的交流讨论，丰富学生的知识储备。

在进行项目的抗震设计时，会遇见诸多问题，因为实际房屋情况和地形条件要复杂很多，地震设计参数的选取、模型的简化等等都存在不清楚的地方，需要学生重新阅读课本，掌握理论知识的实质。总之通过参与一系列案例项目，及时发现理论知识教学中的漏洞，便于在实践中将理论与实际更有效地结合起来。

（二）案例项目的选择要点

案例项目教学法是以项目为主线的新型教学方法，案例项目的选择直接影响课程的教学质量，因此选择合适的案例项目极为重要。笔者认为，案例项目的选择应该兼顾以下几方面。

第一，所选案例项目应尽量涵盖课程所需的知识点，特别是一些单纯依靠传统课堂教学无法清晰准确传授给学生的零散知识点。在案例项目教学中，学生相当一部分学习任务要依靠案例项目来推进，即学生通过参与项目来学习和运用理论知识，串联碎片化的知识，最终形成完整系统的知识体系。因此，案例项目涉及的知识应该相对全面，尽可能覆盖有关知识点，避免出现知识点遗漏的问题。

第二，案例项目应该具有代表性。在实际的设计过程中，工程师们所面对的情况千变万化，不同地区、环境、材料等的特点都应被考虑到抗震设计中。但在不多的课时中，学生不可能面面俱到地参与各类项目设计，只能专注于有限的一两个项目，因此学生所参与的项目应尽可能具有代表性，以便学生能够掌握更多的抗震设计知识。对于本科阶段的初学者来说，

应集中精力重点了解具有普遍适用性的案例项目。

第三，案例项目应难易适度。学生是第一次接触该课程，大多没有实际建筑设计的经验。在一个学期的学习中，学生所了解的都是基础理论知识，不具备参与复杂项目的能力。因此案例项目不应过于复杂，在基础没有夯实的情况下急于让学生参与难度较高的项目无异于拔苗助长，不但不能起到串联、扩展、应用知识的目的，还会适得其反，打击学生的学习积极性。但案例项目也不可过于简单，项目难度太低

则达不到教学目的。

第四，案例项目的选择应有利于学生对基本概念和知识的理解。采用案例项目教学法的主要目的之一，就是通过案例项目将理论知识形象化具体化，引导学生及时消化掌握一些碎片化和相对独立的知识点。选用的案例项目应该注重于基础知识和概念的阐释，而不应过于注重具体的结构设计和计算[8]。

第五，案例项目应具有规范性。教学案例的选取与设计要注意将相关的抗震设计规范贯穿其中，使案例项目的教学成为学生学习了解相关行业规范的过程，引导学生养成重视设计规范、遵守设计规范的良好习惯[9]。

（三）案例教学法在建筑结构抗震课程中的应用建议

在建筑结构抗震课程教学过程中，可以提供多个不同地区不同结构类型的抗震设计案例项目供学生选择。对一些较为复杂的结构抗震设计，可以安排3～5名学生以研究学习小组的形式参与项目。教师根据教学进度将项目设计作进一步的细分，不同阶段有不同的任务，要求学生跟随课程进度逐步完成案例项目。

下面以上海市某多层混凝土结构或砌体结构的建筑抗震设计为例，将此项目细分为几个分任务。

第一，结合相关资料分析上海市受地震影响的规律，熟悉我国的抗震设防目标、建筑工程抗震设防分类标准，了解上海市的设防烈度和场地特点，确定建筑场地类别和地震可能的影响。这部分任务对应课本前两章的抗震基础知识和基本理论，所以案例项目任务书应在第一堂课时就布置下去，便于学生跟随课程进度，同步完成项目任务。

第二，进行简化后的建筑结构模型的结构地震反应分析和抗震验算，学习并应用地震反应谱和结构抗震验算的相关知识，通過简单算例加深学生对这部分知识的理解。应在进行具体结构抗震设计之前完成这一验算。

第三，进行典型结构的抗震设计，要求学生进行多层混凝土结构或砌体结构的房屋抗震概念设计，并进行结构抗震计算，学习和了解房屋的抗震构造，形成一个较为完整的抗震设计知识体系，并能进行简单的设计应用。这部分是整个案例项目重要的实际操作部分，应安排在学生具有一定理论基础之后进行。在实际操作时，应注意考虑不同结构情况下的结构整体性能，要求学生对概念设计有更进一步的理解和体会。在完成项目任务后，要求学生进行设计项目的汇报，向大家介绍自己的想法与思考，并组织学生相互交流评价。

第四，案例项目完成后，教师根据项目完成情况和学生的表现等进行综合评价，按一定比例计入学生期末总评成绩。对于一些表现突出、项目完成较好的学生，可给予一定的加分鼓励。

总之，在整个案例项目教学过程中，项目的开展应紧扣课程知识点逐步推进，以帮助学生构建专业知识体系。在学习过程中引导学生体会设计过程，加深对知识的理解，以便更好地掌握和应用知识。

（四）案例教学法在实际应用中存在的问题与解决方法

案例教学法作为一种较新颖的教学方法，在实际课程的应用中还存在一些问题。结合对部分学生的问卷调查，笔者整理了以下几种在案例教学法实施过程中容易出现的问题，并提出相应的解决方法。

第一，评价体系不够完善。在案例项目教学过程中，学生常常以小组为单位合作完成各个环节的任务。由于评价体系不够完善，以致

难以准确衡量

个体对团队的贡献，对学生的评价无法做到客观公正。笔者认为可以通过小组成员定期的互相评价、教师对小组成员不定期的单独抽查、设置小组监督员等方式尽可能地避免这类问题的出现。

第二，由于前期知识储备不足，部分学生在参与项目研究后存在跟不上进度、对新知识理解起来较慢等问题。建筑抗震设计课程涉及结构动力学及抗震设计的基本理论，部分学生上述相关知识不够扎实，一定程度上影响了该课程的学习[10]。针对这一问题，笔者认为可以将录播的上课视频发给学生，便于基础薄弱的学生复习巩固。

第三，案例项目的完成往往持续时间较长，特别是在工作量较大的情况下，容易

出现拖沓、敷衍了事甚至抄袭的情况。对此，教师可以通过定期抽查，以及要求学生进行阶段性任务汇报等方式督促学生按时完成各阶段的任务。

四、结语

建筑结构抗震是一门较为特殊的课程，其综合性强、碎片化知识较多、实践要求较高等，教学上应适当压缩单一的教师讲授时间，尽可能地开展小组讨论和案例分析，将一些枯燥的理论知识融入案例设计中，既可以活跃课堂气氛，也可以使学生更加直观形象地理解和接受相关知识[11]。案例项目教学法在建筑结构抗震课程中的应用是一次有效的实践探索。通过具有典型代表性的案例项目，将课程所需的知识串联成整体，让学生在贯穿整个学习周期的案例项目教学中获取知识，并学会应用知识，构建相对完整的建筑结构抗震设计知识体系，为今后更高层次的学习和工作打好坚实的基础。作为一种新型教学方法，案例项目教学法在实践应用中也存在一些问题，需要在实践中不断改进和完善。参考文献：

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[2]郑晓芬. 建筑结构抗震[M]. 北京： 清华大学出版社，2017.

[3]袁雪乔. 项目教学在德语写作课中的应用研究[J]. 科技信息， 2010（34）：168.

[4]王洪志，张道明. 项目教学法在土木工程专业课程教学中的探索与应用[J]. 甘肃科技， 2017，33（8）：48-50.

[5]林先其，熊鹰. 项目教学法在本科教育中的应用和思考[J]. 教育教学论坛，2016（25）：200-201.

[6]宗亚妹，李建启. 系列化项目教学的研究与实践[J]. 中国大学教学，2013（11）：44-46.

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[10]郑妮娜， 杨溥， 刘立平， 等. 结构抗震设计课程教学问题调研[J]. 高等建筑教育， 2014，23（3）： 75-77.

[11]郑晓芬，陈基赟. 对建筑结构抗震课程进行翻转课堂教学的思考[J]. 教育现代化， 2019， 6（1）：145-148.

Exploration of case project teaching method of building structure seismic course

ZHENG Xiaofen， LI Kaiyang， LIU Shenru

（College of Civil Engineering，Tongji University，Shanghai 200092，P. R. China）

Abstract：

Seismic design of building structures is a strongly comprehensive professional course of the structural engineering division which covers disciplines such as steel and concrete structures， structural mechanics， geology， and seismic engineering. Compared to other professional courses with rather singular knowledge systems， this course requires much more for the integrity of knowledge. The article focuses on the case project teaching approach， explaining why the method was proposed， its characteristics， and its specific requirements. It also provides some advice about the application of this new approach on actual courses. We sincerely hope that this article can be of help in the widespread application of the case project teaching approach.

Key words：

seismic design of building structures; case project teaching method; civil engineering specialty; teaching reform

（責任编辑 王 宣）