建筑学专业结构选型课程的教学改革与实践

文／郭剑飞 浙江工业大学之江学院 国家一级注册结构工程师 注册岩土工程师 副教授 硕 士

冯 静 浙江工业大学之江学院 国家一级注册建筑师 副教授 硕 士（通讯作者）

庞乾奎 浙江工业大学之江学院 副教授 博 士

引言

现代建筑是凝聚着人类科学进步与文化艺术的复杂体系，熟练运用结构技术，使建筑构思与结构布局巧妙结合，是建筑师出色完成建筑设计的重要条件。意大利建筑师奈尔维在他的《结构在建筑中的地位》一书中认为“现代建筑设计所要求的新的、宏伟的结构方案，使得建筑师必须理解结构构思”[1]。但建筑学专业的学生往往更重视专业设计课而轻视结构类课程的学习，导致培养的建筑师缺乏根据建筑功能、建筑形态进行结构构思与布局的能力。另外，结构类课程的教学往往也不得其法，简单地将结构理论知识生硬地填塞给学生，缺少在建筑设计时进行结构构思能力的培养，枯燥无味的教学方法和过于理论化的教学内容难以引起学生的学习兴趣。“工欲善其事，必先利其器”，对结构的忽视将限制学生将方案设计能力转化为工程实现的能力[2]。本文结合作者对建筑设计与结构选型长期配合教学的探索与实践，对建筑结构选型的教学方法及如何与建筑设计课程相互配合进行研究和探索，为建筑结构选型课程的教学模式改革开创一种全新的教学思路。

1 教学模式改革

“建筑结构选型”须与工程实践紧密结合，通过课程教学改革，培养学生由理论知识转化为实践应用的能力，使原本相互缺少有机联系、纯理论学习所形成的“知识孤岛”通过工程实例分析、师生间的研讨交流、教学引导、建筑设计应用等综合手段而得到改善，培养学生在建筑方案阶段就注意建筑构思与结构布局相协调的建筑设计思路，并考虑结构技术细节对建筑布置的影响。

1.1 结构选型课程的教学模式改革

著名建筑大师贝聿铭在回答“建筑教育的重点”这一问题时，认为“建筑师本身不一定要会算，但一定要懂得怎样算，因为先会算才知道从中间求变化”[1]。这里的计算对于建筑师来说，应是把相对宏观的结构分析运用到建筑造型构思中，诸多经典、广为传颂的伟大建筑也往往因为设计符合自然法则、力学基本原理而显得更为璀璨夺目。在结构精细计算部分对学生则不必要求过深，否则将使学生产生畏惧情绪，失去学习兴趣，且也无必要。

在“建筑结构选型”的教学改革实践中，应进行课程体系的重新整合，对各类高层、大跨度结构体系的授课内容应选取应用性较强的重点内容，在理论教学过程中结合若干具有典型意义的工程案例，进行分析讲解，并可对往届学生建筑设计作品存在的常见问题提出看法，拉近与学生的距离，引导学生参与分析，帮助培养学生自行发现问题、思考问题并解决问题的能力。同时引导学生深入思考，相互交流，而不是传统灌输式教学模式。通过理论传授、引导自主学习、案例分析及实例教学等逐步推进的教学模式，增强学生对设计方案进行结构造型表现的能力，使建筑具有真实的表现力和实践性，培养正确对待和运用结构技术的素养与能力，掌握不同结构类型的概念、用途、构件常用尺寸的估算及结构布置技巧等规律[1]。

1.2 建筑设计课程的教学模式改革

建筑的结构构思能力讲究实践性，前面所有结构教学铺就的路，其实都是为了在建筑设计中能协同考虑结构问题。在建筑设计类课程的教学环节中，该任务一般由建筑学专业教师兼顾，由于专业隔阂，很多具体结构布置等可能缺乏专业深度，难以透彻分析和引导，造成结构教学在其最重要的设计应用环节缺位，学生在做建筑设计时可能完全不考虑结构构思和建筑方案的协调问题。要改变建筑方案“空中楼阁”的现状，应重视跨学科的交流，在建筑设计课程教学（特别是高年级的高层和大跨度建筑设计课程）的不同阶段引入结构辅导教师，有针对性地引导学生考虑结构构思，使得方案兼具技术性和艺术性。这种建筑设计课程的教育模式将为学生构筑开放的结构知识体系平台，将以设计教学为核心，注重设计的创造性，升华建筑设计过程中对结构的理解，使结构教学更具有针对性和实用性。

2 设计模式改革

在课程前半学期，通过结构专业教师对“建筑结构选型”课程的基本理论知识讲授、经典案例分析和往届学生常见设计问题的剖析后，在学生具备一定的结构选型知识的基础上，结构教师参与建筑设计课程的协同教学，在学生做建筑方案的不同时期，结构教师分阶段辅导学生在建筑方案中的结构构思疑问。

2.1 建筑优秀案例结构构思的设计模式

以4～5人为一个项目团队，把班级分成4～5组，教师需要给每组提供一个建筑优秀案例，不同团队的建筑案例应尽量具有不同的结构布局特色。各组需要合作完成项目，团队的成员组成是开放的，根据项目兴趣组合在一起。团队的开放性还体现在行之有效的交流，分别是学生与专业教师之间的交流、同一项目的团队内部之间的交流、不同项目团队之间的交流及成果汇报交流。这些交流在整个设计过程中随时进行，促进研究氛围的形成和合作意识的加强，也可促进学生学习热情，激发学生的创造性思维。

学生对建筑案例进行的结构构思分三个阶段推进。第一阶段，每个团队成员需根据建筑案例选用适用的结构体系，并分析布置结构构思的合理性和不同布置方法对建筑功能所产生的影响，教师在这个过程中需根据统一存在的问题及时进行集中讲解和团队分组引导，比如剪力墙布置原则及不同布置方法所产生的影响，不同柱网布置方法的优劣，梁高如何确定和对层高使用的影响等；也需要引导学生了解对建筑设计会产生较大影响的相关结构规范，比如不少建筑学的学生到毕业设计阶段对于百米公建的方案仍在采用框架结构；高层建筑的剪力墙或筒体完全偏心布置于一侧等不合理设计。第二阶段，教师应根据学生第一阶段完成的结构构思情况，及时提出学生存在的问题，对于学生能自行解决的问题，应通过引导让其参与分析和思考，或自主查询资料来解决。同时引导同组学生间进行相互探讨交流，对于同组团队成员结构构思的差异点尽量让学生自主讨论解决，学会分析利弊得失，自行考虑结构布置对建筑功能所产生的影响及不同布置方案对使用舒适度等综合因素的影响。对于学生不能自行解决的问题，如需较多实际工程经验的问题，教师应及时分析，培养学生具有较为开阔的建筑设计视野，使之能更加全面地考虑设计的技术细节，养成良好的工作习惯并具有建筑设计所需的工程概念，而不是“纸上谈兵”式的设计。第三阶段，应让每个团队根据第二阶段的讨论结果，确定最后的结构构思方案，并派团队代表上台讲授每组的交流情况和最后的优化布置方案，辅导教师应根据具体情况进行针对性提问，激发学生讨论热情，并对结构构思方案和相关技术细节进行最后的点评分析。

通过这种层层深入式的推进教学，学生是学习的主体，教师主要起引导、提问、点评分析的作用，通过这种“开放式”教学模式和“探究式”学习模式的教学改革激发学生学习的积极性和主观动能性。

2.2 建筑设计中的结构配合模式

通过建筑优秀案例的结构构思设计使学生初步具备在一定方案基础上的结构构思能力，作为建筑学专业的学生尚需培养在自身建筑设计过程中就应具备协同考虑结构构思的能力，并完善解决结构技术细节对建筑布置的影响。技术的运用能力与方案设计能力是在学习过程中协同提高的，二者相互依存，并不排斥，但亦存在制约关系[3]。建筑设计过程是建筑和结构相互依赖和相互反馈的过程，在方案设计阶段就不是一个平顺的过程，反复修改、不断完善是常态，通过建筑和结构的交互、反馈、修正，获得最终建筑的优化设计成果。在建筑设计课程教学过程中，结构辅导如何穿插到建筑设计的各个阶段需要根据设计进度来安排。早期：学生对建筑设计方案进行总体结构布局，进行结构辅导的教师应及时进行指导和答疑；中期：针对学生确定的结构构思，进行多角度分析并提出优化意见；后期：对学生整改后的结构形式优化后定稿。在整个过程中，结构辅导需要结合学生的建筑方案构思，引导学生思考如何协同考虑结构构思，传授建筑结构选型与构思的力学逻辑，分析对空间特征、建筑形态的影响。结构辅导一定要把握好度，不能扼杀学生对建筑方案的创造性，不应对学生的艺术创意有过多干涉，并应加强与建筑设计老师的沟通，从不同专业角度探讨建筑方案合理性，以免学生对不同教师的意见无所适从。

经历这样一个建筑设计流程，培养学生了解建筑设计中需要思考结构选型与构思的意义，明确具备结构选型与构思能力所需的知识储备，掌握结构选型的依据，鼓励学生在尊重结构逻辑的基础上进行正确的结构选型，进而获得建筑形态创作与结构构思、结果布局相互协调统一的能力。

3 教学方法改革

对于课堂教学和设计辅导而言，“启发与互动”重在实质，在理论授课和设计辅导过程中应适时抛出问题，有的放矢地给学生自主思考和探究的空间，当他的思考和探究有了回馈和收获，就形成了兴致盎然的课堂互动和自主学习的主观能动性。“授人以鱼不如授之以渔”，学生通过这个过程既获取了知识，又提高了思考问题、分析问题和解决问题的能力，获得了相应的结构技术素养。

3.1 课堂讲授与课后自习相结合

除基本理论知识外，教师应针对当前建筑设计中存在的较多结构问题进行相关讲授，部分理论内容须结合工程实例分析。同时考虑到建筑结构选型课时少、内容多、部分内容须由学生自学完成的情况，为了让学生有效自学，可指定自学内容，并精心设计若干与建筑设计较为密切的思考题，以提高学生学习的积极性和兴趣。

3.2 互动教学

开展小组讨论和课堂讨论，启发学生开展积极的思维活动，学生在不同阶段必然存在各不相同的问题，暴露较为充分，通过学生各抒己见，相互启发，有利于发挥学生的积极性和主动性。通过教学中的互动，使课堂气氛活跃，增加学生的参与度，让学生在一个讨论过程中，对结构概念有更深刻的了解。

3.3 经典案例法

有针对性地选取一些经典的建筑作品进行分析或提供给学生自行分析，激发对结构重要性的认识和主动学习的热情，培养和锻炼学生在建筑设计中的应用能力和创新意识，提高学生运用结构的素养和技巧。

3.4 充分利用多媒体教学手段

多媒体教学可以提高教学效率，将更多的知识和信息传授给学生，也可将课程中复杂、抽象的结构原理用生动形象的语言结合大量实例图片来化解，有助于学生理解建筑设计对应的结构构思的机理，激发学生学习的积极性。

结语

如何培养建筑师的结构素养是建筑学专业教育的一大难题。多年来本校相关教师不断进行“建筑结构选型”教学模式的探索研究，持续进行建筑学专业教师与结构技术教师的协调配合，并根据具体教学实践对授课内容、方法等调整完善，减少纯书本理论教条的课时，强化设计实践教学，科学地组织教学内容，提高教学效果与解决实际工程问题的能力。通过课程理论教学、经典案例分析、结构构思设计、建筑设计中的结构配合教学，使学生的结构构思能力不断加强。在不同的教学和设计环节中，通过提出问题-思考问题-独立探究-课堂讨论-讲解总结的“开放式”教学模式和“探究式”学习模式，让学生获得结构概念和结构的设计常识，使学生不仅能考虑建筑美学、艺术的问题，且能协同考虑结构构思和结构技术细节问题。通过多年的改革与实践，取得了较为满意的效果，提高了学生学习的积极性和学习热情，提高了“建筑结构选型”课程的教学质量。