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建筑类学员结构素养探讨

来源:   2020-08-05 16:52:49

摘要:针对问题分析如下:首先,相关的结构课程,例如“建筑结构与选型”课程综合性很强,对“建筑力学”、“建筑结构”和“高等数学”等理论性较强的课程有很强的依赖性,所以建筑学专业学生在学习时普遍感觉非常吃力,学习的兴趣也就不浓。其次,结构类课程教材编写和任课教师通常由结构专业的老师来担任,而授课对象是建筑类学生,所以师生之间对课程的理解存在较大错位,给教学带来较大难度。最后,随着高校学生的扩招,教师队伍也相应增多,年轻教师较多,年轻教师多数从学校毕业直接进入学校教学,缺乏工程经验和教学经验,而结构类课程的实践性和工程性较强,这对年轻教师而言是一个不小的挑战,而实践能力和处理工程能力恰恰是现在高校学生的薄弱之处。只有将这些问题处理好、解决好才能实现提高学生的结构素养、培养新时代下卓越工程师的目标。

一、教学中存在的问题

针对问题分析如下:首先,相关的结构课程,例如“建筑结构与选型”课程综合性很强,对“建筑力学”、“建筑结构”和“高等数学”等理论性较强的课程有很强的依赖性,所以建筑学专业学生在学习时普遍感觉非常吃力,学习的兴趣也就不浓。其次,结构类课程教材编写和任课教师通常由结构专业的老师来担任,而授课对象是建筑类学生,所以师生之间对课程的理解存在较大错位,给教学带来较大难度。最后,随着高校学生的扩招,教师队伍也相应增多,年轻教师较多,年轻教师多数从学校毕业直接进入学校教学,缺乏工程经验和教学经验,而结构类课程的实践性和工程性较强,这对年轻教师而言是一个不小的挑战,而实践能力和处理工程能力恰恰是现在高校学生的薄弱之处。只有将这些问题处理好、解决好才能实现提高学生的结构素养、培养新时代下卓越工程师的目标。

二、结合普通类大学的实际情况,在教学中进行改革实践

1.上好“绪论”课,提高学生对课程的兴趣绪论课或者概述课是学生上的第一节课,如何上好第一节课至关重要。笔者认为第一节既要对课程进行全面总结,又要告诉学生课程的意义和课程要解决的问题,学习完之后会有什么收获和应达到的学习目标等,当然能否让学生对课程感兴趣是最主要的是老师应下功夫的地方。普通大学的建筑学及相关非结构类专业学生普遍存在着数学和力学基础薄弱的现象,再加上很多学生重视造型艺术的表现和形式空间语言的表达(认为学习结构用处不大),以及现下多数相关教材公式多、图示少等原因导致学生对结构存在畏难心理,学习的兴趣也就不浓。鉴于以上情况,笔者在教学中尝试以下方法:一是采用知名建筑大师的名言。例如,著名建筑大师贝聿铭先生在回答“建筑教育的重点”这一问题时,也提到结构(Structure)或构造(construction)等工程科学是与建筑有密切相关的,理应彻底了解;[1]二是以因忽视结构而导致的工程事故为例展开。例如,2004年5月23日巴黎戴高乐机场刚刚投入使用不久的2E终端楼部分坍塌,造成4人死亡。调查结果显示该建筑在追求外观以及功能的同时,对新型结构的认识不够、安全系数偏低是事故发生的主要原因。笔者对2E终端楼的结构进行深入浅出的分析,并引导学生一起总结了2E终端楼结构上的几点不足,就如何改进的问题布置作业,从作业中看出每个学生的答案是不同的,又邀请企业人员一同讨论,从讨论会上看到学生热情很高,收获也很多。通过血淋淋的事故教育学生身为一位工程师所应有的责任。通过这样一节绪论课笔者发现学生增加了职业责任感,认为优秀的建筑师应该掌握基本的结构概念,且能够在设计中灵活的应用。

2.深入浅出地介绍基础知识后,告诉学生如何应用,并在作业和考题中突出对应用能力和创新能力的练习、考查多数学生在大学学习中容易出现为考试或得学分而学习的情况,或者学完之后不知道如何应用,结果出现考完试或修完学分后“从哪个老师里来的知识又归还给老师”的现象,这种现象应引起教师的深思。笔者认为老师在讲授知识点时要告诉学生为什么要学习、如何学习以及学后如何使用,按照这种方法既能增加学生兴趣又能增加学生实践和应用能力,继而培养创新能力。例如:结构基本构件中的压杆时,先以“同种材料,用作轴心拉杆和压杆哪个需要面积可能会大?”这一问题引入,通过用简单的公式推导或理论分析都容易得出正确答案(修完力学课程之后学生都知道压杆存在材料和失稳破坏两种情况),由此引出压杆稳定性问题,然后就影响稳定性的因素进行分析,图1为不同刚性支承条件下的计算长度,用简单易懂的方法回顾力学中针对a、b、c、d四种情况下的长度系数分别为1、2、0.7和0.5,然后提出“对同种材料的细长杆件,在以上四种约束情况下,哪种先破坏?”的问题,让学生按破坏时需要的压力由小到大排序,学生能容易地得出b、a、c、d的顺序。从这一问题中总结如下:对同种材料和相同长度的杆件采用不同结构,承载力不同,这就是结构选型的必要性,也是“建筑结构与选型”课程所要解决的问题,所以建筑师不能只一味追求“美观和创意”而忽视结构;结构的约束量和承载力是正相关关系,缺少多余约束的结构安全性不高(采用b和d两种约束,承载力相差数倍)。分析总结后给出例题如下(图2):两个图中桁架结构哪个承载力更高?(其中的①、④杆均为压杆,但是左图中①、④杆的长度大于右图中①、④杆的长度。所以,右图中桁架的承载能力要远远高于左图中的桁架)。通过这个例题学生对稳定性有更深刻的认识,从中学会了如何进行相关的选型及如何用所学的力学知识为建筑服务的方法,也增加学生对课程的兴趣和重视。

3.结合课程实际需要,更新教学内容世界建筑在日新月异的发展,教材常常不能展现最新前沿。以高层建筑为例,各国一直在“高度”上标高,所以世界第一高楼的高度一直在刷新,但美国旧金山市著名的IwamotoScott建筑事务所展示的新式摩天大楼,这座形如人肺的新式大楼可能将改写世界高层建筑的历史,重新定义未来高层建筑的地位和作用。建成之后的大楼将成为纽约曼哈顿地区的标志性建筑,设计师将其称为“曼哈顿的灯塔”。该设计中加入了许多可持续发展建筑理念,比如模仿周围环境设计的外观、利用导管纤维原理的采光技术、采用生物过滤技术的玻璃楼梯以及类似鱼鳃的门厅等等,整座大楼就像是一个巨大的“人肺”能够为整个建筑提供源源不断的“新鲜氧气”。[2]再例如:所有建筑在人们心中都要有牢固可靠的地基基础,但建筑设计师文森特•卡勒博(VincentCallebaut)为上海设计的建筑彻底打破了这个常规。这些建筑是一群悬在高空的、能够自给自足的飞行器;这些飞行器一半是飞艇城市,一半是能够产生氢气的悬浮农场。这个设计被称为“氢化酶”(Hydrogenase),能够生长出绿藻的空中之城实现了百分之百无排放,同时具有产生氢气的能力,而且还无需消耗农作物或者森林所必需的土地。[3]这些结构体系的实例既能反映世界最新建筑发展行情又能巩固和加深对这些概念的认识,开拓学生设计思路。用多媒体教学图文并茂,生动形象。首先向学生展示这些建筑的图片,然后提出“如果你是结构设计师,你会如何设计结构方案”的问题。这样,学生会根据教师的问题而提出多种方案,教师最后再向学生介绍实际的结构设计。在这样一个讨论过程中,增加学生对本行业最新领域认识的同时,使学生对结构如何服务、支持于建筑设计有了更深刻的了解,结构概念得到了加深。

4.结合卓越工程师计划要求,提高工程实践能力通过让新年轻教师利用假期在企业锻炼及“老帮带”的方式培养年轻教师、“双师”联合授课(在邀请专家时,鉴于时间冲突和现在校区远离市区等原因,实施时有困难,可以开展“第二课堂”,即利用网络视频或音频组成课堂形式)、“沙龙式”课堂和咨询教学效果和建议的问卷调查等形式提高课堂效率,同时培养和提升师生的工程实践能力。针对课程的实践性较强的特点,在各章节中以“灵活使用××结构”、“规则结构如何适应建筑多变”、“结构的使用讲求变化”等等为题目,通过“改型配合”、“改形配合”、“切割及重组”、“同类及不同类结构组合”等,使得学生更好地掌握结构形态的变化和应用。

5.改革考核方式学期末,采用理论知识的考试和实践能力的考核这种复合型考试模式:理论考试围绕注册建筑工程师中和课程相关内容进行,为以后的行业注册考试做准备;实践能力的考核则由企业提供的真实项目,例如为某高校设计文艺中心或学生公寓楼,要求有简单的建筑和结构设计。

三、结论

结合“卓越工程师”计划的精神和要求,实施了多种多样的教学手段和方法改革(如学生走向讲台、“沙龙式”课堂和网络视频同步课堂等),注重通过实地考察、邀请企业专家客串课堂(“一生两师”制)以及复合型考核方式等形式提高学生的结构素养和实践能力,以使教学能够适应建筑行业发展需求,培养更多优秀的专业技术人才。