高层建筑结构设计课程教学改革论文

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摘要：高层建筑结构设计课程教学内容的选择与组织，应以应用型人才能力培养为目标，理论与实践并重，并注意兼顾不同学习基础的学生。根据该课程实践性和操作性强的特点，教学中教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线，整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学，将“教、学、做”有机结合起来；要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升，广泛开展探究性学习和协作学习；应做到教师讲授、学生自学、课堂讨论相结合，课内学习与课外学习相结合，理论教学与实践教学相结合；应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践，从而不断提高学生的实践应用能力。

关键词：高层建筑结构设计；教学内容；教学方法；教学手段

高层建筑结构设计课程的教学内容涉及混凝土结构、结构力学、结构抗震等知识的综合应用，作为培养从事土木工程设计、施工、预算、招投标工作的高级工程技术人才的土木工程专业，一般将高层建筑结构设计课程设置为一门专业限选课。土木工程专业毕业生的就业方向主要有结构设计、工程施工技术管理、预算和招投标等岗位，这些工作岗位都与高层建筑结构设计具有密切联系。土木工程结构设计岗位的主要工作内容已由多层建筑设计转变为高层建筑设计；从事土木工程施工管理工作，必须掌握高层建筑结构的识图与读图等知识，清楚高层建筑中哪些是主要受力构件，哪些是构造构件，在施工过程中遇到一些简单的高层事故应如何处理，等等，这些都有赖于该课程的学习；土木工程预算和招投标管理工作中大量的分析计算都要靠计算机来完成，要求工作人员要在看懂图纸（很多是高层建筑图纸）的基础上建立分析模型，做到不多算、不漏算，这也有赖于该课程的学习。工程专业开设该课程的意义由此可见。但是，由于种种因素的影响，目前该课程教学中还存在不少现实问题。鉴于此，本文拟从教学内容、教学模式、教学方法、教学过程等方面探讨高层建筑结构课程的教学改革问题，希望能为该课程教学质量的提高提供参考。

一、课程教学内容规划

随着我国经济的发展，土建行业对人才的要求特别是对学生工程素质的要求越来越高，企业欢迎的是具有完备知识结构又具备较强工程能力的人才。高层建筑结构设计课程涉及很多计算，教学内容十分丰富，但该课程的学时往往十分有限，因此，合理选择教学内容就显得尤为重要。该课程教学内容的选择应以应用型人才能力培养为目标，理论与实践并重，并注意兼顾不同学习基础的学生。土木工程专业一般将该课程安排在大学四年级第一学期，主要内容包括绪论、高层建筑结构的体系与布置、高层建筑结构的荷载和地震作用、高层建筑结构的计算分析和设计要求、框架结构设计、剪力墙结构设计、框架―剪力墙结构设计、高层建筑地下室和基础设计等，与先修课程混凝土结构、混凝土结构与砌体结构、基础工程、工程结构抗震等有紧密联系，也存在一定的内容重复现象。为了保持教学内容的系统性，教师处理与已开设课程重复的内容时，应做到“重复的内容讲差别，相似的内容讲典型，突出重点”[1]。例如：荷载计算部分的一些内容与混凝土结构课程的相关内容相似，按照相似的内容讲典型的原则，对该部分内容，教师应重点讲解高层建筑结构的风荷载计算（考虑风震系数），而活荷载计算可不考虑不利布置；框架结构设计部分的一些内容，与混凝土结构与砌体结构等课程的相关内容存在重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，对该部分内容，教师应重点讲解在框架结构设计中如何调整位移比、周期比、轴压比、相邻层刚度比、层间位移角、层间受剪承载力比等高规参数；高层建筑结构基础设计部分的一些内容，与基础设计和基础工程课程存在内容重复现象，按照重复的内容讲差别的原则，教师可重点讲解高层建筑“筏板基础”“桩基+筏板”设计中的常见错误及其原因。

二、课程教学模式

在开设高层建筑结构设计课程时，学生已具备一定的专业技能，但综合能力还有待提高。采用多元化教学模式是近年来该课程教学的主要特点之一。根据高层建筑结构设计课程实践性和操作性强的特点，教师应以促进学生提高实践技能、掌握关键知识为主线，整合课程各个单元的教学内容开展任务驱动教学和项目导向教学，将“教、学、做”有机结合，着力体现应用性、实践性和开放性的课程理念。将“教、学、做”一体化的教学模式有机融入教学过程，有利于处理“懂”与“会”的关系，学生可以先懂后会，也可以先会后懂或边懂边会。此外，教师还可以把课堂搬进实验室、建筑设计院、工程施工现场等场所，广泛开展直观教学，实现课堂教学与实习实训的一体化，从而有效提升学生的综合能力。

三、课程教学方法与教学手段

高层建筑结构设计课程的教学环节分为课堂教学、PKPM软件应用、工程设计实践和考核[2]。以下从四个方面探讨该课程的教学改革。

(一)课堂教学

课堂教学应以讲解高层建筑结构设计的基本设计理论、抗震规范、高层混凝土结构技术规程等内容为主；要有明确的教学目标、有效的教学策略和具体的学习评价指标；要注重学生兴趣的培养和潜能的发掘与提升，广泛开展探究性学习和协作学习；要注意培养学生终身学习的观念，力促学生自主发展和可持续发展。在高层建筑结构设计课程教学中，还应做到课堂讲授、自学、讨论相结合，课内学习与课外学习相结合，理论学习与实践环节相结合[3]。第一，课堂讲授与自学相结合。教师在课堂教学中应重点讲授基本概念、基本原理和难点，并向学生指定课外自学的内容和思考题，以培养学生的自学能力，化解教学内容多而课时有限的矛盾。第二，开展课堂讨论，启发学生开展积极的思维活动[4]。大学生思想独立性强，思维灵活，喜欢独立思考问题。因此，在全班或小组内围绕一个问题开展讨论，让学生各抒己见，相互启发，有利于发挥学生学习的积极性和主动性，充分提高教学效果。如在高层结构选型内容的教学中，可让学生以某“高层设计采用哪种结构体系较合理”为题在班级范围内开展讨论，让学生在愉快的氛围下通过主动思考掌握高层结构体系的有关知识。就课堂讨论的方式来讲，教师可先提出问题，让学生在小组讨论的基础上，选出代表到黑板前陈述意见，这样既可活跃课堂气氛，提高教学效果，也可提高学生的表达能力。第三，课内学习与课外学习相结合。在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题。对于较抽象的教学内容，教师应组织学生开展课堂讨论或课外学习小组（宜以宿舍为单位）讨论。教师还可结合单元教学内容，组织开展以高层结构设计基本理论知识和常规应用为基础的小型竞赛活动，如PKPM建模大赛等，以锻炼提高学生的知识运用能力。第四，理论教学与实践教学相结合。笔者的调查表明，很多学生在学习过程中都感觉到“高层建筑混凝土结构技术规程”难以理解，难以联系具体工程实例；结构设计只是停留在单个构件上，不明确结构整体设计的思路。因此，教师在教学中应结合具体教学内容引入工程实例，通过对工程实例的详细讲解，使学生加深对理论知识的理解，提高应用能力。比如，对高层建筑常用的三种结构，即框架结构、剪力墙结构、框架―剪力墙结构，教师可借助实际工程项目，依次详细讲解抗侧力构件的布置、主要高规参数的控制、平面的布置、施工图的绘制，通过实例讲解使学生理清结构设计的整体思路，加深对规范条文的理解。需要说明的是，教师教学中选用的案例可以来自企业生产实践，也可来自教师指导学生完成的工程设计实践项目。教师指导学生进行工程设计实践（包括结构选择、结构建模、施工图绘制等），是提高高层建筑结构设计课程教学质量的有效手段。

(二)PKPM软件应用教学

PKPM软件应用教学的重点是理解和掌握高层建筑结构设计的基本过程，主要有以下三个教学步骤：(1)结构布置的讲解与练习。在此步骤中，要通过讲解和练习，使学生掌握运用PKPM软件建模的技巧，理解“抗规”关于结构平面和竖向布置的基本要求。结构平面布置要求平面形状简单、规则、对称、质心和刚心重合[5]30−31；结构竖向布置的要求主要是抗侧力构件沿竖向不突变等。(2)PKPM基本计算参数输入练习。在此步骤中，应要求学生按照相关要求，结合工程结构的实际情况输入PKPM相关参数，并理解基本风压、基本雪压、设计地震分组、抗震设防烈度、连梁刚度折减系数等参数的含义。(3)PKPM计算结果的分析判断和参数调整。在此步骤中，应指导学生通过对计算结果的分析，判断结构的周期比、位移比、剪重比、相邻层刚度比、轴压比、整体稳定是否满足要求，并对不满足要求的参数进行调整。

(三)工程设计实践教学

开展高层建筑结构设计课程实践教学，有利于学生强化工程概念和感性认识，激发学习主动性，提高创新能力。在工程设计实践教学中，教师可以组织学生分组参观调查当地已建高层建筑，了解其构型、结构体系、存在的施工问题等；可以让学生以小组为单位完成高层建筑的建模，如15层以下教学楼、办公楼、宾馆等框架结构的建模，20层以下住宅楼等剪力墙结构的建模，20层以下写字楼、公寓等框架―剪力墙结构的建模。

(四)课程考核

高层建筑结构设计课程的常规考核方法是笔试成绩与平时成绩相结合，但笔试成绩一般占总成绩的80%，这容易导致学生只重视理论而忽视实践，不利于学生应用能力的提高。该课程的考核应着重考核学生综合运用知识的能力，可采用笔试、上机操作、实践环节相结合的考核方式。其中，笔试成绩占总成绩的50%，试卷的制作可参考国家“注册结构工程师专业资格”考试；上机操作成绩占总成绩的20%，可以给定房屋建筑平面图和立面图，让学生在规定时间内运用PKPM软件完成满足结构设计规范要求的结构建模；实践环节成绩占总成绩的30%，内容包括考察报告的撰写情况、在分组建模实践教学中的表现等。

四、教学过程的组织

如前所述，在每次课结束前，教师都应向学生明确课后的复习内容、预习内容及思考题，其中预习的内容可以是参观现有高层建筑结构，调查了解其结构形式、结构设计、施工中存在的问题等，并形成文字。导入新课时，教师可用5分钟左右的时间了解学生的预习情况，并通过总结引出新课题。在讲授新课的过程中，教师应突出重点，把握难点，可按照理论讲授―例题解析―学生练习―归纳总结的步骤组织教学。如在讲解高层建筑的结构体系时，可先分述每种结构体系的概念，再举例分析典型的结构体系布置，然后让学生画出附近教学楼等高层建筑的结构，最后归纳总结常见建筑结构体系的选择。课堂讨论教学环节一般可采取学生自由发言与教师总结相结合的方式，而在安排有小组前期调研的情况下，应紧紧围绕小组代表的汇报发言开展现场提问。另外，教师在课堂教学中还应引导学生主动到建筑设计院、工作室参观实践，以实现学以致用，不断提高学生的实践应用能力。例如，为了提高应用型技术人才培养质量，黄淮学院在其大学生创新创业园设置了建筑设计院校内实践基地，为土木工程、建筑工程等专业学生的工程实践提供了良好的平台，教师引导学生到这里结合教学内容参观实践，无疑能够有效地促进学生实现所学理论知识的内化和实践应用能力的提升。

作者:邵莲芬 单位:黄淮学院

参考文献：

[1]牛海成，徐海宾．面向可持续发展的高层建筑结构设计课程教学改革探讨[J]．高等建筑教育，2013(22)：72―75．

[2]刘圆圆．浅谈《高层建筑设计》课程改革方案[J]．城市建设理论研究：电子版，2014(36)：8119―8120．

[3]孟丽岩，王涛，陈勇，等．高层建筑结构设计课程教学方法的改革与实践[J]．黑龙江教育（理论与实践），2015(3)：77―78．

[4]曹忠民．精品课程“工程结构抗震与防灾”建设的经验[J]．华东交通大学学报，2006(1)：48―50．

[5]史庆轩，梁兴文．高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2015．