邱燕紅

為了加強建筑力學與結(jié)構(gòu)課程的理論與工程實際的聯(lián)系，突出該學科的實用功能，可以運用案例情境教學法，筆者以“靜定平面桁架結(jié)構(gòu)”章節(jié)為例，創(chuàng)設(shè)試驗情境、案例情境、問題情境，使得案例教學與情境教學法相互融合，充分調(diào)動學生學習積極性，引導學生獨立思考，分組討論平面桁架結(jié)構(gòu)模型的受力特征并總結(jié)規(guī)律。

一、案例情境教學法的提出背景

建筑工程專業(yè)是眾多高職院校的重頭專業(yè)，建筑工程的學習離不開對“建筑力學與結(jié)構(gòu)”知識的充分理解和掌握。該課程理論性較強，但是它來源于實踐，又指導實踐。傳統(tǒng)教學偏重于理論，因此，該課程教學改革迫在眉睫。力學與結(jié)構(gòu)作為抽象的理論知識點，應使教學緊密結(jié)合生活實際，讓學生學會從力學角度去觀察身邊的建筑結(jié)構(gòu)，思考力學與結(jié)構(gòu)問題應成為教學過程的重要環(huán)節(jié)之一。

在《大教學論》中，捷克教育家夸美紐斯就已提出了案例教學和情境教學的思想。為了培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實踐的能力，筆者進行了案例情境化教學改革，使得案例教學與情境教學法實現(xiàn)融合，更好地輔助教學。幾個學期的教學實踐表明，這種教學模式能有效提高學生興趣，明顯比傳統(tǒng)的教學模式更受學生歡迎。案例情境教學法值得工作在一線的高職院校教師進一步探索和實踐。

筆者認為，高職高?！敖ㄖW與結(jié)構(gòu)”案例情境教學法指在教學過程中以案例和情境為載體，圍繞教學目標創(chuàng)設(shè)與教學內(nèi)容相輔相成的情境，以及供學生學習的工程案例，將理論知識轉(zhuǎn)化為學生的學習動機和興趣，幫助學生理解所學知識，引導學生進行探索，提升學生理論指導實踐的能力。因此，在“建筑力學與結(jié)構(gòu)”課程中，“案例導入—情境模擬”教學是一個非常有效的方法，有助于培養(yǎng)學生的實踐與創(chuàng)新能力。

二、案例情境教學法——創(chuàng)設(shè)問題、試驗、案例情境

建筑力學與結(jié)構(gòu)的教學應圍繞“案例導入—情境模擬”教學法開展，按照試驗—理論講解—實踐應用的認知規(guī)律，對課程教學模式進行整體設(shè)計，開展模型試驗情境模擬、工程實例情境模擬、問題情境模擬等教學研究。在這個過程中，教師作為課程的總設(shè)計師，預設(shè)實際問題，營造相關(guān)的工程實例情境，讓學生面對問題，獨立思考并進行創(chuàng)造性思維，提高創(chuàng)新能力和解決問題的能力，指導學生歸納、總結(jié)建筑力學與結(jié)構(gòu)的相關(guān)原理與規(guī)律，加深對課程所學知識的理解，從而實現(xiàn)融會貫通。

基于上述考慮，筆者在教學工作中開展了一系列探索與研究。在此，以“靜定平面桁架結(jié)構(gòu)”為例進行說明?！鞍咐龑搿榫衬M”的出發(fā)點是為了提高學生對建筑力學與結(jié)構(gòu)課程的興趣。所以，案例情境模擬必須貫穿整個課堂教學設(shè)計，包括課前、課中、課后，教學方案設(shè)計必須植根于建筑力學與結(jié)構(gòu)課程的理論基礎(chǔ)，同時又不能過于枯燥，應讓每一個學生參與其中。因此，案例情境模擬教學的方案設(shè)計是教學成功的前提。

（一）創(chuàng)設(shè)“問題”情境——實驗視頻、案例導入新課

如何引出新課是課堂教學的重要環(huán)節(jié)。在正式講授教學內(nèi)容之前，教師通過一段與知識點相關(guān)的實驗視頻、微課視頻或工程案例等情境引入課堂，并據(jù)此提出與教學有關(guān)的一些問題，以引起學生的好奇與思考。這是激發(fā)學生認識興趣與求知欲的有效方法?！皠?chuàng)設(shè)問題情境”是把有啟發(fā)性和需要解決的問題，有意識地、巧妙地與所要講的知識相聯(lián)系，在學生心理上造成一種懸念，引導學生提出問題，最大限度地調(diào)動學生的學習積極性，激勵學生克服困難去解決問題，在解決問題的求知欲驅(qū)使下，不斷探索完成解答，形成自身新的認知結(jié)構(gòu)。

筆者在講授“靜定平面桁架結(jié)構(gòu)”這個章節(jié)時，通過播放一段關(guān)于靜定簡支桁架結(jié)構(gòu)三點抗彎實驗視頻，激發(fā)學生的求知欲。視頻結(jié)束，教師提示學生留意試驗現(xiàn)象，在跨中豎向荷載作用下靜定桁架的端柱和下弦桿首先發(fā)生破壞。要求學生在接下來的課堂教學中思考以下問題：①為什么靜定桁架簡支梁與同等跨徑的實腹梁相比，抗彎承載力更高；②端柱和下弦桿首先破壞的原因。這種與直觀內(nèi)容相聯(lián)系的教學方式吸引了學生的注意力，激發(fā)了學生的學習興趣，同時也讓學生認識到建筑力學與結(jié)構(gòu)還是一門很有實用價值的課程，從而調(diào)動了學生的學習積極性。

（二）創(chuàng)設(shè)“試驗”情境——靜定桁架模型試驗

基于“靜定平面桁架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算”一章，為了培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和實踐能力，形成樂于研究、勤于動手、善于分析和解決問題的積極主動的學習方式，筆者提出“桁架橋模型情境模擬試驗教學”方案，此教學方法同樣適用于建筑力學與結(jié)構(gòu)中梁、拱等桿系結(jié)構(gòu)受力分析的教學。工程桁架是由若干直桿在兩端通過焊接、鉸接、鉚接所構(gòu)成的幾何形狀不變的工程承載結(jié)構(gòu)。“靜定簡支桁架橋”則是以桁架作為上部結(jié)構(gòu)的簡支橋梁。

圖1簡支桁架橋模型實例圖

1.試驗情境模擬教學設(shè)計及實施方案

試驗情境模擬教學方案以“桁架橋梁模型制作比賽”形式開展，要求學生分組進行，5人一組，自主設(shè)計制作紙桁架橋模型、竹桁架橋模型或木桁架橋模型，制作模型的難點在于構(gòu)件之間的連接。“桁架橋模型”的材料可以為竹簽、泡沫板、紙皮、紙張、線繩、白乳膠、502膠水等?？紤]到競爭的平等，比賽規(guī)則規(guī)定了桁架桿件的基本材料是學生隨手可得的竹簽或方便筷，橋面板采用紙張，節(jié)點板采用泡沫板或者紙皮。為便于后期靜載試驗，學生應合理設(shè)計“桁架橋模型”尺寸大小，必須保證橋面跨度在30cm～50cm。

要求學生課前完成模型制作，在課堂上對簡支桁架橋模型進行豎向靜載逐級加載試驗，以20本建筑力學與結(jié)構(gòu)教材（總重量約20kg）作為靜載，每次加載2本建筑力學與結(jié)構(gòu)教材（約2kg），均勻緩慢地加載到學生的桁架橋模型上，查看模型的受力狀態(tài)和變形情況，并與課堂前三分鐘播放的靜定桁架模型抗彎試驗破壞現(xiàn)象做對比，引導學生發(fā)揮團隊合作精神，積極思考，總結(jié)模型破壞特征，分析模型破壞原因，利用本節(jié)所學知識點提出合理的模型優(yōu)化方案。

為激發(fā)學生學習興趣，充分調(diào)動學生的積極性，鼓勵學生積極參與模型的制作，筆者在桁架橋情境模擬試驗中引入競爭、獎勵機制。最后按照評定標準測評豎向靜載和水平荷載的試驗結(jié)果，同時每個小組必須遞交一份制作說明書（注明小組作品的名稱、使用材料、設(shè)計理念、作品的受力性能及其受力簡圖、作品的特點及優(yōu)勢等），評選出優(yōu)秀獎項，獲獎小組成員的平時成績可加分。

2.試驗情境模擬測評標準——體現(xiàn)科學性、先進性、安全性、實用性、美觀性

（1）簡支桁架橋模型情境模擬試驗測評的主要指標——結(jié)構(gòu)安全性。

①結(jié)構(gòu)的整體安全性：幾何構(gòu)成、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性體現(xiàn)為節(jié)點的斷裂、橋體的搖晃等。

②構(gòu)件（二力桿）的安全性指標：強度、剛度、穩(wěn)定性；強度破壞表現(xiàn)為桿件的拉斷、壓壞；剛度破壞表現(xiàn)為橋面的豎向撓度變形過大；局部穩(wěn)定性體現(xiàn)為桿件的壓屈失穩(wěn)。

上述安全測評指標，實質(zhì)就是高職建筑力學與結(jié)構(gòu)課程的核心內(nèi)容。因此在下達模型制作任務前，教師務必要向?qū)W生強調(diào)試驗模型結(jié)構(gòu)安全的重要性。作為建筑工程類專業(yè)的學生，保證結(jié)構(gòu)的安全性，是做好試驗模型的首要條件。

（2）結(jié)構(gòu)美觀。

在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，動員學生充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，賦予橋梁試驗模型更優(yōu)美的外觀造型。

3.教師點評總結(jié)、師生互動

（1）課前準備：為了有效實施“試驗情境模擬教學法”，教師應提前做好教學準備。

（2）課前、課中輔導：針對課前模型制作過程中學生提出的問題，給予及時的幫助與指導；在課堂情境模擬教學中與學生進行交流互動，引導學生思考模型試驗破壞的特征與原因；同時在課堂教學中融入“二力桿、強度、剛度、側(cè)向失穩(wěn)、整體穩(wěn)定性以及局部穩(wěn)定性”等基本概念，為枯燥的術(shù)語賦予生動的說明；結(jié)合學生自行制作的桁架模型，能更形象生動地介紹桁架結(jié)構(gòu)特殊節(jié)點的識別方法及其受力特征，激發(fā)學生的學習情緒。

（3）教師點評：教師適時對學生的作品和發(fā)言進行點評，并針對試驗情境模擬結(jié)果，做出合理的歸納，總結(jié)出其規(guī)律、特點。

（三）創(chuàng)設(shè)“案例”情境——以實踐性問題擴展情境

以典型的工程案例為依托，設(shè)計一些貼合課堂教學目標和內(nèi)容的案例，并向?qū)W生下達任務，可以督促學生積極分析和思考真實學習任務，在教師的啟發(fā)指導下，以小組討論的方式，各小組提出解決方案。創(chuàng)設(shè)“工程實例”情境教學法，能有效培養(yǎng)學生運用所學的理論知識分析、解決工程實際問題的能力。

例如講授“工程桁架”如何簡化為“建筑力學與結(jié)構(gòu)平面理想桁架模型”及其內(nèi)力分析時，可以設(shè)計一個學習案例“觀察圖片中廠房屋頂多邊形桁架結(jié)構(gòu)，要求學生對它進行力學分析：畫出理想桁架的計算簡圖，找出結(jié)構(gòu)中的特殊節(jié)點，判斷拉壓桿，判斷零桿，畫出上弦桿、下弦桿、腹桿、立柱的內(nèi)力圖等”。以小組討論的形式，通過對學習案例的分析，教師引導學生思考、討論、分析，直至得到一個合理、準確的結(jié)論。通過創(chuàng)設(shè)“案例”情境，讓學生體會到運用書本所學的理論知識解決工程設(shè)計問題的樂趣，提高學生自主學習的積極性以及理論聯(lián)系實踐的能力。

圖2廠房多邊形桁架屋頂結(jié)構(gòu)

三、結(jié)論

在課堂教學設(shè)計過程中，教師需要結(jié)合不同教材，根據(jù)理論聯(lián)系實際的教學方法，將情境模擬與案例教學法有機地糅合在一起，去精心設(shè)計問題情境、案例情境、試驗情境，合理運用案例，能有效提高教學效果。

實踐證明，在教學中引入“案例情境教學”可以收到化難為易，化抽象為具體，化枯燥為有趣的效果，為學生開啟了建筑力學與結(jié)構(gòu)的探討之門，激發(fā)學生的學習興趣，并以此培養(yǎng)和激發(fā)學生的學習動機。在整個教學過程中，學生是主體，教師是主導，學生的學習動機、興趣是教學過程的核心。今后的教學改革研究中，運用信息化技術(shù)加強案例情境教學法在建筑工程專業(yè)課程教學中的應用是非常必要的。

[基金項目：廣東省高等教育學會高等教育科學研究十三五規(guī)劃課題“高職《建筑力學與結(jié)構(gòu)》教學改革——培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力”（16GYB095）。]

參考文獻：

[1] 柳海民.教育學概論[M].北京：北京師范大學出版社，2015.

[2] 劉曉敏.建筑力學與結(jié)構(gòu)[M].北京：高等教育出版社，2015.

[3] 李丙申.建筑力學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

責任編輯陳春陽