建筑学专业结构能力培养教学改革研究

　　【摘要】本文以建筑学专业结构能力培养体系中，《建筑结构选型》课程的教学改革实践为例，在进行建筑学专业学生结构能力需求和培养模式分析的基础上，进行了该课程知识体系的重新整合，探讨了如何通过“设置开放型课程体系”和“开展探究型教学模式”，为建筑学学生构筑开放的结构知识平台，在完成其结构知识储备的同时，培养其正确对待和运用结构技术的素养与能力，并具备适应时展，持续研究与创新的能力。
　　【关键词】建筑学专业，结构能力，开放，探究
　　现代建筑是凝结着人类科学技术与文化艺术非凡智慧的复杂综合体。正确对待与运用结构技术，是执业建筑师出色完成其建筑设计的先决条件。中国建筑处于蓬勃发展的新时代，建筑教育正在经历重大的革新与发展。这其中，建筑学专业的基本能力培养，如何与结构技术的巨大进步相适应，成为我们探索的新课题。从培养学生的结构素养，提高综合运用结构知识完成其建筑创作的能力入手，改革我们的结构类课程体系的设置，相应改革教学的方式方法，已经势在必行。
　　一、建筑学专业结构能力培养模式
　　1、建筑学专业学生结构能力培养需求分析
　　国家对建筑学专业教育确立的目标是：加强对学生知识、素质和能力的综合培养，注重建筑师的执业化教育，加快与国际化的接轨。作为执业建筑师，特别是与国际建筑业接轨后的执业建筑师，对结构的透彻通晓，进而创造创新，是一项必备的能力要求。而注册建筑师考试制度也因此对考生的结构能力与素养进行明确的专门的考核，以检验考生是否达到执业建筑师所必须具备的结构知识与能力。
　　2、建筑学专业学生结构能力培养模式建构
　　所指结构能力培养模式，涉及建筑学专业五年本科教学中，能够培养和提升学生结构能力的一切教学环节和教学手段。根据建筑学专指委指导性意见，各高校建筑学专业开设结构类课程具有基本一致的体系构架，结合各自专业特色，在具体课程名称、开设学期、考核方式上略有不同。以沈阳建筑大学为例，建筑学专业本科五年共开设《建筑力学》（64学时加4学时实验）、《建筑结构》（48学时加1周课设）、《建筑结构选型》（30学时加2学时实验）三门专门性的结构类课程。同时，学生将在其主干课程《建筑设计Ⅰ》、《建筑设计Ⅱ》、《建筑设计Ⅲ》、《建筑构造》，以及《设计院实习》和《毕业设计》的相应环节中，运用在结构课程中所学理论知识，在实践中加深认识并深入拓展学习，逐步其提高结构素养与能力。建筑学结构能力培养体系框图如下：
　　更为重要的是，我们所培养的建筑师，应具备在其未来的执业生涯中，所需结构素养与能力能够持续提升的潜力，以适应未来执业生涯中设计领域的不断扩宽和结构技术的迅猛发展。在这样的思路下，我们的结构能力培养体系中，就自然而然的呈现了一个十分重要的环节，即我们的专业教育要能够为学生构筑开放的结构知识体系平台，培养学生在这个方面进行持续研究和创新的能力。
　　二、《建筑结构选型》课程的教学改革实践
　　1、《建筑结构选型》课程在建筑学专业结构能力培养中的定位
　　《建筑结构选型》是建筑学专业一门的专业理论课，其任务是通过该课程的学习，使学生建立清晰的结构形式概念，掌握结构选型与构思的基本理论和基础知识，在进行建筑构思与设计的过程中，能够理解结构的逻辑与意图，具备进行合理选型与构思的综合能力。
　　《建筑结构选型》作为建筑学专业结构系列课程的终端，一方面要总结前面课程所形成的知识储备，对结构体系进行整体上的综合分析与把握，尊重结构逻辑的基础上，寻求对结构形态的合理创作；另一方面，对于我们的培养体系中所寻求针对后续学习及执业所需的“构筑开放的（结构）知识平台”和“培养持续研究（结构相关问题）的能力”，具有不可推卸的载体作用。
　　2、设置开放型教学体系，构筑结构能力培养平台
　　（1）建构开放的知识结构体系
　　能力的培养建立在对完善的知识体系的总体把握基础之上，学校的教育，如何在有限的学时中，帮助学生搭建后续学习以及未来执业所需的知识平台至关重要。建筑结构选型与构思的基础来自对各种结构形式的力学逻辑、空间特征、建筑形态的综合把握。打破传统的《建筑结构选型》课程体系，建构开放的知识平台体系，是能力培养得以实现的前提。
　　课程首先由角色认同入手，思考建筑师进行结构选型与构思的意义，明确具备选型与构思能力所需进行的知识储备，掌握结构选型的依据。鼓励学生在尊重结构逻辑的基础上，能够进行正确的选型，进而获得结构构思与形态创作的能力。
　　在此基础上，将学生需要面对的基本结构形式按照建筑类型分为“高层建筑结构”和“大跨建筑结构”。在探讨比较这两类建筑鲜明的形态特征所带来的结构逻辑特征的基础上，提出各自的切入点。找到研究对象的关注重点，理解研究对象建筑逻辑与结构逻辑的向背，在这样的理论基础上开始探讨各种基本的结构形式。在此基础上，进行选型与构思方法的探讨，进行经典案例的研究，进行相应的概念设计或优化设计。
　　基于以上思考，重新整合的知识体系如下：
　　
　　该课程平台的开放性体现在：首先，知识体系内部的相互开放。高层建筑体系与大跨建筑体系之间的知识与逻辑始终得以对比、组合、交融，这种相互间的开放，有助于学生获得结构体系的总体概念，有助于与学生在思考中综合把握知识体系；其次，面对相关课程的横向开放。如通过“抗震对高层框架结构的特殊要求”的探讨，引入抗震的基本理念，通过“膜结构建筑的材料载体”理解材料的逻辑与表现，通过“结构选型与优化设计”对本人以往的《建筑设计》课程中的设计作品进行反思与提升等；第三、面向应用、面向未来发展的纵深开放。课堂教学完成基本结构形式的结构逻辑、空间逻辑、形态逻辑的相关探讨，在此基础上，介绍前沿发展，提出后续思考的关注点，推荐专项书籍，为学生深入研究或在设计中应用某种结构形式提供指导，“超高层概念设计”、“大跨建筑发展趋势下的新型结构”，以及方法论中的“组合与交融”等，都是开放的突破口，是学生进行拓展学习和创新思维的有力支撑。
　　（2）设置开放的课程教学与考核体系
　　教学实践中，通过该课程考试改革，将理论课程与相应阶段的设计课有机结合，更加行之有效地将结构理论运用到设计实践之中，培养学生自主学习模式，逐步提高学生综合运用知识，综合解决问题的能力。据此逐步改进和完善了该课程的考核内容与方式，具体内容如下：
　　教学目标 考核项目 成绩比例(%) 作业模式 具体内容
　　兴趣培养
　　知识点强化 平时作业 10 多题目选作，独立完成 按照课程进程，结合教学内容设置，
　　根据个人兴趣完成相应项目
　　重点理论知识的掌握与强化 阶段测试1 10 开卷
　　随堂测试 高层部分阶段知识考核，20分钟
　　 阶段测试2 10  大跨部分阶段知识考核，20分钟
　　实践能力训练 柱网训练 10 团队开放作业（2选1），案例自选 柱网布置训练
　　 纸构竞赛   10张A4纸完成纸构塔楼搭建
　　 概念模型 20 实验学时，团队开放作业，案例自选。 结合团队所选开放作业题目完成
　　研究能力训练 经典案例研究 40 团队开放作业（3选1），研究题目自选，择优进行开放汇报交流。 成果包括研究报告或分析图，
　　以及过程研究模型
　　 超高层概念设计   
　　 选型优化设计   
　　开放性的任务选择，以及自选的研究题目，学生可以根据自己的兴趣、能力、目前学习重点、正在进行的设计项目，选择完成。实践证明，因为考虑了学生的不同需求和层面，积极性和主动性相对较高，作业完成过程中，综合运用知识和研究问题的能力得到提升。
　　（3）采用开放的团队作业模式
　　在实践能力训练、研究能力训练、实验环节三项内容中，均组成开放的三人研究团队，合作完成项目。首先，团队的成员组成是开放的，根据研究兴趣组合在一起，探讨交流。在可能的情况下，引入其他专业的同学加入进行合作研究，如同时也开设本课程的“城市规划专业”、“景观设计专业”，以及聘请前一学年进行了该题目研究的学生进行接续研究等。如“香港中银大厦”、“台北101大厦”、“世博会德国馆”、“超高层概念设计”等都是深受学生关注的团队选题。
　　团队作业的开放性还体现为三种行之有效的交流，分别是学生与任课教师之间的交流、选择同一题目的不同团队之间的交流、以及成果汇报交流。这些交流在整个开放作业的持续时段中随时进行，促进了研究氛围的形成，研究能力的提高、合作意识的加强，以及研究成果作为学习资源的共享。
　　3、开展“探究型”教学模式，培养研究与创新能力
　　（1）联系实际，引发困惑，培养学生“发现问题、思考问题”的探究热情。
　　教学是一项技能，更是一门艺术。如何把学生引入“探究型”教学，是需要我们不断思考和探索的问题。
　　在教学过程中，针对课程特点，联系实际，通过预设的现实问题使学生对专业知识产生一定的困惑，进而使学生兴致勃勃，充满好奇与探究的渴望。例如讲授“桁架结构”时，提前一周给学生抛出问题：我校长廊二层阳光大街一段框架加为何设有斜撑，而其它位置则没有？针对学生熟视无睹的专业现象提出问题，有助于培养学生自行发现问题、探究问题的习惯和能力，即使最终百思不解，也会对这门课程的后续教学充满期待。
　　（2）在兴致盎然的课堂互动中，培养和提高学生“思考问题、分析问题”的探究能力。
　　为“探究型”教学寻找准确的切入点，要积极探讨学生的专业基础、专业需求、心理特点，有目的、有计划的调整教学方法与重点，课堂互动才会“有的放矢”，才会“有起有发”。“探究型”教学的课堂强调“启发与互动”，对于大学课堂而言，这种“启发与互动”重在实质，而非形式。当学生带着困惑，或者是困惑后的顿悟来到课堂，授课过程中张弛有度，适时抛出启发性问题，“有的放矢”地留给学生自主思考的空间，当他的思考有了延续，有了回馈，也就形成了兴致盎然的课堂互动。学生在适度的启发下、在不断思考中，既获取了知识，又培养和提高了“思考问题、分析问题”的探究能力。而这种“启发”下的“思考”往往可以延续到课堂之外，引发进一步“探究”的兴致。
　　（3）设计“探究型作业”，在实践中提高学生“研究问题、解决问题”的探究能力。
　　现阶段从某种程度上来讲，我们的大学教育还在品尝基础教育的苦果，大量的学生进入大学之前的学习经历，只是教会了他们如何“接受”知识。我们要做的，恰是教会学生“研究问题、解决问题”。
　　建筑学专业的《建筑结构选型》课程中，因为该课程涉及的结构形式较多，教学大纲仅仅要求对每种结构形式有初步了解即可，考虑到授课对象为四年级学生，一方面具备相对较高的研究能力，另一方面兴趣方向已经开始形成，所以在学习大跨部分时，要求学生在“拱结构”、“桁架结构”、“网架结构”、“薄壳结构”、“悬索结构”中，重点关注自己最感兴趣的某种结构形式，进行深入学习和研究，并鼓励学生与自己的设计课题目相结合，对以往进行的设计中的结构选型问题进行探究性思考。学生从实践中发现问题，通过实地调研、资料研究、小组讨论、师生交流等方式进行团队研究，从而培养了研究问题、解决问题的意识和能力。
　　三、成果案例
　　1、题目设置
　　结合课程知识，进行2010年上海世博会场馆结构选型与构思研究，形式及成果要求如下：
　　研究程序 形式与成果要求
　　兴趣挖掘阶段 个人研究，提交小论文（必做）
　　团队组建 根据个人研究成果择优，结合兴趣，组建研究团队，同时引进外专业同学（规划、土木）参与交流合作
　　团队研究阶段 团队自主进行，教师辅助指导
　　成果阶段 PPT讲稿；研究报告或图纸；结构概念模型制作（结合课程实验环节）
　　汇报交流 汇报交流及评分
　　2、成果展示
　　图1-a：世博会德国馆建筑分析图1-b：世博会德国馆结构分析
　　
　　图3：世博会西班牙馆结构分析模型图4：世博会丹麦馆结构分析模型
　　
　　图5：世博会日本馆结构选型与构思分析
　　3、总结与反思
　　在课堂教学的基础上，指导学生进行课后的“专项研究”，培养了学生拓展学习、深入钻研的习惯和兴趣，逐步提高运用理论知识，解决实际问题的能力和信心；开放性的任务选择，极大地调动了学生的积极性，在“世博场馆”这一颇具诱惑的选题下，选择自己最感兴趣的部分，关注点相同的同学组成团队进行合作研究，使整个过程兴致盎然；部分团队引入规划、土木专业同学共同研究，而且设置了研究成果的交流环节，使教学资源扩大化，学生在该环节普遍感到收获较大。
　　《建筑结构选型》课程教学的改革实践，过程和效果令人兴奋，但还有不完善的地方需要探讨提高。在科技创新的时代背景下，如何做到“构筑开放的知识平台”和“培养持续研究的能力”，把饱尝基础教育应试苦果的学生，培养成为社会需求的“具有成为卓越工程师潜质”的人才，是需要持续探索的问题。