新工科背景下砌体结构课程教学改革方案探索

2024-03-04池斌蔡新江陈鑫

高教学刊 2024年6期

池斌蔡新江陈鑫

基金项目：国家自然科学基金“刚柔连接型砌块砌体组合墙抗震性能与设计方法研究”（52208190）；江苏省高等教育教学改革研究重点课题“新发展格局下地方高校工科专业基层教学组织重构路径与策略研究”（2021JSJG120）；苏州科技大学教学改革与研究项目“新时期工程教育专业认证视域下地方高校土木工程专业人才培养模式改革与实践”（2019JGZ-09）

第一作者简介：池斌（1992-），男，汉族，山西怀仁人，博士，讲师。研究方向为砌体结构。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.031

摘要：现阶段砌体结构在土木工程行业中仍占据重要地位，然而其相关教学效果不佳，无法满足新工科建设背景下对于培养土木工程专业应用型人才的需求。该文首先概括砌体结构课程的内在特点，并从教学内容、教学设计、教学手段三方面总结现阶段课程教学现状。在此基础上，从培养学生实践能力角度出发就以上三方面分别提出将教学内容融入前沿性、教学设计增强整体性、教学手段强调多样性的改革方案，同时相关建议也可为其他相关课程的教学改革提供参考。

关键词：砌体结构；新工科；教学改革；教学内容；教学设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）06-0132-04

Abstract： At present， masonry structure still occupies an important position in the civil engineering industry. However， its related result was not satisfactory， which cannot meet the demand for cultivating talents in civil engineering under the background of new engineering construction. Therefore， this article summarized the internal characteristics of masonry structure course and analyzed the current teaching situation from three aspects of teaching content， teaching design， and teaching means. On this basis， the reform plans of integrating the frontier into teaching content， enhancing the integrity of teaching design， and emphasizing the diversity of teaching means were proposed from the perspective of cultivating students' practical ability. At the same time， the relevant suggestions can also provide a reference for the teaching reform of other related courses.

Keywords： masonry structure; new engineering; teaching reform; teaching content; teaching design

以块材和砂浆砌筑而成的结构体系被称为砌体结构。作为最古老的结构形式之一，砌体结构始终活跃在土木工程行业的舞台上，在人类历史长河中创造了一批批诸如万里长城、赵州桥、虎丘塔等建筑奇迹[1]。近年来，随着我国建筑行业的转型升级，传统砌体结构限于其抗震性能差、工业化效率低等劣势而逐步退出城镇建筑行业的主市场，导致部分行业人士形成了“砌体结构性能差”的思维定式，一定程度上限制了砌体结构的发展应用。实际上，砌体结构仍是我国现存建筑中分布最为广泛的结构体系之一，近年来面对城市更新建设的需求下如何实现既有砌体结构优化升级成为热门研究话题，而与此同时既有砌体结构由于材料性能劣化、使用功能违规变更、结构违规改建等原因造成的安全事故频发，反映出土木工程相关从业人员对于砌体结构概念理论掌握的不足，以上种种表明整个行业需要重新重视砌体结构。

2017年以来，教育部积极推进新工科建设，着力推动现有工科专业的改革升级，探索新时代新工科人才的培养模式，弘扬工程意识和工匠精神[2]。新工科建设要求学生所学专业应更注重与行业需求相结合，真正实现学以致用，这正为砌体结构课程教学改革提供了新的思路。作为一门理论性和实践性较强的课程，砌体结构课程的教学水平和效果对于培养学生的工程意识和工程能力至关重要，也会对整个行业的发展和人才储备产生影响。因此，本文将首先针对砌体结构教学内容进行讨论，总结现阶段砌体结构课程教学特征，并从增强学生实践能力角度出发提出相应的课程教学改革方案，以求为培养学生专业情感和工程实践能力提供有力支撑，并为土木工程专业其他课程教学改革提供参考。

一砌体结构课程的内在特点

笔者前期调研多所高校土木工程专业本科生培养方案发现，砌体结构课程多被设定为选修课或与混凝土设计类课程内容融合，课程开设于第6或第7学期，授课课时约为16～32学时。以笔者所在院校为例，土木工程专业2018版培养方案中将砌体结构课程内容融合于混凝土与砌体结构设计课程中，砌体结构相关授课内容安排为16学时，具体课程内容及学时安排如图1所示，重点要求学生掌握无筋砌体构件的承载力計算及混合结构房屋墙、柱的设计方法[3]。结合课程内容及教学要求发现，砌体结构课程具有如下内在特点。

（一）课程内容综合性强

砌体结构课程内容涉及荷载与结构设计方法、土木工程材料、材料力学、结构力学和工程结构抗震设计原理等课程，在学习过程中需要学生具有一定专业知识基础[4]。此外作为注册结构工程师执业资格考试中的必考内容之一，砌体结构相关的概念设计、计算方法及构造要求的掌握也有助于培养学生的工程实践能力，提高学生就业竞争力，为后期从事相关行业工作做储备。

（二）课程内容关联性强

如图1所示，砌体结构课程内容大致可从材料、构件、结构三个层面进行讲授，前序知识点的掌握与否对于后续知识点的学习非常重要。举例来讲，在学习无筋砌体构件受压承载力计算时要求学生必须掌握砌体材料强度值的取值及调整方法，错误的砌体材料强度取值会直接影响构件的承载力及安全性判断；在学习砌体结构抗震概念设计和运用相关规范条文时则需要学生对砌体力学性能有较高的理解与认知，在满足要求情况下能够灵活运用规范条文。

（三）课程内容实践性强

砌体结构在工业与民用建筑中应用广泛，课程内容中所涉及的墙体砌筑要求、构件承载力计算及抗震构造措施等均在实际工程中有所体现，而且相关知识点可以运用到解决实际工程问题中。举例来讲，工程中最常见的砌体墙体开裂可通过砌体材料力学性能做出原因分析，而当既有墙体承载力不足时也可通过采用预应力加固技术或者外包式组合砖砌体方案予以解决。

二砌体结构课程教学现状

然而，近年来随着砌体结构课时的不断压缩，无论是教师还是学生或多或少出现对于课程重视程度不够的现象，学生普遍专业知识掌握程度不高，在实际工程中应用效果不佳，未能够达到较好的教学效果[5-9]。因此，笔者所在研究室开展多次课程研讨，总结发现现阶段砌体结构课程教学存在以下特征。

（一）教学内容与社会发展的矛盾

目前，新型砌体结构的发展正为我国乡村振兴和“双碳”目标实现提供强大助力。随着材料和技术的更新换代，新型砌体材料的出现改善了黏土砖消耗能源的劣势，现广泛地应用于混凝土结构的填充墙中；配筋砌块砌体结构和装配式砌体结构等新型结构体系的出现弥补了传统无筋砖砌体结构抗震性能不足的劣势，现凭借其就地取材、经济性等优点广泛应用于少层结构选型中；高延性混凝土加固技术和预应力加固技术的应用延续了传统砌体结构的使用寿命，成为现阶段旧城改造和保障民居结构安全的重要技术手段。然而，现阶段教学建设并未能够实时更新，教学内容并未能够与行业发展接轨，导致学生仍存在“砌体结构抗震性能差”的古板印象，降低了学生对于课程的学习兴趣和主动性。

此外，从砌体结构课程内容安排上总结发现，其教学内容多涉及砖砌体方面，大多数教学重点偏向于无筋砖砌体构件受压和局压承载力计算，以及混合结构房屋中的墙、柱高厚比计算，而对于配筋砌体构件承载力计算、混合结构房屋的墙体构造措施、砌体结构抗震设计方面讲解较少，特别是对于砌体结构的施工要求及构造措施几乎不讲。然而，现阶段配筋砌体构件相对于无筋砌体构件在实际工程中应用较多，同时也更需要从业者对于砌体结构相关规范、标准、构造图集的掌握，而以上这些需求在目前的教学内容中涵盖较少，学生所学在后期实际工作中应用有限。

图1 砌体结构教学内容安排

（二）教学设计与教师授课的矛盾

砌体结构授课内容涵盖了材料部分、构件部分及结构部分知识点，各部分内容相对独立又有联系。举例来讲，砌体组成材料受力特点是教学内容的重中之重，掌握砂浆在砌体材料的组成作用，才能更好地帮助学生理解砌体构件受拉、受弯、受剪性能较差的机理，进而理解传统砌体结构在地震中受损严重的原理。然而，现阶段砌体结构课堂理论教学学时不足，有限的学时内教师仅能完成课程重点内容讲述，而后续内容例如砌体结构构造措施、抗震设计等简单讲解或安排学生课后自学完成，然而学生自学效果无法得到检验。如此以往并未能够形成知识点间的串联，学生极容易知其然不知其所以然，所学效果不佳。

此外，近年来新进授课教师缺乏砌体结构相关工程实践经验，在授课过程中也缺乏与实际工程案例的结合讲解。举例来讲，砌体结构圈梁构造柱体系的施工方案为先砌筑墙体后浇筑混凝土构造柱，而混凝土框架结构填充墙的施工方案则是先浇筑混凝土框架柱后砌筑墙体，二者施工顺序的不同实质上决定了结构的承重体系选择；又比如砌体结构中常见的墙体裂缝的成因分析及解决方案、多层砌体结构中构造柱数量布置等等，诸如此类问题的导入和讲解均需要教师具有一定的工程经验。而现阶段新进教师授课多存在偏理论轻应用的现象，并未能够培养学生解决砌体结构实际工程问题的能力，进一步影响了学生学习兴趣。

（三）教学手段与学生学情的矛盾

砌体结构教学手段多为课堂板书与多媒体教学混合进行，然而在课堂中仍存在以教师为中心、“灌输式”的教学模式，学生与教师之间的互动不足，并未能够真正培养学生产生学习兴趣；在授课过程中学生对于“马牙槎”“圈梁”“构造柱”和“过梁”等相关概念虽然能够通过图片等方式在学习过程中有所认知，但在课程结束后调研或毕业设计中发现学生仍存在知识点印象不深、认知不清晰的问题；学生对于砌体结构相关计算方法及构造措施仍存在死记硬背现象，虽能够通过课程考试但并未能够形成完整的结构设计概念，知识点存在学完就忘的情况，且在实际工程中系统联系和应用能力不足，总体反映出学生课程学习效果不佳。

此外，由于砌体结构课程内容融入混凝土与砌体结构设计课程中，因此课程期末时需采用统一考卷进行考核。虽然最终课程成绩采用平时成绩和期末考试按比例加权的常规方法确定，但砌体结构相关考试内容在试卷中占比较少，学生极易出现为了保证课程通过而选择放弃部分内容复习的现象。通过上一学年调研情况发现大部分学生在混凝土设计部分拿分较高，而砌体结构部分则只能完成基础题型，对于需要多知识点联系的計算题和应用题等的题型失分较高，进一步反映出学生对于课程内容重视程度不足，所学知识掌握程度不高。

三砌体结构教学改革方案探索

新工科建设倡导学生工程意识和工程能力的培养，实现学以致用。因此，本节针对砌体结构课程教学现状提出改革方案建议，具体如下。

（一）教学内容融入前沿性

事实上，砌体结构在不同时代有着不同的内涵，结构形式的应用和发展一直在继续，相关概念与设计理论在一直更新与完善。作为任课教师必需要对教学内容进行适时更新，融入课程思政元素，讲好砌体结构故事。以砌体结构绪论部分举例来说，教师可以通过展示古代经典的砌体结构建筑照片，引导学生领略砌体结构建筑之美，树立学生大国自信和文化自信意识，培养学生土木工程专业情感和工匠精神。通过展示传统砌体结构常见的“裂渗漏”等问题和震害实例，引导学生思考砌体结构在设计与应用中的问题与不足，树立土木工程行业安全责任和创新意识；启发学生的工程创新意识；通过介绍新砌体材料、新砌体结构类型的工程案例，改变学生对于砌体结构应用劣势的刻板印象，拓展学生专业知识和学习视野，激发学生开展砌体结构相关研究及后期从事相关行业工作的兴趣。

此外，教学内容侧重点也可进行适当调整，除重点讲述砌体结构中基本概念、计算方法、构造措施外，还应该适当增加部分现阶段砌体结构发展的新成果，例如预应力加固砌体技术、高延性混凝土加固砌体技术及装配式砌体技术等工程案例的介绍。引导学生阅读砌体结构相关规范标准和构造图集，熟悉砌体填充墙、圈梁、构造柱等相关的施工及构造要求，并结合工程案例以开展相应教学内容讲授[10-11]，例如选取一幢砌体结构房屋的施工图纸，引导学生判别结构的承重墙体布置方案，认知图纸中圈梁、构造柱等构件布置原则，并选取典型墙体引导学生进行墙体高厚比计算和受压承载力计算，从而由此培养学生的认知能力和工程意识，实现理论联系实际，进一步增进学生们的学习兴趣。

（二）教学设计增强整体性

深入挖掘各知识点的内在联系，从教学设计层面上增强各知识点间的逻辑性和整体性。举例来讲，在进行介绍砌体结构材料特性内容时，首先通过展示砌体墙体的组成及砌筑过程，引导学生建立砌体结构是由块材和砂浆组成的宏观概念，而后由砌体墙体抗裂性差的现实问题引导学生思考块材和砂浆在受力过程中的差异性，结合砖砌体受压性能试验展示引导学生理解砌体受压性能破坏特征及机理，从而激发学生形成能够从机理层面提出砌体墙体抗裂性能差的解决方案，如此一来既可以增强学生对于知识点的掌握和应用，又培养了学生从事后续科学研究的能力；又比如在介绍网状配筋砖砌体受压性能时，可针对性地将其受压破坏形态与无筋砖砌体受压破坏形态进行对比，引导学生明确不同类型砌体破坏形态及破坏机理的不同，如此既做到了前序知识的回顾又增强了学生相关知识点的理解与运用能力。

此外，提高砌体结构相关课程间的横向联系也非常必要。举例来讲，砂浆作为砌体材料中实现块材黏结的主要材料，其和易性和保水性非常重要，且其存在硬化收缩过程，而相关知识在土木工程材料、土木工程施工组织等课程中有过介绍；砌体材料变形性能（收缩率、温度线膨胀系数）与混凝土材料不一致，该知识点的掌握有助于学生后期解决砌体填充墙开裂等工程实际问题；在讲解墙柱高厚比的时候可以采用对比式教学法将此概念与材料力学中受压杆长细比的概念，引导学生理解墙柱高厚比计算时构件计算长度的取值方法；又比如外包式配筋砖砌体的受弯计算方法实则与混凝土结构基本原理中受弯梁的计算方法类似；等等。通过回顾和对比介绍这些前序课程中的相关知识，有助于学生更容易接受和记忆新知识点。

（三）教学手段强调多样性

面对砌体结构教学内容多课时少的现实条件，现阶段教师仅采用课堂板书与多媒体混合教学方式是不够的，应该多利用线上资源进行砌体结构教学内容的补充。例如，采用MOOC平台线上授课、微课堂等方式将教学中的重难点及规范条文等细化讲解，引导学生利用碎片化时间进行内容学习，培养学生自主学习能力；采用三维立体模型（图2）、BIM建模技术[12]和虚拟仿真实验室等对砌体材料组成、墙体砌筑方式及圈梁、过梁、构造柱等构件进行施工演示，加深学生对于知识点的概念理解和形象直观反映；采用案例分析法、项目教学法等将理论知识和实际应用规范相结合，引导学生自主发现问题、思考问题、解决问题，培养学生分析和解决实际工程问题的能力，进一步激发学生的学习热情。

图2 砌体结构房屋三维模型

此外，砌体结构考核方式也应适当丰富。平时成绩考核方面，不仅仅局限于平时作业，而是在课程授课过程中增加随堂讨论和随堂测试，例如组织学生手绘二四墙、三七墙等砌筑方式，混合结构中墙体在竖向荷载作用和水平荷载作用下的计算简图，讨论总结混合结构中横纵墙各布置方案优缺点，等等，如此既能够实时检查学生对于知识点的掌握情况，又能够加深学生对于知识点的学习印象；而在期末考试中也可适当增加工程案例应用与分析题，例如总结传统无筋砖砌体结构的震害特征及现阶段改善砌体结构抗震性能的方案，砌体局部抗压承载不足时的解决方案，混合结构房屋中墙柱高厚比不满足要求时的解决方案，等等，增强学生理论联系实际的能力，培养学生解决问题的工程意识和实践能力。

四结束语

在新工科建设背景下，培养新工科人才、注重人才实践能力培养成为现阶段教学改革的首要目标。因此，本文首先对砌体结构课程内容和教学特征进行了讨论和总结，并从培养学生实践能力角度出发就教学内容、教学设计、教学手段提出了相应的改革方案建议。通过以上相关改革方案建议，以期能够进一步激发学生学习兴趣，培养学生的专业情感和自主学习能力，切实提高学生专业认知和工程实践能力，为真正培养出土木工程行业所需的高素质人才提供有力支撑，并为土木工程专业其他相关课程的改革提供一定借鉴思路。

参考文献：

[1] 徐建，梁建国，杨春侠.砌体结构的现状与发展建议[J].土木工程学报，2022，55（5）：1-6.

[2] 贾传洋，王海龙，张贵彬，等.新工科背景下土木工程专业工匠精神培养研究[J].高教学刊，2022，8（15）：10-15.

[3] 唐岱新.砌体结构[M].3版.北京：高等教育出版社，2013.

[4] 孫犁.学习砌体结构课程应注意的问题[J].中国冶金教育，2014（2）：20-22.

[5] 罗若帆，杜小颖.《混凝土结构》与《砌体结构》课程教学现状对比分析[J].当代教育实践与教学研究，2018（1）：169.

[6] 李永梅.《砌体结构》教学改革探索与实践[J].教育教学论坛，2016（4）：152-153.

[7] 齐岳，赵文军，李方慧.砌体结构课程教学改革探讨[J].高等建筑教育，2014，23（1）：58-60.

[8] 高贺香，肖洪涛.土木工程专业砌体结构课程教学的改革探索[J].价值工程，2011，30（7）：74-75.

[9] 张向冈.《砌体结构》课程教学问题分析与改革[J].教育教学论坛，2017（40）：119-120.

[10] 路立娜.提高砌体结构课堂有效性加强实践教学[J].福建质量管理，2016（3）：205.

[11] 李永梅，孙国富，冯雨.项目教学法在《砌体结构》课程教学中的应用[J].高教论坛，2009（10）：58-60.