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2土木工程专业学生的职业道德行为
职业道德行为是指人的职业道德品质的外在表现,是衡量从业者职业道德水平高低的客观标志.只有具备了正确的职业道德认知、良好的职业道德情感和坚强的职业道德意志的基础上,才能形成正确的职业道德行为.然而,在调查中发现,只有35%的同学有主动培养自己的职业道德行为,26%的同学认为自己的职业道德水平低.
3“卓越计划”背景下土木工程专业学生的职业道德教育模式研究
随着“卓越计划”开展的不断深入,思想政治教育工作者必须结合建筑企业对行业从业人员的职业道德要求和土木工程专业学生的职业道德现状,才能培养出适合建筑市场要求的卓越土建工程师.
3.1加强家校和校企沟通,为大学生思想品德教育创造有利的外部环境
一名卓越土建工程师的培养,离不开家庭、高校和建筑企业的共同努力.高校作为连接家庭和建筑企业的中间环节,应充分发挥自身的纽带作用,加强和土木工程专业学生家庭和实习就业单位的联系.通过了解学生的家庭环境和实习单位的表现,及时解决土木工程专业学生的思想动态,有针对性的开展职业道德教育.
3.2加强与任课或实习老师的交流和沟通,为大学生思想品德教育提供有利的内部环境
随着卓越土木工程师计划的实施,单纯依靠辅导员或是专任老师都很难满足学生成长成才的要求.因为,在专业技能培养、行业动态等方面,专业老师具有很大的优势,但又存在着对大学生缺乏思想教育经验的不足;而思想政治辅导员,虽然有着很强的教育学生、指导学生职业道德养成的能力,但又缺乏对建筑行业技能、专业知识的了解,造成对学生职业道德指导针对性不足.因此,思想政治辅导员和专业老师只有加强沟通了解、取长补短,才能为大学生思想品德教育提供有利的内部环境.
3.3通过榜样引领作用,激发土木工程专业学生自觉履行职业道德的意识
社会学家研究认为,人的社会行为具有群体模仿和认同的特性,从大学生职业道德养成的过程来看这一现象尤其明显.大学生往往会不自觉地模仿自己所崇拜的偶像,然后在周围人的反馈中不断调整自己的行为[3].因此,要加强大学生的职业道德教育,并收到良好的效果,就必须努力营造良好的氛围.具体措施如下:(1)继续深入开展“十佳大学生评选”活动“.十佳大学生评选”作为展示在校大学生风采的标志性活动,受到了越来越多的学生的关注.由于这些榜样就在他们身边,使得学生更容易找到自己的不足,进而明确今后努力的方向.(2)邀请建筑企业卓越的土建工程师来院讲座.现在,部分学生对自己的未来充满困惑,不知道毕业后该做什么、怎么去做,怎么才能够成长为一名卓越的土建工程师.因此,可以通过邀请建筑企业卓越的土建工程师来院讲座的方式,让学生了解一名卓越土建工程师的成长之路.(3)邀请优秀校友来院交流.由于部分新建地方本科院校,在快速发展的同时,软件硬件建设仍有不足之处.一小部分高考失利的学生在进入校园之后,难免有些失落而自暴自弃.此时,可以邀请优秀的校友来校交流,通过他们的亲人经历,激发土木工程专业学生对专业的热爱.(4)通过宣传海报、QQ群、微信、微博、校园网等方式大力提倡良好的职业道德风尚.宣传恪守职业道德的模范人物,使良好的社会道德风尚对大学生产生潜移默化的影响,从而收到“润物细无声”的效果.
3.4深入开展专业技能竞赛和科技创新活动,拓宽大学生职业道德教育途径
职业道德教育有别于传统的思想政治教育,其主要目的在于培养大学生良好的职业道德素质,为将来的就业做准备,这就决定了职业道德教育的特殊性,即技能性[4].一方面可以通过鼓励学生参与各级的职业技能竞赛,如测量大赛、CAD制图大赛、手工绘图大赛、力学大赛、结构设计大赛、纸桥设计大赛等,培养学生的职业资格意识和职业荣誉感;另一方面,可以鼓励学生参与开放性实验、校立学生科研、浙江省新苗人才计划、挑战杯创业创新计划等,培养大学生的创新意识.
3.5大力开展职业道德类相关的校园文化活动,提高大学生培养职业道德的热情
职业道德教育不能仅仅依靠职业道德教育课或是两课课堂的理论灌输,而是要结合学校的各项教学、实习环节,进行全方位的教育活动才能取得良好效果.对于刚步入大学校园的新生,面对陌生的学校和所学的专业充满了好奇和疑问,这时高校要结合新生特点,着重开展始业教育、适应与成材、心理健康教育、专业思想教育、遵纪守法教育等活动.让土木工程专业学生可以尽快了解专业培养计划、目标及发展方向等;让学生能充分认识到自己所学的专业将来一定可以大有作为,从而使他们热爱自己所选择的专业.只有热爱自己的专业,才能产生学习的内在动力,使学生初步树立职业理想和职业道德.对于大二、大三的学生,已经有了一定的专业基础,可以积极鼓励他们参与专业相关的社会实践活动,使他们在服务社会的过程中国,切实了解土木工程专业的重要性与实用性.对于即将毕业的学生,则应结合就业形势,开展就业择业道德、职业生涯规划和发展等内容的教育活动.
中图分类号:G643.0 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2015.06.020
Discussion on the Teaching Reform of Postgraduate Degree Programs
in the Field of Architecture and Civil Engineering
ZHANG Jintao
(Graduate School of Tianjin Chengjian University, Tianjin 300384)
Abstract This article mainly aims at the training objectives and characteristics of the subject of professional degree graduate students in the field of architecture and civil engineering. Combined with the existing scale of graduate students and curriculum teaching situation of Tianjin ChengJian University. In terms of the knowledge structure , capacity requirements and quality requirements and other aspects, which the master needs in the field of architecture and civil engineering. Discussing releted contents of the reform scheme about education . Coming up with several advises to complete the training mechanism of this field, to complete the system of professional degree and to promote the teaching reform of engineering masters.
Key words professional degree postgraduate; full-time engineering masters; curriculum instruction
研究生教育作为国家创新体系的重要组成部分,是培养具有创新意识和自主创新能力的高水平人才的主要途径。然而,随着经济社会的快速发展,传统的研究生培养模式已经不能完全适应其多样化的需求。为了解决这一现象,我国提出建立以提升职业能力为导向的全日制专业学位研究生培养模式。全日制专业学位研究生作为学术型学位研究生的补充与转型,其目的在于培养适应社会发展所需的应用型人才,而这其中涉及面最广、招生人数最多的专业学位类型便是工程硕士专业学位。现有建筑类高校大多从2009年开始招收全日制工程硕士研究生,涵盖建筑与土木工程、项目管理和环境工程等领域,目前人数已超过学术型研究生,占全日制研究生总数的50%以上,其中建筑与土木工程作为招生的主要领域拥有全日制研究生人数占工程硕士研究生总数的一半以上。
为完善现有建筑与土木工程领域工程硕士的培养机制,完善专业学位制度,推进工程硕士研究生教育更好发展,本文针对建筑与土木工程领域硕士研究生的培养目标及学科特点,提出本领域硕士研究生课程教学改革的相关建议。
1 课程教学改革的背景与条件
无论是本科生还是研究生,课程教学都是不可或缺的一部分。但是与本科生不同的是,研究生课程教学不仅要掌握广泛的基础理论知识,更要在此基础上加深与巩固,培养研究生自主学习和科学研究的能力。对于全日制专业学位研究生更要学会将基础理论运用于工程实际从而培养解决实际问题的能力。掌握坚实的基础理论知识是解决工程实际和培养创新意识的基础,而知识又以课程的形式传递,因此课程教学在研究生培养中起着重要的基础性作用,同时也是培养符合社会发展需求的应用型人才的基本途径。随着科学技术的发展,知识也在不断地更新,研究生课程教学改革也成为了研究生教育改革的关键之一。
近几年,建筑类高校相继提出了建设高水平、有特色的建筑类教学研究型大学的新目标,对研究生教育教学也提出了新的更高的要求,目前许多高校正以课程建设为契机全面推动研究生教育教学改革。课程教学作为研究生培养的关键性环节,自然也要符合相应的专业特点。
现有全日制在校硕士研究生基本为招生学科的相同专业或相近专业的本科毕业生,生源质量较好。建筑类高校课程设置不仅总体上符合研究生课程体系要求,能较好地体现研究生教育的特点,而且有明显的工科特点和建筑类学科的优势。目前建筑类高校研究生开设课程中学位课的深度和广度有利于学生掌握坚实宽广的基础理论知识;选修课覆盖各专业门类并具有城建类高校的特色。另外为跨专业与同等学力人员开设的补修课能够体现学科专业发展的前沿,有利于学科课程体系结构的调整和优化以及学科的建设和发展。任课教师政治素质好,业务水平较高,全部具有高级职称或博士学位。
2 现有课程教学存在的主要问题
我国全日制专业学位研究生从2009年开始实施,时间相对较短,和学术型研究生相比,还没有形成一个系统的课程教学体系。目前,一些高校仍不能正确区分全日制专业学位研究生与学术型研究生的培养模式,不能准确定位全日制专业学位研究生的类型与特征。然而课程教学在研究生培养过程中又起着很大的作用。因此正确认识目前全日制专业学位研究生课程教学所存在的问题,对于研究生课程教学改革至关重要。其存在如下几方面的问题:
2.1 教学方式仍停留在本科阶段
教学方式对教学效果有很大影响,目前很多高校教师在研究生课程教学中还沿用本科生的教学模式,不能正确认识研究生和本科生在知识培养与技能实践上的差异。针对不同的课程形式与课程内容教学方式过于单一。大多数课堂以教师讲授为主,缺少师生之间的讨论与交流,忽视了研究生在课程教学中的主体地位,使其和本科时期一样在学习上处于被动接受之中,这难免会对研究生自主学习和创新能力的培养有所影响。只重视知识的传授,不能实现师生之间的互动,也就无法实现对于研究生课程教学的目的。
2.2 课程体系尚不完善
全日制工程硕士与传统工学硕士的最大区别就在于其紧跟工程实践,具有很强的应用性。而目前很多高校对于全日制工程硕士设置的课程体系都不能符合这一学位类型的特点和目标,存在着诸多的不合理性。一方面,在课程设置与教学设计上不能做到与本科较好地衔接,经常会出现课程设置重复,或知识点衔接不上等问题。另一方面,许多高校对全日制工程硕士的培养大多照搬原有工学硕士的课程设计与课程内容。工学硕士与全日制工程硕士相比,课程体系相对局限于特定的学科范围之内,课程内容也相对单调,大部分课程以理论的阐述为主,这就忽视了全日制工程硕士应用性较强的专业特色和工程的实践应用特性,不利于培养全日制工程硕士解决实际问题的综合能力。
2.3 缺少对实践创新能力的培养
实践创新能力的培养是全日制工程硕士培养的一个重要目标,采取校内导师与企业导师相结合的培养方式也是为了更好地达到这一培养目标,这其中企业导师对研究生实践创新能力的培养起着更为关键性的作用。但在实际中,许多高校对全日制工程硕士的培养并未发挥出双导师制度的优势,实践教学环节也并未落到实处。目前双导师制度在高校全日制工程硕士培养中已基本建立,但由于企业导师几乎很少将时间和精力用于指导研究生上,使得学生大多数情况下都有校内导师指导,这就使得双导师制度过于形式化,失去了企业导师对研究生培养应有的价值。即便企业需要高校所提供的技术人才,学校与企业之前缺乏必要的沟通与交流,仍然会使得全日制工程硕士失去许多工程实践的机会,也很难达到对其实践创新能力的培养。
2.4 教师素质有待进一步衡量
教师仍然是研究生掌握基本理论知识,培养实践创新能力的关键所在。因此教师的理论素养与工程实践经验对实现全日制工程硕士的培养目标都起着很大作用。与工学硕士相比,教师在向全日制工程硕士阐述基本理论的同时更重要的是要结合工程实际,将理论转化为工程应用的方法。目前,高校对于研究生任课教师的选择条件很高,要求全部具有高级职称或博士学位,然而也正是这样的高标准使得研究生任课教师大多脱离企业,长期从事理论研究,因此在教学工程中自然更加注重理论的阐述,而忽略了其在工程实践中的具体应用。这一现象与高校对教师的评定标准也是分不开的,高校对教师的评定重视学术水平和科研能力,而对其工程实践经验相对忽视,难免导致教师在两者选择上有所偏向。
2.5 课程考核制度有待明确
课程考核是检验研究生课程学习后知识结构掌握和能力素质提升情况的一种有效途径。研究生课程考核以能全面反映研究生学习情况为目标,重视过程考核,达到通过考核促进研究生自主学习能力的提高的目的。而目前现有的以课堂讲授为主的教学方式导致课程考核方式过于单一,考核内容和深度也一般过于随意,对课程考核及评价缺乏统一、完整、科学的机制。许多高校还存在着课程体系设置良好,课程实施和课程考核等环节过于随意的现象,有些重要的专业课程考核形式过于局限,难度也过于简单。除采用考试、论文等形式的考核方式,很少针对全日制工程硕士的专业特点及对人才培养的目标确定能更加反映工程实践及应用的考核形式。①
3 课程教学改革方案探讨
通过课程教学改革保证课程教学质量,对更好实现研究生的培养目标具有非常重要的意义。根据上面所提到现有研究生课程教学中所存在的问题,并结合实际情况,主要针对建筑与土木工程领域专业学位研究生提出以下关于课程教学改革的几点思考:
3.1 改进教学方式,优化课程体系
土木工程的全寿命周期可分为设计、建造和使用三个阶段,根据社会对土木工程专业人才的需求以及这三个阶段的特点,确定建筑与土木工程领域的人才培养目标,即能够主持大型复杂结构的分析、计算与设计工作的工程设计师;能够解决重大工程施工关键技术问题、具有施工组织管理能力的工程建造师;能够开展大型土木工程检测与评估及工程事故分析处理的工程检测评估师。②
为达到培养建筑与土木工程领域创新性、复合型高层次工程技术人才的目标,应该积极探索多样化的教学方式,激发研究生的学习兴趣,发掘提升研究生的自主学习能力。针对不同的教学内容,尝试采取互动开放模式、课堂论坛模式、探索式学习模式、虚拟现实教学等,提升课程学习中的教学互动。注重研究生在教学过程中的主体地位,鼓励研究生参与教学设计、教学改革和教学评价等环节。加强课程建设与学科发展相结合。根据社会、经济、科技、文化发展对学科建设提出的要求,不断改进、完善课程教学内容。要更加注重加强研究生对前沿理论和科研成果的认识,使研究生课程教学改革成为一个不断发展与深化的过程。
建筑与土木工程领域课程体系的设置,既应符合社会对于研究生思想、理论及专业创新等方面的要求,又要因人而异,根据每个人的培养方向来制定。对于学科基础课程,包括公共基础课和专业基础课,既要体现其基础性、宽广性和系统性,又要注意把握课程的深度和广度。对于专业选修课应根据人才培养目标的不同,有针对性地开设与培养方向相适应的课程,工程设计类应开设关于结构设计软件、结构设计规范及结构建模方法的相关课程;工程建造类应开设有关施工组织与施工技术、工程建造管理等相关课程;工程检测评估类应开设结构检测鉴定、工程事故分析处理、既有结构可靠性评定等相关课程。对于专业创新实践既应体现其先进性和前沿性,又要有利于激发研究生自主学习兴趣,促进其创新能力的发展。
3.2 明确培养模式,重视实践创新
在建筑与土木工程领域,基础理论知识在研究生培养过程中起着很大作用,只有具有扎实的数学、力学基础,才能胜任工程设计、施工、检测等高级技术工作。随着科学技术的快速发展,学科交叉性也越来越有所体现,各种新兴学科在工程领域有着越来越多的应用,因此更应该将现代科学技术融入到传统土木工程中,通过不断实践培养适应时展的创新型人才。③
专业学位研究生一般是双导师制,即校内导师与企业导师相结合,因此其培养模式也与学术型研究生有所不同,课程也从课堂到企业随着主体的改变发生变化。学校课堂在研究生基础构建阶段起着非重要的作用,通过开设哲学、职业道德与素养、土木工程基础理论等课程解决研究生基础知识、基本理论与基本素养的培养问题;校内导师在研究生专业实践阶段起着很大作用,通过开设专业前沿课程、直接参加工程实践等解决研究生实践能力的培养问题;而企业导师主要负责研究生的创新与实践,通过面向工程进行工程设计、新技术研发等解决研究生创新能力和解决工程问题的能力培养问题。
对于专业技能的培训,应由校内导师和企业导师根据培养目标共同为研究生选择实习基地。工程设计类研究生选择大型设计院进行相关技能的培训,熟悉掌握设计方案制定、大型分析软件的使用、复杂结构计算分析、设计规范应用及工程表达;工程建造类研究生选择大型施工企业进行相关技能培训,学习施工方案制定、施工疑难问题处理、关键技术研发和施工过程的安全控制;工程检测类研究生选择大型工矿企业进行相关技能培训,学习检测方案制定、计算分析与评估、检测技术开发和病害分析与处理。
鼓励教师自编特色教材,开发多媒体和网络教学课件,充分发挥现代化教学手段的作用,积极进行网络课程和网上教学资源的开发与应用。鼓励和发展外语或双语教学,积极引进和使用国内外高水平优秀教材、原版教材。充分利用学校各学科的教学服务平台和实验设备,提高研究生的独立研究能力和实际应用能力。邀请企业导师、外聘导师指导实践性教学,利用共建产学研实践基地及行业资源丰富实践性教学内容。
3.3 提升教师能力,完善管理机制
研究生课程教学不同于本科生,教师在讲解课程基本理论与实际中,更应注重对研究生知识获取能力、独立研究能力和解决实际问题的能力的培养。因此要明确研究生课程任课教师的聘任条件及方法,研究生任课教师一般应具有高级专业技术职称或博士学位,并且授课水平较高、实践经验丰富,熟悉本学科的前沿动态,具有一定的科研能力和水平。支持教师合作开发、开设课程,鼓励国际和跨学科合作。建设教学交流和教学技能培训平台,有计划地开展经验交流与培训活动。④
加大对教师参与课程建设和教学改革的激励与支持,加大对教师承担研究生课程建设和教学改革项目的资助力度,对在课程建设和教学改革工作中做出突出成绩的教师予以表彰。提高研究生课程建设和教学工作在教师绩效工资分配中的比重,将承担研究生课程建设和教学工作的成果、工作量以及质量评价结果列入相关系列教师考评和专业技术职务评聘中。
课程考核是检验研究生对所学知识理解和掌握程度的有效手段。然而,课程属性和学科特点的不同,导致考核方式不尽相同,考试和提交专题报告相结合。多样、有效、可操作的考核形式对于加强研究生基础知识、创新性思维和发现问题、解决问题的能力的考查尤为重要。通过课程考核也可以促使研究生积极主动学习和教师课程教学的改进。除了相关课程考核,还要探索建立课程学习综合考核制度,结合研究生中期考核,对研究生经过课程学习后知识结构、能力素质等是否达到规定要求进行综合考核,针对考核结果分流或淘汰一部分学生。
健全研究生课程教学管理机制,教学管理文件要对研究生教学环节全覆盖。建立以教学督导为主、研究生评教为辅的研究生课程教学评价监督机制,对研究生教学活动全过程和教学效果进行监督。建立严格规范的课程审查与淘汰机制,对已开设的研究生课程的开课情况和教学效果进行定期审查,并根据审查结果对课程及时进行调整。⑤
4 结语
作为研究生教育改革的新生产物,全日制专业学位研究生陪养在我国才刚刚起步,所面临的关键性问题是要保证其对研究生的培养质量。课程教学作为研究生培养的首要环节,仍然存在许多有待解决的问题。对全日制专业学位研究生进行全面深入的课程教学改革是有必要的。在改革过程中,我们要结合全日制专业学位研究生的专业特点和培养目标,针对教学中存在的问题,重点把握教学方式的改进、课程体系的设置、实践创新的培养以及管理机制的完善,与此同时借鉴其他高校在本领域进行课程教学改革所取得的成功经验。通过不断地探索与改革,我们一定能够实现对全日制专业学位研究生的培养目标,培养出符合社会发展需要的应用型技术人才。
注释
① 朱丽华,史庆轩,任瑞,张维华.建筑与土木工程领域全日制专业学位研究生课程教学改革[J].高等建筑教育,2014.23(4):112-115.
② 景静姝,王玉琨,刘鉴汶.高等院校研究生课程教学改革问题探讨[J].理论导刊,2007(5):97-99.
一、专业不同,需求多样
(一)毕业设计方面
分析各专业学生毕业设计的内容,土木工程专业要求学生具备独立完成设计任务书要求的建筑设计、结构设计的能力。工程管理、工程造价专业的学生更侧重进行施工组织设计、工程造价概预算设计等毕业设计内容。课程内容上,《房屋建筑学》包含的建筑设计部分是非建筑学土建类专业学生在本专科阶段学习的唯一有关建筑设计知识点的课程,是土木工程专业学生完成毕业设计建筑设计部分必要的知识储备;课程包含的建筑构造内容是工程管理、工程造价专业学生系统直观地学习房屋构造组成的主干课程,为后续的工程量清单计价做好知识储备。因此,针对不同专业《房屋建筑学》教学准备时,应有明显的教学重点区分,务必避免课件教案一致的问题。
(二)专业课程方面
专业教学后续课程安排上,土木工程专业会进行《钢结构》《钢筋混凝土结构》课程的学习,其中包含屋架、厂房的设计。因此,在《房屋建筑学》的授课的过程中,涉及到厂房构造组成设计及柱网布置的知识点就应重点讲解。本人采用了学校北邻的工业厂房如海尔、海信工业园的图片案例教学。而对于工程管理和工程造价专业,工程量的计算需要良好的建筑构造知识。在教学工作中,曾经观摩过一位教学名师讲授的《工程定额概预算》课程中《轻钢龙骨吊顶》章节的示范课。在授课过程中,简略提到的吊筋、主龙骨、次龙骨、罩面板均为《房屋建筑学》建筑构造部分楼地层章节中有关于吊顶内容的讲解。本人授课即采用清单计价规范中相关吊顶计算部分图片的教学。此方法同样应用于墙体、柱子、基础、楼板等构件的图片案例讲解。图就是“工程的语言”,在学习的过程中,仔细阅读“工程的语言”是必不可少的。
二、层次不同,能力差别
土木工程与工程管理专业均为普通高等教育本科专业,工程造价专业为专科专业,学生的学习能力有差距,=基本与应试教育的成绩呈线性分布。在课程单元测验中,对于相同难度的试题,土木工程与工程管理专业学生的平均分基本持平,高于工程造价专业学生平均分6分左右。授课内容角度,建筑设计偏于设计思维,三个专业的学生掌握情况基本相同。分差主要来源于偏于理性思维的建筑构造内容,本科层次学生掌握情况优于专科层次学生。
在授课过程中,土木工程专业的授课可采取现场教学,学院在土木工程专业每个行政班级挑选15%的学生成立土木工程实践教学班,课程教学围绕学校土建类工程实践基地进行现场学习,分析成绩,实践班的学生成绩的良好率占到了80%以上。同时,应用型人才模式下的工程管理专业学生的培养方式可采用全面知识点覆盖,部分现场教学的模式。教授学生全面的知识点,附加图片教学,增加知识点的理解力度。工程造价专业的授课模式可以采用翻转课堂,提高学生的理解力,加深学生的掌握,提高学习效率。
三、兴趣不同,思维有别
兴趣是学习的动力。土木工程实践教学班也是以成绩为基础,以兴趣为导向成立的学习实践团体。然而以上三个专业,均有部分学生的学习兴趣不在建筑类别上。让学生提高学习兴趣,是教学工作中的难点。首先教师提高教学的吸引力,之前介绍过案例教学、图片教学的形式,可以提高学生的兴趣。案例、图片可以选择时代热门、知名、有代表性的建筑体。本人在授课过程中采用的是学校在建项目与已建项目的案例。土木工程、工程管理、工程造价专业的授课过程中,我采用的分别是学校图书馆、酒店、教学楼建筑案例,均为学校的在建项目。若校园建设已初具规模,校内没有合适的实践基地,可以选择校外的实践基地。
作为一名教师要因材施教,激发每一个学生的学习兴趣。在讲解建筑剖面时,除了工程图纸的讲解,本人选择授课教室做演示剖切,并进行设计视点与地面升起坡度的讲解;在讲解楼梯设计时,课间指导学生观察教学楼的楼梯,对楼梯的宽度、平台更具体的学习。授课的方式是多样的,如提高课堂艺术、多媒体教学等,但《房屋建筑学》的教学必须针对本课程特点,采取行之有效的教学方法,激发学生的学习兴趣,激活学生主体意识,培养出适应社会需求的高等技术应用型专门人才。
四、结语
在《房屋建筑学》教学改革的研讨过程中,实践教学是一个主题方向,教学最终目的始终是提高学生的学习能力与掌握能力。把实践教学的具体内容按照学生专业、层次、兴趣的不同具体应用,因材施教,因材实践,采用有针对性的实践教学改革方式,才能将实践教学的教学效果发挥至最大。
其实,大学校园本身便是一个合适的综合平台,可以提供开展科学探究所需的各种基本教学资源,从这个角度来说,校园是一个鲜活的实验室。校园实验室(Campus As Laboratory, CAL)这个概念,最初由普林斯顿大学于2011年提出。具体到建筑结构抗震分析,特别是区域建筑抗震分析来说,大学校园建筑不仅结构类型多样、跨越年代广泛,提供了丰富全面的研究对象,而且数据资料容易获取,甚至还能获得部分建筑的设计详图,有利于建立结构分析模型。
清华校园建筑震害预测程序就是清华大学校园实验室项目的成果之一。该程序以清华大学校园建筑为研究对象,以身边的科学间题为切入点,较之相对枯燥的书本知识,贴近生活的案例更易激发学生的探索热情。同时,学生可利用该程序直观地理解、巩固并综合运用所学知识,提高实践和创新能力,甚至以此为平台进行更深入的研究探索。此程序可以用于《土木工程概论》、《结构动力学》、《抗震工程概论》、《防灾减灾工程学》等课程的辅助教学。
2清华校园建筑震害预测程序
清华校园建筑震害预测程序(以下简称震害预测程序),由清华大学土木工程系开发完成。通过网络搜索以及实地调研等方法,收集了清华大学绝大部分校园建筑的坐标、层数、层高、建造及加固年代、结构类型等基本宏观信息。利用这些信息,为各个建筑生成相应的剪切层模型,在用户选定的地震动下,对这些校园建筑进行弹塑性时程分析,并直观地展示整个清华校园建筑在地震作用下的响应和破坏状况。
依据输入文件中提供的结构层数等宏观信息,基于美国Hazus软件的调查统计和该程序开发者的研究工作,计算得到结构的各阶周期、各层层间骨架线和滞回参数以及各个破坏状态对应的层间位移角限值等,建立剪切层模型,从而在指定的地震动作用下,进行弹塑性时程分析,得到结构的时程响应。
该程序包含以下功能模块:建筑结构信息的读取与编辑、地震波的可视化选择与反应谱的生成、清华校园建筑在地震作用下的响应分析计算、以及结构的响应时程和破坏情况的直观展示等。由于各个模块都具有丰富的表格、曲线甚至是动画功能,能直观、生动地呈现从模型建立到结果显示等整个震害分析过程,加之所选择的分析对象是学生所熟悉的校园建筑,因此该程序可为结构动力学、地震工程等多个土木工程专业学科的教学提供帮助:不仅能使相关专业知识更形象、易于学生接受和理解,同时还能为感兴趣的学生进行诸如地震损失评估等更深入的研究提供一个基础平台。
3清华校园建筑震害预测程序在土木工程专业学科教学中的应用
3.1结构抗震工程
震害预测程序的建筑结构信息读取与编辑模块,包含剪切层模型、结构层间滞回关系、结构破坏状态及对应的层间位移角限值等结构抗震工程专业知识,可用于辅助其教学工作。输入或修改结构的层数、结构类型、建设年代等信息,该程序会白动计算层间滞回参数等的取值。其中,对于钢筋混凝土框架结构,采用修正的Clough层间滞回模型进行模拟;对于钢结构,采用理想弹塑性模型模拟;而其它以剪切变形为主的结构,则使用捏拢模型作为滞回规则。同时,也可以手动修改这些取值,程序会实时更新对应的滞回曲线的形状。
以上功能有助于学生理解层间滞回参数的概念和意义,探讨不同结构类型的层间滞回特点。结合震害预测程序的分析计算和结构破坏状态展示,可以进一步探究不同结构类型、滞回性能等因素对结构抗震性能的影响。
3.2结构动力学
震害预测程序提供对剪切层模型的周期和振型计算功能。例如,一个四层结构的频率和一阶振型。调整阻尼比等参数,并重新计算,可以分析各个参数对结构频率和振型的影响,加深认识多白由度体系的白振规律;选择不同的校园建筑,可以对比不同类型建筑的结构动力学性质差异。学生还可利用程序所提供的结果与白己手算的结果进行对比,进一步巩固课程中所学的知识。
3.3地震工程概论
地震动的主要特性可由反应谱和加速度时程曲线等加以刻画。一般的教学通常侧重于讲解反应谱的概念、利用加速度时程计算反应谱的原理、以及根据规范反应谱进行结构抗震设计的方法步骤等。学生可以根据相关公式和中国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)的规定掌握简单的结构地震作用的计算,但不易直观地认识普通反应谱与规范给出的设计反映谱的区别、基本烈度与超越概率对规范反应谱形状的影响等。
震害预测程序中地震波可视化选择与反应谱生成模块所提供的功能。将其用于地震工程概论的课程教学,可以清晰地展现几个著名地震波的时程曲线,并方便地生成指定峰值加速度(PGA)下这些加速度时程曲线对应的反应谱。将反应谱与规范反应谱绘制在同一区域,可以对比二者的区别与联系,体现规范反应谱的特点:它是为方便工程计算而进行的简化处理方法。此外,8度罕遇地震对应的规范反应谱与PGA为0.4g的加速度时程对应的反应谱相比,其最大反应比较接近,这类对比有利于帮助学生理解抗震设防烈度和设计基本地震加速度的对应关系。
3.4防震减灾
在给定地震动和PGA的条件下,震害预测程序可进行弹塑性时程分析,并能在分析结束后,直观地呈现校园建筑的楼层位移响应时程、详细信息和最终破坏情况。
在防震减灾教学过程中,震害预测程序可以有以下应用:
1)比较分析不同结构在地震作用下的响应。
该程序中建立了清华大学校园中600多栋建筑的模型,不仅包含钢筋混凝土框架、钢框架、框架剪力墙、砌体结构等多种结构类型,而且包括不同年代、不同高度的结构。在给定地震动作用下,可以比较分析这些不同类型的结构在地震作用下的响应特点,使学生加深对地震作用的认识。例如,观察整个校园的破坏和倒塌情况可知,一般砌体结构和建筑年代较早的结构破坏较严重。
2)比较不同地震波对结构的作用。
一方面,学生可以选择并观察汉川波等几条典型地震波对结构的作用,激发学习兴趣;另一方面,还可以对比不同地震波对结构的作用,通过观察这些地震波对应的反应谱的特点,可以体会反应谱的物理意义。例如,反应谱峰值对应的周期较短的地震波,对低层结构等周期较短的结构破坏性更大;反应谱峰值对应的周期较长的地震波,则对中高层结构等周期较长的结构破坏性更大。
3)展开更深入的探索研究。
震害预测程序还为学生展开更深入的探索提供了平台。例如,可以通过收集校园建筑的财产、人员分布情况等信息,并添加到震害预测程序中,从而探索校园建筑地震损失评估方法;可以将校园道路抽象成无向图等适当拓扑结构,利用图论中的Dijkstra算法考虑人群的疏散交通需求,综合震害预测程序计算得到的建筑破坏与倒塌情况,进行震后应急疏散的研究等。学生可以充分利用熟悉的校园环境,采集所需数据,整合至震害预测程序中,进行各种有意义的学习探索,更好地掌握和运用防震减灾知识。