全過(guò)程融入工程事故案例增強(qiáng)課堂教學(xué)效果-以“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程為例

“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程涉及工程結(jié)構(gòu)各類荷載概念和滿足結(jié)構(gòu)可靠度要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法兩部分內(nèi)容，是結(jié)構(gòu)理論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、概率理論、模糊數(shù)學(xué)等相結(jié)合的一門新興學(xué)科，是銜接基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程的橋梁，也是土木工程專業(yè)學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須掌握的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程主要教學(xué)目的是使學(xué)生熟悉工程結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的各類荷載定義及其特點(diǎn)，掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，理解并運(yùn)用好《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》以及《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范體系，為今后工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一、課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程自1998年設(shè)立以來(lái)，國(guó)內(nèi)多所高校的教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)這類課程進(jìn)行了教學(xué)改革探討。李長(zhǎng)鳳等對(duì)“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程進(jìn)行了信息化的教學(xué)模式改革，袁敬等對(duì)新工科背景下“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，提出了適應(yīng)于新工科的教學(xué)理念和教學(xué)模式。賈明明和呂大剛提出基于微信的“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程混合教學(xué)模式探索，結(jié)合微信平臺(tái)實(shí)現(xiàn)多層次和多渠道的混合教學(xué)模式以提高教學(xué)質(zhì)量。筆者亦通過(guò)教學(xué)實(shí)踐對(duì)此課程的教學(xué)現(xiàn)狀作了一些分析?！昂奢d與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程橫跨數(shù)學(xué)、力學(xué)和土木工程等多個(gè)學(xué)科，具有內(nèi)容繁多、理論深?yuàn)W、各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)不夠連貫等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)不可避免地導(dǎo)致授課過(guò)程中多為“灌輸式”教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中易產(chǎn)生畏難思想和厭學(xué)情緒。同時(shí)，本課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)時(shí)僅為27學(xué)時(shí)，安排在第四學(xué)期開(kāi)課，其教學(xué)內(nèi)容很多是后續(xù)專業(yè)課的內(nèi)容。在學(xué)時(shí)少、結(jié)構(gòu)知識(shí)缺乏的情況下，學(xué)生很難理解課程的具體實(shí)際用途，因此對(duì)課程的重要性認(rèn)識(shí)不夠，以致出現(xiàn)學(xué)習(xí)效果差的現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)研，學(xué)生在學(xué)習(xí)第一部分（荷載及其相應(yīng)的計(jì)算方法）內(nèi)容時(shí)新鮮感已大打折扣，而第二部分（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法）內(nèi)容理論性強(qiáng)，且沒(méi)有具體結(jié)構(gòu)作為講解載體，學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥乏味、晦澀難懂，這就使得教學(xué)效果不理想，教學(xué)過(guò)程面臨困難。二、課程教學(xué)改革思路基于上述問(wèn)題，本文提出以工程事故案例融入“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程的教學(xué)方法，將真實(shí)發(fā)生的工程事故案例（如泉州改造酒店倒塌、上海在建樓盤整體倒塌、塔科馬海峽大橋坍塌等）與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，做到每一章節(jié)有一個(gè)典型工程事故案例，深入分析造成工程事故的原因，能與本課程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)，如荷載考慮不全、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不合理等，引發(fā)學(xué)生對(duì)工程事故的深層次思考。這種教學(xué)方法具有以下四個(gè)特點(diǎn)：①實(shí)踐性。對(duì)真實(shí)的工程事故案例進(jìn)行剖析，將知識(shí)點(diǎn)與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生掌握各個(gè)知識(shí)點(diǎn)背后所蘊(yùn)含的意義；同時(shí)有些工程事故案例涉及多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)詳細(xì)解讀則可以做到知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通，激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的潛力。②生動(dòng)性。將真實(shí)發(fā)生的工程事故引進(jìn)課堂，進(jìn)行案例式、啟發(fā)式教學(xué)，使課堂不再是傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中的紙上談兵、空中樓閣，增強(qiáng)學(xué)生課堂上的“獲得感”，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)不再感到枯燥乏味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。③思政性。理解荷載考慮不當(dāng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不合理等錯(cuò)誤所導(dǎo)致的嚴(yán)重后果，充分認(rèn)識(shí)本課程的重要性；讓學(xué)生深刻意識(shí)到一個(gè)不經(jīng)意的疏忽可能會(huì)釀造一起重大的工程事故，將課程思政帶進(jìn)課堂，促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，激發(fā)學(xué)生鍛造精益求精的大國(guó)工匠素養(yǎng)。④以學(xué)生為中心。通過(guò)課前自主搜索資料、課堂上充分討論、課后舉一反三，把課堂交給學(xué)生，真正做到以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。三、課程教學(xué)改革具體舉措在教學(xué)內(nèi)容方面，全過(guò)程融入工程事故案例，讓真實(shí)發(fā)生的工程事故案例與教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，深入分析造成工程事故的原因，并將這些原因與課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)，引發(fā)學(xué)生深層次的思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的潛力，解決學(xué)生盲目學(xué)習(xí)、死記硬背的問(wèn)題。在教學(xué)方法方面，把握好課前任務(wù)布置、課堂引導(dǎo)與交流互動(dòng)和課下成果整理的教學(xué)全過(guò)程，將學(xué)生搜集的工程事故資料“前置”至課前完成，將傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的課堂討論，將傳統(tǒng)的課后作業(yè)活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎n后的舉一反三，并通過(guò)課后成果整理和反饋評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)課程的不斷總結(jié)完善，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷提高課堂教學(xué)的質(zhì)量。在課程持續(xù)改進(jìn)方面，以工程教育專業(yè)認(rèn)證評(píng)估為核心，運(yùn)用智慧教育手段將課前任務(wù)布置、課堂交流互動(dòng)、課后總結(jié)整理、團(tuán)隊(duì)合作等納入教學(xué)全過(guò)程，從專業(yè)素養(yǎng)、基礎(chǔ)知識(shí)、能力提升和知識(shí)應(yīng)用等方面進(jìn)行多角度、全過(guò)程、全方位考核并分析達(dá)成度，促進(jìn)課程教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。本文所提出的教學(xué)改革舉措旨在解決以下三個(gè)方面的關(guān)鍵問(wèn)題。一是改變“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”枯燥的“灌輸式”教學(xué)模式，使學(xué)生通過(guò)工程實(shí)踐掌握課程知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；二是針對(duì)課程內(nèi)容繁多、理論深?yuàn)W、各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)不夠連貫等特點(diǎn)，通過(guò)工程事故案例將知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián)并生動(dòng)地呈現(xiàn)在學(xué)生面前；三是針對(duì)課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、晦澀難懂等問(wèn)題，以真實(shí)結(jié)構(gòu)作為講解載體，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的深入理解。四、課程教學(xué)改革實(shí)施方案整個(gè)教學(xué)過(guò)程串聯(lián)了課前分配任務(wù)、課堂互動(dòng)討論、課后舉一反三環(huán)節(jié)。每堂課后，教師及時(shí)與學(xué)生交流，收集學(xué)生對(duì)課程的反饋意見(jiàn)，做到課程不斷升華。本課程主要知識(shí)點(diǎn)與擬選典型工程案例如表1所示。五、典型案例分析典型案例一：2008年雪災(zāi)導(dǎo)致眾多加油站倒塌。2008年雪災(zāi)中，僅中石化江蘇石油分公司就有79座加油站遭受了不同程度的損失，其中整體坍塌加油站17座、部分坍塌加油站10座。那么，是什么原因造成如此大面積的倒塌？為什么加油站這類大跨空間結(jié)構(gòu)易在雪災(zāi)面前“屈服”？如此嚴(yán)重的雪災(zāi)為什么沒(méi)有出現(xiàn)在寒冷的北方，而是出現(xiàn)在長(zhǎng)江中下游地區(qū)？通過(guò)這個(gè)案例作業(yè)，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)雪荷載這一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入思考，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。學(xué)生根據(jù)積雪深度、各地有差異的積雪密度自行計(jì)算實(shí)時(shí)雪壓，并與規(guī)范中的當(dāng)?shù)?0年與100年的基本雪壓值進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)新老規(guī)范關(guān)于基本雪壓值取值的說(shuō)明，讓學(xué)生意識(shí)到新老規(guī)范的變遷和掌握前沿規(guī)范的重要性。引導(dǎo)學(xué)生在查閱資料的過(guò)程中，了解造成長(zhǎng)江流域雪災(zāi)的“厄爾尼諾現(xiàn)象”和“拉尼娜事件”。對(duì)于此案例，學(xué)生不僅要意識(shí)到從設(shè)計(jì)層面提高大跨空間結(jié)構(gòu)的韌性和災(zāi)害抵御能力的重要性，而且要懂得嚴(yán)格施工、加強(qiáng)運(yùn)維養(yǎng)護(hù)的重要性。典型案例二：深圳賽格大廈異?！岸秳?dòng)”。2021年5月18日，深圳市福田區(qū)華強(qiáng)北街道賽格大廈出現(xiàn)搖晃，樓內(nèi)工作的人紛紛向下逃離，引發(fā)社會(huì)關(guān)注。值得注意的是，5月18日中午在深圳和周邊地區(qū)并沒(méi)有發(fā)生地震，氣象臺(tái)也稱深圳市福田區(qū)賽格大廈附近的風(fēng)速大約只有5級(jí)，周邊地區(qū)也并沒(méi)有地鐵或其他地下工程施工。那么，引起大樓異常晃動(dòng)的原因是什么呢？通過(guò)這個(gè)案例作業(yè)，使學(xué)生了解發(fā)生在自己身邊的工程事故案例，激發(fā)學(xué)生探索的興趣，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。從分析異?！岸秳?dòng)”的原因到提出先進(jìn)的檢測(cè)方法再到預(yù)防這類事件再次發(fā)生的措施，鍛煉學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力。這一事件雖然存在偶然性，但是常年高負(fù)荷服役又造成了結(jié)構(gòu)性能下降的必然性，從中使學(xué)生深刻理解對(duì)建筑進(jìn)行定期檢查并修復(fù)、加強(qiáng)運(yùn)維養(yǎng)護(hù)的重要性。典型案例三：房屋改造引發(fā)的悲劇——“金玉裝修、敗絮結(jié)構(gòu)”。2022年4月29日，長(zhǎng)沙當(dāng)?shù)匾粭澙鲜綐欠客蝗话l(fā)生倒塌，造成53人遇難。事故調(diào)查結(jié)果顯示，業(yè)主私自加層，增加了房屋的承重負(fù)擔(dān)，并對(duì)房屋有不同程度的結(jié)構(gòu)改動(dòng)，致使結(jié)構(gòu)超出了房屋承載能力，這也是造成事故發(fā)生的主要原因。類似的悲劇時(shí)有發(fā)生：泉州欣佳酒店因私自維修改造于2020年3月7日發(fā)生倒塌，造成29人死亡；山西臨汾飯店也因私自改造于2020年8月29日發(fā)生坍塌，同樣造成29人遇難。假如我們同學(xué)將來(lái)是一名結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，該如何避免違規(guī)改造擴(kuò)建導(dǎo)致的悲??？通過(guò)這些案例作業(yè)，學(xué)生意識(shí)到私自改造擴(kuò)建房屋的危害，教師引導(dǎo)學(xué)生從工程結(jié)構(gòu)可靠度的角度對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行分析，涵蓋荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩部分內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)改造過(guò)程中，不僅要考慮到荷載的變化，而且要關(guān)注結(jié)構(gòu)性能的劣化現(xiàn)象。教師通過(guò)學(xué)生的資料搜索和課堂討論，啟發(fā)學(xué)生要恪守職責(zé)，心存敬畏之心，堅(jiān)守職業(yè)道德底線，不能圖一時(shí)的利益觸犯安全底線，要把工程安全事故扼殺在萌芽階段，幫助學(xué)生練就超前的設(shè)計(jì)理念，鍛造學(xué)生追求卓越的大國(guó)工匠精神。六、結(jié)語(yǔ)“荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”課程教學(xué)改革致力于通過(guò)