應(yīng)用微縮模型提升土木工程施工教學(xué)效果

鄧華

摘要：本科專業(yè)核心基礎(chǔ)課程土木工程施工（4.0學(xué)分，72學(xué)時(shí)）的知識(shí)難點(diǎn)多且內(nèi)容抽象，常規(guī)課堂授課方式難以獲得較好的教學(xué)效果。本文提出基于模型設(shè)計(jì)法的土木工程施工課程的教學(xué)改革新模式，該法圍繞課程教學(xué)目標(biāo)，要求根據(jù)教學(xué)進(jìn)度同步制作縮尺實(shí)際工程模型（1：20）模擬工程施工。學(xué)期內(nèi)通過將實(shí)際工程進(jìn)行按比例微縮，模式施工全過程，將課程理論知識(shí)與實(shí)際工程施工同步結(jié)合。經(jīng)過本科三輪教學(xué)實(shí)踐，教改課程教評優(yōu)秀率達(dá)82.4%，有效的提高該課程教學(xué)質(zhì)量，該方法可以用于工程專業(yè)核心專業(yè)課程教改。

關(guān)鍵詞：微縮模型；土木工程施工；教學(xué)改革

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出十三五時(shí)期推進(jìn)高等教育改革發(fā)展的思路之重是從規(guī)模向質(zhì)量轉(zhuǎn)變，以創(chuàng)新發(fā)展激發(fā)教育活力，全面提升教育質(zhì)量?！巴聊竟こ淌┕ぁ笔枪こ坦芾韺I(yè)的核心專業(yè)課程，工程建造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)組織管理技術(shù)的內(nèi)容，理論知識(shí)的重點(diǎn)多、難點(diǎn)多，且理論分析和實(shí)際應(yīng)用并重。對于在校大學(xué)生來說，由于缺乏工程的感性體驗(yàn)，使得施工的知識(shí)很抽象且晦澀難懂。所以，有必要研究新型教學(xué)方法提高“土木工程施工”的教學(xué)質(zhì)量。

一、土木工程傳統(tǒng)教學(xué)方法的教學(xué)效果分析

土木工程施工課程內(nèi)容包含施工技術(shù)模塊和施工組織原理模塊。施工技術(shù)模塊包括從地下到地上，從土建到裝飾裝修，從現(xiàn)澆式施工到裝配式施工，主要有土石方工程、基礎(chǔ)工程、砌筑工程、混凝土結(jié)構(gòu)工程、腳手架工程、防水工程、裝飾裝修工程、結(jié)構(gòu)安裝工程。施工組織模塊的知識(shí)主要有流水施工基本原理、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)、單位工程施工組織、施工組織總設(shè)計(jì)等知識(shí)?？傮w來說，土木工程施工的理論知識(shí)很抽象、對教師如何展開有效教學(xué)提出了重大挑戰(zhàn)。許多教師采用傳統(tǒng)的講授法教授土木工程施工課程，在課堂單向灌輸知識(shí)，教學(xué)形式簡單粗暴，創(chuàng)新不足且和實(shí)踐脫節(jié)，教學(xué)效果不佳。還有教師展開立體化教學(xué)嘗試，通過理論知識(shí)配合施工圖片、動(dòng)畫仿真視頻、實(shí)際工程視頻等多種媒體形式，從聽和觀摩的角度讓學(xué)生接受施工知識(shí)，但缺乏切身體驗(yàn)，對施工知識(shí)的感受不夠深刻。為了加強(qiáng)切身體驗(yàn)，有的教師展開了理論與現(xiàn)場教學(xué)相結(jié)合的模式，將施工的知識(shí)劃分成模塊，根據(jù)模塊尋找相應(yīng)的工地，并帶學(xué)生參觀。這種模式很好，但是可行性有限，因?yàn)橐业狡ヅ涞墓さ睾茈y，且大量的學(xué)生在現(xiàn)場聚集，存在安全隱患，這種教學(xué)方式只能偶爾為之，無法常態(tài)化。

綜上所述，傳統(tǒng)教學(xué)方法存在許多不足，因此探索新型“土木工程施工”的教學(xué)方法極為重要，這是改變當(dāng)前土木工程施工教學(xué)低效能的出路。

二、微縮模型在土木工程施工教學(xué)中的應(yīng)用

（一）微縮模型

微縮模型就是通過調(diào)動(dòng)學(xué)生的全身感官，手腦并重設(shè)計(jì)微縮的建筑模型，并應(yīng)用基本的建筑材料，復(fù)原制作建筑模型，以模擬建筑施工的過程，在整個(gè)制作過程中，將理論知識(shí)融入到模型制作過程中，達(dá)到學(xué)以致用的目的。應(yīng)用建筑模型教學(xué)一般遵循的程序如圖1所示。

筆者將以“土木工程施工”中一個(gè)重難點(diǎn)之一：鋼筋混凝土工程施工的教學(xué)，闡述模型設(shè)計(jì)法的具體應(yīng)用，并分析教學(xué)效果。

（二）模型設(shè)計(jì)法教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)目標(biāo)及知識(shí)點(diǎn)分析

在土木工程施工課程中，鋼筋混凝土工程施工涵蓋鋼筋、模板和混凝土三個(gè)分項(xiàng)工程。本章內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)及知識(shí)點(diǎn)分析如表1所示。

從過往的教學(xué)效果來看，由于學(xué)生缺乏工程施工現(xiàn)場的感性認(rèn)識(shí)，對鋼筋原材料的特性及加工、模板的分類、模板的安裝、混凝土的配料和澆筑等知識(shí)都只能主觀臆想，不能和工程實(shí)際對應(yīng)，造成鋼筋混凝土模塊的知識(shí)呈現(xiàn)抽象、難度大、內(nèi)容枯燥等特點(diǎn)，教學(xué)效果不好。

2.微縮模型設(shè)計(jì)與制作

首先，將某一實(shí)際工程的框架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行簡化，給出圖紙。要求學(xué)生根據(jù)圖紙尺寸，按照一定比例（1：20）縮小，做成依靠人力能夠搬動(dòng)的微縮鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型。然后，將學(xué)生分組若干小組，每組6人，進(jìn)行分工協(xié)作。先行采購所有的原材料均通過班級統(tǒng)一采購分發(fā)，主要采購的材料有：木質(zhì)模板（1-2 mm厚）、鋼筋（0.6～1 mm）、水泥（42.5#）、中砂、脫模劑等。最后，在人員和材料齊備后，按照下表要求進(jìn)度和內(nèi)容完成模型制作。

3.微縮模型在教學(xué)過程中的應(yīng)用及效果分析

通過緊密聯(lián)系理論知識(shí)，各組同學(xué)根據(jù)圖紙的要求制作出了質(zhì)量不一的模型。學(xué)生共計(jì)完成21組模型，其中7組失敗，主要是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸偏離圖紙?zhí)蟮暮筒怀烧w。對余下的14組模型試驗(yàn)進(jìn)行模型試驗(yàn)。

首先，根據(jù)混凝土外觀是否平整光滑、外形尺寸準(zhǔn)確和是否蜂窩孔洞的情況，將模型質(zhì)量根據(jù)國家施工規(guī)范對鋼筋混凝土的品質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行從優(yōu)到差的標(biāo)準(zhǔn)分級，分為A/B/C/D四個(gè)等級，如圖2所示。

其次，進(jìn)行荷載試驗(yàn)，計(jì)算承重比，比較模型的效率。通過加載試驗(yàn)，進(jìn)行分級加載，每次加載的重量，直至模型破壞為止。最終，14組模型的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示，外觀質(zhì)量A/B/C/D各有3組、2組、4組和5組。表中數(shù)據(jù)很明顯地呈現(xiàn)出質(zhì)量越高的模型承載力越高的特點(diǎn)。模型的效率指標(biāo)——承重比最高可達(dá)37.09，最小的則為0，質(zhì)量和承載力不同是每組同學(xué)制作的細(xì)心和技術(shù)不一所致。

三、建筑模型教學(xué)法效果評價(jià)與反思

（一）模型制作的好壞不影響教學(xué)效果

不管是質(zhì)量好的模型還是質(zhì)量差的模型，都有很高的教學(xué)價(jià)值。尤其是質(zhì)量差的模型，普遍破壞的原因表現(xiàn)為梁柱節(jié)點(diǎn)處缺乏錨固、混凝土澆筑振搗不密實(shí)和混凝土配合比不當(dāng)，導(dǎo)致模型酥松、結(jié)構(gòu)模型呈崩塌式破壞，而這些問題正是學(xué)生沒有很好掌握施工相關(guān)知識(shí)和遵循規(guī)范的工藝技術(shù)所致。最終，他們能夠從失敗中深刻感受到知識(shí)的有用性和知識(shí)背后的原理。

（二）學(xué)生的評價(jià)數(shù)據(jù)分析

本教學(xué)方法在對三屆共計(jì)265名學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)后，進(jìn)行問卷調(diào)研，結(jié)果如表4所示。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看出，絕大部分學(xué)生對模型教學(xué)方法是肯定和支持的，大部分學(xué)生通過本次模型學(xué)習(xí)，對知識(shí)的理解和體驗(yàn)均更加深刻。同時(shí)，學(xué)生還提了許多意見和建議，例如建議繼續(xù)完善這種教學(xué)方法和模型制作改進(jìn)等。通過模型教學(xué)法，將理論知識(shí)融入動(dòng)手操作的過程中，學(xué)生更好地調(diào)動(dòng)了全身的感官體驗(yàn)和吸收知識(shí)，而不僅僅只是在課堂上聽和看。

（三）學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性顯著提升

通過制作模型，學(xué)生摒除了被動(dòng)聽教師講授理論的枯燥乏味感，能夠主動(dòng)研究教材中相關(guān)的內(nèi)容，主動(dòng)結(jié)合圖書館數(shù)據(jù)庫資料和網(wǎng)絡(luò)資源探索文獻(xiàn)資料。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由被動(dòng)的知識(shí)灌輸，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索，學(xué)習(xí)動(dòng)力和積極性顯著提升。通過資料的閱讀和調(diào)研，學(xué)生學(xué)會(huì)了框架結(jié)構(gòu)的柱、梁、板的模板構(gòu)造；能夠?qū)︿摻钸M(jìn)行下料計(jì)算，精確計(jì)算鋼筋長度，并安裝鋼筋模型；通過混凝土的配置、澆筑以及養(yǎng)護(hù)，深刻體驗(yàn)到混凝土施工過程的重點(diǎn)環(huán)節(jié)和施工質(zhì)量的重要性。教師的教學(xué)由單向傳授，轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程控制和結(jié)果討論與總結(jié)歸納，使得理論更加系統(tǒng)化和深刻化。

結(jié)論

模型教學(xué)法將施工理論知識(shí)融入到模型制作過程中，使教學(xué)過程發(fā)生了根本性的改變。即由教師單項(xiàng)灌輸和學(xué)生被動(dòng)接受這樣的低效模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主探索和教師全程控制和指導(dǎo)的積極互動(dòng)模式。該法大大提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，調(diào)動(dòng)學(xué)生全身感官參與和體驗(yàn)知識(shí)的應(yīng)用過程，加深了對知識(shí)的掌握和理解，取得較好效果。同時(shí)，所制作的微縮模型仿真度較高、成本低，平均每個(gè)學(xué)生僅投入20元，在實(shí)驗(yàn)室完成，可行性高。