全過程融入工程事故案例增強課堂教學效果——以“荷載與結構設計方法”課程為例

袁 方

（深圳大學土木與交通工程學院，廣東深圳 518060）

“荷載與結構設計方法”課程涉及工程結構各類荷載概念和滿足結構可靠度要求的結構設計方法兩部分內容，是結構理論與數理統計、概率理論、模糊數學等相結合的一門新興學科，是銜接基礎課程與專業課程的橋梁，也是土木工程專業學生進行結構設計時必須掌握的一門專業基礎課程。該課程主要教學目的是使學生熟悉工程結構中常見的各類荷載定義及其特點，掌握結構設計方法，理解并運用好《建筑結構荷載規范》以及《工程結構可靠性設計統一標準》相應的設計規范體系，為今后工程結構設計打下堅實的基礎。

“荷載與結構設計方法”課程自1998 年設立以來，國內多所高校的教學團隊對這類課程進行了教學改革探討。李長鳳等對“荷載與結構設計方法”課程進行了信息化的教學模式改革，袁敬等對新工科背景下“荷載與結構設計方法”教學中存在的問題進行了總結，提出了適應于新工科的教學理念和教學模式。賈明明和呂大剛提出基于微信的“荷載與結構設計方法”課程混合教學模式探索，結合微信平臺實現多層次和多渠道的混合教學模式以提高教學質量。筆者亦通過教學實踐對此課程的教學現狀作了一些分析。

“荷載與結構設計方法”課程橫跨數學、力學和土木工程等多個學科，具有內容繁多、理論深奧、各章節的知識點不夠連貫等特點。這些特點不可避免地導致授課過程中多為“灌輸式”教學，學生在學習過程中易產生畏難思想和厭學情緒。同時，本課程是專業基礎課，學時僅為27 學時，安排在第四學期開課，其教學內容很多是后續專業課的內容。在學時少、結構知識缺乏的情況下，學生很難理解課程的具體實際用途，因此對課程的重要性認識不夠，以致出現學習效果差的現象。根據調研，學生在學習第一部分（荷載及其相應的計算方法）內容時新鮮感已大打折扣，而第二部分（結構設計方法）內容理論性強，且沒有具體結構作為講解載體，學習起來枯燥乏味、晦澀難懂，這就使得教學效果不理想，教學過程面臨困難。

基于上述問題，本文提出以工程事故案例融入“荷載與結構設計方法”課程的教學方法，將真實發生的工程事故案例（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）與教學內容有機結合，做到每一章節有一個典型工程事故案例，深入分析造成工程事故的原因，能與本課程知識點相關聯，如荷載考慮不全、結構設計方法不合理等，引發學生對工程事故的深層次思考。這種教學方法具有以下四個特點：①實踐性。對真實的工程事故案例進行剖析，將知識點與工程實踐有機結合，使學生掌握各個知識點背后所蘊含的意義；
同時有些工程事故案例涉及多個知識點，通過詳細解讀則可以做到知識點的融會貫通，激發學生學以致用的潛力。②生動性。將真實發生的工程事故引進課堂，進行案例式、啟發式教學，使課堂不再是傳統教學過程中的紙上談兵、空中樓閣，增強學生課堂上的“獲得感”，讓學生學習起來不再感到枯燥乏味，激發學生的學習熱情。③思政性。理解荷載考慮不當、結構設計方法不合理等錯誤所導致的嚴重后果，充分認識本課程的重要性；
讓學生深刻意識到一個不經意的疏忽可能會釀造一起重大的工程事故，將課程思政帶進課堂，促進學生培養嚴謹的科學精神，激發學生鍛造精益求精的大國工匠素養。④以學生為中心。通過課前自主搜索資料、課堂上充分討論、課后舉一反三，把課堂交給學生，真正做到以學生為中心，培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。

在教學內容方面，全過程融入工程事故案例，讓真實發生的工程事故案例與教學內容有機結合，深入分析造成工程事故的原因，并將這些原因與課程知識點進行串聯，引發學生深層次的思考，激發學生學以致用的潛力，解決學生盲目學習、死記硬背的問題。

在教學方法方面，把握好課前任務布置、課堂引導與交流互動和課下成果整理的教學全過程，將學生搜集的工程事故資料“前置”至課前完成，將傳統的“灌輸式”教學轉變為以學生為中心的課堂討論，將傳統的課后作業活動轉變為課后的舉一反三，并通過課后成果整理和反饋評價，實現課程的不斷總結完善，激發學生的學習興趣，不斷提高課堂教學的質量。

在課程持續改進方面，以工程教育專業認證評估為核心，運用智慧教育手段將課前任務布置、課堂交流互動、課后總結整理、團隊合作等納入教學全過程，從專業素養、基礎知識、能力提升和知識應用等方面進行多角度、全過程、全方位考核并分析達成度，促進課程教學的持續改進。

本文所提出的教學改革舉措旨在解決以下三個方面的關鍵問題。一是改變“荷載與結構設計方法”枯燥的“灌輸式”教學模式，使學生通過工程實踐掌握課程知識，激發學生的學習興趣；
二是針對課程內容繁多、理論深奧、各章節的知識點不夠連貫等特點，通過工程事故案例將知識點進行串聯并生動地呈現在學生面前；
三是針對課程內容理論性強、晦澀難懂等問題，以真實結構作為講解載體，增強學生對知識點的深入理解。

整個教學過程串聯了課前分配任務、課堂互動討論、課后舉一反三環節。每堂課后，教師及時與學生交流，收集學生對課程的反饋意見，做到課程不斷升華。本課程主要知識點與擬選典型工程案例如表1所示。

表1 擬選典型工程案例

典型案例一：2008 年雪災導致眾多加油站倒塌。2008 年雪災中，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構易在雪災面前“屈服”？如此嚴重的雪災為什么沒有出現在寒冷的北方，而是出現在長江中下游地區？

通過這個案例作業，教師引導學生對雪荷載這一知識點進行深入思考，加深學生對知識點的理解，拓寬學生的知識面。學生根據積雪深度、各地有差異的積雪密度自行計算實時雪壓，并與規范中的當地50 年與100 年的基本雪壓值進行對比。通過新老規范關于基本雪壓值取值的說明，讓學生意識到新老規范的變遷和掌握前沿規范的重要性。引導學生在查閱資料的過程中，了解造成長江流域雪災的“厄爾尼諾現象”和“拉尼娜事件”。對于此案例，學生不僅要意識到從設計層面提高大跨空間結構的韌性和災害抵御能力的重要性，而且要懂得嚴格施工、加強運維養護的重要性。

典型案例二：深圳賽格大廈異?！岸秳印?。2021年5 月18 日，深圳市福田區華強北街道賽格大廈出現搖晃，樓內工作的人紛紛向下逃離，引發社會關注。值得注意的是，5 月18 日中午在深圳和周邊地區并沒有發生地震，氣象臺也稱深圳市福田區賽格大廈附近的風速大約只有5 級，周邊地區也并沒有地鐵或其他地下工程施工。那么，引起大樓異?；蝿拥脑蚴鞘裁茨?？

通過這個案例作業，使學生了解發生在自己身邊的工程事故案例，激發學生探索的興趣，從而加深學生對知識點的理解。從分析異?！岸秳印钡脑虻教岢鱿冗M的檢測方法再到預防這類事件再次發生的措施，鍛煉學生提出問題、分析問題并解決問題的能力。這一事件雖然存在偶然性，但是常年高負荷服役又造成了結構性能下降的必然性，從中使學生深刻理解對建筑進行定期檢查并修復、加強運維養護的重要性。

典型案例三：房屋改造引發的悲劇——“金玉裝修、敗絮結構”。2022 年4 月29 日，長沙當地一棟老式樓房突然發生倒塌，造成53 人遇難。事故調查結果顯示，業主私自加層，增加了房屋的承重負擔，并對房屋有不同程度的結構改動，致使結構超出了房屋承載能力，這也是造成事故發生的主要原因。類似的悲劇時有發生：泉州欣佳酒店因私自維修改造于2020 年3月7 日發生倒塌，造成29 人死亡；
山西臨汾飯店也因私自改造于2020 年8 月29 日發生坍塌，同樣造成29人遇難。假如我們同學將來是一名結構設計師，該如何避免違規改造擴建導致的悲??？

通過這些案例作業，學生意識到私自改造擴建房屋的危害，教師引導學生從工程結構可靠度的角度對房屋結構的安全性進行分析，涵蓋荷載效應和結構抗力兩部分內容。在結構改造過程中，不僅要考慮到荷載的變化，而且要關注結構性能的劣化現象。教師通過學生的資料搜索和課堂討論，啟發學生要恪守職責，心存敬畏之心，堅守職業道德底線，不能圖一時的利益觸犯安全底線，要把工程安全事故扼殺在萌芽階段，幫助學生練就超前的設計理念，鍛造學生追求卓越的大國工匠精神。

“荷載與結構設計方法”課程教學改革致力于通過工程事故案例教學把目標導向引入課堂，以學生為中心，激發學生學習的興趣，解決學生學習過程中遇到的難題，避免出現對規范條文生搬硬套、死記硬背的現象，讓學生在理解基本原理的基礎上掌握知識。教師通過工程事故案例的啟示作用，樹立學生正確的世界觀、人生觀和價值觀，激發學生主動探索、主動實踐、主動創新的能力，從而使學生成為具有使命感和責任感的社會主義建設者和接班人。