全过程融入工程事故案例增强课堂教学效果——以“荷载与结构设计方法”课程为例

袁 方

（深圳大学土木与交通工程学院，广东深圳 518060）

“荷载与结构设计方法”课程涉及工程结构各类荷载概念和满足结构可靠度要求的结构设计方法两部分内容，是结构理论与数理统计、概率理论、模糊数学等相结合的一门新兴学科，是衔接基础课程与专业课程的桥梁，也是土木工程专业学生进行结构设计时必须掌握的一门专业基础课程。该课程主要教学目的是使学生熟悉工程结构中常见的各类荷载定义及其特点，掌握结构设计方法，理解并运用好《建筑结构荷载规范》以及《工程结构可靠性设计统一标准》相应的设计规范体系，为今后工程结构设计打下坚实的基础。

“荷载与结构设计方法”课程自1998 年设立以来，国内多所高校的教学团队对这类课程进行了教学改革探讨。李长凤等对“荷载与结构设计方法”课程进行了信息化的教学模式改革，袁敬等对新工科背景下“荷载与结构设计方法”教学中存在的问题进行了总结，提出了适应于新工科的教学理念和教学模式。贾明明和吕大刚提出基于微信的“荷载与结构设计方法”课程混合教学模式探索，结合微信平台实现多层次和多渠道的混合教学模式以提高教学质量。笔者亦通过教学实践对此课程的教学现状作了一些分析。

“荷载与结构设计方法”课程横跨数学、力学和土木工程等多个学科，具有内容繁多、理论深奥、各章节的知识点不够连贯等特点。这些特点不可避免地导致授课过程中多为“灌输式”教学，学生在学习过程中易产生畏难思想和厌学情绪。同时，本课程是专业基础课，学时仅为27 学时，安排在第四学期开课，其教学内容很多是后续专业课的内容。在学时少、结构知识缺乏的情况下，学生很难理解课程的具体实际用途，因此对课程的重要性认识不够，以致出现学习效果差的现象。根据调研，学生在学习第一部分（荷载及其相应的计算方法）内容时新鲜感已大打折扣，而第二部分（结构设计方法）内容理论性强，且没有具体结构作为讲解载体，学习起来枯燥乏味、晦涩难懂，这就使得教学效果不理想，教学过程面临困难。

基于上述问题，本文提出以工程事故案例融入“荷载与结构设计方法”课程的教学方法，将真实发生的工程事故案例（如泉州改造酒店倒塌、上海在建楼盘整体倒塌、塔科马海峡大桥坍塌等）与教学内容有机结合，做到每一章节有一个典型工程事故案例，深入分析造成工程事故的原因，能与本课程知识点相关联，如荷载考虑不全、结构设计方法不合理等，引发学生对工程事故的深层次思考。这种教学方法具有以下四个特点：①实践性。对真实的工程事故案例进行剖析，将知识点与工程实践有机结合，使学生掌握各个知识点背后所蕴含的意义；
同时有些工程事故案例涉及多个知识点，通过详细解读则可以做到知识点的融会贯通，激发学生学以致用的潜力。②生动性。将真实发生的工程事故引进课堂，进行案例式、启发式教学，使课堂不再是传统教学过程中的纸上谈兵、空中楼阁，增强学生课堂上的“获得感”，让学生学习起来不再感到枯燥乏味，激发学生的学习热情。③思政性。理解荷载考虑不当、结构设计方法不合理等错误所导致的严重后果，充分认识本课程的重要性；
让学生深刻意识到一个不经意的疏忽可能会酿造一起重大的工程事故，将课程思政带进课堂，促进学生培养严谨的科学精神，激发学生锻造精益求精的大国工匠素养。④以学生为中心。通过课前自主搜索资料、课堂上充分讨论、课后举一反三，把课堂交给学生，真正做到以学生为中心，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。

在教学内容方面，全过程融入工程事故案例，让真实发生的工程事故案例与教学内容有机结合，深入分析造成工程事故的原因，并将这些原因与课程知识点进行串联，引发学生深层次的思考，激发学生学以致用的潜力，解决学生盲目学习、死记硬背的问题。

在教学方法方面，把握好课前任务布置、课堂引导与交流互动和课下成果整理的教学全过程，将学生搜集的工程事故资料“前置”至课前完成，将传统的“灌输式”教学转变为以学生为中心的课堂讨论，将传统的课后作业活动转变为课后的举一反三，并通过课后成果整理和反馈评价，实现课程的不断总结完善，激发学生的学习兴趣，不断提高课堂教学的质量。

在课程持续改进方面，以工程教育专业认证评估为核心，运用智慧教育手段将课前任务布置、课堂交流互动、课后总结整理、团队合作等纳入教学全过程，从专业素养、基础知识、能力提升和知识应用等方面进行多角度、全过程、全方位考核并分析达成度，促进课程教学的持续改进。

本文所提出的教学改革举措旨在解决以下三个方面的关键问题。一是改变“荷载与结构设计方法”枯燥的“灌输式”教学模式，使学生通过工程实践掌握课程知识，激发学生的学习兴趣；
二是针对课程内容繁多、理论深奥、各章节的知识点不够连贯等特点，通过工程事故案例将知识点进行串联并生动地呈现在学生面前；
三是针对课程内容理论性强、晦涩难懂等问题，以真实结构作为讲解载体，增强学生对知识点的深入理解。

整个教学过程串联了课前分配任务、课堂互动讨论、课后举一反三环节。每堂课后，教师及时与学生交流，收集学生对课程的反馈意见，做到课程不断升华。本课程主要知识点与拟选典型工程案例如表1所示。

表1 拟选典型工程案例

典型案例一：2008 年雪灾导致众多加油站倒塌。2008 年雪灾中，仅中石化江苏石油分公司就有79 座加油站遭受了不同程度的损失，其中整体坍塌加油站17 座、部分坍塌加油站10 座。那么，是什么原因造成如此大面积的倒塌？为什么加油站这类大跨空间结构易在雪灾面前“屈服”？如此严重的雪灾为什么没有出现在寒冷的北方，而是出现在长江中下游地区？

通过这个案例作业，教师引导学生对雪荷载这一知识点进行深入思考，加深学生对知识点的理解，拓宽学生的知识面。学生根据积雪深度、各地有差异的积雪密度自行计算实时雪压，并与规范中的当地50 年与100 年的基本雪压值进行对比。通过新老规范关于基本雪压值取值的说明，让学生意识到新老规范的变迁和掌握前沿规范的重要性。引导学生在查阅资料的过程中，了解造成长江流域雪灾的“厄尔尼诺现象”和“拉尼娜事件”。对于此案例，学生不仅要意识到从设计层面提高大跨空间结构的韧性和灾害抵御能力的重要性，而且要懂得严格施工、加强运维养护的重要性。

典型案例二：深圳赛格大厦异常“抖动”。2021年5 月18 日，深圳市福田区华强北街道赛格大厦出现摇晃，楼内工作的人纷纷向下逃离，引发社会关注。值得注意的是，5 月18 日中午在深圳和周边地区并没有发生地震，气象台也称深圳市福田区赛格大厦附近的风速大约只有5 级，周边地区也并没有地铁或其他地下工程施工。那么，引起大楼异常晃动的原因是什么呢？

通过这个案例作业，使学生了解发生在自己身边的工程事故案例，激发学生探索的兴趣，从而加深学生对知识点的理解。从分析异常“抖动”的原因到提出先进的检测方法再到预防这类事件再次发生的措施，锻炼学生提出问题、分析问题并解决问题的能力。这一事件虽然存在偶然性，但是常年高负荷服役又造成了结构性能下降的必然性，从中使学生深刻理解对建筑进行定期检查并修复、加强运维养护的重要性。

典型案例三：房屋改造引发的悲剧——“金玉装修、败絮结构”。2022 年4 月29 日，长沙当地一栋老式楼房突然发生倒塌，造成53 人遇难。事故调查结果显示，业主私自加层，增加了房屋的承重负担，并对房屋有不同程度的结构改动，致使结构超出了房屋承载能力，这也是造成事故发生的主要原因。类似的悲剧时有发生：泉州欣佳酒店因私自维修改造于2020 年3月7 日发生倒塌，造成29 人死亡；
山西临汾饭店也因私自改造于2020 年8 月29 日发生坍塌，同样造成29人遇难。假如我们同学将来是一名结构设计师，该如何避免违规改造扩建导致的悲剧？

通过这些案例作业，学生意识到私自改造扩建房屋的危害，教师引导学生从工程结构可靠度的角度对房屋结构的安全性进行分析，涵盖荷载效应和结构抗力两部分内容。在结构改造过程中，不仅要考虑到荷载的变化，而且要关注结构性能的劣化现象。教师通过学生的资料搜索和课堂讨论，启发学生要恪守职责，心存敬畏之心，坚守职业道德底线，不能图一时的利益触犯安全底线，要把工程安全事故扼杀在萌芽阶段，帮助学生练就超前的设计理念，锻造学生追求卓越的大国工匠精神。

“荷载与结构设计方法”课程教学改革致力于通过工程事故案例教学把目标导向引入课堂，以学生为中心，激发学生学习的兴趣，解决学生学习过程中遇到的难题，避免出现对规范条文生搬硬套、死记硬背的现象，让学生在理解基本原理的基础上掌握知识。教师通过工程事故案例的启示作用，树立学生正确的世界观、人生观和价值观，激发学生主动探索、主动实践、主动创新的能力，从而使学生成为具有使命感和责任感的社会主义建设者和接班人。