基于結(jié)構(gòu)設(shè)計能力培養(yǎng)的PKPM軟件課程教學(xué)實踐

樂進(jìn)發(fā)，邱戰(zhàn)洪

臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院，浙江 臺州 317000

0 引言

結(jié)構(gòu)設(shè)計能力是土木工程專業(yè)學(xué)生的一項基本和主要的培養(yǎng)目標(biāo)。學(xué)生在前期的理論學(xué)習(xí)階段，一般會由淺入深的學(xué)習(xí)相關(guān)課程如工程制圖、建筑力學(xué)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計等，在這些課程的基礎(chǔ)上，學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和工具。

結(jié)構(gòu)設(shè)計能力在學(xué)生身上有兩種體現(xiàn)方式，一種是手算能力，另一種則是輔助設(shè)計能力。手算能力是學(xué)生所學(xué)理論知識的具體應(yīng)用和集中體現(xiàn)，但目前靠手算已經(jīng)不能跟上時代對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的要求[1]，計算機輔助設(shè)計則把設(shè)計人員從繁重的手算、手繪等工作中解放出來，且所得到的計算結(jié)果較可靠、所繪的圖紙質(zhì)量高，與之相適應(yīng)，為了培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計能力，讓學(xué)生縮短工作適應(yīng)期，更好的走向設(shè)計工作崗位，臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院已經(jīng)將結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計軟件PKPM作為土木工程專業(yè)的一門必修的專業(yè)課。PKPM軟件課程是近年才出現(xiàn)的新開課程[2]，臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院在對該課程深入實踐的基礎(chǔ)上，對該門課實行“四階段”教學(xué)模式，四階段即課堂教學(xué)階段、PKPM輔助設(shè)計競賽階段、畢業(yè)實習(xí)階段和畢業(yè)設(shè)計階段，使學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程后，不致因中斷學(xué)習(xí)而生疏，反而會在不斷的實踐和使用中得到提高，直至畢業(yè)走向工作崗位。

1 課堂教學(xué)階段

PKPM軟件課程強調(diào)與實際工程聯(lián)系緊密，需要學(xué)生具備較強的操作能力和分析能力，用傳統(tǒng)的多媒體結(jié)合教材的教學(xué)方式已經(jīng)較難滿足教學(xué)要求，因而我們決定在課堂教學(xué)階段采用交互式和實例式教學(xué)，并通過上機進(jìn)行課程考核，調(diào)動學(xué)生的主動性和積極性，讓學(xué)生通過與教師互動并親手操作來學(xué)習(xí)工程設(shè)計知識。

1.1 交互式教學(xué)

傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)方法，一般是先在多媒體教室中，通過教師的操作演示，讓學(xué)生觀看，最后再讓學(xué)生去機房自己操作練習(xí)。這樣教學(xué)的缺點是，就本門課而言，多媒體的顯示效果仍不夠理想，學(xué)生聽課很累,而等到學(xué)生上機時，會發(fā)現(xiàn)很多內(nèi)容已遺忘，影響學(xué)生的動手操作能力，導(dǎo)致教學(xué)效率很低。

為避免傳統(tǒng)多媒體教學(xué)的缺點，我們采用了交互式教學(xué)方法，將PKPM軟件設(shè)計的教學(xué)地點改為網(wǎng)絡(luò)教室，教學(xué)過程強調(diào)老師與學(xué)生的互動，從而將課堂講授與學(xué)生上機結(jié)合起來。

上課時，教師和學(xué)生人手一機。教師在操作時，能通過網(wǎng)絡(luò)教室管理軟件控制全體學(xué)生的微機，將教師操作的屏幕界面在學(xué)生機上完全顯示出來，學(xué)生對操作方法的感受很真實，教師在操作時的所有細(xì)微的過程和技巧，學(xué)生都能夠隨時掌握。教師講課時放慢速度，做到詳略得當(dāng)，重點突出，時間一般不超過一節(jié)課，否則容易導(dǎo)致學(xué)生疲勞和對講課內(nèi)容的遺忘。在演示講解完成后可以立即讓學(xué)生開始練習(xí)，使學(xué)生有足夠的時間和機會熟練掌握操作技能。通過這種方式的教學(xué)，學(xué)生普遍反映效果良好，能夠迅速掌握教師所講授的內(nèi)容。

1.2 實例式教學(xué)

PKPM軟件課程強調(diào)操作能力，而且版本升級周期短，故我們在講課時一般注意引導(dǎo)學(xué)生不依賴于手頭的教材，而是通過教師通過深入設(shè)計單位，找到大量與所需理論知識的結(jié)合的、適合用于教學(xué)的工程實例，這些實例大多是本學(xué)校校舍的設(shè)計資料或當(dāng)?shù)氐钠渌麑嶋H工程設(shè)計資料，以利于學(xué)生在操作之前有較好的感性認(rèn)識，操作中得心應(yīng)手；考慮到不同地區(qū)風(fēng)荷載和地震荷載的不同，我們會選擇相關(guān)典型地區(qū)的工程實例作為補充，來豐富我們的實例庫。

在該課程講授過程中,教師選定一個典型的工程實例，先結(jié)合工程背景讓學(xué)生總體掌握該工程的特點和注意事項，再采用交互式教學(xué)方式，從建立模型開始直至講完它的各個設(shè)計全過程，注意讓學(xué)生重點關(guān)注設(shè)計過程中各個概念和各個命令，并與所學(xué)的專業(yè)知識結(jié)合起來以加深印象。學(xué)生上機進(jìn)行操作練習(xí)時，教師引導(dǎo)學(xué)生在提高的軟件使用能力的同時，學(xué)會對計算結(jié)果文件進(jìn)行對比分析，總結(jié)得失，并善于改進(jìn)，最終練就解決工程實際問題的創(chuàng)新能力。

1.3 課程考核

大學(xué)課程傳統(tǒng)考核方式是筆試，但筆試時學(xué)生對課本依賴性比較強。對本課程而言，由于PKPM軟件版本升級很快，課本上的內(nèi)容與實際用的版本和所講內(nèi)容往往都有一定脫節(jié)；同時，由于PKPM軟件課程的實踐性和操作性很強，筆試考試的成績并不能如實反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和操作的準(zhǔn)確性。

為了突出和加強學(xué)生實際操作能力，我們將課程考核改為上機考試，學(xué)生在復(fù)習(xí)時更注重去網(wǎng)絡(luò)教室去上機實踐，會主動鉆研結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和輔助設(shè)計操作流程、技巧，刻苦練習(xí)以提高使用PKPM進(jìn)行輔助設(shè)計的能力。上機考試時，試題中的擬建建筑不須太復(fù)雜，以規(guī)則結(jié)構(gòu)為主，以便學(xué)生在考試的規(guī)定時間內(nèi)能順利完成整個結(jié)構(gòu)的建模和計算，而成績差別主要體現(xiàn)在對具體細(xì)節(jié)如參數(shù)、尺寸和材料等的掌握和處理上，從而使期末考核既能反映學(xué)生學(xué)習(xí)水平，又能幫助他們查缺補漏，操作能力和知識水平更上一個臺階。

經(jīng)過課堂教學(xué)階段的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，使學(xué)生能綜合掌握以前學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，能將其應(yīng)用于PKPM輔助設(shè)計中，并逐步熟悉PKPM軟件的操作和計算流程，為后續(xù)學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)，這也是我們本階段對學(xué)生的主要培養(yǎng)目標(biāo)。

2 PKPM輔助設(shè)計競賽階段

為了加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使課程教學(xué)與技能競賽結(jié)合起來，提高學(xué)生使用PKPM軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力，臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院每年舉行一屆PKPM輔助設(shè)計競賽，參賽對象為建筑工程學(xué)院在校學(xué)生，學(xué)生均以個人為單位參加比賽。競賽在網(wǎng)絡(luò)教室進(jìn)行，參賽選手每人一個機位。比賽內(nèi)容為用PKPM系列軟件進(jìn)行一個相對復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)模型的輸入和計算，時間一般為120分鐘，總分值為100分。

參賽選手的競賽成績由評分裁判員根據(jù)評分統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一閱卷、評分與計分。評分項目包括：所建模型與考題中建筑施工圖的平面布置吻合程度、平面尺寸準(zhǔn)確度、所用構(gòu)件尺寸的合理性、參數(shù)設(shè)置、所出結(jié)構(gòu)施工圖符合結(jié)構(gòu)專業(yè)相關(guān)規(guī)范的程度，最后還要結(jié)合AutoCAD軟件的使用考慮學(xué)生所做出的施工圖的美觀性等。

競賽成績優(yōu)良的學(xué)生，建筑工程學(xué)院會給予相應(yīng)的獎勵和表揚。學(xué)生對這種創(chuàng)新性的、競爭性的活動積極性都比較高，因而比賽較好的達(dá)到了提高學(xué)生軟件應(yīng)用能力的目的。

3 校外實習(xí)階段

臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院對土木工程專業(yè)學(xué)生采用校、企聯(lián)辦的“三明治”人才培養(yǎng)模式。所謂“三明治”人才培養(yǎng)模式，即“3+0.5+0.5”培養(yǎng)模式：3學(xué)年的課內(nèi)集中理論和實踐教學(xué)（1～6學(xué)期）+0.5學(xué)年的工程實習(xí)（第7學(xué)期在企業(yè)頂崗實習(xí)）+0.5學(xué)年的校內(nèi)集中畢業(yè)設(shè)計（第8學(xué)期）。

在頂崗實習(xí)時，學(xué)生一般可以選擇設(shè)計性單位進(jìn)行實習(xí)，或由本校教師為學(xué)生指定PKPM軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計題目。與課堂教學(xué)和輔助設(shè)計競賽不同，頂崗實習(xí)時學(xué)生可以通過現(xiàn)場參與實際工程設(shè)計，讓學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上快速提高，真刀真槍地練習(xí)用PKPM軟件進(jìn)行實際工程設(shè)計計算及繪圖的方法。

通過畢業(yè)頂崗實習(xí)，學(xué)生在輔助設(shè)計方面視野進(jìn)一步擴大，操作更加符合規(guī)范，也會更深入的研究結(jié)構(gòu)設(shè)計時各個構(gòu)件的布置及參數(shù)、荷載的取值，并會在出結(jié)構(gòu)施工圖前進(jìn)行認(rèn)真的優(yōu)化設(shè)計，從而增強工作實踐能力，實現(xiàn)畢業(yè)后的零距離就業(yè)。

臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院建筑工程學(xué)院在這方面的教學(xué)效果已經(jīng)初步顯現(xiàn)，有些學(xué)生在實習(xí)過程中，由于表現(xiàn)良好，且PKPM軟件應(yīng)用能力及相關(guān)知識增長很快，已經(jīng)得到了實習(xí)單位的認(rèn)可，并且實習(xí)單位愿意與學(xué)生簽訂用工協(xié)議，及早解決了學(xué)生和企業(yè)的后顧之憂。

4 畢業(yè)設(shè)計階段

土木工程專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計在以前是全部由學(xué)生手算并手工繪圖的。臺州學(xué)院建筑工程學(xué)院引入PKPM軟件進(jìn)行輔助驗證后，在學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計時，電算和手算放到了同等重要的地位，因為學(xué)生畢業(yè)參加工作后，大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計是借助PKPM設(shè)計軟件來計算的。經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)和課程設(shè)計，學(xué)生已經(jīng)能用PKPM軟進(jìn)行整個建筑物的結(jié)構(gòu)電算和施工圖繪制了，因此在做畢業(yè)設(shè)計時，學(xué)生先手算完成結(jié)構(gòu)中有代表性的一榀框架及其基礎(chǔ)的設(shè)計，再用PKPM軟件對自己所設(shè)計的整個建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計算。計算結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)對計算結(jié)果和軟件計算結(jié)果進(jìn)行對比，找出差別，并總結(jié)計算結(jié)果偏大偏小的原因，及其是否在允許范圍內(nèi)，最后做出差別分析報告；如果差別過大，表明學(xué)生的手算或軟件計算中存在問題，需要進(jìn)行重新計算。

畢業(yè)設(shè)計是對前期理論知識和計算機輔助設(shè)計知識的綜合應(yīng)用和全面演練，通過畢業(yè)設(shè)計手算和電算的相互校核分析，促進(jìn)學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計中的分析問題和解決問題的能力，并且還能培養(yǎng)學(xué)生對土木工程相關(guān)規(guī)范的理解與應(yīng)用能力，為學(xué)生成為合格的土建工程師奠定扎實的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件教學(xué)是一門新興的課程，該課程能大大調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性,使學(xué)生熟練掌握軟件操作,提高學(xué)習(xí)效率,使學(xué)生以前學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)知識及專業(yè)知識得到綜合應(yīng)用，并使學(xué)生具有判斷結(jié)構(gòu)計算結(jié)果正確與否及繪制結(jié)構(gòu)施工圖的創(chuàng)新能力。

我們在教學(xué)過程中，通過課堂教學(xué)階段、PKPM輔助設(shè)計競賽階段、畢業(yè)實習(xí)階段和畢業(yè)設(shè)計階段四個階段，使學(xué)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力在反復(fù)不斷的實踐和使用中得到提高，直至畢業(yè)走向工作崗位。我們將不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，持續(xù)提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量，更好的為學(xué)生就業(yè)、為企業(yè)發(fā)展服務(wù)。

[1]李永梅，等.結(jié)構(gòu)電算在土木工程專業(yè)課程設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等建筑教育，2009(5)：112-115.

[2]王娜，靳元峻.PKPM建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件課程教學(xué)方法的探討[J].河北廣播電視大學(xué)學(xué)報，2006(5)：46-47.