面向工程能力培養(yǎng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)改革與實踐

劉建平 賈致榮 師 郡

山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 山東淄博 255049

面向工程能力培養(yǎng)的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)改革與實踐

劉建平 賈致榮 師 郡

山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院 山東淄博 255049

對大學(xué)生工程能力的培養(yǎng)是高等工程教育的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合CDIO工程教育理念，以房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程教學(xué)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提高學(xué)生創(chuàng)新能力為出發(fā)點，從改革課程體系、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法、加強實踐教學(xué)、重視教師工程能力的培養(yǎng)等方面探索了房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程建設(shè)的途徑和方法。

工程能力；培養(yǎng)；教學(xué)改革；課程

重視學(xué)生工程能力的培養(yǎng)已成為世界各國高等工程教育的共識和趨勢。CDIO是國際上先進的教育教學(xué)理念，也是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標[1]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的學(xué)科交叉、滲透與綜合，現(xiàn)代工程的社會性、復(fù)雜性、實踐性、創(chuàng)新性等特點更加突出。土木行業(yè)的發(fā)展對人才的素質(zhì)和創(chuàng)造能力提出了越來越高的要求。在這樣的環(huán)境下，如何以工程能力培養(yǎng)為主線，進行教學(xué)改革，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，重視學(xué)生的個性發(fā)展，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神，是值得我們深入研究的課題[2]。

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計是土木工程專業(yè)建筑工程方向的專業(yè)課，是混凝土結(jié)構(gòu)基本原理的后續(xù)課程，在土木工程本科培養(yǎng)計劃中有著舉足輕重的地位。該課程內(nèi)容包括緒論、梁板結(jié)構(gòu)、單層廠房結(jié)構(gòu)、多層框架結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等五部分，內(nèi)容豐富，理論性、實踐性和綜合性強，從改革課程體系、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法、加強實踐教學(xué)、重視教師工程能力的培養(yǎng)，尤其是注重學(xué)生工程能力的培養(yǎng)等方面探索了房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程建設(shè)的途徑和方法。

1 面向工程實際，改革課程體系

基于CDIO培養(yǎng)大綱要求，以強化學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，按照房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程知識的內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，將房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)分為結(jié)構(gòu)概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計和新結(jié)構(gòu)新技術(shù)四大模塊，對其知識模塊進行優(yōu)化組合。將土木工程傳統(tǒng)知識與最新技術(shù)進展相結(jié)合，將專業(yè)知識與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，將書本知識與教師的科研成果相結(jié)合，將基本概念與工程案例教學(xué)相結(jié)合。同時，對課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和課外實踐教學(xué)等環(huán)節(jié)，按“分階段、遞進式”模式進行了研究和改革，形成了“多模塊、多類型協(xié)同發(fā)展”的課程體系。

2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強工程意識

CDIO教育模式重視培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，因此知識的連貫性、承接性和互補性變得非常重要，在教學(xué)中要緊貼工程實際，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，適時、適量地補充新技術(shù)、新方法、新規(guī)范、新標準等，充分體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的適應(yīng)性和時效性。

2.1 整合教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)

在教學(xué)中以“結(jié)構(gòu)布置—計算簡圖—截面設(shè)計—構(gòu)造處理—施工圖繪制”為主線，避免重復(fù)，重講概念、講思路、講動向，剔除或減少與力學(xué)、高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計等課程內(nèi)容重復(fù)或相近的成分。如框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算方法(分層法、反彎點法、D值法)、肋梁樓蓋結(jié)構(gòu)連續(xù)梁按彈性理論的內(nèi)力計算方法、單層廠房排架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算方法，其基本的計算方法在結(jié)構(gòu)力學(xué)中已經(jīng)學(xué)習(xí)，再將理想狀態(tài)下的力學(xué)方法引入具體的結(jié)構(gòu)中來，需要一個過渡和熟練應(yīng)用的訓(xùn)練。因此，將此內(nèi)容安排在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程中，只講計算要點，過程不重復(fù)，遇到建筑抗震設(shè)計、高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計等此類問題，就可略去不講。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)行規(guī)范相結(jié)合，注重知識的融會貫通

作為一個土木工程師，必須掌握國家的有關(guān)規(guī)范、規(guī)程。本課程的教學(xué)涉及了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范等，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的基本原理有助于理解這些規(guī)范。因此，教學(xué)中既要對結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進行重點講解，又要介紹規(guī)范條文，引導(dǎo)學(xué)生對規(guī)范條文在理解的基礎(chǔ)上靈活運用，培養(yǎng)學(xué)生正確運用規(guī)范的能力。

2.3 加強概念設(shè)計內(nèi)容，注重學(xué)生概念設(shè)計能力培養(yǎng)

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計不是某種具體方法[3]，它貫穿在結(jié)構(gòu)設(shè)計的整個過程中，包括結(jié)構(gòu)方案的選定和布置、荷載傳遞路徑的設(shè)置、關(guān)鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)的判斷和加強以及承載力和結(jié)構(gòu)剛度沿高度的均勻分布等，它是結(jié)構(gòu)工程師的基本功。一個合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算分析、構(gòu)造措施三部分內(nèi)容的有機結(jié)合，概念設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈魂。因此，教學(xué)中應(yīng)重視概念設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生從整體上把握結(jié)構(gòu)布置和細部構(gòu)造的關(guān)系。

2.4 增設(shè)新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)模塊，拓寬學(xué)生的工程視野

從CDIO的角度上改造房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容和體系設(shè)置，除了要大力加強課程間的橫向聯(lián)系和交叉綜合外，還要考慮根據(jù)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的工程應(yīng)用背景，增設(shè)新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)教學(xué)模塊作為該課程的延續(xù)和深入，如增加了現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋、混凝土疊合箱網(wǎng)梁樓蓋、新時代下的辦公建筑、商業(yè)建筑、多功能綜合建筑的概念設(shè)計等新技術(shù)專題，并給出相應(yīng)典型實例，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又拓寬學(xué)生的工程視野。

3 改進教學(xué)方法，培養(yǎng)工程思維能力

3.1 基于工程實際的案例教學(xué)

在教學(xué)中將大量的工程圖紙、圖片和資料引入課堂，在教學(xué)中增加工程因素、工程內(nèi)容，使理論知識具體化、實體化，培養(yǎng)學(xué)生工程意識和工程思維方式。同時，介紹國內(nèi)外典型的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例，開展課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，主動學(xué)習(xí)，通過多方案比較解決問題，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力、交流能力和創(chuàng)新能力。

3.2 基于項目的“做中學(xué)”教學(xué)方法

在課程教學(xué)過程中，全面探索基于項目的教學(xué)方法，采取以問題為導(dǎo)向，以大作業(yè)、課程論文、文獻綜述報告等為載體的探索式學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生從工程全局出發(fā)，綜合運用多學(xué)科知識和工具解決工程實際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力、動手能力、協(xié)作能力和探索未知的能力。

3.3 基于問題的啟發(fā)式、討論式和講評式教學(xué)

積極實踐啟發(fā)式、討論式和講評式的教學(xué)方法，注重發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主體地位，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性，按照“提出問題、分析問題、解決問題、結(jié)論和討論”的思路，組織課堂教學(xué)[4]。

4 加強實踐教學(xué)，強化工程能力培養(yǎng)

4.1 將CAD/CAE軟件引入實踐教學(xué)中，提高學(xué)生計算機軟件應(yīng)用能力

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和工程實踐能力的重要階段，在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計階段，開展專項訓(xùn)練和引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用專業(yè)基本理論和基本技能，使學(xué)生受到結(jié)構(gòu)工程師所必需的綜合訓(xùn)練，如查資料、結(jié)構(gòu)方案布置、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)施工圖繪制等，并將PKPM，天正建筑CAD，ANSYS等CAD/CAE軟件引入課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、課外科技活動中，提高學(xué)生工程素質(zhì)和計算機軟件應(yīng)用能力。

4.2 搭建結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽平臺，提升學(xué)生工程實踐能力與創(chuàng)新精神

積極引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科前沿講座和學(xué)術(shù)交流活動，不斷開闊視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，增強活力；鼓勵學(xué)生積極參加結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽、大學(xué)生創(chuàng)新立項等第二課堂活動，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、科學(xué)思維、合作精神、實踐能力、創(chuàng)新能力。

4.3 通過參與教師的科研項目，提高學(xué)生研究問題的能力

學(xué)生參與教師科研項目，是我們培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識的另一有效途徑。通過把在課內(nèi)實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中表現(xiàn)出研究興趣和潛質(zhì)的學(xué)生組織起來，有針對性地指導(dǎo)他們參與教師科研課題的研究，進一步培養(yǎng)他們研究問題的能力，提高他們的創(chuàng)新意識。

5 重視教師工程能力的培養(yǎng)

教師工程素質(zhì)的高低是工程教育成敗的關(guān)鍵因素之一。課程組每個青年教師都制定了相應(yīng)的培養(yǎng)計劃，實行指導(dǎo)教師責(zé)任制，青年教師通過組織、指導(dǎo)學(xué)生的設(shè)計競賽、課外科研及其他實踐性環(huán)節(jié)，使自身的知識面得以擴大，并提高了工程實踐能力；積極鼓勵專業(yè)教師取得相關(guān)的執(zhí)業(yè)資格證書，在理論知識達標的基礎(chǔ)上，檢驗教師工程實踐能力是否達標；鼓勵教師到國內(nèi)相關(guān)行(企)業(yè)參加工程實踐、科技開發(fā)或兼職，在搞好技術(shù)服務(wù)的同時使得自身的工程實踐能力得到提高。

6 基于注冊考試制度的試題改革

土木工程行業(yè)已實行注冊師執(zhí)業(yè)制度，結(jié)合國家一級注冊結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)考試大綱要求[5]，本課程考試中，試題題型、覆蓋率接近注冊工程師考試試題，且大幅度增加連鎖計算題、綜合概念題的比例。比如混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計，涉及計算簡圖、內(nèi)力計算、內(nèi)力調(diào)整、內(nèi)力組合、正截面承載力計算、斜截面承載力計算、鋼筋直徑、間距、根數(shù)等構(gòu)造要求的確定等方面，每個題目涉及內(nèi)容廣泛，需要綜合知識和技能，注重對學(xué)生綜合能力的考察。

7 結(jié)束語

房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計課程在土木工程專業(yè)本科生工程能力的培養(yǎng)中起著至關(guān)重要的作用，通過以上各種途徑的教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在理論知識、綜合應(yīng)用、工程能力等方面得到了很好的訓(xùn)練，提高了教學(xué)效果。

[1] 郝智秀,季林紅,馮涓.基于CDIO的低年級學(xué)生工程能力培養(yǎng)探索—機械基礎(chǔ)實踐教學(xué)案例[J].高等工程教育研究,2009,5:36-40.

[2] 吳鳴,熊光晶.以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的橋梁工程教學(xué)改革[J].廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010,4:83-86.

[3] 謝群,胡偉.將概念設(shè)計融入高層建筑結(jié)構(gòu)教學(xué)的必要性與方法[J].高等建筑教育,2008,3:70-73.

[4] 韋愛鳳,付贛清,管民生.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震與設(shè)計課程教學(xué)改革與實踐[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版,2010,7:130-134.

[5] 楊子江,李峻峰,朱錦章.土木工程本科教育—培養(yǎng)結(jié)構(gòu)工程師職業(yè)素質(zhì)與執(zhí)業(yè)能力的重要階段[J].牡丹江大學(xué)學(xué)報,2011,7:130-134.

Reform and practice on course of building structure design facing engineering ability training

Liu Jianping, Jia Zhirong, Shi Jun
Shandong university of technology, Zibo, 255049, China

College students' engineering capacity cultivation of higher engineering education is the important part. Articles combining CDIO engineering education concept, to building structure design course students' engineering capabilities in the process of teaching and improving students' creativity as a starting point, from reforming course system, optimization of teaching contents, improving teaching methods, strengthening practice teaching, attention to teacher training for project explores ways and means of building structure design course construction.

engineering capacity; training; teaching reform; course

2012-01-31

劉建平，碩士，副教授。賈致榮，博士，副院長。師郡，副教授，系主任。

山東省教育廳高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目(編號：2009236)。