建筑結(jié)構(gòu)CAD課程建設(shè)實踐探討

種迅 葉獻(xiàn)國

摘要：文章介紹了建筑結(jié)構(gòu)CAD課程的教學(xué)內(nèi)容與主要特點，結(jié)合課程組多年的教學(xué)改革和課程建設(shè)經(jīng)驗，在合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)課堂教學(xué)和實踐教學(xué)方法、建立多樣的考核機制等方面提出了若干建議和對策。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)CAD；教學(xué)改革；課程建設(shè)；建議對策

中圖分類號：G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1005-2909（2012）05-0146-03

一、課程介紹

20世紀(jì)90年代中后期，CAD（計算機輔助設(shè)計）技術(shù)在中國土木建筑設(shè)計部門開始廣泛應(yīng)用，建筑工程從建筑方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)布置和內(nèi)力分析、構(gòu)件截面設(shè)計計算與構(gòu)造設(shè)計、施工圖繪制到概預(yù)算全過程可實現(xiàn)CAD一體化完成。建筑結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)成為土木工程領(lǐng)域中新的分支，對其基礎(chǔ)知識和應(yīng)用能力的要求也就成為對于土木工程專業(yè)本科生人才培養(yǎng)的重要方面。建筑結(jié)構(gòu)CAD課程是建筑工程專業(yè)方向的專業(yè)選修課，課程內(nèi)容主要包括CAD技術(shù)在中國土木建筑工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向，CAD系統(tǒng)硬件和軟件系統(tǒng)的構(gòu)成及其最新發(fā)展，當(dāng)前國內(nèi)主流結(jié)構(gòu)設(shè)計CAD商品化軟件的使用和設(shè)計實例，以及若干值得注意的問題。課程側(cè)重CAD技術(shù)在土木建筑工程領(lǐng)域的實際應(yīng)用，結(jié)合上機實際操作，使學(xué)生迅速掌握常用應(yīng)用軟件的使用方法和基本操作技巧，為今后的工程設(shè)計實踐打下良好基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)該課程要求具備工程力學(xué)、建筑制圖、房屋建筑學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)抗震等相關(guān)知識。通過該課程的學(xué)習(xí)，可為鋼筋混凝土課程設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等相關(guān)實踐環(huán)節(jié)提供必要的基礎(chǔ)知識和基本技能。

1997年，合肥工業(yè)大學(xué)首次為本科生開設(shè)了建筑結(jié)構(gòu)CAD課程，次年采用多媒體技術(shù)教學(xué)，后又專門開設(shè)了建筑結(jié)構(gòu)CAD課程設(shè)計。多年來，課程組以“適應(yīng)社會需要，不斷改革創(chuàng)新”作為建筑結(jié)構(gòu)CAD課程建設(shè)遵循的原則，重視素質(zhì)教育、努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

二、課程教學(xué)改革與精品課程建設(shè)

（一）教學(xué)內(nèi)容注重基礎(chǔ)性與先進(jìn)性相結(jié)合

目前，在許多工科課程的教學(xué)中，或多或少地存在工業(yè)技術(shù)發(fā)展與教學(xué)內(nèi)容相對滯后的矛盾。課程組在介紹CAD技術(shù)硬件和軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論的同時，及時把建筑結(jié)構(gòu)CAD最新發(fā)展成果引入教學(xué)，注重課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性與先進(jìn)性相結(jié)合。該課程的主要教學(xué)內(nèi)容側(cè)重CAD技術(shù)在土木建筑工程領(lǐng)域的實際應(yīng)用，隨著工程技術(shù)的發(fā)展和CAD技術(shù)的不斷更新，建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件也不斷升級。以該課程的主要教學(xué)內(nèi)容“結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件PKPM的應(yīng)用”為例，盡管該軟件在近三年來進(jìn)行了多次升級，但在教學(xué)過程中始終以軟件的最新版本為基礎(chǔ)進(jìn)行授課，使學(xué)生能熟悉和掌握最新軟件的計算原理和使用方法。近年來，國外的一些大型CAD應(yīng)用軟件正通過漢化、加入中國規(guī)范等方式逐漸進(jìn)入中國市場[1]，課程組將這些先進(jìn)的軟件引入課程教學(xué)，進(jìn)一步豐富了教學(xué)內(nèi)容。如Midas Building是由邁達(dá)斯信息技術(shù)有限公司于2009年開發(fā)的一款建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件，具有計算內(nèi)核先進(jìn)，使用方便等優(yōu)點，在國內(nèi)的市場占有率越來越高。課程組于2011年和邁達(dá)斯公司簽訂合作協(xié)議，成為該公司的高校培訓(xùn)基地之一，邀請該公司熟悉軟件操作的工程師給學(xué)生講授軟件的基本原理和操作方法。該公司提供的Midas Building軟件的高校網(wǎng)絡(luò)版供學(xué)生練習(xí)使用，使學(xué)生熟悉和掌握這一軟件的使用，為今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。由于受課時限制，不可能在課堂上把每個軟件的使用方法都進(jìn)行詳細(xì)介紹，課程組將一些較常用軟件的主要特點、功能和操作界面給學(xué)生做概括性介紹，并給他們提供相關(guān)學(xué)習(xí)資料，鼓勵他們利用課余時間了解和學(xué)習(xí)，進(jìn)一步開闊視野，拓展知識面。

在目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，部分設(shè)計人員偏重上機操作，忽略了對重要概念的理解，對軟件編程原理、技術(shù)條件、假定條件、應(yīng)用限制等也不甚了解，甚至錯誤地認(rèn)為只要計算正確就可以了，這容易導(dǎo)致設(shè)計質(zhì)量問題。在講授結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件時，注重結(jié)構(gòu)概念的講授，對不同軟件的適用條件，軟件中各主要參數(shù)的選擇，以及計算結(jié)果合理性判斷等都進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹，教導(dǎo)學(xué)生不要成為“計算機傻瓜”，在此過程中也進(jìn)一步鞏固了基礎(chǔ)知識。

（二）傳統(tǒng)教學(xué)法與實例教學(xué)法相結(jié)合

在課堂教學(xué)過程中，傳統(tǒng)教學(xué)法與實例教學(xué)法相結(jié)合。所謂實例教學(xué)法是指教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，通過創(chuàng)設(shè)案例，組織學(xué)生分析、研究、表達(dá)等活動，讓他們在具體情況中積極思考，主動探索，以培養(yǎng)他們綜合素質(zhì)的一種教學(xué)方法[2]。如在繪圖軟件AutoCAD的講授過程中，首先采用傳統(tǒng)的“命令教學(xué)法”[3]，將各個常用命令的功能和操作方法進(jìn)行簡要介紹和說明，然后將主要內(nèi)容結(jié)合、精選，設(shè)計出幾個或十幾個實例，把要學(xué)習(xí)的命令和操作融入到具體的實例中，以達(dá)到熟練掌握、融會貫通的目的。整個教學(xué)過程強調(diào)在實例中學(xué)會使用操作命令，實例的選擇遵循由易到難的原則，由簡單的門窗大樣、梁柱構(gòu)件大樣到較為復(fù)雜的基礎(chǔ)、樓梯、陽臺大樣等，再到復(fù)雜的建筑、結(jié)構(gòu)平面圖。隨著學(xué)生繪制實例圖的不斷增加，掌握的命令也越來越多，操作水平也逐漸提高[4]。介紹完AutoCAD的使用方法后，往往用一個課時左右的時間對在AutoCAD平臺上二次開發(fā)的繪圖軟件“探索者”和“天正”進(jìn)行簡要介紹。由于學(xué)生有了較扎實的基礎(chǔ)，可以在業(yè)余時間自學(xué)這兩個軟件，課堂不必再多做講授。在結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件PKPM和MIDAS的講授過程中，同樣以一個或幾個有代表性的工程結(jié)構(gòu)為例，詳細(xì)介紹從建模到分析再到計算結(jié)果查看整理、模型調(diào)整以及最終的施工圖繪制整個過程，學(xué)生不僅從中學(xué)會了各個命令的操作方法，也對結(jié)構(gòu)分析設(shè)計有了全局性了解。實踐證明，采用實例教學(xué)法使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性大大提高，教學(xué)效果也較好。

建筑結(jié)構(gòu)CAD課程的課時有限，教師和學(xué)生之間的交流僅局限在上課時間是不夠的。為方便與學(xué)生之間的交流，課程組搭建了課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上上傳課程教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，布置上機練習(xí)的題目，并可與學(xué)生交流，解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的疑問，達(dá)到了較好的效果。

（三）注重理論與實際相結(jié)合的實踐教學(xué)方法

在建筑結(jié)構(gòu)CAD課程結(jié)束之后，還有1.5周的課程設(shè)計環(huán)節(jié)。課程設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐過程，課程組在課程設(shè)計過程中，堅持做到與實際工程相結(jié)合，設(shè)計題目均以實際工程為背景。在此過程中，學(xué)生既可以對所學(xué)知識進(jìn)行一次融會貫通的全面復(fù)習(xí)，又可以了解實際結(jié)構(gòu)設(shè)計的各環(huán)節(jié)，為今后的工作積累一定的知識。由于該課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計關(guān)系較緊密，扎實地做好課程設(shè)計還可以為下學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計的電算部分打下良好的基礎(chǔ)，從而減輕畢業(yè)設(shè)計的難度。因此可以適當(dāng)增加課程設(shè)計的難度，直接將建筑施工圖交給學(xué)生，要求學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置和構(gòu)件尺寸的確定，之后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)的建模、分析、施工圖繪制和計算書的整理工作。實踐證明，通過這一過程可以啟發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)一步加強結(jié)構(gòu)概念的理解，鞏固基礎(chǔ)理論知識。

此外，考慮到學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中樓梯結(jié)構(gòu)施工圖的繪制問題較多、概念不清晰。在課程設(shè)計中還增加了利用AutoCAD軟件進(jìn)行樓梯結(jié)構(gòu)剖面圖、平面圖和梯板、梯梁、梯柱構(gòu)件詳圖等施工圖的繪制工作，要求學(xué)生在繪圖時不能只是照抄圖紙，而應(yīng)該對樓梯的構(gòu)造進(jìn)行認(rèn)真的學(xué)習(xí)和理解，了解荷載的傳遞路徑，各構(gòu)件的功能、布置位置以及配筋方式等，使學(xué)生對這部分內(nèi)容有所了解和掌握，在畢業(yè)設(shè)計時能輕車熟路，減少出錯的概率。

（四）多種方式相結(jié)合的考核方法

建筑結(jié)構(gòu)CAD課程的考核包括平時考核與課程結(jié)業(yè)考核。平時考核包括考勤、作業(yè)、上機練習(xí)等，要求學(xué)生態(tài)度認(rèn)真、作業(yè)工整、圖面清晰、表達(dá)正確、互不抄襲，對不符合要求者應(yīng)要求其重做或補做。每次考核結(jié)束后，并不是簡單給個分?jǐn)?shù)，而是要及時總結(jié)、查缺補漏。課程結(jié)業(yè)考核一般采用上機考核的方式，根據(jù)學(xué)生操作的熟練程度、繪圖的速度以及成圖質(zhì)量進(jìn)行打分，必要時可對學(xué)生提問?？己酥皇鞘侄味皇悄康?，關(guān)鍵在于激勵和督促學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)，更好地掌握知識，從而為其他課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計乃至今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)CAD是一門實用性很強的綜合性課程。課程組全體教師經(jīng)過幾年的努力，從教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)、實踐教學(xué)、考核等多方面入手，不斷探索行之有效的教學(xué)改革模式，得到各屆學(xué)生、同行和校外專家的認(rèn)可和好評，在課程建設(shè)與改革方面已取得一定的成效。目前，該課程已被評為合肥工業(yè)大學(xué)校級精品課程和安徽省省級精品課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉獻(xiàn)國.建筑結(jié)構(gòu)CAD應(yīng)用基礎(chǔ)[M].2版.北京：建筑工業(yè)出版社，2008.

[2]黃月明.實例教學(xué)法在AutoCAD教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖南成人教育學(xué)院學(xué)報，2010，16（5）： 125-126.

[3]宋博.淺談建筑CAD課程教學(xué)[J].科技信息，2011，17：589.

[4]魏旭，王景陽，謝建榮.建筑CAD課程教學(xué)改革思考[J].實驗室研究與探索，2011，30（7）： 318-320.

Practice and discussion on CAD for building structures

CHONG Xun， YE Xianguo

（School of Civil Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 23009， Anhui Province， P. R. China）

Abstract： We introduced the teaching content and main characteristics of architectural and structural CAD. Combined with the experience on teaching reform and curriculum construction， we proposed recommendations and countermeasures from aspects of reasonably arranging teaching content， improving the classroom and practice teaching methods， and establishing various exam mechanisms.

Keywords：CAD for building structures； teaching reform； curriculum construction； recommendations and countermeasures

（編輯詹燕平）