基于CDIO工程教育理念的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計改革研究*

王曉飛 石 靜

（南陽師范學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，河南 南陽 473061）

畢業(yè)設(shè)計是土木工程專業(yè)本科教育階段的最后一個綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生綜合運用土木工程專業(yè)基本理論、專業(yè)技能分析和解決工程實際問題與創(chuàng)新研究的過程，也是對學(xué)生學(xué)習(xí)能力和專業(yè)素質(zhì)的全面檢查[1,2]。畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量將直接影響學(xué)生日后工作以及學(xué)習(xí)的質(zhì)量，是土木工程專業(yè)教育質(zhì)量的體現(xiàn)。2019 年10 月，教育部印發(fā)了《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》，指出嚴把考試和畢業(yè)出口關(guān)，其中畢業(yè)出口關(guān)要求科學(xué)合理制定本科畢業(yè)設(shè)計（論文）要求，嚴格全過程管理，嚴肅處理各類學(xué)術(shù)不端行為，嚴格學(xué)士學(xué)位標準和授權(quán)管理等。2021 年1 月7 日，教育部官網(wǎng)印發(fā)《本科畢業(yè)論文（設(shè)計）抽檢辦法（試行）》通知，明確了本科畢業(yè)論文抽檢每年進行一次，抽檢對象為上一學(xué)年授予學(xué)士學(xué)位的論文，抽檢比例原則上不低于2%。而目前土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量普遍較低，究其原因主要是土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計大多結(jié)合工程實際，綜合性較強，計算工作量大，而畢業(yè)設(shè)計過程中常存在選題不當、指導(dǎo)教師精力投入不足、學(xué)生缺少必要的培訓(xùn)、考核機制不嚴格等問題。

為了從根本上解決土木工程專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量低的問題，需要設(shè)計一套以學(xué)生為主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的畢業(yè)設(shè)計的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作模式（即CDIO教育模式）。CDIO畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)大綱將畢業(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，大綱要求以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標。利用CDIO教育模式可以在實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計目標的基礎(chǔ)上，進一步提高學(xué)生的技術(shù)知識和推理能力、綜合性學(xué)習(xí)經(jīng)驗、主動學(xué)習(xí)習(xí)慣、人際交往技能等，還可以提升教師的教學(xué)能力。

1 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)模式傳統(tǒng)，形式缺乏創(chuàng)新

我院的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計課題長期沒有變化，設(shè)計內(nèi)容也比較單一，大部分為多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，基本沒有緊跟實際工程的發(fā)展引入創(chuàng)新性的設(shè)計內(nèi)容。面對千篇一律的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，大部分學(xué)生只能按部就班地完成，甚至互相抄襲，只知其然不知其所以然，沒有主動設(shè)計的概念，更談不上創(chuàng)新創(chuàng)意。此種教學(xué)模式將直接影響土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及整體畢業(yè)設(shè)計工作的水平。

1.2 教學(xué)指導(dǎo)過程簡單，缺乏系統(tǒng)細致的教學(xué)方案

畢業(yè)設(shè)計是綜合知識運用實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，它將各個課程的專業(yè)知識及現(xiàn)行規(guī)范密切結(jié)合運用[3]。部分學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識薄弱，綜合運用能力較差，而且思想懶惰，基本不會查閱相關(guān)資料，只想機械效仿設(shè)計例子，照貓畫虎，從不善于獨立思考和解決問題[4]。即使有多數(shù)學(xué)生的專業(yè)知識扎實，但日常教學(xué)中缺少實際的專業(yè)實踐，其在畢業(yè)設(shè)計中也很難有宏觀設(shè)計理念并將其運用。針對上述問題，指導(dǎo)教師應(yīng)該設(shè)計更為系統(tǒng)細致的教學(xué)指導(dǎo)方案，但我院的指導(dǎo)模式還僅限于簡單安排任務(wù)、回答學(xué)生疑問等。

1.3 考核方式不科學(xué)

目前我院對土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的考核方式是通過答辯了解學(xué)生的設(shè)計成果，答辯過程還是針對具體的問題。這種考查方式不僅存在以偏概全的現(xiàn)象，也無法區(qū)分學(xué)生設(shè)計水平的高低。

針對上述問題，本文通過調(diào)研學(xué)生畢業(yè)設(shè)計中的具體質(zhì)量問題，分析出現(xiàn)各種質(zhì)量問題的具體原因，基于CDIO 工程教育模式對土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計進行改革研究。

2 基于CDIO工程教育模式的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計需要解決的關(guān)鍵問題

基于CDIO 工程教育模式的建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計的基本思路如圖1所示。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計的基本思路

針對圖1 中畢業(yè)設(shè)計的基本思路，基于CDIO 工程教育模式培養(yǎng)畢業(yè)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)能力。

（1）培養(yǎng)學(xué)生建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的能力。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是運用人的思維和判斷能力，在設(shè)計前期從宏觀上決定結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重大問題，既符合功能要求，又具有足夠的整體性和抗災(zāi)害能力，從宏觀上決定結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本問題。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的總體方案對造價、安全的影響是幾倍，而后期的構(gòu)件計算對其影響是百分之幾。由此可見，概念設(shè)計對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的前期環(huán)節(jié)，而學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中往往只針對構(gòu)件的計算進行大量的工作，很少有人會對結(jié)構(gòu)進行概念設(shè)計，這主要是因為學(xué)生不具備建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的能力。

（2）加強學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)知識。概念設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計中均存在大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)知識點，某個結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定往往需要綜合考慮多個基礎(chǔ)知識點才能準確確定，而由于學(xué)生對基礎(chǔ)知識點的掌握不夠牢固、不夠全面，確定的設(shè)計參數(shù)不合理甚至錯誤，最終導(dǎo)致設(shè)計的結(jié)構(gòu)存在安全隱患，這一類的設(shè)計往往是不及格的。因此，需要在設(shè)計的每個環(huán)節(jié)與學(xué)生反復(fù)探討結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)知識。

（3）提升學(xué)生個人與人際團隊能力。大多數(shù)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計全部由自己完成，但在短時間內(nèi)，以學(xué)生自己的能力很難面面俱到地完成畢業(yè)設(shè)計，這樣將導(dǎo)致學(xué)生的難點、易錯點沒有時間解決，個人能力沒有得到提升。除此之外，因為沒有其他人員的參與，無法培養(yǎng)學(xué)生的人際團隊能力。

3 基于CDIO工程教育理念的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計改革實施方案

基于CDIO 工程教育理念的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計改革實施技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 畢業(yè)設(shè)計改革實施技術(shù)路線

圍繞圖2 所示的總體技術(shù)路線，基于CDIO 工程教育理念的土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計改革實施方案確定如下：

（1）建立初選設(shè)計題目庫并確定每一位學(xué)生的選題方案

通過查閱資料、外出調(diào)研等手段，充分了解目前土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的選題類型及其內(nèi)容，結(jié)合我校土木工程專業(yè)、學(xué)生的特點、教師的科研項目或科研強項以及目前各地區(qū)廣泛推廣的新型建筑結(jié)構(gòu)形式等，分析并挑選適合我校校情的畢業(yè)設(shè)計選題作為初選題目備用庫。以南陽師范學(xué)院土木建筑工程學(xué)院為例，部分教師的初選題目如表1所示。利用面對面或網(wǎng)絡(luò)等交流方式與學(xué)生進行溝通交流，啟發(fā)并引導(dǎo)其在初選題目中選擇適合他們自己的畢業(yè)設(shè)計題目并完成任務(wù)書的編寫。

表1 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計部分教師初選題目

（2）考慮學(xué)生的專業(yè)知識水平制定畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)指導(dǎo)方案

首先制作概念設(shè)計微課并指導(dǎo)學(xué)生完全消化理解，然后針對不同的畢業(yè)設(shè)計選題建立設(shè)計基礎(chǔ)知識點庫并制作成微課，利用面對面或網(wǎng)絡(luò)等交流方式考察學(xué)生的專業(yè)知識水平，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)知識水平制定畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)指導(dǎo)方案。教學(xué)指導(dǎo)方案包括概念設(shè)計教學(xué)指導(dǎo)方案、初步設(shè)計教學(xué)指導(dǎo)方案以及施工圖設(shè)計教學(xué)指導(dǎo)方案三部分，每一部分均有書面教學(xué)方案以及數(shù)字教學(xué)方案兩種形式。其中，建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計中一般包括兩大部分，一部分是建筑設(shè)計部分，一部分是結(jié)構(gòu)設(shè)計部分。其中，建筑設(shè)計部分不作為土木工程畢業(yè)設(shè)計的重點，所以一個畢業(yè)設(shè)計題目中需要建筑學(xué)學(xué)生與土木工程學(xué)生共同參與。選擇掌握不同知識點的學(xué)生作為一組，充分發(fā)揮其各自的優(yōu)勢相互學(xué)習(xí)，再在上述教學(xué)指導(dǎo)方案的基礎(chǔ)上詳細指導(dǎo)，最終完成畢業(yè)設(shè)計。

（3）制定畢業(yè)設(shè)計的考核標準

制定畢業(yè)設(shè)計的考核標準，主要包括：①設(shè)計的構(gòu)思能力；②結(jié)構(gòu)設(shè)計知識與推理能力；③個人與人際團隊能力；④最終設(shè)計結(jié)構(gòu)的優(yōu)化程度。畢業(yè)設(shè)計的考核分兩部分，一部分是指導(dǎo)教師對指導(dǎo)學(xué)生平時表現(xiàn)的考核，另一部分是答辯中答辯老師對答辯學(xué)生表現(xiàn)的考核，以上兩部分考核均為百分制，最終考核成績=平時考核成績×0.7+答辯考核成績×0.3。畢業(yè)設(shè)計的考核是以目標為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生主動、綜合性的學(xué)習(xí)，主要評價學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、工程推理和解決問題的能力。學(xué)生平時考核標準、答辯考核標準分別如表2和表3所示。

表2 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計平時考核標準

表3 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計答辯考核標準

4 結(jié)語

基于CDIO 工程教育模式制定了土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計改革實施方案，以期培養(yǎng)畢業(yè)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)能力。