“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程的改革與探索

冀慧　賈冠華

摘? ? 要：工程教育堅持以學(xué)生為中心，注重理論知識的實踐運用。文章以土木工程專業(yè)“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程為例，對標(biāo)工程教育專業(yè)認證的畢業(yè)目標(biāo)，介紹了本課程的教學(xué)目標(biāo)，并就課程的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題進行了梳理，結(jié)合實踐教學(xué)經(jīng)驗，從教學(xué)模式、教學(xué)要點等方面進行了改進及探索，以期實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)土木工程專業(yè)實踐型的創(chuàng)新人才。

關(guān)鍵詞：工程教育；“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程；教學(xué)模式；教學(xué)要點

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1002-4107（2023）05-0054-03

2016年6月，我國正式加入《華盛頓協(xié)議》，一方面，我國的工科教育資格與成員國之間實現(xiàn)了多邊互認，推動了中國工程教育規(guī)范化、國際化的發(fā)展；另一方面，為更好地應(yīng)對產(chǎn)業(yè)變革帶來的挑戰(zhàn)，工科教育要求注重人才質(zhì)量的提高，培養(yǎng)具有國際視野的工程師，促進工科教育的改革與發(fā)展[1-2]。我國工程教育專業(yè)認證的核心理念是“成果導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，持續(xù)改進”。土木工程作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，在專業(yè)培養(yǎng)模式改革、教學(xué)計劃制定及課程講授中需要注重以學(xué)生為主體，不斷改進教育質(zhì)量，培養(yǎng)能夠解決復(fù)雜工程問題的土木工程創(chuàng)新人才。

“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”是土木工程專業(yè)本科生的一門專業(yè)選修課程。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，熟練掌握PKPM等結(jié)構(gòu)計算軟件操作技能，從而提高自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析能力、施工圖繪制能力及綜合創(chuàng)新能力，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，為畢業(yè)后從事工程設(shè)計工作、解決實際問題打下良好的基礎(chǔ)。

一、“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程教學(xué)現(xiàn)狀

“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程一般安排在本科第七學(xué)期，2學(xué)分，包括16課時理論授課及16課時上機操作。前序課程包括“工程結(jié)構(gòu)荷載與可靠度設(shè)計原理”“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計”“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計”等。課程以PKPM軟件運用為主，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件介紹、不同結(jié)構(gòu)體系的建模方法、SATWE結(jié)構(gòu)計算、結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及施工圖的繪制等。

對標(biāo)土木工程教育專業(yè)認證的畢業(yè)目標(biāo)，本課程的課程目標(biāo)與土木工程專業(yè)畢業(yè)目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

目前，“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程存在以下問題：（1）學(xué)生在前序課程中學(xué)習(xí)了工程結(jié)構(gòu)荷載、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計及建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)知識，但是，學(xué)生缺乏對知識點的系統(tǒng)性整合，對結(jié)構(gòu)的布置方法及結(jié)構(gòu)設(shè)計要點認識不足，對課程中提到的相關(guān)知識點無法及時反饋。（2）結(jié)構(gòu)計算的難點及重點在于設(shè)計參數(shù)的選取，軟件學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生更注重軟件的操作及模型的建立，對計算參數(shù)的含義及確定方法掌握不扎實，普遍缺乏對結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及圖集的運用能力。（3）隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展及設(shè)計規(guī)范的優(yōu)化，結(jié)構(gòu)計算軟件更新較快，任課教師對新技術(shù)、先進設(shè)計理念等更新不及時，加之自身缺乏工程設(shè)計經(jīng)驗，過多地依賴教材實例，無法體現(xiàn)實際工程問題及設(shè)計技巧，課程往往限于軟件的演示及操作流程的介紹，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及熱情，影響了課堂教學(xué)效果。（4）由于軟件權(quán)限等問題的限制，學(xué)生對結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的使用僅限于課程本身，缺乏實踐運用及操作機會。（5）評價方式單一，傳統(tǒng)的考核方式為筆試和機試相結(jié)合，考題相對單一，無法在規(guī)定時間內(nèi)真實有效地反映學(xué)生對軟件的掌握情況及設(shè)計思路。

二、“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程教學(xué)模式及要點

（一）教學(xué)模式

“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程注重對學(xué)生實踐運用能力的培養(yǎng)，重點是使學(xué)生掌握一種設(shè)計軟件的應(yīng)用、掌握混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計流程、正確理解結(jié)構(gòu)工作性質(zhì)， 進而達到“能力”培養(yǎng)的目的[3]。學(xué)習(xí)過程中需要結(jié)合土木工程專業(yè)前期的專業(yè)基礎(chǔ)課程的基本原理，進行系統(tǒng)整合梳理，這是本課程的難點之一。此外，本課程服務(wù)于實踐，在授課中要注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)計劃及學(xué)生學(xué)情分析，本課程采用了“三元一體”的教學(xué)模式，基于“課堂講授”“工程實例”及“實踐訓(xùn)練”實現(xiàn)知識獲取、知識內(nèi)化及知識遷移，通過系統(tǒng)化的教學(xué)模式，鍛煉并加強學(xué)生歸納總結(jié)、主動學(xué)習(xí)的能力（圖1）?！罢n堂講授”主要圍繞施工圖繪制軟件模型的建立、計算參數(shù)的確定、計算結(jié)果的校驗及結(jié)構(gòu)優(yōu)化展開，授課過程中需要密切結(jié)合工程規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，方便學(xué)生掌握參數(shù)的確定方法，同時幫助學(xué)生建立專業(yè)嚴(yán)謹?shù)膽B(tài)度，養(yǎng)成良好的行業(yè)習(xí)慣?！肮こ虒嵗敝饕Y(jié)合實際工程案例，通過計算書及施工圖，幫助學(xué)生強化知識要點在實踐中的運用，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并積極探索的能力?！皩嵺`訓(xùn)練”包括機試考核、課程實踐、配套課設(shè)、結(jié)構(gòu)大賽及畢業(yè)設(shè)計等內(nèi)容，幫助學(xué)生鞏固深化相關(guān)知識，提升實踐能力及團隊協(xié)作能力。本課程“三元一體”的教學(xué)模式注重專業(yè)知識的綜合應(yīng)用，強調(diào)專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)，突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，有助于學(xué)生專業(yè)素質(zhì)及工程能力的提高。

（二）教學(xué)要點

1.實例教學(xué)，突出工程運用

工程實例教學(xué)有助于讓學(xué)生理解知識及其應(yīng)用情境[4]。教學(xué)過程中，通過具體工程實例的引入，幫助學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程及方法，通過實例中存在的問題，強化學(xué)生對知識的理解及軟件的掌握。例如，在框架結(jié)構(gòu)分析計算時，通過汶川地震中某居民樓的模型建立，輸入汶川地震波，分析結(jié)構(gòu)的受力及變形情況，并與實際結(jié)構(gòu)破壞情況進行對比，鍛煉學(xué)生的建模分析能力，同時，有效地將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)抗震等知識系統(tǒng)運用于實例分析，通過與現(xiàn)場圖片的對比，驗證了結(jié)構(gòu)分析的有效性，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)計算的重要性。

2.規(guī)范解讀，提高專業(yè)素質(zhì)

規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及圖集對結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及表達進行了規(guī)范化統(tǒng)一。在授課過程中，設(shè)計參數(shù)的選定離不開規(guī)范的具體規(guī)定，根據(jù)授課內(nèi)容對應(yīng)知識點，結(jié)合《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《建筑與市政工程抗震通用規(guī)范》及 16G 101 圖集增加了規(guī)范條文的講解，結(jié)合具體實例計算，深化學(xué)生對參數(shù)的理解，突出了工科教育的應(yīng)用性，有助于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)格遵守各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的習(xí)慣，使之具備良好的工程素質(zhì)。

3.實踐訓(xùn)練，培養(yǎng)設(shè)計能力

首先，及時對軟件進行升級，通過與北京構(gòu)力等專業(yè)結(jié)構(gòu)軟件服務(wù)公司等進行校企合作，獲得軟件與教學(xué)支持，新版軟件對傳統(tǒng)加密鑰的方式進行了優(yōu)化，采用授權(quán)碼的方式，學(xué)生可自主進行軟件的安裝及使用，不受時間、地點的約束。其次，“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程除了16學(xué)時的實踐課程外，配套安排一周的“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件計算”的實踐課程，要求學(xué)生完成對實際工程的完整結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工圖繪制，一方面，提高并強化了學(xué)生對結(jié)構(gòu)計算軟件的掌握，另一方面，也鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)掌握其他結(jié)構(gòu)軟件，并加以對比分析，引導(dǎo)學(xué)生自主探索及學(xué)習(xí)。另外，通過指導(dǎo)學(xué)生參加專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽，鼓勵學(xué)生將所學(xué)知識融合運用到結(jié)構(gòu)設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生正確判斷計算結(jié)果的正確性和合理性，進行合理的優(yōu)化。在本專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中也進一步提高了結(jié)構(gòu)計算軟件的運用程度，通過手算與機算結(jié)果的對比分析，強化了對專業(yè)知識的系統(tǒng)性梳理，同時提高了畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量及效率。

4.注重過程，實現(xiàn)全方位考核

考核采用“過程40%+總評60%”的方式，突破了傳統(tǒng)的機試+筆試的模式，注重過程的考核，在實踐課程及課堂講授中，重點考核學(xué)生的參與度、掌握度與自主學(xué)習(xí)能力，通過課堂問答、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等形式，及時掌握學(xué)生的動態(tài)，通過雨課堂，了解學(xué)生反饋，便于教師及時進行教學(xué)方法等的調(diào)整?？傇u主要采用機試，擬建建筑以規(guī)則結(jié)構(gòu)為主 ，根據(jù)實際教學(xué)及學(xué)生的掌握情況，給定基本設(shè)計要素，以便學(xué)生在考試規(guī)定的時間內(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)在對具體細節(jié)，如參數(shù)、尺寸和材料等的掌握處理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，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。該考核方式主要考查學(xué)生課程學(xué)習(xí)的整體效果是否達到教學(xué)目標(biāo)的要求，充分體現(xiàn)課程考核的全程化、多元化思想。

5.融入思政，深化職業(yè)使命感

高校教育要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治教育工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人[5]。本課程通過工程實例、行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的解讀等，將思政內(nèi)容與課程內(nèi)容有機結(jié)合，培養(yǎng)理想堅定、專業(yè)扎實、勇于探索的工程專業(yè)人才。

三、教學(xué)成效

1.教學(xué)教研方面：基于過程考核，課程教學(xué)反饋及時，教師能及時、準(zhǔn)確地掌握學(xué)生各階段的學(xué)習(xí)狀態(tài)，清楚學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的困難，及時調(diào)整教學(xué)方法，解決教學(xué)中遇到的問題，教學(xué)質(zhì)量不斷提升，學(xué)校及學(xué)院予以肯定并提出寶貴意見，學(xué)生評教連續(xù)3年優(yōu)秀。

2.課程成效：學(xué)生理論聯(lián)系實際能力得到強化、學(xué)習(xí)參與度明顯提高；學(xué)生到課率及課堂參與度均明顯提高，對結(jié)構(gòu)設(shè)計流程及要點的掌握更加扎實，能夠?qū)ⅰ敖ㄖY(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程中的計算方法運用于課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)，畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量顯著提高。傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計主要進行簡單結(jié)構(gòu)的手算，由于結(jié)構(gòu)計算量大，因此，畢業(yè)設(shè)計題目多為多層框架及框剪結(jié)構(gòu)，借助PKPM等信息化的結(jié)構(gòu)計算軟件后，畢業(yè)設(shè)計題目的類別及要求更接近實踐工程，學(xué)生借助軟件可以完成高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計甚至是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計算分析，專業(yè)能力得到了進一步提高。文章匯總了近5年土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計題目類別及軟件使用率（圖2）。

3.升學(xué)就業(yè)：學(xué)生對學(xué)科知識點的梳理、歸納能力明顯提升，形成了專業(yè)知識網(wǎng)絡(luò)，為更高層次的研究及學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)，利于將專業(yè)知識服務(wù)實踐工程運用，學(xué)生的考研升學(xué)率及就業(yè)率均顯著提高。

4.素質(zhì)拓展能力明顯提升：學(xué)生積極參加土木工程專業(yè)競賽及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，多次榮獲山西省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽一等獎、二等獎、三等獎。通過實踐賽事，學(xué)生鞏固深化了相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，提升了實踐能力及團隊協(xié)作能力。

“建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計”課程堅持以學(xué)生為中心，以知識應(yīng)用于實踐能力為主線，以專業(yè)基礎(chǔ)知識及軟件計算為依托，通過“課堂講授”“工程實例”及“實踐訓(xùn)練”的“三元一體”教學(xué)模式，教學(xué)過程注重實例講解、規(guī)范解讀、實踐訓(xùn)練、過程考核及思政融入，實現(xiàn)了從理論到實踐的有效結(jié)合，結(jié)合教學(xué)成效及時形成教學(xué)反饋，實現(xiàn)了完整的教學(xué)環(huán)節(jié)。有效激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高其自主學(xué)習(xí)、綜合運用軟件的能力，保證了課程目標(biāo)的有效實現(xiàn)。

參考文獻：

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[3]? 安靜波，胡曉軍.“高層建筑結(jié)構(gòu)及輔助設(shè)計”教學(xué)體系改革與實踐[J].合肥學(xué)院學(xué)報（綜合版），2018，35（2）：142.

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[5]? 習(xí)近平在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)? 把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程? 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

編輯 丁俊玲