“工程結構計算軟件”課程教學現狀及改革初探

摘要：在對“工程結構計算軟件”課程當前教學現狀充分分析的基礎上，從教材建設、多手段、全方位授課等方面系統探討了該課程的教學改革措施，進而實現少學時情況下，重點內容課堂講解與一般內容課下補充相互配合，使學生扎實掌握該課程的核心內容，建立電算的概念，會用電算處理土木工程設計與施工中遇到的常見問題，提高學習效率。

關鍵詞：工程結構計算軟件；課程特點；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0104-02

土木工程專業學生經過專業課的學習已經初步掌握了結構設計與施工的基本知識，具備了結構分析和土木工程分析的初步能力。但學生掌握的都是簡單的手算，遠不能滿足工作需求，工作中一般都采用效率更高的電算方法進行結構設計與施工分析，[1]故開設“工程結構計算軟件”是十分有必要的。它是土木工程專業的一門專業選修課，是一門重要課程。其主要任務是使學生了解工程結構計算軟件領域國內外的發展動態，掌握常用工程結構計算分析軟件的應用，具有利用軟件解決土木工程設計與施工問題的初步能力。該課程具有知識結構復雜、工程實踐性強、綜合性強、應用性強，并且與現行規范、規程聯系密切等特點，傳統的教學理念和教學模式難以滿足土木工程專業人才綜合素質教育和創新能力培養的要求。因此，更新觀念、與時俱進，實現教學內容、教學手段和教學方法的全面改革，不斷提高教學質量和效果，是教學過程中需要重點解決的問題，但長期以來，該課程在培養目的和教學方向上與實際教學存在諸多偏差和矛盾，嚴重制約著教學效果和質量。

一、教學現狀

1.教學內容滯后于工程實踐和學生的需求

現行“工程結構計算軟件”課程安排在木科大四上學期，教學時間為32學時（其中16個理論學時，16個實踐學時）。課程每年的選課人數約在230人左右。由于課時較為緊張，課程的安排主要包括三大部分內容：一是介紹國際、國內建筑工程設計領域里常用的結構設計軟件，使學生對當前建筑工程設計行業中常用的結構設計軟件有比較全面的了解；二是操作演示、講解目前在設計單位使用相當普及的PKPM系列建筑結構設計軟件。通過操作演示、講解，使學生熟悉其中常用軟件的基木功能和主要技術條件，熟練掌握各級菜單命令及其操作方法，最終達到能對一般的建筑工程進行結構設計及施工圖繪制的水平；三是實踐教學環節，學生每人一題、獨立操作完成一個簡單工程的結構設計，使學生通過實踐掌握結構設計的過程和一般方法。教學偏重于如何操作軟件的流程演示和講解，且重點在于講解PKPM結構設計模塊，學生接受到的知識基本是如何操作軟件，學生通過模仿亦可掌握軟件的操作。但隨著結構理論和行業水準的提高，目前設計者的主要任務是如何根據規范和結構設計理論對結構進行優化的精細化設計，而非不計方案優劣和成本的粗放型設計。用人單位也反饋學生工作后上手較慢，對結構優化設計的概念不明確，因而，教學重心應該放到如何應用軟件輔助結構設計與優化分析。此外，目前絕大部分土木工程專業畢業的本科生均會從事施工管理相關工作，工程結構計算軟件課程應當照顧到這部分學生，而目前主要針對設計講解的教學模式，不利于這部分從事施工管理的學生實際工作能力的提高。

2.講授內容單一且缺乏合適教材

目前尚未有“工程結構計算軟件”專門的教材，僅有相關的幾本關于PKPM的教材，所講授的PKPM版本早已被新版本所取代，計算結果與現行規范不符，而關于工程中用到其他軟件很少有專門的教材，因而亟待編寫一種綜合常用計算輔助軟件的綜合性教材。該課程應該轉變原來僅講授PKPM一種軟件的模式，轉變為以PKPM為主，同時對MIDAS/Building、理正工具箱、結構力學求解器等軟件進行講解。

3.教學模式單一、學生學習積極性不高

傳統的教學模式主要是靜態封閉和“填鴨式”的教學過程，教學以多媒體演示為主，方法簡單、手段單一，授課內容缺乏直觀感和立體感。教師“講”，學生“聽”，師生間缺乏互動，學生處于被“灌輸”的知識狀態，學習熱情不高，課堂氣氛沉悶，教學效果欠佳。隨著社會的發展和教育的改革，傳統的教學模式不再能滿足新型的研究型和創新型人才培養目標的要求，必須革新教學方法、優化教學手段，努力培養適應時代發展需要的工程應用型和創新型人才。[2]

二、教學改革探討

“工程結構計算軟件”課程教學改革必須以土木工程專業創新、應用型人才培養這一大背景為前提，依據課程的教學目標精選教學內容，革新教學理念，豐富教學手段，不斷加強教師的業務水平，提高學生的綜合素養，達到教學相長、共同進步的目的。具體改革措施如下：

1.編制教材，明確教學重點

工程結構計算軟件應分為兩大核心內容：建筑結構設計、施工輔助設計。編制教材分三部分。第一部分：介紹結構計算軟件的發展現狀及各個軟件的擅長方向；第二部分：介紹房屋結構設計，包括框架結構設計、樓梯設計和基礎設計，選擇框架結構是因其結構簡單、受力明確，且是畢業設計的主要結構類型，便于學生畢業設計時與手算對比[3]；第三部分：介紹結構計算軟件在施工中的應用，包括腳手架（支架）設計、模板設計、施工中臨時支護結構設計。

第一部分結構計算軟件發展概述，重點介紹各計算軟件擅長計算的結構類型。第二部分建筑設計在教材中的章節順序一般是對PKPM結構計算各模塊進行詳細的講解，且重點講解各級菜單的操作。隨著程序的優化，程序操作更加人性化且易上手，課程的重點應放在房屋建筑結構設計技術部分，即重點講解參數選取而非操作本身。因此，該部分重新整合、提煉后的教學章節順序應為PKPM操作界面介紹、框架結構設計與分析，包括PMCAD建模、SATWE分析、梁柱施工圖、LTCAD和JCCAD，重點闡述電算與手算的對比和聯系，結合規范講解參數選取，并對計算結果進行校核分析。這樣，重點更突出，思路更清晰、流暢，便于課程組織，有利于學生深入理解電算的原理，進而舉一反三，了解其他結構類型的電算。第三部分結構計算軟件在施工中應用，大部分土木工程專業的本科畢業生將來主要從事建筑工程施工管理，而目前尚未有教科書涉及到該部分內容，故該章節結合當今施工中的常見問題重點講解兩個專題：腳手架（支架）設計根據一腳手架手算設計實例，結合設計規范分別采用平面計算程序、空間計算程序進行闡述；施工臨時支護結構設計分別采用平面、空間計算程序對施工中常見的臨時結構進行分析計算。

2.拓寬知識傳播渠道，全方位講授知識

傳統的軟件類課程授課重點為軟件操作演示。軟件操作較為瑣碎，講解耗時較長，因而軟件類課程將絕大部分課時均放在了對操作的講解上。軟件實質上僅是一個計算工具，操作人對相關規范的理解、基本理論的掌握水平和對電算基本原理的理解程度決定了軟件的計算分析是否符合實際。即使掌握了軟件的操作方法，如果參數選取不合適，結果未和規范相結合，則難以指導實際工程，未達到開設該課程的目的，故有必要對電算基本原理、參數選取和后處理進行講解。因而，該課程需要解決如何在少學時的情況下兼顧到軟件操作、參數選取、電算原理和后處理的講解。

有一種方案可以加快軟件操作講解，因學生初次接觸結構計算軟件，講解過快的話學生不能掌握，達不到教學效果。另一種方案就是課堂上講解主要操作流程和重要操作過程，然后把時間分配到電算基本原理、結合規范選取計算參數和后處理上面，為便于學生課下吸收，課堂講解過程中開啟屏幕錄像軟件，將授課過程中軟件的操作和解說全程錄像制作成視頻。同時，對于一些具體簡單的操作和課上來不及講解的操作在課下制作成演示視頻，供學生自學。目前網絡存儲容量大、速度快，因而可建立網絡硬盤，將上述視頻后上傳至網盤，方便學生下載學習。為便于學生自學后問題的解答，建立qq群，便于輔導學生，且可在群論壇討論問題，借助于網絡拓展了教學手段。[4]當然建立網絡課堂是更為有效的辦法，在課程建設中應嘗試建立網絡課程。[5]

三、結語

工程結構計算軟件是土木工程專業的核心課程，是學生專業知識的匯總，同時也為學生走向工作崗位對知識的應用進行了培訓，亟待在講解中突出重點，且通過視頻錄制、網絡存儲和QQ群和論壇等方式為課題講解提供有力補充，通過多角度全方位的授課方式使學生在理解的基礎上深入掌握工程計算軟件，為今后的工作奠定基礎。

參考文獻：

[1]劉佩.關于土木工程專業研究生教學的兩點體會[J].中國電力教育，2013，（8）：79-80.

[2]何雙華，曾桂香.“土木工程施工”課程教學現狀及改革初探[J].中國電力教育，2012，（2）：60-61.

[3]陳道政.建筑工程專業畢業設計教學中幾個關鍵環節的質量控制[J].高等建筑教育，2010，19（3）：127-129.

[4] 李廣馳.網絡環境下的大學生自主學習能力和創新能力培養研究[J].中國電力教育，2014，（3）：28-29.

[5]王夢寒，李玉鳳.網絡教學在“材料成形CAD/CAE/CAM”課程中的應用[J].中國電力教育，2012，（2）：64-65.

（責任編輯：王祝萍）