土木工程專業《結構概念與創新設計》課程教學的探討

馬曉雨+楊樹標+王星亮+郭云飛

摘要：如何培養土木工程專業本科學生理論知識與實際工程相結合、工程能力和具備創新精神，是土木工程專業本科素質教育的著重點。如何訓練學生結構概念與創新設計的工程意識，使其能夠融會貫通并運用到工程設計中，一直是土木工程高校教師在研究的問題。本文就此問題，探討本校開設《結構概念與創新設計》課程教學的意義、所要達到的目標以及如何進行實施。

關鍵詞：土木工程專業;結構概念;創新設計;課程教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0199-02

一直以來，我國土木工程專業本科培養的學生具有一定的理論水平，但應用實際工程的能力較差，獨立和創新的工程意識較低。原因是以往的教學中，教師單純地講授理論知識，學生實踐能力訓練不足，缺乏理論與實際工程相結合的鍛煉，教學與實踐無法有效銜接。目前，土木行業越來越多的地方用到了概念設計，這種理念在很多實際的建筑方案中得以應用，對土木工程影響巨大[1]。因此，概念設計在土木建筑工程專業教學環節中應當加以體現、反映。針對這樣的現狀，土木工程專業進行《結構概念與創新設計》課程教學研究就十分有意義。這對改革工程教育的教學模式有利，又能檢驗學生對所學理論知識的掌握，并且鍛煉他們提出問題、分析問題、解決問題的能力，激發其建立工程意識和培養創新能力[2]。

一、《結構概念與創新設計》課程教學內涵和意義

土木工程結構概念設計是工程當中結構設計的靈魂，是利用設計概念并以自身為主線貫穿全部設計過程的一種設計方法。概念設計是完整和全面的設計過程，它將設計者繁復的感性和瞬間思維上升到統一的理性思維從而完成整個設計[3]。社會經濟的飛速發展，人們的生活水平日益提高，對建筑結構設計也有了一個更高的要求。如何打破土木工程結構設計過于墨守成規，能將結構工程師的創新能力充分發揮出來，對于現代社會是迫切需要的。因為他們才是結構設計革命的推動者和執行者[4]。

《結構概念與創新設計》課程是在原《結構創新設計》課、《結構概念與體系》課及《事故分析與結構原理》等土木工程專業課程基礎之上，發展整合及改造后新設立的課程。該課主要是以學生創新性設計制作實驗為主線，訓練學生工程意識、動手能力、創新能力、實踐能力等。它體現了工程教育的特色，以結構設計制作實驗項目為載體，探索在干中學、理論與實踐緊密結合的教學模式。把工程培養所必要的基礎知識、工程設計思想和方法、自學和終身自學的能力和興趣的培養等內容放在第一位。《結構概念與創新設計》課提出建筑結構概念設計的概念和原則，并結合學生的創新性設計制作實驗案例進行點評分析。概念與體系部分介紹結構概念設計的背景、思路、基本做法、設計過程中經常用到的結構概念。

該研究的理論意義和實際意義在于探索通過該課程的教學設計，教學內容和教學方法的改革研究，適應新的教育理念和人才培養模式。培養學生的創新和實踐能力，掌握善于主動學習的方法，形成良好的學習和工作習慣。

二、我校的教學改革研究的基礎和環境

1.專業建設基礎好。河北工程大學土木工程學院以開設創新性結構設計大賽10年。完成了校教研項目《土木工程專業創新性結構實驗探索研究》和《結構創新設計等系列課程的教學研究》兩項。學院已開設《結構創新設計》、《結構概念與體系》、《事故分析與結構原理》、《混凝土結構設計》、《結構抗震設計》等課程。

2.師資力量強。上述這些課程由多位建筑工程系的老師擔任，職稱結構合理，形成了相對穩定的老中青隊伍結構。因此，對于結構概念與創新設計教學改革研究的可持續性提供了保證。

3.實驗室基地條件良好。本專業下設的結構實驗室是河北省結構實驗教學示范中心，為學生建立模型實驗提供了科學的、可靠的硬件條件。

三、《結構概念與創新設計》課程教學方案設計

1.教學目標。初步形成《結構概念與創新設計》課的教學理念和教學思想，完成《結構概念與創新設計》課的教學大綱制定，確定教學內容，初步形成教學方法和教學模式，為指導其他工程設計課程教學改革探索經驗。

2.教學內容。《結構概念與創新設計》課程教學內容包括教學設計、教學內容和教學方法研究。

教學內容：創新性設計制作實驗項目的設計，項目要包含若干個結構和力學的概念的運用，如拉、壓、彎、剪、扭、穩定、傾覆等，使用材料應宜于制作，實驗的方法要直觀。項目的要求應是概括性的，應用較少的約束，以使學生開闊思路。給出的條件應盡量少，要學生自己尋找所需的條件。布置結構設計制作實驗項目，首先讓學生以小組形式討論分析項目，提出問題。學生分析問題并尋找解決問題的方法，通過自學、討論、查閱相關資料等方法解決問題。學生應經過結構方案設計、一定的計算分析、繪制施工圖、施工制作結構模型、進行結構實驗、實驗分析、總結等過程。

教學方法：本課程的教學手段主要以講課、學生設計、模型制作和模型實驗相結合的方式，從不同的角度和理念啟發學生將所掌握的基本結構概念有機地結合起來，培養學生的創造力。在模型實驗之前教師上課以引導為主，主要由學生自學、討論和分析計算設計制作出結構模型。教師引導學生將自己的設計與所學內容聯系起來，甚至產生出學生還未學到的問題，讓學生自己思考分析。

教師的教學主要以指導為主，如結構概念設計的原則、路線、方法，基本思路、基本做法以及設計中常用到的結構概念等，并結合學生的創新性設計制作實驗案例進行點評分析。

基本教學過程：布置題目——學生以小組討論學習——提出問題——教師指導學生分析問題解決問題（教師重點要起到啟發、督促、指導、控制進度的作用）——學生形成方案——教師根據方案指導學生改進方案——學生制作模型——學生實驗——教師點評總結（重點是設計思路和設計方法及學生學習方法的總結）——學生總結（學習過程總結）

3.存在的問題。（1）如何將“培養學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，培養學生自學和終身學習的能力等”教學理念落實到教學實踐中，是本教學課程首要解決的關鍵問題。（2）研究創新性設計制作實驗題目。研究題目的內涵、題目的難易程度、題目的適用性、題目的趣味性、題目對學生學習的引導性等。（3）研究課程的教學內容和教學方法，形成即穩定又靈活的教學內容和方法。穩定是要教學理念要堅持不懈，總結提高，教學模式要穩定形成套路和程序，便于教師掌握和控制教學進度。靈活是具體的教學內容，比如涉及的結構概念很多不可能在課堂上全講，需教師具有靈活性和啟發性的教學方法指導學生學習。（4）初步形成課程所需的教學文件。如教學大綱、教學設計、教學教案、教學講義、題目庫、教學錄像等內容。

四、《結構概念與創新設計》課程的實施

我校土木工程專業開設《創新性結構設計》等一系列課程以來，我們在不斷探究和改進教學方法，對于啟發式教學、案例教學、項目教學法均有了一定程度的研究，并取得了階段性成果。我們已經完成了《土木工程專業創新性結構實驗探索研究》和《結構創新設計等系列課程的教學研究》兩項校級的研究，并開設了相應的課程。相關教師在工程教育方面有長期的思考和教學實踐探索，并且已成功組織土木工程結構大賽10年。已開設《結構創新設計》、《結構概念與體系》、《事故分析與結構原理》、《混凝土結構設計》、《結構抗震設計》等課程，相關教師教學水平高，有豐富的教學經驗。具體實施如下：

1.修訂《結構概念與創新設計》課程教學大綱，包括課程目標、內容安排及學時安排。

2.選擇土木工程專業和工程力學專業大學三年級學生的第二學期開始該課程教學。

3.自土木工程專業和工程力學專業大學三年級學生的第一學期期末，研究確定題目及相應的教學安排。

4.將大學三年級專業學生按班級分給不同的教師，教師則分頭實施教學，定期討論交流改進教學。在教學實踐中，將教師授課、學生設計、模型制作和模型實驗相結合，啟發學生將理論知識與工程實際相結合，培養學生工程概念設計與創新能力、自學能力。

5.在大學三年級專業學生的第二學期期末，教師對課程實踐進行總結，提出改進措施和方法。

五、總結和探討

本文方案結合新的科研成果開設出新的課程以及課程標準化建設。探索建立新課程的教學理念、教學內容和教學方法。本方案突出土木工程專業特色，加強了實踐教學環節的創新研究與實踐。將工程項目、創新能力培養融入課程體系建設中，進行課程計劃和實踐內容的一體化設計，培養學生的工程創新意識。本方案突出啟發式教學和指導式教學，培養學生的學習興趣、善問求知和動手實踐能力。

參考文獻：

[1]張海峰，喬安宇.論建筑結構設計中的概念設計及其措施[J].黑龍江科技信息，2012，（12）：36-39.

[2]劉彥艷.淺談建筑結構概念設計[J].科技風，2009，（13）：52-55.

[3]李永梅，高向宇，韓月.土木工程教學宜注重對學生結構概念設計理念的培養[J].中國建設教育，2011，（Z1）：11-13.

[4]蔣志剛，詹豪，劉飛.CDIO理念與“結構概念設計與創新”課程的構建[J].黑龍江高教研究，2014，（8）：86-90.