建筑結構設計軟件應用課程新形態講義探索與實踐

陳記豪

摘 要：建筑結構設計軟件應用課程是土木工程專業建筑工程方向的一門專業必修課程。以高校自有資源為基礎，借助互聯網技術，融合紙質講義、視頻微課、電子圖紙和圖片等資源，建設互聯網+數紙融合新形態教材，為課程改革服務，為工程教育專業認證關于課程與畢業要求中的學生能力的達成提供支撐。

關鍵詞：建筑結構設計軟件;新形態講義;思維導圖

建筑結構設計軟件應用課程是土木工程專業建筑工程方向的一門專業必修課程，主要內容包括：結構模型建立方法，結構設計參數確定原則及其輸入方法，結構軟件計算分析基本原理，計算結果圖形顯示與文本輸出方法，結構與構件施工圖自動繪制方法等。工程教育專業認證要求學生通過本課程的學習，掌握利用建筑結構設計軟件進行結構設計的基本原理與流程，培養學生借助建筑結構設計軟件進行結構計算分析能力、綜合設計能力、土木工程創新意識與能力和土木工程知識的綜合應用能力。教科書是學生學習的主要材料，在培養人才中擔負著不可替代的作用。建筑結構設計軟件應用教材需要結合結構計算理論，按照最新結構設計規范編寫，建筑結構設計軟件更新較為頻繁，一般一年或者半年甚至幾個月就會出一個新版本，而教科書的出版周期較長，一般跟不上軟件更新的速度。鑒于此，高校一般會采用講義作為輔助教材或者替代教科書完成授課。目前，新形態教材建設蓬勃發展，而關于建筑結構設計軟件應用課程新形態教材建設的相關文獻報道較少，故本研究介紹了華北水利水電大學建筑結構設計軟件應用課程新形態講義建設的探索與實踐情況，以供參考。

一、建筑結構設計軟件應用課程教材現狀

關于建筑結構設計軟件的書籍可以用作教科書的主要有兩類：一類是各類規劃教材，另一類是培訓教程。這兩類書籍著作者主要是一線工程師、高校教師或社會培訓機構講師，基本圍繞軟件操作、結構建模、參數選取和結果分析講述，可以滿足初學者的需求。教材的部分作者給出了實際工程案例的建模分析過程，少部分還配套了光盤，光盤中包含了一些操作過程演示。總的來說，目前該類書籍主要存在以下不足。

一是依據的建筑結構設計軟件版本偏低，有的書籍是十年前的規范和版本，即使最近出版的教材，所依托軟件版本也未與最新軟件版本匹配，這主要歸結于軟件更新速度遠快于教材。二是軟件操作講解與案例分析未實現有機結合，存在操作與實例分析“兩張皮”的現象，使得學生學習體驗偏差。三是由于紙張篇幅和圖紙顯示能力有限，一般書籍以理想化的簡單工程作為案例進行分析，缺少與傳統手算結果的對比分析，以及與規范結合的詳細分析和結構優化設計內容。四是缺少配套的章節練習題，書籍作為教學參考書尚可，不適宜作為教材使用，也不適宜學生分課時逐步掌握。五是絕大多數教材以軟件操作講解為主，軟件均是基于windows的視窗操作，因而用文字描述起來不易實現，大多采用截屏并在圖片上做適當標記再插入圖片的方式編輯，軟件界面中字體較小，為向讀者清晰傳遞操作信息，編者在16開的書籍中，只能一頁放2張插圖。比如簡單的一個功能“新建工作目錄”的標準操作流程是單擊“改變目錄”→在文件夾后面的輸入框中鍵入新的工作目錄及其所在位置，也可以事先建好工作目錄然后在此處進行選擇→單擊“新建”，如果是直接鍵入的工作目錄，會提示“目錄不存在是否確定新建”，如果已經建好了目錄，可以選擇“確定”。該流程至少截4張圖才能描述清楚，至少需要2個版面，考慮到出版成本一般采用黑白印刷，效果和表現力不佳，為節約版面可以酌情減掉截圖，但是去掉任何一張圖又顯得不完整，軟件操作不存在重點步驟，少一步軟件就不會正常運行，因而編者會在版面和完整性方面很糾結，這導致該類書籍篇幅很大，一般在300頁以上，實際上去掉插圖也就幾十頁的文字敘述。可見，目前此類書籍篇幅較大，以軟件操作講解為主，實例分析不夠透徹，未與多媒體有效結合，亟待與時俱進，研制合適的教材。

二、建筑結構設計軟件應用課程新形態講義建設的必要性

2018年4月教育部印發了《教育信息化2.0行動計劃》的通知，明確要求構建“互聯網+”條件下的人才培養新模式。在此背景下，教科書也需與時俱進，才能與“互聯網+”條件下的人才培養模式相匹配。傳統紙質教科書以文字和圖片為主，出于成本考慮多數為黑白印刷，這對軟件類課程來說不利于傳達信息，軟件分析結果和計算值是否超限等諸多信息大都基于顏色進行區分和重點強調，但彩色印刷造價較高，不利于傳播。另外一個制約因素是建筑結構設計軟件必須結合案例圖紙才能夠對其應用進行分析闡述，將實際工程1號或者2號圖紙縮放到16開的版面上，圖紙信息完全看不清楚，紙質印刷也難以放大。電子教材可解決上述問題，另外，諸如微課、BIM信息模型、課件、工程圖片和CAD格式圖紙等資料也是教材的有機組成部分，這些資源一般存放在教師的個人電腦中，電子教材也無法將這些資料全部融合起來。

隨著電子信息技術的迅速發展，平板電腦、大屏幕手機等移動終端設備已在師生中普及，4G和5G通信技術使得網絡連接速度也取得了飛速發展，但紙質教材仍是大眾易于接受的載體，因而近幾年興起了數字資源與紙質資源相結合的新形態教材。新形態教材把紙質書籍中適合用電子展示的圖片、圖紙和與課程相關的微課、課件和工程模型等數字資源存放到出版社的云服務器上，紙質教材與云服務器通過二維碼技術建立鏈接，進而將紙質教材變薄，突出了重點，使用者可以輕松掃碼觀看數字資源，提高了使用體驗。新形態教材尤其適合軟件類課程，比如上一節提到的在軟件中“新建目錄”的過程，紙質教材需要2個版面進行闡述，而采用計算機錄屏演示，10秒內可以將內容完全講解清楚，高清錄屏處理后放到云端，在紙質教科書該位置插入二維碼建立鏈接，使用者掃描后可以輕松掌握該知識。令人遺憾的是，經過互聯網檢索，未檢索到《建筑結構設計軟件應用》新形態教材出版。如前所述，建筑結構設計軟件更新速度較快，書籍出版后售賣周期較短，出版社基于出版效益考慮一般對此類教材出版興趣較低。另外，教師個人付出較大工作量的同時還需要單位資助才能出版，各單位對教材出版的資助也有優先順序，建筑結構設計軟件屬于專業必修課、非公共課，且選課學生數量偏少，因而非優先資助課程。各高校該課程教學的大綱和重點也不一致，因而校際互通也有一定難度。當找不到合適教材或者現有教材不能滿足教學大綱要求時，常采用講義作為教材。講義不必出版，因而可以與時俱進跟進軟件更新，但是要解決的一個問題就是圖紙、圖片和微課等數字資源的云存儲與訪問。

三、建筑結構設計軟件應用課程新形態講義建設實踐

如圖1所示，本講義基于思維導圖，結合一個案例，簡明扼要地闡述了建筑結構計算模型的建立，同時，結合計算軟件的樓（屋）面板、梁、柱、基礎和樓梯等結構構件設計方法及相關施工圖繪制方法提供了配套的試驗報告冊，試驗報告冊包括與講義上的8個知識訓練單元相匹配的8個上機試驗，報告冊將模糊評價變為定量考核，方便師生檢驗授課和學習效果。該套講義具有如下特點。

一是建筑結構設計部分通篇圍繞一個案例講解，將軟件操作與參數設置和案例分析有機結合起來，增強了課程的連貫性。二是每節課均配套了試驗報告和標準答案，與課程同步分8次檢驗學生對知識的掌握程度，變一次大作業考核為分階段考核，更加科學合理;標準答案便于學生反復調整模型，經過不懈努力，得到與標準答案相同的計算結果時，學生已初步掌握了結構設計軟件的計算分析原理和建模要點，使學生的知識得到系統訓練，克服了以往學生平時建模不知道是否準確、結果不知道是否精確，到最后無從下手的弊端。三是引入了思維導圖，一個模塊一節課，一節課一張思維導圖。建筑結構設計軟件應用涉及到結構設計規范和結構設計基本理論及結構電算相關理論，知識點多且非常瑣碎，操作過程、參數設置也很多，學生很難理清結構基本原理、設計規范和軟件參數設置之間的關系，且由于學時短，難以系統掌握。本講義給出了每個知識模塊的思維導圖，將瑣碎的知識和規范條文與軟件操作和參數設置通過思維導圖系統地聯系起來，做到了清晰明了。結構建模的思維導圖見圖2。

云平臺是新形態講義建設的關鍵因素。如圖1所示，該套講義的圖紙、操作演示微課、內力分析結果、位移分布、撓度分布圖和配筋結果等均以數字資源的形式存儲在云平臺上，為提高使用者觀看體驗，采用的是高清微課和圖片，10分鐘左右的微課視頻占用上百兆的空間。而公網上免費的視頻平臺對上傳文件大小均有限制，且觀看前均需瀏覽一段廣告，影響學習效果，因而不建議使用，況且這種平臺無法獲取后臺使用數據，不便于教師開展線上線下混合課程。目前，大多數高校均購買了超星泛雅、雨課堂等智能教學平臺，高校購買后教職工和學生均可免費使用。筆者所在高校使用的是超星泛雅平臺，因而探索了基于超星泛雅的云平臺方案，該平臺可以存儲建筑結構設計軟件應用課程講義涉及的所有資源形式，可以后臺監控使用者對資料的使用情況，為線上線下混合課程的開展提供了有力支撐。具體部署是將數字資源上傳至課程，并獲取各資源的網址，通過二維碼轉換工具將網址變為二維碼，再把二維碼插入紙質講義中，實現紙質講義與云平臺的聯通。

建筑結構設計軟件應用課程知識點瑣碎，教師授課如果按照傳統教材中的知識點編排，篇幅較大且不容易在學生腦海中建立起關聯。如圖1所示，本講義以實際工程為主線進行編寫，軟件操作在紙質講義中僅為圖2所示的思維導圖，通過二維碼連接到云平臺微課詳細講解操作過程，計算結果圖形和章節作業也存儲于云平臺，學生在線測試提交。新形態講義將紙質講義壓縮到了30頁左右，每次上課內容不超過4頁A4紙，紙質講義僅呈現基本理論，精華對比分析等內容，圖紙和結果圖均以數字資源的形式呈現，可自由縮放，包括視頻微課在內的數字資源，平臺均會根據使用者移動終端自動匹配，極大地方便了使用者，提高了學習效率，有力地支撐了課程改革。

基于高校現有云平臺，華北水利水電大學搭建了建筑結構設計軟件應用課程數字資源，通過二維碼與紙質講義鏈接起來形成了新形態講義，滿足了學生預習、課下練習和深入學習的需求，使他們牢固地掌握建筑結構設計軟件分析的思路，熟練應用軟件，為解決復雜工程問題奠定了基礎。該新形態講義的建設思路可為教師個人便捷地建立自己的“互聯網+”課程教材提供參考，也可為兄弟院校提供一定的經驗和參考。

參考文獻：

[1]原建慶.教材在本科教學中的作用[J].河南教育（高教），2013，（6）.

[2]張煒.新形態課程與教材建設[J].中國大學教學，2018，（1）.

責編：嘉 悅