土木工程專業畢業設計中創新能力培養的探討與實踐

王菁菁 歐志華 鄭雨強

摘要：土木工程專業畢業設計具有內容廣、工作量大、難度大等特點，將創新能力培養融入畢業設計，是提升學生綜合素質和培養高素質工程技術人才的需要。針對目前畢業設計中存在的選題設計陳舊、學生消極等待、教育方式被動和實踐環節匱乏等問題，提出靈活設置畢業設計選題、畢業設計內容與時俱進、激發學生學習主動性、發揮教師引導作用、把控指導深度、理論與實踐相結合等方法，為改進高校土木工程專業畢業設計指導工作提供參考。

關鍵詞：土木工程;畢業設計;創新能力培養;實踐教學

中圖分類號：G642.477?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：1005-2909（2021）02-0140-06

中國是當今世界第二大經濟體，對全球增長貢獻度超過30%[1]。中國奇跡的產生得益于多領域基礎設施建設和民生工程的全面開展。近年來，隨著“一帶一路”倡議的提出，沿線國家和地區的基礎設施建設帶動了雙贏的國際化聯動發展，而高素質的工程技術人員是中國基礎設施建設取得矚目成就的根本保障。

與此同時，教育部提出“卓越工程師教育培養計劃”[2-3]，為全國各大院校培養具有創新能力、滿足社會經濟發展要求的高素質工程技術人才指明了方向。在學生創新能力培養這個問題上，《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中明確指出，積極推動研究性教學，提高大學生的創新能力。大學生創新能力培養已成為高等教育界關注的熱點問題。

高校的創新教學改革涉及多個方面，其中畢業設計是高校教育的最后一個實踐課程，也是教學改革的重點。學生在畢業設計的過程中要完成查閱文獻、選題、方案論證、實驗、計算、結論分析、撰寫論文、答辯等內容，對自身綜合能力的提高至關重要[4-6]。畢業設計作為教學過程中一個特殊的培養環節，將學生四年所受到的教育相貫穿，旨在將學生培養成具有良好素質的工程技術人員。為滿足新形勢下的社會人才需求，進行畢業設計改革，培養學生創新能力勢在必行[7-10]。文章對工程類專業畢業設計中的問題進行分析和總結，并以土木工程專業為落腳點，提出切實可行且行之有效的解決方法。

一、畢業設計中存在的問題

（一）選題設計陳舊，局限性大

畢業設計中，學生一般根據教師給定的題目確定選題，常出現可供挑選的范圍較窄、選題陳舊，難度較小等問題。有些指導教師給出的選題本身就缺乏創新理念，一些選題翻來覆去使用，或不考慮學生實際情況，給出與學生畢業后發展方向完全相悖的選題;還有一些指導教師所給選題過于狹窄，限制了學生創新能力的發揮。指導教師給出的選題中，大多以虛擬或模擬性課題為主，很少有真實課題供學生選擇，對于學生實踐和創新能力的培養而言，收效甚微。

（二）學生消極等待，依賴性強

畢業設計需要考察學生自主收集信息、查閱資料、解決問題的能力。一些學生由于平時專業知識積累不足，學習能動性差，在遇到問題時無處下手，不能熟練運用圖書館和網絡資源搜集相關信息，只會消極等待教師的幫助，或是待其他學生解決相似問題后再進行模仿，生搬硬套，缺乏獨立思考能力。這部分學生大多具有畏難心理，遇到問題后過分依賴教師的指導幫助，卻不知畢業設計實質上是一個發現問題、分析問題并最終解決問題的過程。指導教師過度的指導讓學生產生依賴心理，學生的畢業設計成果缺乏創新，千篇一律，最終導致畢業設計這一重要的教學實踐環節流于形式。

（三）教育方式被動，主動性弱

結合當前大學的培養目標，教學方式以主動學習為主，輔以傳授型教育和被動接受型學習。但目前高校的實際教育過程中，教學方式脫離教學培養目標，對學生的創新能力培養不足，沒有發揮學生的主動性，仍然沿襲教師講學生聽的陳舊教學模式。雖然這種模式下學生也能理解并掌握專業理論知識，但難以將所學知識綜合運用。因此，在畢業設計過程中，學生分析問題和解決問題的能力較弱，不知該從哪方面入手。在課題研究方法設計的過程中，由于學生沒有受到實踐訓練，查閱資料和分析解決問題的能力欠佳，為完成畢業設計的撰寫，抄襲、拼湊的情況時有發生。

（四）實踐環節匱乏，訓練不足

隨著教育改革的不斷深化，專業課程從整體層面來說有一定的縮減，但針對學生教學實踐環節的訓練，還有很大的提升空間。中國在教育方面仍然主要依托課堂教育和理論知識的學習，在教學中設置的實踐環節較空泛且沒有針對性，學生并沒有真正參與到實踐中去，而是走馬觀花地走個過場。這種情形導致工科學生在畢業設計過程中實踐動手能力差，畢業設計缺乏實踐支撐，仍停滯在傳統畢業設計的套路上，如同閉門造車。對于實際工程中存在的問題，學生難以給出有針對性的解決思路和方案，只能局限于基本的理論推導驗證，沒有發揮學生綜合運用所學知識解決問題的能力。

綜上所述，目前畢業設計在設計內容方面選題陳舊，在指導方式上難以激發學生的主動性，在實踐教學方面尚沒有將工程應用與理論方法結合，亟待采取有效措施以改善畢業設計缺乏創新性的問題。

二、畢業設計內容中的創新能力培養

（一）靈活設置畢業設計選題

畢業設計選題應采用開放式選擇與雙向選擇兩種模式，可以讓不同水平、不同興趣以及不同層次的學生所選題目更符合自身情況，最大限度激發學生的主觀能動性與科研興趣。雙向選擇，顧名思義就是指導教師將事先準備好的選題交給學生，并對各個選題的大致內容和特點進行說明，然后由學生結合個人情況和感興趣的研究方向，通過彼此協商確定各自畢業設計的選題;開放式選擇則是由學生針對各自的學習能力、專業知識的掌握水平、未來想要選擇的就業方向，以及自身感興趣的內容，自行調研確定個人的畢業設計研究題目，然后按程序報送院系專家組審批，內容涵蓋大學四年所學專業知識，滿足畢業設計要求即可批準。兩種選擇模式流程見圖1，兩者各有所長，相互結合才更有助于激發學生的自主創新思維，培養學生的創新能力。

在土木工程畢業設計中，除較為常見的建筑設計和結構設計內容外，還可以補充BIM技術、結構振動控制，以及MATLAB編程等畢業設計課題供學生選擇。其中，BIM技術將建設工程項目設計、建造、管理及運用等內容整合至一個模型，是建筑行業的信息應用技術，發展迅速，適合畢業后即從事施工、設計工作的學生;結構振動控制是通過附加控制裝置減小結構不利響應的技術，一般應用于高層結構、大跨結構等較重要的工程項目;MATLAB編程可用于靈活模擬結構特性和非線性分析，適合畢業后從事工程研究或繼續進行研究生階段學習的學生。部分代表性的選題實例為“教學樓BIM建筑結構一體化設計”“某煤氣公司大樓基礎隔震設計” “震損結構MATLAB非線性分析”等。據學生反饋，其研究生階段的課題對基礎隔震進行了拓展，本科畢業設計的訓練為后續學習打下了良好基礎。

（二）畢業設計內容與時俱進

畢業設計教學改革的目的在于擯除原有教學模式對學生創新能力培養不足、理論知識跟不上實踐新知等弊病，改革后的教學體系應兼顧畢業設計質量和學生創新能力培養，保證兩者目標的統一。具體來說，畢業設計應對原有的教學內容做好取舍，符合當前教育需求的要保留，落后于行業的內容要改進，處理好統一性與多樣性，共性和個性之間的關系，使學生在畢業設計中能應用最新的技術要求和通行規范，與本行業的工程范式保持同步。

在土木工程畢業設計中，增加《建筑結構可靠性設計統一標準》2018版與2001版的對比，新版《建筑結構可靠性設計統一標準》自2019年4月1日起實施。兩者的區別體現在建筑結構計算荷載基本組合時恒載和活載的分項系數分別由原來的1.2和1.4增加至1.3和1.5。這一差別會對結構的承載力和造價帶來怎樣的影響，對學生來說仍是探索性問題。在以建筑結構設計為主體的畢業設計中增加這一內容，有助于學生創新能力的培養。

三、畢業設計指導方法中的創新能力培養

（一）激發學生學習主動性

興趣是引導學生創新發展最重要的導師，要培養學生具有創新能力，首先應培養學生的興趣。傳統的師徒傳授教學模式下，學生不得不被動接受，學生對于學習幾乎不帶個人主觀意識，如同將他們的思想禁錮在一個已知的沒有發展和改變的密閉空間之內。在學習的過程中學生自主意識薄弱，創新精神及實踐能力被擱置而得不到重視和培養，無法自由表達自己的想法。畢業設計指導中應多設計學生自愿參與的環節，使學生擺脫被動式學習的阻力，激發學生好奇心，培養懷疑和反思精神，使學生對學習的認識從“非做不可的事”轉變為“自己想做的事”，使學生深刻感受自主式學習的意義和學習所能帶來的無限可能。

如，在土木工程畢業設計中，指導教師可在滿足教學要求的前提下，以學生感興趣的工程問題為出發點，收集真實的土木工程案例，并采用圖片、影像、展板、報告等方式開展小組討論，鼓勵學生親身參與案例數據庫的組建，培養學生自主發現問題并主動探究的意識，使學生自主搜尋相關信息并建構知識體系。

（二）發揮教師引導作用

傳統的教學模式下，教師的形象被擴大化，給人以知識權威的形象，學生則是虔誠的信徒，學習接受教師的教導，師生間難以形成有效的溝通。而畢業設計中，指導教師全程參與，既是最初的組織者，也是過程中的指導者和協助者，對學生起到巨大的引導作用。指導教師積極轉變自身角色，讓自己從傳統的知識權威身份中走出來，給學生足夠的自由去思考，從輔助者的角度提供多種資源幫助學生解決問題，而不是簡單給出答案。同時要經常與學生溝通，了解他們關于畢業設計和教學指導方式的想法。目前社會形勢下，學生為實現就業不得不將大量的時間花費在找工作上，為把控畢業設計進度、保證畢業設計質量，指導教師應引導學生正確使用網絡平臺，精準傳遞信息，使溝通交流服務于教學，在新媒介中有效交流。

在土木工程畢業設計中，對抗震設計、非線性分析等難點問題，指導教師可推薦微信公眾號、微課等新媒體資源，使學生自主自助學習，擴大知識面。同時將土木工程行業中存在的新問題、學術中涌現的新觀點通過在線資源引入教學指導，激發學生深入探索，培養學生的創新發現能力。在加強交流溝通方面，使用云服務和協作文檔服務，以實現不同地點多人的同時寫入，提高教學管理效率，幫助教師及時了解設計中存在的細節問題，一目了然地掌握學生的設計完成情況。

（三）把控指導深度

教師在對學生指導的過程中，要注意把握分寸，指導過分細致，容易使學生養成依賴心理，無法培養學生的創新能力;指導過于簡略，則容易變得空洞和寬泛，學生得不到具體指導，最終放任自流，因此，需要掌握正確的指導方式和合理的指導深度。教師應為學生理順畢業設計過程的整體思路，同時應告訴學生所選題目的創新點、當前最新研究成果及后續學生應著重研究的內容。根據不同學生的水平，分別提出符合他們自身能力的進展要求，一般性指導與具體討論相結合，激發學生自主創新、自主研究學習的動力，發揮畢業設計過程中學生的主動性，達到培養學生創新思維和創新能力的目的。

在土木工程畢業設計中，建筑結構構件的設計是難度較大的內容，既包含對多種作用和荷載的組合，又需要根據構件的類別和所處位置對受力進行調整，且計算配筋的過程繁瑣，涉及多種公式和限制要求。在指導時，可使用表格編輯計算公式以達到化繁為簡的目的，指導教師僅需提供每張表格所應達到的目標，由學生編寫公式，而學生只需理解一個構件的配筋計算方法，便可得到同一類構件的計算結果。指導教師對抗震計算中梁端塑性調幅、強柱弱梁調整、強剪弱彎調整等重點作出提示，由學生對構件分門別類，總結設計中的特殊做法。

四、畢業設計實踐教學中的創新能力培養

原有教學模式更側重于學生理論知識的學習，學生在本科期間很少有實踐的機會和經歷，導致學生不具備實踐意識，對于理論系統也沒有形成有效的認知。畢業設計指導教師既有理論教學任務，更負有培養學生實踐能力的責任，在理論與實際相結合的教學中起重要作用。高校應建立有效的聯合指導機制（圖2），組建畢業設計指導教師隊伍，充分發揮校內教師的理論指導水平和校外工程師的實際應用特長。鼓勵學生在真實工程項目中進行實踐，同時，將實踐中的獲得體現在畢業設計成果中，進一步激發學生的實踐主動性。

在土木工程畢業設計中，采取校企聯合培養的方式，與本市或周邊結構設計和施工企業建立合作關系，聘請建筑工程企業人員擔任校外指導教師現場教學，讓學生參與施工項目，收集資料、整理數據等，對施工現場環境形成具象的認識。邀請設計院一線工作者為學生介紹行業概況，講解設計心得體會，解答制圖和建模計算方面的問題。學生在工程實踐過程中所收集的資料也可成為畢業設計任務書的一部分，如，學生整理得到的實際地質資料可作為畢業設計中建筑結構的地質條件，使畢業設計具有實踐基礎，激發學生的積極性。

五、結語

土木工程是一門涉及建筑材料、結構設計、施工組織、地質測量等學科的綜合性專業，而畢業設計是大學教育中最能體現專業知識綜合應用能力的實踐教學環節，為土木工程專業學生提供了解決綜合性工程問題的鍛煉機會，因此，將學生創新能力培養融入畢業設計是提升高校學生綜合素質的需要。高校與指導教師應形成配合，發揮聯動作用，充分調動學生主觀能動性，培養其創新思維和創新能力，因材施教，讓學生回歸到學習的主體地位，實現理論與實際相結合的教育理念，不斷完善基于創新能力培養的畢業設計教學改革與實踐。參考文獻：

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Discussion and practice of innovative capability cultivation

in the graduation dissertation of civil engineering specialty

WANG Jingjing1，2， OU Zhihua2， ZHENG Yuqiang3

（1. School of Civil Engineering， Guangzhou University， Guangzhou 510006， P. R. China;

2. School of Civil Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou 412000， Hunan， P. R. China;

3. Investment & Development Corporation of China Construction Fourth Engineering Division， Guangzhou 510600， P. R. China）

Abstract：

The graduation dissertation of civil engineering specialty is considered to have wide-ranging contents， heavy workload， and full of difficulties. Incorporating innovative capability cultivation into graduation dissertation meets the needs for improving the studentsdered to have wide-ranging contents， heavy workload， and full of difficulties. Incorporating innovative capability cultivation into graduation dissertation meets the needs for impron mode， and lacking of practice. To address these issues， instruction methods including offering more types of dissertation topics， updating design contents up to practical engineering， motivating the studentsdeinitiative， playing the guiding role of teachers， making reasonably in-depth instruction plan， and emphasizing more on practices are proposed. Those proposed methods are expected to contribute to the enhancement of graduation dissertation.

Key words： civil engineering; graduation dissertation; innovative capability cultivation; practice teaching

（責任編輯 周 沫）