新工科背景下土建類畢業設計模式探索

梁兵 易聲耀 陳清

1.湖南交通工程學院高科技研究院，湖南 衡陽 421001

2.湖南大學土木工程學院，湖南 長沙 410082

新工科建設以應對變化、塑造未來為理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，以培養未來多元化、創新型卓越工程人才為目的，具有創新性、開放式的特征，是中國工程教育應對新技術和新經濟發展的重要舉措。新工科建設要開設一批既有先進理論支撐，又面向工程實際的新興工科專業，以推動傳統學科現有專業的改革創新。本科畢業設計作為我國高校工科專業人才培養中傳統的綜合性實踐教學環節，能很好地將高等教育與工程實際有機聯系起來，是理論深化、知識拓展的重要過程。現行本科畢業設計模式在培養學生科學研究、工程設計、實踐技能、創新能力、綜合素質、創業精神等方面，發揮了不可替代的作用，為衡量教學水平和認證學位資格提供了重要依據，但也存在一些問題。在新工科建設背景下進行本科畢業設計改革，讓老工科新起來是教改努力的方向。土木工程專業建筑工程方向（以下簡稱“土建類”）如何以繼承與創新的思維探索本科畢業設計新模式，對提高畢業設計質量具有重要意義。

一、土建類本科畢業設計的特點和流程

土建類本科畢業設計要求學生具有一定的理論基礎和文獻檢索能力，熟悉相關國家標準和設計規范，能借助教師的指導獨立完成一項工程設計，并解決與之相關的所有問題。傳統的畢業設計形式一般有建筑結構設計、施工組織設計編制、研究論文三種。工程設計型的畢業設計通常選擇具有代表性的多高層框架結構（或框剪結構）作為選題，設計任務具有較強的實踐性和綜合性，需要完成的主要內容有：方案擬定，初步設計，建筑平立剖及構造設計，結構選型與布置，荷載分析、力學和變形計算，施工圖繪制等，根據具體情況還可酌情安排分部工程的概預算、分部工程施工組織設計等內容。

畢業設計包含準備、設計、答辯三個階段，學生從第七學期開始進入設計準備階段，設計工作階段和畢業答辯階段在第八學期。基本流程如圖1所示。畢業設計成績需根據畢業設計成果的規范性、準確性、完整性以及畢業答辯表現進行綜合評定。其中畢業設計成果包括開題報告、計算說明書、設計圖紙（建施、結施）、技術經濟分析、參考文獻等內容。

二、本科畢業設計存在的薄弱環節

（一）部分學生工程意識淡薄，缺少良好的工程素質

在校學習期間，部分學生已養成了依賴課堂與教材獲取知識的習慣，理論聯系實際的渠道并不通暢，對工程實踐中常用方法知之甚少，其工程意識尚未形成，工程素質有待逐步提高。因此，在畢業設計過程中，部分學生往往不能夠根據實際情況合理地選擇結構和構造方案，僅以相關教材為依據來開展設計工作，設計圖紙時照搬有關資料，這不符合工程需要，也不符合工程專業人才培養要求。在畢業設計過程中，部分學生還存在“容錯”思想，出現錯誤不能及時糾正或糾正錯誤不徹底，缺乏嚴謹細致的工作作風和嚴肅認真的工作態度。

（二）畢業設計缺乏創新性，綜合運用所學知識鏈的能力薄弱

畢業設計是學生在校已學知識的綜合應用過程，充分考驗其對知識整體性和實踐性的運用能力。建筑工程學生知識鏈處于“單與多”的矛盾中。所謂“單”，是指學生獲取知識的途徑單一，主要來源于課堂、教材，理論成分多感性認識少，碰到具體問題時解決方法有限。所謂“多”，一方面是指建筑設計的考慮因素眾多，學生需要有充足的基礎資料和進行充分的調查研究，熟悉工程實踐中的常規方法；另一方面是指房屋結構及構件布置復雜、種類繁多，在專業課程的教學中，學生必須對結構進行各種簡化（如簡化構件、簡化支承、簡化載荷等）才能抽象出計算模型。因此，要以現有知識體系應對一個實際工程項目，解決復雜工程問題，抽象、簡化出分析模型、計算簡圖，學生還不具備這樣的綜合運用能力，往往只能生搬硬套現成的步驟方法。這種做法既沒能激發學生的創新意識，也不利于其獨立思考能力的培養。如何把相對離散的知識整合為符合工程實際的應用能力，以解決建筑設計中的具體問題，是學生需要努力的一個方向。

（三）設計成果不精細，設計文件規范性和完整性欠缺

客觀上，畢業設計期間，學生面臨嚴峻的就業問題或考研壓力，難以全身心進行畢業設計，這必然會導致畢業設計質量下降，設計成果粗糙。設計文件是設計成果中最重要的內容，占用篇幅比重大，暴露的問題也較多。在施工圖方面，較普遍的現象是圖樣表達不嚴格按照國家標準去做，施工圖紙達不到工程設計要求，或者學生沒有根據自己的計算設計結果繪制施工圖，只是應用設計軟件進行計算，依賴于計算機直接繪制出結構施工圖，所學的力學、結構知識、規范要求等得不到系統訓練。在計算說明書方面，部分學生對行業規范理解認識不夠，雖然荷載計算和內力分析能夠到位，但對于概念設計、承載力計算、構造要求和基礎設計重視不夠，導致對設計概念、結果的正確性與合理性不能正確認識，即使設計出現問題，學生也不易發現，最終出現設計效果欠佳的情況。

三、提高本科畢業設計質量的思考

（一）借鑒國際工程教育經驗，探索新的畢業設計模式

工程教育發達國家都十分重視工程實踐教學，注重理論與實際有機聯系。

法國的工程師學校，以培養技術與管理兼備的可塑性人才為目標，在校課程學習和校外公司實習大約各占50%的課時。實習期間，學生在實習導師一對一的指導下，有機會跟著團隊參與實際工程項目，能得到充分的鍛煉。學生每次實習均要面對具體的工程問題，不僅要撰寫實習報告，而且要參加實習答辯。因此，從工程師學校畢業的學生大概率能成為相關專業領域的行家里手。

英國的本科工程教育注重培養學生的獨立學習能力和社會溝通能力，其“Sandwi Chcourse”模式值得我們借鑒。該模式采用“三年在校學習+一年校外實習”的方式，學生在最后一年校外實習中需要獨立完成一項具體的研究工作，學校通過其撰寫的研究論文決定授予學位的級別。

德國工程教育以培養工程領域具有“工匠精神”的工程師“成品”人才為目標，重視實際應用能力的培養，受到廣泛關注的教育模式就是雙元制。雙元制教育模式將企業培訓和學校教育有機結合。雙元制大學需要根據所合作企業提供的崗位數量來決定錄取學生的名額，學生入學前須通過雙向選擇與一家實習企業簽約；在教學組織過程中，校內的理論教學與簽約企業的實踐教學按照一定的規律交替進行。這種理論與實踐并重的教學方式，使學生能夠充分了解本專業領域的詳細情況、熟悉企業文化、積累職業經驗、掌握專業技能；而企業也有充分的時間考查評價學生，可根據學生的發展潛力、素質特點等安排合適的工作崗位，所以大部分雙元制大學畢業生得以在實習企業直接就業。德國雙元制教育給我們的啟示有：一是教育辦學體系應多元化，二是教育學習安排應多樣化，三是教育法制體系應規范化，四是教育管理模式應現代化。

美國高等教育的發展一直處于世界領先水平，其本科教育能保持高質量的重要原因之一，就是注重社會發展要求和學生需求的變化。“體驗式學習”（Experiential Learning）和“頂峰體驗課程”（Capstone Experience Course）”順應了這一變化，成為美國教育改革的方向。體驗式學習是讓學生在實踐過程中反思自己所學的知識，主動探索解決問題的途徑。2016 年，紐約市立大學主張增加學生獲得體驗式學習的機會，并把體驗式學習設定為畢業要求，旨在向未來的雇主充分展示學生為畢業后的工作所做的準備以及積累的相關經驗。肯特州立大學和佐治亞大學同樣要求學生在獲得文憑之前完成體驗式學習項目。頂峰體驗課程通過研究具有一定難度和深度的項目，把本科教育中相對零散的知識整合起來，引導學生實現自我、超越自我，從而提高學生分析問題、解決問題的能力，并且被許多的美國大學所接受。體驗式學習和頂峰體驗課程并不局限于傳授某一項知識技能，而是主張學生重構知識結構，提升思維空間，實現對既有知識和技能進行跨學科拓展整合，基于真實項目實施教學。學生在整個學習過程中，只有不斷交流、充分協助、相互啟發才能完成項目，從而較好地發揮團隊合作精神、學術整合優勢、產學融合特色。

受此啟發，筆者認為土建類的畢業設計形式可以向多元化發展，如由傳統的“工程設計型、施工技術與組織管理型、研究論文型”三種類型，擴展為“工程設計型、施工技術與組織管理型、研究論文型、X 型”四種類型。其中“X”可以是大學四年里的一項創新成果、一項有意義的技術發明、一份跨學科的課程體驗報告、一份行業調查分析研究，等等，只要作品完整都可以進入畢業設計的考核評價體系，獲得畢業設計成績，使畢業設計的主要場所不局限于校園，而是面向社會。這種思路與新工科建設提倡的學科交叉型人才培養相適應，有利于拓寬專業口徑、增強專業彈性，使人才培養多樣化。另外，畢業設計的啟動時間也可適當提前，在第六學期就進入設計準備階段，讓學生有充分的時間理解課題、消化課題、準備課題。再者，還可以考慮把本科階段的各類課程設計（如制圖課程設計、房屋建筑學課程設計、基礎工程課程設計、鋼筋混凝土肋梁樓蓋課程設計、施工組織課程設計等）納入畢業設計體系，營造校園即設計院所、課堂即工作崗位的氛圍，以利于對學生的素質和能力進行評價。畢業設計新模式如圖2所示。

“X 型”畢業設計模式的引入，需要改革和突破傳統的畢業設計評價體系，需要將以往的“終端”評定方式向“階段累積+終端綜合”評定方式轉變，需要引進跨學科跨專業評定畢業設計成績的機制。“X 型”畢業設計模式的引入，使學生有機會獲得“傳統畢業設計科目”的免修，讓學生有精力、時間面對就業和升學的壓力。

（二）面向工程應用需要，結合目標定位進行科學選題

本科畢業設計選題的合理性直接影響著畢業設計的完成質量，為此畢業設計選題既要考量學生完成任務的可行性和鍛煉程度，又要貼近工程實際、面向學生就業崗位。任務量和難度要符合學生的實際情況，使一般學生通過努力就可以完成，優秀學生有空間進行創新和拓展。

首先，以傳統選題方式為基礎，繼承多年來積累的經典選題方案。如土建類的學生畢業設計內容可以“建筑設計+結構設計”和“教師提供建筑方案+學生完成結構設計”方案為主線，根據情況加入施工組織設計，使其與土建類學生的就業特點相結合。為了使學生更好地掌握設計的基本理論與方法，提高知識鏈的綜合運用能力，結構設計應以手算為主，輔以機算進行校核。這樣做的好處一是加深了學生對計算途徑及過程的認知和消化，二是加強了學生對基本工程數據的理解和掌握，使學生取得初步的工程經驗。

其次，以創新思維拓寬選題來源，從企業工程實際中挖掘畢業設計選題，實踐畢業設計新模式。校企合作共同參與畢業設計的教學模式，發揮了校企合作的優勢，將企業對人才的要求融入人才的培養過程，便于企業考查學生的能力素質，從中挑選優秀畢業生充實企業人才隊伍。選題來源于企業工程實際，向企業聘請導師，搭建協同育人平臺，讓學生根據自己的興趣和特長加入企業團隊參與實際工程項目，在工程設計、施工組織管理、技術創新研究中真題真做，得到充分的鍛煉。

（三）著眼過程指導，強化執行設計標準的力度

在指導畢業設計時，教師一方面應投入精力指導設計的各個過程，及時發現學生設計中出現的問題，對設計進程進行把控，融入工程項目經濟合理、構造完整、結構可靠的要求；另一方面要引導學生通過畢業設計活動養成遵守標準、執行規范的習慣。

在建筑設計階段要啟發學生在建筑的美觀性、功能的完備性、技術的創新性等方面下功夫；在結構設計階段要重點指導學生注意結構的選型與布置、內力分析與計算模型、結構截面的設計，把握方向的正確性；在施工圖繪制階段要從指導CAD圖紙繪圖環境的設置著手，引導學生注重圖樣表達的效果，及時糾正圖紙錯誤；在設計文件撰寫與整理階段，要檢查學生遵守標準、執行規范的情況，然后提出修改意見。

在國家工程建設中，各類國家標準和規范都是重要的技術文件，建設項目的勘測、設計、施工及驗收都必須嚴格遵守國家標準和相關規范。因此，除了要在下達的畢業設計任務書中明確列好遵守的標準和執行的規范，還需在畢業設計不同階段，將標準規范分為制圖標準、建筑設計標準、結構設計標準、標準圖集四個方面給學生做介紹。另外，設計成果文檔也要嚴格按照國家標準要求制作。這樣能使學生從開始進行畢業設計時就清楚了解最后完成的設計文件應達到的完整性和規范性要求，從而培養出既有創新能力又嚴謹細致的新工科人才。

土建類是我國高等教育傳統的工科專業，在國家經濟建設中發揮了巨大作用。讓老工科新起來，需要改變傳統的辦學思維，完善評價體系，全方位打通理論聯系實際的渠道。作為本科教育階段收官學習的畢業設計，應以提高工程素質、綜合能力、合作精神為目標。畢業設計的形式可以向多元化發展，畢業設計的啟動時間可適當提前，畢業設計的選題要注重可塑性、實際性、合理性，畢業設計進程的管控措施應具體有效。高效的畢業設計鍛煉，可為學生走向工作崗位、完成工作任務打下良好的基礎。