基于CDIO工程教育理念的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革研究*

王曉飛 石 靜

（南陽(yáng)師范學(xué)院土木建筑工程學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473061）

畢業(yè)設(shè)計(jì)是土木工程專業(yè)本科教育階段的最后一個(gè)綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生綜合運(yùn)用土木工程專業(yè)基本理論、專業(yè)技能分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題與創(chuàng)新研究的過(guò)程，也是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和專業(yè)素質(zhì)的全面檢查[1,2]。畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量將直接影響學(xué)生日后工作以及學(xué)習(xí)的質(zhì)量，是土木工程專業(yè)教育質(zhì)量的體現(xiàn)。2019 年10 月，教育部印發(fā)了《關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見》，指出嚴(yán)把考試和畢業(yè)出口關(guān)，其中畢業(yè)出口關(guān)要求科學(xué)合理制定本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求，嚴(yán)格全過(guò)程管理，嚴(yán)肅處理各類學(xué)術(shù)不端行為，嚴(yán)格學(xué)士學(xué)位標(biāo)準(zhǔn)和授權(quán)管理等。2021 年1 月7 日，教育部官網(wǎng)印發(fā)《本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）抽檢辦法（試行）》通知，明確了本科畢業(yè)論文抽檢每年進(jìn)行一次，抽檢對(duì)象為上一學(xué)年授予學(xué)士學(xué)位的論文，抽檢比例原則上不低于2%。而目前土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量普遍較低，究其原因主要是土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)大多結(jié)合工程實(shí)際，綜合性較強(qiáng)，計(jì)算工作量大，而畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中常存在選題不當(dāng)、指導(dǎo)教師精力投入不足、學(xué)生缺少必要的培訓(xùn)、考核機(jī)制不嚴(yán)格等問(wèn)題。

為了從根本上解決土木工程專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量低的問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一套以學(xué)生為主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的畢業(yè)設(shè)計(jì)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作模式（即CDIO教育模式）。CDIO畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)大綱將畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。利用CDIO教育模式可以在實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高學(xué)生的技術(shù)知識(shí)和推理能力、綜合性學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、主動(dòng)學(xué)習(xí)習(xí)慣、人際交往技能等，還可以提升教師的教學(xué)能力。

1 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

1.1 教學(xué)模式傳統(tǒng)，形式缺乏創(chuàng)新

我院的土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題長(zhǎng)期沒(méi)有變化，設(shè)計(jì)內(nèi)容也比較單一，大部分為多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基本沒(méi)有緊跟實(shí)際工程的發(fā)展引入創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)內(nèi)容。面對(duì)千篇一律的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容，大部分學(xué)生只能按部就班地完成，甚至互相抄襲，只知其然不知其所以然，沒(méi)有主動(dòng)設(shè)計(jì)的概念，更談不上創(chuàng)新創(chuàng)意。此種教學(xué)模式將直接影響土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)及整體畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的水平。

1.2 教學(xué)指導(dǎo)過(guò)程簡(jiǎn)單，缺乏系統(tǒng)細(xì)致的教學(xué)方案

畢業(yè)設(shè)計(jì)是綜合知識(shí)運(yùn)用實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，它將各個(gè)課程的專業(yè)知識(shí)及現(xiàn)行規(guī)范密切結(jié)合運(yùn)用[3]。部分學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，綜合運(yùn)用能力較差，而且思想懶惰，基本不會(huì)查閱相關(guān)資料，只想機(jī)械效仿設(shè)計(jì)例子，照貓畫虎，從不善于獨(dú)立思考和解決問(wèn)題[4]。即使有多數(shù)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)扎實(shí)，但日常教學(xué)中缺少實(shí)際的專業(yè)實(shí)踐，其在畢業(yè)設(shè)計(jì)中也很難有宏觀設(shè)計(jì)理念并將其運(yùn)用。針對(duì)上述問(wèn)題，指導(dǎo)教師應(yīng)該設(shè)計(jì)更為系統(tǒng)細(xì)致的教學(xué)指導(dǎo)方案，但我院的指導(dǎo)模式還僅限于簡(jiǎn)單安排任務(wù)、回答學(xué)生疑問(wèn)等。

1.3 考核方式不科學(xué)

目前我院對(duì)土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核方式是通過(guò)答辯了解學(xué)生的設(shè)計(jì)成果，答辯過(guò)程還是針對(duì)具體的問(wèn)題。這種考查方式不僅存在以偏概全的現(xiàn)象，也無(wú)法區(qū)分學(xué)生設(shè)計(jì)水平的高低。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文通過(guò)調(diào)研學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中的具體質(zhì)量問(wèn)題，分析出現(xiàn)各種質(zhì)量問(wèn)題的具體原因，基于CDIO 工程教育模式對(duì)土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革研究。

2 基于CDIO工程教育模式的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

基于CDIO 工程教育模式的建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本思路如圖1所示。

圖1 建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本思路

針對(duì)圖1 中畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本思路，基于CDIO 工程教育模式培養(yǎng)畢業(yè)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)能力。

（1）培養(yǎng)學(xué)生建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的能力。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)是運(yùn)用人的思維和判斷能力，在設(shè)計(jì)前期從宏觀上決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重大問(wèn)題，既符合功能要求，又具有足夠的整體性和抗災(zāi)害能力，從宏觀上決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題。建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的總體方案對(duì)造價(jià)、安全的影響是幾倍，而后期的構(gòu)件計(jì)算對(duì)其影響是百分之幾。由此可見，概念設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的前期環(huán)節(jié)，而學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中往往只針對(duì)構(gòu)件的計(jì)算進(jìn)行大量的工作，很少有人會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，這主要是因?yàn)閷W(xué)生不具備建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的能力。

（2）加強(qiáng)學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)。概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)中均存在大量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，某個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定往往需要綜合考慮多個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)才能準(zhǔn)確確定，而由于學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的掌握不夠牢固、不夠全面，確定的設(shè)計(jì)參數(shù)不合理甚至錯(cuò)誤，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)存在安全隱患，這一類的設(shè)計(jì)往往是不及格的。因此，需要在設(shè)計(jì)的每個(gè)環(huán)節(jié)與學(xué)生反復(fù)探討結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)。

（3）提升學(xué)生個(gè)人與人際團(tuán)隊(duì)能力。大多數(shù)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)全部由自己完成，但在短時(shí)間內(nèi)，以學(xué)生自己的能力很難面面俱到地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，這樣將導(dǎo)致學(xué)生的難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)沒(méi)有時(shí)間解決，個(gè)人能力沒(méi)有得到提升。除此之外，因?yàn)闆](méi)有其他人員的參與，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的人際團(tuán)隊(duì)能力。

3 基于CDIO工程教育理念的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革實(shí)施方案

基于CDIO 工程教育理念的土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革實(shí)施技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 畢業(yè)設(shè)計(jì)改革實(shí)施技術(shù)路線

圍繞圖2 所示的總體技術(shù)路線，基于CDIO 工程教育理念的土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革實(shí)施方案確定如下：

（1）建立初選設(shè)計(jì)題目庫(kù)并確定每一位學(xué)生的選題方案

通過(guò)查閱資料、外出調(diào)研等手段，充分了解目前土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題類型及其內(nèi)容，結(jié)合我校土木工程專業(yè)、學(xué)生的特點(diǎn)、教師的科研項(xiàng)目或科研強(qiáng)項(xiàng)以及目前各地區(qū)廣泛推廣的新型建筑結(jié)構(gòu)形式等，分析并挑選適合我校校情的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題作為初選題目備用庫(kù)。以南陽(yáng)師范學(xué)院土木建筑工程學(xué)院為例，部分教師的初選題目如表1所示。利用面對(duì)面或網(wǎng)絡(luò)等交流方式與學(xué)生進(jìn)行溝通交流，啟發(fā)并引導(dǎo)其在初選題目中選擇適合他們自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目并完成任務(wù)書的編寫。

表1 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)部分教師初選題目

（2）考慮學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平制定畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)指導(dǎo)方案

首先制作概念設(shè)計(jì)微課并指導(dǎo)學(xué)生完全消化理解，然后針對(duì)不同的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題建立設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)庫(kù)并制作成微課，利用面對(duì)面或網(wǎng)絡(luò)等交流方式考察學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平制定畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)指導(dǎo)方案。教學(xué)指導(dǎo)方案包括概念設(shè)計(jì)教學(xué)指導(dǎo)方案、初步設(shè)計(jì)教學(xué)指導(dǎo)方案以及施工圖設(shè)計(jì)教學(xué)指導(dǎo)方案三部分，每一部分均有書面教學(xué)方案以及數(shù)字教學(xué)方案兩種形式。其中，建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)中一般包括兩大部分，一部分是建筑設(shè)計(jì)部分，一部分是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分。其中，建筑設(shè)計(jì)部分不作為土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，所以一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目中需要建筑學(xué)學(xué)生與土木工程學(xué)生共同參與。選擇掌握不同知識(shí)點(diǎn)的學(xué)生作為一組，充分發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)相互學(xué)習(xí)，再在上述教學(xué)指導(dǎo)方案的基礎(chǔ)上詳細(xì)指導(dǎo)，最終完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。

（3）制定畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核標(biāo)準(zhǔn)

制定畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核標(biāo)準(zhǔn)，主要包括：①設(shè)計(jì)的構(gòu)思能力；②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)與推理能力；③個(gè)人與人際團(tuán)隊(duì)能力；④最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化程度。畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核分兩部分，一部分是指導(dǎo)教師對(duì)指導(dǎo)學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)的考核，另一部分是答辯中答辯老師對(duì)答辯學(xué)生表現(xiàn)的考核，以上兩部分考核均為百分制，最終考核成績(jī)=平時(shí)考核成績(jī)×0.7+答辯考核成績(jī)×0.3。畢業(yè)設(shè)計(jì)的考核是以目標(biāo)為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)、綜合性的學(xué)習(xí)，主要評(píng)價(jià)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)、工程推理和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生平時(shí)考核標(biāo)準(zhǔn)、答辯考核標(biāo)準(zhǔn)分別如表2和表3所示。

表2 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)平時(shí)考核標(biāo)準(zhǔn)

表3 土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯考核標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)語(yǔ)

基于CDIO 工程教育模式制定了土木工程專業(yè)建筑結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革實(shí)施方案，以期培養(yǎng)畢業(yè)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)能力。