面向解決復雜工程問題的土木工程專業畢業設計教學改革探索

趙雪娟，李志永

（1.唐山學院土木工程學院，河北 唐山 063000；2.唐山市規劃建筑設計研究院，河北 唐山 063000）

0 引言

我國在《中國教育現代化2035》和《教育部工業和信息化部中國工程院關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》中均明確提出要樹立工程教育新理念，全面落實“學生中心、產出導向、持續改進”的教育理念，對所有學生，注重學習效果，加強質量水平，持續提升工程人才培養水平。卓越工程師計劃2.0的前提和基礎是通過工程教育專業認證。自我國20世紀90年代初的建筑學、土木工程等專業認證試點開始，工程教育專業認證實踐僅有30年的發展歷史[1]。針對土木工程專業的認證，《工程教育認證通用標準解讀及使用指南（2022版）》中明確給出了畢業生在12個方面的畢業要求和解釋。新的認證標準中有8項要求是直接針對解決復雜工程問題而提出的能力要求，本科生工程教育的基本定位是培養學生解決復雜工程問題的能力[2]，因此具備解決復雜工程問題的能力成為學生的核心畢業要求。如何定義土木工程專業的復雜工程問題并將其體現在教學環節是亟待解決的問題。畢業設計是土木工程專業中的一門重要的實踐課程，本文通過優化畢業設計選題、設計模式、指導模式為土木工程專業實現培養學生具備解決復雜工程問題的能力提供有益的實踐參考。

1 復雜工程問題的內涵

復雜工程問題的特征。復雜工程問題是指沒有深入的工程知識就無法解決，需要進行基礎性和原理性分析的問題?！度A盛頓協議》和《工程教育認證標準》均給出了“復雜工程問題”的特征條件。

復雜工程問題的關鍵在于“復雜”。復雜至少包括三個層面的含義：突破常見問題場景，創新標準和方法；超越單一學科知識，需要多樣化技術知識體系；超越純粹技術范疇，統籌兼顧非技術因素的沖突。[3]所以復雜工程問題不等同于復雜工程技術問題，復雜工程技術問題屬于復雜工程問題的一種，但不是全部。復雜工程問題可以是一些工程基本問題，但同時問題本身可能受到多方面的制約，問題的解決需要去從多方面權衡，更需要結合工程項目當前的狀況做出判斷，給出最終的解決方案。

2 土木工程專業畢業設計中存在的問題

2.1 畢業設計題目類型比較單一，缺乏復雜工程問題的設計

我校的畢業設計通常是由指導教師指定題目，設計題目分為兩大類型：畢業設計論文和建筑工程的建筑結構設計或道路工程的線路設計。畢業論文的占比較少，本文主要以建筑工程的建筑結構設計為例進行分析。建筑工程的建筑結構設計分為兩個方向：道路與橋梁工程方向和房屋與建筑工程方向。以建筑工程方向為例，一般要求學生在教師給定的任務要求下完成相應工程項目的建筑結構設計。擬定的工程項目大都是框架結構的辦公樓、宿舍樓、教學樓等類似建筑的設計，設計題目雖然取材于類似的工程，但并沒有完全使用真實的工程資料。

2.2 畢業設計涵蓋專業有限，缺乏復雜工程問題的系統性

建筑工程畢業設計主要包括建筑方案的設計、建筑施工圖的繪制、結構施工圖的設計等主要內容，但是建筑工程是一項綜合復雜的工程，它不僅涉及建筑學、結構工程專業，還涉及項目規劃、給排水專業、暖通專業等多個專業，而且還與機電、環境保護等緊密聯系。尤其自我國提出實現碳達峰、碳中和的目標以來，如何在建筑工程中實現節能減排是雙碳目標中非常重要的一環。為實現雙碳目標，我們可以加快發展裝配式建筑、推出更多的綠色建筑和超低能耗建筑。目前的畢業設計中并沒有體現上述內容，缺乏對建筑工程系統性設計的考慮，不符合解決復雜工程問題的要求。

2.3 畢業設計指導模式傳統，缺乏交叉綜合培養的特征

以往的畢業設計大都是采用“一人一題目、一師指導多人”的傳統模式，若在畢業設計中達到培養解決復雜工程問題能力的要求，對指導教師來說不論是從知識儲備還是時間精力上都存在較大的難度，而且專業教師多專注于其所研究領域的某一個或幾個研究方向，很難完全覆蓋畢業設計要求的全部內容。在復雜工程問題特征要求的背景下，對指導教師在專業寬度和深度上都提出了更高要求，單個指導教師很難較好地滿足畢業設計指導任務的要求。

3 面向解決復雜工程問題的土木工程畢業設計改革措施

針對以上提出的畢業設計中存在的問題，可以從以下三方面考慮解決：

3.1 體現解決復雜工程問題的畢業設計選題

為了在畢業設計中體現解決復雜工程問題，首先在源頭上必須考慮復雜工程問題的嵌入，借助于成果導向的教育理念，可以進行反向教學設計，摒棄傳統單一的純框架結構的設計題目，設計服務實際工程的多要素待解決問題。

畢業設計題目的來源可以分為三部分：一是來自合作企業，包括校企合作單位、學生的就業單位、產學研合作企業等，此類題目均來自實際工程，工程種類豐富，工程資料齊全，設計過程中需要權衡考慮的因素較多，不必局限于傳統單一的框架類建筑結構的設計。例如：高層剪力墻結構、框架-剪力墻結構類型的建筑結構設計、深基坑支護、地基處理、大型工程的施工組織設計、裝配式建筑結構的設計等均可作為畢業設計題目；二是來自指導教師的科研項目，此類畢業設計大部分為畢業論文，可以來自指導教師的縱向課題，側重于理論研究型的項目，也可以來自指導教師的橫向課題，側重于解決工程中的實際問題，此類型的畢業設計都要求學生在畢業設計正式開始以前就實際參與到教師的項目當中，對項目有較清楚的了解，以保證在有限的時間內完成畢業設計的全部內容；三是來自教師擬定的設計題目，項目可以是已建或待建工程，或者是根據學生的研究學習興趣立題。

3.2 項目合作式的畢業設計模式

基于復雜工程問題的特征，可以開發項目合作式的設計模式。對于某一整體建設項目，可以將建筑學、結構工程、給排水科學與工程、建筑環境與能源應用工程、工程造價、工程管理等多專業結合在一起進行項目團隊式畢業設計。本設計模式需要的時間相對較長，可以提前一學期進行畢業設計的布置，明確每一個團隊成員的設計任務，設計過程中各專業必須相互交流、相互合作才能共同完成整個項目的設計和管理。此種模式更真實地模擬了實際的工作環境，使學生能夠更系統地了解各專業的設計流程，處理各專業存在的矛盾問題，有意目的地主動去協調和解決設計過程中出現的分歧問題，加強團隊協作精神，可以較好地實現解決復雜工程問題的要求。

3.3 團隊式的畢業設計指導模式

針對傳統的師生一對一指導方式的不足，在畢業設計題目確定之后，根據學生選題組建畢業設計指導教師團隊。根據設計題目要求在專業范圍內甄選設計指導教師，在指導教師和學生之間形成多對一的指導模式。聘請企業優秀的專業負責人或行業專家加入指導團隊，在畢業設計過程中既能提供扎實的理論基礎指導，也能給予豐富的工程實踐經驗的介紹，為學生提供全系統的指導。每位學生配備一名主指導教師，負責協助學生制定畢業設計計劃，詳細指導該生的畢業設計，控制該生的畢業設計進度和工作質量。團隊內的其他教師也同時為該生提供輔助性的指導，尤其在遇到需要綜合解決問題的時候，可以得到不同老師的指導意見最后由學生決策定奪，從而達到培養學生具備解決復雜工程問題的處理能力的目標。在畢業設計指導過程中，還可以充分開展工程師和專家進校園活動，為學生帶來不同專題的講座和報告，開闊學生視野，激發學生解決問題的動力和新思路。

4 結論

培養學生使其具備解決復雜工程問題的能力是所有工程類專業的核心任務，尤其是自我國開展工程教育認證以來，對如何提高解決復雜工程問題的能力提出了更高的要求。畢業設計是土木工程專業本科培養計劃中最后一個綜合性課程教學環節，是對即將走向工作崗位的學生最接近工程實際的一次全模擬演練。本文通過從畢業設計選題、畢業設計的完成模式和教師指導模式三個方面進行了教學改革探索，希望能夠為工程教育認證中提出的如何解決復雜工程問題能力的培養提供有益借鑒。