“建筑結構輔助設計”課程的改革與探索

冀慧　賈冠華

摘? ? 要：工程教育堅持以學生為中心，注重理論知識的實踐運用。文章以土木工程專業“建筑結構輔助設計”課程為例，對標工程教育專業認證的畢業目標，介紹了本課程的教學目標，并就課程的教學現狀及存在的問題進行了梳理，結合實踐教學經驗，從教學模式、教學要點等方面進行了改進及探索，以期實現課程教學目標，培養土木工程專業實踐型的創新人才。

關鍵詞：工程教育；“建筑結構輔助設計”課程；教學模式；教學要點

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1002-4107（2023）05-0054-03

2016年6月，我國正式加入《華盛頓協議》，一方面，我國的工科教育資格與成員國之間實現了多邊互認，推動了中國工程教育規范化、國際化的發展；另一方面，為更好地應對產業變革帶來的挑戰，工科教育要求注重人才質量的提高，培養具有國際視野的工程師，促進工科教育的改革與發展[1-2]。我國工程教育專業認證的核心理念是“成果導向，以學生為中心，持續改進”。土木工程作為傳統工科專業，在專業培養模式改革、教學計劃制定及課程講授中需要注重以學生為主體，不斷改進教育質量，培養能夠解決復雜工程問題的土木工程創新人才。

“建筑結構輔助設計”是土木工程專業本科生的一門專業選修課程。學生通過該課程的學習，熟練掌握PKPM等結構計算軟件操作技能，從而提高自身的結構設計分析能力、施工圖繪制能力及綜合創新能力，培養自主學習和終身學習的意識，為畢業后從事工程設計工作、解決實際問題打下良好的基礎。

一、“建筑結構輔助設計”課程教學現狀

“建筑結構輔助設計”課程一般安排在本科第七學期，2學分，包括16課時理論授課及16課時上機操作。前序課程包括“工程結構荷載與可靠度設計原理”“混凝土結構設計”“鋼結構設計”等。課程以PKPM軟件運用為主，包括結構設計軟件介紹、不同結構體系的建模方法、SATWE結構計算、結構的優化設計及施工圖的繪制等。

對標土木工程教育專業認證的畢業目標，本課程的課程目標與土木工程專業畢業目標對應關系如表1所示。

目前，“建筑結構輔助設計”課程存在以下問題：（1）學生在前序課程中學習了工程結構荷載、混凝土結構設計、鋼結構設計及建筑結構抗震設計等專業基礎知識，但是，學生缺乏對知識點的系統性整合，對結構的布置方法及結構設計要點認識不足，對課程中提到的相關知識點無法及時反饋。（2）結構計算的難點及重點在于設計參數的選取，軟件學習過程中，學生更注重軟件的操作及模型的建立，對計算參數的含義及確定方法掌握不扎實，普遍缺乏對結構設計規范、標準及圖集的運用能力。（3）隨著信息技術的快速發展及設計規范的優化，結構計算軟件更新較快，任課教師對新技術、先進設計理念等更新不及時，加之自身缺乏工程設計經驗，過多地依賴教材實例，無法體現實際工程問題及設計技巧，課程往往限于軟件的演示及操作流程的介紹，無法調動學生的學習興趣及熱情，影響了課堂教學效果。（4）由于軟件權限等問題的限制，學生對結構設計軟件的使用僅限于課程本身，缺乏實踐運用及操作機會。（5）評價方式單一，傳統的考核方式為筆試和機試相結合，考題相對單一，無法在規定時間內真實有效地反映學生對軟件的掌握情況及設計思路。

二、“建筑結構輔助設計”課程教學模式及要點

（一）教學模式

“建筑結構輔助設計”課程注重對學生實踐運用能力的培養，重點是使學生掌握一種設計軟件的應用、掌握混凝土結構設計流程、正確理解結構工作性質， 進而達到“能力”培養的目的[3]。學習過程中需要結合土木工程專業前期的專業基礎課程的基本原理，進行系統整合梳理，這是本課程的難點之一。此外，本課程服務于實踐，在授課中要注重培養學生的實踐動手能力。結合專業培養計劃及學生學情分析，本課程采用了“三元一體”的教學模式，基于“課堂講授”“工程實例”及“實踐訓練”實現知識獲取、知識內化及知識遷移，通過系統化的教學模式，鍛煉并加強學生歸納總結、主動學習的能力（圖1）。“課堂講授”主要圍繞施工圖繪制軟件模型的建立、計算參數的確定、計算結果的校驗及結構優化展開，授課過程中需要密切結合工程規范及標準，方便學生掌握參數的確定方法，同時幫助學生建立專業嚴謹的態度，養成良好的行業習慣。“工程實例”主要結合實際工程案例，通過計算書及施工圖，幫助學生強化知識要點在實踐中的運用，培養學生發現問題并積極探索的能力。“實踐訓練”包括機試考核、課程實踐、配套課設、結構大賽及畢業設計等內容，幫助學生鞏固深化相關知識，提升實踐能力及團隊協作能力。本課程“三元一體”的教學模式注重專業知識的綜合應用，強調專業實踐能力的培養，突出以學生為中心的教學理念，有助于學生專業素質及工程能力的提高。

（二）教學要點

1.實例教學，突出工程運用

工程實例教學有助于讓學生理解知識及其應用情境[4]。教學過程中，通過具體工程實例的引入，幫助學生掌握結構設計的過程及方法，通過實例中存在的問題，強化學生對知識的理解及軟件的掌握。例如，在框架結構分析計算時，通過汶川地震中某居民樓的模型建立，輸入汶川地震波，分析結構的受力及變形情況，并與實際結構破壞情況進行對比，鍛煉學生的建模分析能力，同時，有效地將混凝土結構設計、結構抗震等知識系統運用于實例分析，通過與現場圖片的對比，驗證了結構分析的有效性，體現了結構計算的重要性。

2.規范解讀，提高專業素質

規范、標準及圖集對結構設計方法及表達進行了規范化統一。在授課過程中，設計參數的選定離不開規范的具體規定，根據授課內容對應知識點，結合《混凝土結構設計規范》《建筑結構可靠性設計統一標準》《建筑與市政工程抗震通用規范》及 16G 101 圖集增加了規范條文的講解，結合具體實例計算，深化學生對參數的理解，突出了工科教育的應用性，有助于學生養成嚴格遵守各種標準規范的習慣，使之具備良好的工程素質。

3.實踐訓練，培養設計能力

首先，及時對軟件進行升級，通過與北京構力等專業結構軟件服務公司等進行校企合作，獲得軟件與教學支持，新版軟件對傳統加密鑰的方式進行了優化，采用授權碼的方式，學生可自主進行軟件的安裝及使用，不受時間、地點的約束。其次，“建筑結構輔助設計”課程除了16學時的實踐課程外，配套安排一周的“建筑結構設計軟件計算”的實踐課程，要求學生完成對實際工程的完整結構設計及施工圖繪制，一方面，提高并強化了學生對結構計算軟件的掌握，另一方面，也鼓勵學生學習掌握其他結構軟件，并加以對比分析，引導學生自主探索及學習。另外，通過指導學生參加專業結構設計大賽，鼓勵學生將所學知識融合運用到結構設計中，引導學生正確判斷計算結果的正確性和合理性，進行合理的優化。在本專業畢業設計中也進一步提高了結構計算軟件的運用程度，通過手算與機算結果的對比分析，強化了對專業知識的系統性梳理，同時提高了畢業設計的質量及效率。

4.注重過程，實現全方位考核

考核采用“過程40%+總評60%”的方式，突破了傳統的機試+筆試的模式，注重過程的考核，在實踐課程及課堂講授中，重點考核學生的參與度、掌握度與自主學習能力，通過課堂問答、小組討論、翻轉課堂等形式，及時掌握學生的動態，通過雨課堂，了解學生反饋，便于教師及時進行教學方法等的調整。總評主要采用機試，擬建建筑以規則結構為主 ，根據實際教學及學生的掌握情況，給定基本設計要素，以便學生在考試規定的時間內能順利完成整個結構的建模和計算，而成績差別主要體現在對具體細節，如參數、尺寸和材料等的掌握處理及結構優化上，從而使期末考核既能反映學生學習水平，又能幫助他們查缺補漏 ，操作能力和知識水平更上一個臺階。該考核方式主要考查學生課程學習的整體效果是否達到教學目標的要求，充分體現課程考核的全程化、多元化思想。

5.融入思政，深化職業使命感

高校教育要堅持把立德樹人作為中心環節，把思想政治教育工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人[5]。本課程通過工程實例、行業規范標準的解讀等，將思政內容與課程內容有機結合，培養理想堅定、專業扎實、勇于探索的工程專業人才。

三、教學成效

1.教學教研方面：基于過程考核，課程教學反饋及時，教師能及時、準確地掌握學生各階段的學習狀態，清楚學生在學習中遇到的困難，及時調整教學方法，解決教學中遇到的問題，教學質量不斷提升，學校及學院予以肯定并提出寶貴意見，學生評教連續3年優秀。

2.課程成效：學生理論聯系實際能力得到強化、學習參與度明顯提高；學生到課率及課堂參與度均明顯提高，對結構設計流程及要點的掌握更加扎實，能夠將“建筑結構輔助設計”課程中的計算方法運用于課程設計、畢業設計等實踐環節，畢業設計質量顯著提高。傳統的畢業設計主要進行簡單結構的手算，由于結構計算量大，因此，畢業設計題目多為多層框架及框剪結構，借助PKPM等信息化的結構計算軟件后，畢業設計題目的類別及要求更接近實踐工程，學生借助軟件可以完成高層結構的設計甚至是復雜結構的計算分析，專業能力得到了進一步提高。文章匯總了近5年土木工程專業畢業設計題目類別及軟件使用率（圖2）。

3.升學就業：學生對學科知識點的梳理、歸納能力明顯提升，形成了專業知識網絡，為更高層次的研究及學習奠定了基礎，利于將專業知識服務實踐工程運用，學生的考研升學率及就業率均顯著提高。

4.素質拓展能力明顯提升：學生積極參加土木工程專業競賽及大學生創新創業項目，多次榮獲山西省大學生結構設計大賽一等獎、二等獎、三等獎。通過實踐賽事，學生鞏固深化了相關結構設計知識，提升了實踐能力及團隊協作能力。

“建筑結構輔助設計”課程堅持以學生為中心，以知識應用于實踐能力為主線，以專業基礎知識及軟件計算為依托，通過“課堂講授”“工程實例”及“實踐訓練”的“三元一體”教學模式，教學過程注重實例講解、規范解讀、實踐訓練、過程考核及思政融入，實現了從理論到實踐的有效結合，結合教學成效及時形成教學反饋，實現了完整的教學環節。有效激發學生自主學習的積極性，提高其自主學習、綜合運用軟件的能力，保證了課程目標的有效實現。

參考文獻：

[1]? 華爾天，計偉榮，吳向明.中國加入《華盛頓協議》背景下工程創新人才培養的探索與實踐[J].中國高教研究，2017（1）：82.

[2]? 韓曉云，孫慶申.從“國際工程認證”到“雙萬計劃”：我國工科專業人才培養思路[J].黑龍江教育（理論與實踐），2020，74（4）：1.

[3]? 安靜波，胡曉軍.“高層建筑結構及輔助設計”教學體系改革與實踐[J].合肥學院學報（綜合版），2018，35（2）：142.

[4]? 劉建平，賈致榮，師郡.基于OBE教育理念的混合課程教學改革：以混凝土與砌體結構設計課程為例[J].高等建筑教育，2018，27（6）：90.

[5]? 習近平在全國高校思想政治工作會議上強調? 把思想政治工作貫穿教育教學全過程? 開創我國高等教育事業發展新局面[N].人民日報，2016-12-09（1）.

編輯 丁俊玲