新工科視域下土木工程專業畢業設計教學改革

［摘 要］ 在新工科教育理念的驅動下，土木工程專業亟待轉型升級以適應現代工程教育對創新能力與實踐能力并重的新要求。針對傳統畢業設計在培養學生實踐創新能力上的局限性，此研究聚焦于混凝土框架結構設計領域，創新性地引入基礎隔震技術作為教學案例，探討將此前沿技術融入畢業設計的教學改革策略。通過實踐探索與效果評估，驗證了該改革模式的有效性與可行性。結果顯示，改革后的畢業設計體系顯著增強了學生對新興技術的理解與掌握，有效激發了其創新思維與實踐探索的熱情，進而大幅提升了畢業設計的創新性、實用性和整體質量。

［關鍵詞］ 土木工程；畢業設計；教學改革；隔震技術

［基金項目］ 2023年度國家自然科學基金項目“混合連接裝配式框架節點震損機理及減震修復設計方法研究”（52208173）

［作者簡介］ 許偉志（1990—），男，江蘇宿遷人，博士，南京工業大學土木工程學院副教授，主要從事工程抗震與減震控制研究；王曙光（1972—），男，江蘇鹽城人，博士，南京工業大學土木工程學院教授，主要從事工程抗震與減震控制研究。

在新工科背景下，國家對高素質工程技術人才的需求日益凸顯，對土木工程教育提出了更為嚴格的要求。當前，傳統土木工程教育面臨課程內容滯后、教學手段單一、實踐能力培養不足等挑戰［1-2］。特別是在高等教育階段，如何通過教學改革激發學生的創新思維，提升其解決復雜工程問題的能力，成為教育工作者亟待解決的關鍵問題。傳統教育模式雖強調理論與實踐相結合，但在教學內容上缺乏對新技術動態和科研成果的及時融入，導致學生難以適應快速變化的工程技術環境。畢業設計作為土木工程教育的重要一環，不僅是學生學術成果的集中展示，更是其邁向職業生涯的重要橋梁。然而，當前畢業設計的內容和形式相對固化，難以充分發揮其應有的育人功能。因此，改革畢業設計的內容與形式，特別是引入新興的工程技術，對于提升學生的實踐能力和創新思維具有深遠的現實意義。本研究以基礎隔震技術在混凝土框架結構設計中的應用為例，旨在探索土木工程專業畢業設計的教學改革新路徑，為新工科背景下的工程教育提供有益參考。

一、畢業設計選題

（一）選題意義

“十四五”規劃明確提出建設韌性城市的目標，這對建筑結構的抗震性能提出了更高要求。基礎隔震技術作為現代抗震工程的重要手段，已在眾多重點工程中得到廣泛應用。特別是《建設工程抗震管理條例》的實施，進一步推動了隔震技術在高烈度設防地區重點建筑中的應用。然而，當前土木工程專業本科學生對這些新技術的認知尚淺，難以有效應用于工程實踐。同時，畢業設計題目多集中于傳統結構設計，缺乏創新性和實用性，無法滿足新時代建筑行業對高素質人才的需求。因此，本研究將基礎隔震技術引入混凝土框架結構的畢業設計中，旨在通過實際項目的訓練，增強學生的技術掌握能力，提升其設計能力和創新意識。

（二）培養目標

本次畢業設計改革設定了明確的三維培養目標：知識目標、能力目標和素養目標。知識目標包括深入理解混凝土框架結構設計原理、熟練掌握結構設計與計算的理論基礎、系統掌握隔震技術原理及應用等；能力目標則強調綜合運用專業知識解決實際問題的能力、團隊合作精神和跨學科協作能力、運用新技術進行工程設計與創新的能力等；素養目標則注重培養學生的職業使命感、嚴謹細致的工作態度、高尚的職業道德以及探索精神和創新意識。

二、畢業設計教學改革舉措

（一）設計任務

設定設計任務是畢業設計的重要環節，首先應該厘清基礎隔震與傳統抗震框架結構設計流程的差異，并據此制訂針對性的進度計劃。鑒于學生對隔震技術認知不足，在正式開展設計任務前需從隔震設計理念、常用隔震裝置及典型隔震項目三個方面闡述隔震設計原理。傳統框架結構設計流程包括：結構選型與布置、計算簡圖與荷載計算、框架內力計算及內力組合、梁柱截面設計、樓面板設計、樓梯結構設計、基礎設計。由于隔震技術的引入，在“計算簡圖與荷載計算”環節需要確定隔震層布置方案，方能依據《隔震建筑設計標準》［3］計算地震作用。因此，隔震層布置方案及地震作用計算方法均為兩類結構設計的顯著差異。在完成樓面板設計之后，仍應對基礎隔震結構開展大震彈塑性時程分析，依據《隔震建筑設計標準》驗算隔震層變形、支座極限應力等指標，這也是畢業設計任務新增的難點工作。在結構施工圖繪制環節，對于設計選題為傳統抗震框架結構的學生需完成梁、板、柱、樓梯和基礎等施工圖繪制，而采用基礎隔震技術后，需要增加隔震支座平面布置圖及隔震層大樣圖。由于引入隔震技術后，畢業設計任務增加，需在傳統設計環節壓縮時間，從而為新增內容提供設計周期。

（二）學習素材

不同于其他課程教學，土木工程畢業設計教學課程通常沒有固定的教材和固定的上課時間。畢業設計指導不是照本宣科，但是研究可以推薦一些優秀素材供學生學習參考。本課程推薦參考徐秀麗主編的《混凝土框架結構設計》［4］，該書通過具體結構案例介紹了混凝土框架結構設計的完整過程。針對隔震技術的引入，推薦日本建筑學會編著的《隔震結構設計》［5］為參考。此外，不同于其他課程，結構設計很多計算需要嚴格依照相關規范要求。因而，關鍵規范條文的學習與理解至關重要。為學生提供重點參考的規范也很有必要。

（三）思政元素融入

在畢業設計中融入思政元素是提升學生思想道德素質和社會責任感的重要途徑。針對畢業設計教學特點，從人物、工程和技術三個角度挖掘思政元素，并自然地融入教學中。以就業導向為引，融入校友楷模故事，如央企勞模、抗疫先鋒“兩山”醫院建設總指揮陳衛國董事長的故事，激發正向激勵。同時，可在隔震原理講解環節，引入隔震技術先驅周福霖院士事跡，彰顯工匠精神與無私奉獻，深化專業認知。利用新世界七大奇跡之一北京大興國際機場等世界級工程案例，激發學生的國家榮譽感和民族自豪感。在荷載計算教學中，以“7·23”齊齊哈爾體育館坍塌事故為鑒，強化結構設計的嚴謹性，提升學生的社會擔當意識。追溯抗震理念與技術演進，展現我國振動控制裝置從依賴進口到國際領先的飛躍，鼓勵學生緊跟技術前沿，勇于創新創造，培育其創新創業精神。

（四）教學方法

教學方法的革新是提升教學質量、培養創新型人才的關鍵環節。畢業設計，作為理論知識與工程實踐深度融合的標志性教學環節，其教學方法的選擇與應用尤為重要。特別是當引入如基礎隔震技術這樣的前沿技術時，單一的教學模式難以充分滿足學生全面、深刻理解的需求。因此，采用多種教學方法相結合的教學模式，旨在以學生為中心，根據教學內容的不同階段與特點，靈活調整教學策略，實現知識傳授、能力培養與素質提升的有機結合。

1.啟發式教學。該教學方法強調教師的引導作用，通過巧妙設計問題、情境或任務，激發學生的好奇心和探索欲，引導學生成為問題的發現者和思考者。本課程不僅通過設計精妙的問題鏈，如“探討兩種剛度極端條件下（無限大與趨近于零）單自由體系的地震反應特性”，引導學生深入探究剛性與柔性邊界下結構動力響應的規律。同時，將“以柔克剛”的哲學思想融入教學，不僅豐富了教學內容的文化底蘊，也使學生在多學科視角下深刻理解隔震技術的智慧與精妙。

2.案例式教學。通過呈現案例情境，將理論與實踐緊密結合，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點。以經歷2013年“4·20”雅安地震檢驗的蘆山縣人民醫院為例，該醫院的老門診樓和新門診樓分別采用傳統抗震技術和基礎隔震技術，震后的隔震結構幾乎沒有損傷，成為救治傷員的重要陣地，而傳統抗震結構雖然沒有倒塌但出現墻體破壞以及設備傾覆等情況。通過該案例，可以生動地展現隔震技術不僅提高了結構抗震性能，也保護了非結構構件，保證了建筑震后正常使用。此外，以一個醫院建筑的結構設計為案例，引導學生綜合考慮建筑物的抗震性能、造價、施工周期等多個指標，評價采用傳統抗震和隔震方案的優缺點，培養學生辯證的思維以及綜合分析能力。

3.混合式教學。隨著信息技術的飛速發展，線上教學已經成為現代教學的一種重要模式。采用混合式教學，充分利用線上與線下教學資源的優勢，實現教學方式的多樣化與個性化。通過線上平臺提供學習材料、開展視頻講座、互動討論等；同時保留面對面的線下課堂教學，側重于深度講解或者小組討論。這種線上線下深度融合的教學模式，既保證了教學的靈活性和便捷性，又保留了傳統教學的互動性和即時反饋優勢。

4.項目化教學。以項目為核心，可以讓學生在參與具體項目的過程中學習知識和技能。這種教學方法強調實踐性和綜合性，鼓勵學生跨學科合作，將所學知識應用于解決實際問題中。本課程分別通過參觀已建和在建隔震項目，使學生直觀感受隔震工程的實際應用及實施過程。以采用基礎隔震技術的南京工業大學土木學科樓為例，通過帶領學生參觀隔震層以及學習該項目的隔震設計資料，使學生能夠更深刻地認識隔震工程；同時，利用校企合作資源，通過線上視頻連線、微信群圖文介紹等方式，讓學生參與到隔震項目的施工環節中，深入了解施工要點與流程。

5.探究式教學。為調動學生的主動性和參與性，讓學生在探究過程中體驗科學研究的樂趣和挑戰，培養其科學研究方法和科學精神。本課程通過企業資源，線上平臺參觀橡膠隔震支座主要零件及生產過程，深入了解其內部構造及工作原理；利用學校實驗室資源，切身參與建筑隔震橡膠支座的力學性能測試，學習隔震支座的測試方法并了解其力學行為，讓學生能夠更清晰地理解隔震結構設計環節所使用的支座力學參數。該教學形式可以讓學生在探究過程中親身體驗科學研究的樂趣與挑戰，逐步構建起嚴謹的科學態度與求真的科研精神。

（五）考核評價

專業畢業設計教學總體目標是學生在完成專業基礎課和專業課學習后，通過工程設計、論文綜述、軟件應用等方式，綜合應用和深化本專業所學理論知識，培養分析和解決實際問題能力［6］。采用過程性評價（30％）和終結性評價（70％）相結合的考評方式，過程性評價主要體現在平時成績，終結性評價由三方面組成，即指導教師、評閱教師及其他答辯專家三方參與，保證最終成績的公平公正，考核環節安排如表1所示。為了保證最終考核與目標達成相呼應，各個環節的評價也設置多指標考核，具體要求見表2。

結語

通過引入基礎隔震技術的教學改革，本次畢業設計在提高學生設計能力、強化理論知識掌握和激發創新思維方面取得了顯著成效。畢業設計課程改革小組的學生畢業設計成果無不及格，優秀率明顯高于年級平均水平，多名學生進入國內土木工程強校繼續深造。我們將繼續探索教學改革的方向，進一步加強與行業的合作，不斷更新教學資源，并增加學生參與實際工程項目的機會，以更好地滿足新工科發展的要求，為社會培養出更多高素質的工程技術人才。

參考文獻

［1］項新梅，何世珠，張紹林.土木工程專業畢業設計的教學現狀與改革［J］.教育教學論壇，2023（32）：57-60.

［2］王菁菁，歐志華，鄭雨強.土木工程專業畢業設計中創新能力培養的探討與實踐［J］.高等建筑教育，2021，30（2）：140-145.

［3］隔震建筑設計標準：GB/T 51408-2021［S］.北京：中國計劃出版社，2021：12-29.

［4］徐秀麗，韓麗婷.混凝土框架結構設計［M］.北京：中國建筑工業出版社，2008：1-50.

［5］日本建筑學會.隔震結構設計［M］.劉文光，譯.北京：地震出版社，2006：1-50.

［6］薛剛，王宏，王英浩.土木工程專業畢業設計教學目標達成評價方法構建與應用［J］.中國冶金教育，2022（3）：75-79.

Teaching Reform of Graduation Design for Civil Engineering Major under the New Engineering Perspective： Taking the Introduction of Seismic Isolation Technology in Concrete Frame Structure Design as an Example

XU Wei-zhi， WANG Shu-guang

（College of Civil Engineering， Nanjing Tech University， Nanjing， Jiangsu 211816， China）

Abstract： Driven by the concept of “new engineering” education， the civil engineering major needs to be transformed and upgraded to meet the new requirements of modern engineering education， which attaches equal importance to innovation ability and practical ability. In view of the limitations of traditional graduation design in cultivating students’ practical innovation ability， this study focuses on the field of concrete frame structure design， innovatively introduces foundation isolation technology as a teaching case， and discusses the teaching reform strategy of integrating this frontier technology into graduation design. Through practical exploration and effect evaluation， the validity and feasibility of this reform model are verified. The results show that the reformed graduation design system has significantly enhanced students’ understanding and mastery of emerging technologies， effectively stimulated their enthusiasm for innovative thinking and practical exploration， and thus greatly improved the innovation， practicability and overall quality of graduation design.

Key words： civil engineering; graduation project; teaching reform; seismic isolation technology