新工科背景下結構設計軟件應用課程教學改革探索

劉珉瑋，盧小麗，黃 睿*

（武漢工程科技學院 湖北 武漢 430000）

隨著經濟快速發展和技術更新換代，工程領域對工程人才的需求日益增加。2018 年教育部提出了新工科建設，以提高我國的綜合國力和核心競爭力，培養能夠適應現代工業及社會發展需求的技能型、創新型人才[1]。傳統的結構設計軟件應用課程教學存在一些問題，包括教師的教學理念落后、教學內容單一、教學方法傳統、培養的人才與企業需求脫節等。因此，為了更好地培養適應時代需求的優質工程人才，結構設計軟件應用課程教學改革勢在必行。

結構設計軟件應用課程是土木工程專業中的一門專業實踐課，該課程具有綜合性、應用性、實踐性的特點。通常在本科階段的第七個學期開設，能夠為土木工程專業結構設計選題方向的畢業學生畢業論文提供理論實踐知識基礎。本門課程教會學生使用結構設計軟件（如PKPM、盈建科、廣廈結構CAD 等）完成結構建模、結構分析計算、模型調整、施工圖繪制等任務，使學生掌握結構設計的方法和培養學生的結構設計能力。

1 當前課程教學存在的問題

1.1 教師的教學理念落后，教學內容單一

教師的教學理念落后，過分偏重于教授學生使用特定的結構設計軟件及操作流程，認為只要學生掌握了軟件的操作，就能夠掌握整個課程的內容[2]，忽視了對學生進行結構理論知識的融合教學。雖然學生可能能夠熟練操作該軟件，但不能把本科階段所學的有關結構設計的理論基礎知識內容進行綜合運用，也不能正確且合理地運用軟件工具，以后參加崗位工作接觸到結構工程項目，設計出的結構方案可能會缺乏可行性。結構設計軟件的學習遠不止于軟件操作的技能，它需要應用各種結構設計的知識，包括結構力學、結構分析和設計原理等綜合知識，這些都是本科階段學習的重點內容。如果只強調軟件操作技能的培養，學生的知識體系就不夠完整，他們將難以適應工程實踐的全面要求。

1.2 教學方式傳統

在課堂教學中，對于結構設計軟件的實踐操作，還是教師為主導，未能發揮學生的主體作用。先是教師控制學生電腦進行操作演示，學生觀看之后跟著教師的演示進行練習操作，缺乏主動思考和創新能力的培養。部分學生可能只關注教師如何操作軟件，而沒有深入理解如何將所學的基礎知識應用到實際工程中，比如：在梁柱等構件的布置問題上，學生可能難以理解梁布置過程中需要考慮門窗高度的因素，豎向構件（柱、剪力墻）的布置要考慮建筑的使用功能。同時由于大部分教師缺乏工程項目設計實踐的經驗，對于軟件中的SATWE 部分參數定義（總信息、風荷載、地震信息等）與行業規范的結合，可能無法為學生提供細致講解，SATWE結果分析涉及的知識較多，根據SATWE計算的結果如何進行模型的調整在教學中也是一帶而過。學生只能跟著教師的設置來操作，無法深入理解參數設置與實際結構設計的關系。

1.3 課程內容與企業人才需求脫節

在新工科背景下，結構設計軟件應用課程的教學必須與企業對人才的需求緊密對接，以培養出能夠適應實際工程需求并在實踐中表現卓越的人才。然而，當前課程內容與企業實際需求存在一定的脫節現象。隨著行業規范的不斷更新，工程實踐需求日新月異，企業亦不斷推動技術創新以保持競爭力，與此同時結構設計軟件的版本也在不斷更新。但在教學層面上，部分教學過程中仍采用過時的軟件版本，過時的軟件未能結合最新的行業規范和技術標準。此外，教學內容過于偏重軟件的基本操作，同時大部分教學以一個框架結構為例進行計算分析，缺乏對其他結構設計類型的學習以及結構概念的設計。學生掌握的技能不足以滿足企業對解決復雜工程問題人才的需求。當代結構設計師不僅需要掌握基礎的理論知識和軟件操作技能，還需要具備應用理論知識解決工程設計方案的能力，這些能力并未在現有的課程設置中得到充分體現，學生在學校學習的課程內容也不能滿足企業的要求。因此，教學上需要改革，確保教學內容與實際工程及企業對人才的綜合能力要求保持同步。

2 課程教學的改革路徑

針對結構設計軟件應用課程教學中存在的問題，需要探索課程改革路徑，以期為學生提供更貼近工程實際的教學內容和實踐機會，為工程領域培養出更多富有創造力和實踐能力的人才。

2.1 優化教學內容，創新教學方法

在新工科背景下，結構設計軟件應用課程的教學內容需要與行業發展緊密聯系，及時更新并引入新的結構設計理論和實踐知識。教學內容不能僅限于軟件的操作，還應該融合行業規范（如建筑抗震設計規范、建筑結構荷載規范、工程結構通用規范、22G101 圖集等），教師授課時引導學生自行查閱規范，并結合軟件操作讓學生真正理解規范的條文[3]。同時，加強學生本科階段所需的基礎理論知識與軟件操作的融合，并注重結構概念設計的學習。學生應具備設計出安全、適用、耐久的建筑結構的能力，在軟件學習上學生應學會根據計算結果調整結構模型，這需要一定的基礎理論知識進行判斷。課程教學的內容應重點關注SATWE 結構分析內容，而不僅僅是建模操作和施工圖的繪制操作。結合最新的軟件版本和行業標準，教會學生如何查看結果，判斷設計的結構是否滿足結構指標（如位移比、周期比、剛重比等），理解不同模型下計算結果的差異，并根據計算結果來調整結構模型。特別是計算結果指標查看的文件，采取任務驅動式教學，課前先由學生獨立查閱，課堂上教師再進行細致講解，學生對這部分內容的理解會更深刻。教學中，應在框架結構建模、分析計算的基礎上，引導學生主動學習剪力墻結構設計等，借助數字化教學平臺進行指導，培養學生的綜合能力。

在教學方法上進行創新，以任務為導向，引入實際工程案例開展項目教學，發揮學生的主體作用。在教學過程中讓學生承擔結構設計師的角色，給學生一個具體的工程項目進行團隊合作設計，從結構方案布置、結構建模、結構分析計算到施工圖繪制的整個設計過程，引導學生一步一步完成。例如：在結構方案布置階段，完成結構構件布置的任務，引導學生作為一名結構設計師如何考慮問題，先讓學生團隊探討結構構件（梁、豎向構件等）布置位置以及考慮因素，教師在點評出最優方案以及不合理方案后，指導學生如何進行調整；在結構建模操作中，先布置任務引導學生思考樓層組裝的原理、荷載取值布置的方法等；在結構分析計算中，先讓學生查閱規范再進行參數的定義；在施工圖繪制中，先由學生展示各自的成果，教師再點評出繪制最規范的施工圖等。通過任務導向、實踐操作、團隊合作的教學方法，發揮學生的主觀能動性，讓學生了解整個設計過程，學生分析問題和解決問題的能力得到提升，激發了學生學習的興趣和參與性，在學習中融合行業規范，讓學生把理論知識運用在實踐中。

2.2 加強校企合作，強化師資隊伍建設，促進學生全面發展

為了提高教育質量和培養具有競爭力的人才，加強校企合作、強化師資團隊建設以及促進學生全面發展是重要的措施。學校可以與建設單位、設計單位等行業單位建立緊密合作關系，建立產業學院，促進產教融合。同時，定期組織教師到合作單位進行學習，增強雙師型教師團隊的建設，教師參與企業結構設計項目，更新自己的知識和技能，以提高教師的工程實踐經驗，更好地教授學生。此外，學校可以邀請合作單位的專家來校開展師資培訓，提高教師的專業水平和教學能力[4-5]。通過與企業建立聯系，教師可以拓寬專業視野和實踐知識面，有助于其培養學生全面發展所需的綜合能力，以更好地適應社會的變化和需求。

在學生的培養層面，可以邀請企業結構設計師作為導師與學校教師共同開展結構設計軟件應用課程教學，企業結構設計師可以向學生分享工作經驗，為學生講解實際項目的設計流程和注意事項。同時邀請行業專家定期開設專題講座，拓展學生的知識面。企業結構設計師還可作為學生導師帶領學生參觀合作企業，讓學生親身參與實際項目的設計過程，比如：樓梯的設計、根據計算結果進行施工圖繪制等，提高學生的實踐能力和職業素養。這種培養模式很好地滿足了企業對人才的需求，學生今后進入工作崗位也能很快上手操作，增強了學生的就業競爭力。

2.3 充分利用數字化教學平臺

新工科背景下，數字化信息技術發展突飛猛進，數字化教學平臺對于結構設計軟件應用課程的教學提供了便利。教師可以利用數字化教學平臺進行課程的考勤，發布課前任務，可以把部分教學內容上傳至數字化平臺，讓學生課前完成觀看，提高學生的自主學習能力，課堂中重點解答學生的疑惑，并幫助學生解決在結構設計過程中遇到的困難和挑戰，從而有效推動學生的學習和發展。教師充分借助數字化平臺進行教學可以提高結構設計軟件應用課程的教學質量，學生在課前完成學習任務，可以深入學習課程的相關內容，同時課中有更多的時間借助教師的指導去解決問題，有助于學生全面掌握結構設計相關的知識。

2.4 融合學科競賽開展教學

在結構設計軟件應用課程教學的改革探索中，融合學科競賽知識開展教學是一種有效的方法。課程設置上教師可以融合結構設計大賽的知識進行教學，調整教學內容，把競賽內容作為案例融入課堂教學，讓學生真正了解競賽考查的內容，從不同角度進行思考和學習結構設計軟件應用的知識，拓展學生的知識面。學科競賽一般與真實的工程項目密切相關，學生在參與競賽的過程中，能夠學習軟件建模的技巧、軟件應用的原理、荷載的布置、參數的定義、模型的調整、施工圖的規范繪制等，接觸前沿的知識領域，提高動手能力。在競賽中，學生可以在實際問題中應用所學的知識。此外，在學科競賽中學生團隊共同解決問題，在團隊中學習與合作，提高了學生的團隊合作能力。

3 結語

新工科背景下對人才的培養提出新的挑戰，結構設計軟件應用課程教學改革對于當前教學中存在的問題提出解決方案，教學內容與行業發展相適應、采取創新的教學方法、加強校企合作、教學中融合學科競賽等。通過教學改革探索，希望可以提高課程教學質量，更貼合實際工程的需求，培養學生的綜合能力，為未來的工程實踐和行業發展作出積極貢獻。