基于結構設計能力培養的PKPM軟件課程教學實踐

樂進發，邱戰洪

臺州學院建筑工程學院，浙江 臺州 317000

0 引言

結構設計能力是土木工程專業學生的一項基本和主要的培養目標。學生在前期的理論學習階段，一般會由淺入深的學習相關課程如工程制圖、建筑力學、土力學與地基基礎、混凝土結構設計原理、高層建筑結構設計等，在這些課程的基礎上，學生系統學習建筑結構設計的方法和工具。

結構設計能力在學生身上有兩種體現方式，一種是手算能力，另一種則是輔助設計能力。手算能力是學生所學理論知識的具體應用和集中體現，但目前靠手算已經不能跟上時代對建筑結構設計人員的要求[1]，計算機輔助設計則把設計人員從繁重的手算、手繪等工作中解放出來，且所得到的計算結果較可靠、所繪的圖紙質量高，與之相適應，為了培養學生結構輔助設計能力，讓學生縮短工作適應期，更好的走向設計工作崗位，臺州學院建筑工程學院已經將結構輔助設計軟件PKPM作為土木工程專業的一門必修的專業課。PKPM軟件課程是近年才出現的新開課程[2]，臺州學院建筑工程學院在對該課程深入實踐的基礎上，對該門課實行“四階段”教學模式，四階段即課堂教學階段、PKPM輔助設計競賽階段、畢業實習階段和畢業設計階段，使學生在學習該課程后，不致因中斷學習而生疏，反而會在不斷的實踐和使用中得到提高，直至畢業走向工作崗位。

1 課堂教學階段

PKPM軟件課程強調與實際工程聯系緊密，需要學生具備較強的操作能力和分析能力，用傳統的多媒體結合教材的教學方式已經較難滿足教學要求，因而我們決定在課堂教學階段采用交互式和實例式教學，并通過上機進行課程考核，調動學生的主動性和積極性，讓學生通過與教師互動并親手操作來學習工程設計知識。

1.1 交互式教學

傳統的多媒體教學方法，一般是先在多媒體教室中，通過教師的操作演示，讓學生觀看，最后再讓學生去機房自己操作練習。這樣教學的缺點是，就本門課而言，多媒體的顯示效果仍不夠理想，學生聽課很累,而等到學生上機時，會發現很多內容已遺忘，影響學生的動手操作能力，導致教學效率很低。

為避免傳統多媒體教學的缺點，我們采用了交互式教學方法，將PKPM軟件設計的教學地點改為網絡教室，教學過程強調老師與學生的互動，從而將課堂講授與學生上機結合起來。

上課時，教師和學生人手一機。教師在操作時，能通過網絡教室管理軟件控制全體學生的微機，將教師操作的屏幕界面在學生機上完全顯示出來，學生對操作方法的感受很真實，教師在操作時的所有細微的過程和技巧，學生都能夠隨時掌握。教師講課時放慢速度，做到詳略得當，重點突出，時間一般不超過一節課，否則容易導致學生疲勞和對講課內容的遺忘。在演示講解完成后可以立即讓學生開始練習，使學生有足夠的時間和機會熟練掌握操作技能。通過這種方式的教學，學生普遍反映效果良好，能夠迅速掌握教師所講授的內容。

1.2 實例式教學

PKPM軟件課程強調操作能力，而且版本升級周期短，故我們在講課時一般注意引導學生不依賴于手頭的教材，而是通過教師通過深入設計單位，找到大量與所需理論知識的結合的、適合用于教學的工程實例，這些實例大多是本學校校舍的設計資料或當地的其他實際工程設計資料，以利于學生在操作之前有較好的感性認識，操作中得心應手；考慮到不同地區風荷載和地震荷載的不同，我們會選擇相關典型地區的工程實例作為補充，來豐富我們的實例庫。

在該課程講授過程中,教師選定一個典型的工程實例，先結合工程背景讓學生總體掌握該工程的特點和注意事項，再采用交互式教學方式，從建立模型開始直至講完它的各個設計全過程，注意讓學生重點關注設計過程中各個概念和各個命令，并與所學的專業知識結合起來以加深印象。學生上機進行操作練習時，教師引導學生在提高的軟件使用能力的同時，學會對計算結果文件進行對比分析，總結得失，并善于改進，最終練就解決工程實際問題的創新能力。

1.3 課程考核

大學課程傳統考核方式是筆試，但筆試時學生對課本依賴性比較強。對本課程而言，由于PKPM軟件版本升級很快，課本上的內容與實際用的版本和所講內容往往都有一定脫節；同時，由于PKPM軟件課程的實踐性和操作性很強，筆試考試的成績并不能如實反映學生的學習情況和操作的準確性。

為了突出和加強學生實際操作能力，我們將課程考核改為上機考試，學生在復習時更注重去網絡教室去上機實踐，會主動鉆研結構設計理論和輔助設計操作流程、技巧，刻苦練習以提高使用PKPM進行輔助設計的能力。上機考試時，試題中的擬建建筑不須太復雜，以規則結構為主，以便學生在考試的規定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和處理上，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。

經過課堂教學階段的學習和訓練，使學生能綜合掌握以前學習的專業知識，能將其應用于PKPM輔助設計中，并逐步熟悉PKPM軟件的操作和計算流程，為后續學習和工作打下良好的基礎，這也是我們本階段對學生的主要培養目標。

2 PKPM輔助設計競賽階段

為了加強實踐教學環節，使課程教學與技能競賽結合起來，提高學生使用PKPM軟件進行結構設計的能力，臺州學院建筑工程學院每年舉行一屆PKPM輔助設計競賽，參賽對象為建筑工程學院在校學生，學生均以個人為單位參加比賽。競賽在網絡教室進行，參賽選手每人一個機位。比賽內容為用PKPM系列軟件進行一個相對復雜的建筑結構模型的輸入和計算，時間一般為120分鐘，總分值為100分。

參賽選手的競賽成績由評分裁判員根據評分統一標準統一閱卷、評分與計分。評分項目包括：所建模型與考題中建筑施工圖的平面布置吻合程度、平面尺寸準確度、所用構件尺寸的合理性、參數設置、所出結構施工圖符合結構專業相關規范的程度，最后還要結合AutoCAD軟件的使用考慮學生所做出的施工圖的美觀性等。

競賽成績優良的學生，建筑工程學院會給予相應的獎勵和表揚。學生對這種創新性的、競爭性的活動積極性都比較高，因而比賽較好的達到了提高學生軟件應用能力的目的。

3 校外實習階段

臺州學院建筑工程學院對土木工程專業學生采用校、企聯辦的“三明治”人才培養模式。所謂“三明治”人才培養模式，即“3+0.5+0.5”培養模式：3學年的課內集中理論和實踐教學（1～6學期）+0.5學年的工程實習（第7學期在企業頂崗實習）+0.5學年的校內集中畢業設計（第8學期）。

在頂崗實習時，學生一般可以選擇設計性單位進行實習，或由本校教師為學生指定PKPM軟件結構設計題目。與課堂教學和輔助設計競賽不同，頂崗實習時學生可以通過現場參與實際工程設計，讓學生在學校學習的基礎上快速提高，真刀真槍地練習用PKPM軟件進行實際工程設計計算及繪圖的方法。

通過畢業頂崗實習，學生在輔助設計方面視野進一步擴大，操作更加符合規范，也會更深入的研究結構設計時各個構件的布置及參數、荷載的取值，并會在出結構施工圖前進行認真的優化設計，從而增強工作實踐能力，實現畢業后的零距離就業。

臺州學院建筑工程學院建筑工程學院在這方面的教學效果已經初步顯現，有些學生在實習過程中，由于表現良好，且PKPM軟件應用能力及相關知識增長很快，已經得到了實習單位的認可，并且實習單位愿意與學生簽訂用工協議，及早解決了學生和企業的后顧之憂。

4 畢業設計階段

土木工程專業學生的畢業設計在以前是全部由學生手算并手工繪圖的。臺州學院建筑工程學院引入PKPM軟件進行輔助驗證后，在學生做畢業設計時，電算和手算放到了同等重要的地位，因為學生畢業參加工作后，大部分結構設計是借助PKPM設計軟件來計算的。經過前期的學習和課程設計，學生已經能用PKPM軟進行整個建筑物的結構電算和施工圖繪制了，因此在做畢業設計時，學生先手算完成結構中有代表性的一榀框架及其基礎的設計，再用PKPM軟件對自己所設計的整個建筑結構進行整體計算。計算結束后，學生應對計算結果和軟件計算結果進行對比，找出差別，并總結計算結果偏大偏小的原因，及其是否在允許范圍內，最后做出差別分析報告；如果差別過大，表明學生的手算或軟件計算中存在問題，需要進行重新計算。

畢業設計是對前期理論知識和計算機輔助設計知識的綜合應用和全面演練，通過畢業設計手算和電算的相互校核分析，促進學生結構設計中的分析問題和解決問題的能力，并且還能培養學生對土木工程相關規范的理解與應用能力，為學生成為合格的土建工程師奠定扎實的基礎。

5 結論

PKPM結構設計軟件教學是一門新興的課程，該課程能大大調動學生自主學習的積極性,使學生熟練掌握軟件操作,提高學習效率,使學生以前學過的專業基礎知識及專業知識得到綜合應用，并使學生具有判斷結構計算結果正確與否及繪制結構施工圖的創新能力。

我們在教學過程中，通過課堂教學階段、PKPM輔助設計競賽階段、畢業實習階段和畢業設計階段四個階段，使學生的結構設計能力在反復不斷的實踐和使用中得到提高，直至畢業走向工作崗位。我們將不斷總結經驗教訓，持續提高該門課程的教學質量，更好的為學生就業、為企業發展服務。

[1]李永梅，等.結構電算在土木工程專業課程設計教學中的應用[J].高等建筑教育，2009(5)：112-115.

[2]王娜，靳元峻.PKPM建筑結構設計軟件課程教學方法的探討[J].河北廣播電視大學學報，2006(5)：46-47.