面向工程能力培養的房屋結構設計課程教學改革與實踐

劉建平 賈致榮 師 郡

山東理工大學建筑工程學院 山東淄博 255049

面向工程能力培養的房屋結構設計課程教學改革與實踐

劉建平 賈致榮 師 郡

山東理工大學建筑工程學院 山東淄博 255049

對大學生工程能力的培養是高等工程教育的重要環節。結合CDIO工程教育理念，以房屋結構設計課程教學過程中注重培養學生的工程能力，提高學生創新能力為出發點，從改革課程體系、優化教學內容、改進教學方法、加強實踐教學、重視教師工程能力的培養等方面探索了房屋結構設計課程建設的途徑和方法。

工程能力；培養；教學改革；課程

重視學生工程能力的培養已成為世界各國高等工程教育的共識和趨勢。CDIO是國際上先進的教育教學理念，也是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標[1]。隨著現代科學技術的學科交叉、滲透與綜合，現代工程的社會性、復雜性、實踐性、創新性等特點更加突出。土木行業的發展對人才的素質和創造能力提出了越來越高的要求。在這樣的環境下，如何以工程能力培養為主線，進行教學改革，調動學生學習的積極性、主動性，重視學生的個性發展，提高學生的創新意識和探索精神，是值得我們深入研究的課題[2]。

房屋結構設計是土木工程專業建筑工程方向的專業課，是混凝土結構基本原理的后續課程，在土木工程本科培養計劃中有著舉足輕重的地位。該課程內容包括緒論、梁板結構、單層廠房結構、多層框架結構和砌體結構等五部分，內容豐富，理論性、實踐性和綜合性強，從改革課程體系、優化教學內容、改進教學方法、加強實踐教學、重視教師工程能力的培養，尤其是注重學生工程能力的培養等方面探索了房屋結構設計課程建設的途徑和方法。

1 面向工程實際，改革課程體系

基于CDIO培養大綱要求，以強化學生工程素質和創新能力培養為主線，按照房屋結構設計課程知識的內在邏輯結構，將房屋結構設計課程的教學分為結構概念設計、結構分析、結構設計和新結構新技術四大模塊，對其知識模塊進行優化組合。將土木工程傳統知識與最新技術進展相結合，將專業知識與現代信息技術相結合，將書本知識與教師的科研成果相結合，將基本概念與工程案例教學相結合。同時，對課程設計、生產實習、畢業設計和課外實踐教學等環節，按“分階段、遞進式”模式進行了研究和改革，形成了“多模塊、多類型協同發展”的課程體系。

2 優化教學內容，增強工程意識

CDIO教育模式重視培養學生的工程能力，因此知識的連貫性、承接性和互補性變得非常重要，在教學中要緊貼工程實際，優化教學內容，適時、適量地補充新技術、新方法、新規范、新標準等，充分體現教學內容的適應性和時效性。

2.1 整合教學內容，優化知識結構

在教學中以“結構布置—計算簡圖—截面設計—構造處理—施工圖繪制”為主線，避免重復，重講概念、講思路、講動向，剔除或減少與力學、高層房屋結構設計等課程內容重復或相近的成分。如框架結構的內力計算方法(分層法、反彎點法、D值法)、肋梁樓蓋結構連續梁按彈性理論的內力計算方法、單層廠房排架結構的內力計算方法，其基本的計算方法在結構力學中已經學習，再將理想狀態下的力學方法引入具體的結構中來，需要一個過渡和熟練應用的訓練。因此，將此內容安排在房屋結構設計課程中，只講計算要點，過程不重復，遇到建筑抗震設計、高層房屋結構設計等此類問題，就可略去不講。

2.2 教學內容與現行規范相結合，注重知識的融會貫通

作為一個土木工程師，必須掌握國家的有關規范、規程。本課程的教學涉及了混凝土結構設計規范、建筑結構荷載規范、建筑地基基礎設計規范等，學生學習本課程的基本原理有助于理解這些規范。因此，教學中既要對結構設計方法進行重點講解，又要介紹規范條文，引導學生對規范條文在理解的基礎上靈活運用，培養學生正確運用規范的能力。

2.3 加強概念設計內容，注重學生概念設計能力培養

結構概念設計不是某種具體方法[3]，它貫穿在結構設計的整個過程中，包括結構方案的選定和布置、荷載傳遞路徑的設置、關鍵部位和薄弱環節的判斷和加強以及承載力和結構剛度沿高度的均勻分布等，它是結構工程師的基本功。一個合理的結構設計往往是結構概念設計、結構計算分析、構造措施三部分內容的有機結合，概念設計是結構設計的靈魂。因此，教學中應重視概念設計，引導學生從整體上把握結構布置和細部構造的關系。

2.4 增設新結構、新技術模塊，拓寬學生的工程視野

從CDIO的角度上改造房屋結構設計課程的教學內容和體系設置，除了要大力加強課程間的橫向聯系和交叉綜合外，還要考慮根據房屋結構設計課程的工程應用背景，增設新結構、新技術教學模塊作為該課程的延續和深入，如增加了現澆混凝土空心樓蓋、混凝土疊合箱網梁樓蓋、新時代下的辦公建筑、商業建筑、多功能綜合建筑的概念設計等新技術專題，并給出相應典型實例，既提高了學生的學習興趣，又拓寬學生的工程視野。

3 改進教學方法，培養工程思維能力

3.1 基于工程實際的案例教學

在教學中將大量的工程圖紙、圖片和資料引入課堂，在教學中增加工程因素、工程內容，使理論知識具體化、實體化，培養學生工程意識和工程思維方式。同時，介紹國內外典型的建筑結構設計實例，開展課堂討論，引導學生積極參與，主動學習，通過多方案比較解決問題，提高學生主動學習能力、交流能力和創新能力。

3.2 基于項目的“做中學”教學方法

在課程教學過程中，全面探索基于項目的教學方法，采取以問題為導向，以大作業、課程論文、文獻綜述報告等為載體的探索式學習模式，培養學生從工程全局出發，綜合運用多學科知識和工具解決工程實際問題的能力，培養學生的自學能力、創新能力、動手能力、協作能力和探索未知的能力。

3.3 基于問題的啟發式、討論式和講評式教學

積極實踐啟發式、討論式和講評式的教學方法，注重發揮學生在教學中的主體地位，調動學生學習積極性、主動性和創造性，按照“提出問題、分析問題、解決問題、結論和討論”的思路，組織課堂教學[4]。

4 加強實踐教學，強化工程能力培養

4.1 將CAD/CAE軟件引入實踐教學中，提高學生計算機軟件應用能力

實踐教學環節是培養學生綜合素質和工程實踐能力的重要階段，在課程設計、畢業設計階段，開展專項訓練和引導，培養學生綜合運用專業基本理論和基本技能，使學生受到結構工程師所必需的綜合訓練，如查資料、結構方案布置、結構分析、結構施工圖繪制等，并將PKPM，天正建筑CAD，ANSYS等CAD/CAE軟件引入課程設計、畢業設計、課外科技活動中，提高學生工程素質和計算機軟件應用能力。

4.2 搭建結構設計大賽平臺，提升學生工程實踐能力與創新精神

積極引導學生參加學科前沿講座和學術交流活動，不斷開闊視野，激發學習興趣，增強活力；鼓勵學生積極參加結構設計大賽、大學生創新立項等第二課堂活動，培養學生的工程意識、科學思維、合作精神、實踐能力、創新能力。

4.3 通過參與教師的科研項目，提高學生研究問題的能力

學生參與教師科研項目，是我們培養學生應用能力和創新意識的另一有效途徑。通過把在課內實踐性教學環節中表現出研究興趣和潛質的學生組織起來，有針對性地指導他們參與教師科研課題的研究，進一步培養他們研究問題的能力，提高他們的創新意識。

5 重視教師工程能力的培養

教師工程素質的高低是工程教育成敗的關鍵因素之一。課程組每個青年教師都制定了相應的培養計劃，實行指導教師責任制，青年教師通過組織、指導學生的設計競賽、課外科研及其他實踐性環節，使自身的知識面得以擴大，并提高了工程實踐能力；積極鼓勵專業教師取得相關的執業資格證書，在理論知識達標的基礎上，檢驗教師工程實踐能力是否達標；鼓勵教師到國內相關行(企)業參加工程實踐、科技開發或兼職，在搞好技術服務的同時使得自身的工程實踐能力得到提高。

6 基于注冊考試制度的試題改革

土木工程行業已實行注冊師執業制度，結合國家一級注冊結構工程師專業考試大綱要求[5]，本課程考試中，試題題型、覆蓋率接近注冊工程師考試試題，且大幅度增加連鎖計算題、綜合概念題的比例。比如混凝土結構的設計，涉及計算簡圖、內力計算、內力調整、內力組合、正截面承載力計算、斜截面承載力計算、鋼筋直徑、間距、根數等構造要求的確定等方面，每個題目涉及內容廣泛，需要綜合知識和技能，注重對學生綜合能力的考察。

7 結束語

房屋結構設計課程在土木工程專業本科生工程能力的培養中起著至關重要的作用，通過以上各種途徑的教學改革，激發了學生的學習興趣，使學生在理論知識、綜合應用、工程能力等方面得到了很好的訓練，提高了教學效果。

[1] 郝智秀,季林紅,馮涓.基于CDIO的低年級學生工程能力培養探索—機械基礎實踐教學案例[J].高等工程教育研究,2009,5:36-40.

[2] 吳鳴,熊光晶.以工程能力培養為導向的橋梁工程教學改革[J].廣東交通職業技術學院學報,2010,4:83-86.

[3] 謝群,胡偉.將概念設計融入高層建筑結構教學的必要性與方法[J].高等建筑教育,2008,3:70-73.

[4] 韋愛鳳,付贛清,管民生.高層建筑結構抗震與設計課程教學改革與實踐[J].廣東工業大學學報:社會科學版,2010,7:130-134.

[5] 楊子江,李峻峰,朱錦章.土木工程本科教育—培養結構工程師職業素質與執業能力的重要階段[J].牡丹江大學學報,2011,7:130-134.

Reform and practice on course of building structure design facing engineering ability training

Liu Jianping, Jia Zhirong, Shi Jun
Shandong university of technology, Zibo, 255049, China

College students' engineering capacity cultivation of higher engineering education is the important part. Articles combining CDIO engineering education concept, to building structure design course students' engineering capabilities in the process of teaching and improving students' creativity as a starting point, from reforming course system, optimization of teaching contents, improving teaching methods, strengthening practice teaching, attention to teacher training for project explores ways and means of building structure design course construction.

engineering capacity; training; teaching reform; course

2012-01-31

劉建平，碩士，副教授。賈致榮，博士，副院長。師郡，副教授，系主任。

山東省教育廳高等學校教學改革研究項目(編號：2009236)。