新工科背景下結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

劉珉瑋，盧小麗，黃 睿*

（武漢工程科技學(xué)院 湖北 武漢 430000）

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展和技術(shù)更新?lián)Q代，工程領(lǐng)域?qū)こ倘瞬诺男枨笕找嬖黾印?018 年教育部提出了新工科建設(shè)，以提高我國的綜合國力和核心競爭力，培養(yǎng)能夠適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)及社會發(fā)展需求的技能型、創(chuàng)新型人才[1]。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程教學(xué)存在一些問題，包括教師的教學(xué)理念落后、教學(xué)內(nèi)容單一、教學(xué)方法傳統(tǒng)、培養(yǎng)的人才與企業(yè)需求脫節(jié)等。因此，為了更好地培養(yǎng)適應(yīng)時代需求的優(yōu)質(zhì)工程人才，結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程教學(xué)改革勢在必行。

結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程是土木工程專業(yè)中的一門專業(yè)實踐課，該課程具有綜合性、應(yīng)用性、實踐性的特點。通常在本科階段的第七個學(xué)期開設(shè)，能夠為土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計選題方向的畢業(yè)學(xué)生畢業(yè)論文提供理論實踐知識基礎(chǔ)。本門課程教會學(xué)生使用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件（如PKPM、盈建科、廣廈結(jié)構(gòu)CAD 等）完成結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)分析計算、模型調(diào)整、施工圖繪制等任務(wù)，使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法和培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。

1 當(dāng)前課程教學(xué)存在的問題

1.1 教師的教學(xué)理念落后，教學(xué)內(nèi)容單一

教師的教學(xué)理念落后，過分偏重于教授學(xué)生使用特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件及操作流程，認(rèn)為只要學(xué)生掌握了軟件的操作，就能夠掌握整個課程的內(nèi)容[2]，忽視了對學(xué)生進(jìn)行結(jié)構(gòu)理論知識的融合教學(xué)。雖然學(xué)生可能能夠熟練操作該軟件，但不能把本科階段所學(xué)的有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論基礎(chǔ)知識內(nèi)容進(jìn)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(jié)構(gòu)工程項目，設(shè)計出的結(jié)構(gòu)方案可能會缺乏可行性。結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)不止于軟件操作的技能，它需要應(yīng)用各種結(jié)構(gòu)設(shè)計的知識，包括結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計原理等綜合知識，這些都是本科階段學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容。如果只強調(diào)軟件操作技能的培養(yǎng)，學(xué)生的知識體系就不夠完整，他們將難以適應(yīng)工程實踐的全面要求。

1.2 教學(xué)方式傳統(tǒng)

在課堂教學(xué)中，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的實踐操作，還是教師為主導(dǎo)，未能發(fā)揮學(xué)生的主體作用。先是教師控制學(xué)生電腦進(jìn)行操作演示，學(xué)生觀看之后跟著教師的演示進(jìn)行練習(xí)操作，缺乏主動思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。部分學(xué)生可能只關(guān)注教師如何操作軟件，而沒有深入理解如何將所學(xué)的基礎(chǔ)知識應(yīng)用到實際工程中，比如：在梁柱等構(gòu)件的布置問題上，學(xué)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(gòu)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(shè)計實踐的經(jīng)驗，對于軟件中的SATWE 部分參數(shù)定義（總信息、風(fēng)荷載、地震信息等）與行業(yè)規(guī)范的結(jié)合，可能無法為學(xué)生提供細(xì)致講解，SATWE結(jié)果分析涉及的知識較多，根據(jù)SATWE計算的結(jié)果如何進(jìn)行模型的調(diào)整在教學(xué)中也是一帶而過。學(xué)生只能跟著教師的設(shè)置來操作，無法深入理解參數(shù)設(shè)置與實際結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)系。

1.3 課程內(nèi)容與企業(yè)人才需求脫節(jié)

在新工科背景下，結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程的教學(xué)必須與企業(yè)對人才的需求緊密對接，以培養(yǎng)出能夠適應(yīng)實際工程需求并在實踐中表現(xiàn)卓越的人才。然而，當(dāng)前課程內(nèi)容與企業(yè)實際需求存在一定的脫節(jié)現(xiàn)象。隨著行業(yè)規(guī)范的不斷更新，工程實踐需求日新月異，企業(yè)亦不斷推動技術(shù)創(chuàng)新以保持競爭力，與此同時結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的版本也在不斷更新。但在教學(xué)層面上，部分教學(xué)過程中仍采用過時的軟件版本，過時的軟件未能結(jié)合最新的行業(yè)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。此外，教學(xué)內(nèi)容過于偏重軟件的基本操作，同時大部分教學(xué)以一個框架結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行計算分析，缺乏對其他結(jié)構(gòu)設(shè)計類型的學(xué)習(xí)以及結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計。學(xué)生掌握的技能不足以滿足企業(yè)對解決復(fù)雜工程問題人才的需求。當(dāng)代結(jié)構(gòu)設(shè)計師不僅需要掌握基礎(chǔ)的理論知識和軟件操作技能，還需要具備應(yīng)用理論知識解決工程設(shè)計方案的能力，這些能力并未在現(xiàn)有的課程設(shè)置中得到充分體現(xiàn)，學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容也不能滿足企業(yè)的要求。因此，教學(xué)上需要改革，確保教學(xué)內(nèi)容與實際工程及企業(yè)對人才的綜合能力要求保持同步。

2 課程教學(xué)的改革路徑

針對結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題，需要探索課程改革路徑，以期為學(xué)生提供更貼近工程實際的教學(xué)內(nèi)容和實踐機會，為工程領(lǐng)域培養(yǎng)出更多富有創(chuàng)造力和實踐能力的人才。

2.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法

在新工科背景下，結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容需要與行業(yè)發(fā)展緊密聯(lián)系，及時更新并引入新的結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和實踐知識。教學(xué)內(nèi)容不能僅限于軟件的操作，還應(yīng)該融合行業(yè)規(guī)范（如建筑抗震設(shè)計規(guī)范、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范、22G101 圖集等），教師授課時引導(dǎo)學(xué)生自行查閱規(guī)范，并結(jié)合軟件操作讓學(xué)生真正理解規(guī)范的條文[3]。同時，加強學(xué)生本科階段所需的基礎(chǔ)理論知識與軟件操作的融合，并注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的學(xué)習(xí)。學(xué)生應(yīng)具備設(shè)計出安全、適用、耐久的建筑結(jié)構(gòu)的能力，在軟件學(xué)習(xí)上學(xué)生應(yīng)學(xué)會根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整結(jié)構(gòu)模型，這需要一定的基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行判斷。課程教學(xué)的內(nèi)容應(yīng)重點關(guān)注SATWE 結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容，而不僅僅是建模操作和施工圖的繪制操作。結(jié)合最新的軟件版本和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，教會學(xué)生如何查看結(jié)果，判斷設(shè)計的結(jié)構(gòu)是否滿足結(jié)構(gòu)指標(biāo)（如位移比、周期比、剛重比等），理解不同模型下計算結(jié)果的差異，并根據(jù)計算結(jié)果來調(diào)整結(jié)構(gòu)模型。特別是計算結(jié)果指標(biāo)查看的文件，采取任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)，課前先由學(xué)生獨立查閱，課堂上教師再進(jìn)行細(xì)致講解，學(xué)生對這部分內(nèi)容的理解會更深刻。教學(xué)中，應(yīng)在框架結(jié)構(gòu)建模、分析計算的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計等，借助數(shù)字化教學(xué)平臺進(jìn)行指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

在教學(xué)方法上進(jìn)行創(chuàng)新，以任務(wù)為導(dǎo)向，引入實際工程案例開展項目教學(xué)，發(fā)揮學(xué)生的主體作用。在教學(xué)過程中讓學(xué)生承擔(dān)結(jié)構(gòu)設(shè)計師的角色，給學(xué)生一個具體的工程項目進(jìn)行團隊合作設(shè)計，從結(jié)構(gòu)方案布置、結(jié)構(gòu)建模、結(jié)構(gòu)分析計算到施工圖繪制的整個設(shè)計過程，引導(dǎo)學(xué)生一步一步完成。例如：在結(jié)構(gòu)方案布置階段，完成結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置的任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生作為一名結(jié)構(gòu)設(shè)計師如何考慮問題，先讓學(xué)生團隊探討結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、豎向構(gòu)件等）布置位置以及考慮因素，教師在點評出最優(yōu)方案以及不合理方案后，指導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行調(diào)整；在結(jié)構(gòu)建模操作中，先布置任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生思考樓層組裝的原理、荷載取值布置的方法等；在結(jié)構(gòu)分析計算中，先讓學(xué)生查閱規(guī)范再進(jìn)行參數(shù)的定義；在施工圖繪制中，先由學(xué)生展示各自的成果，教師再點評出繪制最規(guī)范的施工圖等。通過任務(wù)導(dǎo)向、實踐操作、團隊合作的教學(xué)方法，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生了解整個設(shè)計過程，學(xué)生分析問題和解決問題的能力得到提升，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和參與性，在學(xué)習(xí)中融合行業(yè)規(guī)范，讓學(xué)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(shè)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展

為了提高教育質(zhì)量和培養(yǎng)具有競爭力的人才，加強校企合作、強化師資團隊建設(shè)以及促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展是重要的措施。學(xué)校可以與建設(shè)單位、設(shè)計單位等行業(yè)單位建立緊密合作關(guān)系，建立產(chǎn)業(yè)學(xué)院，促進(jìn)產(chǎn)教融合。同時，定期組織教師到合作單位進(jìn)行學(xué)習(xí)，增強雙師型教師團隊的建設(shè)，教師參與企業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計項目，更新自己的知識和技能，以提高教師的工程實踐經(jīng)驗，更好地教授學(xué)生。此外，學(xué)校可以邀請合作單位的專家來校開展師資培訓(xùn)，提高教師的專業(yè)水平和教學(xué)能力[4-5]。通過與企業(yè)建立聯(lián)系，教師可以拓寬專業(yè)視野和實踐知識面，有助于其培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展所需的綜合能力，以更好地適應(yīng)社會的變化和需求。

在學(xué)生的培養(yǎng)層面，可以邀請企業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計師作為導(dǎo)師與學(xué)校教師共同開展結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程教學(xué)，企業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計師可以向?qū)W生分享工作經(jīng)驗，為學(xué)生講解實際項目的設(shè)計流程和注意事項。同時邀請行業(yè)專家定期開設(shè)專題講座，拓展學(xué)生的知識面。企業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計師還可作為學(xué)生導(dǎo)師帶領(lǐng)學(xué)生參觀合作企業(yè)，讓學(xué)生親身參與實際項目的設(shè)計過程，比如：樓梯的設(shè)計、根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行施工圖繪制等，提高學(xué)生的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)。這種培養(yǎng)模式很好地滿足了企業(yè)對人才的需求，學(xué)生今后進(jìn)入工作崗位也能很快上手操作，增強了學(xué)生的就業(yè)競爭力。

2.3 充分利用數(shù)字化教學(xué)平臺

新工科背景下，數(shù)字化信息技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，數(shù)字化教學(xué)平臺對于結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程的教學(xué)提供了便利。教師可以利用數(shù)字化教學(xué)平臺進(jìn)行課程的考勤，發(fā)布課前任務(wù)，可以把部分教學(xué)內(nèi)容上傳至數(shù)字化平臺，讓學(xué)生課前完成觀看，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，課堂中重點解答學(xué)生的疑惑，并幫助學(xué)生解決在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中遇到的困難和挑戰(zhàn)，從而有效推動學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。教師充分借助數(shù)字化平臺進(jìn)行教學(xué)可以提高結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程的教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生在課前完成學(xué)習(xí)任務(wù)，可以深入學(xué)習(xí)課程的相關(guān)內(nèi)容，同時課中有更多的時間借助教師的指導(dǎo)去解決問題，有助于學(xué)生全面掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)的知識。

2.4 融合學(xué)科競賽開展教學(xué)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程教學(xué)的改革探索中，融合學(xué)科競賽知識開展教學(xué)是一種有效的方法。課程設(shè)置上教師可以融合結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽的知識進(jìn)行教學(xué)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，把競賽內(nèi)容作為案例融入課堂教學(xué)，讓學(xué)生真正了解競賽考查的內(nèi)容，從不同角度進(jìn)行思考和學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用的知識，拓展學(xué)生的知識面。學(xué)科競賽一般與真實的工程項目密切相關(guān)，學(xué)生在參與競賽的過程中，能夠?qū)W習(xí)軟件建模的技巧、軟件應(yīng)用的原理、荷載的布置、參數(shù)的定義、模型的調(diào)整、施工圖的規(guī)范繪制等，接觸前沿的知識領(lǐng)域，提高動手能力。在競賽中，學(xué)生可以在實際問題中應(yīng)用所學(xué)的知識。此外，在學(xué)科競賽中學(xué)生團隊共同解決問題，在團隊中學(xué)習(xí)與合作，提高了學(xué)生的團隊合作能力。

3 結(jié)語

新工科背景下對人才的培養(yǎng)提出新的挑戰(zhàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用課程教學(xué)改革對于當(dāng)前教學(xué)中存在的問題提出解決方案，教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展相適應(yīng)、采取創(chuàng)新的教學(xué)方法、加強校企合作、教學(xué)中融合學(xué)科競賽等。通過教學(xué)改革探索，希望可以提高課程教學(xué)質(zhì)量，更貼合實際工程的需求，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，為未來的工程實踐和行業(yè)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。