面向工程能力培养的房屋结构设计课程教学改革与实践

刘建平 贾致荣 师 郡

山东理工大学建筑工程学院 山东淄博 255049

面向工程能力培养的房屋结构设计课程教学改革与实践

刘建平 贾致荣 师 郡

山东理工大学建筑工程学院 山东淄博 255049

对大学生工程能力的培养是高等工程教育的重要环节。结合CDIO工程教育理念，以房屋结构设计课程教学过程中注重培养学生的工程能力，提高学生创新能力为出发点，从改革课程体系、优化教学内容、改进教学方法、加强实践教学、重视教师工程能力的培养等方面探索了房屋结构设计课程建设的途径和方法。

工程能力；培养；教学改革；课程

重视学生工程能力的培养已成为世界各国高等工程教育的共识和趋势。CDIO是国际上先进的教育教学理念，也是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标[1]。随着现代科学技术的学科交叉、渗透与综合，现代工程的社会性、复杂性、实践性、创新性等特点更加突出。土木行业的发展对人才的素质和创造能力提出了越来越高的要求。在这样的环境下，如何以工程能力培养为主线，进行教学改革，调动学生学习的积极性、主动性，重视学生的个性发展，提高学生的创新意识和探索精神，是值得我们深入研究的课题[2]。

房屋结构设计是土木工程专业建筑工程方向的专业课，是混凝土结构基本原理的后续课程，在土木工程本科培养计划中有着举足轻重的地位。该课程内容包括绪论、梁板结构、单层厂房结构、多层框架结构和砌体结构等五部分，内容丰富，理论性、实践性和综合性强，从改革课程体系、优化教学内容、改进教学方法、加强实践教学、重视教师工程能力的培养，尤其是注重学生工程能力的培养等方面探索了房屋结构设计课程建设的途径和方法。

1 面向工程实际，改革课程体系

基于CDIO培养大纲要求，以强化学生工程素质和创新能力培养为主线，按照房屋结构设计课程知识的内在逻辑结构，将房屋结构设计课程的教学分为结构概念设计、结构分析、结构设计和新结构新技术四大模块，对其知识模块进行优化组合。将土木工程传统知识与最新技术进展相结合，将专业知识与现代信息技术相结合，将书本知识与教师的科研成果相结合，将基本概念与工程案例教学相结合。同时，对课程设计、生产实习、毕业设计和课外实践教学等环节，按“分阶段、递进式”模式进行了研究和改革，形成了“多模块、多类型协同发展”的课程体系。

2 优化教学内容，增强工程意识

CDIO教育模式重视培养学生的工程能力，因此知识的连贯性、承接性和互补性变得非常重要，在教学中要紧贴工程实际，优化教学内容，适时、适量地补充新技术、新方法、新规范、新标准等，充分体现教学内容的适应性和时效性。

2.1 整合教学内容，优化知识结构

在教学中以“结构布置—计算简图—截面设计—构造处理—施工图绘制”为主线，避免重复，重讲概念、讲思路、讲动向，剔除或减少与力学、高层房屋结构设计等课程内容重复或相近的成分。如框架结构的内力计算方法(分层法、反弯点法、D值法)、肋梁楼盖结构连续梁按弹性理论的内力计算方法、单层厂房排架结构的内力计算方法，其基本的计算方法在结构力学中已经学习，再将理想状态下的力学方法引入具体的结构中来，需要一个过渡和熟练应用的训练。因此，将此内容安排在房屋结构设计课程中，只讲计算要点，过程不重复，遇到建筑抗震设计、高层房屋结构设计等此类问题，就可略去不讲。

2.2 教学内容与现行规范相结合，注重知识的融会贯通

作为一个土木工程师，必须掌握国家的有关规范、规程。本课程的教学涉及了混凝土结构设计规范、建筑结构荷载规范、建筑地基基础设计规范等，学生学习本课程的基本原理有助于理解这些规范。因此，教学中既要对结构设计方法进行重点讲解，又要介绍规范条文，引导学生对规范条文在理解的基础上灵活运用，培养学生正确运用规范的能力。

2.3 加强概念设计内容，注重学生概念设计能力培养

结构概念设计不是某种具体方法[3]，它贯穿在结构设计的整个过程中，包括结构方案的选定和布置、荷载传递路径的设置、关键部位和薄弱环节的判断和加强以及承载力和结构刚度沿高度的均匀分布等，它是结构工程师的基本功。一个合理的结构设计往往是结构概念设计、结构计算分析、构造措施三部分内容的有机结合，概念设计是结构设计的灵魂。因此，教学中应重视概念设计，引导学生从整体上把握结构布置和细部构造的关系。

2.4 增设新结构、新技术模块，拓宽学生的工程视野

从CDIO的角度上改造房屋结构设计课程的教学内容和体系设置，除了要大力加强课程间的横向联系和交叉综合外，还要考虑根据房屋结构设计课程的工程应用背景，增设新结构、新技术教学模块作为该课程的延续和深入，如增加了现浇混凝土空心楼盖、混凝土叠合箱网梁楼盖、新时代下的办公建筑、商业建筑、多功能综合建筑的概念设计等新技术专题，并给出相应典型实例，既提高了学生的学习兴趣，又拓宽学生的工程视野。

3 改进教学方法，培养工程思维能力

3.1 基于工程实际的案例教学

在教学中将大量的工程图纸、图片和资料引入课堂，在教学中增加工程因素、工程内容，使理论知识具体化、实体化，培养学生工程意识和工程思维方式。同时，介绍国内外典型的建筑结构设计实例，开展课堂讨论，引导学生积极参与，主动学习，通过多方案比较解决问题，提高学生主动学习能力、交流能力和创新能力。

3.2 基于项目的“做中学”教学方法

在课程教学过程中，全面探索基于项目的教学方法，采取以问题为导向，以大作业、课程论文、文献综述报告等为载体的探索式学习模式，培养学生从工程全局出发，综合运用多学科知识和工具解决工程实际问题的能力，培养学生的自学能力、创新能力、动手能力、协作能力和探索未知的能力。

3.3 基于问题的启发式、讨论式和讲评式教学

积极实践启发式、讨论式和讲评式的教学方法，注重发挥学生在教学中的主体地位，调动学生学习积极性、主动性和创造性，按照“提出问题、分析问题、解决问题、结论和讨论”的思路，组织课堂教学[4]。

4 加强实践教学，强化工程能力培养

4.1 将CAD/CAE软件引入实践教学中，提高学生计算机软件应用能力

实践教学环节是培养学生综合素质和工程实践能力的重要阶段，在课程设计、毕业设计阶段，开展专项训练和引导，培养学生综合运用专业基本理论和基本技能，使学生受到结构工程师所必需的综合训练，如查资料、结构方案布置、结构分析、结构施工图绘制等，并将PKPM，天正建筑CAD，ANSYS等CAD/CAE软件引入课程设计、毕业设计、课外科技活动中，提高学生工程素质和计算机软件应用能力。

4.2 搭建结构设计大赛平台，提升学生工程实践能力与创新精神

积极引导学生参加学科前沿讲座和学术交流活动，不断开阔视野，激发学习兴趣，增强活力；鼓励学生积极参加结构设计大赛、大学生创新立项等第二课堂活动，培养学生的工程意识、科学思维、合作精神、实践能力、创新能力。

4.3 通过参与教师的科研项目，提高学生研究问题的能力

学生参与教师科研项目，是我们培养学生应用能力和创新意识的另一有效途径。通过把在课内实践性教学环节中表现出研究兴趣和潜质的学生组织起来，有针对性地指导他们参与教师科研课题的研究，进一步培养他们研究问题的能力，提高他们的创新意识。

5 重视教师工程能力的培养

教师工程素质的高低是工程教育成败的关键因素之一。课程组每个青年教师都制定了相应的培养计划，实行指导教师责任制，青年教师通过组织、指导学生的设计竞赛、课外科研及其他实践性环节，使自身的知识面得以扩大，并提高了工程实践能力；积极鼓励专业教师取得相关的执业资格证书，在理论知识达标的基础上，检验教师工程实践能力是否达标；鼓励教师到国内相关行(企)业参加工程实践、科技开发或兼职，在搞好技术服务的同时使得自身的工程实践能力得到提高。

6 基于注册考试制度的试题改革

土木工程行业已实行注册师执业制度，结合国家一级注册结构工程师专业考试大纲要求[5]，本课程考试中，试题题型、覆盖率接近注册工程师考试试题，且大幅度增加连锁计算题、综合概念题的比例。比如混凝土结构的设计，涉及计算简图、内力计算、内力调整、内力组合、正截面承载力计算、斜截面承载力计算、钢筋直径、间距、根数等构造要求的确定等方面，每个题目涉及内容广泛，需要综合知识和技能，注重对学生综合能力的考察。

7 结束语

房屋结构设计课程在土木工程专业本科生工程能力的培养中起着至关重要的作用，通过以上各种途径的教学改革，激发了学生的学习兴趣，使学生在理论知识、综合应用、工程能力等方面得到了很好的训练，提高了教学效果。

[1] 郝智秀,季林红,冯涓.基于CDIO的低年级学生工程能力培养探索—机械基础实践教学案例[J].高等工程教育研究,2009,5:36-40.

[2] 吴鸣,熊光晶.以工程能力培养为导向的桥梁工程教学改革[J].广东交通职业技术学院学报,2010,4:83-86.

[3] 谢群,胡伟.将概念设计融入高层建筑结构教学的必要性与方法[J].高等建筑教育,2008,3:70-73.

[4] 韦爱凤,付赣清,管民生.高层建筑结构抗震与设计课程教学改革与实践[J].广东工业大学学报:社会科学版,2010,7:130-134.

[5] 杨子江,李峻峰,朱锦章.土木工程本科教育—培养结构工程师职业素质与执业能力的重要阶段[J].牡丹江大学学报,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

刘建平，硕士，副教授。贾致荣，博士，副院长。师郡，副教授，系主任。

山东省教育厅高等学校教学改革研究项目(编号：2009236)。