基于工程意识培养的土木工程专业毕业设计教学方法探索——对“设计院情景化”模式的探讨

刘 靖， 叶 芬

(1.广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州，545006；2.广西华展艺建筑设计有限公司，广西柳州，545006)

一、引言

随着中国成为《华盛顿协议》正式成员，行业和高等院校对国内高等教育如何与国际接轨的讨论与研究越来越多。住房和城乡建设部联合教育部出台了工程专业认证这一政策，旨在进一步提高工程类学生“能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识”的能力，要求学生在毕业时具备处理一般实际工程问题的能力。同时，专业认证标准提出学生要“能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色”。这无形中促进了各专业课程的教学推出新方式、新方法，能够多样化，具备很强的适应性，以适应社会生产力发展的需要，满足企业对复合型、综合型人才的需求。

毕业设计作为学生在校参与的最后一项综合性教学活动，既是学生深化及综合应用专业知识的重要过程，也是培养学生调查研究、发现与解决工程实际问题的关键路径。[1]工程教育认证指标中对毕业设计的要求如下：“选题要结合本专业的工程实际问题，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。”从土木建筑工程学院建筑工程专业方向2020年和2019年的毕业设计题目类型分布情况(表1)来看，结构设计仍然是土木工程毕业生毕业设计的主要内容。因此，重点提升结构设计部分的教学质量，对让学生达到土木工程专业工程认证标准有着重要意义。高等院校土木工程专业需要培养的是懂理论、会实践，并能将理论和实践紧密结合在一起，同时还具有创新能力的高级应用型专门人才。大多数毕业生反映在学校里学到的是若干个理论知识片段，实践机会很少，毕业设计环节也未能很好地将理论应用起来。教科书式的教学方法使他们在毕业后仍然需要相当长的时间适应企业的工作模式。这说明目前本科土木工程教育的培养目标不突出或有明确的目标而培养的人才不达标或目标与市场衔接不好。[2]综上，我们提出毕业设计“设计院情景化”的教学方法，希望在这种新的方法下，利用有限的教学资源和教学时间尽可能在毕业设计环节培养学生的工程意识，让学生体验生产实践的具体过程。

表1 2019年、2020年建筑工程专业毕业设计题目分布情况

二、毕业设计目前在工程意识培养上的问题

(一)理论知识与实践活动脱节

工科类学生最终应“能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题”，这实质上阐明了对学生“学以致用”的要求。实践是检验真理的唯一标准，土木工程专业作为应用型专业，其最终目的是把理论知识转化成生产力。设计思维与学生日常的依靠理论知识解决理论问题的思维过程是不同的，是需要跟工程实际紧密联系的。[3]本科生的学习内容大多以理论知识和概念为主。教师在部分专业课程中通过穿插课程设计来巩固学生学习的知识，但课程设计多数只针对本课程的相关内容进行，仅是对一些知识点的基础应用，造成学生对设计活动缺乏整体性认识。例如：混凝土楼盖课程设计主要针对规则结构的梁板等水平构件进行计算，并不涉及墙柱等竖向构件的影响；基础课程设计的内容主要集中在基础选型、地基承载力及变形验算、基础设计等方面，上部结构的条件多以已知条件直接给出。这种做法使学生在进入毕业设计环节时，对专业知识的认知大部分仍处在零散的状态，对课堂上学到的知识是一种片面化的认识，并不具备将知识点完整、合理、正确、灵活地运用到真实设计活动中的能力。出现这一问题的主要原因在于，在校生需要进行较多的课堂理论知识的学习，这使他们缺乏与生产活动直接接触的机会，所学的知识一直停留在纸面上，缺乏分析、解决具体工程问题的能力，缺乏有效地将理论与实践结合起来的能力。而传统的毕业设计只是简单地将若干个课程设计内容拼凑起来，没有形成一个完成的设计链条。

(二)唯软件论

诸多设计软件和计算小程序的出现将设计者从繁重的数据处理过程中解放出来，从而提高了设计效率。但正由于设计软件融合了各类规范和计算公式，在软件的使用过程中省略了大量烦琐的手算过程，因此，学生并不愿意深入思考设计的过程，这造成了学生缺少工程意识，进而产生了对软件结果的盲从。软件的使用是由设计者来完成的，结果的正确性及合理性与设计者自身的技术水平有直接的关系。如果设计过程中某个参数的设置是不合理的甚至是错误的，那么计算出来的结果将无法符合设计要求。毕业设计本身要求学生用工程的方法解决工程问题，而不能将设计软件当作一个简单的绘图工具使用，最终的设计成果也应该以工程的眼光来评价，这些在现如今的毕业设计中都缺失较多。

(三)企业元素的缺失

一直以来，毕业设计的运作模式还停留在学校模式上。这种模式总体上存在着指导方式呆板、指导手段单一、指导过程松散、评价方法教条、过程脱离企业生产的基本要素和环节等不足，会受到指定受力体系、规定采用的材料、限定使用的设备等限制。类似这样的做法在一定程度上限制了学生的主观能动性，抑制了学生发挥的空间。并且，大部分高校的毕业设计以建筑结构计算为主进行命题，这不仅给教务部门聘任毕业设计指导教师带来一定的压力，而且没有很好地将绝大部分学生的毕业设计与将来的工作联系起来。[4]另外，指导教师自身水平的局限性也影响着设计质量的好坏，很多教师毕业后直接到学校参加工作，并没有太多的生产实践经验，他们在指导的过程中也就不免照本宣科，缺少工程意识。当学生在这种学校模式下完成学业进入工作岗位，面对全新的工作环境和工作状态时，他们仍然需要很长的时间来适应和转变。所以，这种指导模式与专业认证的要求还是存在较大的差距的。

三、“设计院情景化”毕业设计模式的主要内容

为了解决上述问题，我们以毕业设计教学方式为改革对象，以设计院运作模式为参考依据，将土木工程毕业设计与设计院项目流程结合起来，让毕业设计中的各个部分按设计院项目设计的流程进行操作，以真实设计为背景，以设计过程为抓手，让设计组中的学生扮演相应的角色，营造企业团队氛围。另外，在管理设置、机构设置(图1、图2)、流程设置及奖惩制度等方面融入企业特点，在设计的各个阶段都以实战为标准，将教学方式转变成企业运作方式，实现对学生工程意识和职业操守的培养，适应社会、行业的操作机制。同时，以这种新的运行模式展开设计工作，可以激发学生学习兴趣，提升学生设计热情，加强学校和企业间的业务交流。

图1 “情景化”职责模拟

图2 “情景化”机构模拟

(一)可行性研究模拟阶段——实习成果与可研报告的结合

毕业环节可分为两个大的部分：一是校外实习部分，二是校内设计部分。因此，毕业实习部分应作为毕业设计的一个重要的前期准备阶段，成为检验学生在校学习效果的平台。要通过实习，让学生初步掌握后期设计中需要用到的知识点，实现对设计内容的工程性认知。

在工程项目的设计过程中，设计院在获得项目初期会有可研环节：针对项目特点及甲方要求对项目设计中的主要技术特点进行前期分析。参照此环节，指导教师在毕业实习开始阶段就应结合设计题目，让学生以设计人、校对人的身份带着特定的内容去参与实习(图3)，将实习日记及实习总结书写成可研报告的形式，锻炼他们将理论知识运用到实际生产中的能力。

图3 可行性研究流程图

(二)立项报建模拟阶段——开题报告与报建方案的结合

设计院的项目报建环节已经具有初步设计的成分，它需要考虑各种具体的参数指标，进行初步建模和试算，以期做出一份较为合理的总体解决方案。这一过程与毕业生的开题报告环节有许多相似之处。为此，在实习完成后，学生应根据设计题目的规模及功能要求进行初步方案分析，并针对项目的特点确定软件类型、选型和选材等(图4)，同时，针对关键问题寻找解决方案，做出技术预判，并对拟订方案进行横向比对或纵向比对，寻找出最优方案，最后把这些内容整合成开题报告。

图4 立项报建流程图

(三)深化设计模拟阶段——学院式设计与企业式设计的结合

1.方案设计阶段——着力培养学生的全局观

纵观整个设计过程，方案设计阶段是最具有整体观念的一个部分。方案考虑是否得当对后期的工作有着直接的影响。在这个阶段的积极介入能提升学生串联知识的能力，能提高学生的知识系统化水平。布置方案前，指导教师应要求学生做到以下几点：第一，对建施图有深入的理解和认识；第二，理解建筑设计的意图；第三，对可能出现的难点和要点通过各种手段先期找出解决预案。在方案设计过程中，指导教师可通过案例分析、规范解读等手段增强学生的整体概念，并且可以要求学生准备几种方案，对不同方案的优缺点进行比对，以作为终选方案的参考。另外，在完成初步方案设计后，还可以让学生在设计组内采用互评的方式进行交叉点评，使学生在发现别人的问题时也能核查自己的设计。

2.设计计算阶段——促进学生规范化、标准化习惯的养成

任何一个工程设计的合理程度都取决于对规范的符合度。对规范的理解程度和运用能力，以及将规范条款合理运用于设计是行业对设计人员认可的重要标准之一。因此，教师在这个阶段应重点培养学生使用设计规范的设计习惯。由于规范条款的表达比较生硬，容易使学生产生厌倦和反感的心理，因此，教师在指导的方式上要以兴趣为导向。而且，指导教师还应要求学生对使用的规范条款能合理解释其使用原因，并以书面形式进行记录。

由于规范使用不准确，存在一定的隐蔽性，因此，此阶段另一个重要的关注点应放在对计算结果的研读上，通过对计算结果的研读还可以检查方案阶段的合理程度，进一步提升学生的整体意识。

设计阶段是整个设计的核心部分，在完成基本的结构设计过程中还应注重多学科的交叉性。一个工程项目从立项到建设、完成涉及多个专业领域，各自为政的工作作风必然会造成大量不必要的返工和浪费。毕业设计的主要工作虽然集中在结构设计部分，但如果能将施工、管理、经济、环保等人文和社会因素融入其中，那么也能锻炼学生的多学科意识，提高其职业素养。在这一模式的指引下，学生能更多地了解其他学科在设计环节中的作用，增强工程意识。

除了结合设计院工作流程模式进行毕业设计工作外，针对教学自身的特点，学校在此阶段的设计工作中，还应关注一些其他问题。

第一，强阶段，弱成果。毕业设计的优劣固然是以学生最终的成果作为评价的依据，但作为一个按设计院流程完成的项目，更应该着眼于过程。设计员只有控制住各阶段的准确性与合理性，才能最大限度地减少施工图阶段的返工，避免过多的图纸变更等环节。

人才培养的核心为培养出能自主思考并解决实际问题的技术骨干。设计院只有把控过程，才能获得良好的结果。在深化设计的工作中，设计院应该将每个设计环节对整体、安全、适用、经济的影响考虑进来，在满足本项目设计要求的基础上，在过程中将设计思维植入学生的心中，以便学生在将来的工作岗位上养成细节思考的习惯。当各阶段的过程都得到了很好的控制之后，成果的合理性自然也就水到渠成，设计成果的好坏也就一目了然。

第二，强概念设计，弱计算设计。概念设计是一种头脑风暴的技术体现，它需要设计者在已有专业知识的基础上，用自身的专业素养有效地解决没有现成答案的问题。计算设计是设计的基础，概念设计是设计的灵魂。并不是说不需要计算过程，必要的计算能力仍是不可或缺的，但缺少概念设计的工程项目只能是一种机械的复制。由于概念设计涉及的范围比较广泛，学生掌握起来也会觉得难度比较大，因此，除了常规的教学手段外，教师还可对一些具体的知识点采用虚实结合的手段进行补充。虚实结合指的是虚拟课堂和现实课堂的结合，是“互联网+教育”的产物。两种课堂各有优势，互融互补。虚实结合以现实课堂为主导、虚拟课堂为补充，[5]把抽象的理论知识转化成直观的实际成果来认识。采用图片、视频等手段，把概念设计的设计原则呈现给学生，这种方式的效果远比单一的说教要有效得多。通过对概念设计的培养，能更进一步增强学生的结构意识，提高学生的设计水平。

第三，强优化设计，弱例题化设计。设计方案的合理性是需要通过比较得出的，那种在书本上找一个例题，按照例题的做法进行的设计既不符合设计的理念，也不能满足学生将来要从事的岗位的需求。在行业竞争日趋激烈的当下，经济就是指标，市场就是生命。不考虑设计方案的合理性、经济性、适用性，以完成设计任务为目的的设计模式在设计院早已被淘汰。优化设计的核心是方案比对，虽然已在立项阶段做了一定的方案分析，但比对分析结论的正确与否则需要在设计阶段体现出来。对于学生而言，要求他们做出比较深层次的方案改选是比较困难的，我们可以选择在一些容易产生不同效果的环节进行优化考虑。

(四)施工图设计模拟阶段——数量指标与质量指标的结合

1.施工图出图

图纸是工程师的语言，按图施工是行业的基本做法。虽然现在大部分施工图的绘制工作已经由软件完成，但图纸的人工补充和核对是必不可少的。重计算、轻构造是毕业生初入职场的一类通病，他们觉得只要能把需要的设计图绘制出来就完成任务了，其结果就是出现施工图表述不清，施工图内容读不懂，大样图画不出、画不对，构造要求不清楚等一系列问题。因此，在进入施工图阶段后，设计院对所绘制的图纸要以规范化、标准化出图为标准，以满足施工使用为前提，在图纸质量上狠抓几个关键点(图5)：①线条线型标准化；②用语符号规范化；③说明注释实用化；④图纸内容准确化。同时，应采用设计院的图纸会签制度，采用谁设计、谁签字，谁校对、谁负责的模式和设计人与校对人共同承担责任的准终身责任制，让学生在每张签有自己名字的图纸上体会到职业责任感。

图5 施工图阶段规范化要求及流程图

2.施工图会审

一个人的能力是有限的，一个项目的设计过程也不可能是没有错误的。设计院采用图纸会审的方法，能将这些错误和不合理减到最少。同样，对于学生而言，错漏之处更不可避免。采用设计院的会审方式，教师、组员、企业人员共同参加模拟会审的过程，一方面能对学生的设计成果做出比较全面、客观的评价，另一方面也能让学生在这一过程中查缺补漏。而且，会审的形式既能营造出以后工作中的场景，又能模拟出毕业答辩的氛围，可以说具有事半功倍的作用。

五、结束语

在毕业设计中采用“设计院情景化”模式无论在培养学生专业能力上，还是在模拟将来工作岗位的场景上，都是一种全新的尝试。在实际操作过程中，受大环境的限制，该模式很多方面尚不完善。学生受专业的限制，建筑、设备和水电部分完成有一定的难度。因此，在今后的设计环节，学校可尝试让不同专业的学生组成一个团队，让他们共同完成一个项目的设计工作，形成一个完整的设计链。

“设计院情景化”模式作为一种新的教学探索方法，还需要不断探索。同时，对设计成果的评价方法也需要以工程的标准来衡量，情景模式的新方法效果如何还需要实践的检验。我们要不断摸索，不断完善，让它在教学过程中更好地发挥作用。