基于CDIO工程教育理念的土木工程专业建筑结构毕业设计改革研究*

王晓飞 石 静

（南阳师范学院土木建筑工程学院，河南 南阳 473061）

毕业设计是土木工程专业本科教育阶段的最后一个综合性实践教学环节，是学生综合运用土木工程专业基本理论、专业技能分析和解决工程实际问题与创新研究的过程，也是对学生学习能力和专业素质的全面检查[1,2]。毕业设计的质量将直接影响学生日后工作以及学习的质量，是土木工程专业教育质量的体现。2019 年10 月，教育部印发了《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》，指出严把考试和毕业出口关，其中毕业出口关要求科学合理制定本科毕业设计（论文）要求，严格全过程管理，严肃处理各类学术不端行为，严格学士学位标准和授权管理等。2021 年1 月7 日，教育部官网印发《本科毕业论文（设计）抽检办法（试行）》通知，明确了本科毕业论文抽检每年进行一次，抽检对象为上一学年授予学士学位的论文，抽检比例原则上不低于2%。而目前土木工程专业毕业设计的质量普遍较低，究其原因主要是土木工程专业毕业设计大多结合工程实际，综合性较强，计算工作量大，而毕业设计过程中常存在选题不当、指导教师精力投入不足、学生缺少必要的培训、考核机制不严格等问题。

为了从根本上解决土木工程专业毕业生毕业设计质量低的问题，需要设计一套以学生为主动的、实践的、课程之间有机联系的毕业设计的构思、设计、实现和运作模式（即CDIO教育模式）。CDIO毕业设计培养大纲将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，大纲要求以综合培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。利用CDIO教育模式可以在实现毕业设计目标的基础上，进一步提高学生的技术知识和推理能力、综合性学习经验、主动学习习惯、人际交往技能等，还可以提升教师的教学能力。

1 土木工程专业毕业设计现状分析

1.1 教学模式传统，形式缺乏创新

我院的土木工程专业毕业设计课题长期没有变化，设计内容也比较单一，大部分为多层钢筋混凝土框架结构设计，基本没有紧跟实际工程的发展引入创新性的设计内容。面对千篇一律的毕业设计内容，大部分学生只能按部就班地完成，甚至互相抄袭，只知其然不知其所以然，没有主动设计的概念，更谈不上创新创意。此种教学模式将直接影响土木工程专业毕业设计中学生创新能力的培养及整体毕业设计工作的水平。

1.2 教学指导过程简单，缺乏系统细致的教学方案

毕业设计是综合知识运用实践教学的重要环节，它将各个课程的专业知识及现行规范密切结合运用[3]。部分学生的专业基础知识薄弱，综合运用能力较差，而且思想懒惰，基本不会查阅相关资料，只想机械效仿设计例子，照猫画虎，从不善于独立思考和解决问题[4]。即使有多数学生的专业知识扎实，但日常教学中缺少实际的专业实践，其在毕业设计中也很难有宏观设计理念并将其运用。针对上述问题，指导教师应该设计更为系统细致的教学指导方案，但我院的指导模式还仅限于简单安排任务、回答学生疑问等。

1.3 考核方式不科学

目前我院对土木工程专业毕业设计的考核方式是通过答辩了解学生的设计成果，答辩过程还是针对具体的问题。这种考查方式不仅存在以偏概全的现象，也无法区分学生设计水平的高低。

针对上述问题，本文通过调研学生毕业设计中的具体质量问题，分析出现各种质量问题的具体原因，基于CDIO 工程教育模式对土木工程专业毕业设计进行改革研究。

2 基于CDIO工程教育模式的土木工程专业建筑结构毕业设计需要解决的关键问题

基于CDIO 工程教育模式的建筑结构毕业设计的基本思路如图1所示。

图1 建筑结构毕业设计的基本思路

针对图1 中毕业设计的基本思路，基于CDIO 工程教育模式培养毕业生的结构设计基础知识、个人能力、人际团队能力和结构设计系统能力。

（1）培养学生建筑结构概念设计的能力。建筑结构概念设计是运用人的思维和判断能力，在设计前期从宏观上决定结构设计中的重大问题，既符合功能要求，又具有足够的整体性和抗灾害能力，从宏观上决定结构设计的基本问题。建筑结构概念设计的总体方案对造价、安全的影响是几倍，而后期的构件计算对其影响是百分之几。由此可见，概念设计对建筑结构设计是非常重要的前期环节，而学生在毕业设计中往往只针对构件的计算进行大量的工作，很少有人会对结构进行概念设计，这主要是因为学生不具备建筑结构概念设计的能力。

（2）加强学生结构设计基础知识。概念设计、初步设计、施工图设计中均存在大量的结构设计基础知识点，某个结构参数的确定往往需要综合考虑多个基础知识点才能准确确定，而由于学生对基础知识点的掌握不够牢固、不够全面，确定的设计参数不合理甚至错误，最终导致设计的结构存在安全隐患，这一类的设计往往是不及格的。因此，需要在设计的每个环节与学生反复探讨结构设计基础知识。

（3）提升学生个人与人际团队能力。大多数学生的毕业设计全部由自己完成，但在短时间内，以学生自己的能力很难面面俱到地完成毕业设计，这样将导致学生的难点、易错点没有时间解决，个人能力没有得到提升。除此之外，因为没有其他人员的参与，无法培养学生的人际团队能力。

3 基于CDIO工程教育理念的土木工程专业建筑结构毕业设计改革实施方案

基于CDIO 工程教育理念的土木工程专业建筑结构毕业设计改革实施技术路线如图2所示。

图2 毕业设计改革实施技术路线

围绕图2 所示的总体技术路线，基于CDIO 工程教育理念的土木工程专业结构毕业设计改革实施方案确定如下：

（1）建立初选设计题目库并确定每一位学生的选题方案

通过查阅资料、外出调研等手段，充分了解目前土木工程专业毕业设计的选题类型及其内容，结合我校土木工程专业、学生的特点、教师的科研项目或科研强项以及目前各地区广泛推广的新型建筑结构形式等，分析并挑选适合我校校情的毕业设计选题作为初选题目备用库。以南阳师范学院土木建筑工程学院为例，部分教师的初选题目如表1所示。利用面对面或网络等交流方式与学生进行沟通交流，启发并引导其在初选题目中选择适合他们自己的毕业设计题目并完成任务书的编写。

表1 土木工程专业毕业设计部分教师初选题目

（2）考虑学生的专业知识水平制定毕业设计的教学指导方案

首先制作概念设计微课并指导学生完全消化理解，然后针对不同的毕业设计选题建立设计基础知识点库并制作成微课，利用面对面或网络等交流方式考察学生的专业知识水平，根据学生的专业知识水平制定毕业设计的教学指导方案。教学指导方案包括概念设计教学指导方案、初步设计教学指导方案以及施工图设计教学指导方案三部分，每一部分均有书面教学方案以及数字教学方案两种形式。其中，建筑结构毕业设计中一般包括两大部分，一部分是建筑设计部分，一部分是结构设计部分。其中，建筑设计部分不作为土木工程毕业设计的重点，所以一个毕业设计题目中需要建筑学学生与土木工程学生共同参与。选择掌握不同知识点的学生作为一组，充分发挥其各自的优势相互学习，再在上述教学指导方案的基础上详细指导，最终完成毕业设计。

（3）制定毕业设计的考核标准

制定毕业设计的考核标准，主要包括：①设计的构思能力；②结构设计知识与推理能力；③个人与人际团队能力；④最终设计结构的优化程度。毕业设计的考核分两部分，一部分是指导教师对指导学生平时表现的考核，另一部分是答辩中答辩老师对答辩学生表现的考核，以上两部分考核均为百分制，最终考核成绩=平时考核成绩×0.7+答辩考核成绩×0.3。毕业设计的考核是以目标为导向，引导学生主动、综合性的学习，主要评价学生的专业素养、工程推理和解决问题的能力。学生平时考核标准、答辩考核标准分别如表2和表3所示。

表2 土木工程专业毕业设计平时考核标准

表3 土木工程专业毕业设计答辩考核标准

4 结语

基于CDIO 工程教育模式制定了土木工程专业建筑结构毕业设计改革实施方案，以期培养毕业生的结构设计基础知识、个人能力、人际团队能力和结构设计系统能力。