面向解决复杂工程问题的土木工程专业毕业设计教学改革探索

赵雪娟，李志永

（1.唐山学院土木工程学院，河北 唐山 063000；2.唐山市规划建筑设计研究院，河北 唐山 063000）

0 引言

我国在《中国教育现代化2035》和《教育部工业和信息化部中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》中均明确提出要树立工程教育新理念，全面落实“学生中心、产出导向、持续改进”的教育理念，对所有学生，注重学习效果，加强质量水平，持续提升工程人才培养水平。卓越工程师计划2.0的前提和基础是通过工程教育专业认证。自我国20世纪90年代初的建筑学、土木工程等专业认证试点开始，工程教育专业认证实践仅有30年的发展历史[1]。针对土木工程专业的认证，《工程教育认证通用标准解读及使用指南（2022版）》中明确给出了毕业生在12个方面的毕业要求和解释。新的认证标准中有8项要求是直接针对解决复杂工程问题而提出的能力要求，本科生工程教育的基本定位是培养学生解决复杂工程问题的能力[2]，因此具备解决复杂工程问题的能力成为学生的核心毕业要求。如何定义土木工程专业的复杂工程问题并将其体现在教学环节是亟待解决的问题。毕业设计是土木工程专业中的一门重要的实践课程，本文通过优化毕业设计选题、设计模式、指导模式为土木工程专业实现培养学生具备解决复杂工程问题的能力提供有益的实践参考。

1 复杂工程问题的内涵

复杂工程问题的特征。复杂工程问题是指没有深入的工程知识就无法解决，需要进行基础性和原理性分析的问题。《华盛顿协议》和《工程教育认证标准》均给出了“复杂工程问题”的特征条件。

复杂工程问题的关键在于“复杂”。复杂至少包括三个层面的含义：突破常见问题场景，创新标准和方法；超越单一学科知识，需要多样化技术知识体系；超越纯粹技术范畴，统筹兼顾非技术因素的冲突。[3]所以复杂工程问题不等同于复杂工程技术问题，复杂工程技术问题属于复杂工程问题的一种，但不是全部。复杂工程问题可以是一些工程基本问题，但同时问题本身可能受到多方面的制约，问题的解决需要去从多方面权衡，更需要结合工程项目当前的状况做出判断，给出最终的解决方案。

2 土木工程专业毕业设计中存在的问题

2.1 毕业设计题目类型比较单一，缺乏复杂工程问题的设计

我校的毕业设计通常是由指导教师指定题目，设计题目分为两大类型：毕业设计论文和建筑工程的建筑结构设计或道路工程的线路设计。毕业论文的占比较少，本文主要以建筑工程的建筑结构设计为例进行分析。建筑工程的建筑结构设计分为两个方向：道路与桥梁工程方向和房屋与建筑工程方向。以建筑工程方向为例，一般要求学生在教师给定的任务要求下完成相应工程项目的建筑结构设计。拟定的工程项目大都是框架结构的办公楼、宿舍楼、教学楼等类似建筑的设计，设计题目虽然取材于类似的工程，但并没有完全使用真实的工程资料。

2.2 毕业设计涵盖专业有限，缺乏复杂工程问题的系统性

建筑工程毕业设计主要包括建筑方案的设计、建筑施工图的绘制、结构施工图的设计等主要内容，但是建筑工程是一项综合复杂的工程，它不仅涉及建筑学、结构工程专业，还涉及项目规划、给排水专业、暖通专业等多个专业，而且还与机电、环境保护等紧密联系。尤其自我国提出实现碳达峰、碳中和的目标以来，如何在建筑工程中实现节能减排是双碳目标中非常重要的一环。为实现双碳目标，我们可以加快发展装配式建筑、推出更多的绿色建筑和超低能耗建筑。目前的毕业设计中并没有体现上述内容，缺乏对建筑工程系统性设计的考虑，不符合解决复杂工程问题的要求。

2.3 毕业设计指导模式传统，缺乏交叉综合培养的特征

以往的毕业设计大都是采用“一人一题目、一师指导多人”的传统模式，若在毕业设计中达到培养解决复杂工程问题能力的要求，对指导教师来说不论是从知识储备还是时间精力上都存在较大的难度，而且专业教师多专注于其所研究领域的某一个或几个研究方向，很难完全覆盖毕业设计要求的全部内容。在复杂工程问题特征要求的背景下，对指导教师在专业宽度和深度上都提出了更高要求，单个指导教师很难较好地满足毕业设计指导任务的要求。

3 面向解决复杂工程问题的土木工程毕业设计改革措施

针对以上提出的毕业设计中存在的问题，可以从以下三方面考虑解决：

3.1 体现解决复杂工程问题的毕业设计选题

为了在毕业设计中体现解决复杂工程问题，首先在源头上必须考虑复杂工程问题的嵌入，借助于成果导向的教育理念，可以进行反向教学设计，摒弃传统单一的纯框架结构的设计题目，设计服务实际工程的多要素待解决问题。

毕业设计题目的来源可以分为三部分：一是来自合作企业，包括校企合作单位、学生的就业单位、产学研合作企业等，此类题目均来自实际工程，工程种类丰富，工程资料齐全，设计过程中需要权衡考虑的因素较多，不必局限于传统单一的框架类建筑结构的设计。例如：高层剪力墙结构、框架-剪力墙结构类型的建筑结构设计、深基坑支护、地基处理、大型工程的施工组织设计、装配式建筑结构的设计等均可作为毕业设计题目；二是来自指导教师的科研项目，此类毕业设计大部分为毕业论文，可以来自指导教师的纵向课题，侧重于理论研究型的项目，也可以来自指导教师的横向课题，侧重于解决工程中的实际问题，此类型的毕业设计都要求学生在毕业设计正式开始以前就实际参与到教师的项目当中，对项目有较清楚的了解，以保证在有限的时间内完成毕业设计的全部内容；三是来自教师拟定的设计题目，项目可以是已建或待建工程，或者是根据学生的研究学习兴趣立题。

3.2 项目合作式的毕业设计模式

基于复杂工程问题的特征，可以开发项目合作式的设计模式。对于某一整体建设项目，可以将建筑学、结构工程、给排水科学与工程、建筑环境与能源应用工程、工程造价、工程管理等多专业结合在一起进行项目团队式毕业设计。本设计模式需要的时间相对较长，可以提前一学期进行毕业设计的布置，明确每一个团队成员的设计任务，设计过程中各专业必须相互交流、相互合作才能共同完成整个项目的设计和管理。此种模式更真实地模拟了实际的工作环境，使学生能够更系统地了解各专业的设计流程，处理各专业存在的矛盾问题，有意目的地主动去协调和解决设计过程中出现的分歧问题，加强团队协作精神，可以较好地实现解决复杂工程问题的要求。

3.3 团队式的毕业设计指导模式

针对传统的师生一对一指导方式的不足，在毕业设计题目确定之后，根据学生选题组建毕业设计指导教师团队。根据设计题目要求在专业范围内甄选设计指导教师，在指导教师和学生之间形成多对一的指导模式。聘请企业优秀的专业负责人或行业专家加入指导团队，在毕业设计过程中既能提供扎实的理论基础指导，也能给予丰富的工程实践经验的介绍，为学生提供全系统的指导。每位学生配备一名主指导教师，负责协助学生制定毕业设计计划，详细指导该生的毕业设计，控制该生的毕业设计进度和工作质量。团队内的其他教师也同时为该生提供辅助性的指导，尤其在遇到需要综合解决问题的时候，可以得到不同老师的指导意见最后由学生决策定夺，从而达到培养学生具备解决复杂工程问题的处理能力的目标。在毕业设计指导过程中，还可以充分开展工程师和专家进校园活动，为学生带来不同专题的讲座和报告，开阔学生视野，激发学生解决问题的动力和新思路。

4 结论

培养学生使其具备解决复杂工程问题的能力是所有工程类专业的核心任务，尤其是自我国开展工程教育认证以来，对如何提高解决复杂工程问题的能力提出了更高的要求。毕业设计是土木工程专业本科培养计划中最后一个综合性课程教学环节，是对即将走向工作岗位的学生最接近工程实际的一次全模拟演练。本文通过从毕业设计选题、毕业设计的完成模式和教师指导模式三个方面进行了教学改革探索，希望能够为工程教育认证中提出的如何解决复杂工程问题能力的培养提供有益借鉴。