新工科背景下结构设计软件应用课程教学改革探索

刘珉玮，卢小丽，黄 睿*

（武汉工程科技学院 湖北 武汉 430000）

随着经济快速发展和技术更新换代，工程领域对工程人才的需求日益增加。2018 年教育部提出了新工科建设，以提高我国的综合国力和核心竞争力，培养能够适应现代工业及社会发展需求的技能型、创新型人才[1]。传统的结构设计软件应用课程教学存在一些问题，包括教师的教学理念落后、教学内容单一、教学方法传统、培养的人才与企业需求脱节等。因此，为了更好地培养适应时代需求的优质工程人才，结构设计软件应用课程教学改革势在必行。

结构设计软件应用课程是土木工程专业中的一门专业实践课，该课程具有综合性、应用性、实践性的特点。通常在本科阶段的第七个学期开设，能够为土木工程专业结构设计选题方向的毕业学生毕业论文提供理论实践知识基础。本门课程教会学生使用结构设计软件（如PKPM、盈建科、广厦结构CAD 等）完成结构建模、结构分析计算、模型调整、施工图绘制等任务，使学生掌握结构设计的方法和培养学生的结构设计能力。

1 当前课程教学存在的问题

1.1 教师的教学理念落后，教学内容单一

教师的教学理念落后，过分偏重于教授学生使用特定的结构设计软件及操作流程，认为只要学生掌握了软件的操作，就能够掌握整个课程的内容[2]，忽视了对学生进行结构理论知识的融合教学。虽然学生可能能够熟练操作该软件，但不能把本科阶段所学的有关结构设计的理论基础知识内容进行综合运用，也不能正确且合理地运用软件工具，以后参加岗位工作接触到结构工程项目，设计出的结构方案可能会缺乏可行性。结构设计软件的学习远不止于软件操作的技能，它需要应用各种结构设计的知识，包括结构力学、结构分析和设计原理等综合知识，这些都是本科阶段学习的重点内容。如果只强调软件操作技能的培养，学生的知识体系就不够完整，他们将难以适应工程实践的全面要求。

1.2 教学方式传统

在课堂教学中，对于结构设计软件的实践操作，还是教师为主导，未能发挥学生的主体作用。先是教师控制学生电脑进行操作演示，学生观看之后跟着教师的演示进行练习操作，缺乏主动思考和创新能力的培养。部分学生可能只关注教师如何操作软件，而没有深入理解如何将所学的基础知识应用到实际工程中，比如：在梁柱等构件的布置问题上，学生可能难以理解梁布置过程中需要考虑门窗高度的因素，竖向构件（柱、剪力墙）的布置要考虑建筑的使用功能。同时由于大部分教师缺乏工程项目设计实践的经验，对于软件中的SATWE 部分参数定义（总信息、风荷载、地震信息等）与行业规范的结合，可能无法为学生提供细致讲解，SATWE结果分析涉及的知识较多，根据SATWE计算的结果如何进行模型的调整在教学中也是一带而过。学生只能跟着教师的设置来操作，无法深入理解参数设置与实际结构设计的关系。

1.3 课程内容与企业人才需求脱节

在新工科背景下，结构设计软件应用课程的教学必须与企业对人才的需求紧密对接，以培养出能够适应实际工程需求并在实践中表现卓越的人才。然而，当前课程内容与企业实际需求存在一定的脱节现象。随着行业规范的不断更新，工程实践需求日新月异，企业亦不断推动技术创新以保持竞争力，与此同时结构设计软件的版本也在不断更新。但在教学层面上，部分教学过程中仍采用过时的软件版本，过时的软件未能结合最新的行业规范和技术标准。此外，教学内容过于偏重软件的基本操作，同时大部分教学以一个框架结构为例进行计算分析，缺乏对其他结构设计类型的学习以及结构概念的设计。学生掌握的技能不足以满足企业对解决复杂工程问题人才的需求。当代结构设计师不仅需要掌握基础的理论知识和软件操作技能，还需要具备应用理论知识解决工程设计方案的能力，这些能力并未在现有的课程设置中得到充分体现，学生在学校学习的课程内容也不能满足企业的要求。因此，教学上需要改革，确保教学内容与实际工程及企业对人才的综合能力要求保持同步。

2 课程教学的改革路径

针对结构设计软件应用课程教学中存在的问题，需要探索课程改革路径，以期为学生提供更贴近工程实际的教学内容和实践机会，为工程领域培养出更多富有创造力和实践能力的人才。

2.1 优化教学内容，创新教学方法

在新工科背景下，结构设计软件应用课程的教学内容需要与行业发展紧密联系，及时更新并引入新的结构设计理论和实践知识。教学内容不能仅限于软件的操作，还应该融合行业规范（如建筑抗震设计规范、建筑结构荷载规范、工程结构通用规范、22G101 图集等），教师授课时引导学生自行查阅规范，并结合软件操作让学生真正理解规范的条文[3]。同时，加强学生本科阶段所需的基础理论知识与软件操作的融合，并注重结构概念设计的学习。学生应具备设计出安全、适用、耐久的建筑结构的能力，在软件学习上学生应学会根据计算结果调整结构模型，这需要一定的基础理论知识进行判断。课程教学的内容应重点关注SATWE 结构分析内容，而不仅仅是建模操作和施工图的绘制操作。结合最新的软件版本和行业标准，教会学生如何查看结果，判断设计的结构是否满足结构指标（如位移比、周期比、刚重比等），理解不同模型下计算结果的差异，并根据计算结果来调整结构模型。特别是计算结果指标查看的文件，采取任务驱动式教学，课前先由学生独立查阅，课堂上教师再进行细致讲解，学生对这部分内容的理解会更深刻。教学中，应在框架结构建模、分析计算的基础上，引导学生主动学习剪力墙结构设计等，借助数字化教学平台进行指导，培养学生的综合能力。

在教学方法上进行创新，以任务为导向，引入实际工程案例开展项目教学，发挥学生的主体作用。在教学过程中让学生承担结构设计师的角色，给学生一个具体的工程项目进行团队合作设计，从结构方案布置、结构建模、结构分析计算到施工图绘制的整个设计过程，引导学生一步一步完成。例如：在结构方案布置阶段，完成结构构件布置的任务，引导学生作为一名结构设计师如何考虑问题，先让学生团队探讨结构构件（梁、竖向构件等）布置位置以及考虑因素，教师在点评出最优方案以及不合理方案后，指导学生如何进行调整；在结构建模操作中，先布置任务引导学生思考楼层组装的原理、荷载取值布置的方法等；在结构分析计算中，先让学生查阅规范再进行参数的定义；在施工图绘制中，先由学生展示各自的成果，教师再点评出绘制最规范的施工图等。通过任务导向、实践操作、团队合作的教学方法，发挥学生的主观能动性，让学生了解整个设计过程，学生分析问题和解决问题的能力得到提升，激发了学生学习的兴趣和参与性，在学习中融合行业规范，让学生把理论知识运用在实践中。

2.2 加强校企合作，强化师资队伍建设，促进学生全面发展

为了提高教育质量和培养具有竞争力的人才，加强校企合作、强化师资团队建设以及促进学生全面发展是重要的措施。学校可以与建设单位、设计单位等行业单位建立紧密合作关系，建立产业学院，促进产教融合。同时，定期组织教师到合作单位进行学习，增强双师型教师团队的建设，教师参与企业结构设计项目，更新自己的知识和技能，以提高教师的工程实践经验，更好地教授学生。此外，学校可以邀请合作单位的专家来校开展师资培训，提高教师的专业水平和教学能力[4-5]。通过与企业建立联系，教师可以拓宽专业视野和实践知识面，有助于其培养学生全面发展所需的综合能力，以更好地适应社会的变化和需求。

在学生的培养层面，可以邀请企业结构设计师作为导师与学校教师共同开展结构设计软件应用课程教学，企业结构设计师可以向学生分享工作经验，为学生讲解实际项目的设计流程和注意事项。同时邀请行业专家定期开设专题讲座，拓展学生的知识面。企业结构设计师还可作为学生导师带领学生参观合作企业，让学生亲身参与实际项目的设计过程，比如：楼梯的设计、根据计算结果进行施工图绘制等，提高学生的实践能力和职业素养。这种培养模式很好地满足了企业对人才的需求，学生今后进入工作岗位也能很快上手操作，增强了学生的就业竞争力。

2.3 充分利用数字化教学平台

新工科背景下，数字化信息技术发展突飞猛进，数字化教学平台对于结构设计软件应用课程的教学提供了便利。教师可以利用数字化教学平台进行课程的考勤，发布课前任务，可以把部分教学内容上传至数字化平台，让学生课前完成观看，提高学生的自主学习能力，课堂中重点解答学生的疑惑，并帮助学生解决在结构设计过程中遇到的困难和挑战，从而有效推动学生的学习和发展。教师充分借助数字化平台进行教学可以提高结构设计软件应用课程的教学质量，学生在课前完成学习任务，可以深入学习课程的相关内容，同时课中有更多的时间借助教师的指导去解决问题，有助于学生全面掌握结构设计相关的知识。

2.4 融合学科竞赛开展教学

在结构设计软件应用课程教学的改革探索中，融合学科竞赛知识开展教学是一种有效的方法。课程设置上教师可以融合结构设计大赛的知识进行教学，调整教学内容，把竞赛内容作为案例融入课堂教学，让学生真正了解竞赛考查的内容，从不同角度进行思考和学习结构设计软件应用的知识，拓展学生的知识面。学科竞赛一般与真实的工程项目密切相关，学生在参与竞赛的过程中，能够学习软件建模的技巧、软件应用的原理、荷载的布置、参数的定义、模型的调整、施工图的规范绘制等，接触前沿的知识领域，提高动手能力。在竞赛中，学生可以在实际问题中应用所学的知识。此外，在学科竞赛中学生团队共同解决问题，在团队中学习与合作，提高了学生的团队合作能力。

3 结语

新工科背景下对人才的培养提出新的挑战，结构设计软件应用课程教学改革对于当前教学中存在的问题提出解决方案，教学内容与行业发展相适应、采取创新的教学方法、加强校企合作、教学中融合学科竞赛等。通过教学改革探索，希望可以提高课程教学质量，更贴合实际工程的需求，培养学生的综合能力，为未来的工程实践和行业发展作出积极贡献。