土木工程結(jié)構(gòu)軟件課程教學(xué)改革

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【摘要】文章對土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件課程的教學(xué)模式進行了探討，指出了現(xiàn)有土木工程計算機軟件應(yīng)用課程教學(xué)中的不足，提出一種基于團隊式自主學(xué)習(xí)－答辯的教學(xué)模式。新的教學(xué)模式有望更好地增強學(xué)生的團隊意識，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力，培養(yǎng)出高水平的土木工程專業(yè)設(shè)計人才。

【關(guān)鍵詞】土木工程;結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件;課程改革;教學(xué)模式

目前，絕大部分的土木結(jié)構(gòu)設(shè)計工作需借助計算機軟件來完成，行業(yè)內(nèi)對土木工程專業(yè)學(xué)生軟件應(yīng)用能力的要求也越來越高。如何開展土木工程計算機軟件應(yīng)用教學(xué)成為了培養(yǎng)應(yīng)用型土木工程專業(yè)人才的關(guān)鍵。近年來，針對土木工程計算機軟件課程教學(xué)的研究也取得到不少成果［1－4］。本文對土木工程專業(yè)軟件課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和發(fā)展趨勢等問題進行討論，探索適用于培養(yǎng)高水平應(yīng)用人才的教學(xué)模式。

1課程設(shè)置及存在問題

我校《土木工程計算機軟件應(yīng)用》課程是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)課之一。該課程是根據(jù)教育部對土木工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會對本科專業(yè)教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化配置的要求，將原來的《結(jié)構(gòu)分析的計算機方法》和《結(jié)構(gòu)軟件應(yīng)用》經(jīng)過調(diào)整和優(yōu)化配置后開設(shè)的創(chuàng)新性課程。該課程以混凝土結(jié)構(gòu)、工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計、工程荷載與可靠度設(shè)計原理等課程為基礎(chǔ)，著重培養(yǎng)土木工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件解決工程設(shè)計問題的能力，是一門系統(tǒng)且快速發(fā)展的課程。以下對《土木工程計算機軟件應(yīng)用》課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進行簡單介紹。《土木工程計算機軟件應(yīng)用》課程為24理論學(xué)時，配套的《土木工程計算機軟件應(yīng)用綜合實踐》是為期2周的實踐課。該課程面向土木工程專業(yè)本科學(xué)生，在第七學(xué)期開設(shè)。目前該課程以講授廣廈結(jié)構(gòu)CAD軟件為主，主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)建模方法、GSSAP計算模塊的使用、計算結(jié)果的檢查和校對、結(jié)構(gòu)方案調(diào)整、施工圖繪制等。對應(yīng)的《土木工程計算機軟件應(yīng)用綜合實踐》主要是在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生自主完成建筑單體的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，最終提交綜合實踐報告，其中包括結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書和結(jié)構(gòu)施工圖。在課程考核方面，該課程主要通過期末考試(筆試和機試)和學(xué)生平時成績確定，綜合實踐部分主要以提交的報告為評分依據(jù)。本課程以培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)設(shè)計能力為主，其中包括結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的能力、結(jié)構(gòu)性能評估的能力、結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件應(yīng)用能力以及學(xué)生的溝通能力。雖然學(xué)生已經(jīng)在各門專業(yè)基礎(chǔ)課中學(xué)習(xí)過如荷載取值方法、混凝土構(gòu)件承載力的計算方法、抗震設(shè)計方法等知識，然而，對建筑的整體結(jié)構(gòu)的布置方法、結(jié)構(gòu)性能和提高結(jié)構(gòu)抗震能力等關(guān)鍵問題仍缺乏認識。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生能掌握廣廈結(jié)構(gòu)CAD軟件的實用方法，并可逐漸理解結(jié)構(gòu)的主要特性，例如結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度等，能直觀地體會荷載作用與結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布之間的關(guān)系，并掌握評判結(jié)構(gòu)方案優(yōu)劣的方法，全面提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。本課程正處于探索和發(fā)展階段，通過一段時間的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)在教學(xué)效果方面仍存在不足，主要反映在:(1)學(xué)生對結(jié)構(gòu)方案評價和調(diào)整的能力不強;(2)團隊合作意識較弱，學(xué)生之間交流和溝通不足;(3)學(xué)生的創(chuàng)新思維和適應(yīng)能力較弱。總體上說，學(xué)生未能將專業(yè)知識與具體實踐相結(jié)合，掌握的結(jié)構(gòu)設(shè)計技能和團隊意識不足，遇到新問題往往未能提出針對性的應(yīng)對方法。借鑒現(xiàn)有的一些教學(xué)改革方法［5－8］，本文探索一些新的教學(xué)模式，以期進一步提高本課程的教學(xué)效果。

2教學(xué)模式探討

目前，《土木工程計算機軟件應(yīng)用》課程主要以課堂講授為主，約2/3學(xué)時(約16學(xué)時)以教師演示教學(xué)，其中包括廣廈結(jié)構(gòu)CAD軟件的基本操作、GSSAP結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置、計算結(jié)果查看和整體合理性指標的分析、施工圖輸出等。另外1/3學(xué)時(約8學(xué)時)是學(xué)生課堂練習(xí)時間。教師布置任務(wù)，例如簡單建筑的結(jié)構(gòu)建模、計算參數(shù)設(shè)置等，讓學(xué)生在課堂上完成。24學(xué)時的課程結(jié)束后，將開展《土木工程計算機軟件應(yīng)用綜合實踐》。綜合實踐的任務(wù)是對一棟給定建筑圖的建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個學(xué)生獨立完成。這種教學(xué)方法存在一些問題，總結(jié)如下。首先，軟件學(xué)習(xí)是一門實踐性很強的課程，教師講述內(nèi)容過多、講述時間過長，反而會降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，限制了學(xué)生的積極性。另外，僅僅8學(xué)時的課堂練習(xí)時間是遠遠不夠的。實際上，一棟建筑的結(jié)構(gòu)建模通常需要較長時間，學(xué)生作為初學(xué)者很難在課堂上完成所有任務(wù)。第三，對成果的評價和講解的部分并不完善，大部分學(xué)生只以完成任務(wù)為目標，并沒對成果進行進一步分析和改進。最后，綜合實踐任務(wù)單一性不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。目前，各學(xué)生的綜合實踐任務(wù)是相同的，同學(xué)在完成相關(guān)任務(wù)的過程中存在相互依賴的情況，一些沒有完全掌握的知識點則通過相互“交流”來解決，最終影響了教學(xué)效果。

2．1新教學(xué)模式

針對上述問題，本文提出一種“團隊自主學(xué)習(xí)———答辯”的教學(xué)模式。該模式將本課程劃分為四個階段:基礎(chǔ)教學(xué)階段，分組自主學(xué)習(xí)階段，展示與答辯階段和總結(jié)階段。下面對各階段的具體安排進行介紹。(1)基礎(chǔ)教學(xué)階段。此階段主要以講授為主，內(nèi)容包括軟件操作方法、結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置和合理性指標等，學(xué)時安排為8學(xué)時。值得注意的是，這部分只講授最基本的操作以及最重要的結(jié)構(gòu)計算和評價方法，教學(xué)內(nèi)容要進一步凝練，以最簡潔的方式交代最核心的內(nèi)容。(2)分組自主學(xué)習(xí)階段。這一階段主要包括團隊建立、題目和任務(wù)分配、學(xué)生自主學(xué)習(xí)、師生交流等工作。首先是團隊建立，建議以4～5名學(xué)生建立一個團隊，設(shè)一名隊長協(xié)調(diào)各成員之間的工作分工。每個團隊分配一項工程項目，例如某高校閑置地塊開發(fā)(這個開發(fā)項目中可以包括2～3棟建筑，如辦公樓一棟、教學(xué)樓一棟、實驗樓一棟等)、某花園小區(qū)建設(shè)(這個項目中可以包括高層住宅樓一棟、多層住宅樓一棟、綜合樓一棟等)。針對分配的任務(wù)，每個團隊對相關(guān)工作進行分工，通過查找資料、建設(shè)方案討論、結(jié)構(gòu)建模計算、結(jié)構(gòu)方案確定等。這一階段計劃為12學(xué)時，與現(xiàn)有的教學(xué)模式不同，教師在課堂上的工作主要負責(zé)解答學(xué)生的疑問，幫助學(xué)生合理地安排和完成各項工作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實際上，除了課堂時間之外，學(xué)生在課后需要花更多的時間完成相關(guān)的任務(wù)，例如查找資料、相互討論建設(shè)方案和進行軟件使用方面的技術(shù)交流等。(3)展示與答辯階段。這階段主要是通過答辯的方式實現(xiàn)各團隊設(shè)計成果展示。各團隊展示中包括PPT設(shè)計成果匯報和問題環(huán)節(jié)等。各團隊派一名代表組成評審委員會，對展示團隊的成果進行評價，并提出各種疑問，現(xiàn)場由展示團隊進行解答。教師作為主持人，可適當(dāng)對所提的疑問進行說明及對問題的回答進行引導(dǎo)，有利于展示和答辯過程的順利開展。通過這樣的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)各團隊之間的交流，相互之間更清楚各自的優(yōu)點與不足，有利于進一步提升學(xué)生的能力。這一階段預(yù)計安排6學(xué)時。(4)總結(jié)階段。這一個階段主要工作包括教師對作品進行點評、各團隊對各自成果的優(yōu)缺點進行總結(jié)、后期修改和最終成果提交。這部分預(yù)計安排2～4學(xué)時。

2．2新教育模式效果

采用上述教學(xué)模式有望帶來更好的教學(xué)效果，具體分析如下。(1)提高學(xué)生團隊合作意識和能力。本課程通過團隊合作的形式完成結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)，設(shè)計過程中團隊成員之間合作分工、相互交流和討論，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識，為日后在工作崗位上更好地進行交流合作打下基礎(chǔ)。(2)提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。與現(xiàn)有教學(xué)模式最大的區(qū)別，在于學(xué)生最大程度地發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，通過自主地查找資料、實踐建模和進行結(jié)構(gòu)方案評估，學(xué)生能夠更深刻地理解結(jié)構(gòu)的概念并掌握結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的技能。(3)教與學(xué)雙重得益。不單只學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到提高，教師也更好地起到引導(dǎo)的作用。教師在教學(xué)過程中也進一步提高教學(xué)技能和教學(xué)水平，一定程度上也擴展了自己的知識面，可以得到很大的收獲。(4)活躍課堂氣氛。課堂上主要進行問答和討論，課堂氣氛活躍，同時也激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性。(5)實踐性更強。課程分配給學(xué)生的設(shè)計任務(wù)不是統(tǒng)一的一個題目。一般來說，分配給各個團隊的設(shè)計題目的不同的，一方面避免大量的雷同情況，另一方面更加接近實際。每個團隊都需要解決各自特定的問題，團隊之間可以相互借鑒相互學(xué)習(xí)，進一步擴充了知識面。

3結(jié)束語

本文對土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件課程的教學(xué)模式進行了探討，提出了一種基于團隊式自主學(xué)習(xí)－答辯的教學(xué)模式。文中指出，將專業(yè)知識與實踐教學(xué)相結(jié)合是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。采用本文的教學(xué)模式，可以更好地增強學(xué)生的團隊意識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，同時也有利于增強學(xué)生探索新事物的能力，有望培養(yǎng)出高水平的土木工程專業(yè)設(shè)計人才。

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作者：陳穗茵 李文雄 單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院