土木工程結構軟件課程教學改革

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

【關鍵詞】土木工程;結構設計軟件;課程改革;教學模式

目前，絕大部分的土木結構設計工作需借助計算機軟件來完成，行業(yè)內對土木工程專業(yè)學生軟件應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用教學成為了培養(yǎng)應用型土木工程專業(yè)人才的關鍵。近年來，針對土木工程計算機軟件課程教學的研究也取得到不少成果［1－4］。本文對土木工程專業(yè)軟件課程的教學內容、教學方式和發(fā)展趨勢等問題進行討論，探索適用于培養(yǎng)高水平應用人才的教學模式。

1課程設置及存在問題

我校《土木工程計算機軟件應用》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)教學指導委員會對本科專業(yè)教學內容進行優(yōu)化配置的要求，將原來的《結構分析的計算機方法》和《結構軟件應用》經過調整和優(yōu)化配置后開設的創(chuàng)新性課程。該課程以混凝土結構、工程結構抗震設計、工程荷載與可靠度設計原理等課程為基礎，著重培養(yǎng)土木工程專業(yè)學生應用結構設計軟件解決工程設計問題的能力，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用》課程的教學內容和教學方式進行簡單介紹?！锻聊竟こ逃嬎銠C軟件應用》課程為24理論學時，配套的《土木工程計算機軟件應用綜合實踐》是為期2周的實踐課。該課程面向土木工程專業(yè)本科學生，在第七學期開設。目前該課程以講授廣廈結構CAD軟件為主，主要內容包括結構方案設計、建筑結構建模方法、GSSAP計算模塊的使用、計算結果的檢查和校對、結構方案調整、施工圖繪制等。對應的《土木工程計算機軟件應用綜合實踐》主要是在教師的指導下由學生自主完成建筑單體的結構設計工作，最終提交綜合實踐報告，其中包括結構方案、結構設計計算書和結構施工圖。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)學生的結構設計能力為主，其中包括結構方案設計的能力、結構性能評估的能力、結構設計軟件應用能力以及學生的溝通能力。雖然學生已經在各門專業(yè)基礎課中學習過如荷載取值方法、混凝土構件承載力的計算方法、抗震設計方法等知識，然而，對建筑的整體結構的布置方法、結構性能和提高結構抗震能力等關鍵問題仍缺乏認識。通過本課程學習，學生能掌握廣廈結構CAD軟件的實用方法，并可逐漸理解結構的主要特性，例如結構的側向剛度、扭轉剛度等，能直觀地體會荷載作用與結構形式、結構內力分布之間的關系，并掌握評判結構方案優(yōu)劣的方法，全面提高結構設計的能力。本課程正處于探索和發(fā)展階段，通過一段時間的教學實踐，發(fā)現(xiàn)在教學效果方面仍存在不足，主要反映在:(1)學生對結構方案評價和調整的能力不強;(2)團隊合作意識較弱，學生之間交流和溝通不足;(3)學生的創(chuàng)新思維和適應能力較弱?？傮w上說，學生未能將專業(yè)知識與具體實踐相結合，掌握的結構設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對方法。借鑒現(xiàn)有的一些教學改革方法［5－8］，本文探索一些新的教學模式，以期進一步提高本課程的教學效果。

2教學模式探討

目前，《土木工程計算機軟件應用》課程主要以課堂講授為主，約2/3學時(約16學時)以教師演示教學，其中包括廣廈結構CAD軟件的基本操作、GSSAP結構參數(shù)設置、計算結果查看和整體合理性指標的分析、施工圖輸出等。另外1/3學時(約8學時)是學生課堂練習時間。教師布置任務，例如簡單建筑的結構建模、計算參數(shù)設置等，讓學生在課堂上完成。24學時的課程結束后，將開展《土木工程計算機軟件應用綜合實踐》。綜合實踐的任務是對一棟給定建筑圖的建筑進行結構設計，每個學生獨立完成。這種教學方法存在一些問題，總結如下。首先，軟件學習是一門實踐性很強的課程，教師講述內容過多、講述時間過長，反而會降低了學生學習的主動性，限制了學生的積極性。另外，僅僅8學時的課堂練習時間是遠遠不夠的。實際上，一棟建筑的結構建模通常需要較長時間，學生作為初學者很難在課堂上完成所有任務。第三，對成果的評價和講解的部分并不完善，大部分學生只以完成任務為目標，并沒對成果進行進一步分析和改進。最后，綜合實踐任務單一性不利于學生學習。目前，各學生的綜合實踐任務是相同的，同學在完成相關任務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，最終影響了教學效果。

2．1新教學模式

針對上述問題，本文提出一種“團隊自主學習———答辯”的教學模式。該模式將本課程劃分為四個階段:基礎教學階段，分組自主學習階段，展示與答辯階段和總結階段。下面對各階段的具體安排進行介紹。(1)基礎教學階段。此階段主要以講授為主，內容包括軟件操作方法、結構參數(shù)設置和合理性指標等，學時安排為8學時。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構計算和評價方法，教學內容要進一步凝練，以最簡潔的方式交代最核心的內容。(2)分組自主學習階段。這一階段主要包括團隊建立、題目和任務分配、學生自主學習、師生交流等工作。首先是團隊建立，建議以4～5名學生建立一個團隊，設一名隊長協(xié)調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、教學樓一棟、實驗樓一棟等)、某花園小區(qū)建設(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，每個團隊對相關工作進行分工，通過查找資料、建設方案討論、結構建模計算、結構方案確定等。這一階段計劃為12學時，與現(xiàn)有的教學模式不同，教師在課堂上的工作主要負責解答學生的疑問，幫助學生合理地安排和完成各項工作，激發(fā)學生的學習興趣。實際上，除了課堂時間之外，學生在課后需要花更多的時間完成相關的任務，例如查找資料、相互討論建設方案和進行軟件使用方面的技術交流等。(3)展示與答辯階段。這階段主要是通過答辯的方式實現(xiàn)各團隊設計成果展示。各團隊展示中包括PPT設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，可適當對所提的疑問進行說明及對問題的回答進行引導，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生的能力。這一階段預計安排6學時。(4)總結階段。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、后期修改和最終成果提交。這部分預計安排2～4學時。

2．2新教育模式效果

采用上述教學模式有望帶來更好的教學效果，具體分析如下。(1)提高學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構設計任務，設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。(2)提高學生自主學習能力。與現(xiàn)有教學模式最大的區(qū)別，在于學生最大程度地發(fā)揮自主學習能力，通過自主地查找資料、實踐建模和進行結構方案評估，學生能夠更深刻地理解結構的概念并掌握結構優(yōu)化設計的技能。(3)教與學雙重得益。不單只學生自主學習能力得到提高，教師也更好地起到引導的作用。教師在教學過程中也進一步提高教學技能和教學水平，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)學生學習的興趣和積極性。(5)實踐性更強。課程分配給學生的設計任務不是統(tǒng)一的一個題目。一般來說，分配給各個團隊的設計題目的不同的，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習，進一步擴充了知識面。

3結束語

本文對土木工程專業(yè)結構設計軟件課程的教學模式進行了探討，提出了一種基于團隊式自主學習－答辯的教學模式。文中指出，將專業(yè)知識與實踐教學相結合是提高教學質量的關鍵所在。采用本文的教學模式，可以更好地增強學生的團隊意識，提高學生學習的自主性和積極性，同時也有利于增強學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)設計人才。

參考文獻

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作者：陳穗茵 李文雄 單位：華南農業(yè)大學水利與土木工程學院