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浅析土木工程专业毕业设计教学环节的改革与实践
摘要：文章针对土木工程专业毕业设计中存在的突出问题，围绕提高教学质量、培养学生工程实践能力这条主线，对这一重要环节在教学手段、教学方法和教学内容上提出了一系列的改革和实践措施。
毕业设计是土木工程专业教学计戈Ⅱ的重要组成部分，是培养学生理论联系实际能力的主要途径，是在教师指导下，学生综合运用所学知识进行工程设计的实际训练，是评价和进一步培养学生独立工作能力的重要阶段，抓住这个阶段的教与学将使学生获得新的知识，增长新的才干，提高分析问题和解决问题的能力，为今后从事土木工程工作打下良好的基础。
一、土木工程专业毕业设计中存在的突出问题
(一)学生对工程设计缺乏整体性概念，面对一个实际工程不知如何下手究其原因主要是，在毕业设计前，由于教学多以课堂教学为主，学生的学习比较分散、对土木工程专业的工程问题多以点状形态记忆，对其全貌缺乏整体性认识。比如：对学生在课程学习阶段的要求多是单独地计算一块板、一根梁、一根柱、一个基础的内力及配筋，而荷载、截面、受力形式等前提条件都是已知的，学生只需根据已知求答案就行了。而实际工程的结构设计却远不是这样。首先要根据结构安全性、适用性、耐久性的要求，并考虑经济合理、技术先进的原则，涉及结构选型、结构布置、荷载传力途径、计算简图、内力分析、内力组合、截面设计、构造要求及施工条件、经济效益等诸多问题，其解往往是多元的，计算可能要反复修正迭代，要进行综合分析、比较，才能做出合理选择。因此，怎样把学生点状的知识连成线、形成面，进而有机地把点、线、面联系起来，使学生对工程设计建立较为完整的概念，是毕业设计阶段面临的一个基本任务。
(二)指导教师对学生综合解决工程问题能力的训练不足目前，毕业设计在内容上通常是学生按规定的结构形式和要求完成结构计算、构件设计、图纸绘制等，这占了训练过程的主要时间。对工程项目的全过程，从方案比较的前期工作到施工可行性分析、实际经济指标考核等后期环节等都重视不够，对于相关工程的配合了解甚少。故必须在毕业设计中加大运用已学的知识处理实际工程能力的培养，在教学过程中，融结构、 施工、项目管理、工程概预算的知识为一体，为学生营造一个融会贯通的综合知识系统，将书本知识转化为解决实际工程问题的能力。
(三)结构计算电算与手算比例失调针对北京工业大学土木工程专业的毕业设计来说，存在两种倾向：一是到设计院做毕业设计的大部分学生只作电算;二是在学校做毕业设计的学生只作手算。前者会导致部分学生忽视基本技能的训练，结构概念不清，盲目相信电算结果;然而电脑不是万能的，电脑是听人脑指挥的。
后者一来使得毕业设计工作覆盖面过小、内容不完整、深度不足，设计水平不高，实际工作所需要的技能未得到培养和掌握;二来导致学生毕业后到设计院先从零学PKPM系列或TBSA等结构电算软件，一些学生虽然毕业成绩较好，但实际动手能力欠缺，到了用人单位，面对许多具体工作不能马上进入角色，需花费较长时间才能胜任。
二、毕业设计教学改革的目标、方向毕业设计是一个综合性很强的实践性教学环节，以培养学生的实际工程能力为主。故提出土木工程专业毕业设计具体的教学改革目标：应注重加强对学生方案能力、评价能力、建模能力、工程运算能力、工程设计能力和工程表达能力的培养。
(1)方案能力是针对不同建筑形式要求，作出合理的结构承重骨架方案的能力。结构方案必须传力明确，计算简图明晰，且应严格符合设计规范的要求。确定结构方案需要综合考虑建筑功能、经济适用、便于施工等因素。结构方案的合理与否对结构的安全性、经济性和实用性都非常重要。方案阶段，是一个创造过程，要求学生构思可能达到预期设计目标的各种方案，提出问题、分析问题、解决问题。
(2)评价能力是根据建筑方案，进行结构方案设计、比较，确定经济合理的结构方案，分析各自的优劣，调整完善整个建筑、结构方案;能从经济、技术、开发、施工等方面对工程项目设计进行评价。
(3)建模能力是能根据结构的型式、受力特点或试验现象，建立合理的力学分析模型或计算模型，确定结构计算单元、计算简图。
(4)工程运算能力是在结构方案确定的前提下，根据计算模型或计算简图，计算荷载、求解内力、以及进行内力组合，对结构构件进行准确计算的能力。
(5)工程设计能力即在结构计算的基础上，满足结构构造要求，对结构构件进行经济合理设计的能力。
(6)工程表达能力即绘制标准的结构施工图和规范的结构计算书的能力。
三、毕业设计教学改革的途径毕业设计的教学改革应围绕着提高教学质量、培养学生工程实践能力这一主题，从选题、教学手段、教学方法和教学内容等方面着手。
(一)科学选题是保证毕业设计教学质量的前提条件设计题目是设计的关键，题目决定了设计的内容，但应注意以下问题：
1.设计题目力求工程化。毕业设计的题目应在满足教学基本要求以及专业培养目标的前提下，以面向工程实际、促进社会需要与毕业设计的有机结合为指导方针，尽可能结合实际工程项目来选题，最好采用真题真作的设计方式，使学生直接参与工程实际。若条件受限，起码也应采用真题假做，让学生最大限度地接触实际工程。
2.设计题目应有一定的广度、深度和多方案实现的可能性。应注意到，土木工程专业在毕业设计中采用计算机辅助设计、绘图越来越普遍，但毕业设计的总学时并未减少，故在选题的空间上及难度上要远大于原来的毕业设计，强调对结构概念和原理的更深层次的理解;而且必须提出与选题一致的设计内容和要求(如方案优化、复杂平面的处理、手算与电算的对比计算等)，使学生能在设计的过程中综合运用所学的基础知识和专业知识，能在规定的时间内得到充分的锻炼。同时，设计题目应有较大的自由度，具有用多种方案实现的可能性，以发挥学生的创造性，并通过方案比较，培养学生分析问题的能力。如对楼盖的设计，则不要限定采用现浇楼盖(不要限定采用单向楼板或双向楼板)，还是装配式楼盖或装配整体式楼盖，也不要限制楼面面层的做法，以及梁板所采用的混凝土等级和钢筋等级等，应让学生自己运用土木工程概预算知识，通过方案经济性比较后确定。
3.设计题目既要有一定的约束性，又要有一定的弹性，便于开展分层次教学。设计题目应受基本计算原理、规范、资源、环境、经济指标、技术条件、工程地质条件等约束，对一些实际工程遇到而课本未能述及的问题不回避，锻炼学生在具体约束条件下，选择最优方案的能力。同时，除基本要求外，应加入一些选做内容，采用分层次教学法，即教师根据每个学生的能力给予不同层次、深度的指导，给优秀学生创新能力培养提供条件，为部分学生的个性发展留有余地。
如隔震技术虽已纳入《建筑抗震设计规范》(GB5001 1—2001)，但教材往往滞后于规范，现绝大多数本科生教材《建筑抗震设计原理》中还没有反映隔震结构设计的内容。因此，要将隔震结构作为土木工程专业学生的毕业设计题目需要进行认真的前期准备工作。
(二)利用现代化教学手段，改革传统的教学方法，是提高毕业设计教学质量的必要手段应借助现代化教学手段，将多媒体技术广泛地应用于毕业设计;根据学生主体原则，改革传统的教学方法，采用“学导式”教学方法，积极推广多种行之有效的教学方法组织教学，切实做到因材施教，充分调动学生的积极性。不仅要引导学生应用已学知识来解决问题、熟悉解决问题的过程，还要引导学生发现问题、提出问题、分析问题，要善于教给学生一种思考问题的方法。
1.针对学生不善于确定结构方案和根据结构受力特点建立合理的力学分析模型，故将典型结构的结构体系、结构布置等制作成多媒体课件，积极推行讨论式、启发式、提问式、发现式等教学方法，引导学生构思可能达到预期设计目标的各种方案、提出解决问题的办法，鼓励学生创新;并采用对比式方法，比较各种方案的优劣;最后，采用归纳式和步进式方法，对各种结构方案作以总结，易加强对学生结构体系、结构布置、结构方案、设计分析等能力的培养。
2.针对部分学生重计算、轻构造的弱点，采用案例分析法，选取典型工程事故、工程实例进行解剖、分析，更好地将理论知识与构造措施相结合的教学方法。通过对工程事故、工程实例进行剖析，一可以变换分析问题的角度，二可对教材内容给予扩宽、深化或修正，三可以增强学生的职业责任感、激发学习兴趣，且印象特别深刻。
3.针对绝大多数教材，包括毕业设计参考书中出现的图例或结构施工图都是示意图、无标准的结构施工图的缺陷，采用形象式、报告式、串解式等教学方法，通过讲解和演示，向学生展现真实的结构施工图，使学生能看懂较复杂建筑的结构施工图，对学生画结构施工图有正确的引导。
(三)抓住设计主线，优化教学过程，是保证毕业设计教学质量的必要条件为保证毕业设计的质量，在毕业设计教学中，指导教师应对毕业设计整个过程中每一个环节进行控制性规划，抓住“方案设计(结构选型_+结构体系结构组成_+结构布置)_+结构计算(计算单元_+计算简图_+荷载计算_+内力分析_+内力组合_+构件设计)_+构造处理一施工图绘制”这条主线组织教学内容，设计进度安排则应精确到周、甚至半周，采用周布置任务、周检查的方法，有效地控制了设计进度，克服了毕业设计中经常出现的先松后紧的问题。
(四)补充新的教学内容，缩短书本知识与就业的差距，是毕业设计教学改革的重要措施毕业设计的教学内容不仅要培养学生工程设计的综合能力，还要结合学生就业和市场需要，及时补充教材上没有的教学内容。如：
1.不仅仅局限于结构分析与计算，而且要培养学生独立查找和使用相关设计规范、设计手册、规程、技术资料与图集等专业资料的能力;培养学生熟练应用一些实用设计法(如查表法)，如钢筋混凝土构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径图表、工程中常用的不作挠度验算的梁板截面最小高度图表等。
2.加强工程设计软件和有限元计算分析软件的应用，使计算机辅助技术广泛地应用于毕业设计;注重结构电算与手算相结合环节的建设。应让学生深刻认识到，设计人应作计算机的主人而不是计算机的奴隶，重复劳动可以交给计算机去做，创造性劳动必须自己来完成。应采取电算、手算相结合，电算和手算结果应互相复核、比较的方法，增强学生对设计中的有关荷载组合、内力组合、抗震验算、构造要求等的认识。另外，还应让学生知道绝大多数计算机辅助系列商业软件均具有一定的局限性或适用条件，且无法分析诸如国家大剧院、北京天文馆新馆等那些型体复杂的结构，故应熟悉某个国内外通用的有限元计算分析软件。笔者在指导学生毕业设计时，除指导学生运用PKPM等电算软件(教学版)外，还采取以下一些有效办法来进行分段较核。如对竖向荷载的计算，遇到不等跨或荷载不均匀的计算简图，无法查表求得内力，若层数多或跨数多，采用分层法或弯矩二次分配法手算工作量大且容易出错，故建议学生采用ANSYS或SAP有限元分析软件进行内力计算。对繁琐的内力组合工作，让学生应用EXCEL制表功能，既快又准。对梁、柱构件设计，建议学生用教材上的流程图自编程序进行计算。为使学生少走弯路、避免学习新软件时无从下手，随毕业设计的进度，定期向学生传授、现场演示上述软件的功能、应用及基本建模、分析及后处理过程。需注意的是，由于学生是初学者，为保证软件或程序使用正确，必须要求学生与教材上正确的计算结果进行对比分析。
3.加强绘制结构施工图、编制结构计算书的指导。图纸是工程师的语言，结合实际结构施工图的要求，必须加强与工程实际结合紧密的计算机绘图AutoCAD应用。将自己多年来使用Au—toCAD绘图的经验传授给学生，如从实例引入AutoCAD的制图单位、比例、线型样式、宽度等概念以增加学生的感性认识;通过绘“轴线” 引入带属性的块;展示自定义的菜单，讲解菜单开发技术等。在图纸内容完整性和正确性的基础上，培养学生图面的表达和绘图的技能，掌握施工图的习惯表示方法，绘图是否符合现行的制图标准，布图是否合理等，在细部上真正达到施工图的要求。在辅导学生时让学生自己发现问题。同时，还要培养学生编制内容全面的计算书，阐明设计方案、设计依据、计算方法、技术措施等，包括目录、设计说明、计算过程及专业术语等都要规范化。
4.加强土木工程规范与法规的教育。熟悉现行的土木工程规范与法规，是学生毕业后从事土木工程设计、施工、监理或管理等的基础。许多教材或参考书虽对规范的条文加以解释或用例题示范，但都不足以代替规范原文，学生在毕业设计阶段，应养成从规范或标准中找设计依据的习惯，应重视阅读规范原文和有关的条文说明，防止以讹传讹。学生对待规范的正确态度，应该是遵守而不是突破。
笔者针对毕业设计中存在的突出问题，围绕着提高教学质量、培养学生工程实践能力的主题，经过几年的教学实践，在土木工程毕业设计教学方面进行了一系列初步的改革和实践，收到了较好的效果，但在如何不断深化其改革上，如教师应针对PKPM系列结构程序，制作出PM—CAD、Satwe等结构程序的CAI教学系统;亟待建立一个按专业评估要求的毕业设计评价指标体系和评价标准等，尚须做进一步的研究。
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