土木工程专业结构软件课程教学改革——团队式自主学习-答辩模式

陈穗茵，李文雄

(华南农业大学水利与土木工程学院，广东广州 510642)

目前，绝大部分的土木结构设计工作需借助计算机软件来完成，行业内对土木工程专业学生软件应用能力的要求也越来越高。如何开展土木工程计算机软件应用教学成为了培养应用型土木工程专业人才的关键。近年来，针对土木工程计算机软件课程教学的研究也取得到不少成果[1-4]。本文对土木工程专业软件课程的教学内容、教学方式和发展趋势等问题进行讨论，探索适用于培养高水平应用人才的教学模式。

1 课程设置及存在问题

我校《土木工程计算机软件应用》课程是土木工程专业重要的专业课之一。该课程是根据教育部对土木工程专业教学指导委员会对本科专业教学内容进行优化配置的要求，将原来的《结构分析的计算机方法》和《结构软件应用》经过调整和优化配置后开设的创新性课程。该课程以混凝土结构、工程结构抗震设计、工程荷载与可靠度设计原理等课程为基础，着重培养土木工程专业学生应用结构设计软件解决工程设计问题的能力，是一门系统且快速发展的课程。以下对《土木工程计算机软件应用》课程的教学内容和教学方式进行简单介绍。

《土木工程计算机软件应用》课程为24理论学时，配套的《土木工程计算机软件应用综合实践》是为期2周的实践课。该课程面向土木工程专业本科学生，在第七学期开设。目前该课程以讲授广厦结构CAD软件为主，主要内容包括结构方案设计、建筑结构建模方法、GSSAP计算模块的使用、计算结果的检查和校对、结构方案调整、施工图绘制等。对应的《土木工程计算机软件应用综合实践》主要是在教师的指导下由学生自主完成建筑单体的结构设计工作，最终提交综合实践报告，其中包括结构方案、结构设计计算书和结构施工图。在课程考核方面，该课程主要通过期末考试(笔试和机试)和学生平时成绩确定，综合实践部分主要以提交的报告为评分依据。

本课程以培养学生的结构设计能力为主，其中包括结构方案设计的能力、结构性能评估的能力、结构设计软件应用能力以及学生的沟通能力。虽然学生已经在各门专业基础课中学习过如荷载取值方法、混凝土构件承载力的计算方法、抗震设计方法等知识，然而，对建筑的整体结构的布置方法、结构性能和提高结构抗震能力等关键问题仍缺乏认识。通过本课程学习，学生能掌握广厦结构CAD软件的实用方法，并可逐渐理解结构的主要特性，例如结构的侧向刚度、扭转刚度等，能直观地体会荷载作用与结构形式、结构内力分布之间的关系，并掌握评判结构方案优劣的方法，全面提高结构设计的能力。

本课程正处于探索和发展阶段，通过一段时间的教学实践，发现在教学效果方面仍存在不足，主要反映在：(1)学生对结构方案评价和调整的能力不强；(2)团队合作意识较弱，学生之间交流和沟通不足；(3)学生的创新思维和适应能力较弱。总体上说，学生未能将专业知识与具体实践相结合，掌握的结构设计技能和团队意识不足，遇到新问题往往未能提出针对性的应对方法。借鉴现有的一些教学改革方法[5-8]，本文探索一些新的教学模式，以期进一步提高本课程的教学效果。

2 教学模式探讨

目前，《土木工程计算机软件应用》课程主要以课堂讲授为主，约2/3学时(约16学时)以教师演示教学，其中包括广厦结构CAD软件的基本操作、GSSAP结构参数设置、计算结果查看和整体合理性指标的分析、施工图输出等。另外1/3学时(约8学时)是学生课堂练习时间。教师布置任务，例如简单建筑的结构建模、计算参数设置等，让学生在课堂上完成。24学时的课程结束后，将开展《土木工程计算机软件应用综合实践》。综合实践的任务是对一栋给定建筑图的建筑进行结构设计，每个学生独立完成。这种教学方法存在一些问题，总结如下。首先，软件学习是一门实践性很强的课程，教师讲述内容过多、讲述时间过长，反而会降低了学生学习的主动性，限制了学生的积极性。另外，仅仅8学时的课堂练习时间是远远不够的。实际上，一栋建筑的结构建模通常需要较长时间，学生作为初学者很难在课堂上完成所有任务。第三，对成果的评价和讲解的部分并不完善，大部分学生只以完成任务为目标，并没对成果进行进一步分析和改进。最后，综合实践任务单一性不利于学生学习。目前，各学生的综合实践任务是相同的，同学在完成相关任务的过程中存在相互依赖的情况，一些没有完全掌握的知识点则通过相互“交流”来解决，最终影响了教学效果。

2.1 新教学模式

针对上述问题，本文提出一种“团队自主学习——答辩”的教学模式。该模式将本课程划分为四个阶段：基础教学阶段，分组自主学习阶段，展示与答辩阶段和总结阶段。下面对各阶段的具体安排进行介绍。

(1)基础教学阶段。此阶段主要以讲授为主，内容包括软件操作方法、结构参数设置和合理性指标等，学时安排为8学时。值得注意的是，这部分只讲授最基本的操作以及最重要的结构计算和评价方法，教学内容要进一步凝练，以最简洁的方式交代最核心的内容。

(2)分组自主学习阶段。这一阶段主要包括团队建立、题目和任务分配、学生自主学习、师生交流等工作。首先是团队建立，建议以4～5名学生建立一个团队，设一名队长协调各成员之间的工作分工。每个团队分配一项工程项目，例如某高校闲置地块开发(这个开发项目中可以包括2～3栋建筑，如办公楼一栋、教学楼一栋、实验楼一栋等)、某花园小区建设(这个项目中可以包括高层住宅楼一栋、多层住宅楼一栋、综合楼一栋等)。针对分配的任务，每个团队对相关工作进行分工，通过查找资料、建设方案讨论、结构建模计算、结构方案确定等。这一阶段计划为12学时，与现有的教学模式不同，教师在课堂上的工作主要负责解答学生的疑问，帮助学生合理地安排和完成各项工作，激发学生的学习兴趣。实际上，除了课堂时间之外，学生在课后需要花更多的时间完成相关的任务，例如查找资料、相互讨论建设方案和进行软件使用方面的技术交流等。

(3)展示与答辩阶段。这阶段主要是通过答辩的方式实现各团队设计成果展示。各团队展示中包括PPT设计成果汇报和问题环节等。各团队派一名代表组成评审委员会，对展示团队的成果进行评价，并提出各种疑问，现场由展示团队进行解答。教师作为主持人，可适当对所提的疑问进行说明及对问题的回答进行引导，有利于展示和答辩过程的顺利开展。通过这样的环节，实现各团队之间的交流，相互之间更清楚各自的优点与不足，有利于进一步提升学生的能力。这一阶段预计安排6学时。

(4)总结阶段。这一个阶段主要工作包括教师对作品进行点评、各团队对各自成果的优缺点进行总结、后期修改和最终成果提交。这部分预计安排2～4学时。

2.2 新教育模式效果

采用上述教学模式有望带来更好的教学效果，具体分析如下。

(1)提高学生团队合作意识和能力。本课程通过团队合作的形式完成结构设计任务，设计过程中团队成员之间合作分工、相互交流和讨论，能够很好地培养学生的团队意识，为日后在工作岗位上更好地进行交流合作打下基础。

(2)提高学生自主学习能力。与现有教学模式最大的区别，在于学生最大程度地发挥自主学习能力，通过自主地查找资料、实践建模和进行结构方案评估，学生能够更深刻地理解结构的概念并掌握结构优化设计的技能。

(3)教与学双重得益。不单只学生自主学习能力得到提高，教师也更好地起到引导的作用。教师在教学过程中也进一步提高教学技能和教学水平，一定程度上也扩展了自己的知识面，可以得到很大的收获。

(4)活跃课堂气氛。课堂上主要进行问答和讨论，课堂气氛活跃，同时也激发学生学习的兴趣和积极性。

(5)实践性更强。课程分配给学生的设计任务不是统一的一个题目。一般来说，分配给各个团队的设计题目的不同的，一方面避免大量的雷同情况，另一方面更加接近实际。每个团队都需要解决各自特定的问题，团队之间可以相互借鉴相互学习，进一步扩充了知识面。

3 结束语

本文对土木工程专业结构设计软件课程的教学模式进行了探讨，提出了一种基于团队式自主学习-答辩的教学模式。文中指出，将专业知识与实践教学相结合是提高教学质量的关键所在。采用本文的教学模式，可以更好地增强学生的团队意识，提高学生学习的自主性和积极性，同时也有利于增强学生探索新事物的能力，有望培养出高水平的土木工程专业设计人才。