“工程结构计算软件”课程教学现状及改革初探

摘要：在对“工程结构计算软件”课程当前教学现状充分分析的基础上，从教材建设、多手段、全方位授课等方面系统探讨了该课程的教学改革措施，进而实现少学时情况下，重点内容课堂讲解与一般内容课下补充相互配合，使学生扎实掌握该课程的核心内容，建立电算的概念，会用电算处理土木工程设计与施工中遇到的常见问题，提高学习效率。

关键词：工程结构计算软件；课程特点；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）23-0104-02

土木工程专业学生经过专业课的学习已经初步掌握了结构设计与施工的基本知识，具备了结构分析和土木工程分析的初步能力。但学生掌握的都是简单的手算，远不能满足工作需求，工作中一般都采用效率更高的电算方法进行结构设计与施工分析，[1]故开设“工程结构计算软件”是十分有必要的。它是土木工程专业的一门专业选修课，是一门重要课程。其主要任务是使学生了解工程结构计算软件领域国内外的发展动态，掌握常用工程结构计算分析软件的应用，具有利用软件解决土木工程设计与施工问题的初步能力。该课程具有知识结构复杂、工程实践性强、综合性强、应用性强，并且与现行规范、规程联系密切等特点，传统的教学理念和教学模式难以满足土木工程专业人才综合素质教育和创新能力培养的要求。因此，更新观念、与时俱进，实现教学内容、教学手段和教学方法的全面改革，不断提高教学质量和效果，是教学过程中需要重点解决的问题，但长期以来，该课程在培养目的和教学方向上与实际教学存在诸多偏差和矛盾，严重制约着教学效果和质量。

一、教学现状

1.教学内容滞后于工程实践和学生的需求

现行“工程结构计算软件”课程安排在木科大四上学期，教学时间为32学时（其中16个理论学时，16个实践学时）。课程每年的选课人数约在230人左右。由于课时较为紧张，课程的安排主要包括三大部分内容：一是介绍国际、国内建筑工程设计领域里常用的结构设计软件，使学生对当前建筑工程设计行业中常用的结构设计软件有比较全面的了解；二是操作演示、讲解目前在设计单位使用相当普及的PKPM系列建筑结构设计软件。通过操作演示、讲解，使学生熟悉其中常用软件的基木功能和主要技术条件，熟练掌握各级菜单命令及其操作方法，最终达到能对一般的建筑工程进行结构设计及施工图绘制的水平；三是实践教学环节，学生每人一题、独立操作完成一个简单工程的结构设计，使学生通过实践掌握结构设计的过程和一般方法。教学偏重于如何操作软件的流程演示和讲解，且重点在于讲解PKPM结构设计模块，学生接受到的知识基本是如何操作软件，学生通过模仿亦可掌握软件的操作。但随着结构理论和行业水准的提高，目前设计者的主要任务是如何根据规范和结构设计理论对结构进行优化的精细化设计，而非不计方案优劣和成本的粗放型设计。用人单位也反馈学生工作后上手较慢，对结构优化设计的概念不明确，因而，教学重心应该放到如何应用软件辅助结构设计与优化分析。此外，目前绝大部分土木工程专业毕业的本科生均会从事施工管理相关工作，工程结构计算软件课程应当照顾到这部分学生，而目前主要针对设计讲解的教学模式，不利于这部分从事施工管理的学生实际工作能力的提高。

2.讲授内容单一且缺乏合适教材

目前尚未有“工程结构计算软件”专门的教材，仅有相关的几本关于PKPM的教材，所讲授的PKPM版本早已被新版本所取代，计算结果与现行规范不符，而关于工程中用到其他软件很少有专门的教材，因而亟待编写一种综合常用计算辅助软件的综合性教材。该课程应该转变原来仅讲授PKPM一种软件的模式，转变为以PKPM为主，同时对MIDAS/Building、理正工具箱、结构力学求解器等软件进行讲解。

3.教学模式单一、学生学习积极性不高

传统的教学模式主要是静态封闭和“填鸭式”的教学过程，教学以多媒体演示为主，方法简单、手段单一，授课内容缺乏直观感和立体感。教师“讲”，学生“听”，师生间缺乏互动，学生处于被“灌输”的知识状态，学习热情不高，课堂气氛沉闷，教学效果欠佳。随着社会的发展和教育的改革，传统的教学模式不再能满足新型的研究型和创新型人才培养目标的要求，必须革新教学方法、优化教学手段，努力培养适应时代发展需要的工程应用型和创新型人才。[2]

二、教学改革探讨

“工程结构计算软件”课程教学改革必须以土木工程专业创新、应用型人才培养这一大背景为前提，依据课程的教学目标精选教学内容，革新教学理念，丰富教学手段，不断加强教师的业务水平，提高学生的综合素养，达到教学相长、共同进步的目的。具体改革措施如下：

1.编制教材，明确教学重点

工程结构计算软件应分为两大核心内容：建筑结构设计、施工辅助设计。编制教材分三部分。第一部分：介绍结构计算软件的发展现状及各个软件的擅长方向；第二部分：介绍房屋结构设计，包括框架结构设计、楼梯设计和基础设计，选择框架结构是因其结构简单、受力明确，且是毕业设计的主要结构类型，便于学生毕业设计时与手算对比[3]；第三部分：介绍结构计算软件在施工中的应用，包括脚手架（支架）设计、模板设计、施工中临时支护结构设计。

第一部分结构计算软件发展概述，重点介绍各计算软件擅长计算的结构类型。第二部分建筑设计在教材中的章节顺序一般是对PKPM结构计算各模块进行详细的讲解，且重点讲解各级菜单的操作。随着程序的优化，程序操作更加人性化且易上手，课程的重点应放在房屋建筑结构设计技术部分，即重点讲解参数选取而非操作本身。因此，该部分重新整合、提炼后的教学章节顺序应为PKPM操作界面介绍、框架结构设计与分析，包括PMCAD建模、SATWE分析、梁柱施工图、LTCAD和JCCAD，重点阐述电算与手算的对比和联系，结合规范讲解参数选取，并对计算结果进行校核分析。这样，重点更突出，思路更清晰、流畅，便于课程组织，有利于学生深入理解电算的原理，进而举一反三，了解其他结构类型的电算。第三部分结构计算软件在施工中应用，大部分土木工程专业的本科毕业生将来主要从事建筑工程施工管理，而目前尚未有教科书涉及到该部分内容，故该章节结合当今施工中的常见问题重点讲解两个专题：脚手架（支架）设计根据一脚手架手算设计实例，结合设计规范分别采用平面计算程序、空间计算程序进行阐述；施工临时支护结构设计分别采用平面、空间计算程序对施工中常见的临时结构进行分析计算。

2.拓宽知识传播渠道，全方位讲授知识

传统的软件类课程授课重点为软件操作演示。软件操作较为琐碎，讲解耗时较长，因而软件类课程将绝大部分课时均放在了对操作的讲解上。软件实质上仅是一个计算工具，操作人对相关规范的理解、基本理论的掌握水平和对电算基本原理的理解程度决定了软件的计算分析是否符合实际。即使掌握了软件的操作方法，如果参数选取不合适，结果未和规范相结合，则难以指导实际工程，未达到开设该课程的目的，故有必要对电算基本原理、参数选取和后处理进行讲解。因而，该课程需要解决如何在少学时的情况下兼顾到软件操作、参数选取、电算原理和后处理的讲解。

有一种方案可以加快软件操作讲解，因学生初次接触结构计算软件，讲解过快的话学生不能掌握，达不到教学效果。另一种方案就是课堂上讲解主要操作流程和重要操作过程，然后把时间分配到电算基本原理、结合规范选取计算参数和后处理上面，为便于学生课下吸收，课堂讲解过程中开启屏幕录像软件，将授课过程中软件的操作和解说全程录像制作成视频。同时，对于一些具体简单的操作和课上来不及讲解的操作在课下制作成演示视频，供学生自学。目前网络存储容量大、速度快，因而可建立网络硬盘，将上述视频后上传至网盘，方便学生下载学习。为便于学生自学后问题的解答，建立qq群，便于辅导学生，且可在群论坛讨论问题，借助于网络拓展了教学手段。[4]当然建立网络课堂是更为有效的办法，在课程建设中应尝试建立网络课程。[5]

三、结语

工程结构计算软件是土木工程专业的核心课程，是学生专业知识的汇总，同时也为学生走向工作岗位对知识的应用进行了培训，亟待在讲解中突出重点，且通过视频录制、网络存储和QQ群和论坛等方式为课题讲解提供有力补充，通过多角度全方位的授课方式使学生在理解的基础上深入掌握工程计算软件，为今后的工作奠定基础。

参考文献：

[1]刘佩.关于土木工程专业研究生教学的两点体会[J].中国电力教育，2013，（8）：79-80.

[2]何双华，曾桂香.“土木工程施工”课程教学现状及改革初探[J].中国电力教育，2012，（2）：60-61.

[3]陈道政.建筑工程专业毕业设计教学中几个关键环节的质量控制[J].高等建筑教育，2010，19（3）：127-129.

[4] 李广驰.网络环境下的大学生自主学习能力和创新能力培养研究[J].中国电力教育，2014，（3）：28-29.

[5]王梦寒，李玉凤.网络教学在“材料成形CAD/CAE/CAM”课程中的应用[J].中国电力教育，2012，（2）：64-65.

（责任编辑：王祝萍）

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