土木工程专业《结构概念与创新设计》课程教学的探讨

1、土木工程专业结构概念与创新设计课程教学的探 讨一直以来，我国土木工程专业本科培养的学生具有一定的 理论水平， 但应用实际工程的能力较差， 独立和创新的工程意识 较低。原因是以往的教学中，教师单纯地讲授理论知识，学生实 践能力训练不足， 缺乏理论与实际工程相结合的锻炼， 教学与实 践无法有效衔接。 目前， 土木行业越来越多的地方用到了概念设 计，这种理念在很多实际的建筑方案中得以应用， 对土木工程影 响巨大 1 。因此，概念设计在土木建筑工程专业教学环节中应 当加以体现、反映。针对这样的现状，土木工程专业进行结构 概念与创新设计 课程教学研究就十分有意义。 这对改革工程教 育的教学模式有利， 又

2、能检验学生对所学理论知识的掌握， 并且 锻炼他们提出问题、分析问题、解决问题的能力，激发其建立工 程意识和培养创新能力 2 。一、结构概念与创新设计课程教学内涵和意义 土木工程结构概念设计是工程当中结构设计的灵魂， 是利用 设计概念并以自身为主线贯穿全部设计过程的一种设计方法。 概 念设计是完整和全面的设计过程， 它将设计者繁复的感性和瞬间 思维上升到统一的理性思维从而完成整个设计 3 。社会经济的 飞速发展， 人们的生活水平日益提高， 对建筑结构设计也有了一 个更高的要求。 如何打破土木工程结构设计过于墨守成规， 能将 结构工程师的创新能力充分发挥出来， 对于现代社会是迫切需要 的。因为他们

3、才是结构设计革命的推动者和执行者 4 。结构概念与创新设计课程是在原结构创新设计课、 结构概念与体系课及事故分析与结构原理等土木工程专 业课程基础之上， 发展整合及改造后新设立的课程。 该课主要是 以学生创新性设计制作实验为主线， 训练学生工程意识、 动手能 力、创新能力、实践能力等。它体现了工程教育的特色，以结构 设计制作实验项目为载体， 探索在干中学、 理论与实践紧密结合 的教学模式。 把工程培养所必要的基础知识、 工程设计思想和方 法、自学和终身自学的能力和兴趣的培养等内容放在第一位。 结 构概念与创新设计 课提出建筑结构概念设计的概念和原则， 并 结合学生的创新性设计制作实验案例进行点

4、评分析。 概念与体系 部分介绍结构概念设计的背景、思路、基本做法、设计过程中经 常用到的结构概念。该研究的理论意义和实际意义在于探索通过该课程的教学 设计， 教学内容和教学方法的改革研究， 适应新的教育理念和人 才培养模式。 培养学生的创新和实践能力， 掌握善于主动学习的 方法，形成良好的学习和工作习惯。二、我校的教学改革研究的基础和环境1. 专业建设基础好。 河北工程大学土木工程学院以开设创新 性结构设计大赛 10 年。完成了校教研项目土木工程专业创新 性结构实验探索研究 和结构创新设计等系列课程的教学研究 两项。学院已开设 结构创新设计 、结构概念与体系 、事 故分析与结构原理、混凝土结构

5、设计、结构抗震设计 等课程。2. 师资力量强。上述这些课程由多位建筑工程系的老师担 任，职称结构合理，形成了相对稳定的老中青队伍结构。因此， 对于结构概念与创新设计教学改革研究的可持续性提供了保证。3. 实验室基地条件良好。 本专业下设的结构实验室是河北省 结构实验教学示范中心， 为学生建立模型实验提供了科学的、 可 靠的硬件条件。三、结构概念与创新设计课程教学方案设计1. 教学目标。初步形成结构概念与创新设计课的教学理 念和教学思想， 完成结构概念与创新设计 课的教学大纲制定， 确定教学内容， 初步形成教学方法和教学模式， 为指导其他工程 设计课程教学改革探索经验。2. 教学内容。 结构概念

6、与创新设计课程教学内容包括教 学设计、教学内容和教学方法研究。教学内容： 创新性设计制作实验项目的设计， 项目要包含若 干个结构和力学的概念的运用，如拉、压、弯、剪、扭、稳定、 倾覆等，使用材料应宜于制作，实验的方法要直观。项目的要求 应是概括性的，应用较少的约束，以使学生开阔思路。给出的条 件应尽量少， 要学生自己寻找所需的条件。 布置结构设计制作实 验项目，首先让学生以小组形式讨论分析项目，提出问题。学生 分析问题并寻找解决问题的方法，通过自学、讨论、查阅相关资 料等方法解决问题。 学生应经过结构方案设计、 一定的计算分析、 绘制施工图、施工制作结构模型、进行结构实验、实验分析、总 结等过

7、程。教学方法：本课程的教学手段主要以讲课、学生设计、模型 制作和模型实验相结合的方式， 从不同的角度和理念启发学生将 所掌握的基本结构概念有机地结合起来， 培养学生的创造力。 在 模型实验之前教师上课以引导为主， 主要由学生自学、 讨论和分 析计算设计制作出结构模型。 教师引导学生将自己的设计与所学 内容联系起来， 甚至产生出学生还未学到的问题， 让学生自己思 考分析。教师的教学主要以指导为主， 如结构概念设计的原则、 路线、 方法，基本思路、基本做法以及设计中常用到的结构概念等，并 结合学生的创新性设计制作实验案例进行点评分析。基本教学过程： 布置题目学生以小组讨论学习提出 问题一一教师指导

8、学生分析问题解决问题（教师重点要起到启 发、督促、指导、控制进度的作用）一一学生形成方案一一教师 根据方案指导学生改进方案学生制作模型学生实 验教师点评总结 （重点是设计思路和设计方法及学生学习方 法的总结）一一学生总结（学习过程总结）3.存在的问题。（ 1）如何将“培养学生提出问题、分析问题、解决问题的 能力，培养学生自学和终身学习的能力等”教学理念落实到教学实践中，是本教学课程首要解决的关键问题。（ 2）研究创新性 设计制作实验题目。研究题目的内涵、题目的难易程度、题目的 适用性、题目的趣味性、题目对学生学习的引导性等。（3）研究课程的教学内容和教学方法， 形成即稳定又灵活的教学内容和 方

9、法。稳定是要教学理念要坚持不懈，总结提高，教学模式要稳 定形成套路和程序， 便于教师掌握和控制教学进度。 灵活是具体 的教学内容， 比如涉及的结构概念很多不可能在课堂上全讲， 需 教师具有灵活性和启发性的教学方法指导学生学习。（4）初步形成课程所需的教学文件。如教学大纲、教学设计、教学教案、 教学讲义、题目库、教学录像等内容。四、结构概念与创新设计课程的实施 我校土木工程专业开设 创新性结构设计 等一系列课程以 来，我们在不断探究和改进教学方法，对于启发式教学、案例教 学、项目教学法均有了一定程度的研究，并取得了阶段性成果。 我们已经完成了 土木工程专业创新性结构实验探索研究 和结 构创新设计

10、等系列课程的教学研究 两项校级的研究， 并开设了 相应的课程。 相关教师在工程教育方面有长期的思考和教学实践 探索，并且已成功组织土木工程结构大赛 10 年。已开设结构 创新设计、结构概念与体系、事故分析与结构原理、 混凝土结构设计、 结构抗震设计等课程，相关教师教学 水平高，有丰富的教学经验。具体实施如下：1.修订结构概念与创新设计课程教学大纲，包括课程目标、内容安排及学时安排2. 选择土木工程专业和工程力学专业大学三年级学生的第 二学期开始该课程教学。3. 自土木工程专业和工程力学专业大学三年级学生的第一 学期期末，研究确定题目及相应的教学安排。4. 将大学三年级专业学生按班级分给不同的教师， 教师则分 头实施教学，定期讨论交流改进教学。在教学实践中，将教师授 课、学生设计、模型制作和模型实验相结合，启发学生将理论知 识与工程实际相结合， 培养学生工程概念设计与创新能力、 自学 能力。5. 在大学三年级专业学生的第二学期期末， 教师对课程实践 进行总结，提出改进措施和方法。五、总结和探讨 本文方案结合新的科研成果开设出新的课程以