應用型卓越結構工程師工程能力培養的實踐教學環節研究

莊 鵬，劉棟棟，曾 杰，趙赤云

（北京建筑工程學院 土木與交通工程學院，北京 100044）

一、引 言

2010年6月開始實施的“卓越工程師教育培養計劃”是我國高等教育實施的一項重大教育改革計劃，卓越計劃的宗旨是通過培養具有優良的工程實踐能力和創新能力的高水平工程技術人才，從而提高我國工程和工業領域的核心競爭力，并最終實現我國經濟發展模式的轉型和產業的升級[1-2]。

然而，當前我國高等院校土木工程專業在學生工程能力培養方面存在一些不足[3-4]。特別是受以傳授知識為主的傳統教育思想的影響，我國不少應用型本科院校在土木工程學科的教學方面僅注重專業基礎理論知識的講授，或多或少地忽視了教育過程中實踐環節對學生工程能力的培養和提高[5]所起到的作用。

北京建筑工程學院是北京市唯一一所依托首都城市建設的應用型本科院校，為了造就卓越工程師，近年來一直改革土木工程專業的課程設置，課程改革中的重要舉措之一是推出專業實踐課程?；谧吭接媱澲斜究粕哪芰μ岣吣繕撕团囵B模式，介紹了目前北京建筑工程學院土木工程專業建筑工程方向大學一二年級本科生實踐課程的教學框架、教學內容以及教學實踐過程中的經驗，并對高年級土木工程專業本科生基于卓越結構工程師工程能力培養的專業實踐教學課程建設提出了建議。

二、卓越結構師工程能力的培養目標和培養模式

應用型高校的土木工程專業對卓越結構工程師的培養目標體現在數學、力學、計算機輔助設計、結構理論和技術、計算機輔助工程計算和工程結構施工技術與管理等多個方面[6]。從培養模式來看，“卓越計劃”目前通常采用的是“3+1”高校和企業聯合培養模式，具體方法是通過高校依托企業，來實現校企聯合的培養目標，即三年校內學習和累計一年的企業學習[7，8]，卓越結構工程師培養的基礎階段為在校的學習過程，其在校企聯合培養的過程中占有不可忽視的重要的地位。

卓越計劃要求所培養的工程師具有很強的實踐能力和綜合能力。因此，就土木工程專業本科生工程能力的培養而言，應綜合采用理論學習、課堂和課外實踐等多種教學手段，其中實踐教學是在校期間土木工程結構工程師工程能力培養的重要組成部分，它能夠訓練學生實際操作能力、交流溝通與團隊協作能力。鑒于實踐環節在學生學習過程中的重要性，應在土木工程專業本科生在校學習期間貫穿始終：在大學一二年級期間，應重點完成對學生基礎知識和基本技能的實踐環節培養，為后續學習和工程能力培養奠定基礎；從大學三年級開始強調基于實際工程背景的工程能力培養，專業教師應指導學生從工程實踐出發，通過實踐教學環節初步掌握運用多學科知識和現代計算工具解決工程實際問題的技能，使學生進入企業進行生產活動之前能夠進行較為充分的仿真訓練。

三、基于卓越計劃的土木工程專業實踐

（一）一二年級本科生專業實踐的教學框架與內容

北京建筑工程學院土木工程專業培養方案中的實踐教學環節，著眼于首都實現建設世界城市對于工程技術人才的需求，在土木工程專業在校學習過程中連續設置了土木工程專業實踐課程，其中，對于大學一二年級的本科生，其實踐環節的教學特別強調工程制圖中工程師對于圖紙的基礎性表達、平面整體表示法和結構力學基礎知識的掌握與實用能力的培養。

北京建筑工程學院土木工程專業在實踐教學過程中，注意將常用計算機設計軟件，如AUTOCAD、PKPM、SAP2000等與基礎知識的學習相結合，將手算、手繪與軟件計算、計算機出圖并重，使學生在學習基本理論知識的基礎上，初步掌握CAD以及一些常用結構軟件的基本操作。以建筑工程專業方向為例，首先，在2010級土木工程專業本科生一年級的土木工程實踐課程中，在圖集中選擇有代表性的若干房屋建筑結構施工圖，所使用的某樣圖如圖1所示，要求學生利用AUTOCAD軟件依照已有工程圖紙繪制電子版并打印，通過繪圖學習平法規則。進而，在二年級繼續開展土木工程專業實踐課程，在建筑結構平面表示法施工圖繪制訓練的基礎上，引入建筑結構設計行業中常用的SAP2000軟件，利用軟件強大的三維幾何建模和結構分析功能開展工程能力的訓練。在課堂上，注意加強講解與上機練習的環節。學生上機操作時，在教師的指導下利用建筑結構平面圖中的相關數據大量練習SAP2000環境下結構三維模型的建立，按照圖1所示平面圖的基礎上所建立的SAP2000三維結構模型如圖2所示。除了繪圖和建模，在大學二年級土木工程實踐的課堂教學環節中，初步利用SAP2000進行結構分析與計算?？紤]到二年級的本科生尚不具備完整的房屋建筑結構力學分析與設計知識，故在教學中將軟件操作與典型結構力學題目相結合進行講解，使學生能夠較為直觀地學習結構靜力計算的軟件分析技能，增加感性認識。

圖1 工程繪圖訓練樣圖

圖2 結構模型

（二）教學經驗與進一步工作的展望

圖3 結構力學習題原圖

圖4 建模過程

圖5 部分計算結果（單位：a—kN-m；b—kN）

在本科一二年級開設土木工程專業實踐課程，通過學生對工程制圖、力學概念和結構分析的課程學習和工程實踐的鍛煉，達到培養和提高低年級本科生工程能力的目的。同時，也可以通過大量的工程實例以達到促進學生學習興趣的教學目的，將學生被動的接受式學習變為主動的研究式學習。此外，針對典型例題，將結構分析軟件計算結果與手算結果進行對比驗證，從而對于本科生的基本理論和專業基礎課的教學起到了良好的促進和補充作用。在課堂教學的基礎上，布置適量的結構力學習題，由學生為主體完成習題的軟件計算和手算過程的對比，并撰寫課程報告進行考核，通過這一環節可培養學生的文字表達能力和數據處理能力。圖3所示為某位學生課程報告所采用的結構力學習題，圖4和圖5分別為該學生基于該習題的模型建立過程和計算結果。為促進土木工程專業本科生工程能力的培養，實現卓越計劃基礎階段的教學目標，應根據學生力學知識和結構知識的積累，在本科生在校學習過程中持續開設專業背景與業務訓練兼備的實踐課程。北京建筑工程學院在低年級土木工程專業實踐課程的基礎上，擬在高年級本科生土木工程實踐課程中逐步增加課程教學內容的深度和廣度，引入鋼筋混凝土結構基本原理、工程結構抗震和高層建筑結構設計的相關知識，以PKPM、SAP2000等結構分析和設計軟件作為工具，引入典型建筑結構實例進行講解并開展工程設計訓練。具體設想如下：選擇工程實例中一榀具有代表性框架計算單元作為計算對象，根據國家現行規范，引導學生從荷載計算至結構的內力分析、配筋計算、變形計算等均采用手算和軟件計算相互對照，再根據計算結果，采用計算機繪制這一榀框架計算單元的施工圖，參考相關規范滿足構造要求且符合國家制圖標準。以上通過課堂講授和學生實踐相結合的方式，可使學生的工程能力得到進一步的訓練，為進入企業實習奠定良好的基礎。

四、結 語

隨著中國在21世紀工業進程和城市基礎設施的建設發展，其對應用型高校土木工程專業卓越結構工程師的培養提出了新的需求，也提供了新的發展契機。作為立足于首都城市建設的應用型高校，北京建筑工程學院從自身土木工程專業的教學特色出發，著眼于卓越結構工程師的能力需求，從低年級到高年級持續設置培養和訓練學生工程能力的實踐課程，使得學生在校學習期間，既能夠牢固掌握基本理論知識，又可以充分地進行基于計算機應用的實踐環節訓練，以期在實踐過程中逐步培養利用現代計算工具解決工程問題的能力，從而為學生進入首都城市建設的各個生產環節奠定良好的基礎。

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[1]林健.“卓越工程師教育培養計劃”通用標準研究[J].高等工程教育研究，2010（4）：21-29.

[2]林健.談實施“卓越工程師培養計劃”引發的若干變革[J].中國高等教育，2010（17）：30-32.

[3]王立國.關于現代工程師培養的幾點思考[J].現代教育科學，2010（3）：153-156.

[4]林健.面向卓越工程師教育培養的課程體系和教學內容[J].高等工程教育研究，2011（5）：1-9.

[5]董倩，劉東燕，黃林青.卓越土木工程師實踐教學體系構建[J].中國大學教學，2012（1）：77-80.

[6]陳長冰，胡曉軍，夏勇，等.卓越工程師計劃中核心能力的培養探討—以土木工程專業為例[J].廊坊師范學院學報（自然科學版），2011，11（6）：111-115.

[7]扶慧娟，辛勇.推行“卓越工程師計劃”培養實踐型工程人才 [J].實 驗 技 術 與 管 理，2011，28（11）：155-158.

[8]阮建湊，陳穎.基于卓越土木工程師培養的實踐教學研究[J].重慶科技學院學報（社會科學版），2011，（17）：166-168.