基于工程教育专业认证的《PKPM结构软件应用》课程教学研究

徐汉勇，雷 鸣，唐仁华

(长沙学院土木工程学院，湖南 长沙 410022)

自2017年开始，土木工程专业评估被纳入全国工程教育认证的整体框架，标志着专业评估将严格按照工程教育认证的核心理念和评价标准进行.以学生为中心是工程教育认证的三大核心理念之一[1]，要求在各人才培养环节过程中，必须以学生的素质能力为中心.以课程教学为例，所有教学内容、教学方法和教学考核必须支撑该课程对应的能力目标.同时，社会需求度作为工程教育认证的五大评价标准之一[1]，指出课程体系设计和课程教学的确定应由企业或行业专家参与，而课程体系设计和课程教学都是紧紧围绕学生的能力目标，表明课程对应能力目标的确定也应符合社会需求适应度的要求.

《PKPM结构软件应用》课程是土木工程专业建筑工程方向本科教育的一门重要的专业课，是以建筑工程为载体，结合学生已学的力学知识和工程结构知识，运用PKPM结构软件建立结构模型、计算并判断结构的力学行为，并绘制结构施工图.相比土木工程专业建筑工程方向其他专业课程，《PKPM结构软件应用》课程涉及更广泛的理论知识，相关的课程主要包括《房屋建筑学》、《混凝土结构设计原理》、《混凝土结构设计》、《结构力学》、《高层建筑结构设计》、《建筑抗震设计》、《工程结构荷载与可靠度设计原理》、《土力学》和《基础工程》等，又涉及国家规范和图集，如《混凝土结构设计规范》、《建筑结构荷载规范》、《高层混凝土结构技术规程》、《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》和《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》等，且实践性较强.因此，国内一些教学研究者对该课程的教学进行了研究，韦正伟[2]结合相关国家规范，对利用PKPM结构软件里的SATWE子模块进行内力计算和配筋计算时相关各参数的含义与取值、以及计算完成后相关关键性指标参数的含义进行了分析，王娜[3]指出，由于该课程教学和工程项目紧密相关，提出了项目教学法，黄丽芬[4]对该课程的课前教学准备、课程教学和作业布置等进行了探讨，指出课前教学教师应以学生角度进行备课、了解学生对课程的掌握程度，乐进发[5]提出了“四阶段”的教学模式，即课程教学阶段、PKPM辅助设计竞赛阶段、校外实习阶段和毕业实习阶段，通过丰富的实践教学，提高教学质量，鲁丽君[6]指出了在PKPM结构软件的PMCAD子模块、SATWE子模块、JCCAD子模块的教学环节中学生普遍容易出现的问题，如荷载输入、参数取值等.前人丰富的研究成果对《PKPM结构软件应用》课程的教学提供了宝贵的参考价值，但主要从教学内容、教学方法和教学存在的问题等方面开展研究，研究思路并未基于工程教育专业认证理念，因此，本文将基于工程教育专业认证的核心理念和评价标准，对《PKPM结构软件应用》课程教学的能力目标、主要教学内容、教学实施和教学考核等方面开展研究.

1 基于社会需求度的结构设计工程师能力要求

工程教育专业认证的社会需求度要求在确定课程体系和课程内容时应进行社会调研，使之与行业需求的能力一致，而能力的确定势必与学校定位和职业岗位相关.对于应用型大学，土木工程专业建筑工程方向毕业生的岗位主要为结构设计工程师和工程一线管理工程师.因此，结合多位从事结构设计十年以上、具备高级工程师职称和国家一级注册结构工程师的结构设计人员，对结构设计工程师应具备的能力进行了调研.经汇总，得出的能力要求如下：

(1)熟悉框架结构、框-剪结构、剪力墙结构、砌体结构等各类结构体系；

(2)熟悉独立基础、条形基础、筏板基础、桩基础等各类基础形式；

(3)熟悉各类结构构件的力学概念；

(4)熟悉常用结构设计规范要求；

(5)能应用结构设计软件进行结构建模；

(6)能对结构设计软件的计算结果进行分析判断；

(7)能绘制结构施工图.

2 《PKPM结构软件应用》课程的能力目标

根据结构工程师的能力要求，尤其是能力要求(4)～(8)条，并结合结构设计人员的建议，确定了《PKPM结构软件应用》课程的能力目标，具体为：

(1)熟悉PKPM结构软件运行思路

(2)能运用结构概念设计进行结构的初步设计；

(3)能根据与建筑布置协调的原则对结构主要受力构件进行初步布置；

(4)能根据规范要求进行次要构件初步布置；

(5)能根据规范给出的建议和构件承载范围对构件截面尺寸进行初步确定；

(6)能利用PMPK结构软件对初步确定的结构方案进行建模；

(7)能利用规范和相关理论课程知识确定PKPM结构软件中用于结构计算的参数含义和取值；

(8)能利用规范和相关理论课程知识分析结构力学响应；

(9)能利用国家图集理解PKPM结构软件给出的构件配筋图；

(10)能利用规范和相关理论课程知识进行柱下独立基础设计.

3 《PKPM结构软件应用》课程主要教学内容

根据《PKPM结构软件应用》课程能力目标，确定了该课程的主要教学内容，具体如下：

根据课程能力目标(1)，先指出PKPM软件的结构模块主要包括PMCAD模块、SATWE模块、TAT模块、墙梁柱施工图模块和JCCAD模块，接着指出各模块的具体用途，在此基础上，指出各模块之间的相关性，即PKPM结构软件的总体思路.

根据课程能力目标(2)，并结合《高层建筑结构设计》课程、《建筑抗震设计》课程和《建筑抗震设计规范》，指出在结构概念设计时，应理解结构平面不规则、竖向不规则和变形缝设置的具体内涵及应用.

根据课程能力目标(3)和(4)，并结合《混凝土结构设计》课程、《高层建筑结构设计》课程和《混凝土结构设计规范》，指出在结构布置时，应协调建筑施工图进行布置、框架梁的布置应与框架柱形成水平双向承重体系、间隔墙下应布置梁、当楼板面积较大时应布置次梁等内容与应用.

根据课程能力目标(5)，并结合《高层建筑结构设计》课程、《混凝土结构设计》课程、《建筑抗震设计》课程、《混凝土结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》，指出在初步确定竖向构件截面尺寸时，应根据受荷范围、层数和轴压比限值进行确定，在确定水平构件截面尺寸时，应根据跨度和规范给出的经验公式进行确定.

根据课程能力目标(6)，先结合《结构力学》、《混凝土结构设计》和《高层建筑结构设计》等课程中关于“结构计算简图”的概念和内容，指出“利用PMCAD模块建立结构模型”的具体思路，接着指出PMCAD模块各组成部分与该思路的具体对应关系，再指出PMCAD模块各组成部分的具体操作.

根据课程能力目标(7)，指出“SATWE模块或TAT模块”中与设计参数最相关的选项为“分析和设计参数补充定义”，并结合相关课程具体讲解该选项中各参数的物理意义、取值和应用，接着根据课程能力目标(8)，并结合《混凝土结构设计》和《高层建筑结构设计》等课程，指出“SATWE模块或TAT模块”中关于结构力学响应的具体内容，如轴压比、梁是否超筋、周期比、位移比、挠度比、剪重比、刚重比校核等，并分析超限原因和解决措施.

根据课程能力目标(9)，先结合《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图》对梁平法施工图、柱平法施工图和剪力墙平法施工图的制图规则进行详细讲解.接着，讲述利用墙梁柱模块绘制墙梁柱施工图的操作，并对各施工图进行识读.再结合《混凝土结构设计原理》课程，指出钢筋混凝土楼板的设计步骤、计算方法、验算内容和施工图绘制要求，在此基础上，讲述如何利用PMCAD模块中的“画结构平面图”输入钢筋混凝土楼板设计时的各已知条件、如何选择计算方法、如何查看验算内容和如何绘制板配筋图.

根据课程能力目标(10)，先结合《基础工程》课程和《建筑地基基础设计规范》，指出柱下独立基础设计时应必须提供的已知条件和设计内容.接着，讲述如何利用JCCAD模块确定各已知条件、如何查看设计结果和绘制基础施工图.

4 《PKPM结构软件应用》课程教学实施

由《PKPM结构软件应用》课程教学内容可知，该课程涉及的理论知识多而广、与工程相关性强、软件操作性强，且在实际教学中，课时量常为24课时，致使教学内容针对的工程类型有限.为能较好地提高教学质量，在实际教学中针对不同的教学内容采用以下不同的教学方法：

(1)知识归纳法：对于PKPM结构软件概述、结构概念设计、结构布置方案、构件截面尺寸初步确定，以及与PKPM结构软件各模块相关理论课程知识和规范规定的教学内容，侧重于理论知识的总结和整理，因此，采用知识归纳法，并以PPT和PDF形式进行教学.

(2)项目教学法：考虑到该课程理论知识是以服务于工程设计为目的，软件操作的目的是将设计构思通过软件变成施工图，因此，在结构概念设计、结构布置方案、构件截面尺寸初步确定的教学内容中，引入一个典型工程案例以及对应完整的建筑施工图，应用之前采用知识归纳法讲授的理论知识完成该工程的概念设计、结构布置方案和构件截面尺寸估算.同时，在软件操作相关的教学内容中，继续以该典型工程为案例，应用之前采用知识归纳法讲授的与PKPM结构软件各模块相关理论课程知识和规范规定完成软件操作.

(3)课堂教学互动法：考虑到该课程设计的知识面较广，且各教学内容对应着各具体能力目标，为提高教学质量，在教学环节中，采用向学生提问题和学生向老师提问题形式的课堂教学互动法.

(4)学生实践法：考虑到该课程目的之一是学生能熟练操作PKPM结构软件，具有很强的实践性.因此，在教学环节中，尤其是与关键操作相关的教学内容中，在完成了理论知识教学的基础上，安排一定的时间进行上机操作.

(5)优秀课程平台互动法：考虑到课时有限，在课堂教学环节中，主要是以平屋顶的框架结构作为工程案例，而在实际中，坡屋顶的框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等形式普遍得到应用.因此，为使学生能获得更多的知识，充分利用优秀课程平台，制作相关录像，并上传到平台，供学生学习.同时，在优秀课程平台的“问题讨论”模块，提出一些专业问题与学生进行讨论.

5 《PKPM结构软件应用》课程考核

工程教育专业认证考核实际上能力考核，根据该要点，考虑到该课程不同教学内容对应着具体的能力目标，因此，采用过程考核和期末考核两种方式：

(1)过程考核：根据各课程能力目标，布置相应作业，根据作业情况，并结合课堂教学互动和优秀课程平台互动，对该能力进行总体考核，并分析存在的问题，根据持续改进理念，进行改进.

(2)期末考核：提供一套完整的建筑施工图，采用上机考试的方式，要求学生利用PKPM结构软件递交整个计算文件，该文件包含结构布置方案、构件截面尺寸、计算参数、计算结果文件、梁配筋施工图、柱配筋施工图、基础平面布置图、基础施工图和板配筋施工图，必要时提供文本文件进行说明，成果涵盖该课程的全部能力目标.

6 结论

工程教育专业认证本质是能力考核，该理念贯穿各人才培养环节，尤其是课程教学.根据专业认证社会需求度的要求，对结构设计工程师的能力要求进行了社会调查，在此基础上确定了《PKPM结构软件应用》课程的具体能力目标，并以此确定了该课程的具体教学内容.根据各教学内容特点确定了相应的教学方法，最后根据各能力目标和工程教育专业认证的持续改进理念，确定了该课程的具体考核方式和考核内容.