应用型卓越结构工程师工程能力培养的实践教学环节研究

庄 鹏，刘栋栋，曾 杰，赵赤云

（北京建筑工程学院 土木与交通工程学院，北京 100044）

一、引 言

2010年6月开始实施的“卓越工程师教育培养计划”是我国高等教育实施的一项重大教育改革计划，卓越计划的宗旨是通过培养具有优良的工程实践能力和创新能力的高水平工程技术人才，从而提高我国工程和工业领域的核心竞争力，并最终实现我国经济发展模式的转型和产业的升级[1-2]。

然而，当前我国高等院校土木工程专业在学生工程能力培养方面存在一些不足[3-4]。特别是受以传授知识为主的传统教育思想的影响，我国不少应用型本科院校在土木工程学科的教学方面仅注重专业基础理论知识的讲授，或多或少地忽视了教育过程中实践环节对学生工程能力的培养和提高[5]所起到的作用。

北京建筑工程学院是北京市唯一一所依托首都城市建设的应用型本科院校，为了造就卓越工程师，近年来一直改革土木工程专业的课程设置，课程改革中的重要举措之一是推出专业实践课程。基于卓越计划中本科生的能力提高目标和培养模式，介绍了目前北京建筑工程学院土木工程专业建筑工程方向大学一二年级本科生实践课程的教学框架、教学内容以及教学实践过程中的经验，并对高年级土木工程专业本科生基于卓越结构工程师工程能力培养的专业实践教学课程建设提出了建议。

二、卓越结构师工程能力的培养目标和培养模式

应用型高校的土木工程专业对卓越结构工程师的培养目标体现在数学、力学、计算机辅助设计、结构理论和技术、计算机辅助工程计算和工程结构施工技术与管理等多个方面[6]。从培养模式来看，“卓越计划”目前通常采用的是“3+1”高校和企业联合培养模式，具体方法是通过高校依托企业，来实现校企联合的培养目标，即三年校内学习和累计一年的企业学习[7，8]，卓越结构工程师培养的基础阶段为在校的学习过程，其在校企联合培养的过程中占有不可忽视的重要的地位。

卓越计划要求所培养的工程师具有很强的实践能力和综合能力。因此，就土木工程专业本科生工程能力的培养而言，应综合采用理论学习、课堂和课外实践等多种教学手段，其中实践教学是在校期间土木工程结构工程师工程能力培养的重要组成部分，它能够训练学生实际操作能力、交流沟通与团队协作能力。鉴于实践环节在学生学习过程中的重要性，应在土木工程专业本科生在校学习期间贯穿始终：在大学一二年级期间，应重点完成对学生基础知识和基本技能的实践环节培养，为后续学习和工程能力培养奠定基础；从大学三年级开始强调基于实际工程背景的工程能力培养，专业教师应指导学生从工程实践出发，通过实践教学环节初步掌握运用多学科知识和现代计算工具解决工程实际问题的技能，使学生进入企业进行生产活动之前能够进行较为充分的仿真训练。

三、基于卓越计划的土木工程专业实践

（一）一二年级本科生专业实践的教学框架与内容

北京建筑工程学院土木工程专业培养方案中的实践教学环节，着眼于首都实现建设世界城市对于工程技术人才的需求，在土木工程专业在校学习过程中连续设置了土木工程专业实践课程，其中，对于大学一二年级的本科生，其实践环节的教学特别强调工程制图中工程师对于图纸的基础性表达、平面整体表示法和结构力学基础知识的掌握与实用能力的培养。

北京建筑工程学院土木工程专业在实践教学过程中，注意将常用计算机设计软件，如AUTOCAD、PKPM、SAP2000等与基础知识的学习相结合，将手算、手绘与软件计算、计算机出图并重，使学生在学习基本理论知识的基础上，初步掌握CAD以及一些常用结构软件的基本操作。以建筑工程专业方向为例，首先，在2010级土木工程专业本科生一年级的土木工程实践课程中，在图集中选择有代表性的若干房屋建筑结构施工图，所使用的某样图如图1所示，要求学生利用AUTOCAD软件依照已有工程图纸绘制电子版并打印，通过绘图学习平法规则。进而，在二年级继续开展土木工程专业实践课程，在建筑结构平面表示法施工图绘制训练的基础上，引入建筑结构设计行业中常用的SAP2000软件，利用软件强大的三维几何建模和结构分析功能开展工程能力的训练。在课堂上，注意加强讲解与上机练习的环节。学生上机操作时，在教师的指导下利用建筑结构平面图中的相关数据大量练习SAP2000环境下结构三维模型的建立，按照图1所示平面图的基础上所建立的SAP2000三维结构模型如图2所示。除了绘图和建模，在大学二年级土木工程实践的课堂教学环节中，初步利用SAP2000进行结构分析与计算。考虑到二年级的本科生尚不具备完整的房屋建筑结构力学分析与设计知识，故在教学中将软件操作与典型结构力学题目相结合进行讲解，使学生能够较为直观地学习结构静力计算的软件分析技能，增加感性认识。

图1 工程绘图训练样图

图2 结构模型

（二）教学经验与进一步工作的展望

图3 结构力学习题原图

图4 建模过程

图5 部分计算结果（单位：a—kN-m；b—kN）

在本科一二年级开设土木工程专业实践课程，通过学生对工程制图、力学概念和结构分析的课程学习和工程实践的锻炼，达到培养和提高低年级本科生工程能力的目的。同时，也可以通过大量的工程实例以达到促进学生学习兴趣的教学目的，将学生被动的接受式学习变为主动的研究式学习。此外，针对典型例题，将结构分析软件计算结果与手算结果进行对比验证，从而对于本科生的基本理论和专业基础课的教学起到了良好的促进和补充作用。在课堂教学的基础上，布置适量的结构力学习题，由学生为主体完成习题的软件计算和手算过程的对比，并撰写课程报告进行考核，通过这一环节可培养学生的文字表达能力和数据处理能力。图3所示为某位学生课程报告所采用的结构力学习题，图4和图5分别为该学生基于该习题的模型建立过程和计算结果。为促进土木工程专业本科生工程能力的培养，实现卓越计划基础阶段的教学目标，应根据学生力学知识和结构知识的积累，在本科生在校学习过程中持续开设专业背景与业务训练兼备的实践课程。北京建筑工程学院在低年级土木工程专业实践课程的基础上，拟在高年级本科生土木工程实践课程中逐步增加课程教学内容的深度和广度，引入钢筋混凝土结构基本原理、工程结构抗震和高层建筑结构设计的相关知识，以PKPM、SAP2000等结构分析和设计软件作为工具，引入典型建筑结构实例进行讲解并开展工程设计训练。具体设想如下：选择工程实例中一榀具有代表性框架计算单元作为计算对象，根据国家现行规范，引导学生从荷载计算至结构的内力分析、配筋计算、变形计算等均采用手算和软件计算相互对照，再根据计算结果，采用计算机绘制这一榀框架计算单元的施工图，参考相关规范满足构造要求且符合国家制图标准。以上通过课堂讲授和学生实践相结合的方式，可使学生的工程能力得到进一步的训练，为进入企业实习奠定良好的基础。

四、结 语

随着中国在21世纪工业进程和城市基础设施的建设发展，其对应用型高校土木工程专业卓越结构工程师的培养提出了新的需求，也提供了新的发展契机。作为立足于首都城市建设的应用型高校，北京建筑工程学院从自身土木工程专业的教学特色出发，着眼于卓越结构工程师的能力需求，从低年级到高年级持续设置培养和训练学生工程能力的实践课程，使得学生在校学习期间，既能够牢固掌握基本理论知识，又可以充分地进行基于计算机应用的实践环节训练，以期在实践过程中逐步培养利用现代计算工具解决工程问题的能力，从而为学生进入首都城市建设的各个生产环节奠定良好的基础。

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[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研究[J].高等工程教育研究，2010（4）：21-29.

[2]林健.谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等教育，2010（17）：30-32.

[3]王立国.关于现代工程师培养的几点思考[J].现代教育科学，2010（3）：153-156.

[4]林健.面向卓越工程师教育培养的课程体系和教学内容[J].高等工程教育研究，2011（5）：1-9.

[5]董倩，刘东燕，黄林青.卓越土木工程师实践教学体系构建[J].中国大学教学，2012（1）：77-80.

[6]陈长冰，胡晓军，夏勇，等.卓越工程师计划中核心能力的培养探讨—以土木工程专业为例[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2011，11（6）：111-115.

[7]扶慧娟，辛勇.推行“卓越工程师计划”培养实践型工程人才 [J].实 验 技 术 与 管 理，2011，28（11）：155-158.

[8]阮建凑，陈颖.基于卓越土木工程师培养的实践教学研究[J].重庆科技学院学报（社会科学版），2011，（17）：166-168.