陳記豪

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程是土木工程專(zhuān)業(yè)建筑工程方向的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課程。以高校自有資源為基礎(chǔ)，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，融合紙質(zhì)講義、視頻微課、電子圖紙和圖片等資源，建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)紙融合新形態(tài)教材，為課程改革服務(wù)，為工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證關(guān)于課程與畢業(yè)要求中的學(xué)生能力的達(dá)成提供支撐。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件;新形態(tài)講義;思維導(dǎo)圖

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程是土木工程專(zhuān)業(yè)建筑工程方向的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課程，主要內(nèi)容包括：結(jié)構(gòu)模型建立方法，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)確定原則及其輸入方法，結(jié)構(gòu)軟件計(jì)算分析基本原理，計(jì)算結(jié)果圖形顯示與文本輸出方法，結(jié)構(gòu)與構(gòu)件施工圖自動(dòng)繪制方法等。工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證要求學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，掌握利用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理與流程，培養(yǎng)學(xué)生借助建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析能力、綜合設(shè)計(jì)能力、土木工程創(chuàng)新意識(shí)與能力和土木工程知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。教科書(shū)是學(xué)生學(xué)習(xí)的主要材料，在培養(yǎng)人才中擔(dān)負(fù)著不可替代的作用。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用教材需要結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算理論，按照最新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范編寫(xiě)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件更新較為頻繁，一般一年或者半年甚至幾個(gè)月就會(huì)出一個(gè)新版本，而教科書(shū)的出版周期較長(zhǎng)，一般跟不上軟件更新的速度。鑒于此，高校一般會(huì)采用講義作為輔助教材或者替代教科書(shū)完成授課。目前，新形態(tài)教材建設(shè)蓬勃發(fā)展，而關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程新形態(tài)教材建設(shè)的相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道較少，故本研究介紹了華北水利水電大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程新形態(tài)講義建設(shè)的探索與實(shí)踐情況，以供參考。

一、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程教材現(xiàn)狀

關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的書(shū)籍可以用作教科書(shū)的主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是各類(lèi)規(guī)劃教材，另一類(lèi)是培訓(xùn)教程。這兩類(lèi)書(shū)籍著作者主要是一線(xiàn)工程師、高校教師或社會(huì)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)講師，基本圍繞軟件操作、結(jié)構(gòu)建模、參數(shù)選取和結(jié)果分析講述，可以滿(mǎn)足初學(xué)者的需求。教材的部分作者給出了實(shí)際工程案例的建模分析過(guò)程，少部分還配套了光盤(pán)，光盤(pán)中包含了一些操作過(guò)程演示?？偟膩?lái)說(shuō)，目前該類(lèi)書(shū)籍主要存在以下不足。

一是依據(jù)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件版本偏低，有的書(shū)籍是十年前的規(guī)范和版本，即使最近出版的教材，所依托軟件版本也未與最新軟件版本匹配，這主要?dú)w結(jié)于軟件更新速度遠(yuǎn)快于教材。二是軟件操作講解與案例分析未實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，存在操作與實(shí)例分析“兩張皮”的現(xiàn)象，使得學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)偏差。三是由于紙張篇幅和圖紙顯示能力有限，一般書(shū)籍以理想化的簡(jiǎn)單工程作為案例進(jìn)行分析，缺少與傳統(tǒng)手算結(jié)果的對(duì)比分析，以及與規(guī)范結(jié)合的詳細(xì)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容。四是缺少配套的章節(jié)練習(xí)題，書(shū)籍作為教學(xué)參考書(shū)尚可，不適宜作為教材使用，也不適宜學(xué)生分課時(shí)逐步掌握。五是絕大多數(shù)教材以軟件操作講解為主，軟件均是基于windows的視窗操作，因而用文字描述起來(lái)不易實(shí)現(xiàn)，大多采用截屏并在圖片上做適當(dāng)標(biāo)記再插入圖片的方式編輯，軟件界面中字體較小，為向讀者清晰傳遞操作信息，編者在16開(kāi)的書(shū)籍中，只能一頁(yè)放2張插圖。比如簡(jiǎn)單的一個(gè)功能“新建工作目錄”的標(biāo)準(zhǔn)操作流程是單擊“改變目錄”→在文件夾后面的輸入框中鍵入新的工作目錄及其所在位置，也可以事先建好工作目錄然后在此處進(jìn)行選擇→單擊“新建”，如果是直接鍵入的工作目錄，會(huì)提示“目錄不存在是否確定新建”，如果已經(jīng)建好了目錄，可以選擇“確定”。該流程至少截4張圖才能描述清楚，至少需要2個(gè)版面，考慮到出版成本一般采用黑白印刷，效果和表現(xiàn)力不佳，為節(jié)約版面可以酌情減掉截圖，但是去掉任何一張圖又顯得不完整，軟件操作不存在重點(diǎn)步驟，少一步軟件就不會(huì)正常運(yùn)行，因而編者會(huì)在版面和完整性方面很糾結(jié)，這導(dǎo)致該類(lèi)書(shū)籍篇幅很大，一般在300頁(yè)以上，實(shí)際上去掉插圖也就幾十頁(yè)的文字?jǐn)⑹??？梢?jiàn)，目前此類(lèi)書(shū)籍篇幅較大，以軟件操作講解為主，實(shí)例分析不夠透徹，未與多媒體有效結(jié)合，亟待與時(shí)俱進(jìn)，研制合適的教材。

二、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程新形態(tài)講義建設(shè)的必要性

2018年4月教育部印發(fā)了《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的通知，明確要求構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式。在此背景下，教科書(shū)也需與時(shí)俱進(jìn)，才能與“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)模式相匹配。傳統(tǒng)紙質(zhì)教科書(shū)以文字和圖片為主，出于成本考慮多數(shù)為黑白印刷，這對(duì)軟件類(lèi)課程來(lái)說(shuō)不利于傳達(dá)信息，軟件分析結(jié)果和計(jì)算值是否超限等諸多信息大都基于顏色進(jìn)行區(qū)分和重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，但彩色印刷造價(jià)較高，不利于傳播。另外一個(gè)制約因素是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件必須結(jié)合案例圖紙才能夠?qū)ζ鋺?yīng)用進(jìn)行分析闡述，將實(shí)際工程1號(hào)或者2號(hào)圖紙縮放到16開(kāi)的版面上，圖紙信息完全看不清楚，紙質(zhì)印刷也難以放大。電子教材可解決上述問(wèn)題，另外，諸如微課、BIM信息模型、課件、工程圖片和CAD格式圖紙等資料也是教材的有機(jī)組成部分，這些資源一般存放在教師的個(gè)人電腦中，電子教材也無(wú)法將這些資料全部融合起來(lái)。

隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展，平板電腦、大屏幕手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備已在師生中普及，4G和5G通信技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)連接速度也取得了飛速發(fā)展，但紙質(zhì)教材仍是大眾易于接受的載體，因而近幾年興起了數(shù)字資源與紙質(zhì)資源相結(jié)合的新形態(tài)教材。新形態(tài)教材把紙質(zhì)書(shū)籍中適合用電子展示的圖片、圖紙和與課程相關(guān)的微課、課件和工程模型等數(shù)字資源存放到出版社的云服務(wù)器上，紙質(zhì)教材與云服務(wù)器通過(guò)二維碼技術(shù)建立鏈接，進(jìn)而將紙質(zhì)教材變薄，突出了重點(diǎn)，使用者可以輕松掃碼觀看數(shù)字資源，提高了使用體驗(yàn)。新形態(tài)教材尤其適合軟件類(lèi)課程，比如上一節(jié)提到的在軟件中“新建目錄”的過(guò)程，紙質(zhì)教材需要2個(gè)版面進(jìn)行闡述，而采用計(jì)算機(jī)錄屏演示，10秒內(nèi)可以將內(nèi)容完全講解清楚，高清錄屏處理后放到云端，在紙質(zhì)教科書(shū)該位置插入二維碼建立鏈接，使用者掃描后可以輕松掌握該知識(shí)。令人遺憾的是，經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)檢索，未檢索到《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用》新形態(tài)教材出版。如前所述，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件更新速度較快，書(shū)籍出版后售賣(mài)周期較短，出版社基于出版效益考慮一般對(duì)此類(lèi)教材出版興趣較低。另外，教師個(gè)人付出較大工作量的同時(shí)還需要單位資助才能出版，各單位對(duì)教材出版的資助也有優(yōu)先順序，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件屬于專(zhuān)業(yè)必修課、非公共課，且選課學(xué)生數(shù)量偏少，因而非優(yōu)先資助課程。各高校該課程教學(xué)的大綱和重點(diǎn)也不一致，因而校際互通也有一定難度。當(dāng)找不到合適教材或者現(xiàn)有教材不能滿(mǎn)足教學(xué)大綱要求時(shí)，常采用講義作為教材。講義不必出版，因而可以與時(shí)俱進(jìn)跟進(jìn)軟件更新，但是要解決的一個(gè)問(wèn)題就是圖紙、圖片和微課等數(shù)字資源的云存儲(chǔ)與訪(fǎng)問(wèn)。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程新形態(tài)講義建設(shè)實(shí)踐

如圖1所示，本講義基于思維導(dǎo)圖，結(jié)合一個(gè)案例，簡(jiǎn)明扼要地闡述了建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的建立，同時(shí)，結(jié)合計(jì)算軟件的樓（屋）面板、梁、柱、基礎(chǔ)和樓梯等結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)方法及相關(guān)施工圖繪制方法提供了配套的試驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，試驗(yàn)報(bào)告冊(cè)包括與講義上的8個(gè)知識(shí)訓(xùn)練單元相匹配的8個(gè)上機(jī)試驗(yàn)，報(bào)告冊(cè)將模糊評(píng)價(jià)變?yōu)槎靠己?，方便師生檢驗(yàn)授課和學(xué)習(xí)效果。該套講義具有如下特點(diǎn)。

一是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分通篇圍繞一個(gè)案例講解，將軟件操作與參數(shù)設(shè)置和案例分析有機(jī)結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)了課程的連貫性。二是每節(jié)課均配套了試驗(yàn)報(bào)告和標(biāo)準(zhǔn)答案，與課程同步分8次檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，變一次大作業(yè)考核為分階段考核，更加科學(xué)合理;標(biāo)準(zhǔn)答案便于學(xué)生反復(fù)調(diào)整模型，經(jīng)過(guò)不懈努力，得到與標(biāo)準(zhǔn)答案相同的計(jì)算結(jié)果時(shí)，學(xué)生已初步掌握了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算分析原理和建模要點(diǎn)，使學(xué)生的知識(shí)得到系統(tǒng)訓(xùn)練，克服了以往學(xué)生平時(shí)建模不知道是否準(zhǔn)確、結(jié)果不知道是否精確，到最后無(wú)從下手的弊端。三是引入了思維導(dǎo)圖，一個(gè)模塊一節(jié)課，一節(jié)課一張思維導(dǎo)圖。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本理論及結(jié)構(gòu)電算相關(guān)理論，知識(shí)點(diǎn)多且非?，嵥?，操作過(guò)程、參數(shù)設(shè)置也很多，學(xué)生很難理清結(jié)構(gòu)基本原理、設(shè)計(jì)規(guī)范和軟件參數(shù)設(shè)置之間的關(guān)系，且由于學(xué)時(shí)短，難以系統(tǒng)掌握。本講義給出了每個(gè)知識(shí)模塊的思維導(dǎo)圖，將瑣碎的知識(shí)和規(guī)范條文與軟件操作和參數(shù)設(shè)置通過(guò)思維導(dǎo)圖系統(tǒng)地聯(lián)系起來(lái)，做到了清晰明了。結(jié)構(gòu)建模的思維導(dǎo)圖見(jiàn)圖2。

云平臺(tái)是新形態(tài)講義建設(shè)的關(guān)鍵因素。如圖1所示，該套講義的圖紙、操作演示微課、內(nèi)力分析結(jié)果、位移分布、撓度分布圖和配筋結(jié)果等均以數(shù)字資源的形式存儲(chǔ)在云平臺(tái)上，為提高使用者觀看體驗(yàn)，采用的是高清微課和圖片，10分鐘左右的微課視頻占用上百兆的空間。而公網(wǎng)上免費(fèi)的視頻平臺(tái)對(duì)上傳文件大小均有限制，且觀看前均需瀏覽一段廣告，影響學(xué)習(xí)效果，因而不建議使用，況且這種平臺(tái)無(wú)法獲取后臺(tái)使用數(shù)據(jù)，不便于教師開(kāi)展線(xiàn)上線(xiàn)下混合課程。目前，大多數(shù)高校均購(gòu)買(mǎi)了超星泛雅、雨課堂等智能教學(xué)平臺(tái)，高校購(gòu)買(mǎi)后教職工和學(xué)生均可免費(fèi)使用。筆者所在高校使用的是超星泛雅平臺(tái)，因而探索了基于超星泛雅的云平臺(tái)方案，該平臺(tái)可以存儲(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程講義涉及的所有資源形式，可以后臺(tái)監(jiān)控使用者對(duì)資料的使用情況，為線(xiàn)上線(xiàn)下混合課程的開(kāi)展提供了有力支撐。具體部署是將數(shù)字資源上傳至課程，并獲取各資源的網(wǎng)址，通過(guò)二維碼轉(zhuǎn)換工具將網(wǎng)址變?yōu)槎S碼，再把二維碼插入紙質(zhì)講義中，實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)講義與云平臺(tái)的聯(lián)通。

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程知識(shí)點(diǎn)瑣碎，教師授課如果按照傳統(tǒng)教材中的知識(shí)點(diǎn)編排，篇幅較大且不容易在學(xué)生腦海中建立起關(guān)聯(lián)。如圖1所示，本講義以實(shí)際工程為主線(xiàn)進(jìn)行編寫(xiě)，軟件操作在紙質(zhì)講義中僅為圖2所示的思維導(dǎo)圖，通過(guò)二維碼連接到云平臺(tái)微課詳細(xì)講解操作過(guò)程，計(jì)算結(jié)果圖形和章節(jié)作業(yè)也存儲(chǔ)于云平臺(tái)，學(xué)生在線(xiàn)測(cè)試提交。新形態(tài)講義將紙質(zhì)講義壓縮到了30頁(yè)左右，每次上課內(nèi)容不超過(guò)4頁(yè)A4紙，紙質(zhì)講義僅呈現(xiàn)基本理論，精華對(duì)比分析等內(nèi)容，圖紙和結(jié)果圖均以數(shù)字資源的形式呈現(xiàn)，可自由縮放，包括視頻微課在內(nèi)的數(shù)字資源，平臺(tái)均會(huì)根據(jù)使用者移動(dòng)終端自動(dòng)匹配，極大地方便了使用者，提高了學(xué)習(xí)效率，有力地支撐了課程改革。

基于高?，F(xiàn)有云平臺(tái)，華北水利水電大學(xué)搭建了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用課程數(shù)字資源，通過(guò)二維碼與紙質(zhì)講義鏈接起來(lái)形成了新形態(tài)講義，滿(mǎn)足了學(xué)生預(yù)習(xí)、課下練習(xí)和深入學(xué)習(xí)的需求，使他們牢固地掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件分析的思路，熟練應(yīng)用軟件，為解決復(fù)雜工程問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)。該新形態(tài)講義的建設(shè)思路可為教師個(gè)人便捷地建立自己的“互聯(lián)網(wǎng)+”課程教材提供參考，也可為兄弟院校提供一定的經(jīng)驗(yàn)和參考。

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責(zé)編：嘉 悅