新工科背景下土建類畢業(yè)設計模式探索

梁兵 易聲耀 陳清

1.湖南交通工程學院高科技研究院，湖南 衡陽 421001

2.湖南大學土木工程學院，湖南 長沙 410082

新工科建設以應對變化、塑造未來為理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調與共享為主要途徑，以培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才為目的，具有創(chuàng)新性、開放式的特征，是中國工程教育應對新技術和新經濟發(fā)展的重要舉措。新工科建設要開設一批既有先進理論支撐，又面向工程實際的新興工科專業(yè)，以推動傳統(tǒng)學科現(xiàn)有專業(yè)的改革創(chuàng)新。本科畢業(yè)設計作為我國高校工科專業(yè)人才培養(yǎng)中傳統(tǒng)的綜合性實踐教學環(huán)節(jié)，能很好地將高等教育與工程實際有機聯(lián)系起來，是理論深化、知識拓展的重要過程。現(xiàn)行本科畢業(yè)設計模式在培養(yǎng)學生科學研究、工程設計、實踐技能、創(chuàng)新能力、綜合素質、創(chuàng)業(yè)精神等方面，發(fā)揮了不可替代的作用，為衡量教學水平和認證學位資格提供了重要依據(jù)，但也存在一些問題。在新工科建設背景下進行本科畢業(yè)設計改革，讓老工科新起來是教改努力的方向。土木工程專業(yè)建筑工程方向（以下簡稱“土建類”）如何以繼承與創(chuàng)新的思維探索本科畢業(yè)設計新模式，對提高畢業(yè)設計質量具有重要意義。

一、土建類本科畢業(yè)設計的特點和流程

土建類本科畢業(yè)設計要求學生具有一定的理論基礎和文獻檢索能力，熟悉相關國家標準和設計規(guī)范，能借助教師的指導獨立完成一項工程設計，并解決與之相關的所有問題。傳統(tǒng)的畢業(yè)設計形式一般有建筑結構設計、施工組織設計編制、研究論文三種。工程設計型的畢業(yè)設計通常選擇具有代表性的多高層框架結構（或框剪結構）作為選題，設計任務具有較強的實踐性和綜合性，需要完成的主要內容有：方案擬定，初步設計，建筑平立剖及構造設計，結構選型與布置，荷載分析、力學和變形計算，施工圖繪制等，根據(jù)具體情況還可酌情安排分部工程的概預算、分部工程施工組織設計等內容。

畢業(yè)設計包含準備、設計、答辯三個階段，學生從第七學期開始進入設計準備階段，設計工作階段和畢業(yè)答辯階段在第八學期?；玖鞒倘鐖D1所示。畢業(yè)設計成績需根據(jù)畢業(yè)設計成果的規(guī)范性、準確性、完整性以及畢業(yè)答辯表現(xiàn)進行綜合評定。其中畢業(yè)設計成果包括開題報告、計算說明書、設計圖紙（建施、結施）、技術經濟分析、參考文獻等內容。

二、本科畢業(yè)設計存在的薄弱環(huán)節(jié)

（一）部分學生工程意識淡薄，缺少良好的工程素質

在校學習期間，部分學生已養(yǎng)成了依賴課堂與教材獲取知識的習慣，理論聯(lián)系實際的渠道并不通暢，對工程實踐中常用方法知之甚少，其工程意識尚未形成，工程素質有待逐步提高。因此，在畢業(yè)設計過程中，部分學生往往不能夠根據(jù)實際情況合理地選擇結構和構造方案，僅以相關教材為依據(jù)來開展設計工作，設計圖紙時照搬有關資料，這不符合工程需要，也不符合工程專業(yè)人才培養(yǎng)要求。在畢業(yè)設計過程中，部分學生還存在“容錯”思想，出現(xiàn)錯誤不能及時糾正或糾正錯誤不徹底，缺乏嚴謹細致的工作作風和嚴肅認真的工作態(tài)度。

（二）畢業(yè)設計缺乏創(chuàng)新性，綜合運用所學知識鏈的能力薄弱

畢業(yè)設計是學生在校已學知識的綜合應用過程，充分考驗其對知識整體性和實踐性的運用能力。建筑工程學生知識鏈處于“單與多”的矛盾中。所謂“單”，是指學生獲取知識的途徑單一，主要來源于課堂、教材，理論成分多感性認識少，碰到具體問題時解決方法有限。所謂“多”，一方面是指建筑設計的考慮因素眾多，學生需要有充足的基礎資料和進行充分的調查研究，熟悉工程實踐中的常規(guī)方法；另一方面是指房屋結構及構件布置復雜、種類繁多，在專業(yè)課程的教學中，學生必須對結構進行各種簡化（如簡化構件、簡化支承、簡化載荷等）才能抽象出計算模型。因此，要以現(xiàn)有知識體系應對一個實際工程項目，解決復雜工程問題，抽象、簡化出分析模型、計算簡圖，學生還不具備這樣的綜合運用能力，往往只能生搬硬套現(xiàn)成的步驟方法。這種做法既沒能激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，也不利于其獨立思考能力的培養(yǎng)。如何把相對離散的知識整合為符合工程實際的應用能力，以解決建筑設計中的具體問題，是學生需要努力的一個方向。

（三）設計成果不精細，設計文件規(guī)范性和完整性欠缺

客觀上，畢業(yè)設計期間，學生面臨嚴峻的就業(yè)問題或考研壓力，難以全身心進行畢業(yè)設計，這必然會導致畢業(yè)設計質量下降，設計成果粗糙。設計文件是設計成果中最重要的內容，占用篇幅比重大，暴露的問題也較多。在施工圖方面，較普遍的現(xiàn)象是圖樣表達不嚴格按照國家標準去做，施工圖紙達不到工程設計要求，或者學生沒有根據(jù)自己的計算設計結果繪制施工圖，只是應用設計軟件進行計算，依賴于計算機直接繪制出結構施工圖，所學的力學、結構知識、規(guī)范要求等得不到系統(tǒng)訓練。在計算說明書方面，部分學生對行業(yè)規(guī)范理解認識不夠，雖然荷載計算和內力分析能夠到位，但對于概念設計、承載力計算、構造要求和基礎設計重視不夠，導致對設計概念、結果的正確性與合理性不能正確認識，即使設計出現(xiàn)問題，學生也不易發(fā)現(xiàn)，最終出現(xiàn)設計效果欠佳的情況。

三、提高本科畢業(yè)設計質量的思考

（一）借鑒國際工程教育經驗，探索新的畢業(yè)設計模式

工程教育發(fā)達國家都十分重視工程實踐教學，注重理論與實際有機聯(lián)系。

法國的工程師學校，以培養(yǎng)技術與管理兼?zhèn)涞目伤苄匀瞬艦槟繕?，在校課程學習和校外公司實習大約各占50%的課時。實習期間，學生在實習導師一對一的指導下，有機會跟著團隊參與實際工程項目，能得到充分的鍛煉。學生每次實習均要面對具體的工程問題，不僅要撰寫實習報告，而且要參加實習答辯。因此，從工程師學校畢業(yè)的學生大概率能成為相關專業(yè)領域的行家里手。

英國的本科工程教育注重培養(yǎng)學生的獨立學習能力和社會溝通能力，其“Sandwi Chcourse”模式值得我們借鑒。該模式采用“三年在校學習+一年校外實習”的方式，學生在最后一年校外實習中需要獨立完成一項具體的研究工作，學校通過其撰寫的研究論文決定授予學位的級別。

德國工程教育以培養(yǎng)工程領域具有“工匠精神”的工程師“成品”人才為目標，重視實際應用能力的培養(yǎng)，受到廣泛關注的教育模式就是雙元制。雙元制教育模式將企業(yè)培訓和學校教育有機結合。雙元制大學需要根據(jù)所合作企業(yè)提供的崗位數(shù)量來決定錄取學生的名額，學生入學前須通過雙向選擇與一家實習企業(yè)簽約；在教學組織過程中，校內的理論教學與簽約企業(yè)的實踐教學按照一定的規(guī)律交替進行。這種理論與實踐并重的教學方式，使學生能夠充分了解本專業(yè)領域的詳細情況、熟悉企業(yè)文化、積累職業(yè)經驗、掌握專業(yè)技能；而企業(yè)也有充分的時間考查評價學生，可根據(jù)學生的發(fā)展?jié)摿Α⑺刭|特點等安排合適的工作崗位，所以大部分雙元制大學畢業(yè)生得以在實習企業(yè)直接就業(yè)。德國雙元制教育給我們的啟示有：一是教育辦學體系應多元化，二是教育學習安排應多樣化，三是教育法制體系應規(guī)范化，四是教育管理模式應現(xiàn)代化。

美國高等教育的發(fā)展一直處于世界領先水平，其本科教育能保持高質量的重要原因之一，就是注重社會發(fā)展要求和學生需求的變化?！绑w驗式學習”（Experiential Learning）和“頂峰體驗課程”（Capstone Experience Course）”順應了這一變化，成為美國教育改革的方向。體驗式學習是讓學生在實踐過程中反思自己所學的知識，主動探索解決問題的途徑。2016 年，紐約市立大學主張增加學生獲得體驗式學習的機會，并把體驗式學習設定為畢業(yè)要求，旨在向未來的雇主充分展示學生為畢業(yè)后的工作所做的準備以及積累的相關經驗?？咸刂萘⒋髮W和佐治亞大學同樣要求學生在獲得文憑之前完成體驗式學習項目。頂峰體驗課程通過研究具有一定難度和深度的項目，把本科教育中相對零散的知識整合起來，引導學生實現(xiàn)自我、超越自我，從而提高學生分析問題、解決問題的能力，并且被許多的美國大學所接受。體驗式學習和頂峰體驗課程并不局限于傳授某一項知識技能，而是主張學生重構知識結構，提升思維空間，實現(xiàn)對既有知識和技能進行跨學科拓展整合，基于真實項目實施教學。學生在整個學習過程中，只有不斷交流、充分協(xié)助、相互啟發(fā)才能完成項目，從而較好地發(fā)揮團隊合作精神、學術整合優(yōu)勢、產學融合特色。

受此啟發(fā)，筆者認為土建類的畢業(yè)設計形式可以向多元化發(fā)展，如由傳統(tǒng)的“工程設計型、施工技術與組織管理型、研究論文型”三種類型，擴展為“工程設計型、施工技術與組織管理型、研究論文型、X 型”四種類型。其中“X”可以是大學四年里的一項創(chuàng)新成果、一項有意義的技術發(fā)明、一份跨學科的課程體驗報告、一份行業(yè)調查分析研究，等等，只要作品完整都可以進入畢業(yè)設計的考核評價體系，獲得畢業(yè)設計成績，使畢業(yè)設計的主要場所不局限于校園，而是面向社會。這種思路與新工科建設提倡的學科交叉型人才培養(yǎng)相適應，有利于拓寬專業(yè)口徑、增強專業(yè)彈性，使人才培養(yǎng)多樣化。另外，畢業(yè)設計的啟動時間也可適當提前，在第六學期就進入設計準備階段，讓學生有充分的時間理解課題、消化課題、準備課題。再者，還可以考慮把本科階段的各類課程設計（如制圖課程設計、房屋建筑學課程設計、基礎工程課程設計、鋼筋混凝土肋梁樓蓋課程設計、施工組織課程設計等）納入畢業(yè)設計體系，營造校園即設計院所、課堂即工作崗位的氛圍，以利于對學生的素質和能力進行評價。畢業(yè)設計新模式如圖2所示。

“X 型”畢業(yè)設計模式的引入，需要改革和突破傳統(tǒng)的畢業(yè)設計評價體系，需要將以往的“終端”評定方式向“階段累積+終端綜合”評定方式轉變，需要引進跨學科跨專業(yè)評定畢業(yè)設計成績的機制?！癤 型”畢業(yè)設計模式的引入，使學生有機會獲得“傳統(tǒng)畢業(yè)設計科目”的免修，讓學生有精力、時間面對就業(yè)和升學的壓力。

（二）面向工程應用需要，結合目標定位進行科學選題

本科畢業(yè)設計選題的合理性直接影響著畢業(yè)設計的完成質量，為此畢業(yè)設計選題既要考量學生完成任務的可行性和鍛煉程度，又要貼近工程實際、面向學生就業(yè)崗位。任務量和難度要符合學生的實際情況，使一般學生通過努力就可以完成，優(yōu)秀學生有空間進行創(chuàng)新和拓展。

首先，以傳統(tǒng)選題方式為基礎，繼承多年來積累的經典選題方案。如土建類的學生畢業(yè)設計內容可以“建筑設計+結構設計”和“教師提供建筑方案+學生完成結構設計”方案為主線，根據(jù)情況加入施工組織設計，使其與土建類學生的就業(yè)特點相結合。為了使學生更好地掌握設計的基本理論與方法，提高知識鏈的綜合運用能力，結構設計應以手算為主，輔以機算進行校核。這樣做的好處一是加深了學生對計算途徑及過程的認知和消化，二是加強了學生對基本工程數(shù)據(jù)的理解和掌握，使學生取得初步的工程經驗。

其次，以創(chuàng)新思維拓寬選題來源，從企業(yè)工程實際中挖掘畢業(yè)設計選題，實踐畢業(yè)設計新模式。校企合作共同參與畢業(yè)設計的教學模式，發(fā)揮了校企合作的優(yōu)勢，將企業(yè)對人才的要求融入人才的培養(yǎng)過程，便于企業(yè)考查學生的能力素質，從中挑選優(yōu)秀畢業(yè)生充實企業(yè)人才隊伍。選題來源于企業(yè)工程實際，向企業(yè)聘請導師，搭建協(xié)同育人平臺，讓學生根據(jù)自己的興趣和特長加入企業(yè)團隊參與實際工程項目，在工程設計、施工組織管理、技術創(chuàng)新研究中真題真做，得到充分的鍛煉。

（三）著眼過程指導，強化執(zhí)行設計標準的力度

在指導畢業(yè)設計時，教師一方面應投入精力指導設計的各個過程，及時發(fā)現(xiàn)學生設計中出現(xiàn)的問題，對設計進程進行把控，融入工程項目經濟合理、構造完整、結構可靠的要求；另一方面要引導學生通過畢業(yè)設計活動養(yǎng)成遵守標準、執(zhí)行規(guī)范的習慣。

在建筑設計階段要啟發(fā)學生在建筑的美觀性、功能的完備性、技術的創(chuàng)新性等方面下功夫；在結構設計階段要重點指導學生注意結構的選型與布置、內力分析與計算模型、結構截面的設計，把握方向的正確性；在施工圖繪制階段要從指導CAD圖紙繪圖環(huán)境的設置著手，引導學生注重圖樣表達的效果，及時糾正圖紙錯誤；在設計文件撰寫與整理階段，要檢查學生遵守標準、執(zhí)行規(guī)范的情況，然后提出修改意見。

在國家工程建設中，各類國家標準和規(guī)范都是重要的技術文件，建設項目的勘測、設計、施工及驗收都必須嚴格遵守國家標準和相關規(guī)范。因此，除了要在下達的畢業(yè)設計任務書中明確列好遵守的標準和執(zhí)行的規(guī)范，還需在畢業(yè)設計不同階段，將標準規(guī)范分為制圖標準、建筑設計標準、結構設計標準、標準圖集四個方面給學生做介紹。另外，設計成果文檔也要嚴格按照國家標準要求制作。這樣能使學生從開始進行畢業(yè)設計時就清楚了解最后完成的設計文件應達到的完整性和規(guī)范性要求，從而培養(yǎng)出既有創(chuàng)新能力又嚴謹細致的新工科人才。

土建類是我國高等教育傳統(tǒng)的工科專業(yè)，在國家經濟建設中發(fā)揮了巨大作用。讓老工科新起來，需要改變傳統(tǒng)的辦學思維，完善評價體系，全方位打通理論聯(lián)系實際的渠道。作為本科教育階段收官學習的畢業(yè)設計，應以提高工程素質、綜合能力、合作精神為目標。畢業(yè)設計的形式可以向多元化發(fā)展，畢業(yè)設計的啟動時間可適當提前，畢業(yè)設計的選題要注重可塑性、實際性、合理性，畢業(yè)設計進程的管控措施應具體有效。高效的畢業(yè)設計鍛煉，可為學生走向工作崗位、完成工作任務打下良好的基礎。