基于结构设计能力培养的PKPM软件课程教学实践

2011-08-15乐进发邱战洪

科技传播 2011年3期

乐进发，邱战洪

台州学院建筑工程学院，浙江台州 317000

0 引言

结构设计能力是土木工程专业学生的一项基本和主要的培养目标。学生在前期的理论学习阶段，一般会由浅入深的学习相关课程如工程制图、建筑力学、土力学与地基基础、混凝土结构设计原理、高层建筑结构设计等，在这些课程的基础上，学生系统学习建筑结构设计的方法和工具。

结构设计能力在学生身上有两种体现方式，一种是手算能力，另一种则是辅助设计能力。手算能力是学生所学理论知识的具体应用和集中体现，但目前靠手算已经不能跟上时代对建筑结构设计人员的要求[1]，计算机辅助设计则把设计人员从繁重的手算、手绘等工作中解放出来，且所得到的计算结果较可靠、所绘的图纸质量高，与之相适应，为了培养学生结构辅助设计能力，让学生缩短工作适应期，更好的走向设计工作岗位，台州学院建筑工程学院已经将结构辅助设计软件PKPM作为土木工程专业的一门必修的专业课。PKPM软件课程是近年才出现的新开课程[2]，台州学院建筑工程学院在对该课程深入实践的基础上，对该门课实行“四阶段”教学模式，四阶段即课堂教学阶段、PKPM辅助设计竞赛阶段、毕业实习阶段和毕业设计阶段，使学生在学习该课程后，不致因中断学习而生疏，反而会在不断的实践和使用中得到提高，直至毕业走向工作岗位。

1 课堂教学阶段

PKPM软件课程强调与实际工程联系紧密，需要学生具备较强的操作能力和分析能力，用传统的多媒体结合教材的教学方式已经较难满足教学要求，因而我们决定在课堂教学阶段采用交互式和实例式教学，并通过上机进行课程考核，调动学生的主动性和积极性，让学生通过与教师互动并亲手操作来学习工程设计知识。

1.1 交互式教学

传统的多媒体教学方法，一般是先在多媒体教室中，通过教师的操作演示，让学生观看，最后再让学生去机房自己操作练习。这样教学的缺点是，就本门课而言，多媒体的显示效果仍不够理想，学生听课很累,而等到学生上机时，会发现很多内容已遗忘，影响学生的动手操作能力，导致教学效率很低。

为避免传统多媒体教学的缺点，我们采用了交互式教学方法，将PKPM软件设计的教学地点改为网络教室，教学过程强调老师与学生的互动，从而将课堂讲授与学生上机结合起来。

上课时，教师和学生人手一机。教师在操作时，能通过网络教室管理软件控制全体学生的微机，将教师操作的屏幕界面在学生机上完全显示出来，学生对操作方法的感受很真实，教师在操作时的所有细微的过程和技巧，学生都能够随时掌握。教师讲课时放慢速度，做到详略得当，重点突出，时间一般不超过一节课，否则容易导致学生疲劳和对讲课内容的遗忘。在演示讲解完成后可以立即让学生开始练习，使学生有足够的时间和机会熟练掌握操作技能。通过这种方式的教学，学生普遍反映效果良好，能够迅速掌握教师所讲授的内容。

1.2 实例式教学

PKPM软件课程强调操作能力，而且版本升级周期短，故我们在讲课时一般注意引导学生不依赖于手头的教材，而是通过教师通过深入设计单位，找到大量与所需理论知识的结合的、适合用于教学的工程实例，这些实例大多是本学校校舍的设计资料或当地的其他实际工程设计资料，以利于学生在操作之前有较好的感性认识，操作中得心应手；考虑到不同地区风荷载和地震荷载的不同，我们会选择相关典型地区的工程实例作为补充，来丰富我们的实例库。

在该课程讲授过程中,教师选定一个典型的工程实例，先结合工程背景让学生总体掌握该工程的特点和注意事项，再采用交互式教学方式，从建立模型开始直至讲完它的各个设计全过程，注意让学生重点关注设计过程中各个概念和各个命令，并与所学的专业知识结合起来以加深印象。学生上机进行操作练习时，教师引导学生在提高的软件使用能力的同时，学会对计算结果文件进行对比分析，总结得失，并善于改进，最终练就解决工程实际问题的创新能力。

1.3 课程考核

大学课程传统考核方式是笔试，但笔试时学生对课本依赖性比较强。对本课程而言，由于PKPM软件版本升级很快，课本上的内容与实际用的版本和所讲内容往往都有一定脱节；同时，由于PKPM软件课程的实践性和操作性很强，笔试考试的成绩并不能如实反映学生的学习情况和操作的准确性。

为了突出和加强学生实际操作能力，我们将课程考核改为上机考试，学生在复习时更注重去网络教室去上机实践，会主动钻研结构设计理论和辅助设计操作流程、技巧，刻苦练习以提高使用PKPM进行辅助设计的能力。上机考试时，试题中的拟建建筑不须太复杂，以规则结构为主，以便学生在考试的规定时间内能顺利完成整个结构的建模和计算，而成绩差别主要体现在对具体细节如参数、尺寸和材料等的掌握和处理上，从而使期末考核既能反映学生学习水平，又能帮助他们查缺补漏，操作能力和知识水平更上一个台阶。

经过课堂教学阶段的学习和训练，使学生能综合掌握以前学习的专业知识，能将其应用于PKPM辅助设计中，并逐步熟悉PKPM软件的操作和计算流程，为后续学习和工作打下良好的基础，这也是我们本阶段对学生的主要培养目标。

2 PKPM辅助设计竞赛阶段

为了加强实践教学环节，使课程教学与技能竞赛结合起来，提高学生使用PKPM软件进行结构设计的能力，台州学院建筑工程学院每年举行一届PKPM辅助设计竞赛，参赛对象为建筑工程学院在校学生，学生均以个人为单位参加比赛。竞赛在网络教室进行，参赛选手每人一个机位。比赛内容为用PKPM系列软件进行一个相对复杂的建筑结构模型的输入和计算，时间一般为120分钟，总分值为100分。

参赛选手的竞赛成绩由评分裁判员根据评分统一标准统一阅卷、评分与计分。评分项目包括：所建模型与考题中建筑施工图的平面布置吻合程度、平面尺寸准确度、所用构件尺寸的合理性、参数设置、所出结构施工图符合结构专业相关规范的程度，最后还要结合AutoCAD软件的使用考虑学生所做出的施工图的美观性等。

竞赛成绩优良的学生，建筑工程学院会给予相应的奖励和表扬。学生对这种创新性的、竞争性的活动积极性都比较高，因而比赛较好的达到了提高学生软件应用能力的目的。

3 校外实习阶段

台州学院建筑工程学院对土木工程专业学生采用校、企联办的“三明治”人才培养模式。所谓“三明治”人才培养模式，即“3+0.5+0.5”培养模式：3学年的课内集中理论和实践教学（1～6学期）+0.5学年的工程实习（第7学期在企业顶岗实习）+0.5学年的校内集中毕业设计（第8学期）。

在顶岗实习时，学生一般可以选择设计性单位进行实习，或由本校教师为学生指定PKPM软件结构设计题目。与课堂教学和辅助设计竞赛不同，顶岗实习时学生可以通过现场参与实际工程设计，让学生在学校学习的基础上快速提高，真刀真枪地练习用PKPM软件进行实际工程设计计算及绘图的方法。

通过毕业顶岗实习，学生在辅助设计方面视野进一步扩大，操作更加符合规范，也会更深入的研究结构设计时各个构件的布置及参数、荷载的取值，并会在出结构施工图前进行认真的优化设计，从而增强工作实践能力，实现毕业后的零距离就业。

台州学院建筑工程学院建筑工程学院在这方面的教学效果已经初步显现，有些学生在实习过程中，由于表现良好，且PKPM软件应用能力及相关知识增长很快，已经得到了实习单位的认可，并且实习单位愿意与学生签订用工协议，及早解决了学生和企业的后顾之忧。

4 毕业设计阶段

土木工程专业学生的毕业设计在以前是全部由学生手算并手工绘图的。台州学院建筑工程学院引入PKPM软件进行辅助验证后，在学生做毕业设计时，电算和手算放到了同等重要的地位，因为学生毕业参加工作后，大部分结构设计是借助PKPM设计软件来计算的。经过前期的学习和课程设计，学生已经能用PKPM软进行整个建筑物的结构电算和施工图绘制了，因此在做毕业设计时，学生先手算完成结构中有代表性的一榀框架及其基础的设计，再用PKPM软件对自己所设计的整个建筑结构进行整体计算。计算结束后，学生应对计算结果和软件计算结果进行对比，找出差别，并总结计算结果偏大偏小的原因，及其是否在允许范围内，最后做出差别分析报告；如果差别过大，表明学生的手算或软件计算中存在问题，需要进行重新计算。

毕业设计是对前期理论知识和计算机辅助设计知识的综合应用和全面演练，通过毕业设计手算和电算的相互校核分析，促进学生结构设计中的分析问题和解决问题的能力，并且还能培养学生对土木工程相关规范的理解与应用能力，为学生成为合格的土建工程师奠定扎实的基础。