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摘要：“钢结构”课程设计是土木工程专业学生的重要实践环节，本文基于CDIO的人才培养模式理念，根据目前“钢结构”课程设计中存在的问题，提出了关于“钢结构”课程设计的一些改革措施，为提高“钢结构”课程教学质量，提高学生的专业竞争力，培养适应市场需求的土木工程专业人才提供了一定参考。
关键词：工程教育；CDIO；钢结构；课程设计
作者简介：戴素娟（1963-），女，江苏南通人，山东科技大学土建学院，教授；李亚楠（1987-），女，山东聊城人，山东科技大学土建学院硕士研究生。（山东 青岛 266510）
基金项目：本文系2010年山东科技大学群星计划教改项目（项目编号：qx102019）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）01- 0095-02
CDIO（构思—设计—实现—运行）工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，它以产品从研发到运行的生命周期为载体让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO的理念总体上要求学生必须具备一定的专业核心知识和基础知识、职业技能与职业道德、人际交往技能、团队协作和交流能力，成为终身学习者和对专业发展有贡献的人。
“钢结构”是土木工程专业的主干专业课程，它重点介绍了钢结构基本原理和设计方法，其内容涉及理论、计算和应用等方面。伴随着钢结构市场的日益增大，急需基础理论扎实、动手能力强、有丰富经验的钢结构设计和施工技术人才，但目前优秀的钢结构技术人才却十分缺乏。为了与国际建筑市场接轨，我国开始施行注册结构工程师制度。结构工程师除必须具备较强的科学技术理论基础和较宽的知识面外，还应具备土木工程所必需的各方面能力，如设计、实施、开发和评价能力等。这些都对钢结构工程人才培养提出了新要求。针对目前“钢结构”课程教学模式中存在的重概念、轻能力培养等问题，探讨面向CDIO工程教育模式的“钢结构”课程设计教学改革与实践，对培养学生的专业技能和工程能力具有重要意义。
一、“钢结构”课程设计中存在的问题
“钢结构”课程设计是土木工程专业重要的实践环节，是课程内容的延伸和培养学生应用所学钢结构理论到实践的良好机会。学生通过课程设计应巩固和完善课堂教学内容，提高理论联系实际、分析和解决工程实际问题的能力，为今后的工作奠定坚实的基础。然而，目前“钢结构”课程设计中普遍存在下列问题。
1.学生工程专业素质较低，课程设计中规范化和标准化意识淡薄
由于“钢结构”学时紧张，在课程设计过程中，学生接触的设计规范、设计标准较少，动手查阅工具书的能力较差。其次，由于对钢结构施工图绘制了解较少，在课程设计中，学生的规范化和标准化意识淡薄，绘制的施工图粗糙，大部分达不到专业施工图的要求。
2.重理论、轻实践，面向工程不够
用人单位不仅要求毕业生具备扎实的专业知识，还要求具备较强的实践能力。可目前的学生实习经常受到实习基地、经费和地域等的限制，实习往往不能根据课程的需要进行，只能在现有的条件下选择部分工程实习，对大型钢结构工程的实习机会较少。同时在课程设计时，设计题目单一。“钢结构”课程设计一般安排在大三下学期末，设计题目主要有钢屋架设计或工业厂房的工作平台梁设计，要求学生提交计算书和施工图，其内容包括屋架形式和尺寸的确定、钢材种类的选择、屋架桿件截面选择及其验算、计算节点荷载、杆件内力计算组合、节点设计，次梁设计及验算，主梁设计及验算，柱、柱头和柱脚设计等。[1]设计题目虚拟化。课程设计题目常拟定在虚拟条件下，与工程实际相差较大，未与工程实践紧密结合，只是让学生泛泛地针对题目计算，不利于学生能力的培养。
3.“钢结构”课程设计时间紧
因课程设计时间较紧，指导老师常给出具体的结构模型、条件甚至荷载值。这不利于培养学生独立分析、解决问题的能力，不利于开发其创新能力。
4.学生知识面窄，创新能力不强，完成设计的技术性和独立性差
大部分学生创新意识淡薄，缺乏创新思维，动手能力较差，不会应用所学知识解决实际问题。在目前传统的教学方法中，各门课程内容之间相互独立，每个课程设计仅仅是为满足本课程的学习要求和学习目的，较少考虑与其他课程设计之间的连续和互补，缺乏全局系统性和整体性，导致学生大学阶段得不到系统性和整体性训练，工程设计整体观模糊。[2]课程设计题目单一且脱离实际，学生往往照抄照搬课本上的例题进行设计计算而不求甚解，有的甚至抄袭其他同学的设计成果，造成课程设计独立完成性较差。
5.学生计算机应用能力不强
“钢结构”课程设计学生采用手算，只在设计后期运用Auto CAD绘制施工图，未能有效培养学生手算与电算相结合的能力。目前钢结构设计计算机化程度很高，企业需要毕业生工作上手快，但大部分学校本科阶段对钢结构设计软件使用方法介绍较少，导致学生毕业后进入钢结构设计领域很被动，短时间内不能适应工作。
根据目前的现状，有必要在“钢结构”课程设计中引入CDIO理念，面向CDIO进行“钢结构”课程设计教学改革实践，提高学生的专业综合能力，培养适应社会发展要求和就业市场需要的土木工程专业人才。
二、“钢结构”课程设计的改革设想
1.面向实践优化教学内容，提高学生的工程素质
课堂教学中强化新规范、新知识，传达新规范精神。结合课程教学，建立工程实例图库，将工程案例贯穿于教学中，通过常见工程实际问题的实例，使学生开阔眼界，提高学习兴趣，丰富教学内容，培养学生的工程实践能力。加强钢结构设计实践性教学内容，与计算机应用能力培养相结合。将钢结构设计软件引入教学，培养学生独立进行钢结构设计的能力，使课程体系更具工程系统性和综合性。充分了解各大设计院或企业正在进行或将要进行的工程类型和项目，结合工程实践及老师的科研课题讲授课程内容、拟定课程设计题目，增强教学效果，培养学生的综合能力，从而提高学生的就业竞争力。
2.建立课程实习基地，提高学生的工程概念
通过参观钢结构加工厂，全面了解钢结构的加工工艺流程；参观典型的钢结构工程，使学生将书本知识转化为感性思维；建立课程实习基地，鼓励学生到建筑设计研究院、施工现场等教学实践基地进行社会实践。通过这些措施，使学生将实际工程问题和理论知识密切联系，增强感性认识，培养学生解决实际工程的能力。
3.合理安排课程设计时间，提高课程设计质量
“钢结构”课程设计的时间较紧，指导教师在时间安排上要周密计划、划分阶段，充分利用有限的设计时间，让学生在规定的时间内有计划地完成规定的任务，进而高效地完成课程设计任务。
4.改革课程设计指导，培养学生的动手能力
（1）设计题目多样化。指导老师严格把关课程设计的选题，力求面向工程实际，设计题目多样化。通过调研了解当前设计和施工的主要工程类型、施工方法、采用的计算手段和计算软件，掌握最新信息。指导课程设计时密切结合实际工程，因材施教，把最新的知识和技术方法传授给学生。避免全班学生按《钢结构课程设计指导书》做同一设计题目，可提供多种题目供学生选择，如钢屋架的设计，可提出三角形屋架、人字形屋架、轻型屋架、吊车梁等多种不同设计方案，也可给出不同的荷载、跨度、截面形式等，做到人手一题，各不相同，以便开拓学生的思维、调动学生的积极性，保证设计完成的独立性。[3]
（2）题目力求工程化。指导教师结合实际工程或科研项目选题，提高学生的兴趣，使其全身心地投入到设计中。学生针对实际工程进行设计，需全面考虑更多的问题（如结构选型、结构布置、计算简图、内力分析、内力组合、截面设计、构造要求等）。学生得到这些方面的训练，为今后从事钢结构设计工作打下了良好的基础。
（3）全面推广计算机的使用。在课程设计中加强钢结构设计软件的教学和实践，使学生能利用电算和手算结果互相复核、比较，将两者有机结合；增强学生对设计中的有关荷载组合、内力组合、抗震验算、构造要求等的认识；通过利用PKPM、3D3S等钢结构设计软件，使学生在学习软件过程中将所学理论知识与实际工程相结合，加深学生对钢结构理论知识的理解和掌握，提高学生解决实际工程的能力，使其毕业后能较快融入工作。
（4）培养学生使用各种规范、查阅手册和资料的能力。课程设计不能仅局限于教科书的内容，设计时需运用各种手册、规范、标准、图集、工具书等，指导老师应在任务书中列出主要参考资料，引导学生查阅各种资料，培养学生独立获取知识的能力。严格要求学生按照国家《建筑结构设计规范》和其他有关规范标准化绘制施工图，提高其实际动手能力，尽早与行业接轨。[4]
（5）培养概念设计能力。培养结构工程师的目的，即要求他们在特定的建筑空间中用整体概念来设计结构的总体方案，并有意识地利用总结构体系与各基本分体系之间的力学关系，而不仅仅是能精确地计算和分析一个给定的分体系或构件。“鋼结构”课程设计中要注重培养学生概念设计的思想，使学生借助概念简化计算，懂得虽有一定误差，但只要结构概念清楚、定性准确，就能很快选择和确定最佳结构设计方案、判断施工图设计阶段计算机计算结果是否可靠。
（6）培养学生图纸表达能力。学生做课程设计时往往重计算、轻构造，画图时表达不清；有些学生空间想象力较差，搞不清各构件到底如何放置，不能准确表达结构构造。因此应鼓励学生查阅构造手册，对规范中规定的各种构造措施在图纸中应有明确表示。使学生认识到：绘制的图纸必须正确体现设计计算思想，图上每根线条都要有根据，要让别人看明白，要便于审核人员审核、施工人员理解。
5.理论联系实际，培养学生的科技创新能力
引导学生带着问题学是增强教学效果的一种有效手段，也是理论联系实际的有效途径。作为课堂教学的辅助环节，支持和鼓励学生参与“大学生结构设计大赛”及“软件建模大赛”等活动，在学习过程中组织学生动手制作节点模型，或引导学生利用三维绘图软件制作钢结构节点三维电子模型。通过这些创新活动，培养学生的创新能力和综合素质，让学生早日将所学的理论知识用到解决实际问题上，早日与社会接轨。
6.充分调动学生的积极性，培养学生协调能力和人际交往能力
指导老师应调动学生的积极性，对课程设计中具体的设计计算及构造不做过细的示范，注重提高学生自己动手的能力和独立获取知识的能力。设计中有针对性地让学生在小组或班级里介绍自己的方案和设计思想，相互讨论、分析各方案的优劣，在老师的指导下确定最终方案。通过课程设计，锻炼学生的语言表达能力和人际交往能力，提高学生的综合素质。
7.科学全面地考核课程设计成绩，提高学生的综合能力
全面、科学地评价课程设计，考核应从以下几方面进行：第一，平时成绩，主要由出勤情况、完成进度情况、学习的主动性以及是否独立完成设计等组成；第二，设计说明书，主要由思路是否清晰、概念是否清楚、计算是否正确、说明书是否完整、层次是否分明、文字表达是否流畅、字迹是否工整等组成；第三，施工图，主要由内容是否全面、构造是否准确、布局是否合理、图面是否整洁等组成；第四，答辩，主要由自我表述情况、回答问题情况等组成，同时可以判断是否有抄袭嫌疑。综合这几方面的情况可以使考核达到预想的效果。
三、结语
“钢结构”课程设计是土木工程专业重要的实践环节，提高“钢结构”课程设计质量对提高土木工程人才质量意义重大。本文借鉴CDIO教学理念，提出了“钢结构”课程设计的一些改革措施。它们对提高钢结构教学质量，提高学生的专业竞争力，培养更加适应市场需求的土木工程专业人才具有重要的意义。
参考文献：
[1]高涌涛,傅鹏斌.钢结构课程设计改革探讨[A].土木建筑教育改革理论与实践[C].2009.
[2]李永梅.土木工程专业课程设计的教学改革探索与实践[A].土木建筑教育改革理论与实践[C].2008.
[3]王羡农,贾东水.改革钢结构课程设计[J].河北建筑科技学院学报(社会科学版),2001,(3).
[4]李兵,贾连光,李帼昌.土木工程专业钢结构毕业设计教学改革与实践[J].钢结构,2010,(S1).
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：工程教育；CDIO；钢结构；课程设计
作者简介：戴素娟（1963-），女，江苏南通人，山东科技大学土建学院，教授；李亚楠（1987-），女，山东聊城人，山东科技大学土建学院硕士研究生。（山东 青岛 266510）
基金项目：本文系2010年山东科技大学群星计划教改项目（项目编号：qx102019）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）01- 0095-02
CDIO（构思—设计—实现—运行）工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，它以产品从研发到运行的生命周期为载体让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO的理念总体上要求学生必须具备一定的专业核心知识和基础知识、职业技能与职业道德、人际交往技能、团队协作和交流能力，成为终身学习者和对专业发展有贡献的人。
“钢结构”是土木工程专业的主干专业课程，它重点介绍了钢结构基本原理和设计方法，其内容涉及理论、计算和应用等方面。伴随着钢结构市场的日益增大，急需基础理论扎实、动手能力强、有丰富经验的钢结构设计和施工技术人才，但目前优秀的钢结构技术人才却十分缺乏。为了与国际建筑市场接轨，我国开始施行注册结构工程师制度。结构工程师除必须具备较强的科学技术理论基础和较宽的知识面外，还应具备土木工程所必需的各方面能力，如设计、实施、开发和评价能力等。这些都对钢结构工程人才培养提出了新要求。针对目前“钢结构”课程教学模式中存在的重概念、轻能力培养等问题，探讨面向CDIO工程教育模式的“钢结构”课程设计教学改革与实践，对培养学生的专业技能和工程能力具有重要意义。
一、“钢结构”课程设计中存在的问题
“钢结构”课程设计是土木工程专业重要的实践环节，是课程内容的延伸和培养学生应用所学钢结构理论到实践的良好机会。学生通过课程设计应巩固和完善课堂教学内容，提高理论联系实际、分析和解决工程实际问题的能力，为今后的工作奠定坚实的基础。然而，目前“钢结构”课程设计中普遍存在下列问题。
1.学生工程专业素质较低，课程设计中规范化和标准化意识淡薄
由于“钢结构”学时紧张，在课程设计过程中，学生接触的设计规范、设计标准较少，动手查阅工具书的能力较差。其次，由于对钢结构施工图绘制了解较少，在课程设计中，学生的规范化和标准化意识淡薄，绘制的施工图粗糙，大部分达不到专业施工图的要求。
2.重理论、轻实践，面向工程不够
用人单位不仅要求毕业生具备扎实的专业知识，还要求具备较强的实践能力。可目前的学生实习经常受到实习基地、经费和地域等的限制，实习往往不能根据课程的需要进行，只能在现有的条件下选择部分工程实习，对大型钢结构工程的实习机会较少。同时在课程设计时，设计题目单一。“钢结构”课程设计一般安排在大三下学期末，设计题目主要有钢屋架设计或工业厂房的工作平台梁设计，要求学生提交计算书和施工图，其内容包括屋架形式和尺寸的确定、钢材种类的选择、屋架桿件截面选择及其验算、计算节点荷载、杆件内力计算组合、节点设计，次梁设计及验算，主梁设计及验算，柱、柱头和柱脚设计等。[1]设计题目虚拟化。课程设计题目常拟定在虚拟条件下，与工程实际相差较大，未与工程实践紧密结合，只是让学生泛泛地针对题目计算，不利于学生能力的培养。
3.“钢结构”课程设计时间紧
因课程设计时间较紧，指导老师常给出具体的结构模型、条件甚至荷载值。这不利于培养学生独立分析、解决问题的能力，不利于开发其创新能力。
4.学生知识面窄，创新能力不强，完成设计的技术性和独立性差
大部分学生创新意识淡薄，缺乏创新思维，动手能力较差，不会应用所学知识解决实际问题。在目前传统的教学方法中，各门课程内容之间相互独立，每个课程设计仅仅是为满足本课程的学习要求和学习目的，较少考虑与其他课程设计之间的连续和互补，缺乏全局系统性和整体性，导致学生大学阶段得不到系统性和整体性训练，工程设计整体观模糊。[2]课程设计题目单一且脱离实际，学生往往照抄照搬课本上的例题进行设计计算而不求甚解，有的甚至抄袭其他同学的设计成果，造成课程设计独立完成性较差。
5.学生计算机应用能力不强
“钢结构”课程设计学生采用手算，只在设计后期运用Auto CAD绘制施工图，未能有效培养学生手算与电算相结合的能力。目前钢结构设计计算机化程度很高，企业需要毕业生工作上手快，但大部分学校本科阶段对钢结构设计软件使用方法介绍较少，导致学生毕业后进入钢结构设计领域很被动，短时间内不能适应工作。
根据目前的现状，有必要在“钢结构”课程设计中引入CDIO理念，面向CDIO进行“钢结构”课程设计教学改革实践，提高学生的专业综合能力，培养适应社会发展要求和就业市场需要的土木工程专业人才。
二、“钢结构”课程设计的改革设想
1.面向实践优化教学内容，提高学生的工程素质
课堂教学中强化新规范、新知识，传达新规范精神。结合课程教学，建立工程实例图库，将工程案例贯穿于教学中，通过常见工程实际问题的实例，使学生开阔眼界，提高学习兴趣，丰富教学内容，培养学生的工程实践能力。加强钢结构设计实践性教学内容，与计算机应用能力培养相结合。将钢结构设计软件引入教学，培养学生独立进行钢结构设计的能力，使课程体系更具工程系统性和综合性。充分了解各大设计院或企业正在进行或将要进行的工程类型和项目，结合工程实践及老师的科研课题讲授课程内容、拟定课程设计题目，增强教学效果，培养学生的综合能力，从而提高学生的就业竞争力。
2.建立课程实习基地，提高学生的工程概念
通过参观钢结构加工厂，全面了解钢结构的加工工艺流程；参观典型的钢结构工程，使学生将书本知识转化为感性思维；建立课程实习基地，鼓励学生到建筑设计研究院、施工现场等教学实践基地进行社会实践。通过这些措施，使学生将实际工程问题和理论知识密切联系，增强感性认识，培养学生解决实际工程的能力。
3.合理安排课程设计时间，提高课程设计质量
“钢结构”课程设计的时间较紧，指导教师在时间安排上要周密计划、划分阶段，充分利用有限的设计时间，让学生在规定的时间内有计划地完成规定的任务，进而高效地完成课程设计任务。
4.改革课程设计指导，培养学生的动手能力
（1）设计题目多样化。指导老师严格把关课程设计的选题，力求面向工程实际，设计题目多样化。通过调研了解当前设计和施工的主要工程类型、施工方法、采用的计算手段和计算软件，掌握最新信息。指导课程设计时密切结合实际工程，因材施教，把最新的知识和技术方法传授给学生。避免全班学生按《钢结构课程设计指导书》做同一设计题目，可提供多种题目供学生选择，如钢屋架的设计，可提出三角形屋架、人字形屋架、轻型屋架、吊车梁等多种不同设计方案，也可给出不同的荷载、跨度、截面形式等，做到人手一题，各不相同，以便开拓学生的思维、调动学生的积极性，保证设计完成的独立性。[3]
（2）题目力求工程化。指导教师结合实际工程或科研项目选题，提高学生的兴趣，使其全身心地投入到设计中。学生针对实际工程进行设计，需全面考虑更多的问题（如结构选型、结构布置、计算简图、内力分析、内力组合、截面设计、构造要求等）。学生得到这些方面的训练，为今后从事钢结构设计工作打下了良好的基础。
（3）全面推广计算机的使用。在课程设计中加强钢结构设计软件的教学和实践，使学生能利用电算和手算结果互相复核、比较，将两者有机结合；增强学生对设计中的有关荷载组合、内力组合、抗震验算、构造要求等的认识；通过利用PKPM、3D3S等钢结构设计软件，使学生在学习软件过程中将所学理论知识与实际工程相结合，加深学生对钢结构理论知识的理解和掌握，提高学生解决实际工程的能力，使其毕业后能较快融入工作。
（4）培养学生使用各种规范、查阅手册和资料的能力。课程设计不能仅局限于教科书的内容，设计时需运用各种手册、规范、标准、图集、工具书等，指导老师应在任务书中列出主要参考资料，引导学生查阅各种资料，培养学生独立获取知识的能力。严格要求学生按照国家《建筑结构设计规范》和其他有关规范标准化绘制施工图，提高其实际动手能力，尽早与行业接轨。[4]
（5）培养概念设计能力。培养结构工程师的目的，即要求他们在特定的建筑空间中用整体概念来设计结构的总体方案，并有意识地利用总结构体系与各基本分体系之间的力学关系，而不仅仅是能精确地计算和分析一个给定的分体系或构件。“鋼结构”课程设计中要注重培养学生概念设计的思想，使学生借助概念简化计算，懂得虽有一定误差，但只要结构概念清楚、定性准确，就能很快选择和确定最佳结构设计方案、判断施工图设计阶段计算机计算结果是否可靠。
（6）培养学生图纸表达能力。学生做课程设计时往往重计算、轻构造，画图时表达不清；有些学生空间想象力较差，搞不清各构件到底如何放置，不能准确表达结构构造。因此应鼓励学生查阅构造手册，对规范中规定的各种构造措施在图纸中应有明确表示。使学生认识到：绘制的图纸必须正确体现设计计算思想，图上每根线条都要有根据，要让别人看明白，要便于审核人员审核、施工人员理解。
5.理论联系实际，培养学生的科技创新能力
引导学生带着问题学是增强教学效果的一种有效手段，也是理论联系实际的有效途径。作为课堂教学的辅助环节，支持和鼓励学生参与“大学生结构设计大赛”及“软件建模大赛”等活动，在学习过程中组织学生动手制作节点模型，或引导学生利用三维绘图软件制作钢结构节点三维电子模型。通过这些创新活动，培养学生的创新能力和综合素质，让学生早日将所学的理论知识用到解决实际问题上，早日与社会接轨。
6.充分调动学生的积极性，培养学生协调能力和人际交往能力
指导老师应调动学生的积极性，对课程设计中具体的设计计算及构造不做过细的示范，注重提高学生自己动手的能力和独立获取知识的能力。设计中有针对性地让学生在小组或班级里介绍自己的方案和设计思想，相互讨论、分析各方案的优劣，在老师的指导下确定最终方案。通过课程设计，锻炼学生的语言表达能力和人际交往能力，提高学生的综合素质。
7.科学全面地考核课程设计成绩，提高学生的综合能力
全面、科学地评价课程设计，考核应从以下几方面进行：第一，平时成绩，主要由出勤情况、完成进度情况、学习的主动性以及是否独立完成设计等组成；第二，设计说明书，主要由思路是否清晰、概念是否清楚、计算是否正确、说明书是否完整、层次是否分明、文字表达是否流畅、字迹是否工整等组成；第三，施工图，主要由内容是否全面、构造是否准确、布局是否合理、图面是否整洁等组成；第四，答辩，主要由自我表述情况、回答问题情况等组成，同时可以判断是否有抄袭嫌疑。综合这几方面的情况可以使考核达到预想的效果。
三、结语
“钢结构”课程设计是土木工程专业重要的实践环节，提高“钢结构”课程设计质量对提高土木工程人才质量意义重大。本文借鉴CDIO教学理念，提出了“钢结构”课程设计的一些改革措施。它们对提高钢结构教学质量，提高学生的专业竞争力，培养更加适应市场需求的土木工程专业人才具有重要的意义。
参考文献：
[1]高涌涛,傅鹏斌.钢结构课程设计改革探讨[A].土木建筑教育改革理论与实践[C].2009.
[2]李永梅.土木工程专业课程设计的教学改革探索与实践[A].土木建筑教育改革理论与实践[C].2008.
[3]王羡农,贾东水.改革钢结构课程设计[J].河北建筑科技学院学报(社会科学版),2001,(3).
[4]李兵,贾连光,李帼昌.土木工程专业钢结构毕业设计教学改革与实践[J].钢结构,2010,(S1).
（责任编辑：麻剑飞）