新工科背景下土建类毕业设计模式探索

梁兵 易声耀 陈清

1.湖南交通工程学院高科技研究院，湖南 衡阳 421001

2.湖南大学土木工程学院，湖南 长沙 410082

新工科建设以应对变化、塑造未来为理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，以培养未来多元化、创新型卓越工程人才为目的，具有创新性、开放式的特征，是中国工程教育应对新技术和新经济发展的重要举措。新工科建设要开设一批既有先进理论支撑，又面向工程实际的新兴工科专业，以推动传统学科现有专业的改革创新。本科毕业设计作为我国高校工科专业人才培养中传统的综合性实践教学环节，能很好地将高等教育与工程实际有机联系起来，是理论深化、知识拓展的重要过程。现行本科毕业设计模式在培养学生科学研究、工程设计、实践技能、创新能力、综合素质、创业精神等方面，发挥了不可替代的作用，为衡量教学水平和认证学位资格提供了重要依据，但也存在一些问题。在新工科建设背景下进行本科毕业设计改革，让老工科新起来是教改努力的方向。土木工程专业建筑工程方向（以下简称“土建类”）如何以继承与创新的思维探索本科毕业设计新模式，对提高毕业设计质量具有重要意义。

土建类本科毕业设计要求学生具有一定的理论基础和文献检索能力，熟悉相关国家标准和设计规范，能借助教师的指导独立完成一项工程设计，并解决与之相关的所有问题。传统的毕业设计形式一般有建筑结构设计、施工组织设计编制、研究论文三种。工程设计型的毕业设计通常选择具有代表性的多高层框架结构（或框剪结构）作为选题，设计任务具有较强的实践性和综合性，需要完成的主要内容有：方案拟定，初步设计，建筑平立剖及构造设计，结构选型与布置，荷载分析、力学和变形计算，施工图绘制等，根据具体情况还可酌情安排分部工程的概预算、分部工程施工组织设计等内容。

毕业设计包含准备、设计、答辩三个阶段，学生从第七学期开始进入设计准备阶段，设计工作阶段和毕业答辩阶段在第八学期。基本流程如图1所示。毕业设计成绩需根据毕业设计成果的规范性、准确性、完整性以及毕业答辩表现进行综合评定。其中毕业设计成果包括开题报告、计算说明书、设计图纸（建施、结施）、技术经济分析、参考文献等内容。

（一）部分学生工程意识淡薄，缺少良好的工程素质

在校学习期间，部分学生已养成了依赖课堂与教材获取知识的习惯，理论联系实际的渠道并不通畅，对工程实践中常用方法知之甚少，其工程意识尚未形成，工程素质有待逐步提高。因此，在毕业设计过程中，部分学生往往不能够根据实际情况合理地选择结构和构造方案，仅以相关教材为依据来开展设计工作，设计图纸时照搬有关资料，这不符合工程需要，也不符合工程专业人才培养要求。在毕业设计过程中，部分学生还存在“容错”思想，出现错误不能及时纠正或纠正错误不彻底，缺乏严谨细致的工作作风和严肃认真的工作态度。

（二）毕业设计缺乏创新性，综合运用所学知识链的能力薄弱

毕业设计是学生在校已学知识的综合应用过程，充分考验其对知识整体性和实践性的运用能力。建筑工程学生知识链处于“单与多”的矛盾中。所谓“单”，是指学生获取知识的途径单一，主要来源于课堂、教材，理论成分多感性认识少，碰到具体问题时解决方法有限。所谓“多”，一方面是指建筑设计的考虑因素众多，学生需要有充足的基础资料和进行充分的调查研究，熟悉工程实践中的常规方法；
另一方面是指房屋结构及构件布置复杂、种类繁多，在专业课程的教学中，学生必须对结构进行各种简化（如简化构件、简化支承、简化载荷等）才能抽象出计算模型。因此，要以现有知识体系应对一个实际工程项目，解决复杂工程问题，抽象、简化出分析模型、计算简图，学生还不具备这样的综合运用能力，往往只能生搬硬套现成的步骤方法。这种做法既没能激发学生的创新意识，也不利于其独立思考能力的培养。如何把相对离散的知识整合为符合工程实际的应用能力，以解决建筑设计中的具体问题，是学生需要努力的一个方向。

（三）设计成果不精细，设计文件规范性和完整性欠缺

客观上，毕业设计期间，学生面临严峻的就业问题或考研压力，难以全身心进行毕业设计，这必然会导致毕业设计质量下降，设计成果粗糙。设计文件是设计成果中最重要的内容，占用篇幅比重大，暴露的问题也较多。在施工图方面，较普遍的现象是图样表达不严格按照国家标准去做，施工图纸达不到工程设计要求，或者学生没有根据自己的计算设计结果绘制施工图，只是应用设计软件进行计算，依赖于计算机直接绘制出结构施工图，所学的力学、结构知识、规范要求等得不到系统训练。在计算说明书方面，部分学生对行业规范理解认识不够，虽然荷载计算和内力分析能够到位，但对于概念设计、承载力计算、构造要求和基础设计重视不够，导致对设计概念、结果的正确性与合理性不能正确认识，即使设计出现问题，学生也不易发现，最终出现设计效果欠佳的情况。

（一）借鉴国际工程教育经验，探索新的毕业设计模式

工程教育发达国家都十分重视工程实践教学，注重理论与实际有机联系。

法国的工程师学校，以培养技术与管理兼备的可塑性人才为目标，在校课程学习和校外公司实习大约各占50%的课时。实习期间，学生在实习导师一对一的指导下，有机会跟着团队参与实际工程项目，能得到充分的锻炼。学生每次实习均要面对具体的工程问题，不仅要撰写实习报告，而且要参加实习答辩。因此，从工程师学校毕业的学生大概率能成为相关专业领域的行家里手。

英国的本科工程教育注重培养学生的独立学习能力和社会沟通能力，其“Sandwi Chcourse”模式值得我们借鉴。该模式采用“三年在校学习+一年校外实习”的方式，学生在最后一年校外实习中需要独立完成一项具体的研究工作，学校通过其撰写的研究论文决定授予学位的级别。

德国工程教育以培养工程领域具有“工匠精神”的工程师“成品”人才为目标，重视实际应用能力的培养，受到广泛关注的教育模式就是双元制。双元制教育模式将企业培训和学校教育有机结合。双元制大学需要根据所合作企业提供的岗位数量来决定录取学生的名额，学生入学前须通过双向选择与一家实习企业签约；
在教学组织过程中，校内的理论教学与签约企业的实践教学按照一定的规律交替进行。这种理论与实践并重的教学方式，使学生能够充分了解本专业领域的详细情况、熟悉企业文化、积累职业经验、掌握专业技能；
而企业也有充分的时间考查评价学生，可根据学生的发展潜力、素质特点等安排合适的工作岗位，所以大部分双元制大学毕业生得以在实习企业直接就业。德国双元制教育给我们的启示有：一是教育办学体系应多元化，二是教育学习安排应多样化，三是教育法制体系应规范化，四是教育管理模式应现代化。

美国高等教育的发展一直处于世界领先水平，其本科教育能保持高质量的重要原因之一，就是注重社会发展要求和学生需求的变化。“体验式学习”（Experiential Learning）和“顶峰体验课程”（Capstone Experience Course）”顺应了这一变化，成为美国教育改革的方向。体验式学习是让学生在实践过程中反思自己所学的知识，主动探索解决问题的途径。2016 年，纽约市立大学主张增加学生获得体验式学习的机会，并把体验式学习设定为毕业要求，旨在向未来的雇主充分展示学生为毕业后的工作所做的准备以及积累的相关经验。肯特州立大学和佐治亚大学同样要求学生在获得文凭之前完成体验式学习项目。顶峰体验课程通过研究具有一定难度和深度的项目，把本科教育中相对零散的知识整合起来，引导学生实现自我、超越自我，从而提高学生分析问题、解决问题的能力，并且被许多的美国大学所接受。体验式学习和顶峰体验课程并不局限于传授某一项知识技能，而是主张学生重构知识结构，提升思维空间，实现对既有知识和技能进行跨学科拓展整合，基于真实项目实施教学。学生在整个学习过程中，只有不断交流、充分协助、相互启发才能完成项目，从而较好地发挥团队合作精神、学术整合优势、产学融合特色。

受此启发，笔者认为土建类的毕业设计形式可以向多元化发展，如由传统的“工程设计型、施工技术与组织管理型、研究论文型”三种类型，扩展为“工程设计型、施工技术与组织管理型、研究论文型、X 型”四种类型。其中“X”可以是大学四年里的一项创新成果、一项有意义的技术发明、一份跨学科的课程体验报告、一份行业调查分析研究，等等，只要作品完整都可以进入毕业设计的考核评价体系，获得毕业设计成绩，使毕业设计的主要场所不局限于校园，而是面向社会。这种思路与新工科建设提倡的学科交叉型人才培养相适应，有利于拓宽专业口径、增强专业弹性，使人才培养多样化。另外，毕业设计的启动时间也可适当提前，在第六学期就进入设计准备阶段，让学生有充分的时间理解课题、消化课题、准备课题。再者，还可以考虑把本科阶段的各类课程设计（如制图课程设计、房屋建筑学课程设计、基础工程课程设计、钢筋混凝土肋梁楼盖课程设计、施工组织课程设计等）纳入毕业设计体系，营造校园即设计院所、课堂即工作岗位的氛围，以利于对学生的素质和能力进行评价。毕业设计新模式如图2所示。

“X 型”毕业设计模式的引入，需要改革和突破传统的毕业设计评价体系，需要将以往的“终端”评定方式向“阶段累积+终端综合”评定方式转变，需要引进跨学科跨专业评定毕业设计成绩的机制。“X 型”毕业设计模式的引入，使学生有机会获得“传统毕业设计科目”的免修，让学生有精力、时间面对就业和升学的压力。

（二）面向工程应用需要，结合目标定位进行科学选题

本科毕业设计选题的合理性直接影响着毕业设计的完成质量，为此毕业设计选题既要考量学生完成任务的可行性和锻炼程度，又要贴近工程实际、面向学生就业岗位。任务量和难度要符合学生的实际情况，使一般学生通过努力就可以完成，优秀学生有空间进行创新和拓展。

首先，以传统选题方式为基础，继承多年来积累的经典选题方案。如土建类的学生毕业设计内容可以“建筑设计+结构设计”和“教师提供建筑方案+学生完成结构设计”方案为主线，根据情况加入施工组织设计，使其与土建类学生的就业特点相结合。为了使学生更好地掌握设计的基本理论与方法，提高知识链的综合运用能力，结构设计应以手算为主，辅以机算进行校核。这样做的好处一是加深了学生对计算途径及过程的认知和消化，二是加强了学生对基本工程数据的理解和掌握，使学生取得初步的工程经验。

其次，以创新思维拓宽选题来源，从企业工程实际中挖掘毕业设计选题，实践毕业设计新模式。校企合作共同参与毕业设计的教学模式，发挥了校企合作的优势，将企业对人才的要求融入人才的培养过程，便于企业考查学生的能力素质，从中挑选优秀毕业生充实企业人才队伍。选题来源于企业工程实际，向企业聘请导师，搭建协同育人平台，让学生根据自己的兴趣和特长加入企业团队参与实际工程项目，在工程设计、施工组织管理、技术创新研究中真题真做，得到充分的锻炼。

（三）着眼过程指导，强化执行设计标准的力度

在指导毕业设计时，教师一方面应投入精力指导设计的各个过程，及时发现学生设计中出现的问题，对设计进程进行把控，融入工程项目经济合理、构造完整、结构可靠的要求；
另一方面要引导学生通过毕业设计活动养成遵守标准、执行规范的习惯。

在建筑设计阶段要启发学生在建筑的美观性、功能的完备性、技术的创新性等方面下功夫；
在结构设计阶段要重点指导学生注意结构的选型与布置、内力分析与计算模型、结构截面的设计，把握方向的正确性；
在施工图绘制阶段要从指导CAD图纸绘图环境的设置着手，引导学生注重图样表达的效果，及时纠正图纸错误；
在设计文件撰写与整理阶段，要检查学生遵守标准、执行规范的情况，然后提出修改意见。

在国家工程建设中，各类国家标准和规范都是重要的技术文件，建设项目的勘测、设计、施工及验收都必须严格遵守国家标准和相关规范。因此，除了要在下达的毕业设计任务书中明确列好遵守的标准和执行的规范，还需在毕业设计不同阶段，将标准规范分为制图标准、建筑设计标准、结构设计标准、标准图集四个方面给学生做介绍。另外，设计成果文档也要严格按照国家标准要求制作。这样能使学生从开始进行毕业设计时就清楚了解最后完成的设计文件应达到的完整性和规范性要求，从而培养出既有创新能力又严谨细致的新工科人才。

土建类是我国高等教育传统的工科专业，在国家经济建设中发挥了巨大作用。让老工科新起来，需要改变传统的办学思维，完善评价体系，全方位打通理论联系实际的渠道。作为本科教育阶段收官学习的毕业设计，应以提高工程素质、综合能力、合作精神为目标。毕业设计的形式可以向多元化发展，毕业设计的启动时间可适当提前，毕业设计的选题要注重可塑性、实际性、合理性，毕业设计进程的管控措施应具体有效。高效的毕业设计锻炼，可为学生走向工作岗位、完成工作任务打下良好的基础。

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