劉 方，李九陽
(長春工程學院,長春130012)
伴隨著信息技術的飛速發展和全面普及，各行各業都煥發了新的生機。作為高等教育的傳統工科專業——土木工程，在時代和行業的發展中必須與時俱進，積極推進信息化技術的學習與應用。因此，從2020年開始，土木工程專業抓住我校傳統專業升級改造的契機，積極推進信息化技術教學內容和信息化教學方法的改革，促進專業內涵式建設。
(一)土木工程專業信息化技術的應用
隨著移動互聯網技術的發展，以移動、社交、云計算和大數據分析為代表的新一輪信息技術浪潮快速涌現，已經對各行各業形成了前所未有的沖擊。信息化技術對土木工程行業的影響雖然不像其他行業那么大，但是各種工程技術與互聯網相結合的軟件已在工程設計、施工建造、運行管理等方面得到了廣泛應用。因此，高等教育應當高度重視并深刻理解信息化技術對工程教育的重大影響，積極推進信息化技術在高等教育中的推廣，使學生掌握現代化的工程應用軟件，培養出一批符合未來需要的新時代工程師。
土木工程的建設過程分為建筑設計、結構設計、施工建造和運營維護等主要階段，針對我校土木工程專業的特點，土木工程專業構建了從建筑設計、結構設計、施工建造全過程的信息化技術應用的教學體系，開設了先進繪圖技術CAD、BIM建?；A從二維到三維的建筑設計軟件；
《土木工程結構軟件應用》(PKPM軟件、盈建科軟件)、BIM技術綜合應用等結構分析軟件；
BIM造價軟件、智慧工地管理軟件的施工建造軟件等課程。各課程教學團隊積極學習，掌握工程軟件的特點，探索軟件課程的教學方法，為土木工程專業學生信息化能力培養提供了可靠保障。
(二)信息化技術在課程教學中的應用
在高等教育領域，通過網絡資源共享，實現了足不出戶就可以獲取更多的優質教學資源，慕課、微課等網絡課程等已經開放；
翻轉課堂、混合式教學等教學方式的改變，有利于教與學主體的轉變，使得課程改革產生了新的技術支撐。因此信息化教學，不僅可以提高教師信息技術應用水平、更新教學觀念、改進教學方法、提高教學效果，而且可以鼓勵學生利用信息技術手段自主學習，增強運用信息技術分析解決問題的能力，提高學生的綜合素養。信息化教學還可以打破學校與社會之間的壁壘，實現優勢互補，取長補短，強化學生適應能力。
因此，土木工程專業積極鼓勵教師廣泛進行課程建設和教學改革、教學方法和手段的革新，推進信息化技術的應用。例如：廣泛利用慕課、超星等國內外精品課程資源建設混合式課程；
鼓勵專業教師進行在線精品課程、校企合作課程的建設；
利用學習通、智慧樹等網絡教學手段，革新課程教學方式；
完善課程考核和評價機制，充分調動學生課外學習的積極性等。特別是2020年初受新冠肺炎疫情影響以來，學習通、智慧樹、騰訊會議、騰訊課堂等網絡信息化實體工具被不斷開發和利用，并且由此帶來一系列的教學變革。土木工程專業信息化的課程建設，產生的是鯰魚效應，使得教與學都發生了深刻的變革，對人才能力的培養也更全面。
(三)信息化技術與信息化教學對土木工程專業人才培養的意義
通過利用信息化、大數據、云平臺等網絡信息技術整合已有教學方式及創新教學模式，是實現高等教育現代化的必然選擇。土木工程是國家倡導中華偉大復興的大國制造戰略必不可少的一環，土木工程專業人才培養的信息化技術和教學改革也應該首當其沖，這是歷史賦予每個土木工程專業教師的責任與擔當。
土木工程專業人才的培養目標是畢業生能夠在有關土木工程的勘察、設計、施工、管理等部門從事技術或管理工作。其六條培養目標之一是“熟悉現代土木工程技術工具，能夠分析和解決土木工程或相關領域的設計、施工、管理、咨詢過程中的復雜工程問題”，因此熟悉各種現代土木工程技術軟件對人才培養目標起到重要的支撐作用。針對利用教育信息化技術提高大學生學習效率，培養學生的軟件應用能力，本文以《土木工程結構軟件應用》課程教學為例，基于教育信息化對該課程從教學內容、方法及考試評價體系進行了教學改革實踐。
《土木工程結構軟件應用》課程支撐土木工程專業11條畢業要求的第5條，即“學會使用土木工程專業必備的現代工具，包括勘測設備、測試與檢驗設備、文獻、計算機及應用軟件等，能夠選擇恰當的工具進行測試和分析，包括對復雜工程問題的預測與模擬，并能理解每種工具的局限性”。對應的課程目標有兩個：一是利用相關專業軟件進行建模、數據輸入和計算分析；
二是利用相關專業軟件進行結果圖形顯示和結構、構件圖的繪制。因此課程教學團隊針對這門信息化教學課程，結合現代化教學手段進行了課程教學內容和教學方式的改革，對土木工程專業人才畢業要求提供支撐，對課程教學改革提供借鑒。
(一)軟件更新
目前，國內土木工程專業的畢業設計都是圍繞信息化、創新性、工程應用等方向展開，而這些都離不開土木工程計算機軟件的應用。國內主流的結構設計軟件有PKPM、盈建科、邁達斯和廣廈等。這些軟件各有千秋，有的善于計算，有的精于構造，有的功能全面，有的與國際接軌最早。其中，PKPM在國內應用得最早，用戶最多，但是其模塊太多操作不便，像PK、PMCAD、TAT、SATWE、JCCAD、STS、SAP有限元等眾多模塊，一個模塊一個鑰匙盤，各個模塊之間還存在著兼容性的問題。信息化要求教學必須與時俱進，因為PKPM的先天缺陷，導致其在教學和工程應用領域受限，其市場正逐步被其他后起之秀趕超，所以之前教學采用的PKPM結構軟件被盈建科取代。
盈建科結構設計軟件，是由PKPM的創始人陳岱林開發，其算法先進、功能集成度高、操作便捷，而且與PKPM廣大用戶的操作習慣相同，因而有后來居上的發展趨勢。對于應用型本科教學而言，盈建科更為先進和前沿，所以基于盈建科軟件應用的教學，越來越成為土木類高校的計算機軟件應用的必選項。
(二)教學內容改革
《土木工程結構軟件應用》是在已經完成了相關結構類專業課程之后開設的課程，它是畢業設計之前的一次結構專業知識綜合以及信息化訓練，學好這門課對于學生完成畢業設計以及培養工程實踐應用能力至關重要。其教學脈絡見下圖1。
要實現課程目標，就離不開圖1的盈建科軟件應用的各個能力點的達成。這些能力點涉及的課程及知識點非常多，所以盈建科軟件在土木工程教學中的應用是一門綜合性很強的課程，只有掌握了這些軟件應用的能力點，才能在畢業設計中游刃有余，才能在工程實際應用中有的放矢，而非紙上談兵。
《土木工程結構軟件應用》這門課以往的教學內容都是以建模為主，至于計算參數設置和計算結果分析，其教學內容非常少。在框架結構建模時，還有不少學生將非承重的隔墻也輸入模型，甚至把門窗都放進框架結構模型中，分不清建筑模型與結構模型的區別。在梁板布置中，隨同建筑圖，不論房間的開間與進深的大小，就是一塊大板，板厚僅有100mm厚卻敢跨越十多米的跨度，毫無結構體系、結構構件尺度的概念。
綜合畢業設計中結構計算軟件的應用，以及《土木工程結構軟件應用》專業課教學的反饋，以建模為主導的教學模式必然會出現很嚴重的技術問題，使得教學人員不得不反思，《土木工程結構軟件應用》到底是為了設計而建模，還是僅僅為了建模而建模？很顯然，建模是設計的一個組成部分，是過程而非結果，所以只有明確了設計所要的結果，才能合理地進行建模。比如：建模離不開結構布置，而結構布置又與結構設計、參數設置、結果分析密切相關。所以，只講建模，而不看結果，或者是看不懂結果，以及不會處理建模后產生的結果，就會導致以建筑模型來代替結構模型，那么即便建立的模型再怎么漂亮美觀，但是結構體系錯誤、結構布置不合理，在實際工程應用中卻極易發生倒塌的嚴重后果。因此以建模為主導的的教學模式必須予以改革。
教學改革的重點是圍繞工程應用的實例開展教學。以盈建科軟件的操作界面為導引，不斷強化訓練學生對結構體系、基本原理、構造要求、概念設計、施工圖設計和規范應用等結構核心內容的串聯與學習，建立相對完整的結構知識體系。從圖1上可以看出，建模僅占全部教學內容的一小部分，而參數設置和計算結果分析上的技術細則更是教學及應用的主體內容?！锻聊竟こ探Y構軟件應用》的教學離不開學生各門專業課的知識點的掌握，但是學生在學習盈建科軟件應用之前，專業基礎參差不齊，如何讓學生迅速進入狀態是需要進行教學創新的，墨守成規還用老一套的教學模式和手段肯定行不通。
盈建科軟件應用的教學內容、學時安排、教學方式見表1所示。
表1 土木工程結構軟件應用的教學內容、學時安排、教學方式
為了更好地完成結構軟件應用的教學，首先要選好一個具有代表性的實際工程，比如框架結構從建模到計算，到方案優化，到上部結構施工圖設計，最后到基礎設計。在這一系列操作過程中，將結構專業課的考點聯系起來，將結構規范和101平法圖集的應用引入進來。從而由點及面、觸類旁通地建立學生結構形式的設計理念及思維方法，至少是讓學生能找到解題鑰匙。使學生知道如何正確應對不同結構建模，如何設置參數，或者是通過查找什么規范來獲得這些參數，如何獲得計算結果，如何分析計算結果，如何根據超筋超限信息來調整和優化結構布置，如何繪制施工圖，如何判別程序自動生成的施工圖中的錯誤，以及如何調整等。
總之，在結構軟件應用教學改革中，不斷將規范、圖集、施工圖常規做法以及專業課的知識串聯起來，使學生建立起相對完整的結構專業知識體系。
(三)教學手段改革
綜上所述，《土木工程結構軟件應用》這門課程的教學內容被擴充了非常多，那么接下來的問題就是如何在有限的學時內完成這么多的教學內容。
這就是教學手段的改革，即線上線下混合式教學。經過2020年全面網絡教學平臺的建設，目前學習通、QQ學習群、騰訊會議、智慧樹、微信學習群、騰訊課堂、網絡直播等網絡教學工具被充分開發和利用。有些特別耗時的教學內容，比如：程序操作步驟的教學內容，就完全可以放到線上來進行；
還有關于結構設計參數的學習，非常繁雜，也可以錄制好視頻放到學習通中，讓學生線上學習，然后通過學習通出選擇題、判斷題、填空題進行測驗，利用學習通自動閱卷系統進行快速評判，以此來督促和檢驗學生線上學習效果。那么，節省下來的時間，在線下、在課堂上，就可以有針對性地以答疑為主，以解決作業共性問題為主，以學習通中錯題的解析為主，這樣就會有的放矢、事半功倍，在節約有限課內教學時間的基礎上最大化提高教學質量和擴充教學內容。具體的考核方式及對應的課程目標見表2。
(四)考核方式改革
增加網絡教學的占比，改革以期末考試為主的成績分布形態，擴大平時成績的比重。
表2的成績占比分配，是經過了一個學期4個班級《土木工程結構軟件應用》的教學情況總結出來的。其中：土木1843、1844班的達成度為0.708，土木1845、1846班的達成度為0.7，可見剛剛滿足達成度要求，下面分析一下原因。
在表2中，學習通測驗的成績占比僅為7.5%，這個占比是比較低的。原因是這部分教學內容涵蓋的知識點超級多，而且需要學生具備一定的專業功底，而大部分學生要么專業基礎一般，要么光會背誦理論條文，不能理論聯系實際，一碰到具體的問題就束手無策了。因為這些現實情況決定了學生并不能
表2 考核方式及對應的課程目標
適應軟件實際操作的考點，但是這些考點對于完成優秀設計的幫助卻很大，所以隨著《盈建科在土木工程結構軟件應用教材》的編撰，以及《盈建科在土木工程結構軟件應用習題集》的發布，學生能夠更直觀更便捷地學習，因此學習通測驗這部分的比重可以大幅度提高，建議提高到20%，以督促學生理解和記憶考點。
結構軟件應用最主要是培養學生軟件實際操作的能力，所以每一個學習單元作業的作用就突顯出來了。課后作業要求學生必須在理解的基礎上，依托規范和圖集進行設計和操作，對于學生的計算機能力和動手能力要求更高。因此，可以適當加大作業的成績比重，將35%調到40%，以強化訓練學生的動手能力。
因為盈建科軟件應用的課程性質屬于實踐類，一環扣一環，前面出錯就會導致后面出現系統性錯誤，這就像多米諾骨牌一樣。所以要強調過程控制，只要前面的過程都控制住了，那么最終程序計算和輸出的結果一定不會差。遵循這一原則，一錘定音的期末考試的比重可以適當降低，由50%可以調到30%。
根據本課程教學團隊的教學過程分析及經驗總結，建立了用于支撐土木工程人才培養持續改進的機制；
成立了課程持續改進小組，由課程負責人任組長，組織執行并監督每一輪的課程持續改進工作；
制定了持續改進措施，如平時成績持續改進機制：根據每屆學生學情，課程組教師每單元匯總學生平時成績考核的各項指標，及時調整學生的學習狀態，并做相應的記錄；
實踐考核持續改進機制：及時批改學生各單元的實踐作業，總結之后，在下次課上講解，或是通過學習通發布講解視頻；
期末考核持續改進機制：對學生操作的熟練程度及掌握情況進行分析，將分析結果用于研究課程講授情況，將在補考學生及下一屆學生中進行持續改進。
本課程將評價周期定為每年評價一次，目前學習通等網絡教學建設已經進行了一學期，現在正在編撰專用合適的教材和習題集。當教材和習題集出版以后，可以將達成度目標值由0.7上升調到0.75。采用成績分析法進行評價，評價所需要的畢業要求及權重參見《土木工程專業課程對畢業要求的支撐及權重》，評價結果用于持續改進。
盈建科軟件在土木工程教學應用中的改革與創新，是信息時代賦予教師的歷史使命。改革軟件應用的教學內容，創新其教學模式和評價體系，是專業人才培養的要求，是工程應用的要求，是新工科教改的要求，是信息化職業化的要求，是大勢所趨，是人心所向。以實際工程案例為載體，通過線上線下混合式教學，不斷豐富盈建科軟件應用的教學內容，不斷完善盈建科軟件應用的教學模式和教學效果，砥礪前行，終將不辱使命。
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