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1、 土木工程专业毕业设计中创新能力培养的探讨与实践 王菁菁 欧志华 郑雨强摘要：土木工程专业毕业设计具有内容广、工作量大、难度大等特点，将创新能力培养融入毕业设计，是提升学生综合素质和培养高素质工程技术人才的需要。针对目前毕业设计中存在的选题设计陈旧、学生消极等待、教育方式被动和实践环节匮乏等问题，提出灵活设置毕业设计选题、毕业设计内容与时俱进、激发学生学习主动性、发挥教师引导作用、把控指导深度、理论与实践相结合等方法，为改进高校土木工程专业毕业设计指导工作提供参考。关键词：土木工程;毕业设计;创新能力培养;实践教学：G642.477 文献标志码：A ：1005-2909（2021）02-014
2、0-06中国是当今世界第二大经济体，对全球增长贡献度超过30%1。中国奇迹的产生得益于多领域基础设施建设和民生工程的全面开展。近年来，随着“一带一路”倡议的提出，沿线国家和地区的基础设施建设带动了双赢的国际化联动发展，而高素质的工程技术人员是中国基础设施建设取得瞩目成就的根本保障。与此同时，教育部提出“卓越工程师教育培养计划”2-3，为全国各大院校培养具有创新能力、满足社会经济发展要求的高素质工程技术人才指明了方向。在学生创新能力培养这个问题上，关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见中明确指出，积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力。大学生创新能力培养已成为高等教育界关注的热点问题。高
3、校的创新教学改革涉及多个方面，其中毕业设计是高校教育的最后一个实践课程，也是教学改革的重点。学生在毕业设计的过程中要完成查阅文献、选题、方案论证、实验、计算、结论分析、撰写论文、答辩等内容，对自身综合能力的提高至关重要4-6。毕业设计作为教学过程中一个特殊的培养环节，将学生四年所受到的教育相贯穿，旨在将学生培养成具有良好素质的工程技术人员。为满足新形势下的社会人才需求，进行毕业设计改革，培养学生创新能力势在必行7-10。文章对工程类专业毕业设计中的问题进行分析和总结，并以土木工程专业为落脚点，提出切实可行且行之有效的解决方法。一、毕业设计中存在的问题（一）选题设计陈旧，局限性大毕业设计中，学生
4、一般根据教师给定的题目确定选题，常出现可供挑选的范围较窄、选题陈旧，难度较小等问题。有些指导教师给出的选题本身就缺乏创新理念，一些选题翻来覆去使用，或不考虑学生实际情况，给出与学生毕业后发展方向完全相悖的选题;还有一些指导教师所给选题过于狭窄，限制了学生创新能力的发挥。指导教师给出的选题中，大多以虚拟或模拟性课题为主，很少有真实课题供学生选择，对于学生实践和创新能力的培养而言，收效甚微。（二）学生消极等待，依赖性强毕业设计需要考察学生自主收集信息、查阅资料、解决问题的能力。一些学生由于平时专业知识积累不足，学习能动性差，在遇到问题时无处下手，不能熟练运用图书馆和网络资源搜集相关信息，只会消极等
5、待教师的帮助，或是待其他学生解决相似问题后再進行模仿，生搬硬套，缺乏独立思考能力。这部分学生大多具有畏难心理，遇到问题后过分依赖教师的指导帮助，却不知毕业设计实质上是一个发现问题、分析问题并最终解决问题的过程。指导教师过度的指导让学生产生依赖心理，学生的毕业设计成果缺乏创新，千篇一律，最终导致毕业设计这一重要的教学实践环节流于形式。（三）教育方式被动，主动性弱结合当前大学的培养目标，教学方式以主动学习为主，辅以传授型教育和被动接受型学习。但目前高校的实际教育过程中，教学方式脱离教学培养目标，对学生的创新能力培养不足，没有发挥学生的主动性，仍然沿袭教师讲学生听的陈旧教学模式。虽然这种模式下学生也
6、能理解并掌握专业理论知识，但难以将所学知识综合运用。因此，在毕业设计过程中，学生分析问题和解决问题的能力较弱，不知该从哪方面入手。在课题研究方法设计的过程中，由于学生没有受到实践训练，查阅资料和分析解决问题的能力欠佳，为完成毕业设计的撰写，抄袭、拼凑的情况时有发生。（四）实践环节匮乏，训练不足随着教育改革的不断深化，专业课程从整体层面来说有一定的缩减，但针对学生教学实践环节的训练，还有很大的提升空间。中国在教育方面仍然主要依托课堂教育和理论知识的学习，在教学中设置的实践环节较空泛且没有针对性，学生并没有真正参与到实践中去，而是走马观花地走个过场。这种情形导致工科学生在毕业设计过程中实践动手能力
7、差，毕业设计缺乏实践支撑，仍停滞在传统毕业设计的套路上，如同闭门造车。对于实际工程中存在的问题，学生难以给出有针对性的解决思路和方案，只能局限于基本的理论推导验证，没有发挥学生综合运用所学知识解决问题的能力。综上所述，目前毕业设计在设计内容方面选题陈旧，在指导方式上难以激发学生的主动性，在实践教学方面尚没有将工程应用与理论方法结合，亟待采取有效措施以改善毕业设计缺乏创新性的问题。二、毕业设计内容中的创新能力培养（一）灵活设置毕业设计选题毕业设计选题应采用开放式选择与双向选择两种模式，可以让不同水平、不同兴趣以及不同层次的学生所选题目更符合自身情况，最大限度激发学生的主观能动性与科研兴趣。双向选
8、择，顾名思义就是指导教师将事先准备好的选题交给学生，并对各个选题的大致内容和特点进行说明，然后由学生结合个人情况和感兴趣的研究方向，通过彼此协商确定各自毕业设计的选题;开放式选择则是由学生针对各自的学习能力、专业知识的掌握水平、未来想要选择的就业方向，以及自身感兴趣的内容，自行调研确定个人的毕业设计研究题目，然后按程序报送院系专家组审批，内容涵盖大学四年所学专业知识，满足毕业设计要求即可批准。两种选择模式流程见图1，两者各有所长，相互结合才更有助于激发学生的自主创新思维，培养学生的创新能力。在土木工程毕业设计中，除较为常见的建筑设计和结构设计内容外，还可以补充BIM技术、结构振动控制，以及MA
9、TLAB编程等毕业设计课题供学生选择。其中，BIM技术将建设工程项目设计、建造、管理及运用等内容整合至一个模型，是建筑行业的信息应用技术，发展迅速，适合毕业后即从事施工、设计工作的学生;结构振动控制是通过附加控制装置减小结构不利响应的技术，一般应用于高层结构、大跨结构等较重要的工程项目;MATLAB编程可用于灵活模拟结构特性和非线性分析，适合毕业后从事工程研究或继续进行研究生阶段学习的学生。部分代表性的选题实例为“教学楼BIM建筑结构一体化设计”“某煤气公司大楼基础隔震设计” “震损结构MATLAB非线性分析”等。据学生反馈，其研究生阶段的课题对基础隔震进行了拓展，本科毕业设计的训练为后续学习
10、打下了良好基础。（二）毕业设计内容与时俱进毕业设计教学改革的目的在于摈除原有教学模式对学生创新能力培养不足、理论知识跟不上实践新知等弊病，改革后的教学体系应兼顾毕业设计质量和学生创新能力培养，保证两者目标的统一。具体来说，毕业设计应对原有的教学内容做好取舍，符合当前教育需求的要保留，落后于行业的内容要改进，处理好统一性与多样性，共性和个性之间的关系，使学生在毕业设计中能应用最新的技术要求和通行规范，与本行业的工程范式保持同步。在土木工程毕业设计中，增加建筑结构可靠性设计统一标准2018版与2001版的对比，新版建筑结构可靠性设计统一标准自2019年4月1日起实施。两者的区别体现在建筑结构计算荷
11、载基本组合时恒载和活载的分项系数分别由原来的1.2和1.4增加至1.3和1.5。这一差别会对结构的承载力和造价带来怎样的影响，对学生来说仍是探索性问题。在以建筑结构设计为主体的毕业设计中增加这一内容，有助于学生创新能力的培养。三、毕业设计指导方法中的创新能力培养（一）激发学生学习主动性兴趣是引导学生创新发展最重要的导师，要培养学生具有创新能力，首先应培养学生的兴趣。传统的师徒传授教学模式下，学生不得不被动接受，学生对于学习几乎不带个人主观意识，如同将他们的思想禁锢在一个已知的没有发展和改变的密闭空间之内。在学习的过程中学生自主意识薄弱，创新精神及实践能力被搁置而得不到重视和培养，无法自由表达自
12、己的想法。毕业设计指导中应多设计学生自愿参与的环节，使学生摆脱被动式学习的阻力，激发学生好奇心，培养怀疑和反思精神，使学生对学习的认识从“非做不可的事”转变为“自己想做的事”，使学生深刻感受自主式学习的意义和学习所能带来的无限可能。如，在土木工程毕业设计中，指导教师可在满足教学要求的前提下，以学生感兴趣的工程问题为出发点，收集真实的土木工程案例，并采用图片、影像、展板、报告等方式开展小组讨论，鼓励学生亲身参与案例数据库的组建，培养学生自主发现问题并主动探究的意识，使学生自主搜寻相关信息并建构知识体系。（二）发挥教师引导作用传统的教学模式下，教师的形象被扩大化，给人以知识权威的形象，学生则是虔诚
13、的信徒，学习接受教师的教导，师生间难以形成有效的沟通。而毕业设计中，指导教师全程参与，既是最初的組织者，也是过程中的指导者和协助者，对学生起到巨大的引导作用。指导教师积极转变自身角色，让自己从传统的知识权威身份中走出来，给学生足够的自由去思考，从辅助者的角度提供多种资源帮助学生解决问题，而不是简单给出答案。同时要经常与学生沟通，了解他们关于毕业设计和教学指导方式的想法。目前社会形势下，学生为实现就业不得不将大量的时间花费在找工作上，为把控毕业设计进度、保证毕业设计质量，指导教师应引导学生正确使用网络平台，精准传递信息，使沟通交流服务于教学，在新媒介中有效交流。在土木工程毕业设计中，对抗震设计、
14、非线性分析等难点问题，指导教师可推荐微信公众号、微课等新媒体资源，使学生自主自助学习，扩大知识面。同时将土木工程行业中存在的新问题、学术中涌现的新观点通过在线资源引入教学指导，激发学生深入探索，培养学生的创新发现能力。在加强交流沟通方面，使用云服务和协作文档服务，以实现不同地点多人的同时写入，提高教学管理效率，帮助教师及时了解设计中存在的细节问题，一目了然地掌握学生的设计完成情况。（三）把控指导深度教师在对学生指导的过程中，要注意把握分寸，指导过分细致，容易使学生养成依赖心理，无法培养学生的创新能力;指导过于简略，则容易变得空洞和宽泛，学生得不到具体指导，最终放任自流，因此，需要掌握正确的指导
15、方式和合理的指导深度。教师应为学生理顺毕业设计过程的整体思路，同时应告诉学生所选题目的创新点、当前最新研究成果及后续学生应着重研究的内容。根据不同学生的水平，分别提出符合他们自身能力的进展要求，一般性指导与具体讨论相结合，激发学生自主创新、自主研究学习的动力，发挥毕业设计过程中学生的主动性，达到培养学生创新思维和创新能力的目的。在土木工程毕业设计中，建筑结构构件的设计是难度较大的内容，既包含对多种作用和荷载的组合，又需要根据构件的类别和所处位置对受力进行调整，且计算配筋的过程繁琐，涉及多种公式和限制要求。在指导时，可使用表格编辑计算公式以达到化繁为简的目的，指导教师仅需提供每张表格所应达到的目
16、标，由学生编写公式，而学生只需理解一个构件的配筋计算方法，便可得到同一类构件的计算结果。指导教师对抗震计算中梁端塑性调幅、强柱弱梁调整、强剪弱弯调整等重点作出提示，由学生对构件分门别类，总结设计中的特殊做法。四、毕业设计实践教学中的创新能力培养原有教学模式更侧重于学生理论知识的学习，学生在本科期间很少有实践的机会和经历，导致学生不具备实践意识，对于理论系统也没有形成有效的认知。毕业设计指导教师既有理论教学任务，更负有培养学生实践能力的责任，在理论与实际相结合的教学中起重要作用。高校应建立有效的联合指导机制（图2），组建毕业设计指导教师队伍，充分发挥校内教师的理论指导水平和校外工程师的实际应用特长。鼓励学生在真实工程项目中进行实践，同时，将实践中的获得体现在毕业设计成果中，进一步激发学生的实践主动性。在土木工程毕业设计中，采取校企联合培养的方式，与本市或周边结构设计和
