新工科视域下土木工程专业毕业设计教学改革

［摘 要］ 在新工科教育理念的驱动下，土木工程专业亟待转型升级以适应现代工程教育对创新能力与实践能力并重的新要求。针对传统毕业设计在培养学生实践创新能力上的局限性，此研究聚焦于混凝土框架结构设计领域，创新性地引入基础隔震技术作为教学案例，探讨将此前沿技术融入毕业设计的教学改革策略。通过实践探索与效果评估，验证了该改革模式的有效性与可行性。结果显示，改革后的毕业设计体系显著增强了学生对新兴技术的理解与掌握，有效激发了其创新思维与实践探索的热情，进而大幅提升了毕业设计的创新性、实用性和整体质量。

［关键词］ 土木工程；毕业设计；教学改革；隔震技术

［基金项目］ 2023年度国家自然科学基金项目“混合连接装配式框架节点震损机理及减震修复设计方法研究”（52208173）

［作者简介］ 许伟志（1990—），男，江苏宿迁人，博士，南京工业大学土木工程学院副教授，主要从事工程抗震与减震控制研究；王曙光（1972—），男，江苏盐城人，博士，南京工业大学土木工程学院教授，主要从事工程抗震与减震控制研究。

在新工科背景下，国家对高素质工程技术人才的需求日益凸显，对土木工程教育提出了更为严格的要求。当前，传统土木工程教育面临课程内容滞后、教学手段单一、实践能力培养不足等挑战［1-2］。特别是在高等教育阶段，如何通过教学改革激发学生的创新思维，提升其解决复杂工程问题的能力，成为教育工作者亟待解决的关键问题。传统教育模式虽强调理论与实践相结合，但在教学内容上缺乏对新技术动态和科研成果的及时融入，导致学生难以适应快速变化的工程技术环境。毕业设计作为土木工程教育的重要一环，不仅是学生学术成果的集中展示，更是其迈向职业生涯的重要桥梁。然而，当前毕业设计的内容和形式相对固化，难以充分发挥其应有的育人功能。因此，改革毕业设计的内容与形式，特别是引入新兴的工程技术，对于提升学生的实践能力和创新思维具有深远的现实意义。本研究以基础隔震技术在混凝土框架结构设计中的应用为例，旨在探索土木工程专业毕业设计的教学改革新路径，为新工科背景下的工程教育提供有益参考。

一、毕业设计选题

（一）选题意义

“十四五”规划明确提出建设韧性城市的目标，这对建筑结构的抗震性能提出了更高要求。基础隔震技术作为现代抗震工程的重要手段，已在众多重点工程中得到广泛应用。特别是《建设工程抗震管理条例》的实施，进一步推动了隔震技术在高烈度设防地区重点建筑中的应用。然而，当前土木工程专业本科学生对这些新技术的认知尚浅，难以有效应用于工程实践。同时，毕业设计题目多集中于传统结构设计，缺乏创新性和实用性，无法满足新时代建筑行业对高素质人才的需求。因此，本研究将基础隔震技术引入混凝土框架结构的毕业设计中，旨在通过实际项目的训练，增强学生的技术掌握能力，提升其设计能力和创新意识。

（二）培养目标

本次毕业设计改革设定了明确的三维培养目标：知识目标、能力目标和素养目标。知识目标包括深入理解混凝土框架结构设计原理、熟练掌握结构设计与计算的理论基础、系统掌握隔震技术原理及应用等；能力目标则强调综合运用专业知识解决实际问题的能力、团队合作精神和跨学科协作能力、运用新技术进行工程设计与创新的能力等；素养目标则注重培养学生的职业使命感、严谨细致的工作态度、高尚的职业道德以及探索精神和创新意识。

二、毕业设计教学改革举措

（一）设计任务

设定设计任务是毕业设计的重要环节，首先应该厘清基础隔震与传统抗震框架结构设计流程的差异，并据此制订针对性的进度计划。鉴于学生对隔震技术认知不足，在正式开展设计任务前需从隔震设计理念、常用隔震装置及典型隔震项目三个方面阐述隔震设计原理。传统框架结构设计流程包括：结构选型与布置、计算简图与荷载计算、框架内力计算及内力组合、梁柱截面设计、楼面板设计、楼梯结构设计、基础设计。由于隔震技术的引入，在“计算简图与荷载计算”环节需要确定隔震层布置方案，方能依据《隔震建筑设计标准》［3］计算地震作用。因此，隔震层布置方案及地震作用计算方法均为两类结构设计的显著差异。在完成楼面板设计之后，仍应对基础隔震结构开展大震弹塑性时程分析，依据《隔震建筑设计标准》验算隔震层变形、支座极限应力等指标，这也是毕业设计任务新增的难点工作。在结构施工图绘制环节，对于设计选题为传统抗震框架结构的学生需完成梁、板、柱、楼梯和基础等施工图绘制，而采用基础隔震技术后，需要增加隔震支座平面布置图及隔震层大样图。由于引入隔震技术后，毕业设计任务增加，需在传统设计环节压缩时间，从而为新增内容提供设计周期。

（二）学习素材

不同于其他课程教学，土木工程毕业设计教学课程通常没有固定的教材和固定的上课时间。毕业设计指导不是照本宣科，但是研究可以推荐一些优秀素材供学生学习参考。本课程推荐参考徐秀丽主编的《混凝土框架结构设计》［4］，该书通过具体结构案例介绍了混凝土框架结构设计的完整过程。针对隔震技术的引入，推荐日本建筑学会编著的《隔震结构设计》［5］为参考。此外，不同于其他课程，结构设计很多计算需要严格依照相关规范要求。因而，关键规范条文的学习与理解至关重要。为学生提供重点参考的规范也很有必要。

（三）思政元素融入

在毕业设计中融入思政元素是提升学生思想道德素质和社会责任感的重要途径。针对毕业设计教学特点，从人物、工程和技术三个角度挖掘思政元素，并自然地融入教学中。以就业导向为引，融入校友楷模故事，如央企劳模、抗疫先锋“两山”医院建设总指挥陈卫国董事长的故事，激发正向激励。同时，可在隔震原理讲解环节，引入隔震技术先驱周福霖院士事迹，彰显工匠精神与无私奉献，深化专业认知。利用新世界七大奇迹之一北京大兴国际机场等世界级工程案例，激发学生的国家荣誉感和民族自豪感。在荷载计算教学中，以“7·23”齐齐哈尔体育馆坍塌事故为鉴，强化结构设计的严谨性，提升学生的社会担当意识。追溯抗震理念与技术演进，展现我国振动控制装置从依赖进口到国际领先的飞跃，鼓励学生紧跟技术前沿，勇于创新创造，培育其创新创业精神。

（四）教学方法

教学方法的革新是提升教学质量、培养创新型人才的关键环节。毕业设计，作为理论知识与工程实践深度融合的标志性教学环节，其教学方法的选择与应用尤为重要。特别是当引入如基础隔震技术这样的前沿技术时，单一的教学模式难以充分满足学生全面、深刻理解的需求。因此，采用多种教学方法相结合的教学模式，旨在以学生为中心，根据教学内容的不同阶段与特点，灵活调整教学策略，实现知识传授、能力培养与素质提升的有机结合。

1.启发式教学。该教学方法强调教师的引导作用，通过巧妙设计问题、情境或任务，激发学生的好奇心和探索欲，引导学生成为问题的发现者和思考者。本课程不仅通过设计精妙的问题链，如“探讨两种刚度极端条件下（无限大与趋近于零）单自由体系的地震反应特性”，引导学生深入探究刚性与柔性边界下结构动力响应的规律。同时，将“以柔克刚”的哲学思想融入教学，不仅丰富了教学内容的文化底蕴，也使学生在多学科视角下深刻理解隔震技术的智慧与精妙。

2.案例式教学。通过呈现案例情境，将理论与实践紧密结合，引导学生发现问题、分析问题、解决问题，从而掌握理论、形成观点。以经历2013年“4·20”雅安地震检验的芦山县人民医院为例，该医院的老门诊楼和新门诊楼分别采用传统抗震技术和基础隔震技术，震后的隔震结构几乎没有损伤，成为救治伤员的重要阵地，而传统抗震结构虽然没有倒塌但出现墙体破坏以及设备倾覆等情况。通过该案例，可以生动地展现隔震技术不仅提高了结构抗震性能，也保护了非结构构件，保证了建筑震后正常使用。此外，以一个医院建筑的结构设计为案例，引导学生综合考虑建筑物的抗震性能、造价、施工周期等多个指标，评价采用传统抗震和隔震方案的优缺点，培养学生辩证的思维以及综合分析能力。

3.混合式教学。随着信息技术的飞速发展，线上教学已经成为现代教学的一种重要模式。采用混合式教学，充分利用线上与线下教学资源的优势，实现教学方式的多样化与个性化。通过线上平台提供学习材料、开展视频讲座、互动讨论等；同时保留面对面的线下课堂教学，侧重于深度讲解或者小组讨论。这种线上线下深度融合的教学模式，既保证了教学的灵活性和便捷性，又保留了传统教学的互动性和即时反馈优势。

4.项目化教学。以项目为核心，可以让学生在参与具体项目的过程中学习知识和技能。这种教学方法强调实践性和综合性，鼓励学生跨学科合作，将所学知识应用于解决实际问题中。本课程分别通过参观已建和在建隔震项目，使学生直观感受隔震工程的实际应用及实施过程。以采用基础隔震技术的南京工业大学土木学科楼为例，通过带领学生参观隔震层以及学习该项目的隔震设计资料，使学生能够更深刻地认识隔震工程；同时，利用校企合作资源，通过线上视频连线、微信群图文介绍等方式，让学生参与到隔震项目的施工环节中，深入了解施工要点与流程。

5.探究式教学。为调动学生的主动性和参与性，让学生在探究过程中体验科学研究的乐趣和挑战，培养其科学研究方法和科学精神。本课程通过企业资源，线上平台参观橡胶隔震支座主要零件及生产过程，深入了解其内部构造及工作原理；利用学校实验室资源，切身参与建筑隔震橡胶支座的力学性能测试，学习隔震支座的测试方法并了解其力学行为，让学生能够更清晰地理解隔震结构设计环节所使用的支座力学参数。该教学形式可以让学生在探究过程中亲身体验科学研究的乐趣与挑战，逐步构建起严谨的科学态度与求真的科研精神。

（五）考核评价

专业毕业设计教学总体目标是学生在完成专业基础课和专业课学习后，通过工程设计、论文综述、软件应用等方式，综合应用和深化本专业所学理论知识，培养分析和解决实际问题能力［6］。采用过程性评价（30％）和终结性评价（70％）相结合的考评方式，过程性评价主要体现在平时成绩，终结性评价由三方面组成，即指导教师、评阅教师及其他答辩专家三方参与，保证最终成绩的公平公正，考核环节安排如表1所示。为了保证最终考核与目标达成相呼应，各个环节的评价也设置多指标考核，具体要求见表2。

结语

通过引入基础隔震技术的教学改革，本次毕业设计在提高学生设计能力、强化理论知识掌握和激发创新思维方面取得了显著成效。毕业设计课程改革小组的学生毕业设计成果无不及格，优秀率明显高于年级平均水平，多名学生进入国内土木工程强校继续深造。我们将继续探索教学改革的方向，进一步加强与行业的合作，不断更新教学资源，并增加学生参与实际工程项目的机会，以更好地满足新工科发展的要求，为社会培养出更多高素质的工程技术人才。

参考文献

［1］项新梅，何世珠，张绍林.土木工程专业毕业设计的教学现状与改革［J］.教育教学论坛，2023（32）：57-60.

［2］王菁菁，欧志华，郑雨强.土木工程专业毕业设计中创新能力培养的探讨与实践［J］.高等建筑教育，2021，30（2）：140-145.

［3］隔震建筑设计标准：GB/T 51408-2021［S］.北京：中国计划出版社，2021：12-29.

［4］徐秀丽，韩丽婷.混凝土框架结构设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，2008：1-50.

［5］日本建筑学会.隔震结构设计［M］.刘文光，译.北京：地震出版社，2006：1-50.

［6］薛刚，王宏，王英浩.土木工程专业毕业设计教学目标达成评价方法构建与应用［J］.中国冶金教育，2022（3）：75-79.

Teaching Reform of Graduation Design for Civil Engineering Major under the New Engineering Perspective： Taking the Introduction of Seismic Isolation Technology in Concrete Frame Structure Design as an Example