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建筑结构设计软件应用课程新形态讲义探索与实践

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陈记豪

摘要：建筑结构设计软件应用课程是土木工程专业建筑工程方向的一门专业必修课程。以高校自有资源为基础，借助互联网技术，融合纸质讲义、视频微课、电子图纸和图片等资源，建设互联网+数纸融合新形态教材，为课程改革服务，为工程教育专业认证关于课程与毕业要求中的学生能力的达成提供支撑。

关键词：建筑结构设计软件;新形态讲义;思维导图

建筑结构设计软件应用课程是土木工程专业建筑工程方向的一门专业必修课程，主要内容包括：结构模型建立方法，结构设计参数确定原则及其输入方法，结构软件计算分析基本原理，计算结果图形显示与文本输出方法，结构与构件施工图自动绘制方法等。工程教育专业认证要求学生通过本课程的学习，掌握利用建筑结构设计软件进行结构设计的基本原理与流程，培养学生借助建筑结构设计软件进行结构计算分析能力、综合设计能力、土木工程创新意识与能力和土木工程知识的综合应用能力。教科书是学生学习的主要材料，在培养人才中担负着不可替代的作用。建筑结构设计软件应用教材需要结合结构计算理论，按照最新结构设计规范编写，建筑结构设计软件更新较为频繁，一般一年或者半年甚至几个月就会出一个新版本，而教科书的出版周期较长，一般跟不上软件更新的速度。鉴于此，高校一般会采用讲义作为辅助教材或者替代教科书完成授课。目前，新形态教材建设蓬勃发展，而关于建筑结构设计软件应用课程新形态教材建设的相关文献报道较少，故本研究介绍了华北水利水电大学建筑结构设计软件应用课程新形态讲义建设的探索与实践情况，以供参考。

一、建筑结构设计软件应用课程教材现状

关于建筑结构设计软件的书籍可以用作教科书的主要有两类：一类是各类规划教材，另一类是培训教程。这两类书籍著作者主要是一线工程师、高校教师或社会培训机构讲师，基本围绕软件操作、结构建模、参数选取和结果分析讲述，可以满足初学者的需求。教材的部分作者给出了实际工程案例的建模分析过程，少部分还配套了光盘，光盘中包含了一些操作过程演示。总的来说，目前该类书籍主要存在以下不足。

一是依据的建筑结构设计软件版本偏低，有的书籍是十年前的规范和版本，即使最近出版的教材，所依托软件版本也未与最新软件版本匹配，这主要归结于软件更新速度远快于教材。二是软件操作讲解与案例分析未实现有机结合，存在操作与实例分析“两张皮”的现象，使得学生学习体验偏差。三是由于纸张篇幅和图纸显示能力有限，一般书籍以理想化的简单工程作为案例进行分析，缺少与传统手算结果的对比分析，以及与规范结合的详细分析和结构优化设计内容。四是缺少配套的章节练习题，书籍作为教学参考书尚可，不适宜作为教材使用，也不适宜学生分课时逐步掌握。五是绝大多数教材以软件操作讲解为主，软件均是基于windows的视窗操作，因而用文字描述起来不易实现，大多采用截屏并在图片上做适当标记再插入图片的方式编辑，软件界面中字体较小，为向读者清晰传递操作信息，编者在16开的书籍中，只能一页放2张插图。比如简单的一个功能“新建工作目录”的标准操作流程是单击“改变目录”→在文件夹后面的输入框中键入新的工作目录及其所在位置，也可以事先建好工作目录然后在此处进行选择→单击“新建”，如果是直接键入的工作目录，会提示“目录不存在是否确定新建”，如果已经建好了目录，可以选择“确定”。该流程至少截4张图才能描述清楚，至少需要2个版面，考虑到出版成本一般采用黑白印刷，效果和表现力不佳，为节约版面可以酌情减掉截图，但是去掉任何一张图又显得不完整，软件操作不存在重点步骤，少一步软件就不会正常运行，因而编者会在版面和完整性方面很纠结，这导致该类书籍篇幅很大，一般在300页以上，实际上去掉插图也就几十页的文字叙述。可见，目前此类书籍篇幅较大，以软件操作讲解为主，实例分析不够透彻，未与多媒体有效结合，亟待与时俱进，研制合适的教材。

二、建筑结构设计软件应用课程新形态讲义建设的必要性

2018年4月教育部印发了《教育信息化2.0行动计划》的通知，明确要求构建“互联网+”条件下的人才培养新模式。在此背景下，教科书也需与时俱进，才能与“互联网+”条件下的人才培养模式相匹配。传统纸质教科书以文字和图片为主，出于成本考虑多数为黑白印刷，这对软件类课程来说不利于传达信息，软件分析结果和计算值是否超限等诸多信息大都基于颜色进行区分和重点强调，但彩色印刷造价较高，不利于传播。另外一个制约因素是建筑结构设计软件必须结合案例图纸才能够对其应用进行分析阐述，将实际工程1号或者2號图纸缩放到16开的版面上，图纸信息完全看不清楚，纸质印刷也难以放大。电子教材可解决上述问题，另外，诸如微课、BIM信息模型、课件、工程图片和CAD格式图纸等资料也是教材的有机组成部分，这些资源一般存放在教师的个人电脑中，电子教材也无法将这些资料全部融合起来。

随着电子信息技术的迅速发展，平板电脑、大屏幕手机等移动终端设备已在师生中普及，4G和5G通信技术使得网络连接速度也取得了飞速发展，但纸质教材仍是大众易于接受的载体，因而近几年兴起了数字资源与纸质资源相结合的新形态教材。新形态教材把纸质书籍中适合用电子展示的图片、图纸和与课程相关的微课、课件和工程模型等数字资源存放到出版社的云服务器上，纸质教材与云服务器通过二维码技术建立链接，进而将纸质教材变薄，突出了重点，使用者可以轻松扫码观看数字资源，提高了使用体验。新形态教材尤其适合软件类课程，比如上一节提到的在软件中“新建目录”的过程，纸质教材需要2个版面进行阐述，而采用计算机录屏演示，10秒内可以将内容完全讲解清楚，高清录屏处理后放到云端，在纸质教科书该位置插入二维码建立链接，使用者扫描后可以轻松掌握该知识。令人遗憾的是，经过互联网检索，未检索到《建筑结构设计软件应用》新形态教材出版。如前所述，建筑结构设计软件更新速度较快，书籍出版后售卖周期较短，出版社基于出版效益考虑一般对此类教材出版兴趣较低。另外，教师个人付出较大工作量的同时还需要单位资助才能出版，各单位对教材出版的资助也有优先顺序，建筑结构设计软件属于专业必修课、非公共课，且选课学生数量偏少，因而非优先资助课程。各高校该课程教学的大纲和重点也不一致，因而校际互通也有一定难度。当找不到合适教材或者现有教材不能满足教学大纲要求时，常采用讲义作为教材。讲义不必出版，因而可以与时俱进跟进软件更新，但是要解决的一个问题就是图纸、图片和微课等数字资源的云存储与访问。

三、建筑结构设计软件应用课程新形态讲义建设实践

如图1所示，本讲义基于思维导图，结合一个案例，简明扼要地阐述了建筑结构计算模型的建立，同时，结合计算软件的楼（屋）面板、梁、柱、基础和楼梯等結构构件设计方法及相关施工图绘制方法提供了配套的试验报告册，试验报告册包括与讲义上的8个知识训练单元相匹配的8个上机试验，报告册将模糊评价变为定量考核，方便师生检验授课和学习效果。该套讲义具有如下特点。

一是建筑结构设计部分通篇围绕一个案例讲解，将软件操作与参数设置和案例分析有机结合起来，增强了课程的连贯性。二是每节课均配套了试验报告和标准答案，与课程同步分8次检验学生对知识的掌握程度，变一次大作业考核为分阶段考核，更加科学合理;标准答案便于学生反复调整模型，经过不懈努力，得到与标准答案相同的计算结果时，学生已初步掌握了结构设计软件的计算分析原理和建模要点，使学生的知识得到系统训练，克服了以往学生平时建模不知道是否准确、结果不知道是否精确，到最后无从下手的弊端。三是引入了思维导图，一个模块一节课，一节课一张思维导图。建筑结构设计软件应用涉及到结构设计规范和结构设计基本理论及结构电算相关理论，知识点多且非常琐碎，操作过程、参数设置也很多，学生很难理清结构基本原理、设计规范和软件参数设置之间的关系，且由于学时短，难以系统掌握。本讲义给出了每个知识模块的思维导图，将琐碎的知识和规范条文与软件操作和参数设置通过思维导图系统地联系起来，做到了清晰明了。结构建模的思维导图见图2。

云平台是新形态讲义建设的关键因素。如图1所示，该套讲义的图纸、操作演示微课、内力分析结果、位移分布、挠度分布图和配筋结果等均以数字资源的形式存储在云平台上，为提高使用者观看体验，采用的是高清微课和图片，10分钟左右的微课视频占用上百兆的空间。而公网上免费的视频平台对上传文件大小均有限制，且观看前均需浏览一段广告，影响学习效果，因而不建议使用，况且这种平台无法获取后台使用数据，不便于教师开展线上线下混合课程。目前，大多数高校均购买了超星泛雅、雨课堂等智能教学平台，高校购买后教职工和学生均可免费使用。笔者所在高校使用的是超星泛雅平台，因而探索了基于超星泛雅的云平台方案，该平台可以存储建筑结构设计软件应用课程讲义涉及的所有资源形式，可以后台监控使用者对资料的使用情况，为线上线下混合课程的开展提供了有力支撑。具体部署是将数字资源上传至课程，并获取各资源的网址，通过二维码转换工具将网址变为二维码，再把二维码插入纸质讲义中，实现纸质讲义与云平台的联通。

建筑结构设计软件应用课程知识点琐碎，教师授课如果按照传统教材中的知识点编排，篇幅较大且不容易在学生脑海中建立起关联。如图1所示，本讲义以实际工程为主线进行编写，软件操作在纸质讲义中仅为图2所示的思维导图，通过二维码连接到云平台微课详细讲解操作过程，计算结果图形和章节作业也存储于云平台，学生在线测试提交。新形态讲义将纸质讲义压缩到了30页左右，每次上课内容不超过4页A4纸，纸质讲义仅呈现基本理论，精华对比分析等内容，图纸和结果图均以数字资源的形式呈现，可自由缩放，包括视频微课在内的数字资源，平台均会根据使用者移动终端自动匹配，极大地方便了使用者，提高了学习效率，有力地支撑了课程改革。

基于高校现有云平台，华北水利水电大学搭建了建筑结构设计软件应用课程数字资源，通过二维码与纸质讲义链接起来形成了新形态讲义，满足了学生预习、课下练习和深入学习的需求，使他们牢固地掌握建筑结构设计软件分析的思路，熟练应用软件，为解决复杂工程问题奠定了基础。该新形态讲义的建设思路可为教师个人便捷地建立自己的“互联网+”课程教材提供参考，也可为兄弟院校提供一定的经验和参考。

参考文献：

[1]原建庆.教材在本科教学中的作用[J].河南教育（高教），2013，（6）.

[2]张炜.新形态课程与教材建设[J].中国大学教学，2018，（1）.

责编：嘉悦

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