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(一)学生选做大跨空间结构毕业设计的积极性不够由于大跨空间结构毕业设计课题开设时间较短,学生对此课题难易程度的认识有偏差,在毕业设计选题阶段,学生更易于选择常规的混凝土框架结构和框剪结构毕业设计课题。为提高学生选做大跨空间结构毕业设计的积极性,对多届毕业生进行了深入的调查分析,现总结出学生不愿选做大跨空间结构毕业设计的主要原因如下:(1)与传统的混凝土框架结构和框剪结构相比,学生直观地认为大跨空间结构的建筑造型新颖、奇特,但其结构形式复杂、多样,简化力学分析模型困难,结构受力分析难度大,难以应用所学知识顺利完成此类型的毕业设计。(2)由于大跨空间结构的钢屋盖需应用有限元设计软件进行受力分析,此部分工作量难以在计算书和图纸中反映出来,学生担心最终计算书没有完全反映出自己的工作量,影响最终答辩成绩。(3)部分学生认为大跨空间结构毕业设计的主要工作是应用有限元软件进行钢屋盖设计,而钢结构和混凝土结构的基础理论知识没有得到有效训练。(4)学生认为大跨空间结构在实际工程中的应用较少,对以后工程实践帮助不大。
(二)题目设置不当,难度及工作量过大或过小为使毕业设计选题与目前建筑业的发展趋势结合,学院鼓励毕业设计题目直接来源于设计院的工程实际,拿来“真题真做”。但是大跨空间结构类型的工程实践一般为奥运场馆、大型会展中心、剧院、机场航站楼等大型复杂建筑工程,若直接“真题真做”,作为本科生的毕业设计题目其难度及工作量过大。因此,实际的大跨空间结构毕业设计没有从设计院拿来就“真题真做”,而是选择性地删掉一些设计内容,在此过程中若控制不当,将导致此类毕业设计题目的难度及工作量过大或过小。目前,大跨空间结构毕业设计内容多为大跨度钢屋盖的设计,结构形式为网架或网壳,主要设计内容包括建筑选型、结构选型、屋盖(网架或网壳)构件设计、焊接空心球节点或螺栓球节点设计、支座节点设计。这类大跨空间结构毕业设计题目内容新、实践应用广、实用价值高,但是局限于结构设计、知识结构考察不够全面、系统综合性不强,且主要计算工作应用工程设计软件完成,工作量难以在计算书和图纸中反映出来。实际中,另一类大跨空间结构毕业设计删掉的设计内容较少,接近于“真题真做”,但学生普遍反映此类毕业设计的难度和工作量过大。通过调查分析,得知:(1)由于大跨空间结构的建筑造型新颖、奇特,学生在建筑选型时耗费大量时间,且后期结构设计方案很难满足前期选择的建筑造型,因此,学生返工现象较为普遍,增大了毕业设计的工作量。(2)为满足大跨空间结构建筑要求,学生偏向选用玻璃幕墙体系作为维护结构,但是学生对玻璃幕墙及其支撑钢结构体系的设计较为陌生,此部分设计难度较大。(3)由于大跨空间结构的受力体系较为复杂,学生很难简化出合理的力学分析模型。(4)学生普遍认为钢柱脚的设计难度较大,尤其是对底板上加劲肋的计算方法理解困难。
(三)参考资料缺乏,学生自主查阅资料能力有限由于大跨空间结构毕业设计题目是近几年新增的毕业设计题目,往届学生的毕业设计成果相对较少。目前,学校图书馆及网络资源中关于框架结构和框剪结构毕业设计的相关资料较多,而大跨空间结构毕业设计的参考资料匮乏。学院图书馆的规范及标准图更新速度太慢,尽管学院加大了对图书和资料的投入力度,但学生在毕业设计时总觉得可利用的设计规范及设计手册较少,尤其是最近两三年刚颁布的规范和规程。大跨空间结构设计不能局限于有限的教科书内容,需要学生自主查阅各种现行的建筑结构设计规范、设计手册、标准图集及其他工具书等。在毕业设计过程中遇到问题,学生首先想到询问指导教师某个系数的取值,而不是系统地查阅相关规范条例的具体内容,也不深究其使用条件、使用范围是否满足设计题目的要求。在标准构件的选型上更是不问出处,拿来就用。大跨空间钢结构的构造节点较多,其节点形式要和结构体系的计算模型相一致,学生在这方面的结合能力也较差。
(四)学生软件应用能力欠缺为提高学生的动手能力和计算机操作能力,学院提倡学生在手算基础上利用计算软件进行电算,鼓励学生利用C语言或FORTRAN语言对部分计算进行编程,在计算中采用表格Excel进行重复计算以简化计算过程。但从了解的情况看,学生平时虽有接触常用的办公软件MicrosoftOffice、绘图软件AutoCAD、工程设计软件3D3S等,但是没有经过实际锻炼,学生掌握得并不理想。很多学生把Office简单认为就是打字,而Word中的排版、长文档处理、公式符号输入等都不熟悉,对Office中其他几个软件的了解更少。工程设计软件采用的基本假定和计算方法与手算的基本假定和计算方法有所不同,但学生对此理解并不深刻。
(五)指导教师缺乏实际工程经验大跨空间结构毕业设计的指导工作要求教师具有丰富的工程实践经验,以指导学生结构选型、屋盖(网架或网壳)构件设计、焊接空心球节点或螺栓球节点设计、支座节点设计等工作。由于大跨空间构的屋盖结构形态呈三维状态,在荷载作用下具有三维受力特性,且构件呈空间工作状态,在屋盖结构计算部分需应用工程设计软件(如3D3S软件)。因此,大跨空间结构毕业设计还要求指导教师具有熟练应用工程设计软件的能力。但是近年来高校不断扩招并扩大教师队伍,许多硕士、博士从学校毕业就直接进入了一线教学岗位,没有经过工程实践锻炼和系统的岗前培训,许多青年教师因缺少毕业设计的指导经验和工程实践经验,在大跨空间结构毕业设计的题目设置、难度及工作量的控制方面都存在较大不足,直接影响了毕业设计的质量。(六)研究生复试、找工作等占用毕业设计时间毕业设计是大学生的最后一个教学环节,受到研究生复试或找工作的影响较为严重。部分优秀学生虽然重视,但精力有限,尤其是达到研究生复试分数线的学生,整日忙于面试、调剂等事情。部分学习认真成绩良好的学生,到5月份才开始应付毕业设计,导致毕业设计毫无思路,且不熟悉办公软件、绘图软件、工程设计软件,严重影响毕业设计质量。毕业设计期间,有些学生为了参加求职面试、公务员考试等,频繁往返与学校、家和各用人单位。因此,学生的毕业设计成果不可能做到尽善尽美,就不得不罗列的大量数据,绘制不算规范的设计图纸,计算书表达也不够完全和规范,毕业设计的质量无法保证。
二、大跨空间结构毕业设计的改进措施
(一)大跨空间结构理论教学方面为提高大跨空间结构毕业设计质量,学院现已开设《空间结构》等相关课程,但课时有限,因此要求指导教师应深入研究教学大纲,熟悉培养目标,精选教学内容,制定合理的教学计划。在理论教学过程中,一边进行理论知识学习,同时还要安排学生参观典型的大跨空间结构,实地讲解钢屋架(网架或网壳)、钢柱、钢梁、钢支撑以及节点、柱脚、预埋件的连接构造形式,使学生对大跨空间结构的结构体系、构件类型、受力特征、截面形式、尺寸、材料等有进一步理解,对钢结构有更深入的了解,提高学生学习的积极性,从而提高大跨空间结构的教学质量。
(二)合理设置题目的难度及工作量为了保证大跨空间结构毕业设计的质量,要求设置的题目应该是内容新颖、知识结构全面、工作任务圆满、系统综合性强、实践应用广、实用价值高。实践证明,所有学生从接触此类题目的任务书开始便目的明确、兴趣浓厚、主动积极,为高质量完成毕业设计打下良好基础。经过不懈探索,实践出适合土木工程专业大跨空间结构毕业设计题目,此类毕业设计的结构体系如图1所示,结构设计主要包括以下几个方面:(1)大跨度钢屋盖的设计,结构形式为网架或网壳,主要设计内容包括网架或网壳结构选型、构件设计、焊接空心球节点或螺栓球节点设计、支座节点设计。此部分设计工作主要应用工程设计软件完成,并辅以相应的手算校核,包括钢构件强度及稳定验算、螺栓球节点和支座节点设计复核。(2)钢刚架的设计,此部分设计以手算为主,包括钢柱、钢梁、柱脚、梁柱节点设计。(3)混凝土框架设计。实际大跨空间结构下部多设置两、三层的框架结构作为办公区域,框架顶部设置钢柱支撑上部网架、网壳结构,既能满足建筑功能,又能节省建筑成本。此部分设计以手算为主,包括框架梁、框架柱、楼板、楼梯、基础、雨篷、预埋件设计。
(三)加强毕业设计资料库的建设高校普遍存在设计资料陈旧和数量不足的现象,尤其是大跨空间结构方面的设计资料更少。学校应增加投入力度,尽快更新规范和规程及标准图集。随着科技进步和网络普及,资料库的建设也应跟上时代的发展,可以尝试在校园内建立一个毕业设计网站,收录各种类型的毕业设计实例,建筑设计、施工及验收规范,结构计算手册和构造图集等。此毕业设计网站可实现网络资源共享,信息更新速度快,查阅方式比传统方式便捷。
(四)完善指导教师分组制度根据专业方向、新老教师搭配、自愿组合等原则,建立毕业设计指导教师小组,每组推荐一位经验丰富的老教师作为小组负责人。小组负责人组织本组成员对年轻教师进行岗位培训,拓宽年轻教师的思路,提高其指导水平,适时地邀请一些经验丰富、德高望重的专家举行讲座。定期考核年轻指导教师的教学实践能力,建立长期有效的监督处理机制。
(五)强化过程管理,培养学生独立解决问题的能力毕业设计的效果、质量与指导教师采取的管理、指导密切相关。指导教师应定期检查学生毕业设计的进度和质量,特别要做好开题报告、中期进度检查和答辩前的检查工作。在毕业设计指导过程中,指导教师要启发学生的思路,采取讨论式、探讨式的教学方法。当学生面对问题时,提倡学生自己查阅资料,自己解决问题,并鼓励学生在毕业设计中运用新技术、新材料,进行多种结构方案的比较,建立优化设计的概念,培养学生自我发展能力,为走向社会打下坚实的基础。
三、结语
学生考虑问题深入,对学生都给予较好的评语。其余学生由教研组组成答辨小姐进行逐个答辨。毕业设计的成果,基本反映了学生独立工作能力的水平。
这次毕业设计工作,给予我们不少启发,下面就今后毕业设计工作谈一些想法。
一、选择结合实际任务的不同类型毕业设计课题,进一步提高学生的独立工作能力
建筑结构工程专业的培养目标是学生毕业后既能从事建筑结构的设计和研究,又能从事建筑工程的施工和管理,但他们在学校里要着重进行的是作为结构工程师的基本训练。为了达到这个目标,必须在整个教学中加强基本理论,重视基本技能训综,切实安排好实践环节,以及认真做好最后一个学期的毕业设计工作。
在各种教学安排中,传授知识和培养能力是学校教学的两个方面,而能力和创新精神却是提髙教学质量的重要标志。能力和创新精神的丨川练应当贯穿在各个教学环节之中,使学生由低到高地受到连续的训练和薰陶。但是毕业设计却是贯彻理论联系实际原则和综合训练独立工作能力的最后的也是最重要环节。它对保证学生质量起着其它教学环节所不能代替的作用,因而必需予以髙度的重视和精心安排。
从历史沿革看,我系本专业毕业设计曾有几种做法:解放初期没有毕业设计,学生祗是在临毕业前阅读几篇文献,写份读书报告;学苏后开始设置毕业设计,做的是假拟题目,分建筑.结构、施工三个阶段进行“总装配”;58年后实行“真刀真枪”的毕业没计,学生在一个小组里结合实际设计任务经历结构设计的全过程;61年后“真刀真枪'’和“真题假做”的结构设计题目件举,同时引入少呈科研題目,使学生学会科研方法。
我们认为把毕业设计作为“总装配”也好,作为“经历结构设计全过程”也好,作为“学会科研方法”也好,它们都有正确的一面,但也有困难的一面,而且不能概括毕业设计的基本要求。例如进行“建筑、结构、施工”的三阶段总装配,好处是学生能将已学知识联系起来解决工程问题。但毕业设计时间短,学生要忙于完成三阶段任务,精力分散,不易做到深入钻研,不能更好地培养独立工作能力和创新精神。又如“经历结构设计全过程”的做法,好处是真刀真枪,能调动学生积极性,是一次实战淚习。但生产和教学矛盾突出,例如设计资料常变动,各设计工种间技术矛盾很多,施工单位会提出种种实际问题要求推翻已做好的设计,因此学生会做大量重复性工作,有的不属于基本教学要求。
我们认为毕业设计的基本要求,槪括起来应做到“两彳、进一步”一就是进一步理论联系实际,进一步训练能力;抓住“三个性”——就是要求学生做毕业设计时具有综合性、独立性和创造性。这里所谓“进一步”,就是把毕业设计和其它教学环节联系起来考虑,有些训练可以在其它教学环节中基本完成,而在毕业设计中强调的则是进一步的提高。所谓“三个性”,就是在综合进行“总装配”的基础上,强调培养独立工作能力和创新精神。
为了达到这个目标,可供选择的毕业设计课题是广泛的。它可以是设计题目,可以是研究设计任务,也可以是本专业在结构、力学、材料、施工方面的科研专题。这里有一个核心问题,就是毕业设计题目要结合实际任务,它应该或者是一项实际生产任务或者是一个有现实意义的课题。学生不仅在毕业设计中能经历一次设计的或小型科研的全过程,而且有为推动四化建设尽自己力量的责任感。有了这一点,学生就会有极大的主动性和极积性去研究解决各种工程实际问题,做一些有创新意义的工作。也就能使学生在毕业设计中更有目的地钻研和运用理论,锻炼基本技能,自觉提高独立工作能力,自始至终地用高标准要求自己,最后达到培养目标要求。
二、抓好毕业设计前各个教学环节(尤其是实践环节),是提高毕此设计水平的重要条件
建筑结构工程专业是设计类型的专业,培养目标测重于结构设计和设计问题的研究。上述毕业设计安排能不能完成培养目标赋予的任务?会不会削弱结构设计方面的训练?这是必须认真考虑的问题。
我们认为,一个结构工程师,除了有宽厚的理论基础外,必须有严S的学风,有熟练的运算、绘图和应用规范手册的技能,有一定的处理构造和施工问题的能力。这三方面是进行结构设计的基本要求。但要成为有作为的工程师,这些要求是不够的。他还要有丰富的想象力,能做出好的设计方案,会处理新的工程问题L.这祥才能使生产不断发展。所有这些学风、技能和能力训练,显然不能只在一个毕业设计环节中加以完成,而是大学五年培养的结果。大学平时教学环节和毕业计,@;一t有整体。所以,适当地对平时教学和毕业设计进行分工,将一些更基本的丨川练放庄F时教学中,尤其在乍时实践环节中加以完成,而毕业设计丨则重对培养综合性的理论联系实际的能力,独立工作能力和创新精神,则是可取的。
例如,学生测量实习时,我们可以要求他们在2~3周内完成一个广区(或地区)的实际测图任务,学生测绘的地形地物图作为该厂的竣工图或在该地区进行基建的依据。
学生肩负了生产任务,就能认真地对待每一个读数,处理每一个数据,绘制每一根线条。这样就能在不长时间内锻炼严谨的学风,为今后培养更好的学风打下基础。
又如我们有意地在一些课程设计和大作业中安排工程技能的训练。譬如在“单层厂房结构设计”中,我们可以要求学生对一个典型厂房进行构件选型、主体结构和构件计算、处理各种构造问题、画出结构布置图、节点大样图、构件模板配筋图、材料表等。
他们的计算和图纸大体应达到生产用结构计算书和结构施工图的水平。这样就使学生在课程设计阶段基本完成过去毕业设计中对结构施工图训练的要求,在毕业设计中就有更多时间去考虑新方案和新专题。在“髙层建筑结构”作业中,我们还可以要求学生进行一个较复杂的结构构件计算,了解一般结构工程的计算方法、步骤以及怎样进行数值校核的方法。那么学生在毕业设计中就能摆脱一些数值运算钏练要求,用计算机进行工程计算:腾出精力去研究更为复杂的问题。
施工实习时,我们选择宝钢工地作为实习现场。那里有宏伟的建设场面,有先进的施工机械,有众多的技术课题,有经验丰富的技术人员指导。我们要求学生在完成实习任务的同时,为工地解决一、两个实际工程问题,写出专题报告,由工地技术人员负责审阅鉴定。例如有的学生为了统一异型钢模板类型,改进了某项设计,可节约数十吨钢材;有些学生对上海地区降水工程的历史和现状进行了调査分析,或者对宝钢工程中的基坑边坡稳定问题进行分析讨论。他们都写出有价值的专题报告,受到好评。在77和78级两届实习中,学生几乎一致认为:“施工实习使我们开阔了眼界,学习了施工知识,受到了一次从未有过的独立工作锻炼,在能力培养上有一个飞跃”。
我们体会学生经过测量实习、课程设计、施工实习等实践环节训练后,在学风、技能和能力上,每次都能迈上一个台阶。如果思想抓紧,措施得力,一步一个脚印地前进,他们的进步将是不小的。这些训练都能为毕业设计打下基础,有些工程技术训练大体得到解决,有些能力培养有了良好开端。在这个前提下,无疑地应该而且可以对毕业设计提出更髙的要求。
三、不同类型毕北设计题目的做法和要求
根据上面的毕业设计要求和我们的具体条件,我们认为毕业设计净时间以16~17周为宜,毕业设计选题以三类为宜,即“设计类”、“设计研究类”和“其它形式研究类”。由于本专业培养目标和学生毕业后岗位都侧重于结构设计和研究工作,所以前两类题目应该多一些;又由于教学计划中对结构课程设计已有一定训练,所以单纯设计的题目也不宜太多,以免过多重复。至于三类题目的比例,要看每届毕业设计前的具体情况而定。
1.设计类题目,指的是学生所参加的实际设计任务,或以实际任务为背景的题目。这类毕业设计大体可分收集资料、方案、计算、绘施工图、总结等个五阶段进行。
在第一、二阶段中,要考虑建筑、结构、施工三方面问题;在绘图阶段学生应参加各设计工种的技术讨论和汇总工作;在总结阶段有人可写专题,有人可做本工程设计的业务总结。参加这类题目的学生一般可由三种人组成:基本技能尚嫌不足的学生,对结构设计有特长的学生以及少数成绩优秀、组织能力较强的学生。
2. 设计研究类题目,指的是学生所参加的某项实际工程设计任务中的研究专题。
也可以是学生在参加某项工程的部分设计后,着重解决一、两个专题。做这种专题时,在设计方面要求学生达到技术设计阶段的要求,有一定份量的计算和绘图工作;在研究方面要求学生有较深入的理论分析,有自己独立的和创新的见解,有一些专题论文。参加这类题目的学生人数应该比另两类题目多。这些学生对一般性的设计技能已有一定的训练,有较好的自学能力,因而在毕业设计中有可能对他们进行进一步提高的训练。
我们认为这类题目可以多一些,原因有四:
①学生在结构设计上至少能做到技术设计阶段,在研究上有自己的专题,能够满足毕业设计的基本要求;
②不受生产任务在时间上和工作量上的限制,生产和教学的矛盾不大,又能为生产和技术改造直接服务;
③题目与教师的科研能结合。目前教师的科研大体有两类:一类是基本理论,一类是工程技术专题。后一类更容易结合。教师指导这类题,花时间不多,收效却不小。
学生又能为教师的科研提供必要的数据,所以教师愿意带;
④与当前土建技术发展方向结合(例如髙层结构的某些专题,结构优化问题,抗震分析等),比较有生命力。
3. 研究类题目,指的是学生所参加的结构设计以外的专题研究,
如结构实验研究、施工专题研究、结构力学专题研究、建筑材料专题研究等。有的可以实验研究为主,有的可以理论研究为主。本科生做专题研究,可以在教师指导下进行,也可以和硕士研究生组成梯队。本科生和硕士研究生进行研究的区别之一是研究生一人一题,而本科生一般都由几个人合作进行。他们在一起做实验,进行理论分析,互相启发和补充,但每人必须有自己的工作5得出自己的见解和结论,写出自己的论文。参加这类题目的学生是少数。他们理论基础和技能训练都比较好,有较强的自学能力,并a在平时表现出对结构实验、施工.力学.材料等方面有较大的兴趣和爱好。
1.指导教师监控机制
学生能否按规定的要求,保质保量地完成毕业论文任务,指导教师起到核心监控作用。教师的知识结构、学术水平、教学经验、工作作风、工作责任心等,都对毕业论文指导效果发挥影响。指导教师应有曾经独立指导或协助指导过毕业论文工作经验,在以往指导毕业论文过程中认真负责、学生反映良好、毕业设计完成较好。生物工程专业属于理工科,除了有良好态度外,还要求指导教师有较高的科研素养。
2.选题监控机制
为了较好地开展毕业论文选题工作,在第七学期教师应该下达关于毕业论文选题的工作。学生可以结合教师的科研选题,学生确定后,指导教师介绍课题的基本要求,并提供一部分资料。学生自行选题,学生根据实际工作或者实习情况,对未来所从事的工作有明确想法,对未来工作有应用价值,可以进行这个方面的研究选择,但指导教师必须严格控制,学生必须写出提纲和内容摘要,明确研究目的方向。生物工程专业毕业生选题来源也无非这几个方向,对于重实验、重数据的专业来说,更是需要在选题的时候把控好方向。
3.开题监控机制
开题环节是做好毕业论文工作重要部分,督促学生完成好开题报告能够控制意外的发生。课题内容是否适合学生的能力,能够在规定时间完成,选题是否存在过大或者过窄,是否需要更换题目,通过审查开题报告内容发现研究路径和方法是否合理。论文结构是否恰当。这个环节做充足,能够减少重大失误,提醒学生在研究课题过程中应注意的问题和环节,对研究困难有一定预见性。生物工程的毕业生更是应该在这个环节做充分准备。
二、生物工程专业论文中期质量监控
重点监控毕业生参加毕业论文的态度、自觉性,时间与精力是否有保证等。由指导教师组织、安排,要求毕业学生汇报课题进展情况,回答指导教师提出的问题,对毕业论文中存在态度问题的学生及时进行批评、警告,及时指明努力方向,采取补救措施。任何专业都需要强调毕业生个体的努力,对于毕业生的学习风气应该常抓不懈。
三、毕业论文后期质量监控阶段
1.论文答辩前监控
院系检查学生是否按毕业论文要求完成所有工作,对学生成果验收和答辩资格审查,确定学生答辩资格。毕业论文成绩一般采用五级计分制:优秀、良好、中等、及格、不及格。指导教师、评阅教师对学生的论文进行评定。指导教师主要关注选题意义、材料选择及组织能力、结构框架、基础理论的运用及分析能力、论文的学术水平等;评阅教师主要关注选题意义、论文难度、结构、资料使用、论述、运用能力等方面,只有指导教师和评阅教师给出的成绩达到及格,才能进行答辩。
2.论文答辩过程监控机制