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关键词:卓越工程师;土木工程;毕业设计
“卓越工程师教育培养计划”拟用10年(2010-2020)时间培养百余万高质量各类型工程技术人才,为我国走新型工业化道路和建设创新型国家提供人才支撑和智力保证。“卓越计划”为高等工程教育改革指明了方向,也是我国当前经济社会发展的需求。它定位了工程教育的培养目标-具有创新能力、实践能力和国际竞争力的综合人才,以适应和支撑产业发展。土木工程专业实践性强、工程性质明显,在当前的土木工程专业教育教学中,高校一般都会安排很长一段时间作为实践教学环节的总结阶段,让学生有足够的时间进行毕业设计。这个阶段可以充分培养学生的动手能力,实践创新能力和科学探索精神,也是培养卓越工程师的重要手段。
一现阶段本科毕业设计存在的问题
目前,对毕业设计的认识、毕业设计安排、选题和指导等方面存在诸多问题:其一,部分高校、学生缺乏对毕业设计这一教学环节对培养学生实践能力和创新能力培养的关键性,由于毕业设计和学生找工作或考研复试时间相冲突,所以大都对毕业设计流于应付的态度,指导教师对此也是听之任之,忽略对学生毕业设计过程的监管。其二,毕业设计选题过于单一化,常常是多人一题,并且,设计选题往往还与工程实践脱节。其三,部分指导老师缺乏土木工程设计和组织管理的实践经验,对学生的毕业设计的指导仅凭个人理解,在指导毕业设计过程中,难免片面甚至脱离实际工程设计要求。
二本科毕业设计改革目标及关键问题
土木工程毕业设计的目标是把本科生培养成适应和支撑产业发展、具有创新能力、实践能力和国际竞争力的卓越人才。这里需要解决的首要问题是把毕业设计从原有的制式的、程序化的教学环节,变成作为一种培养手段融入日常教学中,同时提高指导教师的实践水平并制定和执行工程教师的职务聘任、考核等相关制度。
三本科毕业设计改革内容及措施
(一)完善设计类课程体系
全面梳理土木工程专业本科生培养过程中的设计类课程,涉及到的课程有房屋建筑学、混凝土结构原理、房屋混凝土结构、钢结构、建筑结构概念设计、建筑工程施工、建筑结构抗震设计以及土木工程计算机辅助设计等课程,在相应课程结束后安排的课程设计有:多、高层住宅设计、现浇混凝土楼盖设计、单层工业厂房设计、施工组织设计等,进一步细化各个课程设计的任务和目标,并结合当前土木工程学科发展以及工程应用对工程师素质与技能的要求,对各类课程设计实践课程重新制定教学大纲。
(二)毕业设计的总体安排
在毕业设计的总体安排上,改变以往的整体化--全部学生都在第八学期进行毕业设计。从土木工程专业2013级学生开始,根据学生学习程度,对学习优异的学生,在大三开始布置毕业设计任务。这些学习程度优异的学生经过两年基础课的学习,这个时候布置毕业设计任务,有利于他们对学习专业基础课、专业课做到有的放矢,也激发了他们的学习兴趣和主动性。同时,他们对相对学习差的学生起到了示范带头作用。
(三)搭建实践平台,积极探索校企联合培养模式
“卓越计划”其最突出的一个特点,是企业深度参与人才培养的全过程,通过开展产学研合作的方式,不断扩大校外实习基地规模,为学生构建良好的工程实践教学环境。学校在加强现有基地建设的基础之上,根据行业对专业人才的需求,充分利用我校的优势资源,与施工单位,工程设计院等优秀企业建立联合培养模式,采用双导师制度,对于每个用人单位,乃至每个工程项目,都配备经验丰富的导师、辅助教师以及现场技术指导员。建立健全学生企业学习期间的医疗保险等保障措施。同时,加强校内实验室建设,以保证本科基础实验教学,同时建设校内实践教学示范区,以完成学生对实际工程的实践操作和训练,而且对复杂工程,学校已建立虚拟仿真实验教学中心,开发各种虚拟仿真项目,再现生产过程。
(四)毕业设计选题
毕业设计题目根据专业方向设置,按照毕业设计大纲要求并尽量结合实际工程进行选题,实际设计题目可以来源于学生的工程实践,也可以从设计单位实际项目中选题,由指导老师把握题目的难易度以及设计工作量,并由指导老师编写详尽的毕业设计任务书。毕业设计尽量一人一题,不同年份题目做到无重复。同时,本着自愿原则,选择少数学生参与教师科研项目,撰写毕业论文。指导教师确定的选题,经学院审查后,向学生公布。学生根据公布的选题,选择指导教师。最终根据双向选择的方法,确定毕业设计题目和指导教师。
(五)提高指导教师的实践水平
指导学生毕业设计,需要指导老师具有扎实的理论知识的同时,还需要具有较强的实践技能。一方面,结合学校工科教师评聘和考核制度改革,在教师聘任、考核、评价制度方面向具有工程实践经历的教师倾斜,并建立专职教师到企业工作或轮训制度、青年骨干教师出国到跨国公司研修制度,以使学院教师不断更新工程知识、掌握新的实践技能、丰富工程实践经验。另一方面,聘请企业从业人员参与制定土木工程专业培养目标和人才培养方案,聘请有工程背景的优秀人才做本专业兼职教师,以作为“卓越计划”培养人才的师资补充。
(六)实行每位学生毕业设计公开答辩制度
本科毕业设计公开答辩的做法类似研究生学位论文答辩,答辩评委小组由5位系内中级以上职称的老师,以及1位校外专家组成。并采取回避制度,答辩评委的学生不得参加本组答辩。每位学生答辩时间15分钟,其中设计成果汇报10分钟,回答评委问题5分钟。6位评委各自独立评分,小组的平均分作为学生的考核成绩。四结论在当前“一带一路”发展战略及“卓越工程师”培养模式下,现代化建设与经济发展需要大量的土木工程技术与管理人才,优秀的土木工程人才的培养仅靠课堂理论教学还远远不够,它需要各个高校紧紧把握“卓越计划”的主旨和要义,改善本科学生的实践教学,以提高学生综合应用和解决实践问题的能力为目标,以本科毕业设计的改革为抓手,为行业和社会发展培养高素质的、具有创新精神的高级应用型土木工程专业人才。
作者:贺东青 岳建伟 单位:河南大学
参考文献:
说起自己的研究方向,吴兆旗兴致勃勃,侃侃而谈。他主要从事钢结构、钢混凝土组合结构、建筑结构抗震性能评估与加固、结构健康检测与信息处理等方面的研究,还讲授钢结构设计原理、建筑钢结构设计、钢结构课程设计、高等钢结构设计原理、高等组合结构原理等研究生与本科课程。
播种汗水,收获金黄
2008年,吴兆旗从哈尔滨工业大学结构工程专业获得工学博士学位,结束了他的学生生涯。二十几年的求学路,从表面看来吴兆旗一路走得很顺畅,但背后他也付出了很多艰辛的努力。又经过在福州大学土木工程学院的几年努力,如今的他更加成熟了。老天不负有心人,社会认可了他的努力,他也收获了无数的荣誉。目前他主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金和福建省自然科学基金等科研课题6项;作为主要成员参与十二五国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目、教育部博士点科学基金项目、福建省杰出青年科学基金和住房与城乡建设部项目共6项;获得福建省科技进步二等奖1项、国家专利3项授权,发表相关学术论文40余篇,其中SCI、EI、ISTP检索20余篇,编著1部,参编教材1部。
谈到当前研究的重大的科研项目,吴兆旗略显激动,但语气很坚定。钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基费用省、占用面积小、工业化程度高、外形美观等一系列优点,与混凝土结构相比它是环保型的和可再次利用的,也是易于产业化的结构。随着近年来我国钢材产量逐年攀升,钢结构产业由长期以来实行的“节约钢材”已转变为“合理用钢,鼓励用钢”的积极的政策,尤其鼓励钢结构在建筑工程中的应用。然而,建筑用钢结构占我国钢结构产量的不足5%,而发达国家建筑用钢材占钢材总量的10%以上,美国日本等国家更达到30%左右。可以看出,我国建筑用钢材用量严重偏低,且绝对量相差非常大,我国钢结构发展具有较大的空间和潜力。多高层钢结构框架中,典型的梁柱连接是梁翼缘与柱对接焊、腹板与柱子利用高强螺栓连接。过去一直认为该节点具有良好的抗震性能,然而,在1994年的北岭(Northridge)地震和1995年的阪神(HyogokenNanbu)地震中,采用这种节点的数百栋钢结构建筑虽然没有倒塌,却有很多在节点部位出现了严重的脆性破坏。典型的破坏方式是梁下翼缘与柱子之间的全熔透焊缝出现裂纹,然后裂纹根据连接细节的不同沿着不同路径发展。
此后,众多的研究者在对传统梁柱节点破坏原因和破坏机理研究的同时,基于抗震要求提出抗震性能更加优良的梁柱节点形式。新提出的这些抗震性能优良的梁柱节点多是“强节点,弱构件”抗震思想的深化。尽管这些改进的梁柱节点在试验室中表现出优越的抗震性能,但是由于其抗震设计思想是基于框架主要构件框架梁提供塑性变形,应用这些节点的实际工程若受到破坏,修复相对困难。针对传统钢结构梁柱连接节点地震中容易发生脆性破坏,改进梁柱连接节点震后不易修复等问题,基于被动控制思想,吴兆旗在传统梁柱T形件连接的基础上提出一种新型节点构造,其特点是把传统T形件连接节点与梁下翼缘相连的T形件作为耗能元件,提供节点转动所需塑性变形;使梁上翼缘作为转动中心不发生较大的位移从而保护其不发生破坏;在T形件翼缘与柱翼缘之间设置垫板,使T形件翼缘能够向正反两个方向发生弯矩屈服从而增大其耗能能力。耗能T形件处于梁翼缘下部,破坏后易于更换;梁下翼缘通过T形件直接与柱子相连,没有增加梁的高度,对梁的整体稳定有利。
该项目针对所提出的新型梁柱连接节点,研究T形件形状优化、节点转动刚度、承载能力、延性、滞回性能、耗能能力、破坏模式等,建立便于工程应用的设计方法和节点滞回模型。此项目实施将能改善钢结构梁柱连接节点在地震中易出现脆性破坏和破坏后修复困难的现状,对钢结构在地震区的推广、应用具有重要的理论意义与实用价值。
执着探索,造福社会
自从博士毕业后,吴兆旗就开始了在福州大学的教学生涯。这三年半来,他一直在努力,努力教学,努力做科研。“做建筑结构抗震性能研究,我不能算是专家,只是为社会贡献一点自己微薄的力量吧”,吴兆旗谦虚地说。他认为,既然国家培养了他,他就要尽自己的最大能力去回报国家,造福社会。他是这样说的,也是这样做的,从他的研究中就可见一斑。
我国现实状况是人多地少、土地紧缺,人均耕地占有面积不足世界平均水平的1/3,致使城市建设用地稀缺。据此,国家“十一五”科技支撑计划支持节能省地型建筑的研发工作,大力发展高层和超高层建筑,提高建筑的容积率,以缓解用地紧缺和建筑面积需求不断增长的矛盾。随着建筑高度的不断增加和使用功能的日趋复杂,单一的结构形式已不能完全满足建设要求。钢-混凝土混合结构兼有钢结构施工速度快和混凝土结构刚度大、成本低等优点,被认为是一种与我国国情相符合的高层建筑结构形式,被大量用于我国的高层建筑特别是超高层建筑结构中。钢-混凝土混合结构中,楼面梁与钢筋混凝土筒体及框架柱的连接通常采用刚性连接或者铰接。刚性连接要求钢梁插入混凝土墙内的长度不小于2m,以便将梁的固端反力比较均匀的传递至墙身,同时由于梁需要跨越的距离较大,为满足受力要求需要较高的梁截面,不但占用使用空间的高度,还会使“强柱弱梁”的设计理念实现非常困难。铰接连接要求相对宽松,但梁需要跨越的距离较大时,除了要满足受力要求需要相对较大的梁高外,梁跨中挠度也常常难以满足要求;另外,楼面梁与钢筋混凝土筒体及框架柱之间采用铰接的结构整体性稍差。
基于以上原因,一些学者建议楼面梁与钢筋混凝土筒体及框架柱之间采用半刚性连接的方式。由于半刚性连接具有良好结构性能和显著的经济效益,在过去的四十年中,钢结构连接的性能以及其对结构杆件和框架性能的影响已经成为一个具有非常吸引力的研究领域。特别是过去的30年中,国内外很多学者在这一研究领域开展了大量细致的工作。但研究大都集中在纯钢结构梁柱之间的连接,目前最为常用的楼盖结构是在梁上铺设压型钢板,其上浇注混凝土而成的组合梁楼盖,试验结果表明考虑楼板组合作用后节点的强度和承载力会有明显提高。随着理论和试验研究的不断深入,使得半刚性连接组合节点在工程实践中的应用成为可能。吴兆旗的研究对象主要是目前应用较多、施工方便的平端板连接组合节点,通过对该类组合节点在弯矩和拉力共同作用下的受力机理分析和对具有不同参数的连接节点的受力全过程进行研究,他提出了其在弯矩和拉力共同作用下的设计方法。此项研究工作的开展,不仅可以深入了解半刚性连接组合节点的工作性能,其研究成果可以为半刚性组合连接节点规范的制定提供理论基础和试验数据,也可以为半刚性组合节点在实际工程中的应用提供设计方法,有助于推动半刚性连接的钢-混凝土混合结构的研究和应用。