结构软件设计课程

结构软件设计课程（精选十篇）

结构软件设计课程 篇1

结构设计能力是土木工程专业学生的一项基本和主要的培养目标。学生在前期的理论学习阶段,一般会由浅入深的学习相关课程如工程制图、建筑力学、土力学与地基基础、混凝土结构设计原理、高层建筑结构设计等,在这些课程的基础上,学生系统学习建筑结构设计的方法和工具。

结构设计能力在学生身上有两种体现方式,一种是手算能力,另一种则是辅助设计能力。手算能力是学生所学理论知识的具体应用和集中体现,但目前靠手算已经不能跟上时代对建筑结构设计人员的要求[1],计算机辅助设计则把设计人员从繁重的手算、手绘等工作中解放出来,且所得到的计算结果较可靠、所绘的图纸质量高,与之相适应,为了培养学生结构辅助设计能力,让学生缩短工作适应期,更好的走向设计工作岗位,台州学院建筑工程学院已经将结构辅助设计软件PKPM作为土木工程专业的一门必修的专业课。PKPM软件课程是近年才出现的新开课程[2],台州学院建筑工程学院在对该课程深入实践的基础上,对该门课实行“四阶段”教学模式,四阶段即课堂教学阶段、PKPM辅助设计竞赛阶段、毕业实习阶段和毕业设计阶段,使学生在学习该课程后,不致因中断学习而生疏,反而会在不断的实践和使用中得到提高,直至毕业走向工作岗位。

1 课堂教学阶段

PKPM软件课程强调与实际工程联系紧密,需要学生具备较强的操作能力和分析能力,用传统的多媒体结合教材的教学方式已经较难满足教学要求,因而我们决定在课堂教学阶段采用交互式和实例式教学,并通过上机进行课程考核,调动学生的主动性和积极性,让学生通过与教师互动并亲手操作来学习工程设计知识。

1.1 交互式教学

传统的多媒体教学方法,一般是先在多媒体教室中,通过教师的操作演示,让学生观看,最后再让学生去机房自己操作练习。这样教学的缺点是,就本门课而言,多媒体的显示效果仍不够理想,学生听课很累,而等到学生上机时,会发现很多内容已遗忘,影响学生的动手操作能力,导致教学效率很低。

为避免传统多媒体教学的缺点,我们采用了交互式教学方法,将PKPM软件设计的教学地点改为网络教室,教学过程强调老师与学生的互动,从而将课堂讲授与学生上机结合起来。

上课时,教师和学生人手一机。教师在操作时,能通过网络教室管理软件控制全体学生的微机,将教师操作的屏幕界面在学生机上完全显示出来,学生对操作方法的感受很真实,教师在操作时的所有细微的过程和技巧,学生都能够随时掌握。教师讲课时放慢速度,做到详略得当,重点突出,时间一般不超过一节课,否则容易导致学生疲劳和对讲课内容的遗忘。在演示讲解完成后可以立即让学生开始练习,使学生有足够的时间和机会熟练掌握操作技能。通过这种方式的教学,学生普遍反映效果良好,能够迅速掌握教师所讲授的内容。

1.2 实例式教学

PKPM软件课程强调操作能力,而且版本升级周期短,故我们在讲课时一般注意引导学生不依赖于手头的教材,而是通过教师通过深入设计单位,找到大量与所需理论知识的结合的、适合用于教学的工程实例,这些实例大多是本学校校舍的设计资料或当地的其他实际工程设计资料,以利于学生在操作之前有较好的感性认识,操作中得心应手;考虑到不同地区风荷载和地震荷载的不同,我们会选择相关典型地区的工程实例作为补充,来丰富我们的实例库。

在该课程讲授过程中,教师选定一个典型的工程实例,先结合工程背景让学生总体掌握该工程的特点和注意事项,再采用交互式教学方式,从建立模型开始直至讲完它的各个设计全过程,注意让学生重点关注设计过程中各个概念和各个命令,并与所学的专业知识结合起来以加深印象。学生上机进行操作练习时,教师引导学生在提高的软件使用能力的同时,学会对计算结果文件进行对比分析,总结得失,并善于改进,最终练就解决工程实际问题的创新能力。

1.3 课程考核

大学课程传统考核方式是笔试,但笔试时学生对课本依赖性比较强。对本课程而言,由于PKPM软件版本升级很快,课本上的内容与实际用的版本和所讲内容往往都有一定脱节;同时,由于PKPM软件课程的实践性和操作性很强,笔试考试的成绩并不能如实反映学生的学习情况和操作的准确性。

为了突出和加强学生实际操作能力,我们将课程考核改为上机考试,学生在复习时更注重去网络教室去上机实践,会主动钻研结构设计理论和辅助设计操作流程、技巧,刻苦练习以提高使用PKPM进行辅助设计的能力。上机考试时,试题中的拟建建筑不须太复杂,以规则结构为主,以便学生在考试的规定时间内能顺利完成整个结构的建模和计算,而成绩差别主要体现在对具体细节如参数、尺寸和材料等的掌握和处理上,从而使期末考核既能反映学生学习水平,又能帮助他们查缺补漏,操作能力和知识水平更上一个台阶。

经过课堂教学阶段的学习和训练,使学生能综合掌握以前学习的专业知识,能将其应用于PKPM辅助设计中,并逐步熟悉PKPM软件的操作和计算流程,为后续学习和工作打下良好的基础,这也是我们本阶段对学生的主要培养目标。

2 PKPM辅助设计竞赛阶段

为了加强实践教学环节,使课程教学与技能竞赛结合起来,提高学生使用PKPM软件进行结构设计的能力,台州学院建筑工程学院每年举行一届PKPM辅助设计竞赛,参赛对象为建筑工程学院在校学生,学生均以个人为单位参加比赛。竞赛在网络教室进行,参赛选手每人一个机位。比赛内容为用PKPM系列软件进行一个相对复杂的建筑结构模型的输入和计算,时间一般为120分钟,总分值为100分。

参赛选手的竞赛成绩由评分裁判员根据评分统一标准统一阅卷、评分与计分。评分项目包括:所建模型与考题中建筑施工图的平面布置吻合程度、平面尺寸准确度、所用构件尺寸的合理性、参数设置、所出结构施工图符合结构专业相关规范的程度,最后还要结合AutoCAD软件的使用考虑学生所做出的施工图的美观性等。

竞赛成绩优良的学生,建筑工程学院会给予相应的奖励和表扬。学生对这种创新性的、竞争性的活动积极性都比较高,因而比赛较好的达到了提高学生软件应用能力的目的。

3 校外实习阶段

台州学院建筑工程学院对土木工程专业学生采用校、企联办的“三明治”人才培养模式。所谓“三明治”人才培养模式,即“3+0.5+0.5”培养模式:3学年的课内集中理论和实践教学(1~6学期)+0.5学年的工程实习(第7学期在企业顶岗实习)+0.5学年的校内集中毕业设计(第8学期)。

在顶岗实习时,学生一般可以选择设计性单位进行实习,或由本校教师为学生指定PKPM软件结构设计题目。与课堂教学和辅助设计竞赛不同,顶岗实习时学生可以通过现场参与实际工程设计,让学生在学校学习的基础上快速提高,真刀真枪地练习用PKPM软件进行实际工程设计计算及绘图的方法。

通过毕业顶岗实习,学生在辅助设计方面视野进一步扩大,操作更加符合规范,也会更深入的研究结构设计时各个构件的布置及参数、荷载的取值,并会在出结构施工图前进行认真的优化设计,从而增强工作实践能力,实现毕业后的零距离就业。

台州学院建筑工程学院建筑工程学院在这方面的教学效果已经初步显现,有些学生在实习过程中,由于表现良好,且PKPM软件应用能力及相关知识增长很快,已经得到了实习单位的认可,并且实习单位愿意与学生签订用工协议,及早解决了学生和企业的后顾之忧。

4 毕业设计阶段

土木工程专业学生的毕业设计在以前是全部由学生手算并手工绘图的。台州学院建筑工程学院引入PKPM软件进行辅助验证后,在学生做毕业设计时,电算和手算放到了同等重要的地位,因为学生毕业参加工作后,大部分结构设计是借助PKPM设计软件来计算的。经过前期的学习和课程设计,学生已经能用PKPM软进行整个建筑物的结构电算和施工图绘制了,因此在做毕业设计时,学生先手算完成结构中有代表性的一榀框架及其基础的设计,再用PKPM软件对自己所设计的整个建筑结构进行整体计算。计算结束后,学生应对计算结果和软件计算结果进行对比,找出差别,并总结计算结果偏大偏小的原因,及其是否在允许范围内,最后做出差别分析报告;如果差别过大,表明学生的手算或软件计算中存在问题,需要进行重新计算。

毕业设计是对前期理论知识和计算机辅助设计知识的综合应用和全面演练,通过毕业设计手算和电算的相互校核分析,促进学生结构设计中的分析问题和解决问题的能力,并且还能培养学生对土木工程相关规范的理解与应用能力,为学生成为合格的土建工程师奠定扎实的基础。

5 结论

PKPM结构设计软件教学是一门新兴的课程,该课程能大大调动学生自主学习的积极性,使学生熟练掌握软件操作,提高学习效率,使学生以前学过的专业基础知识及专业知识得到综合应用,并使学生具有判断结构计算结果正确与否及绘制结构施工图的创新能力。

我们在教学过程中,通过课堂教学阶段、PKPM辅助设计竞赛阶段、毕业实习阶段和毕业设计阶段四个阶段,使学生的结构设计能力在反复不断的实践和使用中得到提高,直至毕业走向工作岗位。我们将不断总结经验教训,持续提高该门课程的教学质量,更好的为学生就业、为企业发展服务。

摘要：PKPM软件课程教学以培养学生结构设计能力为目标,在教学过程中尝试采用“四阶段”教学模式,并在实践中不断改进方法以提高教学质量,培养学生的PKPM软件应用能力和创新能力。

关键词：PKPM软件课程,结构设计能力,四阶段

参考文献

[1]李永梅,等.结构电算在土木工程专业课程设计教学中的应用[J].高等建筑教育,2009(5):112-115.

结构软件设计课程 篇2

一、选题

选题原则是数据结构算法实现及在具体问题中的应用。可选择下列与实际应用紧密结合的较综合性的题目，也可自选（自选题必须通过任课教师认可）。要求通过课程设计的实践，在数据结构的表示、数据结构的选择及应用、算法设计与实现等方面加深对数据结构课程基本内容的理解和综合运用能力的提高。对下列题目每个同学的课设任务按下式确定：

每个同学完成两个题目，其中题1（哈夫曼树应用）每个同学必做，其它任选一题。

1.哈夫曼树应用

功能：

(1)从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树并将它存于文件hfmTree中.将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（比如树）显示在终端上；

(2)利用已经建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件htmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中，并输出结果，将文件CodeFile以紧凑格式先是在终端上，每行50个代码。同时将此字符形式的编码文件写入文件CodePrint中。

(3)利用已建好的哈夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中，并输出结果。分步实施：

1）初步完成总体设计，搭好框架，确定人机对话的界面，确定函数个数；

2）完成最低要求：完成功能1；

3）进一步要求：完成功能2和3。有兴趣的同学可以自己扩充系统功能。

要求：1）界面友好，函数功能要划分好

2）总体设计应画一流程图

3）程序要加必要的注释

4）要提供程序测试方案

5）程序一定要经得起测试，宁可功能少一些，也要能运行起来，不能运行的程序是没有价值的。

2.运动会分数统计

任务：参加运动会有n个学校，学校编号为1……n。比赛分成m个男子项目，和w个女子项目。项目编号为男子1……m，女子m+1……m+w。不同的项目取前五名或前三名积分；取前五名的积分分别为：7、5、3、2、1，前三名的积分分别为：5、3、2；哪些取前五名或前三名由学生自己设定。（m<=20,n<=20）功能要求：

1)可以输入各个项目的前三名或前五名的成绩；

2)能统计各学校总分，3)可以按学校编号或名称、学校总分、男女团体总分排序输出；

4)可以按学校编号查询学校某个项目的情况；可以按项目编号查询取得前三或前五名的学校。

5)数据存入文件并能随时查询

6)规定：输入数据形式和范围：可以输入学校的名称，运动项目的名称

输出形式：有合理的提示，各学校分数为整形

界面要求：有合理的提示，每个功能可以设立菜单，根据提示，可以完成相关的功能要求。

存储结构：学生自己根据系统功能要求自己设计，但是要求运动会的相关数据要存储在数据文件中。（数据文件的数据读写方法等相关内容在c语言程序设计的书上，请自学解决）请在最后的上交资料中指

明你用到的存储结构；

测试数据：要求使用

1、全部合法数据；

2、整体非法数据；

3、局部非法数据。进行程序测试，以保证程序的稳定。测试数据及测试结果请在上交的资料中写明；

3.飞机订票系统

任务：通过此系统可以实现如下功能：

录入：

可以录入航班情况（数据可以存储在一个数据文件中，数据结构、具体数据自定）

查询：

可以查询某个航线的情况（如，输入航班号，查询起降时间，起飞抵达城市，航班票价，票价折扣，确定航班是否满仓）；

可以输入起飞抵达城市，查询飞机航班情况；

订票：（订票情况可以存在一个数据文件中，结构自己设定）

可以订票，如果该航班已经无票，可以提供相关可选择航班；

退票： 可退票，退票后修改相关数据文件；

客户资料有姓名，证件号，订票数量及航班情况，订单要有编号。

修改航班信息：

当航班信息改变可以修改航班数据文件

要求：

根据以上功能说明，设计航班信息，订票信息的存储结构，设计程序完成功能；

4.宿舍管理查询软件

1)任务：为宿舍管理人员编写一个宿舍管理查询软件, 程序设计要求：

A.采用交互工作方式

B.建立数据文件，数据文件按关键字（姓名、学号、房号）进行排序(冒泡、选择、插入排序等任选一种)

2)查询菜单:(用二分查找实现以下操作)

A.按姓名查询

B.按学号查询

C.按房号查询

3)打印任一查询结果（可以连续操作）

5.校园导航问题

设计要求：设计你的学校的平面图，至少包括10个以上的场所，每两个场所间可以有不同的路，且路长也可能不同，找出从任意场所到达另一场所的最佳路径（最短路径）。

6.教学计划编制问题

设计要求：针对计算机系本科课程，根据课程之间的依赖关系（如离散数学应在数据结构之前开设）制定课程安排计划，并满足各学期课程数目大致相同。

7.图书借阅管理系统

主要分为两大功能：

1)图书管理(增加图书、查询图书、删除图书、图书借阅、还书)；

2)会员管理(增加会员、查询会员、删除会员、借书信息)；

8.学生成绩管理

实现功能：输入、输出、插入、删除、查找、追加、读入、显示、保存、拷贝、排序、索引、分类合计、退出。

9.散列表的设计与实现

【问题描述】

设计散列表实现电话号码查找系统。

【基本要求】

1)设每个记录有下列数据项：电话号码、用户名、地址；

2)从键盘输入各记录，分别以电话号码和用户名为关键字建立散列表；

3)采用一定的方法解决冲突；

4)查找并显示给定电话号码的记录；

5)查找并显示给定用户名的记录。

【进一步完成内容】

1)系统功能的完善；

2)设计不同的散列函数，比较冲突率；

3)在散列函数确定的前提下，尝试各种不同类型处理冲突的方法，考察平均查找长度的变化。

10.简易文本编辑器

要求：

1)具有图形菜单界面；

2)查找，替换（等长，不等长），插入（插串，文本块的插入）、块移动（行块，列块移动），删除

3)可正确存盘、取盘；

4)正确显示总行数。

11.二叉树的中序、前序、后序的递归、非递归遍历算法，层次序的非递归遍历算法的实现，应包含建树的实现。

要求：遍历的内容应是千姿百态的。

树与二叉树的转换的实现。以及树的前序、后序的递归、非递归遍历算法，层次序的非递归遍历算法的实现，应包含建树的实现。

要求：遍历的内容应是千姿百态的。

12.排序综合利用随机函数产生N个随机整数（20000以上），对这些数进行多种方法进行排序。

要求：

1)至少采用三种方法实现上述问题求解（提示，可采用的方法有插入排序、希尔排序、起泡排序、快速排序、选择排序、堆排序、归并排序）。并把排序后的结果保存在不同的文件中。

2)统计每一种排序方法的性能（以上机运行程序所花费的时间为准进行对比），找出其中两种较快的方法。

3)如果采用4种或4种以上的方法者，可适当加分。

13.学生成绩管理系统

现有学生成绩信息文件1（1.txt），内容如下

姓名学号语文数学英语

张明明01677882

李成友02789188

张辉灿03688256

王露04564577

陈东明05673847

….......…

学生成绩信息文件2（2.txt）,内容如下:

姓名学号语文数学英语

陈果31576882

李华明32889068

张明东33484256

李明国34504587

陈道亮35475877

….......…

试编写一管理系统,要求如下:

1)实现对两个文件数据进行合并,生成新文件3.txt

2)抽取出三科成绩中有补考的学生并保存在一个新文件4.txt

3)合并后的文件3.txt中的数据按总分降序排序(至少采用两种排序方法实现)

4)输入一个学生姓名后,能查找到此学生的信息并输出结果(至少采用两种查找方法实现)

5)要求使用结构体,链或数组等实现上述要求.6)采用多种方法且算法正确者,可适当加分.14.图的遍历的实现

要求：

1)先任意创建一个图；

2)图的DFS,BFS的递归和非递归算法的实现

3)要求用有向图和无向图分别实现

4)要求用邻接矩阵、邻接表多种结构存储实现

15.树的应用

要求：实现树与二叉树的转换的实现。以及树的前序、后序的递归、非递归算法，层次序的非递归算法的实现，应包含建树的实现。

16.文本文件单词的检索与计数

设计要求与分析：

要求编程建立一个文本文件，每个单词不包含空格且不跨行，单词由字符序列构成且区分大小写；统计给定单词在文本文件中出现的总次数；检索输出某个单词出现在文本中的行号、在该行中出现的次数以及位置。该设计要求可分为三个部分实现：其一，建立文本文件，文件名由用户用键盘输入；其二，给定单词的计数，输入一个不含空格的单词，统计输出该单词在文本中的出现次数；其三，检索给定单词，输入一个单词，检索并输出该单词所在的行号、该行中出现的次数以及在该行中的相应位置。

（1）.建立文本文件

（2）给定单词的计数

（3）检索单词出现在文本文件中的行号、次数及其位置

（4）主控菜单程序的结构

① 头文件包含

② 菜单选项包含建立文件、单词定位、单词计数、退出程序

③ 选择1-4执行相应的操作，其他字符为非法。

17.任意长的整数加法

问题描述：设计一个程序实现两个任意长的整数的求和运算。

基本要求：利用双向循环链表，设计一个实现任意长的整数进行加法运算的演示程序。要求输入和输出每四位一组，组间用逗号隔开。如：1，0000，0000，0000，0000。

18.串的查找和替换

问题描述：打开一篇英文文章，在该文章中找出所有给定的单词，然后对所有给定的单词替换为另外一个单词，再存盘。

19.客户消费积分管理系统

问题描述：针对客户的消费情况，进行客户管理，根据客户的消费积分对客户实行不同程度的打折优惠。基本要求：

1.采用一定的存储结构进行客户信息的存储；

2.对客户的信息可以进行修改、删除、添加；

3.能够根据消费情况进行客户积分的计算；

4.根据积分情况实行不同程度的打折优惠；

20.产品进销存管理系统

问题描述：针对某一种行业的库房的产品进销存情况进行管理。

基本要求：

1.采用一定的存储结构对库房的货品及其数量进行分类管理；

2.可以进行产品类的添加、产品的添加、产品数量的添加；

3.能够查询库房每种产品的总量、进货日期、销出数量、销售时间等；

二、课程设计的基本要求

 每人必须独立规定的任务。

 课余时间完成源程序和课程设计报告等文档书写工作，上机时间只能做调试工作。

 上机时带上源程序、数据结构教材、C语言教材或C++教材。

最后一天收集课程设计报告等文档资料，并进行面试。发现课程设计基本雷同，一律不及格。学生应提交的资料：

 纸质的课程设计报告1份；

课程设计心得1份纸质文档（1～2页）；

源程序（电子文档）

将源程序、课程设计报告、课程设计心得的电子文档按规定的文件名称和格式放在自己学号所建的文件夹下，并拷贝到指导教师指定的文件夹中。

三、课程设计成绩的评定

通过程序实现、总结报告和学习态度进行综合考评，并结合学生的动手能力、独立分析解决问题的能力和创新精神。成绩分优、良、中、及格和不及格五等。考核标准包括：

 答辩情况：把握问题、分析问题以及解决问题等诸多方面的表达能力。（20%）

 程序实现的正确性，包括程序整体结构是否合理、编程风格是否规范等。（30%）

学生的工作态度、独立工作能力。（30%）

 课程设计报告（含课程设计心得）。

结构软件设计课程 篇3

关键词建筑结构设计;结构软件有限元分析ETABS剪力墙单元

中图分类号TP3文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)041-0139-01

本文基于对软件的应用体会,提出一些观点与广大工程师进行讨论。内容涉及基本的有限元分析技术和相关软件的技术要点讨论。

1剪力墙的单元形式

在高层结构分析和设计中,剪力墙所使用的单元形式以及计算结果的精度是个关键问题,也是我们最为关注的问题,可以说这一技术要点的不断进步也伴随着结构软件的不断更新及发展。

在国内最早的剪力墙单元模型是基于薄壁柱理论,它们也应用于早期TBSA和TAT等国内较早的结构分析软件中,目前这些程序仍然在结构分析设计工程实践中使用,因此,现在工程师一般不使用此类程序计算带有剪力墙的结构。另一种处理方法为墙板元体系,墙板元单元模型主要是由(核心墙板元,边柱和平面刚性梁)几种不同特性的单元,共同组成的剪力墙单元模型,它能够同时考虑平面内和平面外刚度,其未知量较少,计算的精度比较高。目前清华大学建筑设计研究院编写的TUS通过增加内部节点的方式形成了一种改进型墙板元,并且在目前的程序版本中使用。

另外一种处理方法是以中国建筑科学研究院PKPM工程部SATWE程序为代表的墙元模型,它是基于子结构基本思想和静力凝聚原理所形成的剪力墙单元模型,能够较好地模拟剪力墙的受力状态。与墙板元相比,对于洞口的大小和位置处理也比较灵活,因为凝聚了自由度,计算速度提高很多。但是墙元模型内部进行了程序默认的单元简化处理,因此必须有特定的内力输出和输入端口,在某些情况下存在单元精度不足的缺陷,且剪力墙开边洞等一些情况处理得不够准确。

从剪力墙本身的几何特征和受力特性分析,与壳元最接近,壳元既具有平面内刚度,又具有平面外刚度,并可以进行任意的剖分,这些都是作为剪力墙模型有利的特性,也是合理的模型形式。但是用壳元模拟剪力墙用于实际工程的结构设计存在一定的困难—基于精确细分模型得到准确分析结果的基础上,设计的进行和设计结果的输出,也就是后处理问题。因为如果使用壳元来模拟剪力墙,为了得到较好的分析精度,必须对其进行剖分,而不同的工程师及不同的工程类型的精度需求可能需要不同的剖分细度。分析完成之后,如果程序输出的是剪力墙每个单元的内力结果和配筋结果是很复杂的,也不可能在实际工程中使用。另外的问题是因为采用单元剖分精确模拟结构的受力和变形特性,与墙元相比需要较长的计算时间。

目前,ETABS在处理结果被众多工程师接受的有限元软件之一。在ETABS中剪力墙使用真实的壳元模型,工程师可以根据需要按个数或最大尺寸方式进行壳元的有限元划分,ETABS还提出了剪力墙标签和连梁标签的概念,也就是在单元划分的基础上,剪力墙的内力输出和设计的执行及输出都是基于标签来做的,工程师可以通过标签的指定和修改任意控制剪力墙设计的单个对象范围,这就解决了壳元剪力墙模型后处理方面的不足。ETABS可以对剪力墙基于各种规范及理论的设计,ETABS中文版在保留了大部分剪力墙设计方法的基础上,将中国规范的剪力墙设计方法完整地贯入到了原程序中,并且在剪力墙开洞方法等方面都作了很多的改进。

基于有限元分析理论,单纯的膜元本身不能够单独作为剪力墙单元模型在有限元结构分析软件中进行使用,适用范围是不考虑空间整体性的手算方式。膜元只具有平面内刚度,不具有平面外刚度,这对于剪力墙的受力特性显然是不科学的。对于膜元来做剪力墙,因为膜元没有平面外刚度,因此其在平面外一定会发生非常的变形。因此,膜元是不能独立作为剪力墙模型的,除非象墙板元模型一样与其他单元来配合使用,由其他单元来来补充考虑剪力墙对于平面外作用的抵抗能力。

目前建筑设计中平面布局要求,大面积的楼板开洞,或复杂平面布局,多塔联体结构中,刚性楼板的假定已经不再满足结构有限元分析的实际需要,因此越来越多的结构需要采用真实的弹性楼板验算。ETABS程序提供了多种需求情况下真实的弹性楼板模型,可以仅考虑平面内刚度,最大限度地减少单元的数量;也可以仅考虑平面外刚度,需要时可以考虑剪切变形的影响;还可以同时考虑平面内和平面外的刚度,进行真实的壳元弹性楼板分析,不同单元形式的楼板真实参与结构的整体分析。在ETABS中如果需要也可以进行刚性楼板的假定,并且可以在同一楼层中指定多块刚性隔板,不同的刚性隔板间保持弹性连接,这样可以满足更复杂的多塔及联体结构的需要。

2网格不匹配时自动线约束的作用

正如我们前面所谈到的,通用有限元程序在结构分析中使用时,为了保证结果的精确性必须进行一定程度的单元细分,特别是对于面单元和实体单元。在单元细分过程中,同为面单元的剪力墙、连梁及楼板剖分过程中,由于工程实际的几何复杂性,很难保证剖分之后单元节点之间的精确对位连接,此时在结构分析过程中便会产生节点不匹配处的变形不协调。

由于节点的不匹配,相关节点处也不会有内力传递,为了避免这一点,在一般通用有限元程序中,工程师必须对剪力墙和连梁进行进一步剖分以便获得节点匹配的结果,如果模型中使用壳元楼板模型,那么考虑楼板与剪力墙间的剖分匹配问题将是更复杂耗时的问题。

基于这一问题,在ETABSV8版本中,引入了面单元自动线约束的概念,自动线约束的含义是在结构单元剖分不匹配时,在不匹配的节点自动生成一个过渡的线约束,保证单元节点的变形协调及内力传递。ETABS解决了单元剖分的节点匹配问题,也解决了通用有限元程序用于结构分析设计实践工作中的第二个障碍,因为人工解决这一问题是繁杂耗时的工作,是不被工程实践所接受的。也正因为很好地解决了剪力墙后处理问题和单元剖分的节点匹配问题,ETABS才成为建筑结构设计领域最为工程师接受的通用有限元分析与设计软件,在全球得到了最广泛的应用和推广。

3ETABS中连梁采用梁单元

对于结构模型中连梁的处理,ETABSV8版本保留了按壳元模拟连梁和按梁元模拟连梁两种方式,工程师可以根据实际工程的需求来进行选择,但一般情况下程序还是建议使用壳元模拟连梁单元。因为线单元模拟连梁时,连梁与剪力墙的平面内刚度差距较大,内力分配会出现问题,相交节点位置也会出现应力集中。壳元模拟的连梁真实反映了连梁的高度几何特性,符合连梁的受力特性,其与剪力墙墙肢间至少有4个节点相连,内力分配会更为合理。

4ETABS等同于TAT

对有限元发展及结构有限元辅助分析程序的发展,SAP程序是世界上第一套结构三维有限元分析程序。而ETABS程序是为了方便建筑结构分析和设计的使用而在SAP系列程序的基础上升级而来的,其基本理论和核心计算部分与SAP是完全一致的。与SAP程序相比,ETABS程序在保持结构空间三维分析的基础上,为了便于建筑结构分析设计的使用,作了很多操作方面和数据结果输出方面的改进。比如SAP中没有楼层概念,ETABS中则具有清晰的楼层概念;ETABS中具有梁和柱不同的线对象,在SAP中统一作为线对象来处理;SAP只对剪力墙作分析,不对其进行设计,在ETABS中具有详细的剪力墙设计等后处理功能。

参考文献

[1]常林润,罗振彪.常用结构计算软件与结构概念设计.工业建筑,2005,35(5):56-59.

[2]吴立信,刘凤阁,张士纲.TUS程序中的墙板元及其计算精度.建筑结构,2004,6.

[3]Wilson ED.Static&Dynamic Analysis of Structures,2004.

结构软件设计课程 篇4

关键词：结构软件,实践教学,工程能力

0 引言

着眼于城市建设行业对卓越结构工程师实践创新能力的需求[1], 在本校土木工程专业低年级和高年级本科课程中持续设置设计类实践课程。一方面, 引入结构绘图软件 (如探索者、浩辰CAD) 、结构分析与设计软件 (SAP2000, PKPM, 盈建科) 以及BIM软件 (Revit软件) , 建立适合本科低年级建筑工程设计实践的教学框架;另一方面, 以SAP2000, PKPM为主要工具, 在低年级设计实践训练的基础上, 建立本科高年级软件设计实践课程框架。

以上在本校建筑工程设计实践教学环节中所使用的软件, 均为城市建设领域的主流结构软件, 实用性强且易于掌握。本文介绍了用于课程教学结构软件的功能与特点, 以及其在本校土木工程专业建筑工程设计实践教学中的教学安排、教学内容和教学资源, 具有一定借鉴和参考价值。

1 结构软件简介

1.1 探索者 (TSSD) 软件

探索者软件的主要功能是绘制结构平面图, 包括:梁、柱、墙、楼梯、雨篷阳台、承台、基础。软件提供结构绘图中常用的图面标注编辑工具, 包括:尺寸、文字、钢筋、表格、符号、比例变换等多个工具, 几乎覆盖了所有在图中可能遇到的问题解决方案, 可以大幅度提高工程师的绘图速度。TSSD还具有板、梁、柱、基础、承台、楼梯的计算功能。

1.2 浩辰CAD结构软件

浩辰CAD结构软件可以快速生成复杂的直线和圆弧轴网, 可成批布置梁、柱、墙、基础, 并对其平面尺寸、位置、编号等进行编辑, 可自动布置楼板正筋、负筋、附加箍筋、附加吊筋, 标注配筋值和尺寸, 快速绘制楼板配筋图。该软件还具有齐备的结构绘图辅助工具, 包括钢筋、尺寸、文字、表格、符号等结构专业的绘图工具, 能够对施工图进行文字、尺寸、标高、标号的标注、编辑、修改。

1.3 SAP2000软件

SAP2000软件是通用结构分析设计软件, 在我国工程界得到了广泛的应用, 主要适用于比较复杂的结构, 如桥梁, 体育场, 大坝, 海洋平台, 工业建筑, 发电站, 输电塔, 高层建筑。SAP2000具有强大的功能, 如建模功能 (二维模型、三维模型等) 、编辑功能 (增加模型、增减单元、复制与删除等) 、分析功能 (时程分析、动力反应分析、push-over分析等) 、荷载功能 (节点荷载、杆件荷载、板荷载、温度荷载等) 以及设计功能等。上述功能的实现均是在同一个可视化界面中实现的, 用户界面十分友好。

1.4 PKPM软件

PKPM软件拥有先进的结构分析软件包, 容纳了国内最流行的各种计算方法, 如平面杆系、矩形及异形楼板、墙、板的三维壳元及薄壁杆系、梁板楼梯及异形楼梯、各类基础、砌体及底框抗震、钢结构、预应力混凝土结构分析、建筑抗震鉴定加固设计等。全部结构计算模块能够反映我国规范要求的荷载效应组合, 设计表达式, 抗震设计的各项要求。

1.5 盈建科 (YJK) 软件

盈建科软件是多、高层建筑结构空间有限元计算分析与设计软件, 采用人机交互方式引导用户逐层布置结构构件并输入荷载, 通过楼层组装完成模型的建立。结构计算采用空间杆单元模拟梁、柱及支撑等杆系构件, 采用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟剪力墙, 对于楼板提供刚性板和各种类型的弹性板计算模型, 能够自动完成荷载效应组合、考虑抗震要求的调整、构件设计及验算等。

1.6 Revit结构软件

Revit是我国建筑业BIM体系中使用最广泛的软件之一。Revit结构是一款功能强大的工具, 能创建钢结构和混凝土结构设计。使用钢结构模块, 利用Revit结构软件提供的建筑信息模型创建模型, 可快捷生成钢结构施工图, 使用框架模块创建动态模型和高质量的混凝土结构施工图。

2 教学框架与教学内容

本校在土木工程专业二年级第二学期开设了“土木工程专业实践”课程, 在建筑工程方向主要安排基于平面整体表示法的软件绘图和基于简单结构分析的软件计算。“土木工程专业实践”课程的教学内容如表1所示。考虑到学生已经学习了“土木工程制图”“结构力学”等先修课程, 而尚未学习“钢筋混凝土结构”“钢结构”“工程结构抗震设计”和“结构动力学”等课程, 故将实践教学集中在设计行业常用的探索者 (TSSD) 结构绘图软件和SAP2000结构分析软件, 通过钢筋混凝土结构梁、柱、墙配筋施工图训练、静定梁、静定刚架及静定平面桁架内力计算训练, 使学生初步掌握绘制结构施工图及简单构件静力分析的基本操作。同时, 对于其他业界使用较多的结构绘图、结构分析与设计软件, 则以简介和概述的形式使得学生对其有初步的了解。

随着学生课程学习的逐步深入, 本校在完成“钢筋混凝土结构”“钢结构”“工程结构抗震设计”以及“结构动力学”课程教学的基础上, 于本科四年级第一学期开设了“土木工程设计软件应用”课程, 在建筑工程方向设计实践中主要讲授SAP2000, PKPM在建筑结构分析和设计中的应用, 包括:结构建模、结构模态分析、结构抗震分析与设计及结构非线性分析。“土木工程设计软件应用”课程的教学内容如表2所示。教学过程中, 通过超静定刚架和排架结构分析、超静定桁架和组合结构分析、单质点和多质点体系模态分析、地震作用时程分析和反应谱分析、钢筋混凝土框架结构施工图设计的讲授和训练, 使学生能够掌握结构高级分析技术的一些常用命令、操作步骤以及结构分析结果背后蕴含的结构设计概念, 同时能够较为全面地认识建筑结构设计的整个流程, 从而为毕业设计乃至毕业后的工作奠定了软件计算分析基础。

3 教学资源

“土木工程专业实践”和“土木工程设计软件应用”两门课程的主讲教师从事教学、工程设计和工程实践十多年, 是“钢筋混凝土结构”“钢结构”“工程结构抗震设计”“高层建筑结构”等课程的主讲教师, 积累了丰富的实践教学经验和工程经验。教学过程中, 除了介绍结构软件基本理论外, 还采用大量例题进行上机训练, 所选用例题的原型均选自于建筑结构施工图设计示例[2]、结构力学教材[3]、土木工程常用软件应用教材[4,5]并进行了相应的改写, 以求满足课程教学的需要。同时, 主讲教师联合与国内主流工程设计软件高技术企业工程师, 借助于结构软件 (如Revit结构软件、盈建科软件) 的应用讲座和演示观摩多个环节, 促进学生和工程设计行业专业人员的交流和沟通。

4 结语

当前工程界使用的结构绘图和分析软件较多, 本校从中选择了适合本科阶段建筑工程设计实践课程的结构软件, 将其纳入到培养学生工程能力的实践课程中, 通过校企联合使得学生在校学习期间, 能够充分开展基于大型结构软件的实践环节训练, 从而为学生毕业后进入城市建设奠定良好的技术基础。

参考文献

[1]陈长冰, 胡晓军, 夏勇, 等.卓越工程师计划中核心能力的培养探讨——以土木工程专业为例[J].廊坊师范学院学报 (自然科学版) , 2011, 11 (6) :111-115.

[2]中国建筑西北设计研究院有限公司.建筑结构施工图设计示例[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[3]龙驭球, 包世华.结构力学教程[M].第3版.北京:高等教育出版社, 2012.

[4]彭俊生, 罗永坤, 彭地.结构动力学、抗震计算与SAP2000应用[M].成都:西南交通大学出版社, 2007.

组态软件课程设计 篇5

基于组态软件的变频器状态监控状态设计

系 部: 专 业: 班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 成 绩:

二零一五年十二月二十五日

目录

1.序言....................................................1 2.力控组态软件介绍........................................1 2.1 力控组态软件简介...........................................1 2.2力控组态软件特点............................................1 2.3软件基本组件................................................3 3.变频器应用的现状........................................3 4.变频器监控系统的硬件组成................................4 5.变频器监控系统要求......................................5 5.1监控系统技术要求............................................5 5.2监控系统具体要求............................................6 6.变频系统监控功能的实现及效果............................5 7.人机界面的特点功能与画面设计............................6 7.1人机界面的特点..............................................6 7.2人机界面的主要功能..........................................7 7.3人机界面的画面设计..........................................7 7.4监控系统软件组态............................................8 8.心得体会...............................................13 附录 参考文献..........................................13

1.序言

随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，自动化、智能化程度的不断提高，高压大功率变频调速装置的应用已经非常普遍，同时由于高压变频器几乎都是工矿企业的关键设备，在工厂自动化中占有举足轻重的地位，因此对其控制功能、控制水平的要求也越来越高，尤其对于那些工艺过程较复杂，控制参数较多的工控系统来说，具备交互式操作界面、数据列表、报警记录和打印等功能已成为整个控制系统中重要的内容。而新一代工业人机界面的出现，对于在构建高压变频器监控系统时，实现上述功能，提供了一种简便可行的途径。工业人机界面，是一种智能化操作控制显示装置。工业人机界面由特殊设计的计算机系统32位芯片为核心，在液晶显示屏上罩盖有透明的电阻网络式触摸屏，触动屏幕时，电阻网络上的电阻和电压发生变化并由软件计算出触摸位置。新一代工业人机界面还具有简单的编程、对输入的数据进行处理、数据登录及配方等智能化控制功能。

2.力控组态软件介绍

2.1 力控组态软件简介

力控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，位于自动控制系统监控层一级。它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，缩短了自动化工程师的系统集成的时间，大大的提高了集成效率。它能同时和国内外各种工业控制厂家的设备进行网络通讯，它可以与高可靠的工控计算机和网络系统结合，便可以达到集中管理和监控的目的，同时还可以方便的向控制层和管理层提供软、硬件的全部接口，来实现与“第三方”的软、硬件系统来进行集成。

2.2力控组态软件特点

力控组态软件在数据处理性能、容错能力、界面容器、报表等方面产生了巨大飞跃，功能更强大，主要特点如下：

提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案；

支持通过PDA掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、CDMA、GSM网络与控制设备或其它远程力控节点通讯；

面向国际化的设计，同步推出英文版和繁体版，保证对多国语言版的快速支持与服务；

力控软件内嵌分布式实时数据库，数据库具备良好的开放性和互连功能，可以与MES、SIS、PIMS等信息化系统进行基于XML、OPC、ODBC、OLE DB等接口方式进行互连，保证生产数据实时地传送到以上系统内。

个分布式的数据库分别对连接自己的I/O Server进行采集数据和处理，如输入数据的量程变换、流量累积、报警检查，以及PID运算等，这种体系结构的优越性在于，各组件任务分配更合理，使您的系统实时性更好，稳定性更高。

在今天，企业管理者已经不再满足于在办公室内直接监控工业现场，基于网络浏览器的Web方式正在成为远程监控的主流，作为民族软件中国内最大规模SCADA系统的WWW网络应用的软件，力控R监控组态软件的分布式的结构保证了发挥系统最大的效率。力控®为满足企业的管控一体化需求提供了完整、可靠的解决方案。

图2.1 力控组态软件的应用结构

2.3软件基本组件

工程管理器、人机界面VIEW、实时数据库DB、I/O驱动程序、控制策略生成器以及各种网络服务组件等。

图2.2 力控组态软件框架图

3.变频器应用的现状

变频器的发展是世界生产力和经济高速发展的产物。近年来，交流变频调 速技术在我国有了突飞猛进的发展，变频调速在调速范围、调速精度、通讯功能、节约电能、工作效率等方面的优势是其他的交流调速方式无法比拟的。变频器就是基于交流电动机的变频调速而开发和应用的，它以体积小、重量轻、通用性强、使用范围广、保护功能完善、可靠性高、操作简便等优点，深受钢铁、冶金、矿山、石化、医药、食品、纺织、印染、机械、电力、建材、造纸 等行业的欢迎，使用变频器后经济效益和社会效益都非常显著。

PLC技术是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。近几年来，PLC技术在各种工业过程控制、生产线自动控制及各类机电一体化设备控制中得到了广泛应用，成为工业控制领域的一项十分重要的应用技术。目前PLC已广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、机械、电力等各行各业，实现了逻辑、步进、数字、机器人、模拟量等的自动控制。随着数字化时代的到来，软件领域将不断地向硬件渗透，不断地用软件来代替硬件，从而实现智能控制和生产自动化。PLC就是计算机技术向继电器等硬件领域渗透的产物，用软件来代替硬件，用软件程序代替硬件继电器，从而为系统的连接及改造提供了方便，可以节约成本提高工作效率。PLC可以说是专门为工业严酷的环境设计的小型计算机，已成为工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。

5.2监控系统具体要求

1)信号采集和数据处理： 对来自现场的非标准信号数据通过组态软件转换成标准信号。

2)状态显示：将变频器启动、停止、就绪、合闸、接通、运转、旁通、告警、外控等状态通过组态软件动态的显示于监控画面上，具有实时、动态效果。

3)监控操作： 对频率、温度、电流、电压、风压等进行自动实时监测。

4)操作画面：在操作画面上可查询装置的电压、电流、功率、温度等实时和历史数据，还可查询实时、历史曲线和设备状态并可按要求设定和打印出实时报表和历史报表。

6.变频系统监控功能的实现及效果

进行编程后的监测、控制系统，针对变频系统的特点，集实时显示、流程控制、数据采集、数据传输、工程报表、历史曲线和实时曲线显示等功能于一身，并能保存和打印历史数据为系统分析使用。可以完成如下功能：

1)实时监控设备工作状态，实现全生产过程实时管理。高压变频器运行状态十分重要，而监控系统的建立为管理部门提供的实时动态信息，能有效地帮助值班人员及时了解设备工作状态。

2)提供灵活的实时曲线和历史曲线显示功能。通过比较当前和历史趋势数据，特别是结合装备安全运行的多参数模型，可以及早报告故障隐患。

3)实时报表管理方便地解决了现场定时数据抄写、维护及繁琐的数据处理工作，记录员不必再每天花费大量的精力填写报表，提高了企业的办公能力和管理水平，取得了显著的经济效益和社会效益。

4)数据化的管理提高了企业数据的透明度并消除了人为因素，将成本核算纳入更规范的管理体系。

5)监控系统具有界面友好，易于操作，运行可靠，便于更改、扩充、升级等优点，同时，系统造价很低，具有较高的性价比。

7.人机界面的特点功能与画面设计

7.1人机界面的特点

人机界面是新一代高科技可编程终端，具备与各品牌PLC连线监控能力，适于在恶劣的工业环境中应用，可代替普通工控计算机。其主要特点有：

1)画面容量大，画面规划简单；

2)全中文操作软件，适用于Windows95/98/NT等环境，指令丰富，编程简单；

运行策略分别进行组态设置，如在用户策略中，利用策略工具箱添加脚本构件、存盘数据提取构件等，以实现所需的功能。

7.4监控系统软件组态

软件组态部分完成监控系统与操作人员间的交互界面，是实现对整个系统的监视、控制、调度和管理的核心。人机界面分为两部分，一部分是用于日常监视、系统参数设置的主界面，另一部分是用于指示、管理非日常监视信息，如各种报表、曲线及趋势图、历史记录等的子界面。1)帧发送

本设计的通信帧中有专门的广播帧用于此功能，如统一对所有变频器的输入运行命令和频率命令进行设定。广播帧格式与标准帧格式一样，区别在于其中的“站地址”位设定为：99号机。一般而言，大部分的变频器在PCAuto中都有驱动。如果系统采用的变频器在PCAuto中无驱动，则可以采取其他方式。这是因为PCAuto是基于ODBC标准的，能提供与第三方软件的通信方式，如采用DDE或OLE方式可以很方便地实现通信功能。

选用帧中选择要求（写入）帧格式如下（计算机<——>变频器）：

图7.1 帧发送

2)画面设计

图7.2为变频器的监控组态界面。其中包括电流、电压、频率的列表显示、动画显示及实时曲线显示，便于从直观上了解电动机的运行状态。一旦出现报警情况，则立即进入报警状 态，并根据报警内容做出相应的处理（如紧急停机等），可实现电动机的正/反转、加/减速、停机等控制，还可以获得一些历史数据（表、曲线、图）及故障报警 等，极大地方便了生产操作人员对一线现场的监督、控制、管理。

图7.2 主控界面

3)建立实时数据库

在Draw的导航器中单击“实时数据库组态”，启动实时数据库组态程序。

图7.3 参数设置

5)I/O检查

可对各台变频器的通用输出/输入端子状态、用户选件输入状态等进行实时监视。通过对各台下位机的循环检测可知各台下位机与上位机的通信是否正常。6)维护信息

可显示各台变频器的机种、容量、ROM版本、累计运行时间、1小时变频器内最高温度及散热片最高温度、键盘面板、RS-485、选件卡的通信出错次数等信息，便于工程技术人员了解情况。7)报警信息

当出现故障时立刻进入报警子画面，显示报警的历史原因、报警时的输出电压、电流、频率、转矩及当时的设定值等、报警时输入/输出端子状态、最新报警发生次数及多重 报警等信息。通过查看报警信息及历史数据，极大地方便了现场技术人员的维护，使得维护更加准确、简捷，缩短故障处理时间，使生产更加稳定。

图7.7 故障界面

8.心得体会

通过这次课程设计，我翻阅了大量的相关书籍，从中学习领会了许多，这次课程设计主要是以力控组态软件为核心的监控系统，具有界面友好，易于操作，运行可靠，便于更改、扩充、升级等优点，同时，系统造价也远低于进口同类设备，具有较高的性价比。采用组态软件进行工业控制是现代化工业的一个发展方向。

本系统不仅实现了对高压变频器各参数的在线实时监测与控制，而且在实际使用过程中也取得了良好效果，加强了职能部门对高压变频器的监测，规范了职工行为。对高压变频器实现了系统化管理，提高了变频设备运转的可靠性，保证了现场的安全运行。

这次课程设计中也遇到了一些难题，虽然我的课程设计不是很成熟，还有很多不足之处，但还是感到欣慰，因为这里面的每一个页面，都有自己的劳动与同学的帮助。当看着自己的成果，真是莫大的幸福和欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。

最后还要感谢老师，老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢她耐心的辅导。

附录 参考文献

软件设计课程考核模式探索 篇6

关键词软件设计;课程考核模式;学习过程;作品答辩

中图分类号G642文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)031-0126-01

软件设计课程是软件专业的专业必修课,也是软件开发的第一环节,在实践中起到很重要的作用。软件的设计、开发、实施、测试人员都需对软件设计知识有一定了解。因此,本门课程是软件技术专业的重点课程之一。对于本门课程的考核模式,在各校方法不一,本文以我校的实践经验入手,论证了“学习过程”加“作品答辩”的考核模式。

1“学习过程”加“作品答辩”考核模式的提出

考试是教育测验的主要形式或手段。不仅具有检测、鉴定和评价功能,而且具有教育教学的导向、反馈和激励功能。同时,考试也是促进学生全面发展,提高其素质的有效手段。对学生来说,通过考试调动学生学习数学的积极性和兴趣,促进能力的培养,使学生由知识的被动接受者成为主动参与者及积极探索者,实现对知识由“学会”转变成“会学”、进而“会用”。对教师来说,是检查教学效果、因材施教的重要手段,促使教师在进行数学教学的同时,坚持“以人为本”,培养学生应用数学知识解决实际问题的能力。新的考试模式要有良好的可操作性。考试内容要科学合理。考试方法要便于组织实施,具有实践意义。要考查学生的学习状况,督促和引导学生学习。巩固所学知识,但不能“一卷定终生”。学习的过程更能反映学生的发展变化和进步的程度,因此既要重视“结果”,也要重视“过程”,要培养学生发现、探索问题的能力和创新意识,所以要运用多种评价方式。另外,学生考试成绩的好坏,关键在于教学水平的高低,对学生学习结果的评价、检查,也是反映教师的教学效果的重要手段。考试的目的是对教师的“教”与学生的“学”的双向检测。建立新的数学考试模式遵循的原则要体现全面性、科学性、多功能、灵活性,突出专业能力和方法能力双向考核。如果考试功能存在误区,考试内容难易搭配不合理,缺乏对学生各种能力的综合考查,考试方式单一,那么就达不到进行数学测试的目的。因此,改革的指导思想是:既要重基础知识、基本技能,也要重思维、重应用,采用多种考试方式,给学生提供创造性表达的机会。不仅要让考试成为学习效果的评估,而且要充分发挥考试的促进和引导作用。调动学生及教师的积极性,要使考试真正成为教学的一部分,而不是教学围着考试转。

基于此,我校在软件设计课程中提出“学习过程”加“作品答辩”的考核模式。“学习过程”成绩包括小组“学习过程”得分和个人“学习过程”得分。小组“学习过程”得分即各项目组在学习阶段任务完成情况的分数积累,占总成绩的20%,个人“学习过程”得分,即学生平时的学习状态得分,包括日常教师对于出勤、回答问题、小组参与程度、学习态度、知识掌握程度等的分数积累,占总成绩的20%。

“作品答辩”成绩,即学生以项目组为单位完成软件设计作品一份,并据此作品进行课程答辩。教师针对作品给出得分,占各人总成绩的30%,对小组成员答辩情况和作品参与程度给出得分,占各人成绩的30%。

2实施步骤

2.1初始准备

在课程开始之初,就向学生明確本门课程的考核及教学模式,根据学生的性别比例、性格差异、学习状况将学生尽量平均分配为多个学习小组,通常学习小组的人数为4人左右。学习过程中,以小组为单位共同学习,并记录小组及个人的“学习过程”成绩。

2.2确定题目

软件设计作品题目原则上由教师指定题目,学生也可根据需要,自主命题,但需经过教师同意。题目要尽量结合实际教学,反映新技术,以取得更好的工程设计实践的训练效果。同时由于受到时间、开发环境及条件等限制,命题应从实际出发,课题的规模大小及难易程度要适中。课题也要具有一定的复杂度,通过项目激发学生的积极性与创造性,努力完成实践任务,才能达到综合应用所学知识的目的。

2.3明确设计文档的撰写规范

软件公司在软件设计阶段完成后需要提交软件设计报告文档。因此,在教学中要训练学生编写进行设计文档的编写,同时也训练学生养成严谨的作风和科学的学习态度。通过撰写软件设计报告,不仅能对设计过程有个全面的总结,而且还能够把实践内容提升到理论高度。教师要为学生提供以下资料:

1)软件设计文档撰写模板(包括可行性研究报告、软件需求说明书、概要设计说明书、详细设计说明书、数据库设计说明书);

2)PPT编写规范;

3)作品及答辩评分标准;

4)组内任务分配评分表。

2.4验收评定成绩

作品完成后各小组需提交以下材料:设计文档、答辩用PPT、小组内工作任务分配评分表。在表中,由组长列出作品中的主要技术及关键模块。并注明各模块的负责人、参与人。并根据工作量,为小组成员确定得分(此得分供教师提问时参考)。

以小组为单位进行作品的展示并接受答辩。用PPT的形式进行作品设计结果的展示,教师给出作品设计得分,同时根据每位学生的工作量及答辩情况给出个人得分。相加得到设计得分。

3实施效果

采用“学习过程”加“作品答辩”的考试模式的主要目的是提高学生综合应用所学课程知识的能力,训练和提高软件设计技能。要求学生在规定时间内完成一个规模适当的软件设计工作,在教师的指导师下以软件设计为中心,完成从需求分析、界面设计、数据库设计、模块设计、用例设计等全过程。通过此种方法可以达到取得以下效果:1)深化已学的知识,完成从理论到实践的转化。通过作品设计及答辩,进一步加深对软件工程方法和技术的了解,将软件工程的理论和知识运用于开发的实践,并在实践中逐步掌握软件工具的使用权学;2)提高分析和解决实际问题的能力。采用 “作品答辩”的考试模式,是对实际工作的一次模拟训练。通过软件设计,积累经验,同时提高分析和解决问题的能力;3)促进团队合作,培养互学意识。通过这样一种考核模式,培养学生的团队合作意识。在成绩评定时,不仅要考核各组任务完成的情况,同时要记录是否有学生调队,是否全员参与的情况。以激励学生团结合作,互为师长,使教师向学生流动的单向信息流向学生之间互相流动的多向信息流转变;4)更真实地反映学生本门课程的学习情况及知识掌握情况。

4总结

采用“学习过程”加“作品答辩”的考核模式在我校软件设计课程中取得很好的效果。不仅对学生的学习成绩有个公平公正的判断,同时对于教学的实用性也起到了指导作用。

参考文献

[1]姚策主编.基于UML的管理信息系统实训[M].北京:北京理工大学出版社,2007.

学籍信息系统软件体系结构设计 篇7

软件体系结构是软件工程的一个基础研究领域,通过将软件系统的结构信息独立于算法与数据来创建满足系统需要的结构,随后定义系统结构并提供系统开发的框架。软件体系结构是整个软件设计的基础,是进行项目可行性、复杂性、投资规模和风险预测等操作的重要依据。一个良好的软件体系结构可提高软件系统的开放性、集成性和复用性。随着计算机网络技术和软件技术的发展,软件体系结构和模式也在不断发生变化,常见的软件体系结构包括正交软件体系结构、管道过滤器软件体系结构、数据仓库模型软件体系结构、分层系统模型和面向对象模型等。

正交软件体系结构是由组织层和线索的构件构成,是一种以垂直线索构件族为基础的层次化结构。管道过滤器软件体系结构由管道和过滤器组成,功能模块间的连接称为管道,管道可视为功能模块间输入、输出数据流之间的通路。数据仓库模型软件体系结构是以数据为中心,存储和管理大量的数据,通过中央数据结构表示当前状态并借助独立构件的集合对中央数据结构进行操作。分层系统模型组成一个层次结构,每一层为上层服务并作为下层客户,除最上层和最下层外,整个系统中的层次需同时满足这种服务关系。面向对象模型将系统中的所有资源如数据、模块等视为对象,数据的表示方法和相应操作封装在对象中,各对象之间通过信息传递发生联系,信息传递是实现对象之间相互联系和作用的唯一手段。软件体系结构各有其优缺点,在实际应用中,如能根据实际情况进行软件体系结构设计,选用恰当的软件体系结构,整个软件开发设计工作往往能取得事半功倍的效果。

2 学籍管理系统

高校的学生学籍是一种重要的人才信息资源,对国家、社会、高校以及学生个人都有重要的保存价值,也是对学生身份、在校期间的学业成绩及学历学位资格的认可和记载。学籍是高等学校所特有的一种最重要的信息资源,无论从国家的宏观管理,还是社会生活的现实应用,无论从高校自身的教育和管理要求,还是学生个人的发展需要等角度,学籍信息及其管理都具有其不可替代的重大意义和作用。学籍管理是对这一过程中有关信息的采集形成、补充更新、异动变化、归档保存及依法使用等的管理。

目前学籍信息的管理已进入了标准化、电子化和审核注册制等阶段。网络环境下,高校学籍信息的具体项目内容已逐渐趋于统一和标准化。在学籍信息形式的电子化方面,开始运用电子计算机以及相关系统软件将有关学籍信息内容编辑录入学籍信息管理系统,形成学籍电子数据信息库。此外,学籍信息审核注册制是实行高等学校新生学籍和毕业生学历证书的网上电子注册,是运用现代信息技术手段对高等学校学历教育本专科学生学籍注册工作及学历证书实施依法监督管理的重要方式。

软件体系结构的本质是对软件需求的抽象解决方案,在引入了体系结构的软件开发之后,应用系统的构造演变为“问题定义-软件需求—软件体系结构—软件设计—软件实现”的过程,而软件体系结构则在软件需求与软件设计间架起了桥梁。在由软件体系结构到实现的过程中,借助一定的中间件技术与软件总线技术,软件体系结构将易于映射成相应的实现方法。软件应用开发如采用软件体系结构的设计方法,即在需求与设计之间加入了软件体系结构的设计,为软件的复用和维护打下基础,也更易保证软件的正确性。采用软件体系结构的开发方法,需在软件需求调研后对需求进行抽象,保证软件在相同业务逻辑部门,不同组织机构的环境下复用。

3 体系结构

学籍信息系统是一个综合型的系统,既不同于管道型,也不同于面向对象或分层型,从应用上可将学籍信息系统分为面向核心业务、企业级以及面向学生的3部分应用,其中用户、角色、权限管理模块是一个横跨3部分的贯通构件。按传统的分层模式,面向核心业务的应用采用客户端/服务器(C/S)模式。企业级的应用和面向学生的应用采用分为3层的浏览器/服务器(B/S)架构。

分层模式的软件体系结构的难点是系统的分层问题或层次间的界面问题,即考虑某些功能放到系统的哪一层。在解决这一问题时应考虑尽量把业务和逻辑放到数据层解决,该方法代码量少,系统安全性高,不必考虑表示层的界面问题。此外,将部分逻辑放入数据层还可在开发时同时使用多种开发工具进行开发,可实现软件的异构开发和并行开发。如允许某学院的管理员查询本学院学生的信息,该业务逻辑即可通过逻辑业务层、数据层和分别放置3种方法来实现。

(1)逻辑业务层实现方式

(2)数据层实现方式

(3)分别放在数据层和逻辑层的实现方式

在学籍系统的设计过程中,通常将代码分别放在数据层和逻辑层,从而将用户权限管理独立,有利于构件的复用和采用统一授权与认证平台。

4 结语

软件体系结构来源于土木工程领域,通过传统工程的视角来研究软件工程问题。通常,定义体系结构的工作比开发应用系统或构件系统更困难。目前,软件体系结构的设计是软件开发中的热点。目前,软件工程的发展使得软件设计的核心已从“算法+数据结构=程序”的传统计算模式转向对系统的总体结构即软件体系结构的设计和规范。软件体系结构确定系统的组织结构和拓扑结构,反映了系统需求和构成系统的元素的对应关系,为开发者提供了设计决策的基本原理。一个良好的软件体系结构可以维系软件系统的完整性,使得开发和维护工作有序进行,可简化软件系统的复杂性,让软件工程师能按并行方式开展工作。

摘要：分析了软件体系结构的几个难点,提出了将功能代码分别放在业务逻辑层与数据层的思路,并结合学籍信息系统体系结构参考模型,解决了综合结构设计中的一些关键技术。

关键词：软件体系结构,学籍信息系统

参考文献

[1]孙昌爱,金茂忠,刘超.软件体系结构研究综述[J].软件学报,2002,13(7).

[2]覃征.软件体系结构[M].西安:西安交通大学出版社,2002.

[3]覃征,谢国彤.电子商务体系结构及系统设计[M].西安:西安交通大学出版社,2001.

[4]梅宏,陈锋,冯耀东,等.ABC:基于软件体系结构、面向构件的软件开发方法[J].软件学报,2003,14(4).

[5]欧阳,康徐明.基于面向对象技术的人力资源测评系统设计[J].中国电化教育,2003,(7).

[6]刘超,张莉.可视化面向对象建模技术——标准建模语言UML教程[M].北京:北京航空航天大学,1999.

[7]邵维忠,麻志毅,蒋严冰.UML的现状及未来发展[N].计算机世界,2001.

[8]何坚,贾晓琳,覃征,等.基于体系结构的软件分析设计过程模型[J].西安交通大学学报,2004,(6).

[9]李戎.高校学籍管理与电子注册制度建设[J].四川师范大学学报,2005,(1).

[10]张友生.软件体系结构的选择和应用[J].计算机工程与应用,2003,32.

软件体系结构设计的团体特征 篇8

关键词：软件体系结构,设计,描述,团体特征

随着计算机硬件技术的发展和软件复杂性的增加, 在软件设计中, 软件的局部和整体系统结构方面已经变得越来越重要, 软件体系结构概念的提出正说明了软件设计技术逐步走向成熟。软件体系结构是由结构和功能各异、相互作用的部件集合, 按照层次构成的。它包含了系统基础构成单元、它们之间的关系, 在构成系统时它们的合成方法以及合成约束的描述【1】。

1、软件体系结构的研究现状

目前, 软件体系结构仍然是一个非常新的研究领域, 整个软件体系结构技术从理论到实践还处在发展的阶段, 如:缺乏统一的概念和坚实的理论基础;缺乏工程知识的系统化和标准化及形式化;没有建立统一的体系结构的工程描述方法;可应用的体系结构的结构工程工具研究仍在实验室阶段等待【1】但软件体系结构作为软件工程领域中的一个组成部分, 已经取得了长足的发展, 现已成为国内外研究的热点。目前较活跃的研究方向包括[2]:

(1) 软件体系结构形式基础的研究。

(2) 针对软件体系结构描述中特有的问题研究新的专门的高级语言。

(3) 建立用于度量和评价软件体系结构的模型和方法。

(4) 建立面向专门领域的软件体系结构范型库。

(5) 把软件体系结构从目前的直觉和经验状态过渡到理论。

2、软件体系结构设计

2.1 设计过程描述

设计过程是对实现软件的结构、系统的数据、系统构件间的接口以及所用的算法的描述。设计者不可能一次就能完成一个完整的设计, 这是一个多次反复迭代的过程。在设计过程中不断添加设计要素和设计细节, 并对先前的设计方案进行修正[3]。

虽然为了确保各种质量因素, 大家都认为正确地对体系结构设计进行抽象很有必要。但是, 正如软件体系结构的其他概念和方法一样, 对于软件体系结构设计人们也没有形成统一的认识。为了研究体系结构设计的团体特征, 本文不失一般性地采用软件体系结构设计过程的一般模型进行研究。设计过程包括体系结构风格设计、抽象描述、接口设计、构件设计、数据结构设计和算法设计等等。具体过程如图1所示, 从中可以看出设计描述是经过不同的设计阶段来实现的。

这是设计过程的一个非常一般的模型, 实际的过程中会对其做不同程度的调整, 但用它来分析研究软件体系结构设计的团体特征足够了。从该图中可以看出每个阶段是顺序进行的, 也有些是交替进行的, 实践中往往没有严格按部就搬。举例来说, 最后两个阶段--数据结构和算法设计, 可以放在设计过程中, 也可以放在实现过程中。如果有对象可以复用, 则系统体系结构及模块间的接口将受到约束。这意味着许多构件的设计将被取消。当寻找方法用于设计时, 系统的界面设计就只能在得到数据结构的详细描述之后进行。

2.2 设计的步骤

软件体系结构由构件, 连接件和部署三部分组成, 但是进行体系结构设计时, 涉及的内容远远不只这些, 通过抽取出与软件体系结构设计密切相关的内容, 总结出进行软件体系结构设计的如下几个步骤:

(1) 了解软件的总体需求用于设计软件的总体面貌以及软件体系结构采用的风格。

(2) 在与用户进一步接触中以及在软件体系结构理论的指导下获取更为详细的需求分析。

(3) 完成需求到软件体系结构各要素的映射。

(4) 详细设计构件、连接件以及配置等软件体系结构各组成要素。

(5) 对软件体系结构进行优化验证其正确性。

(6) 形成文档化的软件体系结构, 并进行评估, 对评估结构迭代优化设计。

通过上述步骤, 可以及时调整开发策略和技巧, 避免对问题视而不见, 拖而不解。但是并不意味着在第六步结束之后, 就完成了软件体系结构的所有设计, 实际开发过程中, 在接下来进行的编码、测试、运行等各个阶段都可能发现设计存在的问题, 以及需求获取的不够准确或者需求发生变化, 这都要求我们重新回到软件体系结构的设计阶段进行改进和优化设计【3】。

3、软件体系结构设计的团体特征

团体特征是团队中每一个成员利用知识和技能协同工作, 解决问题, 达到共同目标的过程中所表现出来的一种积极向上的特征[4]。虽然在系统设计各阶段之间彼此独立完成, 但它们之间必须有一种方法能够互相协调、互相帮助, 以达成到整个系统的目标, 这就是软件体系结构设计的团体特征。软件体系结构特征表现为以下几个方面:功能一致性、结构一致性、行为一致性和标识一致性。

通过对软件设计过程模型和步骤的了解, 可以看到软件体系结构设计的团体特征。它要求把软件体系结构设计看作一个有机整体, 每部分每步骤都要紧密配合与协作, 缺一不可。

首先, 需求分析的影响是巨大的, 它往往会影响其中的一个或多个阶段, 有时甚至全盘否定后面的所有阶段。如果缺乏需求分析和描述, 则后面的一系列设计步骤将无法进行。如果没有前面5个步骤的顺利完成, 第6个迭代优化设计步骤将无从谈起。

需求描述中, 对于要开发的软件系统, 客户需求不同于体系结构设想。客户需求提供的是对系统中问题的设想, 而体系结构的目标是提供能用来实现系统的解决方案的设想。此外, 需求自身也有可能被不正确地描述, 既有可能提出过度要求, 也有可能要求不足。因此, 虽然需求描述是软件体系结构设计的第一步骤, 但是不能想当然认为客户需求就是体系结构抽象的稳固基础。

同简单的分组机制相比, 体系结构抽象有着复杂的多的内涵。抽象描述中, 如果抽象的语义能力不足或者是缺乏体系结构构件的语义, 将难以理解体系结构设想, 也难以进行后续的分析和设计模型转换。

体系结构构件之间存在着交互, 协作, 并且和其他体系结构构件相结合。

每个设计活动的输出构成下一个活动的输入。如软件总体需求了解阶段的任务是了解软件的总体需求, 为选择合适的软件体系结构奠定基础, 没有客户需求就没有软件开发, 更没有软件体系结构设计;软件体系结构风格设计阶段主要是选择大颗粒度的软件体系结构风格, 以便于指导进一步获取和表示需求, 使所有参与项目开发人员对目标系统有一个总体认识, 给客户提供一套解决方案, 确定目标系统的开发方案、组成人员、费用工期预算等;需求获取和表示阶段是在软件体系结构风格的指导下, 获取和表示目标系统的详细需求, 按照制定的开发计划, 开发小组分别采用不同的方式获取和表示系统详细的需求;需求到软件体系结构各要素的映射, 是把上一阶段获得的需求按照一定原则, 采用一定的方法映射到软件体系结构的三要素, 即构件、连接件和部署;软件体系结构的文档化和评估则是把前面各阶段的设计形成文档, 给出文档化的体系结构, 为评估做好准备, 并以此文档进行评估体系结构。而软件体系结构迭代和优化设计主要是根据评估的结果, 参照专家的意见优化体系结构。当然这种迭代和优化是贯穿于整个软件体系结构的生命周期。

综上所述, 可见软件体系结构设计各阶段之间并不是完全独立的, 它们之间更多的是为了设计这个目标而相互影响相互协作, 它们的这种关系就表现为设计的团体特征。

在软件开发过程中, 对体系结构设计阶段进行规划是一个两难问题。一般来讲, 体系结构的确定应当在分析和设计阶段之前或之后完成。如果把这一过程放在分析和设计模型被确定之后, 体系结构的定义可以更为准确, 因为体系结构的边界将受到影响【5】。所以, 在建立了软件体系结构后, 工作并未完成, 还需要把软件体系结构这一信息世界模型转换到机器世界的可执行模型, 因此, 接下来的工作就是实现软件体系结构, 即我们通常所说的编码, 而后是测试, 运行等等。

4、结束语

总之, 当前, 对于软件体系结构设计的共识之一是, 软件体系结构应当支持对软件体系结构质量的需求。例如, 对健壮性、适应性、可重用性和可维护性的需求。我们研究软件体系结构设计各阶段的划分以及它们之间相互协作构成的团体特征正是为了这个目标服务的。通过对团体特征的研究学习有利于更好地分析和开发软件, 有利于生产更加高水准的软件。尽管如此, 对软件体系结构开发的研究还有很长的路要走, 但是它毕竟是软件工程思想的一种进步。

软件体系结构研究正成为热门话题, 甚至被一些文献称为软件领域下一个意义深远的突破, 所以了解软件体系结构设计的团体特征及其存在的巨大优势, 对于扩大软件体系结构的应用领域有着深远的意义。随着软件体系结构的广泛深入研究, 可以预测对软件体系结构设计团体特征的研究将是未来努力的一个方向。

参考文献

[1]万建成, 卢雷.软件体系结构的原理、组成与应用[M].北京:科学出版社, 2002.

[2]张友生.软件体系结构的现状和发展方向[EB/OL].软件工程专家.[2003-03-05].http://resource.51cmm.corn/NewTech/No040.html.

[3]余雪丽.软件体系结构及实例分析[M].北京:科学出版社, 2004.

[4]冯冲, 江贺, 冯静芳.软件体系结构理论与实践[M].北京:人民邮电出版社, 2004:124.

结构软件设计课程 篇9

关键词：数据结构,高级语言程序设计,项目驱动,知识点融合

一、引言

《C++高级语言程序设计》和《数据结构》课程作为非常重要的专业基础课, 各大高校在课时分配和课程建设方面都非常重视, 尤其在强调学生实际动手能力的国家示范性软件学院, 更是经常作为本科生的必修课。在目前教学体系中, 从抽象数据类型和高级程序设计观点来讨论数据结构已经成为一种主流, 使得《C++高级语言程序设计》和《数据结构》两门课程构成了相关的课程[3]。然而, 在实际的教学过程中, 学生对这两门课程的掌握和运用往往不尽人意。相当部分学生虽然学过了《C++高级语言程序设计》课程, 但在《数据结构》课程中却难以利用高级语言程序的基本方法和面向对象的思想来设计实现相关的数据结构和算法, 影响了学生对数据结构课程知识的掌握;另一方面, 学生在学习的过程中没有充分理解到《数据结构》课程的作用和实际意义, 以至于在实际项目中不知如何运用《数据结构》知识来解决实际问题。出现上述问题的主要原因是课程设置和教学实践方式上存在缺陷。首先, 在当前的实际教学中, 《C++高级语言程序设计》和《数据结构》这两门课程一直被设定为两门相对独立的课程, 教学计划进度不统一, 教学风格和内容因教师而异, 学生对两门课程没有整体概念和认识, 从而使得两门课程间的教学出现了相互脱节现象, 而且这种现象在许多软件学院的教学中普遍存在。然后, 在实践环节上, 课程中实验项目过于单一和相对独立, 也使得实践环节与实际项目联系过于松散, 学生运用所学知识解决实际问题的能力和实际工程能力很难得到锻炼, 也难以培养软件开发中所必需的团队合作精神。其次, 在实践课的执行方式上, 这两门课程基本采用传统的教学实践方式进行教学, 虽然设立了实践课程, 但是没有将软件工程的标准开发过程贯入其中, 学生对项目的整体感觉不强, 团队沟通和配合意识没有得到锻炼, 实践课程很难达到预期的教学目标, 导致学生的动手能力难以有效地培养起来。本文将基于“做中学”的教学思想, 以定制的项目为载体, 以培养学生解决实际问题的能力为目标, 进行示范性软件学院的《数据结构》课程的教学模式研究与实践, 通过定制实践项目, 将《数据结构》、《C++高级语言程序设计》两门软件学院常开课程有效地融合起来。

二、国内外研究现状

项目驱动法是一种建立在建构主义教学理论基础上的教学法, 其基本原则是将学生的学习活动与具有一定规模的项目或问题相结合, 以探究问题来引出和维持学习者的学习兴趣和动机;与传统教学法相比, 项目驱动教学法有许多独特的优势。在此背景下, 高级程序设计课程与数据结构课程融合的趋势也日益明显。斯坦福大学总结了一套在语言教学中融入软件工程和现代程序设计观念, 并结合算法和数据结构教学的经验。美国Creighton大学的D.S.Malik教授更是非常明确地将“计算机语言”和“数据结构”结合在一起, 达到利用所学的程序设计语言解决实际问题的目的。示范性软件学院强调职业教育, 而职业素养要通过长期的职业生涯或职业训练才能获得, 为了切实提高教学质量, “做中学”成为一种广受欢迎的教学方式。中国著名教育家韦钰也在中国的中小学积极推广包括Leon理论在内的“做中学”新型教学方式。一些国际著名大学, 包括卡内基梅隆大学、麻省理工学院、Waterloo大学等也都在探究和实施不同形式的“做中学”。微软高级架构师凌小宁教授加盟湖南大学软件学院后, 也大力提倡“做中学”的教学方式, 在“做中学”方面进行了积极探索, 并取得了良好的效果。

三、课程教学模式改革方案及实践

总体上, 课程采用面向对象的观点教授数据结构技术, 并以C++语言作为算法的描述工具, 强化数据结构基本知识和面向对象高级程序设计基本能力的双基训练, 以及实际动手能力培养。首先, 我们精心设计项目, 将面向对象的程序设计思想、程序设计语言和数据结构课程教学内容恰当地融入到所设计的项目当中, 有效整合两门课程中的重叠部分, 突出各自的侧重点。在此基础上, 以软件工程的开发流程为主线, 使学生在具体项目过程当中在掌握和熟练运用高级语言的特征的同时, 深入理解和巩固相应的数据结构知识;在教学过程中以项目组的方式组织学生, 每个学生分配适当的角色, 培养学生的团队合作精神, 提高学生的职业素养, 为将来职业道路的发展奠定良好基础。

1.课程项目设计。我们设计了“公路电子地图查询系统”项目, 该项目较好地包含了《数据结构》中链表、邻接表、图、字符串、二叉树、查找、排序、文件等章节的主要内容, 实现了《数据结构》和《C++高级语言程序设计》课程内容的有机融合。所设计的公路电子地图查询系统包含四个核心模块:数据结构模块、算法模块、地图数据维护模块、路线显示模块。其中, 路线显示模块呈现算法选出的最佳交通路径, 在项目具体实施过程当中, 这一块不作太多要求以免转移项目重点, 学生也可以选择只完成控制台形式界面。算法模块负责主要算法的设计。主要有最佳行车线路算法和最佳乘车方式算法, 采用Dijkstra算法。此模块依赖于数据结构模块。数据结构模块的稳定性直接影响此模块。地图数据维护模块负责生成、保存地图、维护路况等信息, 包括对文件中数据进行读写操作, 实现定义表及表的属性, 设置主键和外键, 定义表之间的关联以及实现表的更改等功能。数据结构模块定义基本数据结构, 并于地图数据维护模块共享这些数据结构。首先, 用邻接表存储, 图中存储节点的集合, 该图为有向图;其次, 定义站点, 可以增加和删除道路、结点、站点和公车;可以定义站点名以及所有停靠该站点的公交车的集合;判断该站点是否存在公交车, 以及该站点所处的道路名称;可以增加、删除和查询停靠在该站点的公车, 设置和获取该站点所处的道路。并定义道路, 可根据实际需要增加单行直路、单行弯路、双行直路、双行弯路、站点、公车, 完成对最基本数据的查询、删除、修改、添加等操作。以及定义公车, 包括公交车经过的车站链表和节点链表, 车的起始站点和最终站点, 经过某条道路的开始结点和终止结点。系统采用哈希表和二叉树结构, 负责读出业务数据的存储, 包括对最基本数据的查询、删除、修改、添加等操作, 对学生在数据结构设计方面有较大的启发作用。系统设计的基本数据类和电子地图如下图1和2所示。

公路电子地图查询系统项目所涉及到的数据结构基本上基于本科教材中介绍的常用数据结构, 部分数据结构可以在课本的基础上稍做修改便可用于该项目, 部分需要对教材所介绍的相应数据结构进行重新设计以适于项目。每一个数据结构都有其相关的代价和效益权衡, 要完成项目, 学生需要对多种数据结构的有效性进行评估, 来决定在什么情况下需要采取哪种数据结构。项目案例开发根据任务进行分工, 每组5名左右成员, 小组成员各设定角色, 具体分工如表1所示。该项目驱动教学的整个过程, 是一个互动的过程, 学生在合作中互相沟通, 在沟通中增进合作, 从中领悟相互沟通、尊重他人、关心他人的重要性, 同时也提高说服别人以及聆听他人的能力, 这对于从事软件开发的从业人员而言是至关重要的。

采用上述方式, 我们在湖南大学软件学院多个年级本科生中进行了《数据结构》和《C++高级语言程序设计》课程的融合教学。在第一届学生成功试点的情况下, 我们对湖南软件学院2006~2008级的本科生均已经全面采用上述教学方式。从目前教学的效果来看, 目前累计已经有多名学生进入微软或IBM实习。学生的动手能力整体上较前几届学生有明显改观, 并且学生的学习积极性也大大提高。

本文在分析《数据结构》和《C++高级语言程序设计》这两门课程目前存在的教学问题, 提出采用项目驱动方式进行教学, 实现这两门课程的有机结合, 并在按照软件开发的标准流程进行实验指导和监督, 有效地激发了学生的学习兴趣, 提高了教学质量。

参考文献

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[7]韦钰.http://www.ynkxjy.cn/show.aspx?id=19&cid=18.

[8]CMU West, http://west.cmu.edu/prospective_students/soft-ware_engineering.

概述结构设计软件技术发展的利弊 篇10

结构设计从以往的设计师徒手制图、手工计算结构到如今的各种辅助软件的横空出世, 结构设计似乎已经走上了一条向更有效率、更功能全面、更智能的这一目标上发展的道路。而现今的主流软件是否能满足与时俱进的人们的需要, 是否能在兼顾效率的同时满足各种建筑规范的要求, 还有待观望。

大众的CAD

CAD即计算机辅助设计与制图, 是指运用计算机系统辅助一项设计的建立、绘制、修改、分析或优化的过程。建立绘制修改分析Atuo CAD平台上的建筑及设备专业CAD软件, 可以进行三维造型, 自动生成平、立、剖施工图, 并可以生成能表现建筑光影、质感和纹理的渲染图。其广泛的应用更得益于各种加深其功能的软件辅助包, 常见的有:HOUSE建筑CAD包、ATUOBUILDING (ABD) 建筑绘图软件, 3Dstudio, 3Dmax, Adobe Photoshop和Core Draw等。

CAD的广泛应用确实有其优点。如:

1) 简化劳动步骤, 图面清洁

老式的手绘绘图总是非常费事, 还劳烦设计人员携带各种各样的工具, 一旦画错, 修改更是非常费事, 甚至需要从头来过。

2) 设计工作的高效及设计成果的重复利用

CAD之所以高效, 因为其最伟大的功能:复制。一些相近、相似的工程设计, 图纸只要简单修改一下就行了, 或者直接套用, 而你只需要按几下键盘、鼠标。CAD软件可以讲建筑施工图直接转成设备底图, 使水暖、电气的设计师不会再描绘底图上浪费时间。而且现行的通用CAD软件中大多都有十分充裕的分类图以供各位设计者甄选。只要有需要, 便可以直接调入。这在重复工作很多的建筑工程中, 无疑具有十分显著地优势。

3) 精度提高

建筑设计的精度一般标注到毫米, 但结构计算的精度并不是很高, 施工时的精度更低。但其测绘精度相对于手画明显是有一定的提高。

4) 资料保管方便

CAD制作的图形、图像文件可以直接保存在电脑上, 拷贝至U盘上, 保存年限大大提高, 也不用担心图纸会受天气, 人为因素的损坏。摆脱了原有资料室的各种条条规规, 俨然更安全, 也更高效。

与此同时CAD对于设计思想也有着很大的束缚[4], 因为在使用该软件时, 设计师往往关注的是设计的局部细节, 从而失去了对建筑整体设计方案的模糊性和随机性的把握, 丧失了灵感;而CAD的普及虽然调高了行业效率, 但电子软件, 还是比不上设计师那种充满个性、灵气、人情味的来往交流方式, 使得大环境变冷淡;对于人的要求变低, 使得任何人都能参与到设计中来, 而其中的大部分甚至不能清楚了解设计原理, 这对行业未来的发展显然是不健康的。

全能的PKPM

PKPM是基于CAD作图环境, 而主要偏向于各种结构运算的一款计算机辅助软件, 它的存在给广大的结构设计人员和科研工作者减轻了大量的计算工作, 使得设计周期明显缩短。与CAD相同, 借由开发者的不断努力, 它具有了各方各面的计算手段, 从早期的平面计算 (PK) 、三维空间杆件 (TAT) 、空间有限元 (SATWE) 、整体通用有限元程序 (PMSAP) 。能计算的结构类型从砖混、底框、钢筋混凝土、到钢结构都一应俱全。

而PMCAD做为PKPM的核心模块之一, 采用了PKPM的人机交互方式, 引导用户逐层的布置各层平面和各层楼面, 再输入层高就建立起一套描述建筑物整体结构数据[2]。除此以外PMCAD还具有较强的荷载统计和传导计算功能。除计算结构自重外, 还自动完成从楼板到次梁, 从次梁到主梁, 从主梁到承重的柱墙, 再从上部结构传到基础的全部计算, 加上局部的外加荷载, PMCAD可方便地建立整栋建筑的荷载数据。由于建立了整栋建筑的数据结构, PMCAD成为PKPM系列结构设计的核心, 它为各功能设计提供数据结构。PMCAD是三维建筑设计软件APM与结构设计软件CAD相连的必要借口。因此, 他在整个系统中起到承前启后的重要作用。

除开PMCAD, PKPM还具有其他更用功能的应用。例如:TAT或SATWE可以用于计框架结构和剪力墙结构, 运用STS可以完成钢框架的设计、JCCAD进行各种基础 (如:条形、独立、筏形基础) 的设计, LTCAD则可用于计算楼梯配筋。在结构设计以外的方面, WPM、HPM、CPM、EPM, 能对分别用于建筑设备的 (如室内外给排水, 采暖耗能, 通风等) 的设计方面提供帮助。

虽然拥有如此多的功能, 但在计算上仍有许多方面需要提高。

1) 计算模型与实际结构受力的差异

目前的计算机结构内力计算都采用了有限元方法, 及空间协同工作的有限单元法和3维空间分析的有限单元法, 这些都属于矩阵位移法的一块。其实施程序为:取基本未知量、建立单元刚度方程、建立总刚度方程、再求解总钢方程组, 从而最终确定各种计算参数的取值。而在有些软件的结构模型计算中, 主梁在空间模型的网络线上输入, 空间计算是参与形成空间刚度, 分担荷载, 而次梁则通过次梁菜单输入不参与空间计算, 破坏了整体设计中梁相互协调互相帮助的设计主旨, 因而产生了误差[1]。

2) 多根梁的定位轴线在主内不共交点

采用杆元模型 (如TAT、TBSA中的普通梁、柱) 计算时, 梁都被看做是“无粗细的线性杆”建立的模型即使梁梁相交, 也可能出现未搭接上柱或出现实际传力错误[]。

3) 计算参数取值

PKPM的内置参数是以往实验得到的数据, 随着时间的推移与技术的提高, 相应的参数肯定会产生各种变化, 而数据则是需要重新设定的。其中PMCAD的有关参数 (总信息、地震信息) 、现浇楼板对楼面梁惯性矩的增大系数[3]、下部纵筋增大系数与活荷载不利布置的考量[1、3]、地震作用数据域结构振动特性[1] (耦联选项、质量刚度的不均匀分布、单项地震力) 、结构的周期位移[3] (周期比、最大层间位移、位移比) 等因素的错误都会对实际结构的建立与使用产生影响。

可行的BIM与VTA

Building information modeling简称BIM, 信息化建筑模型构筑, 在最近的建筑行业, 尤其是国外的该领域中已得到了广泛的关注[7], 被媒体赞誉为行业类的信息化技术革命。它不仅可以用于对生产周期费用、决策的分析。并能从设计最初概念到竣工, 为使用者提供全方面的技术支持[8] (从效果图到碰撞检测、结构可转配性的检查) 。

在现有的大型工程建设中, 现广泛应用的预装配技术虽然能够满足大部分甲客户的需要 (尤其在强度要求高的钢结构中) , 但是由于相关方面规范的缺乏, 免不了再装配过程中会出现些许差错, 而这样的问题一旦发生, 就可能会给整个结构带来意料不到的结果。不仅如此, 在超大型或者世界级工程中, 这样的方法更无法发挥其原有作用。因为本身预装就是对资源经费人力的浪费, 再加上如果建筑高度或场地条件一旦超出常规范畴, 如何进行预装配是一个问题, 而如何应对这样庞大的开销则是更为根本性的难题。

为了应对这样的困难, 学术界便提出虚拟构筑这样一个想法:将所有的建筑信息导入电脑通过处理得到所谓的BIM信息源, 利用这样的信息源在电脑中进行构筑。这个想法就是Virtual trial assembly简称VTA。它不仅能够探明实践数据与设计数据间的吻合度, 而且在建筑设计出现误差的情况下如何保证建筑的有效建成, 并为之提供帮助。而根据明确数据显示, 它在拥有上述优点的前提下, (相对于预装配) 能够缩减约10%的预算, 和30%的时间[6]。这一切使得它的推广与智能化更具有意义。