基于國際工程認證要求的鋼結(jié)構(gòu)課程教學設計研究

鄭夕健 謝正義 侯祥林

摘要：基于國際工程認證要求，借鑒國外先進的教育理念，提出基于工程認證的鋼結(jié)構(gòu)課程教學設計思想。給出國際工程認證要求的鋼結(jié)構(gòu)課程教學目標，圍繞課程知識點與要求、課程教學方法、教學內(nèi)容、考核方法等開展教學改革研究，以畢業(yè)能力要求為目標完善機械類特色專業(yè)人才培養(yǎng)定位，尋求應用型特色人才培養(yǎng)的有效方法。研究將有助于提高特色專業(yè)人才的知識與能力目標，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關鍵詞：國際工程認證；鋼結(jié)構(gòu)；教學設計

中圖分類號：G642；TU391 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2018）03-0051-05

面向教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的教育教學改革，沈陽建筑大學機械專業(yè)不斷更新教學理念，在培養(yǎng)目標、教學內(nèi)容、教學手段等環(huán)節(jié)進行了積極的改革實踐，本科教學質(zhì)量不斷提升[1-2]。

實施工程教育專業(yè)認證，是教育部“十二五”期間本科教學工程的重要內(nèi)容之一，是中國高等學校推進工程教育改革的重要舉措，也是工程教育國際化的重要標志，將為工程類學生走向世界提供具有國際互認質(zhì)量標準的“通行證”。

工程教育專業(yè)認證對教育教學改革提出了新的要求，要求學生不僅具有工程專業(yè)知識，還必須掌握問題分析、設計/開發(fā)解決方案、研究及使用現(xiàn)代工具等多方面的能力。針對機械類鋼結(jié)構(gòu)課程，要求學生能夠針對機械系統(tǒng)，綜合運用學科知識完成對機械結(jié)構(gòu)的設計、計算和仿真分析[3]。鋼結(jié)構(gòu)作為機械類學生重要的專業(yè)課之一，對課程教學設計提出了新的要求，工程認證標準與傳統(tǒng)培養(yǎng)方案對鋼結(jié)構(gòu)課程要求也存在差異，如表1所示。

如何提升工程教育授課質(zhì)量、提高學生學習效率、培養(yǎng)學生的專業(yè)能力，專業(yè)課程內(nèi)容與設置能否緊跟科技發(fā)展及企業(yè)需求，等等，這些問題都需要認真研究，并積極探索實踐[4]。

一、鋼結(jié)構(gòu)課程目標與細化知識點

（一）基于工程認證的課程目標制定

課程教學目標應體現(xiàn)學生完成課程學習后的個人能力和綜合素質(zhì)要求，反映課程教學對學生畢業(yè)能力要求的支撐情況，綜合考慮技術和非技術能力及素質(zhì)要求[5-6]。

按照工程認證標準中的學生畢業(yè)能力要求，修訂了6條課程教學目標，其中前4條為知識目標，后兩條為能力目標。課程目標具體內(nèi)容如下。

教學目標1：了解鋼結(jié)構(gòu)的特點、應用及破壞原理，掌握鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設計方法；教學目標2：掌握鋼結(jié)構(gòu)連接的受力分析與設計方法；教學目標3：掌握鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的工作原理、受力分析的特點、設計計算與構(gòu)造設計方法；

教學目標4：掌握吊車梁的結(jié)構(gòu)設計；

教學目標5：具備分析、推理和解決工程問題的能力；

教學目標6：具備歸納總結(jié)及表達能力。

根據(jù)課程特點確定課程對畢業(yè)要求的貢獻，制定課程教學目標和與之相對應的教學活動計劃。首先確定鋼結(jié)構(gòu)課程與畢業(yè)要求的關聯(lián)度矩陣（專業(yè)能力矩陣），即教學環(huán)節(jié)與畢業(yè)要求的對應關系，此處教學環(huán)節(jié)可以為課程教學、實踐環(huán)節(jié)、訓練等。課程教學目標對學生畢業(yè)能力要求的支撐情況如表2所示。

（二）主要知識點與要求

對應課程教學目標，提煉出7個課程主要知識點，給出了各知識點的基本要求、重難點、學時分配、教學方式等，明確知識點對課程教學目標和畢業(yè)能力要求的支撐作用及具體要求，進而圍繞主要知識點展開課程教學，保證教學效果的一致性，減少因教材不同對教學效果造成的影響。同時，給出課外教學內(nèi)容和基本要求。最后，明確課程考核方式和考核比重。課程總學時為48學時，另有兩周的鋼結(jié)構(gòu)課程設計時間，主要知識點與要求如表3所示。

鋼結(jié)構(gòu)以實例或案例導出知識點，各知識點既不重疊，又互為補充。學生通過案例掌握單個知識點，并了解和熟悉不同知識點之間的關聯(lián)，結(jié)合典型建筑機械產(chǎn)品，強化建筑機械鋼結(jié)構(gòu)設計和結(jié)構(gòu)分析能力，培養(yǎng)學生的工程意識、工程素質(zhì)與工程能力。

二、鋼結(jié)構(gòu)課程教學設計與實踐

（一）課程目標的落實與考核

鋼結(jié)構(gòu)課程圍繞課程目標設計教學活動、評分標準細化、考核展開。

1.圍繞課程目標設計學習活動

為實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)課程目標，達到國際工程認證要求，設計了相關的教學活動。教學活動主要包括：作業(yè)設計（專題綜述）、項目設計（連接設計）、考試設計（開卷考試）、案例教學與研討（吊車梁設計）等。主要目的是為了訓練、考查學生對基本知識的理解與應用情況。

作業(yè)設計：作業(yè)中的每項內(nèi)容均與細化知識點相對應。

項目設計：對重要知識點進行深層次鍛煉，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。

考試設計：每項內(nèi)容均與細化知識點或能力點相對應，強調(diào)對知識運用和問題分析能力的考查。

案例分析：彌補作業(yè)和項目設計的不足，強調(diào)師生的交流、互動，強化知識點的應用，以及學生解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)。

2.細化評分標準，合理實施考核

結(jié)合教學設計，細化各教學活動的評分標準和考核方式，體現(xiàn)不同教學活動對學生能力要求的不同，主要包括：評分標準制定、評分標準的導向性設計、重點環(huán)節(jié)與難以評價環(huán)節(jié)的評分標準制定。

如：作業(yè)設計（專題綜述）要求針對某一種建筑機械產(chǎn)品，在廣泛查閱和整理的基礎上，全面論述該建筑機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成、工作特點、具體材料及對化學成分的要求、材料的防腐耐磨措施等。而項目設計則是要求依據(jù)現(xiàn)行的國家標準和規(guī)范，按照等強度設計原則，合理完成節(jié)點板兩側(cè)焊接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)設計，包括焊接的焊縫類型選擇、焊接參數(shù)設計計算、螺栓連接類型選擇、螺栓個數(shù)和型號設計計算、連接圖繪制等，作業(yè)/項目評分如表4所示。

通過對不同階段完成情況進行考核評分，構(gòu)成課程總成績。總成績由專題綜述（20%）、項目設計（20%）、期末考試（60%）三個板塊構(gòu)成。專題綜述和項目設計在期末考試前完成，布置題目時，一并給出詳盡、有效的評判標準。在期末考試中，前四個主要知識點因已有專題綜述和項目設計考核，只占10%左右，而后三個知識點既有知識目標，又有能力目標，占90%左右。期末考試采用開卷形式，主要考查學生知識應用和解決復雜問題的能力。

（二）課程教學模式、手段與教學平臺改革

鋼結(jié)構(gòu)課程作為機械類學生的一門主要專業(yè)課，難學難懂，對學生的力學基礎要求較高，特別是穩(wěn)定理論的分析與計算較難掌握，獨立自學基本不可能，因此，采用基于問題的教學方法、基于項目的教學方法、案例教學法、探究式教學法及翻轉(zhuǎn)課堂方法進行鋼結(jié)構(gòu)課程教學，根據(jù)不同知識點的特點、難度，采用合適的教學方式。如探究式教學法，在講解多向應力下的屈服判定，強化“當量”的工程思想，與機械設計課程中的“當量”思想呼應；講解焊接與螺栓連接內(nèi)容時，強化“等強度”思想，并在“項目設計”中具體應用，拓展思維；講解梁截面設計時，強化“高薄腹板+加勁肋”的思想，并在課程設計中體現(xiàn)，提升工程能力。如采用教學互動方法，結(jié)合實際工程應用情況，在講授理論的同時，以案例展開教學，通過“指導、輔導、引導”三導教學模式，貫徹以學生的主體的教學理念，將教學與科研融合，通過研究課題、工程應用實例培養(yǎng)學生運用理論解決實踐問題的能力，注重對學生“兩個能力”的培養(yǎng)，達到學習知識、掌握技能、形成能力的目的。不同的教學方法和手段加深了學生對各主要知識點的理解，使學習變得循序漸進，相對更為輕松。

通過多種教學方法的運用，使學生能真正掌握鋼結(jié)構(gòu)相關知識，達到學以致用的目的，培養(yǎng)其建筑機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和設計能力，提高處理復雜工程問題的能力。

隨著移動信息技術的發(fā)展，云教學得到廣泛發(fā)展和應用，針對學生基礎不一、學習能力不同等情況，云教學較好地彌補了傳統(tǒng)課堂教學的不足，開啟了學生碎片化學習和個性化學習模式。鋼結(jié)構(gòu)云班課系統(tǒng)由“教學資源”“成員”“活動”“通知”“詳情”五大版塊組成。教學資源版塊包括課件、視頻、素材、作業(yè)、案例、參考，網(wǎng)絡資源鏈接和圖文資源鏈接，學生能隨時通過手機或電腦進行自主學習。目前已將全部課堂教學內(nèi)容視頻、教學文檔等分段推送至網(wǎng)絡云端，學生可以根據(jù)自己對知識的理解，選擇性學習，更好地實現(xiàn)個性化學習。成員版塊主要包括學生學號和個人信息，學生通過完成作業(yè)、參與活動、問題答疑等，形成經(jīng)驗值。教師可隨時了解學生的學習動態(tài)和作業(yè)完成情況，有針對性地進行教學設計?；顒影鎵K包括投票問卷、頭腦風暴、答疑討論、測試活動、作業(yè)小組任務、課堂表現(xiàn)等內(nèi)容，通過課前和課后推送，學生可隨時通過手機閱讀并完成相關內(nèi)容，根據(jù)自己時間安排測試，教師根據(jù)學生作答情況及測試結(jié)果分析設計課堂教學。鋼結(jié)構(gòu)多媒體輔助教學系統(tǒng)及云班課界面如圖1所示。

考慮到學生的個體差異，同時旨在培養(yǎng)學生自主學習和個性發(fā)展，促進學生的潛質(zhì)開發(fā)和創(chuàng)造性。課程教學組在VB 環(huán)境下通過嵌入PPT和3d Max等軟件功能，開發(fā)了集課程教學、交互測試、教學參考為一體的鋼結(jié)構(gòu)多媒體輔助教學系統(tǒng)，將基礎理論、設計應用、測試等整合于一體。界面設計上有菜單和按鈕直接導航，每個子模塊中都有提示和說明。輔助教學系統(tǒng)采用分層、模塊化設計，整個系統(tǒng)由教學內(nèi)容、交互設計與測試、教學參考三部分組成。教學內(nèi)容包括教學要求、電子教案、典型題解和工程實例等模塊，構(gòu)成了整個教學環(huán)節(jié)。交互測試模塊主要為學生提供課后復習測試，并設置有成績分析及查看答案功能。教學參考模塊包括自學輔助、案例賞析、建筑機械三維動畫模塊及建筑機械作業(yè)視頻等，主要為學生自學、知識拓展、教師輔助教學等提供支持，同時激發(fā)學生學習鋼結(jié)構(gòu)的熱情。

三、結(jié)語

（1）基于國際工程認證要求，提出基于工程認證的鋼結(jié)構(gòu)課程教學設計思想。確定了滿足國際工程認證要求的課程教學目標，對鋼結(jié)構(gòu)課程目標進行了制定和細化分解，強化了鋼結(jié)構(gòu)課程教學內(nèi)容之間在邏輯上和結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。

（2）根據(jù)課程教學目標給出了課程主要知識點及要求，在教學內(nèi)容、教學方法、考核方法等方面開展教學改革研究，進而培養(yǎng)學生在建筑機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的分析和設計能力，提高處理復雜工程問題的能力；

（3）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)課程難易程度，采用多種教學方法和教學手段，開發(fā)了基于云教學的課程教學設計和多媒體教學系統(tǒng)，彌補傳統(tǒng)教學的不足，搭建了良好的課程教學平臺，使課程理論教學與實踐教學質(zhì)量得到了提升。

（4）云班課與輔助教學系統(tǒng)結(jié)合，開啟了學生碎片化學習和個性化學習的模式。學生可自主學習相關教學內(nèi)容和工程案例，及時掌握建筑機械鋼結(jié)構(gòu)的技術特點與最新發(fā)展。教師可隨時了解學生的學習動態(tài)，針對學習情況完善教學設計，起到了良好的教學輔助效果。

參考文獻：

[1]焦晉峰.“以評促教”的鋼結(jié)構(gòu)課程教學改革探索[J].高等建筑教育，2016，25（2）：36-39.

[2]熊瑞生.鋼結(jié)構(gòu)課程的單元練習與課程設計一體化改革與實踐[J].高等建筑教育，2016，25（5）：62-66.

[3]蔣正躍，付云松，韓俊，等.基于“工程認證”的鋼結(jié)構(gòu)課程建設探索[J]. 山西建筑，2016，42（24）：230-232.

[4]高 磊，江克斌，邵飛，等.基于SPOC平臺的鋼結(jié)構(gòu)課程教學改革[J]. 高等教育研究學報，2016，39（1）：101-105.

[5]陳東. 基于卓越工程師計劃的鋼結(jié)構(gòu)課程教學改革研究[J]. 重慶科技學院學報：社會科學版，2011， （6）：174-175，182.

[6]宋高麗.以案例為主線的鋼結(jié)構(gòu)課程一體化教學改革研究與實踐[J]. 高等建筑教育，2016， 25（3）：68-71.