新工科背景下基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)初步探索

段莉　徐桂弘　謝欽

【摘要】在新工科背景下，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)現(xiàn)狀，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革。這種方法注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)和鍛煉。從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、完善評(píng)價(jià)體系三個(gè)方面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)進(jìn)行了初步探索。結(jié)果表明，它可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程的認(rèn)識(shí)和理解，為學(xué)生更好地融入行業(yè)，適應(yīng)畢業(yè)后的社會(huì)需求打下良好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】新工科? 實(shí)踐能力? 鋼結(jié)構(gòu)

【Abstract】Under the background of new engineering， combining with the current teaching situation of steel structure， the teaching reform of steel structure is carried out. This method pays attention to the cultivation and exercise of students？蒺 practical ability. The teaching of steel structure is preliminarily explored from three aspects： optimization of teaching content， improvement of teaching method and improvement of evaluation system. The results show that it can improve students learning enthusiasm， enhance their cognition and understanding of practical engineering， and lay a good foundation for students to better integrate into the industry and adapt to the social needs after graduation.

【Keywords】Emerging Engineering Education;? Practical Ability; Steel Structure

【基金項(xiàng)目】2018年貴州理工學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G640 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2021）07-0164-02

新工科是在新時(shí)代、新環(huán)境、新形式的推動(dòng)下產(chǎn)生的。圍繞“新工科”建設(shè)，天津大學(xué)2017年提出了“天大行動(dòng)”之一，即“以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，改變傳統(tǒng)工程建設(shè)，構(gòu)建構(gòu)件工程新結(jié)構(gòu)”。該行動(dòng)強(qiáng)調(diào)以社會(huì)需求為主要導(dǎo)向，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力、創(chuàng)新能力。

鋼結(jié)構(gòu)課程在土木工程專(zhuān)業(yè)中占有舉足輕重的地位，它集理論與實(shí)踐于一身，既需要將學(xué)生所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)充分融合，又需要將理論用于實(shí)踐，是一門(mén)理論與實(shí)踐性均比較強(qiáng)的課程。本文將以“新工科”為背景，培養(yǎng)實(shí)踐能力為主要目標(biāo)，初步探索鋼結(jié)構(gòu)課程改革。

1.傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)存在的問(wèn)題

鋼結(jié)構(gòu)是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，要求學(xué)生能夠?qū)⒄n堂上所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)踐中，傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中，大多數(shù)高校對(duì)該課程的教學(xué)都是分兩個(gè)部分，一部分為基本原理部分的講解，另一部分為課程設(shè)計(jì)（通常是鋼屋架設(shè)計(jì)或者是鋼橋設(shè)計(jì)），通過(guò)以上兩部分教學(xué)能初步使學(xué)生具備一定的實(shí)踐能力，但是在實(shí)際教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，受到各種條件的約束及限制，鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的實(shí)踐效果與理想中相差太遠(yuǎn)。下面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。

1.1學(xué)時(shí)數(shù)偏少，不能保證實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量

現(xiàn)階段的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中，大部分高校鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)置的學(xué)分偏少，學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)于其他專(zhuān)業(yè)課而言較少，這就會(huì)導(dǎo)致兩種情況出現(xiàn)，一種是部分學(xué)校由于學(xué)分限制不開(kāi)設(shè)課程設(shè)計(jì)，在這種情況下，教師在教學(xué)過(guò)程中只側(cè)重于基本理論的講解，最終導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐能力差，紙上談兵的現(xiàn)象層出不窮，嚴(yán)重違背了理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)宗旨;另一種是理論學(xué)時(shí)較少，雖然在某些高校，開(kāi)設(shè)了課程設(shè)計(jì)，但由于總學(xué)時(shí)數(shù)較少，不得不壓縮理論教學(xué)學(xué)時(shí)，放棄很多復(fù)雜但是很基礎(chǔ)的理論講解。例如在鋼結(jié)構(gòu)原理教學(xué)中，軸壓、壓彎桿件，在穩(wěn)定設(shè)計(jì)方面問(wèn)題突出，但其理論及計(jì)算均比較復(fù)雜，由于理論學(xué)時(shí)減少，最終只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的公式及設(shè)計(jì)方法的介紹，這樣導(dǎo)致學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)學(xué)習(xí)得不扎實(shí)，從而在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中理論與實(shí)踐脫節(jié)的情況發(fā)生。

學(xué)科交叉情況較為突出。鋼結(jié)構(gòu)是一門(mén)較為綜合的專(zhuān)業(yè)課，與其他專(zhuān)業(yè)課程密切相關(guān)，需要必要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)支持，如建筑制圖、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土木工程材料等。在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)，這將直接導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)的不盡如人意。

1.2教學(xué)方法不能充分展現(xiàn)出實(shí)踐性

常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)都是先進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基本原理部分講解，采用的手段是PPT講解結(jié)合部分板書(shū)，“老師在上面講，學(xué)生在底下聽(tīng)”，教學(xué)過(guò)程較為死板僵硬，且基本原理講解的知識(shí)繁多，學(xué)生僅在最后課程設(shè)計(jì)的1～2周內(nèi)全部對(duì)其進(jìn)行整合，難度較大，且效果不佳。

1.3學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)缺乏動(dòng)力和興趣

鋼結(jié)構(gòu)由于自身存在的特點(diǎn)，例如同一建筑采用鋼結(jié)構(gòu)比采用傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價(jià)高的特點(diǎn)，使得鋼結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用過(guò)程中受到限制，建設(shè)體量相對(duì)于混凝土體量偏小，生活中鋼結(jié)構(gòu)建筑除了公共建筑以外，接觸較少，直接導(dǎo)致學(xué)生誤以為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不重要，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及學(xué)習(xí)不感興趣。

2.基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)模式改革

2.1課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革應(yīng)突出“新工科”理念在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用。應(yīng)在實(shí)踐中貫穿基本原理的講解，加強(qiáng)工程實(shí)例的訓(xùn)練。以某鋼屋架設(shè)計(jì)為例，利用學(xué)生所學(xué)的力學(xué)知識(shí)，將屋架進(jìn)行細(xì)分，拆分為軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件、拉彎構(gòu)件分別進(jìn)行講解，最終用節(jié)點(diǎn)連接部分將前者串聯(lián)，完成一次屋架設(shè)計(jì)。這樣既完成了理論教學(xué)，又能直觀地讓學(xué)生參與了一榀框架的設(shè)計(jì)。另外，教學(xué)過(guò)程中，由于學(xué)生對(duì)于實(shí)體結(jié)構(gòu)沒(méi)有直觀的認(rèn)知，可以采用動(dòng)畫(huà)或者虛擬仿真的形式進(jìn)行教學(xué)，將模擬動(dòng)畫(huà)和虛擬仿真系統(tǒng)帶入課堂，例如軸心受壓構(gòu)件失穩(wěn)破壞時(shí)的變形，在試驗(yàn)資源比較稀缺的情況下，可以適當(dāng)制作加載及變形的動(dòng)畫(huà)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬，讓學(xué)生直觀地觀察軸壓桿在軸力作用下的緩慢變形，從而加深學(xué)生對(duì)失穩(wěn)概念的理解。對(duì)于大型屋蓋設(shè)計(jì)及施工，可以采用虛擬仿真系統(tǒng)，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識(shí)對(duì)屋蓋系統(tǒng)進(jìn)行建造和設(shè)計(jì)。

2.2課程教學(xué)方式及方法的改革

在新工科背景下，以實(shí)踐能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的主要特點(diǎn)是“以學(xué)生為中心”。傳統(tǒng)的教學(xué)方法基本上是“教師說(shuō)什么，學(xué)生學(xué)什么”，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性差。改革后，要求教師以學(xué)生為中心，“學(xué)生需要什么，老師講什么”，這一方式的轉(zhuǎn)變大致可從以下兩點(diǎn)進(jìn)行探索：

2.2.1在理論教學(xué)階段，可以采用現(xiàn)代教學(xué)方法、線上線下混合教學(xué)和多樣化的教學(xué)模式

新工科背景下要求學(xué)生具有了解學(xué)科發(fā)展前沿與學(xué)科交叉等更加先進(jìn)的信息，因此，教師可以采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，如“雨課堂”“智慧樹(shù)”“騰訊課堂”等現(xiàn)代化學(xué)習(xí)平臺(tái)，開(kāi)展線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合的方式。線上教學(xué)通常是指線上精品課及微課，學(xué)生可以通過(guò)觀看線上教學(xué)視頻額外獲得專(zhuān)業(yè)知識(shí)，例如在課前教師通過(guò)教學(xué)平臺(tái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行優(yōu)秀教學(xué)資源的學(xué)習(xí)，包括課前預(yù)習(xí)，專(zhuān)業(yè)前沿知識(shí)學(xué)習(xí)等;課中可以利用平臺(tái)，加強(qiáng)學(xué)生的課堂參與度，并且可以通過(guò)發(fā)布測(cè)試題，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);課后同樣利用平臺(tái)指導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)，通過(guò)平臺(tái)建立相應(yīng)試題庫(kù)、發(fā)布課件、行業(yè)資料等，及時(shí)鞏固所學(xué)理論知識(shí)。

2.2.2在課程設(shè)計(jì)階段，加強(qiáng)設(shè)計(jì)能力及方法的訓(xùn)練

傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)，采用集中講解，個(gè)別答疑輔導(dǎo)，最終提交成果的方式進(jìn)行，從以往的成果質(zhì)量來(lái)看，學(xué)生的構(gòu)件計(jì)算結(jié)果正確，但是圖紙及計(jì)算書(shū)普遍達(dá)不到工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)課程設(shè)計(jì)更加注重學(xué)生查閱資料、繪制施工圖及編制計(jì)算書(shū)能力的訓(xùn)練，設(shè)計(jì)初期，對(duì)學(xué)生計(jì)算能力進(jìn)行監(jiān)督，中期加強(qiáng)學(xué)生施工圖繪制軟件及識(shí)圖知識(shí)的講解，最后以實(shí)際工程為例，教會(huì)學(xué)生編寫(xiě)工程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)。采用此種方式可以有效地避免學(xué)生會(huì)算不會(huì)用的尷尬。

2.3評(píng)價(jià)機(jī)制的改革

理論教學(xué)方面，現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)理論教學(xué)階段的考核通常都是考勤成績(jī)+期末考試成績(jī)的方式，但是課堂實(shí)出勤情況只能反映出學(xué)生是否來(lái)上課，沒(méi)有辦法反映出學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的真實(shí)情況，因此，在課程考核方面需加入課堂教學(xué)效果及作業(yè)情況考核，具體操作可采用雨課堂的多種形式的線上教學(xué)方式，通過(guò)簡(jiǎn)單提問(wèn)或者小測(cè)驗(yàn)進(jìn)行課堂給分，另外通過(guò)課后作業(yè)批改掌握學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)效果。

在課程設(shè)計(jì)方面，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的監(jiān)督。傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)只關(guān)注學(xué)生提交的最終設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算書(shū)，根據(jù)以往教學(xué)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生在規(guī)定的大部分時(shí)間里面不主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和作業(yè)，只在設(shè)計(jì)截止時(shí)間前兩天“趕工”，最終使得設(shè)計(jì)效果不理想。改革后的課程設(shè)計(jì)最終考核由五項(xiàng)組成，即考勤、工作量完成情況、設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算說(shuō)明書(shū)及答辯。在課程設(shè)計(jì)初期將課程設(shè)計(jì)考核內(nèi)容進(jìn)行公布，告訴學(xué)生每一項(xiàng)考核內(nèi)容所占的比例（如表1所示），考核過(guò)程中以學(xué)生答疑和指導(dǎo)過(guò)程評(píng)價(jià)出勤考核，并且以答辯的方式進(jìn)一步督促學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，并且可以便于教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，考核內(nèi)容評(píng)分表最終將作為歸檔材料的一部分隨圖紙及計(jì)算書(shū)一起歸檔。采用這種方式可以有效地督促學(xué)生按時(shí)作業(yè)和學(xué)習(xí)，避免最后“趕工期”的現(xiàn)象發(fā)生，也有利于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

3.結(jié)語(yǔ)

新工科是新時(shí)代、新形勢(shì)下提出的一種新的教學(xué)機(jī)制，需要不斷探索和推進(jìn)，不斷改革和完善。在新工程背景下，以實(shí)踐能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革以工業(yè)需求為導(dǎo)向，注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際工程的認(rèn)識(shí)和理解，為學(xué)生畢業(yè)后提供更好的能力平臺(tái)，為行業(yè)的發(fā)展和社會(huì)的需求打下了良好的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

段莉（1987年-），女，漢族，江蘇徐州人，碩士研究生，講師，研究方向：土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

徐桂弘（1979年-），女，漢族，河北省平鄉(xiāng)縣人，博士，教授，研究方向?yàn)楦咚僦剌d軌道結(jié)構(gòu)及軌道動(dòng)力學(xué)。

謝欽（1988年-），男，漢族，貴州貴陽(yáng)人，博士，副教授，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究。