“一帶一路”背景下鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)探討

馬亞飛 王磊

摘? 要：鋼結(jié)構(gòu)因良好的力學(xué)性能已廣泛適用于大跨度橋梁、工業(yè)廠房和高層建筑。在知識快速更迭和國際化交流的背景下，傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)模式已難以適應(yīng)當(dāng)前“一帶一路”新形勢下的人才培養(yǎng)需求。本文基于本科生鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合本科生的學(xué)習(xí)特點，分析了鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)中存在的主要問題，探討了鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)改革的若干措施與方法。將“一帶一路”背景引入本課程的教學(xué)過程中，有望進一步提高鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)質(zhì)量和土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞：土木工程? 鋼結(jié)構(gòu)基本原理? 一帶一路? 教學(xué)探討

中圖分類號：TU391-4;G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（b）-0149-04

Some Thoughts on the Teaching Reform of Steel Structure Design under the Background of "the Belt and Road"

MA Yafei? WANG Lei

（School of Civil Engineering， Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hunan Province， 410114 China）

Abstract： Steel structures have been widely used in long-span bridges， industrial plants and high-rise building structures due to their excellent mechanical properties. Under the background of rapid change of knowledge and international exchange， the traditional teaching method for the design of steel structures is difficult to adapt to the requirements of the current new situation of the Belt and Road. Based on the current teaching condition of the design of steel structures for undergraduates， combined with the learning characteristics of the students， this paper analyzes the problems existing in this course， and the teaching reform methods of the design of steel structures are also discussed. The introduction of "the Belt and Road" strategy background is integrated into the teaching process to further improve the teaching quality and the training level of civil engineers.

Key Words： Civil engineering; Design of steel structures; The Belt and Road; Teaching reform

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是“一帶一路”合作倡議的優(yōu)先實施領(lǐng)域，迫切需要為沿線國家培養(yǎng)一大批高素質(zhì)的工程領(lǐng)域國際化人才[1-3]。近年來，我國工程技術(shù)的日漸成熟和大量工程專業(yè)人才儲備推進了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展速度，一批重大和具有國際影響力的工程得以順利建成。2020年，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成績喜人，新增公路里程18.56萬km，新增橋梁3.45萬座、565.1萬延米。高等院校肩負著為國家建設(shè)輸送人才的重任，在當(dāng)前“一帶一路”背景下，培養(yǎng)具有國際視野的土木工程專業(yè)人才尤為重要[4-5]。鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強、材料可回收利用、適合標(biāo)準(zhǔn)化建造和裝配式施工等優(yōu)點，在大跨度橋梁和高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。隨著綠色建筑的興起，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展得到了國家各部委的大力推廣?！耙粠б宦贰眹覒?zhàn)略背景下，沿線國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速。在此背景下，積極推動鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)改革具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

受本科階段培養(yǎng)計劃學(xué)分總數(shù)的限制，本校鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程最早為選修課，隨著鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混組合結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，逐步將其過渡為限選課，新的教學(xué)計劃已經(jīng)將其調(diào)整為專業(yè)必修課。從課程性質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程可以看出，該課程越來越受到重視。鋼結(jié)構(gòu)基本原理是一門理論性和實踐性較強的專業(yè)基礎(chǔ)課。通過課程教學(xué)，旨在幫助學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特點和適用范圍、理解鋼結(jié)構(gòu)連接和鋼構(gòu)件的工作性能、破壞特征以及設(shè)計計算方法。

近年來，高等院校教師已在鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程改革方面開展了很多嘗試。朱軍等[6]針對現(xiàn)階段裝配式建筑的迅速發(fā)展，通過線上和線下混合式教學(xué)的方式，將慕課和虛擬仿真技術(shù)融入到課堂教學(xué)，以應(yīng)對新工科背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，提高了教學(xué)質(zhì)量。卓德兵等[7]提出了“五結(jié)合”混合式教學(xué)方法，采用多元教學(xué)和一體化教學(xué)評價方式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。黃春曉[8]在課程教學(xué)調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，嘗試采用“項目教學(xué)法”，對改進鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)質(zhì)量具有重要意義。莊一舟等[9]對多個年級的留學(xué)生進行了問卷調(diào)查，總結(jié)了教學(xué)中普遍存在的問題，針對課程特點并兼顧留學(xué)生的特殊性，提出了一系列教學(xué)改革建議以提高留學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量。趙博和程冠華[10]指出土木工程類專業(yè)課程改革，應(yīng)從課程認知規(guī)律和學(xué)生的求知特點尋求突破口，采取多樣化教學(xué)方式并加強實踐教學(xué)。葉華文等[11]針對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理雙語教學(xué)過程中存在的難點，通過教學(xué)實踐提出了基于極限狀態(tài)設(shè)計的雙語教學(xué)模式，綜合運用不同教學(xué)方式來提高學(xué)習(xí)效果。向敏和廖平[12]通過研究當(dāng)前土木工程專業(yè)中“鋼結(jié)構(gòu)基本原理”的教育現(xiàn)狀，提出了教學(xué)理念改變、考評方式完善等多維教學(xué)建設(shè)措施，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的專業(yè)知識和價值觀念明顯提升。上述這些教學(xué)措施對鋼結(jié)構(gòu)基本原理的教學(xué)改革提供了很多思路，但針對一帶一路背景下的教學(xué)改革措施涉及的偏少。

為此，本文針對現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)中存在的主要問題，從“一帶一路”背景下人才培養(yǎng)特點出發(fā)，針對鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程的本科教學(xué)體系，結(jié)合筆者在教學(xué)過程中積累的一些經(jīng)驗，從教學(xué)思維、教學(xué)形式和教學(xué)方法，并結(jié)合目前迅速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)提出自己的一些思考。

1? 提升教學(xué)效果的若干思考

1.1 把握內(nèi)容前沿

傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)內(nèi)容主要根據(jù)專業(yè)方向分別授課，這就會涉及不同的設(shè)計規(guī)范，如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）、《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范》（JTG D64-2015）。橋梁工程專業(yè)授課內(nèi)容主要以鋼結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)橋梁為背景，工民建方向主要涉及住宅和工業(yè)廠房。實踐表明，畢業(yè)生的就業(yè)崗位并非與其專業(yè)方向完全相符，按小專業(yè)方向授課越來越不符合現(xiàn)代通識教育大背景下的教育理念。因此，這對教材的編寫提出了很大的挑戰(zhàn)。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”和“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)充斥著各個技術(shù)領(lǐng)域。人工智能日益普遍，應(yīng)用范圍越來越廣，如裝配化快速施工技術(shù)、3D打印技術(shù)、長期性能智能監(jiān)測技術(shù)等。這些新技術(shù)的應(yīng)用對鋼結(jié)構(gòu)基本原理教學(xué)提出了更高要求。為使鋼結(jié)構(gòu)基本原理適應(yīng)新時代的教學(xué)要求，可增加新的教學(xué)案例，以反映行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)代重大工程的先進水平。任課教師往往同時從事該領(lǐng)域的科學(xué)研究工作，可引入相關(guān)的最新科研成果，對其進行介紹，如鋼結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測新方法等。這將有利于學(xué)生更為全面地了解鋼結(jié)構(gòu)全壽命周期內(nèi)存在的問題以及相應(yīng)對策，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生對科研的興趣。教師還可以擴展鋼結(jié)構(gòu)新材料、新型結(jié)構(gòu)體系、新型構(gòu)造細節(jié)、新理論和新方法等知識，讓學(xué)生成為推動鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展與工程應(yīng)用的儲備智庫。另外，針對“一帶一路”背景下的國際化專業(yè)人才需求，增加不同行業(yè)規(guī)范、中外規(guī)范的對比教學(xué)，拓寬學(xué)生視野。如房建和橋梁等由于使用功能不同，所選取的設(shè)計規(guī)范間存在一定差異，教師應(yīng)向?qū)W生闡明不同類型鋼結(jié)構(gòu)承的受外荷載不同，在設(shè)計參數(shù)的選取上會存在一些差別。

1.2 改變教學(xué)思維

課堂教學(xué)和科學(xué)研究的關(guān)系一直是教師談?wù)摰脑掝}。一些高校將教師分為教學(xué)型、教學(xué)科研型和科研教學(xué)型，并以此來分配教學(xué)工作量，不同類型教師的工作重心不同。事實上，課堂教學(xué)可以參照學(xué)術(shù)報告的思維方式。科研工作者在做學(xué)術(shù)報告時，往往會把問題的研究背景和意義、研究方法和主要創(chuàng)新點等通俗易懂的介紹清楚。這往往需要花費大量時間來整理學(xué)術(shù)報告的內(nèi)容和提綱，搜集補充資料，美化圖表，使人眼前一亮，目的是吸引聽者的眼球。傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)理念在一定程度上固化了高等院校教師的思維方式。教師要把每一節(jié)課堂教學(xué)內(nèi)容均視為一個內(nèi)容豐富、邏輯縝密的學(xué)術(shù)報告，課件精益求精，重要知識點的來龍去脈交代清楚，引導(dǎo)學(xué)生參與到發(fā)現(xiàn)問題、提出公式以及給出相應(yīng)的措施中去，鼓勵學(xué)生以探索的視角深入理解課程知識重點和難點，培養(yǎng)學(xué)生對問題的洞察力和積極探索精神。

通過查閱大量文獻資料，將課程知識點內(nèi)容背后的人文故事加以介紹，必然會吸引學(xué)生的眼球，當(dāng)然這對課件的要求較高。本質(zhì)上，教師課堂教學(xué)和學(xué)術(shù)報告均為陳述故事，通過講故事的方式實現(xiàn)授課內(nèi)容的生動講解。鋼結(jié)構(gòu)基本原理為土木工程專業(yè)課，要求任課教師對該領(lǐng)域有深入且系統(tǒng)的研究。研究涉及的范圍較廣，任課教師往往有自己的研究方向，在某些方面較為深入，但并非所有環(huán)節(jié)均那么深入。由于科學(xué)研究項目的專業(yè)性，為更好地利用師資力量，可以考慮改進授課形式，允許2名以上任課教師共同完成一門課程不同章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，發(fā)揮相關(guān)領(lǐng)域教師的專業(yè)特長，進而達到較好的教學(xué)效果。

1.3 靈活教學(xué)形式

傳統(tǒng)教學(xué)領(lǐng)域與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合方面仍有較大的探索空間。課堂教學(xué)形式與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)相結(jié)合，可以選擇嘗試采用微課、雨課堂、慕課等教學(xué)形式，也可以線上線下相結(jié)合。教師通過網(wǎng)絡(luò)互動平臺，在線收集學(xué)生問題和疑惑較多的知識點，通過整理備課檔案，對這些知識重點標(biāo)注，并準(zhǔn)備一些隨堂測驗對知識進行鞏固，學(xué)生課后還可反復(fù)觀看教師對知識點的講解，靈活方便?，F(xiàn)有的智能教學(xué)系統(tǒng)或線上評測系統(tǒng)，可將教師從重復(fù)大量作業(yè)測評中解放出來。此外，利用線上系統(tǒng)進行測評，不僅能實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的平時高效考核，還能基于積累的測評數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析學(xué)生對課程的掌握情況。與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，這些新技術(shù)能夠大幅度提高教學(xué)效果評價效率，同時增強問題反饋的及時性，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

另外，現(xiàn)階段本校鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程將國內(nèi)本科生教學(xué)和國外留學(xué)生分開授課。本校留學(xué)生大部分來自“一帶一路”沿線國家，筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，沿線國家部分留學(xué)生存在基礎(chǔ)知識薄弱的問題。由于留學(xué)生數(shù)量非常少，可以考慮將中外學(xué)生融合在一起共同授課，促進中外學(xué)生的語言和文化認同。另外，在課程考核方面，建議布置開放性或探索性的作業(yè)和思考題，與“一帶一路”背景下創(chuàng)新性、開放性的國際化需求相適應(yīng)。

1.4 強化責(zé)任意識

責(zé)任意識重于泰山。學(xué)校應(yīng)引導(dǎo)任課教師重視強化土木工程專業(yè)課程教學(xué)中的責(zé)任意識教育，廣泛深入地挖掘?qū)I(yè)課內(nèi)容中的人文元素，自覺推進育人與專業(yè)協(xié)同教育。在教學(xué)過程中，教師可將改革開放40多年來國家基建發(fā)展案例引入課堂，介紹“新基建”即將帶動的行業(yè)發(fā)展，突顯我國集中力量辦大事的優(yōu)越社會制度。通過港珠澳大橋等一批超級工程的建造過程，引導(dǎo)學(xué)生認真思考個人發(fā)展、行業(yè)科學(xué)技術(shù)進步與國家發(fā)展的關(guān)系。引入人文教育引導(dǎo)學(xué)生樹立遠大理想和正確的價值觀，培養(yǎng)具有社會責(zé)任感和豐厚知識底蘊的高素質(zhì)人才。同時，培養(yǎng)他們的自豪感，因為土木工程結(jié)構(gòu)需滿足人們數(shù)十年甚至數(shù)百年的正常使用。

當(dāng)前深化改革的大趨勢下，以往粗放式的土木工程建設(shè)必然無法繼續(xù)延續(xù)。鋼結(jié)構(gòu)對環(huán)境影響小，工業(yè)化程度高，施工周期短，材料可循環(huán)利用，在發(fā)達國家已被廣泛采用。專業(yè)任課教師在課堂授課過程中，應(yīng)重視樹立綠色發(fā)展理念，讓綠色發(fā)展深入人心。

2? 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)作為土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課，圍繞“一帶一路”背景下鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程教學(xué)，結(jié)合“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的人才需要，改變教學(xué)思維，科學(xué)規(guī)劃教材內(nèi)容，適當(dāng)增加實踐教學(xué)，創(chuàng)新課堂教學(xué)方式，優(yōu)化教學(xué)方法，與時俱進，將新技術(shù)、新工藝、新成果融入到鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中，以提高教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。本文旨在加強通識教育、拓寬教學(xué)內(nèi)容、提升學(xué)生興趣和實踐能力，培養(yǎng)更多“一帶一路”沿線國家工程建設(shè)所需要的鋼結(jié)構(gòu)方面的高水平專業(yè)人才。

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