鋼結(jié)構(gòu)設計原理課程中鋼材知識課程思政教學設計

摘" 要：專業(yè)教育和思政教育融合是培養(yǎng)德才兼?zhèn)渖鐣髁x接班人的教學理念，針對鋼結(jié)構(gòu)設計原理課程中鋼材知識部分的特點，挖掘課程思政元素，并進行課程思政教學設計。教學的素養(yǎng)目標是培養(yǎng)學生愛國愛校愛專業(yè)的情懷、科技創(chuàng)新精神、工程思維和工匠精神。

關(guān)鍵詞：課程思政；思政元素；教學設計；鋼結(jié)構(gòu)；土木工程

中圖分類號：G641" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2023）13-0035-04

Abstract： The combination of professional education and ideological and political education is the teaching philosophy for cultivating socialist successors who have both moral integrity and talent. According to the characteristics of steel knowledge in the course of Steel Structure Design Principle， the elements of ideological and political education in courses are excavated， and ideological and political teaching design is proceeded. Quality objectives of teaching are to cultivate students' feelings to country and school and major， innovative spirit of science and technology， engineering thinking and craftsman spirit.

Keywords： ideological and political education in courses; elements of ideological and political education; teaching design; steel structure; civil engineering

立德樹人是高等學校的根本任務，扎實推進課程思政建設是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的戰(zhàn)略舉措[1]，高校教師需要針對課程內(nèi)容做好思政元素融合，有效解決專業(yè)教育和思政教育“兩張皮”問題，進而實現(xiàn)“三全育人”總目標[2-3]。土木工程專業(yè)具有理論和實踐并重的特點，因此需要培養(yǎng)學生具備科技創(chuàng)新精神、工程思維和工匠精神，為未來從事基礎建設行業(yè)奠定素質(zhì)基礎，同時結(jié)合典型的工程案例、人物和事件滲透愛國、愛校、愛專業(yè)的思想教育，為我國基礎建設行業(yè)培養(yǎng)合格的接班人。

鋼結(jié)構(gòu)設計原理是土木工程專業(yè)的學科基礎課程，授課對象是本科三年級學生，具有較強的理論性和實踐性[4-5]。課程知識主要包括鋼結(jié)構(gòu)材料、連接和構(gòu)件設計三部分，構(gòu)件設計內(nèi)容主要針對軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、拉彎和壓彎構(gòu)件進行講授。鋼結(jié)構(gòu)材料部分主要講授鋼材主要性能及其影響因素、屈服條件、疲勞性能、破壞形態(tài)、種類和規(guī)格等內(nèi)容[6]，具有知識涵蓋面廣、內(nèi)容間邏輯性不強、對學生知識基礎要求高等特點。傳統(tǒng)教學存在重理論輕工程實踐的缺點，容易讓學生感到枯燥乏味[7]，同時達不到提高學生工程思維的效果。做好課程思政教學設計可以拓展學生知識面，激發(fā)學生的學習熱情，提高學生對知識的理解能力并內(nèi)化為綜合素養(yǎng)，達到課程知識和思政教育互促共進的效果。

一" 主要知識及教學要求

在鋼結(jié)構(gòu)設計原理課程中，鋼結(jié)構(gòu)的材料章節(jié)的主要知識有鋼材的主要性能（包括受拉、受壓及受剪時的性能、冷彎性能和沖擊韌性）、鋼材主要性能的影響因素（包括化學成分、冶金缺陷、鋼材硬化、溫度、應力集中和反復荷載作用）、鋼的種類（包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、建筑結(jié)構(gòu)用鋼板）和鋼材規(guī)格（包括熱軋成型的鋼板和型鋼、冷彎或冷壓成型的薄壁型鋼）、復雜應力狀態(tài)下鋼材的屈服條件、鋼材的疲勞（包括常幅疲勞、正應力和剪應力常幅疲勞的計算、變幅疲勞和吊車梁的欠載效應系數(shù)等）、鋼結(jié)構(gòu)對材料強度、塑性、韌性和工藝性的要求、鋼材的塑性和脆性破壞形式[6]。

在教學過程中注意以下三點內(nèi)容：一是注意與前序課程知識的銜接，理清材料力學、土木工程材料和混凝土結(jié)構(gòu)設計原理三門課程中關(guān)于鋼材的知識，避免產(chǎn)生內(nèi)容重復，同時明晰鋼結(jié)構(gòu)設計原理課程中鋼結(jié)構(gòu)材料部分的重要知識點；二是注重各節(jié)內(nèi)容間的邏輯關(guān)系，以鋼材主要性能及其影響因素為基礎，強調(diào)鋼材的屈服條件、疲勞性能、鋼結(jié)構(gòu)對材料的要求和鋼材的破壞形式；三是強化鋼的種類、鋼材規(guī)格、化學成分影響鋼材性能等知識的記憶和應用。熟悉相關(guān)規(guī)范和標準，扎實訓練學生面向鋼結(jié)構(gòu)設計和建造工作所需的基礎知識。

二" 課程內(nèi)容與素養(yǎng)目標的對應關(guān)系

課程思政教學是課程素質(zhì)目標達成的重要途徑，深度挖掘課程內(nèi)容中的思政元素，科學設計思政元素與思政維度的對應，才能推進思政教育與課程知識的互促共進。

在鋼結(jié)構(gòu)的材料知識點講授過程中，選取合適的課程思政元素融入課程內(nèi)容，結(jié)合知識特點滲透愛國、愛校、愛專業(yè)的情懷，培養(yǎng)學生工程思維和工匠精神，鼓勵學生進行科技創(chuàng)新，將所學知識應用于工程實踐，課程思政教學設計思維導圖如圖1所示。授課內(nèi)容的導入和總結(jié)可以選用相關(guān)的教學設計案例，用于引導和啟發(fā)學生思維。由圖1可知，案例設計和素養(yǎng)目標存在交叉對應關(guān)系，在教學過程中可以靈活選取對應關(guān)系，優(yōu)化并實現(xiàn)素養(yǎng)目標，既可以應用多個案例反復強化的方式達成一個素養(yǎng)目標即“多例一能”形式，也可以細化某一案例達成多個素養(yǎng)目標即“一例多能”的教學效果。

三" 課程思政元素的分類挖掘

（一）" 愛國思政元素

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)材料部分知識的特點，在選擇愛國思政元素時，以中國建造的典型工程和中國制造技術(shù)為核心，通過中國建造名片（如《中國橋》《中國路》紀錄片）的工程案例，增強學生的愛國情懷和民族自豪感?？梢越Y(jié)合各類大型工程建設和國家重大事件選擇工程案例，如2008年北京奧運會的“鳥巢”國家體育場、2017年建成通車的港珠澳大橋、2019年中華人民共和國成立70周年國慶天安門廣場的鋼結(jié)構(gòu)紅絲帶和煙花樹工程、2020年新型冠狀病毒感染疫情期間的火神山和雷神山醫(yī)院、2020年開放運行的500米口徑球面射電望遠鏡、2021年中國載人航天工程的發(fā)射塔架和2022年北京冬季奧運會的“冰絲帶”國家速度滑冰館等鋼結(jié)構(gòu)工程。結(jié)合國家時事應用耳熟能詳?shù)牡湫凸こ毯蛧抑卮笫录械墓こ贪咐?，表明中國具備世界領(lǐng)先的建造技術(shù)，并已經(jīng)建成大量世界領(lǐng)先的大工程，弘揚中國特色社會主義制度的優(yōu)越性，同時可以拓展土木工程專業(yè)學生的建設視野。

展望祖國大科學裝置和航空航天技術(shù)的國際地位，培養(yǎng)學生專業(yè)交叉融合的能力和為國家基礎建設服務的精神。闡明課程知識在國家人民危難之際發(fā)揮的重要作用，將個人學習與時代需求相結(jié)合，教育青年學生以專業(yè)知識學習為基礎，立志為國家基礎建設需求服務。

（二）" 愛校思政元素

在授課過程中以家國情懷教育為基礎，融入愛校教育，鋼結(jié)構(gòu)的材料涉及礦業(yè)工程、冶金工程、材料科學與工程及工程力學和機械工程等學科知識，授課教師可以根據(jù)學校學科和專業(yè)分布特點，宣揚學校典型科研成果和人物事例。

課程采用線上線下混合式教學模式，建立“鋼結(jié)構(gòu)之美”賞析平臺，深挖東北大學“鋼鐵”淵源，講好東北大學的“鋼鐵”故事。強化鐵礦采選、鋼鐵冶煉、鋼材物理及力學性能分析、鋼材軋制及應用等多學科協(xié)同工作思想，教育學生熱愛母校，懂得分工協(xié)作的工作理念。講述東北大學“五四煤”班級的人積極響應國家號召，為國轉(zhuǎn)系，從其他專業(yè)紛紛轉(zhuǎn)到采礦和地質(zhì)專業(yè)，老一輩采礦人強烈的集體主義和愛國主義精神。東北大學土木工程系的前身正是礦井建設專業(yè)，提升學生的愛校和愛專業(yè)的情感。講述東北大學的鋼材方面的標志性科研成果——中國第一塊超級鋼，講述“中國超級鋼之父”王國棟院士及其團隊的科研歷程[8]。讓學生了解王院士關(guān)于鋼鐵行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀的分析：“鋼鐵行業(yè)雖是傳統(tǒng)制造業(yè)，但是控制水平和自動化水平都很高，同時有很好的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我們可以從實際生產(chǎn)過程中采集大量生產(chǎn)過程的信息，而這些信息數(shù)據(jù)蘊含企業(yè)生產(chǎn)過程的全部規(guī)律。[9]”土木工程行業(yè)和鋼鐵行業(yè)有相似之處，數(shù)字孿生技術(shù)也可以應用在土木工程的施工行業(yè)，鼓勵學生探索科研奧妙，繼承學校的優(yōu)良傳統(tǒng)，為祖國的鋼鐵事業(yè)而奮斗，為鋼結(jié)構(gòu)工程建設貢獻力量。

（三）" 愛專業(yè)思政元素

立足鋼材特性，以典型鋼結(jié)構(gòu)工程設計案例和工程事故案例激發(fā)學生對專業(yè)基礎知識的興趣，帶領(lǐng)學生探索鋼結(jié)構(gòu)材料的力學性能及其影響因素、鋼材屈服條件、鋼結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)等。例如將長江三峽大壩五級船閘的鋼結(jié)構(gòu)設計融入鋼材疲勞性能知識的講解過程，讓學生感悟力學和設計之美，領(lǐng)悟世界之最的工程設計和建造需要堅實的理論基礎。中華人民共和國成立70周年國慶慶典現(xiàn)場的構(gòu)筑物、新型冠狀病毒感染疫情的“救命”醫(yī)院工程、航空航天工程和奧運會場館建設等均與土木工程鋼結(jié)構(gòu)建設相關(guān)，讓學生感受國家發(fā)展與土木工程專業(yè)息息相關(guān)和學習土木工程專業(yè)知識的重要性。結(jié)合工程事故反面案例，強化鋼結(jié)構(gòu)材料在復雜應力狀態(tài)下屈服的危害，鼓勵學生擔當設計重任，增強土木工程結(jié)構(gòu)師的責任感。

（四）" 創(chuàng)新精神思政元素

在鋼結(jié)構(gòu)材料知識挖掘科技創(chuàng)新類型思政元素方面，提煉典型案例中的人文精神和科學精神，強化對學生科學態(tài)度、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神的培育，引導學生崇尚科學精神[10]。

在鋼材的主要性能影響因素、復雜應力狀態(tài)下鋼材的屈服條件及鋼材規(guī)格等知識點處，融入典型科研人物和科研成果的案例講解，激發(fā)大學生科技創(chuàng)新動力。從鐵材到鋼材的發(fā)展過程中，碳元素和其他元素（低于5%）的摻入改變了純鐵質(zhì)軟的缺陷，其他元素包括硅、錳、硫、磷、氮和氧等[6]，每一種元素的作用都需要從化學反應原理到力學測試分析的系統(tǒng)研究。復雜應力狀態(tài)區(qū)別于單一應力狀態(tài)的屈服原理，需要力學理論的支撐和工程實踐的驗證，引導學生分析不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)，鼓勵未來的結(jié)構(gòu)工程師能夠基于鋼材的力學特性研發(fā)新的鋼結(jié)構(gòu)形式，感悟龍馭球院士等老一輩科研工作者“力學筑夢中國”的科技創(chuàng)新能力和家國情懷[11]。

鋼結(jié)構(gòu)中常用的板材和型鋼均需要軋制成型，材料的性能與冶煉和軋制過程均相關(guān)，在冶金工程、材料科學與工程和機械工程等學科領(lǐng)域均有大量的科研工作者從事研究工作，可以從中挖掘科技創(chuàng)新案例和代表人物融入知識教學，顯然培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新精神的同時也可以滲透愛校情懷，進行多素養(yǎng)目標融合培養(yǎng)。通過篩選課后閱讀文獻資料，引領(lǐng)學生跟蹤世界科研前沿熱點和難點問題，激發(fā)學生的科技創(chuàng)新熱情。

（五）" 工程思維思政元素

在學生的工程思維訓練方面，主要結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)材料影響結(jié)構(gòu)承載能力、耐久性等方面知識展開講解，在課程中建立正面典型工程設計和施工案例庫，讓學生體會工程經(jīng)驗，拓展工程視野。同時建立反面的工程事故案例庫，應用工程事故反面案例進行課程導入和知識總結(jié)，增強學生對未來職業(yè)的敬畏和工匠精神的追求，強調(diào)工程師的責任感。

在正面工程案例方面，在鋼材變形性能方面，引入鋼管拱橋懸臂施工塔架和拉索的計算簡圖，鋼管拱橋從懸臂施工狀態(tài)到合龍成拱，拱結(jié)構(gòu)構(gòu)件不斷發(fā)生變形，需要經(jīng)過嚴謹?shù)氖┕み^程力學計算，培養(yǎng)學生工匠精神和專業(yè)自豪感。復雜應力狀態(tài)下鋼材的屈服條件、循環(huán)荷載作用下鋼材的疲勞性能、鋼結(jié)構(gòu)的破壞形式等均關(guān)系結(jié)構(gòu)安全，帶領(lǐng)學生思考工程服役行為下的耐久性能，港珠澳大橋的設計使用年限如何通過鋼材性能設計進行保障，增強學生對鋼材中合金元素對鋼材性能影響的知識理解。

在反面的工程事故案例方面，引入2016年江西省宜春市豐城電廠三期在建項目冷卻塔施工平臺腳手架倒塌事故（圖2）、2020年福建省泉州市欣佳酒店鋼結(jié)構(gòu)坍塌事故（圖3）、2021年浙江省金華開發(fā)區(qū)“湖畔里”鋼結(jié)構(gòu)屋面倒塌等工程事故（圖4），剖析工程設計和施工中的“人禍”問題和工程倫理，讓學生在學習專業(yè)知識的過程中，理解工程建設全過程需要具備的知識、技術(shù)和應該遵循的倫理道德，并將工程思維內(nèi)化為工程素質(zhì)[12]。工程事故的發(fā)生可能有技術(shù)、管理等多方面的影響，工程建設需要明確工程師的設計、施工和管理職責，課程中警醒青年學生珍惜學習時光，扎實訓練工程理論和技術(shù)本領(lǐng)，將理論知識與工程實踐緊密結(jié)合，在工程建設方面盡職盡責為人民群眾的生命財產(chǎn)安全保駕護航。

四" 教學組織及評價

在教學過程中將思政元素和課程知識進行融合設計，分別通過課前預習的案例調(diào)研、課中針對案例的討論和課后訓練中的案例反思等教學環(huán)節(jié)進行課程思政教學，落實課程的全過程思政設計，努力實現(xiàn)思政教育和課程知識的互促共進。

在學生學習評價中設置素養(yǎng)目標達成情況評價模塊，針對思政元素融入課程知識的學習和考試環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，評價課程素養(yǎng)目標達成情況并持續(xù)改進課程思政的教學設計和實施。經(jīng)過3輪課程教學實施，學生學習效果比課程思政融入前具有明顯提高，學生參加土木工程相關(guān)學科競賽的積極性和獲獎數(shù)量提高，表明學生的創(chuàng)新意識、科學精神和工程思維得到了良好的訓練。

五" 結(jié)束語

鋼結(jié)構(gòu)設計原理課程中鋼結(jié)構(gòu)材料的知識點涉及多學科內(nèi)容，可以通過講解其他學科知識拓展學生的知識視野，最終集各學科成果為土木工程學科所用，做到“放收”結(jié)合。課程思政案例和素養(yǎng)目標存在交叉對應關(guān)系，可以靈活選用和設計，達到“多例一能”和“一例多能”的效果。在授課過程中將愛國、愛校、愛專業(yè)的思政元素與鋼結(jié)構(gòu)材料相關(guān)知識緊密融合，拓展學生的科技創(chuàng)新思維和工程思維，培養(yǎng)青年學生家國情懷、創(chuàng)新意識和工匠精神，為基礎建設行業(yè)培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞耐聊竟こ虒I(yè)人才。

參考文獻：

[1] 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創(chuàng)我國高等教育事業(yè)發(fā)展新局面[N].人民日報，2016-12-09.

[2] 高寧，王喜忠.全面把握《高等學校課程思政建設指導綱要》的理論性、整體性和系統(tǒng)性[J].中國大學教學，2020（9）：17-22.

[3] 何紅娟.“思政課程”到“課程思政”發(fā)展的內(nèi)在邏輯及建構(gòu)策略思想政治教育研究[J].思想政治教育研究，2017，33（5）：60-64.

[4] 王新武，李鳳霞，布欣.鋼結(jié)構(gòu)基本原理課程思政的建設與實踐[J].河南教育，2021（8）：86-88.

[5] 向敏，廖平.新工科背景下“鋼結(jié)構(gòu)基本原理”課程思政教學建設初探[J].寧波工程學院學報，2021，33（1）：101-106.

[6] 戴國欣.鋼結(jié)構(gòu)[M].5版.武漢：武漢理工大學出版社，2019.

[7] 謝甫哲.基于“卓越工程師計劃”的鋼結(jié)構(gòu)課程教學探討[J].高等建筑教育，2018，27（5）：86-90.

[8] 辛陽，王鈺慧.王國棟：“一到鋼廠，就有回家的感覺”[N].人民日報，2022-01-03.

[9] 李曉芳.王國棟院士：材料科技的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和鋼鐵創(chuàng)新基礎設施的建設[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2021，27（11）：18-21.

[10] 康玉梅，王延邦，陳猛.基于類別思政元素的專業(yè)課課程思政改革與實踐[J].遼寧教育行政學院學報，2020（5）：52-55.

[11] 龍馭球，崔京浩，袁駟，等.力學筑夢中國[J].工程力學，2018，35（1）：1-53.

[12] 丁義浩，王剛.課程思政引領(lǐng)教育回歸“初心”和“使命”[EB/OL].（2019-12-23）[2020-06-01].http：//neuneus.neu.edu.cn/2019/1223/c188a67681/page.htm.

基金項目：2021年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目“面向新工科的土木類人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究與實踐”（20210176）；東北大學PBL教學法研究與應用項目“基于PBL的土木工程專業(yè)改革探索與實踐”（NEUJX04201）

第一作者簡介：陳猛（1981-），男，滿族，遼寧鐵嶺人，博士，副教授，博士研究生導師。研究方向為土木工程專業(yè)的教學和科研。