基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與實踐

張曰果，李幗昌，金 路

（沈陽建筑大學(xué) 遼寧 沈陽 110168）

21世紀(jì)是鋼結(jié)構(gòu)建筑工程飛速發(fā)展、廣泛應(yīng)用的時代。我國鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域亟須基礎(chǔ)理論扎實，動手能力強，有豐富經(jīng)驗的設(shè)計、施工專業(yè)技術(shù)人才。然而由于當(dāng)前高校土木工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)系列本科課程教學(xué)中存在的不足，使得剛剛走上工作崗位的畢業(yè)生，在面對復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計、施工時無所適從。因此，改革完善鋼結(jié)構(gòu)系列課程的教學(xué)方法，培養(yǎng)應(yīng)用型鋼結(jié)構(gòu)專門人才是當(dāng)務(wù)之急，對鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的健康、快速發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[1-3]。

鋼結(jié)構(gòu)系列課程的多元化教學(xué)改革實踐通過教材建設(shè)、教學(xué)方法改革、鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容整合、教學(xué)手段多元化實施、工程實踐的課堂融入等措施來實現(xiàn)。課程組通過持續(xù)不斷的課程教學(xué)改革，建立了多元化的教學(xué)模式，取得了顯著的教學(xué)效果，其中“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程被認定為國家級一流課程。

1 鋼結(jié)構(gòu)課程組成及現(xiàn)狀

目前，土木工程專業(yè)本科鋼結(jié)構(gòu)系列課程一般分為原理部分和鋼結(jié)構(gòu)體系部分，也即“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”和“建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計”，不同院校所對應(yīng)的課程名稱或略有不同。

“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是土木工程專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程是研究鋼結(jié)構(gòu)基本原理知識的技術(shù)課程，其主要內(nèi)容包括：鋼結(jié)構(gòu)的材料、鋼結(jié)構(gòu)的連接、鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點等。

“建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計”是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)課程。其主要研究內(nèi)容為鋼結(jié)構(gòu)體系的系統(tǒng)分析和設(shè)計，一般包括：門架結(jié)構(gòu)、排架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及多高層鋼結(jié)構(gòu)體系等，是培養(yǎng)學(xué)生鋼結(jié)構(gòu)體系設(shè)計能力的課程。

鋼結(jié)構(gòu)系列課程所涉及的專業(yè)知識與材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及工程實踐緊密相關(guān)，課程知識點繁雜，知識點理解與掌握和力學(xué)基礎(chǔ)直接相關(guān)，課程難度大，學(xué)生普遍學(xué)習(xí)困難，加之傳統(tǒng)的“重理論輕實踐”的灌輸式教學(xué)方式，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情低，不利于其能力的培養(yǎng)，限制了課程的學(xué)習(xí)效果[4]。為此，課程組在鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)實踐中不斷探索，構(gòu)建多元化教學(xué)模式，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，切實培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力。

2 鋼結(jié)構(gòu)課程系列化教材建設(shè)

多年來，鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)團隊不斷推進教材建設(shè)工作，構(gòu)建了由基本原理—結(jié)構(gòu)設(shè)計—工程應(yīng)用實踐的系列多元化教材平臺[5]。教材內(nèi)容的編寫以培養(yǎng)實用型工程技術(shù)人才為目的，緊扣土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，突出工程實踐特色。教材建設(shè)中，充分融入鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)和工程實踐經(jīng)驗，充分體現(xiàn)新材料、新成果，充分保證教學(xué)內(nèi)容的實用性和先進性。其中《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》被列為住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部“十四五”規(guī)劃教材，已被國內(nèi)多所高校采用，應(yīng)用評價良好。

在多元化系列教材中，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》兩種教材服務(wù)于鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)，而《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計問答實錄》以及《工作的開始——鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》等教材，立足本科生和研究生的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)能力提升，教材內(nèi)容緊密結(jié)合工程實踐。通過相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，從而為學(xué)生畢業(yè)后從事實際鋼結(jié)構(gòu)工程的相關(guān)工作打下良好的基礎(chǔ)。

為充分發(fā)揮現(xiàn)代化教學(xué)手段的作用，課程組獨立研發(fā)了《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理多媒體課件》，該多媒體課件涵蓋了課程原理部分的全部知識點，對于教學(xué)難點和重點實現(xiàn)了空間化呈現(xiàn)或動畫演示，解決了課程學(xué)習(xí)過程中學(xué)生空間想象力不足和對受力過程理解不透徹的問題。

多元化鋼結(jié)構(gòu)教材平臺的建設(shè)打通了理論知識到工程實踐的全過程，實現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)知識學(xué)習(xí)到應(yīng)用的全覆蓋。

3 鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方法改革與實踐

隨著專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂，鋼結(jié)構(gòu)系列課程學(xué)時壓縮，其中“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程由56學(xué)時調(diào)整為48學(xué)時（包含4學(xué)時課程試驗），在教學(xué)內(nèi)容不刪減的前提下造成了課程教學(xué)學(xué)時緊張的現(xiàn)實，為解決這一問題勢必要改革教學(xué)方法。

為提高鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)質(zhì)量，幫助學(xué)生較好地掌握教學(xué)內(nèi)容，課程組采取了多元化教學(xué)方法，如：問題式教學(xué)、案例教學(xué)、對比教學(xué)、項目教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)等，針對不同的教學(xué)內(nèi)容選擇不同的教學(xué)方法，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生由被動接受變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)[6]。

問題式教學(xué)是先由教師向?qū)W生提出問題，學(xué)生通過檢索搜集相關(guān)信息，獨立進行問題的思考、分析、歸納和總結(jié)，對于學(xué)生不能解決的疑難問題，教師可給予必要的啟發(fā)和引導(dǎo)。比如：緒論及鋼結(jié)構(gòu)的材料等部分，教師可以提出問題：“鋼結(jié)構(gòu)的缺點如何克服？”引導(dǎo)學(xué)生自主檢索相關(guān)內(nèi)容，從而達到了解鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀的目的，同時通過鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展使學(xué)生體會到我國經(jīng)濟發(fā)展的過程和成就，實現(xiàn)思政教育的目的。

單純的鋼結(jié)構(gòu)理論知識枯燥而抽象，并且學(xué)生的實際應(yīng)用能力不足。如果將鋼結(jié)構(gòu)理論知識融入工程案例之中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣將更加濃厚，對理論知識的理解和掌握將更透徹。如：螺栓連接部分，通過對實際工程節(jié)點破壞案例的講解，不但使學(xué)生更容易理解螺栓連接的受力特點及破壞狀態(tài)，而且還能強化其工程責(zé)任意識。

通過相關(guān)知識的對比教學(xué)，既能幫助學(xué)生更快地掌握新知識，也是對已學(xué)“舊知識”的回顧和深化，在此過程中，學(xué)生的理解能力、分析問題的能力都能得以提高。如：將普通螺栓的受力性能與高強螺栓的受力性能進行對比教學(xué)，學(xué)生更容易掌握不同螺栓連接的工作性能及傳力方式等。

以鋼結(jié)構(gòu)理論知識的實際應(yīng)用為目的，通過具體項目任務(wù)驅(qū)動教學(xué)。一個精心選擇的項目任務(wù)，可以覆蓋課程的大部分教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生通過完成項目任務(wù)，將有效鍛煉其對所學(xué)鋼結(jié)構(gòu)知識的綜合應(yīng)用能力，同時也會產(chǎn)生較強的成就感，對學(xué)習(xí)興趣的提高幫助明顯。在“建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計”課程中，選擇一個門式鋼架設(shè)計項目作驅(qū)動，可使學(xué)生除了能掌握門式鋼架體系的設(shè)計方法和設(shè)計過程之外，還能了解到其他鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計過程概況。

對于工程實踐性很強的鋼結(jié)構(gòu)課程，將“課堂”搬到工程現(xiàn)場，使教學(xué)內(nèi)容融入工程實踐之中，是學(xué)生學(xué)知識和用知識有機統(tǒng)一的理想教學(xué)模式。如構(gòu)件節(jié)點連接及構(gòu)造、鋼結(jié)構(gòu)加工工藝等內(nèi)容，僅在課堂上講授，學(xué)生的直觀感受不強，而通過現(xiàn)場參觀和講解的方式，學(xué)生則能迅速理解并掌握相關(guān)知識，從而提高學(xué)習(xí)效率。

鋼結(jié)構(gòu)課程中一些結(jié)構(gòu)、構(gòu)件以及節(jié)點的破壞形式，單靠語言表述學(xué)生不易理解，而采用多媒體教學(xué)，既可以使課堂教學(xué)變得豐富、生動，又便于學(xué)生接受。為有效利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，課程組自編了多媒體課件，研發(fā)了近百個知識點的演示或模擬動畫，以此輔助課程教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。在鋼結(jié)構(gòu)系列課程教學(xué)中，也不能過分依賴現(xiàn)代技術(shù)手段，應(yīng)合理使用現(xiàn)代教學(xué)手段和教學(xué)工具。學(xué)生對知識的認知和掌握有一個過程，因此對于演繹性質(zhì)較強的課程內(nèi)容，比如公式的推導(dǎo)等需要有適當(dāng)?shù)陌鍟^程，讓學(xué)生跟上教師的授課思維，了解公式的來龍去脈，學(xué)生才更容易理解和掌握相關(guān)知識內(nèi)容。

4 鋼結(jié)構(gòu)課程考核改革與實踐

傳統(tǒng)的課程考核往往采取期末考試的模式，這種僅靠一張試卷評價學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果的方法，其不足顯而易見。卷面考試的公平和公正性毋庸置疑，但受考試時間的限制，試卷無法覆蓋所有課程知識點，具有一定的片面性，對于知識點繁雜的鋼結(jié)構(gòu)課程來說片面性更為突出?？碱}標(biāo)準(zhǔn)答案的唯一性，決定了其不易考核學(xué)生知識運用的能動性。因此，改革課程考核評價方法十分必要。

基于成果導(dǎo)向的認證教育理念，合理的課程考核評價體系是支撐課程教學(xué)目標(biāo)達成和教學(xué)效果持續(xù)改進的必要保障[7]。為有效考核和評價鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果，課程組對鋼結(jié)構(gòu)課程的考核進行了全方位改革，并基于課程目標(biāo)對課程考核評價做了系統(tǒng)設(shè)計，以實現(xiàn)對課程目標(biāo)的實質(zhì)考核和有效評價。

鋼結(jié)構(gòu)課程的考核評價，采取過程考核和期末考試并重的模式。過程考核包括課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、大作業(yè)或項目設(shè)計以及課程實驗等。課堂表現(xiàn)考核學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)，采取回答問題和隨機測試的方式。對于平時作業(yè)、大作業(yè)或項目設(shè)計，綜合考核其完成率、正確率和規(guī)范程度等。抄襲作業(yè)按未完成處理，未完成作業(yè)超過1/3，則取消課程考核資格。課程實驗部分的考核，由實驗指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的實驗動手能力、實驗報告等評定考核成績。學(xué)生出勤情況不計入課程考核成績，但每一門課程全部教學(xué)學(xué)時內(nèi)，缺課超過1/3，則取消課程考核資格。鋼結(jié)構(gòu)課程過程考核成績占比不高于40%，其中課程實驗成績占比不超過10%。課程期末考試是對全部課程教學(xué)內(nèi)容的最終考核，試題最大限度地覆蓋課程知識點，力求全面性。鋼結(jié)構(gòu)課程期末考試采取教考分離模式，試卷由題庫隨機生成，切實保證了課程考核評價的客觀性和公平性。鋼結(jié)構(gòu)課程期末考試成績占總考核成績的比例不低于60%。

通過以上課程考核措施改革和實踐，實現(xiàn)了對課程教學(xué)質(zhì)量全過程的監(jiān)控管理，對出現(xiàn)的課程教學(xué)和學(xué)習(xí)問題均做到了及時有效處理。

5 鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容整合

對于鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，學(xué)生普遍難以理解和掌握的原因在于課程的專業(yè)性和實踐性較強。此外，課程理論教學(xué)學(xué)時的壓縮，進一步加劇了學(xué)生的課程學(xué)習(xí)難度。針對以上問題，課程組對鋼結(jié)構(gòu)系列課程的課堂教學(xué)內(nèi)容進行歸納整合，以便學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)全面掌握課程教學(xué)內(nèi)容，并通過自主學(xué)習(xí)不斷提升自身的工程實踐能力。

鋼結(jié)構(gòu)知識的難點主要在于穩(wěn)定問題，構(gòu)件的穩(wěn)定、截面組成板件的局部穩(wěn)定問題貫穿整個鋼結(jié)構(gòu)知識體系。構(gòu)（板）件的穩(wěn)定問題實質(zhì)上屬于力學(xué)問題，其基本理論具有復(fù)雜性，但也具有一定的規(guī)律性。課程組在教學(xué)過程中對于相似的知識內(nèi)容采取典型問題精講，而相似內(nèi)容略講的方式，以此達到授課內(nèi)容的優(yōu)化整合，減少對課程授課學(xué)時的占用。如板件局部穩(wěn)定問題，只要將典型的四邊簡支單向受壓板件的失穩(wěn)特性講解清楚，其余力學(xué)條件的板件穩(wěn)定問題可以不占用課堂時間講述，而通過學(xué)生自學(xué)教師答疑的方式解決。合理優(yōu)化整合課程教學(xué)內(nèi)容，做到重難點突出、講授和自學(xué)結(jié)合、有效避免相似內(nèi)容重復(fù)講授，完全可以在有限的學(xué)時內(nèi)完成全部課程內(nèi)容教學(xué)，并取得良好的教學(xué)質(zhì)量。

鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革與實踐是一個長期的、系統(tǒng)的教學(xué)改革問題，課程教學(xué)團隊?wèi)?yīng)根據(jù)不同的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和社會人才需求，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而不斷提高鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)化。