“鋼結(jié)構(gòu)”課程中“教賽融合”教學(xué)模式探索

［摘 要］ 在新工科背景下，卓越工程師的培養(yǎng)更突出創(chuàng)新性和實(shí)踐性，以滿足社會人才需要。以魯東大學(xué)為例，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽模式，對“鋼結(jié)構(gòu)”課程進(jìn)行教學(xué)改革，對教賽融合的培養(yǎng)模式和評價體系進(jìn)行探索，提出“三位一體”的培養(yǎng)模式和“六位一體”的評價體系。根據(jù)課程體系，結(jié)合結(jié)構(gòu)競賽模式，建立了三個課程案例庫。通過課程教學(xué)改革，形成高起點(diǎn)、高利用率、受益面廣的學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新的教學(xué)模式，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，構(gòu)建學(xué)生自主創(chuàng)新的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為競賽輸出優(yōu)秀人才，培養(yǎng)具有綜合素質(zhì)的卓越工程師。

［關(guān)鍵詞］ 鋼結(jié)構(gòu)；教賽融合；“三位一體”培養(yǎng)模式；“六位一體”評價

［基金項目］ 2021年度魯東大學(xué)“專創(chuàng)融合”課程建設(shè)項目“鋼結(jié)構(gòu)”；2022年度山東省研究生教育教學(xué)改革研究項目“基于CDIO理念的專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)及評價體系研究——以土木水利專業(yè)為例”（SDYJG21187）；2020年度山東省專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)案例庫建設(shè)項目“高等土力學(xué)教學(xué)案例庫”（SDYAL20168）

［作者簡介］ 孟 雷（1983—），女，山東濟(jì)南人，博士，魯東大學(xué)土木工程學(xué)院講師，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究；范慶來（1977—），男，山東棲霞人，博士，魯東大學(xué)土木工程學(xué)院教授，主要從事海洋巖土工程研究；賈淑娟（1971—），女，河北唐山人，碩士，魯東大學(xué)土木工程學(xué)院講師，主要從事高?；A(chǔ)黨建、學(xué)生思想政治教育研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）17-0165-04 ［收稿日期］ 2023-05-20

引言

在國家對綠色建造和裝配式建造的大力支持下，鋼結(jié)構(gòu)得到了迅速的發(fā)展與推廣。作為土木工程方向重要專業(yè)課程，“鋼結(jié)構(gòu)”應(yīng)與時俱進(jìn)，進(jìn)行教學(xué)模式和教學(xué)方法的改革，培養(yǎng)具有更強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的卓越工程師［1-2］。許多教學(xué)工作者基于CDIO工程教學(xué)模式、模塊化教學(xué)模式進(jìn)行了課程教學(xué)改革，突出了“鋼結(jié)構(gòu)”實(shí)踐教學(xué)的重要性［2-4］。

大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是由教育部、財政部首次聯(lián)合批準(zhǔn)的全國性9大學(xué)科競賽資助項目之一，一直受到高校的重視和學(xué)生青睞。競賽目的是為構(gòu)建高校工程教育實(shí)踐平臺，進(jìn)一步培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識、團(tuán)隊協(xié)同和工程實(shí)踐能力，切實(shí)提高創(chuàng)新人才培養(yǎng)質(zhì)量。將結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽內(nèi)容融入課程教學(xué)中，可提高學(xué)生的結(jié)構(gòu)競賽技能，強(qiáng)化學(xué)生對專業(yè)課程中相關(guān)理論知識的理解，達(dá)到“以教促賽、以賽促改”的效果，增大受益人群［5-6］。

本文根據(jù)本校的“鋼結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)情況，對教賽融合的培養(yǎng)模式進(jìn)行探索，并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，推動后續(xù)教學(xué)改革的持續(xù)改進(jìn)。

一、課程改革背景

新工科背景下，隨著專業(yè)課程教學(xué)體系整體改革，“鋼結(jié)構(gòu)”課程的授課學(xué)時由64學(xué)時，縮減到40學(xué)時。教學(xué)中偏重理論知識的學(xué)習(xí)，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)僅通過課程設(shè)計環(huán)節(jié)完成。課程設(shè)計安排在學(xué)期末，為期一周，設(shè)計題目采用傳統(tǒng)的屋架結(jié)構(gòu)和平臺結(jié)構(gòu)，學(xué)生參考例題計算步驟完成。為防止學(xué)生抄襲，采取參數(shù)制，保證每人一題。但設(shè)計過程很難避免學(xué)生照本宣科，也無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)踐活動諸如參觀實(shí)際工程的安裝施工過程，因受時間、環(huán)境、管理和安全等多因素控制，組織較為困難。在有限的授課時間里，如何高效融入教學(xué)實(shí)踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，成為“鋼結(jié)構(gòu)”課程改革的重點(diǎn)。

二、教學(xué)模式探索

（一）“三位一體”培養(yǎng)模式

基于課程體系的“材料—構(gòu)件—結(jié)構(gòu)”的總體思路，結(jié)合大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽的模式，完成課程的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，形成“課程—實(shí)踐—競賽”的“三位一體”教賽融合培養(yǎng)模式（見圖1）。通過教賽融合的方式，培養(yǎng)學(xué)生工程師的職業(yè)素養(yǎng)和責(zé)任意識。在課程開始前期，完成教學(xué)實(shí)踐活動動員大會，確定有意向的學(xué)生，利用假期進(jìn)行軟件和基礎(chǔ)知識培訓(xùn)。授課階段，結(jié)合課程中材料及構(gòu)件的理論知識的學(xué)習(xí)，完成材料實(shí)驗和構(gòu)件試驗的拓展環(huán)節(jié)。根據(jù)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽校賽平臺，進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)踐活動的模型制作和加載，參與省賽參賽人員的選拔工作。課程后期的課程設(shè)計環(huán)節(jié)，基于前期結(jié)構(gòu)模型設(shè)計工作，完成計算書的撰寫，并在課堂中進(jìn)行成果展示，探討加載成敗的關(guān)鍵因素。在課時相對較短的情況下，有效利用假期和學(xué)生業(yè)余時間，進(jìn)行學(xué)生動員工作和軟件培訓(xùn)工作，同時結(jié)合線上課程資源，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，推動實(shí)踐環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行。該培養(yǎng)模式將課程教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)踐活動和結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建高起點(diǎn)、高利用率、學(xué)生受益面廣的學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐、創(chuàng)新的教學(xué)模式，構(gòu)建學(xué)生自主創(chuàng)新的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，為競賽輸出優(yōu)秀人才。

（二）多元化教學(xué)模式

1.“做中學(xué)”——體驗式教學(xué)?！颁摻Y(jié)構(gòu)”課程教學(xué)中，因構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)連接形式靈活多樣，穩(wěn)定理論晦澀難懂，造成學(xué)生對基本概念理解困難。對于節(jié)點(diǎn)及構(gòu)件截面特性認(rèn)知，則采用DIY方式，通過手動制作桿件和節(jié)點(diǎn)，加深對構(gòu)造和截面特性的理解。在此過程中，學(xué)生充分發(fā)揮自主能動性，借助有限的資源條件，設(shè)計加載方案，得出可靠結(jié)論。

2.“競賽模式”——案例式教學(xué)。從學(xué)生個人發(fā)展及專業(yè)需求出發(fā)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽競賽模式，組建團(tuán)隊，解決具體工程問題或社會問題，模擬現(xiàn)實(shí)工程設(shè)計流程。在競賽中，團(tuán)隊成員要通力合作，考察團(tuán)隊的溝通能力、創(chuàng)新思維、資料收集、專業(yè)技術(shù)、語言表達(dá)等綜合能力，充分發(fā)揮個人的優(yōu)勢，在互補(bǔ)中得到個人能力提升。

3.“極致美”——探討式教學(xué)。結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是安全、經(jīng)濟(jì)、美觀。每個工程師有自己的設(shè)計理念。當(dāng)結(jié)構(gòu)追求最經(jīng)濟(jì)和最安全兩種極致矛盾時，如何抉擇，怎樣尋求兩者的平衡。結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有唯一答案，在追求極致美的優(yōu)化模型過程中，師生互通探討設(shè)計理念與設(shè)計思路，在討論中尋求答案。在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生選擇的結(jié)構(gòu)體系多樣化，通過現(xiàn)場模型展示、講述以及教師點(diǎn)評，增強(qiáng)了學(xué)生對結(jié)構(gòu)體系設(shè)計基本原則的理解。

（三）課程案例庫建設(shè)

1.“個性與共性”——材料認(rèn)知拓展。根據(jù)“鋼結(jié)構(gòu)”課程中鋼材力性能的學(xué)習(xí)，進(jìn)行材料認(rèn)知的拓展。由鋼材的力學(xué)性能知識的理論學(xué)習(xí)中，提煉研究方法和研究思路，應(yīng)用于其他材料的研究中。通過進(jìn)行試驗方案設(shè)計和試驗結(jié)果分析，鍛煉學(xué)生思考問題和分析問題的能力，在實(shí)踐中加深對理論知識的理解。該案例采用線上線下混合式教學(xué)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生主導(dǎo)教師為輔的教學(xué)模式，充分體現(xiàn)學(xué)生為中心的教學(xué)理念。

通過工程案例的引導(dǎo)，提出背后的專業(yè)知識問題，材料的力學(xué)性能受各種因素影響，從而引入教學(xué)主題材料力學(xué)性能研究。對相關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，并通過線上教學(xué)平臺進(jìn)行課堂測試，檢驗學(xué)生前期的學(xué)習(xí)效果。進(jìn)一步挖掘知識點(diǎn)中的研究思路，尋找共性問題，建立思維邏輯體系。進(jìn)行知識體系拓展，講述了新型建筑膜材的力學(xué)特點(diǎn)及實(shí)驗研究，引導(dǎo)學(xué)生具體問題具體分析。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中則讓學(xué)生在“做中學(xué)”，進(jìn)行竹皮的力學(xué)性能試驗，應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，進(jìn)行探索式學(xué)習(xí)。本教學(xué)案例采用“問題引導(dǎo)—方法總結(jié)—實(shí)踐探索”的教學(xué)模式，可幫助學(xué)生鍛煉分析問題和解決問題的能力，在探索式學(xué)習(xí)中發(fā)揮自主創(chuàng)新能力。

2.“剛?cè)岵?jì)”——構(gòu)件的強(qiáng)與弱。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計是鋼結(jié)構(gòu)基本原理中的主要部分。學(xué)生對該部分設(shè)計題目多數(shù)習(xí)慣參照例題，照本宣科去做。對其中涉及的穩(wěn)定理論知識往往也是教學(xué)難題，學(xué)生對分析方法和公式推導(dǎo)理解不透徹，停留在公式應(yīng)用層面。本案例從日常生活入手，由淺入深，從理論到實(shí)踐，通過探討結(jié)構(gòu)最優(yōu)截面，結(jié)合實(shí)驗分析結(jié)果，對構(gòu)件的剛與柔有深刻的認(rèn)知。同時通過竹制構(gòu)件受壓承載力試驗，可體會失穩(wěn)的本質(zhì)及計算原理。

本案例從“空心竹子”“太極拳以柔克剛”“蘆葦與橡樹”等日常生活案例入手，分別從哲學(xué)和專業(yè)角度兩個方面看待構(gòu)件的剛與柔的問題，從而梳理所學(xué)的理論知識，理解剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定的含義。再通過實(shí)踐環(huán)節(jié)探討最優(yōu)截面問題，對理論知識進(jìn)一步鞏固。最后深入探討理論分析方法，使學(xué)生從應(yīng)用公式到理解公式的由來，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究意識。

3.“極致美”——結(jié)構(gòu)體系極致優(yōu)化。要培養(yǎng)出“卓越的工程師”，學(xué)生應(yīng)該對結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過程設(shè)計分析，這往往通過課程設(shè)計環(huán)節(jié)來對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，學(xué)生依據(jù)例題、工程經(jīng)驗、規(guī)范條文完成結(jié)構(gòu)體系布置，沒有留給學(xué)生更大的創(chuàng)造空間。本案例結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽賽題闡述了結(jié)構(gòu)體系布置原則，并通過軟件分析、模型制作、模型加載等實(shí)踐活動，使學(xué)生對結(jié)構(gòu)體系設(shè)計有深入的了解，體會結(jié)構(gòu)體系經(jīng)濟(jì)、安全設(shè)計原則，尋求最優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系。

結(jié)構(gòu)體系設(shè)計對于學(xué)生來說是既熟悉又高深的概念，課前調(diào)研發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生對結(jié)構(gòu)設(shè)計概念是模糊的，恐懼創(chuàng)新設(shè)計，喜歡按部就班。本案例通過借助結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽模式，將結(jié)構(gòu)設(shè)計過程進(jìn)行精簡，使學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)體系布置的基本原則，并通過具體賽題進(jìn)行練手，幫助學(xué)生克服恐懼心理，鼓勵創(chuàng)新。

（四）“六位一體”考核評價體系

1.“創(chuàng)”——創(chuàng)新思維。鼓勵學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐活動中，大膽嘗試，在結(jié)構(gòu)體系傳力模式、構(gòu)件截面形式、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、材料與構(gòu)件試驗加載裝置設(shè)計等多方面進(jìn)行創(chuàng)新，作為考核加分亮點(diǎn)，構(gòu)建學(xué)生自主創(chuàng)新的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

2.“思”——解決途徑。針對實(shí)踐問題或社會問題，從專業(yè)角度進(jìn)行分析與思考，提出解決思路與方案，鼓勵一題多解，根據(jù)學(xué)生提供的答案，評價學(xué)生解決問題的能力。

3.“果”——結(jié)果分析。對創(chuàng)新實(shí)踐活動中訓(xùn)練項目結(jié)果“不以成敗論英雄”，而是根據(jù)結(jié)果分析失敗的原因，允許嘗試失敗，旨在考查學(xué)生分析問題的能力。

4.“練”——花式訓(xùn)練。課堂訓(xùn)練借助“微助教”線上平臺，采用點(diǎn)答、快答、討論、測試、線上學(xué)習(xí)等模塊綜合評價學(xué)生的課堂訓(xùn)練水平。

5.“習(xí)”——思路解答。課后作業(yè)習(xí)題，為禁止抄襲，將教材題目更改，并強(qiáng)調(diào)解題思路。不以計算結(jié)果正確度作為審閱標(biāo)準(zhǔn)，允許出錯，以態(tài)度和誠信決定成績，防止“認(rèn)真抄襲”現(xiàn)象。

6.“考”——分析答題。針對思考分析題目，能夠結(jié)合理論知識點(diǎn)進(jìn)行合理說明，拒絕死記硬背。應(yīng)能舉一反三，從專業(yè)角度看待問題和分析問題。

三、教學(xué)總結(jié)與反思

（一）實(shí)踐活動環(huán)節(jié)

實(shí)踐活動環(huán)節(jié)作為該創(chuàng)新融合課程的重要部分，應(yīng)能充分調(diào)動學(xué)生的積極性。其中涉及軟件應(yīng)用、試驗設(shè)備操作、手工制作技巧等多個方面，前期培訓(xùn)和動員尤為重要。作為任課教師應(yīng)在授課前將工作完成，并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源讓大家學(xué)習(xí)。此外結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽的校賽，往往是根據(jù)省賽的舉辦時間進(jìn)行調(diào)整，可能導(dǎo)致實(shí)踐活動的訓(xùn)練環(huán)節(jié)尚未完成時學(xué)生要參加比賽。學(xué)生對構(gòu)件制作、節(jié)點(diǎn)設(shè)計方面沒有較多時間的練手機(jī)會，結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化尚未開展。

關(guān)于實(shí)踐活動環(huán)節(jié)無法與競賽活動相對應(yīng)的問題，學(xué)生可優(yōu)先參與競賽活動。在期末課程設(shè)計活動中，可針對競賽的加載結(jié)果，繼續(xù)對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行優(yōu)化，并對結(jié)構(gòu)體系的受力分析特點(diǎn)、加載結(jié)果成敗原因和模型制作方面的技巧進(jìn)行更全面總結(jié)。

（二）創(chuàng)新能力培養(yǎng)

根據(jù)課程結(jié)構(gòu)體系架構(gòu)分別在材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)三個方面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。其中材料主要通過進(jìn)行不同處理方式進(jìn)行性能測試，構(gòu)件則設(shè)計不同截面形式進(jìn)行穩(wěn)定分析，結(jié)構(gòu)則通過結(jié)構(gòu)體系布置訓(xùn)練進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。上述問題均沒有唯一答案，給學(xué)生極大的創(chuàng)作空間，可以較好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化對學(xué)生來說既是難點(diǎn)也是挑戰(zhàn)。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對結(jié)構(gòu)體系部分知之甚少，且偏向于整體結(jié)構(gòu)的外觀，將美觀與合理混淆。對結(jié)構(gòu)傳力及施工方面考慮較少，設(shè)計的模型在加工制作時造成難度。結(jié)構(gòu)模型重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理論分析值。后續(xù)針對競賽的不同賽題，增加相關(guān)結(jié)構(gòu)體系知識的拓展，用于線上自學(xué)。

（三）課堂組織

創(chuàng)新教學(xué)活動應(yīng)能夠培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、溝通能力和語言表達(dá)能力。一部分活動需要學(xué)生課堂展示成果，并能與課堂教學(xué)內(nèi)容有效銜接，才能起到1+1＞2的效果，課堂組織尤為重要。前期教學(xué)中，主要采取了“線上測試—教師復(fù)習(xí)總結(jié)—實(shí)踐活動成果展示—教師點(diǎn)評”的方式，效果較好。后續(xù)教學(xué)中可以進(jìn)一步改進(jìn)和完善課堂組織。學(xué)生課堂展示環(huán)節(jié)中，提前規(guī)定好模板，需要重點(diǎn)講解哪幾方面，準(zhǔn)備好實(shí)物模型，使展示成果更有邏輯性。在點(diǎn)評環(huán)節(jié)中，增加學(xué)生互動，通過互評和提問，擴(kuò)大教學(xué)的受益面。

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Exploration on the Teaching Mode of “Integration of Teaching and Competition” in Steel Structure Course： Taking Ludong University as an Example

MENG Lei， FAN Qing-lai， JIA Shu-juan

（School of Civil Engineering， Ludong University， Yantai， Shandong 264025， China）

Abstract： Under the background of emerging engineering education， cultivating outstanding engineers is more innovative and practical to meet the needs of social talents. Taking Ludong University as an example， this paper combines the structural competition mode to carry out the teaching reform of the steel structure course and explores the training mode and evaluation system， and puts forward the trinity training mode and six-in-one evaluation system. Based on the curriculum system， combined with the structural competition model， three curriculum case libraries are established. Through the teaching reform of the course， the teaching mode of independent learning， practice， and innovation of students with a high starting point， high utilization rate， and comprehensive benefit is formed， the innovation ability and practical ability of students are strengthened， and the training mode of top-notch innovative talents with independent innovation of students is constructed， to output talents for the competition and cultivate excellent engineers with comprehensive quality.

Key words： steel structure; integration of teaching and competition; trinity training mode; six-in-one evaluation system