基于國(guó)際工程認(rèn)證要求的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)設(shè)計(jì)研究

鄭夕健 謝正義 侯祥林

摘要：基于國(guó)際工程認(rèn)證要求，借鑒國(guó)外先進(jìn)的教育理念，提出基于工程認(rèn)證的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)設(shè)計(jì)思想。給出國(guó)際工程認(rèn)證要求的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)目標(biāo)，圍繞課程知識(shí)點(diǎn)與要求、課程教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、考核方法等開展教學(xué)改革研究，以畢業(yè)能力要求為目標(biāo)完善機(jī)械類特色專業(yè)人才培養(yǎng)定位，尋求應(yīng)用型特色人才培養(yǎng)的有效方法。研究將有助于提高特色專業(yè)人才的知識(shí)與能力目標(biāo)，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：國(guó)際工程認(rèn)證；鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642；TU391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2018）03-0051-05

面向教育部“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的教育教學(xué)改革，沈陽(yáng)建筑大學(xué)機(jī)械專業(yè)不斷更新教學(xué)理念，在培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段等環(huán)節(jié)進(jìn)行了積極的改革實(shí)踐，本科教學(xué)質(zhì)量不斷提升[1-2]。

實(shí)施工程教育專業(yè)認(rèn)證，是教育部“十二五”期間本科教學(xué)工程的重要內(nèi)容之一，是中國(guó)高等學(xué)校推進(jìn)工程教育改革的重要舉措，也是工程教育國(guó)際化的重要標(biāo)志，將為工程類學(xué)生走向世界提供具有國(guó)際互認(rèn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的“通行證”。

工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)教育教學(xué)改革提出了新的要求，要求學(xué)生不僅具有工程專業(yè)知識(shí)，還必須掌握問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究及使用現(xiàn)代工具等多方面的能力。針對(duì)機(jī)械類鋼結(jié)構(gòu)課程，要求學(xué)生能夠針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)，綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)完成對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算和仿真分析[3]。鋼結(jié)構(gòu)作為機(jī)械類學(xué)生重要的專業(yè)課之一，對(duì)課程教學(xué)設(shè)計(jì)提出了新的要求，工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與傳統(tǒng)培養(yǎng)方案對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程要求也存在差異，如表1所示。

如何提升工程教育授課質(zhì)量、提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力，專業(yè)課程內(nèi)容與設(shè)置能否緊跟科技發(fā)展及企業(yè)需求，等等，這些問題都需要認(rèn)真研究，并積極探索實(shí)踐[4]。

一、鋼結(jié)構(gòu)課程目標(biāo)與細(xì)化知識(shí)點(diǎn)

（一）基于工程認(rèn)證的課程目標(biāo)制定

課程教學(xué)目標(biāo)應(yīng)體現(xiàn)學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)后的個(gè)人能力和綜合素質(zhì)要求，反映課程教學(xué)對(duì)學(xué)生畢業(yè)能力要求的支撐情況，綜合考慮技術(shù)和非技術(shù)能力及素質(zhì)要求[5-6]。

按照工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的學(xué)生畢業(yè)能力要求，修訂了6條課程教學(xué)目標(biāo)，其中前4條為知識(shí)目標(biāo)，后兩條為能力目標(biāo)。課程目標(biāo)具體內(nèi)容如下。

教學(xué)目標(biāo)1：了解鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、應(yīng)用及破壞原理，掌握鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法；教學(xué)目標(biāo)2：掌握鋼結(jié)構(gòu)連接的受力分析與設(shè)計(jì)方法；教學(xué)目標(biāo)3：掌握鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件的工作原理、受力分析的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算與構(gòu)造設(shè)計(jì)方法；

教學(xué)目標(biāo)4：掌握吊車梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

教學(xué)目標(biāo)5：具備分析、推理和解決工程問題的能力；

教學(xué)目標(biāo)6：具備歸納總結(jié)及表達(dá)能力。

根據(jù)課程特點(diǎn)確定課程對(duì)畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)，制定課程教學(xué)目標(biāo)和與之相對(duì)應(yīng)的教學(xué)活動(dòng)計(jì)劃。首先確定鋼結(jié)構(gòu)課程與畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度矩陣（專業(yè)能力矩陣），即教學(xué)環(huán)節(jié)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系，此處教學(xué)環(huán)節(jié)可以為課程教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)、訓(xùn)練等。課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)學(xué)生畢業(yè)能力要求的支撐情況如表2所示。

（二）主要知識(shí)點(diǎn)與要求

對(duì)應(yīng)課程教學(xué)目標(biāo)，提煉出7個(gè)課程主要知識(shí)點(diǎn)，給出了各知識(shí)點(diǎn)的基本要求、重難點(diǎn)、學(xué)時(shí)分配、教學(xué)方式等，明確知識(shí)點(diǎn)對(duì)課程教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)能力要求的支撐作用及具體要求，進(jìn)而圍繞主要知識(shí)點(diǎn)展開課程教學(xué)，保證教學(xué)效果的一致性，減少因教材不同對(duì)教學(xué)效果造成的影響。同時(shí)，給出課外教學(xué)內(nèi)容和基本要求。最后，明確課程考核方式和考核比重。課程總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，另有兩周的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)時(shí)間，主要知識(shí)點(diǎn)與要求如表3所示。

鋼結(jié)構(gòu)以實(shí)例或案例導(dǎo)出知識(shí)點(diǎn)，各知識(shí)點(diǎn)既不重疊，又互為補(bǔ)充。學(xué)生通過案例掌握單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，并了解和熟悉不同知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，結(jié)合典型建筑機(jī)械產(chǎn)品，強(qiáng)化建筑機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、工程素質(zhì)與工程能力。

二、鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一）課程目標(biāo)的落實(shí)與考核

鋼結(jié)構(gòu)課程圍繞課程目標(biāo)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化、考核展開。

1.圍繞課程目標(biāo)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)

為實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)課程目標(biāo)，達(dá)到國(guó)際工程認(rèn)證要求，設(shè)計(jì)了相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)。教學(xué)活動(dòng)主要包括：作業(yè)設(shè)計(jì)（專題綜述）、項(xiàng)目設(shè)計(jì)（連接設(shè)計(jì)）、考試設(shè)計(jì)（開卷考試）、案例教學(xué)與研討（吊車梁設(shè)計(jì)）等。主要目的是為了訓(xùn)練、考查學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的理解與應(yīng)用情況。

作業(yè)設(shè)計(jì)：作業(yè)中的每項(xiàng)內(nèi)容均與細(xì)化知識(shí)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)：對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深層次鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

考試設(shè)計(jì)：每項(xiàng)內(nèi)容均與細(xì)化知識(shí)點(diǎn)或能力點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)運(yùn)用和問題分析能力的考查。

案例分析：彌補(bǔ)作業(yè)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不足，強(qiáng)調(diào)師生的交流、互動(dòng)，強(qiáng)化知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，以及學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)。

2.細(xì)化評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，合理實(shí)施考核

結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)，細(xì)化各教學(xué)活動(dòng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和考核方式，體現(xiàn)不同教學(xué)活動(dòng)對(duì)學(xué)生能力要求的不同，主要包括：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)制定、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向性設(shè)計(jì)、重點(diǎn)環(huán)節(jié)與難以評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)制定。

如：作業(yè)設(shè)計(jì)（專題綜述）要求針對(duì)某一種建筑機(jī)械產(chǎn)品，在廣泛查閱和整理的基礎(chǔ)上，全面論述該建筑機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)組成、工作特點(diǎn)、具體材料及對(duì)化學(xué)成分的要求、材料的防腐耐磨措施等。而項(xiàng)目設(shè)計(jì)則是要求依據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，按照等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則，合理完成節(jié)點(diǎn)板兩側(cè)焊接與螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括焊接的焊縫類型選擇、焊接參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算、螺栓連接類型選擇、螺栓個(gè)數(shù)和型號(hào)設(shè)計(jì)計(jì)算、連接圖繪制等，作業(yè)/項(xiàng)目評(píng)分如表4所示。

通過對(duì)不同階段完成情況進(jìn)行考核評(píng)分，構(gòu)成課程總成績(jī)。總成績(jī)由專題綜述（20%）、項(xiàng)目設(shè)計(jì)（20%）、期末考試（60%）三個(gè)板塊構(gòu)成。專題綜述和項(xiàng)目設(shè)計(jì)在期末考試前完成，布置題目時(shí)，一并給出詳盡、有效的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。在期末考試中，前四個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)因已有專題綜述和項(xiàng)目設(shè)計(jì)考核，只占10%左右，而后三個(gè)知識(shí)點(diǎn)既有知識(shí)目標(biāo)，又有能力目標(biāo)，占90%左右。期末考試采用開卷形式，主要考查學(xué)生知識(shí)應(yīng)用和解決復(fù)雜問題的能力。

（二）課程教學(xué)模式、手段與教學(xué)平臺(tái)改革

鋼結(jié)構(gòu)課程作為機(jī)械類學(xué)生的一門主要專業(yè)課，難學(xué)難懂，對(duì)學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)要求較高，特別是穩(wěn)定理論的分析與計(jì)算較難掌握，獨(dú)立自學(xué)基本不可能，因此，采用基于問題的教學(xué)方法、基于項(xiàng)目的教學(xué)方法、案例教學(xué)法、探究式教學(xué)法及翻轉(zhuǎn)課堂方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)，根據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)、難度，采用合適的教學(xué)方式。如探究式教學(xué)法，在講解多向應(yīng)力下的屈服判定，強(qiáng)化“當(dāng)量”的工程思想，與機(jī)械設(shè)計(jì)課程中的“當(dāng)量”思想呼應(yīng)；講解焊接與螺栓連接內(nèi)容時(shí)，強(qiáng)化“等強(qiáng)度”思想，并在“項(xiàng)目設(shè)計(jì)”中具體應(yīng)用，拓展思維；講解梁截面設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)化“高薄腹板+加勁肋”的思想，并在課程設(shè)計(jì)中體現(xiàn)，提升工程能力。如采用教學(xué)互動(dòng)方法，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用情況，在講授理論的同時(shí)，以案例展開教學(xué)，通過“指導(dǎo)、輔導(dǎo)、引導(dǎo)”三導(dǎo)教學(xué)模式，貫徹以學(xué)生的主體的教學(xué)理念，將教學(xué)與科研融合，通過研究課題、工程應(yīng)用實(shí)例培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)踐問題的能力，注重對(duì)學(xué)生“兩個(gè)能力”的培養(yǎng)，達(dá)到學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握技能、形成能力的目的。不同的教學(xué)方法和手段加深了學(xué)生對(duì)各主要知識(shí)點(diǎn)的理解，使學(xué)習(xí)變得循序漸進(jìn)，相對(duì)更為輕松。

通過多種教學(xué)方法的運(yùn)用，使學(xué)生能真正掌握鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)，達(dá)到學(xué)以致用的目的，培養(yǎng)其建筑機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)能力，提高處理復(fù)雜工程問題的能力。

隨著移動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展，云教學(xué)得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用，針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)不一、學(xué)習(xí)能力不同等情況，云教學(xué)較好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的不足，開啟了學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)模式。鋼結(jié)構(gòu)云班課系統(tǒng)由“教學(xué)資源”“成員”“活動(dòng)”“通知”“詳情”五大版塊組成。教學(xué)資源版塊包括課件、視頻、素材、作業(yè)、案例、參考，網(wǎng)絡(luò)資源鏈接和圖文資源鏈接，學(xué)生能隨時(shí)通過手機(jī)或電腦進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。目前已將全部課堂教學(xué)內(nèi)容視頻、教學(xué)文檔等分段推送至網(wǎng)絡(luò)云端，學(xué)生可以根據(jù)自己對(duì)知識(shí)的理解，選擇性學(xué)習(xí)，更好地實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。成員版塊主要包括學(xué)生學(xué)號(hào)和個(gè)人信息，學(xué)生通過完成作業(yè)、參與活動(dòng)、問題答疑等，形成經(jīng)驗(yàn)值。教師可隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)和作業(yè)完成情況，有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。活動(dòng)版塊包括投票問卷、頭腦風(fēng)暴、答疑討論、測(cè)試活動(dòng)、作業(yè)小組任務(wù)、課堂表現(xiàn)等內(nèi)容，通過課前和課后推送，學(xué)生可隨時(shí)通過手機(jī)閱讀并完成相關(guān)內(nèi)容，根據(jù)自己時(shí)間安排測(cè)試，教師根據(jù)學(xué)生作答情況及測(cè)試結(jié)果分析設(shè)計(jì)課堂教學(xué)。鋼結(jié)構(gòu)多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)及云班課界面如圖1所示。

考慮到學(xué)生的個(gè)體差異，同時(shí)旨在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生的潛質(zhì)開發(fā)和創(chuàng)造性。課程教學(xué)組在VB 環(huán)境下通過嵌入PPT和3d Max等軟件功能，開發(fā)了集課程教學(xué)、交互測(cè)試、教學(xué)參考為一體的鋼結(jié)構(gòu)多媒體輔助教學(xué)系統(tǒng)，將基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)應(yīng)用、測(cè)試等整合于一體。界面設(shè)計(jì)上有菜單和按鈕直接導(dǎo)航，每個(gè)子模塊中都有提示和說明。輔助教學(xué)系統(tǒng)采用分層、模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由教學(xué)內(nèi)容、交互設(shè)計(jì)與測(cè)試、教學(xué)參考三部分組成。教學(xué)內(nèi)容包括教學(xué)要求、電子教案、典型題解和工程實(shí)例等模塊，構(gòu)成了整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。交互測(cè)試模塊主要為學(xué)生提供課后復(fù)習(xí)測(cè)試，并設(shè)置有成績(jī)分析及查看答案功能。教學(xué)參考模塊包括自學(xué)輔助、案例賞析、建筑機(jī)械三維動(dòng)畫模塊及建筑機(jī)械作業(yè)視頻等，主要為學(xué)生自學(xué)、知識(shí)拓展、教師輔助教學(xué)等提供支持，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的熱情。

三、結(jié)語(yǔ)

（1）基于國(guó)際工程認(rèn)證要求，提出基于工程認(rèn)證的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)設(shè)計(jì)思想。確定了滿足國(guó)際工程認(rèn)證要求的課程教學(xué)目標(biāo)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程目標(biāo)進(jìn)行了制定和細(xì)化分解，強(qiáng)化了鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容之間在邏輯上和結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。

（2）根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)給出了課程主要知識(shí)點(diǎn)及要求，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法等方面開展教學(xué)改革研究，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生在建筑機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的分析和設(shè)計(jì)能力，提高處理復(fù)雜工程問題的能力；

（3）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)課程難易程度，采用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段，開發(fā)了基于云教學(xué)的課程教學(xué)設(shè)計(jì)和多媒體教學(xué)系統(tǒng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，搭建了良好的課程教學(xué)平臺(tái)，使課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量得到了提升。

（4）云班課與輔助教學(xué)系統(tǒng)結(jié)合，開啟了學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的模式。學(xué)生可自主學(xué)習(xí)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和工程案例，及時(shí)掌握建筑機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)與最新發(fā)展。教師可隨時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，針對(duì)學(xué)習(xí)情況完善教學(xué)設(shè)計(jì)，起到了良好的教學(xué)輔助效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦晉峰.“以評(píng)促教”的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探索[J].高等建筑教育，2016，25（2）：36-39.

[2]熊瑞生.鋼結(jié)構(gòu)課程的單元練習(xí)與課程設(shè)計(jì)一體化改革與實(shí)踐[J].高等建筑教育，2016，25（5）：62-66.

[3]蔣正躍，付云松，韓俊，等.基于“工程認(rèn)證”的鋼結(jié)構(gòu)課程建設(shè)探索[J]. 山西建筑，2016，42（24）：230-232.

[4]高 磊，江克斌，邵飛，等.基于SPOC平臺(tái)的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革[J]. 高等教育研究學(xué)報(bào)，2016，39（1）：101-105.

[5]陳東. 基于卓越工程師計(jì)劃的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革研究[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2011， （6）：174-175，182.

[6]宋高麗.以案例為主線的鋼結(jié)構(gòu)課程一體化教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J]. 高等建筑教育，2016， 25（3）：68-71.