新工科背景下基于實踐能力培養的鋼結構教學初步探索

段莉　徐桂弘　謝欽

【摘要】在新工科背景下，結合鋼結構教學現狀，進行鋼結構教學改革。這種方法注重學生實踐能力的培養和鍛煉。從優化教學內容、改進教學方法、完善評價體系三個方面對鋼結構教學進行了初步探索。結果表明，它可以提高學生的學習積極性，增強學生對實際工程的認識和理解，為學生更好地融入行業，適應畢業后的社會需求打下良好的基礎。

【關鍵詞】新工科? 實踐能力? 鋼結構

【Abstract】Under the background of new engineering， combining with the current teaching situation of steel structure， the teaching reform of steel structure is carried out. This method pays attention to the cultivation and exercise of students？蒺 practical ability. The teaching of steel structure is preliminarily explored from three aspects： optimization of teaching content， improvement of teaching method and improvement of evaluation system. The results show that it can improve students learning enthusiasm， enhance their cognition and understanding of practical engineering， and lay a good foundation for students to better integrate into the industry and adapt to the social needs after graduation.

【Keywords】Emerging Engineering Education;? Practical Ability; Steel Structure

【基金項目】2018年貴州理工學院教育教學改革研究項目。

【中圖分類號】G640 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）07-0164-02

新工科是在新時代、新環境、新形式的推動下產生的。圍繞“新工科”建設，天津大學2017年提出了“天大行動”之一，即“以產業需求為導向，改變傳統工程建設，構建構件工程新結構”。該行動強調以社會需求為主要導向，著重培養學生的實際操作能力、創新能力。

鋼結構課程在土木工程專業中占有舉足輕重的地位，它集理論與實踐于一身，既需要將學生所學基礎知識充分融合，又需要將理論用于實踐，是一門理論與實踐性均比較強的課程。本文將以“新工科”為背景，培養實踐能力為主要目標，初步探索鋼結構課程改革。

1.傳統鋼結構教學存在的問題

鋼結構是一門實踐性較強的課程，要求學生能夠將課堂上所學知識應用到工程實踐中，傳統的鋼結構教學中，大多數高校對該課程的教學都是分兩個部分，一部分為基本原理部分的講解，另一部分為課程設計（通常是鋼屋架設計或者是鋼橋設計），通過以上兩部分教學能初步使學生具備一定的實踐能力，但是在實際教學實施過程中，受到各種條件的約束及限制，鋼結構教學的實踐效果與理想中相差太遠。下面對鋼結構實踐教學過程中存在的問題進行分析。

1.1學時數偏少，不能保證實踐教學質量

現階段的鋼結構教學中，大部分高校鋼結構課程設置的學分偏少，學時數相對于其他專業課而言較少，這就會導致兩種情況出現，一種是部分學校由于學分限制不開設課程設計，在這種情況下，教師在教學過程中只側重于基本理論的講解，最終導致學生實踐能力差，紙上談兵的現象層出不窮，嚴重違背了理論與實踐相結合的教學宗旨;另一種是理論學時較少，雖然在某些高校，開設了課程設計，但由于總學時數較少，不得不壓縮理論教學學時，放棄很多復雜但是很基礎的理論講解。例如在鋼結構原理教學中，軸壓、壓彎桿件，在穩定設計方面問題突出，但其理論及計算均比較復雜，由于理論學時減少，最終只能進行簡單的公式及設計方法的介紹，這樣導致學生的基礎理論知識學習得不扎實，從而在課程設計過程中理論與實踐脫節的情況發生。

學科交叉情況較為突出。鋼結構是一門較為綜合的專業課，與其他專業課程密切相關，需要必要的專業基礎知識支持，如建筑制圖、材料力學、結構力學、土木工程材料等。在教學過程中發現學生的基礎知識不扎實，這將直接導致鋼結構課程學習的不盡如人意。

1.2教學方法不能充分展現出實踐性

常規的鋼結構教學都是先進行鋼結構基本原理部分講解，采用的手段是PPT講解結合部分板書，“老師在上面講，學生在底下聽”，教學過程較為死板僵硬，且基本原理講解的知識繁多，學生僅在最后課程設計的1～2周內全部對其進行整合，難度較大，且效果不佳。

1.3學生對鋼結構課程學習缺乏動力和興趣

鋼結構由于自身存在的特點，例如同一建筑采用鋼結構比采用傳統混凝土結構用鋼量大，造價高的特點，使得鋼結構在工程應用過程中受到限制，建設體量相對于混凝土體量偏小，生活中鋼結構建筑除了公共建筑以外，接觸較少，直接導致學生誤以為鋼結構設計不重要，對鋼結構設計及學習不感興趣。

2.基于實踐能力培養的鋼結構教學模式改革

2.1課程教學內容優化

基于實踐能力培養的鋼結構教學改革應突出“新工科”理念在鋼結構教學過程中的應用。應在實踐中貫穿基本原理的講解，加強工程實例的訓練。以某鋼屋架設計為例，利用學生所學的力學知識，將屋架進行細分，拆分為軸心受力構件、受彎構件、壓彎構件、拉彎構件分別進行講解，最終用節點連接部分將前者串聯，完成一次屋架設計。這樣既完成了理論教學，又能直觀地讓學生參與了一榀框架的設計。另外，教學過程中，由于學生對于實體結構沒有直觀的認知，可以采用動畫或者虛擬仿真的形式進行教學，將模擬動畫和虛擬仿真系統帶入課堂，例如軸心受壓構件失穩破壞時的變形，在試驗資源比較稀缺的情況下，可以適當制作加載及變形的動畫，通過動畫模擬，讓學生直觀地觀察軸壓桿在軸力作用下的緩慢變形，從而加深學生對失穩概念的理解。對于大型屋蓋設計及施工，可以采用虛擬仿真系統，讓學生根據所學理論知識對屋蓋系統進行建造和設計。

2.2課程教學方式及方法的改革

在新工科背景下，以實踐能力培養為基礎的鋼結構教學的主要特點是“以學生為中心”。傳統的教學方法基本上是“教師說什么，學生學什么”，學生學習主動性差。改革后，要求教師以學生為中心，“學生需要什么，老師講什么”，這一方式的轉變大致可從以下兩點進行探索：

2.2.1在理論教學階段，可以采用現代教學方法、線上線下混合教學和多樣化的教學模式

新工科背景下要求學生具有了解學科發展前沿與學科交叉等更加先進的信息，因此，教師可以采用現代化的教學手段，如“雨課堂”“智慧樹”“騰訊課堂”等現代化學習平臺，開展線上教學與線下教學相結合的方式。線上教學通常是指線上精品課及微課，學生可以通過觀看線上教學視頻額外獲得專業知識，例如在課前教師通過教學平臺引導學生進行優秀教學資源的學習，包括課前預習，專業前沿知識學習等;課中可以利用平臺，加強學生的課堂參與度，并且可以通過發布測試題，對教學效果進行實時監測;課后同樣利用平臺指導學生深入學習，通過平臺建立相應試題庫、發布課件、行業資料等，及時鞏固所學理論知識。

2.2.2在課程設計階段，加強設計能力及方法的訓練

傳統的鋼結構課程設計，采用集中講解，個別答疑輔導，最終提交成果的方式進行，從以往的成果質量來看，學生的構件計算結果正確，但是圖紙及計算書普遍達不到工程設計標準，因此，基于實踐能力培養的鋼結構教學課程設計更加注重學生查閱資料、繪制施工圖及編制計算書能力的訓練，設計初期，對學生計算能力進行監督，中期加強學生施工圖繪制軟件及識圖知識的講解，最后以實際工程為例，教會學生編寫工程設計計算書。采用此種方式可以有效地避免學生會算不會用的尷尬。

2.3評價機制的改革

理論教學方面，現階段鋼結構理論教學階段的考核通常都是考勤成績+期末考試成績的方式，但是課堂實出勤情況只能反映出學生是否來上課，沒有辦法反映出學生課堂學習的真實情況，因此，在課程考核方面需加入課堂教學效果及作業情況考核，具體操作可采用雨課堂的多種形式的線上教學方式，通過簡單提問或者小測驗進行課堂給分，另外通過課后作業批改掌握學生真實學習效果。

在課程設計方面，加強對設計過程的監督。傳統的鋼結構課程設計評價只關注學生提交的最終設計圖紙和計算書，根據以往教學現象發現，很多學生在規定的大部分時間里面不主動進行學習和作業，只在設計截止時間前兩天“趕工”，最終使得設計效果不理想。改革后的課程設計最終考核由五項組成，即考勤、工作量完成情況、設計圖紙、計算說明書及答辯。在課程設計初期將課程設計考核內容進行公布，告訴學生每一項考核內容所占的比例（如表1所示），考核過程中以學生答疑和指導過程評價出勤考核，并且以答辯的方式進一步督促學生將所學知識運用于實踐，并且可以便于教師掌握學生學習情況，考核內容評分表最終將作為歸檔材料的一部分隨圖紙及計算書一起歸檔。采用這種方式可以有效地督促學生按時作業和學習，避免最后“趕工期”的現象發生，也有利于激發學生主動學習的積極性。

3.結語

新工科是新時代、新形勢下提出的一種新的教學機制，需要不斷探索和推進，不斷改革和完善。在新工程背景下，以實踐能力培養為基礎的鋼結構教學改革以工業需求為導向，注重對學生實踐能力的培養和訓練，增強學生對實際工程的認識和理解，為學生畢業后提供更好的能力平臺，為行業的發展和社會的需求打下了良好的基礎。

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作者簡介：

段莉（1987年-），女，漢族，江蘇徐州人，碩士研究生，講師，研究方向：土木工程結構設計。

徐桂弘（1979年-），女，漢族，河北省平鄉縣人，博士，教授，研究方向為高速重載軌道結構及軌道動力學。

謝欽（1988年-），男，漢族，貴州貴陽人，博士，副教授，主要從事結構工程研究。