鋼結構設計原理課程中鋼材知識課程思政教學設計

摘" 要：專業教育和思政教育融合是培養德才兼備社會主義接班人的教學理念，針對鋼結構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。教學的素養目標是培養學生愛國愛校愛專業的情懷、科技創新精神、工程思維和工匠精神。

關鍵詞：課程思政；思政元素；教學設計；鋼結構；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質量的戰略舉措[1]，高校教師需要針對課程內容做好思政元素融合，有效解決專業教育和思政教育“兩張皮”問題，進而實現“三全育人”總目標[2-3]。土木工程專業具有理論和實踐并重的特點，因此需要培養學生具備科技創新精神、工程思維和工匠精神，為未來從事基礎建設行業奠定素質基礎，同時結合典型的工程案例、人物和事件滲透愛國、愛校、愛專業的思想教育，為我國基礎建設行業培養合格的接班人。

鋼結構設計原理是土木工程專業的學科基礎課程，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構材料、連接和構件設計三部分，構件設計內容主要針對軸心受力構件、受彎構件、拉彎和壓彎構件進行講授。鋼結構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、種類和規格等內容[6]，具有知識涵蓋面廣、內容間邏輯性不強、對學生知識基礎要求高等特點。傳統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，激發學生的學習熱情，提高學生對知識的理解能力并內化為綜合素養，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

在鋼結構設計原理課程中，鋼結構的材料章節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（包括碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼、優質碳素結構鋼、建筑結構用鋼板）和鋼材規格（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等）、鋼結構對材料強度、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構設計原理三門課程中關于鋼材的知識，避免產生內容重復，同時明晰鋼結構設計原理課程中鋼結構材料部分的重要知識點；二是注重各節內容間的邏輯關系，以鋼材主要性能及其影響因素為基礎，強調鋼材的屈服條件、疲勞性能、鋼結構對材料的要求和鋼材的破壞形式；三是強化鋼的種類、鋼材規格、化學成分影響鋼材性能等知識的記憶和應用。熟悉相關規范和標準，扎實訓練學生面向鋼結構設計和建造工作所需的基礎知識。

二" 課程內容與素養目標的對應關系

課程思政教學是課程素質目標達成的重要途徑，深度挖掘課程內容中的思政元素，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。

在鋼結構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容，結合知識特點滲透愛國、愛校、愛專業的情懷，培養學生工程思維和工匠精神，鼓勵學生進行科技創新，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。授課內容的導入和總結可以選用相關的教學設計案例，用于引導和啟發學生思維。由圖1可知，案例設計和素養目標存在交叉對應關系，在教學過程中可以靈活選取對應關系，優化并實現素養目標，既可以應用多個案例反復強化的方式達成一個素養目標即“多例一能”形式，也可以細化某一案例達成多個素養目標即“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

結合鋼結構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。可以結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構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構工程。結合國家時事應用耳熟能詳的典型工程和國家重大事件中的工程案例，表明中國具備世界領先的建造技術，并已經建成大量世界領先的大工程，弘揚中國特色社會主義制度的優越性，同時可以拓展土木工程專業學生的建設視野。

展望祖國大科學裝置和航空航天技術的國際地位，培養學生專業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揮的重要作用，將個人學習與時代需求相結合，教育青年學生以專業知識學習為基礎，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，鋼結構的材料涉及礦業工程、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，授課教師可以根據學校學科和專業分布特點，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“鋼結構之美”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同工作思想，教育學生熱愛母校，懂得分工協作的工作理念。講述東北大學“五四煤”班級的人積極響應國家號召，為國轉系，從其他專業紛紛轉到采礦和地質專業，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，提升學生的愛校和愛專業的情感。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于鋼鐵行業的生產現狀的分析：“鋼鐵行業雖是傳統制造業，但是控制水平和自動化水平都很高，同時有很好的數據采集系統。我們可以從實際生產過程中采集大量生產過程的信息，而這些信息數據蘊含企業生產過程的全部規律。[9]”土木工程行業和鋼鐵行業有相似之處，數字孿生技術也可以應用在土木工程的施工行業，鼓勵學生探索科研奧妙，繼承學校的優良傳統，為祖國的鋼鐵事業而奮斗，為鋼結構工程建設貢獻力量。

（三）" 愛專業思政元素

立足鋼材特性，以典型鋼結構工程設計案例和工程事故案例激發學生對專業基礎知識的興趣，帶領學生探索鋼結構材料的力學性能及其影響因素、鋼材屈服條件、鋼結構的破壞形態等。例如將長江三峽大壩五級船閘的鋼結構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周年國慶慶典現場的構筑物、新型冠狀病毒感染疫情的“救命”醫院工程、航空航天工程和奧運會場館建設等均與土木工程鋼結構建設相關，讓學生感受國家發展與土木工程專業息息相關和學習土木工程專業知識的重要性。結合工程事故反面案例，強化鋼結構材料在復雜應力狀態下屈服的危害，鼓勵學生擔當設計重任，增強土木工程結構師的責任感。

（四）" 創新精神思政元素

在鋼結構材料知識挖掘科技創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，強化對學生科學態度、創新意識和創新精神的培育，引導學生崇尚科學精神[10]。

在鋼材的主要性能影響因素、復雜應力狀態下鋼材的屈服條件及鋼材規格等知識點處，融入典型科研人物和科研成果的案例講解，激發大學生科技創新動力。從鐵材到鋼材的發展過程中，碳元素和其他元素（低于5%）的摻入改變了純鐵質軟的缺陷，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研究。復雜應力狀態區別于單一應力狀態的屈服原理，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構構件的受力狀態，鼓勵未來的結構工程師能夠基于鋼材的力學特性研發新的鋼結構形式，感悟龍馭球院士等老一輩科研工作者“力學筑夢中國”的科技創新能力和家國情懷[11]。

鋼結構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，在冶金工程、材料科學與工程和機械工程等學科領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新案例和代表人物融入知識教學，顯然培養學生科技創新精神的同時也可以滲透愛校情懷，進行多素養目標融合培養。通過篩選課后閱讀文獻資料，引領學生跟蹤世界科研前沿熱點和難點問題，激發學生的科技創新熱情。

（五）" 工程思維思政元素

在學生的工程思維訓練方面，主要結合鋼結構材料影響結構承載能力、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，增強學生對未來職業的敬畏和工匠精神的追求，強調工程師的責任感。

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到合龍成拱，拱結構構件不斷發生變形，需要經過嚴謹的施工過程力學計算，培養學生工匠精神和專業自豪感。復雜應力狀態下鋼材的屈服條件、循環荷載作用下鋼材的疲勞性能、鋼結構的破壞形式等均關系結構安全，帶領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構坍塌事故（圖3）、2021年浙江省金華開發區“湖畔里”鋼結構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，讓學生在學習專業知識的過程中，理解工程建設全過程需要具備的知識、技術和應該遵循的倫理道德，并將工程思維內化為工程素質[12]。工程事故的發生可能有技術、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本領，將理論知識與工程實踐緊密結合，在工程建設方面盡職盡責為人民群眾的生命財產安全保駕護航。

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節進行課程思政教學，落實課程的全過程思政設計，努力實現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節進行數據統計，評價課程素養目標達成情況并持續改進課程思政的教學設計和實施。經過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學科競賽的積極性和獲獎數量提高，表明學生的創新意識、科學精神和工程思維得到了良好的訓練。

五" 結束語

鋼結構設計原理課程中鋼結構材料的知識點涉及多學科內容，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”結合。課程思政案例和素養目標存在交叉對應關系，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、愛專業的思政元素與鋼結構材料相關知識緊密融合，拓展學生的科技創新思維和工程思維，培養青年學生家國情懷、創新意識和工匠精神，為基礎建設行業培養德才兼備的土木工程專業人才。

參考文獻：

[1] 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業發展新局面[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”發展的內在邏輯及建構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.鋼結構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“鋼結構基本原理”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.鋼結構[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”的鋼結構課程教學探討[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：材料科技的數字化轉型和鋼鐵創新基礎設施的建設[J].高科技與產業化，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新創業教育研究與實踐”（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的教學和科研。