“鋼結構”課程中“教賽融合”教學模式探索

［摘 要］ 在新工科背景下，卓越工程師的培養更突出創新性和實踐性，以滿足社會人才需要。以魯東大學為例，結合結構設計競賽模式，對“鋼結構”課程進行教學改革，對教賽融合的培養模式和評價體系進行探索，提出“三位一體”的培養模式和“六位一體”的評價體系。根據課程體系，結合結構競賽模式，建立了三個課程案例庫。通過課程教學改革，形成高起點、高利用率、受益面廣的學生自主學習、實踐、創新的教學模式，加強培養學生的創新能力和實踐能力，構建學生自主創新的拔尖創新人才培養模式，為競賽輸出優秀人才，培養具有綜合素質的卓越工程師。

［關鍵詞］ 鋼結構；教賽融合；“三位一體”培養模式；“六位一體”評價

［基金項目］ 2021年度魯東大學“專創融合”課程建設項目“鋼結構”；2022年度山東省研究生教育教學改革研究項目“基于CDIO理念的專業學位研究生實踐創新能力培養及評價體系研究——以土木水利專業為例”（SDYJG21187）；2020年度山東省專業學位研究生教學案例庫建設項目“高等土力學教學案例庫”（SDYAL20168）

［作者簡介］ 孟 雷（1983—），女，山東濟南人，博士，魯東大學土木工程學院講師，主要從事結構工程研究；范慶來（1977—），男，山東棲霞人，博士，魯東大學土木工程學院教授，主要從事海洋巖土工程研究；賈淑娟（1971—），女，河北唐山人，碩士，魯東大學土木工程學院講師，主要從事高校基礎黨建、學生思想政治教育研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ 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，鋼結構得到了迅速的發展與推廣。作為土木工程方向重要專業課程，“鋼結構”應與時俱進，進行教學模式和教學方法的改革，培養具有更強的實踐能力和創新能力的卓越工程師［1-2］。許多教學工作者基于CDIO工程教學模式、模塊化教學模式進行了課程教學改革，突出了“鋼結構”實踐教學的重要性［2-4］。

大學生結構設計競賽是由教育部、財政部首次聯合批準的全國性9大學科競賽資助項目之一，一直受到高校的重視和學生青睞。競賽目的是為構建高校工程教育實踐平臺，進一步培養大學生創新意識、團隊協同和工程實踐能力，切實提高創新人才培養質量。將結構設計競賽內容融入課程教學中，可提高學生的結構競賽技能，強化學生對專業課程中相關理論知識的理解，達到“以教促賽、以賽促改”的效果，增大受益人群［5-6］。

本文根據本校的“鋼結構”課程教學情況，對教賽融合的培養模式進行探索，并結合教學實踐總結經驗和教訓，推動后續教學改革的持續改進。

一、課程改革背景

新工科背景下，隨著專業課程教學體系整體改革，“鋼結構”課程的授課學時由64學時，縮減到40學時。教學中偏重理論知識的學習，實踐教學環節僅通過課程設計環節完成。課程設計安排在學期末，為期一周，設計題目采用傳統的屋架結構和平臺結構，學生參考例題計算步驟完成。為防止學生抄襲，采取參數制，保證每人一題。但設計過程很難避免學生照本宣科，也無法培養學生的創新能力。實踐活動諸如參觀實際工程的安裝施工過程，因受時間、環境、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，如何高效融入教學實踐活動，培養學生的實踐創新能力，成為“鋼結構”課程改革的重點。

二、教學模式探索

（一）“三位一體”培養模式

基于課程體系的“材料—構件—結構”的總體思路，結合大學生結構設計競賽的模式，完成課程的教學實踐環節，形成“課程—實踐—競賽”的“三位一體”教賽融合培養模式（見圖1）。通過教賽融合的方式，培養學生工程師的職業素養和責任意識。在課程開始前期，完成教學實踐活動動員大會，確定有意向的學生，利用假期進行軟件和基礎知識培訓。授課階段，結合課程中材料及構件的理論知識的學習，完成材料實驗和構件試驗的拓展環節。根據大學生結構設計競賽校賽平臺，進行結構實踐活動的模型制作和加載，參與省賽參賽人員的選拔工作。課程后期的課程設計環節，基于前期結構模型設計工作，完成計算書的撰寫，并在課堂中進行成果展示，探討加載成敗的關鍵因素。在課時相對較短的情況下，有效利用假期和學生業余時間，進行學生動員工作和軟件培訓工作，同時結合線上課程資源，培養學生的自學能力，推動實踐環節的順利進行。該培養模式將課程教學、創新實踐活動和結構設計競賽有機結合，構建高起點、高利用率、學生受益面廣的學生自主學習、實踐、創新的教學模式，構建學生自主創新的拔尖創新人才培養模式，為競賽輸出優秀人才。

（二）多元化教學模式

1.“做中學”——體驗式教學。“鋼結構”課程教學中，因構件、節點連接形式靈活多樣，穩定理論晦澀難懂，造成學生對基本概念理解困難。對于節點及構件截面特性認知，則采用DIY方式，通過手動制作桿件和節點，加深對構造和截面特性的理解。在此過程中，學生充分發揮自主能動性，借助有限的資源條件，設計加載方案，得出可靠結論。

2.“競賽模式”——案例式教學。從學生個人發展及專業需求出發，根據結構設計大賽競賽模式，組建團隊，解決具體工程問題或社會問題，模擬現實工程設計流程。在競賽中，團隊成員要通力合作，考察團隊的溝通能力、創新思維、資料收集、專業技術、語言表達等綜合能力，充分發揮個人的優勢，在互補中得到個人能力提升。

3.“極致美”——探討式教學。結構設計的基本原則是安全、經濟、美觀。每個工程師有自己的設計理念。當結構追求最經濟和最安全兩種極致矛盾時，如何抉擇，怎樣尋求兩者的平衡。結構設計沒有唯一答案，在追求極致美的優化模型過程中，師生互通探討設計理念與設計思路，在討論中尋求答案。在教學實踐中，學生選擇的結構體系多樣化，通過現場模型展示、講述以及教師點評，增強了學生對結構體系設計基本原則的理解。

（三）課程案例庫建設

1.“個性與共性”——材料認知拓展。根據“鋼結構”課程中鋼材力性能的學習，進行材料認知的拓展。由鋼材的力學性能知識的理論學習中，提煉研究方法和研究思路，應用于其他材料的研究中。通過進行試驗方案設計和試驗結果分析，鍛煉學生思考問題和分析問題的能力，在實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，理論與實踐相結合，學生主導教師為輔的教學模式，充分體現學生為中心的教學理念。

通過工程案例的引導，提出背后的專業知識問題，材料的力學性能受各種因素影響，從而引入教學主題材料力學性能研究。對相關的知識點進行復習，并通過線上教學平臺進行課堂測試，檢驗學生前期的學習效果。進一步挖掘知識點中的研究思路，尋找共性問題，建立思維邏輯體系。進行知識體系拓展，講述了新型建筑膜材的力學特點及實驗研究，引導學生具體問題具體分析。實踐教學環節中則讓學生在“做中學”，進行竹皮的力學性能試驗，應用所學知識解決實際問題，進行探索式學習。本教學案例采用“問題引導—方法總結—實踐探索”的教學模式，可幫助學生鍛煉分析問題和解決問題的能力，在探索式學習中發揮自主創新能力。

2.“剛柔并濟”——構件的強與弱。鋼結構構件設計是鋼結構基本原理中的主要部分。學生對該部分設計題目多數習慣參照例題，照本宣科去做。對其中涉及的穩定理論知識往往也是教學難題，學生對分析方法和公式推導理解不透徹，停留在公式應用層面。本案例從日常生活入手，由淺入深，從理論到實踐，通過探討結構最優截面，結合實驗分析結果，對構件的剛與柔有深刻的認知。同時通過竹制構件受壓承載力試驗，可體會失穩的本質及計算原理。

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，分別從哲學和專業角度兩個方面看待構件的剛與柔的問題，從而梳理所學的理論知識，理解剛度、強度和穩定的含義。再通過實踐環節探討最優截面問題，對理論知識進一步鞏固。最后深入探討理論分析方法，使學生從應用公式到理解公式的由來，逐步培養學生的科學研究意識。

3.“極致美”——結構體系極致優化。要培養出“卓越的工程師”，學生應該對結構進行全過程設計分析，這往往通過課程設計環節來對學生進行訓練。對于傳統結構體系，學生依據例題、工程經驗、規范條文完成結構體系布置，沒有留給學生更大的創造空間。本案例結合結構設計競賽賽題闡述了結構體系布置原則，并通過軟件分析、模型制作、模型加載等實踐活動，使學生對結構體系設計有深入的了解，體會結構體系經濟、安全設計原則，尋求最優化結構體系。

結構體系設計對于學生來說是既熟悉又高深的概念，課前調研發現多數學生對結構設計概念是模糊的，恐懼創新設計，喜歡按部就班。本案例通過借助結構設計競賽模式，將結構設計過程進行精簡，使學生掌握結構體系布置的基本原則，并通過具體賽題進行練手，幫助學生克服恐懼心理，鼓勵創新。

（四）“六位一體”考核評價體系

1.“創”——創新思維。鼓勵學生在創新實踐活動中，大膽嘗試，在結構體系傳力模式、構件截面形式、節點構造、材料與構件試驗加載裝置設計等多方面進行創新，作為考核加分亮點，構建學生自主創新的拔尖創新人才培養。

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

3.“果”——結果分析。對創新實踐活動中訓練項目結果“不以成敗論英雄”，而是根據結果分析失敗的原因，允許嘗試失敗，旨在考查學生分析問題的能力。

4.“練”——花式訓練。課堂訓練借助“微助教”線上平臺，采用點答、快答、討論、測試、線上學習等模塊綜合評價學生的課堂訓練水平。

5.“習”——思路解答。課后作業習題，為禁止抄襲，將教材題目更改，并強調解題思路。不以計算結果正確度作為審閱標準，允許出錯，以態度和誠信決定成績，防止“認真抄襲”現象。

6.“考”——分析答題。針對思考分析題目，能夠結合理論知識點進行合理說明，拒絕死記硬背。應能舉一反三，從專業角度看待問題和分析問題。

三、教學總結與反思

（一）實踐活動環節

實踐活動環節作為該創新融合課程的重要部分，應能充分調動學生的積極性。其中涉及軟件應用、試驗設備操作、手工制作技巧等多個方面，前期培訓和動員尤為重要。作為任課教師應在授課前將工作完成，并提供相應的學習資源讓大家學習。此外結構設計大賽的校賽，往往是根據省賽的舉辦時間進行調整，可能導致實踐活動的訓練環節尚未完成時學生要參加比賽。學生對構件制作、節點設計方面沒有較多時間的練手機會，結構體系優化尚未開展。

關于實踐活動環節無法與競賽活動相對應的問題，學生可優先參與競賽活動。在期末課程設計活動中，可針對競賽的加載結果，繼續對結構模型進行優化，并對結構體系的受力分析特點、加載結果成敗原因和模型制作方面的技巧進行更全面總結。

（二）創新能力培養

根據課程結構體系架構分別在材料、構件和結構三個方面培養學生的創新能力。其中材料主要通過進行不同處理方式進行性能測試，構件則設計不同截面形式進行穩定分析，結構則通過結構體系布置訓練進行優化設計。上述問題均沒有唯一答案，給學生極大的創作空間，可以較好地培養學生的創新能力。結構體系優化對學生來說既是難點也是挑戰。在教學中發現，學生對結構體系部分知之甚少，且偏向于整體結構的外觀，將美觀與合理混淆。對結構傳力及施工方面考慮較少，設計的模型在加工制作時造成難度。結構模型重量遠遠超過理論分析值。后續針對競賽的不同賽題，增加相關結構體系知識的拓展，用于線上自學。

（三）課堂組織

創新教學活動應能夠培養學生的團結協作能力、溝通能力和語言表達能力。一部分活動需要學生課堂展示成果，并能與課堂教學內容有效銜接，才能起到1+1＞2的效果，課堂組織尤為重要。前期教學中，主要采取了“線上測試—教師復習總結—實踐活動成果展示—教師點評”的方式，效果較好。后續教學中可以進一步改進和完善課堂組織。學生課堂展示環節中，提前規定好模板，需要重點講解哪幾方面，準備好實物模型，使展示成果更有邏輯性。在點評環節中，增加學生互動，通過互評和提問，擴大教學的受益面。

參考文獻

［1］焦燏烽，陳俊嶺.以培養卓越土木工程師為目標的鋼結構教學改革探討［J］.教學研究，2014，37（6）：106-108.

［2］孔丹丹，趙欣，王玲.新工科和金課建設背景下的鋼結構混合式教學改革探索［C］//中國鋼結構協會結構穩定與疲勞分會.中國鋼結構協會結構穩定與疲勞分會第17屆（ISSF-2021）學術交流會暨教學研討會論文集.工業建筑雜志社，2021：412-414.

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［5］王永寶，聶云靖，張翛.將大學生結構設計競賽與鋼結構教學相融合的教學改革［J］.實驗技術與管理，2022，39（10）：190-193+243.

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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