创客教学法在《钢结构设计》教学中的应用研究

2018-03-08赵莹

创新创业理论研究与实践 2018年18期

赵莹

（吉林建筑大学城建学院，吉林长春 130000）

《钢结构设计》是土木工程专业的核心课程，主要讲授钢结构设计的基本原理、构造要求、设计方法等。《钢结构设计》课程理论高深、方法抽象。传统的教学方法是填鸭式教学法。填鸭式教学方法，以教师为中心，以教师理论讲授为主，枯燥、乏味。《钢结构设计》课程虽然是非常重要的专业核心课程，但给学生的感受却是“无用”而“无趣”的，学生的反馈是既“用不上”，也“没意思”，学生对课堂的参与度低，教学效果不佳。

1 创客教学法现状

“创客”一词来源英文“maker”，即“创造者”[1]。 “创客”的内涵是具有创新精神、锐意进取，努力把创意转变为现实。“创客”的特征是兴趣使然、善于思考、积极行动、开放包容、乐于分享。“创客”寻求自我的实现和个性爱好发展，宽松的环境、灵活的机制、和谐的氛围、业务的挑战是创客们最感兴趣的内容。2015年3月，召开十二届全国人大三次会议，“创客”一词首次被写入政府工作报告，由此开始，“创客”一词席卷中国。“创客”教学法强调以学生为中心，强调快乐学习，强调从创造中学。创客教学法的普遍特征是含有两个元素，一个是“动手实践”，另一个是“成果展示”。近年来，学者们纷纷尝试将创客教学法应用到教学当中。华东师范大学高金丽设计了创客教学流（scscscscs），并将其应用到高二的《创意设计与制作》课程当中[2]；徐丽君、赵超将创客教育理念融入《材料力学》的教学之中[3]；余宪泽将创客教育与中学物理相结合，提出了M-P教学模式[4]；杨维、费瑞伟构建了中小学创客教育的一般框架[5]；于宝东提出了基于创客教育的8步教学法[6]；黎加厚提出了基于创客教育的5步教学法[7]；李慧颖提出了基于创客教育的项目体验式教学模式[8]。从收集到的资料看，创客教学法在中小学教学中应用较多，在大学物理课、英语课、材料力学等课程上略有涉及，但是，在《钢结构设计》课程教学中的应用，尚无相关研究报道。

2 创客教学模式构建

结合《钢结构设计》课程的特点，将已有创客教学法进行了改进，通过模型化学习成果、项目化学习内容、创客化学习过程，将创客教学法应用到《钢结构设计》教学当中。

2.1 模型化学习成果

通过引入“模型”，将“创客”教学法应用到钢结构系列课程的教学当中。每一阶段的学习成果，不再是习题，而是一个明确指定的“模型”。这个“模型”既是每一阶段的教学的终点，也是该阶段的教学的起点，确定教学成果。“模型”生动、直观、有趣。以“模型”作为学习成果，学生没有抵触情绪，学习的主动性会有所增强。

2.2 项目化学习内容

当明确了学习成果和学习目标之后，将教学内容按实际钢结构工程项目的实施情况进行整合。比如，轴心受力构件的相关学习内容整合为 “平台柱工程项目”，受弯构件的相关的学习内容整合为“桁架工程项目”。学习内容就是一个个真实的工程项目。

2.3 创客化学习过程（见图1）

（1）构思模型。教师在开始讲授每一章的教学内容之前，首先把创造结构模型的具体任务布置给学生。学生接到任务后，就要伴随着课堂理论教学的开展，对模型的类型、截面形式、细部构造、尺寸等进行构思。

（2）创造模型。学习基本单元是团队。学生接到任务后，自由分组。到工程现场参观、体验感受、考察和学习。查阅资料，设计出具有新意的模型，利用PKpm、BIM等软件进行虚拟仿真模型的建立和方案的确定。明确分工。伴随着教学进程，完成模型的创造。

（3）展示模型。在每个章教学的最后一次课上进行模型展示。先由每个团队代表对模型进行介绍，然后称量每组模型的自重，并进行加载。记录自重和极限承载力，并计算荷重比。

（4）评价模型。教师对模型进行点评。由学生评委团对每组模型进行打分。评价包括作品评价和学习过程评价。评价指标包括模型方案的创新性、模型制作的合理性和模型功能的高效性等。通过评价模型，将课程内容与能力结构建立映射关系。

（5）反思模型。学生提交学习体会，反思和总结整个学习过程的经验、教训和感悟。

图1 创客教学法基本流程

3 创客教学法的应用实践

对土木工程2015级《钢结构设计》进行了基于创客教学法的教学改革，取得了较好的教学效果。现以第一章第4节“平台柱设计”教学为例，介绍一下创客教学法在教学中的应用。

3.1 学生情况分析

学习本节之前，学生们已经在《钢结构设计原理》课上学习了“轴心受力构件”相关的理论知识和结构设计的基本方法。但因学生自主学习能力较差，原理课内容多、学时少等问题的存在，学生对相关知识的理解和掌握并不理想。

3.2 教学内容

该节课主要讲授平台柱的设计方法和设计步骤。

3.3 教学目标

通过采用创客教学法，让学生深入理解抽象的“轴心受力构件”理论知识，制作平台柱模型。从而达到知识性（钢结构设计的基本原理和钢结构设计的基本方法）、技能性（发现问题、分析问题、解决问题的能力）；情意性（工匠精神、创新精神和团队精神）三个方面的教学目标。

3.4 教学过程

教学过程包括四个阶段：课上讲授、课下实训、课上点评、课下总结四个阶段。整个过程中体现了体验教育，快乐教育，基于项目的教育，创造中学等教育理念。其中，课上讲授阶段，按照传统的教学方法，进行基本知识的传授，同时，向学生进行模型制作任务的布置，学生会在上课的过程中完成模型的初步构思。课下实训阶段，包括分组、复习、参观、计算、分析、答疑和制作七个方面。在这个阶段，学生们要完成模型的创造。将“平台结构”和工程实体，也就是该校的工程实训中心钢平台相对接，在教师的引导下，学生以团队的形式学习、研究已有实训中心钢平台图纸，复习和巩固“平台柱”这部分教学内容，包括：平台柱的截面形式、设计原理和设计步骤。然后，在原有设计方案的基础上进行改良和优化，设计并制作出自己的平台柱模型。在这个阶段，学生结合设计任务进行分工、分组，然后，通过自主学习、查阅规范、计算手册等夯实理论，掌握设计方法，同时，充分利用网络资源和查阅国内外优秀教材，借助BIM、PKPM、ANSYS等软件进行构造和力学分析，通过理论计算，完成模型方案的确定。充分利用创客空间，建立第一课堂和第二课堂的有机结合和行业专家指导的良性机制。第三个阶段，是课上点评。这个阶段，通过展示、介绍、称重、加载、点评，学生完成自己学习成果的展示。第四个阶段，是课下总结，在这个阶段，学生会对自己的模型制作全过程进行整理和回顾，在知识、技能、情意三个方面进行总结。