新工科背景下基于实践能力培养的钢结构教学初步探索

段莉　徐桂弘　谢钦

【摘要】在新工科背景下，结合钢结构教学现状，进行钢结构教学改革。这种方法注重学生实践能力的培养和锻炼。从优化教学内容、改进教学方法、完善评价体系三个方面对钢结构教学进行了初步探索。结果表明，它可以提高学生的学习积极性，增强学生对实际工程的认识和理解，为学生更好地融入行业，适应毕业后的社会需求打下良好的基础。

【关键词】新工科  实践能力  钢结构

【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年贵州理工学院教育教学改革研究项目。

【中图分类号】G640 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）07-0164-02

新工科是在新时代、新环境、新形式的推动下产生的。围绕“新工科”建设，天津大学2017年提出了“天大行动”之一，即“以产业需求为导向，改变传统工程建设，构建构件工程新结构”。该行动强调以社会需求为主要导向，着重培养学生的实际操作能力、创新能力。

钢结构课程在土木工程专业中占有举足轻重的地位，它集理论与实践于一身，既需要将学生所学基础知识充分融合，又需要将理论用于实践，是一门理论与实践性均比较强的课程。本文将以“新工科”为背景，培养实践能力为主要目标，初步探索钢结构课程改革。

1.传统钢结构教学存在的问题

钢结构是一门实践性较强的课程，要求学生能够将课堂上所学知识应用到工程实践中，传统的钢结构教学中，大多数高校对该课程的教学都是分两个部分，一部分为基本原理部分的讲解，另一部分为课程设计（通常是钢屋架设计或者是钢桥设计），通过以上两部分教学能初步使学生具备一定的实践能力，但是在实际教学实施过程中，受到各种条件的约束及限制，钢结构教学的实践效果与理想中相差太远。下面对钢结构实践教学过程中存在的问题进行分析。

1.1学时数偏少，不能保证实践教学质量

现阶段的钢结构教学中，大部分高校钢结构课程设置的学分偏少，学时数相对于其他专业课而言较少，这就会导致两种情况出现，一种是部分学校由于学分限制不开设课程设计，在这种情况下，教师在教学过程中只侧重于基本理论的讲解，最终导致学生实践能力差，纸上谈兵的现象层出不穷，严重违背了理论与实践相结合的教学宗旨;另一种是理论学时较少，虽然在某些高校，开设了课程设计，但由于总学时数较少，不得不压缩理论教学学时，放弃很多复杂但是很基础的理论讲解。例如在钢结构原理教学中，轴压、压弯杆件，在稳定设计方面问题突出，但其理论及计算均比较复杂，由于理论学时减少，最终只能进行简单的公式及设计方法的介绍，这样导致学生的基础理论知识学习得不扎实，从而在课程设计过程中理论与实践脱节的情况发生。

学科交叉情况较为突出。钢结构是一门较为综合的专业课，与其他专业课程密切相关，需要必要的专业基础知识支持，如建筑制图、材料力学、结构力学、土木工程材料等。在教学过程中发现学生的基础知识不扎实，这将直接导致钢结构课程学习的不尽如人意。

1.2教学方法不能充分展现出实践性

常规的钢结构教学都是先进行钢结构基本原理部分讲解，采用的手段是PPT讲解结合部分板书，“老师在上面讲，学生在底下听”，教学过程较为死板僵硬，且基本原理讲解的知识繁多，学生仅在最后课程设计的1～2周内全部对其进行整合，难度较大，且效果不佳。

1.3学生对钢结构课程学习缺乏动力和兴趣

钢结构由于自身存在的特点，例如同一建筑采用钢结构比采用传统混凝土结构用钢量大，造价高的特点，使得钢结构在工程应用过程中受到限制，建设体量相对于混凝土体量偏小，生活中钢结构建筑除了公共建筑以外，接触较少，直接导致学生误以为钢结构设计不重要，对钢结构设计及学习不感兴趣。

2.基于实践能力培养的钢结构教学模式改革

2.1课程教学内容优化

基于实践能力培养的钢结构教学改革应突出“新工科”理念在钢结构教学过程中的应用。应在实践中贯穿基本原理的讲解，加强工程实例的训练。以某钢屋架设计为例，利用学生所学的力学知识，将屋架进行细分，拆分为轴心受力构件、受弯构件、压弯构件、拉弯构件分别进行讲解，最终用节点连接部分将前者串联，完成一次屋架设计。这样既完成了理论教学，又能直观地让学生参与了一榀框架的设计。另外，教学过程中，由于学生对于实体结构没有直观的认知，可以采用动画或者虚拟仿真的形式进行教学，将模拟动画和虚拟仿真系统带入课堂，例如轴心受压构件失稳破坏时的变形，在试验资源比较稀缺的情况下，可以适当制作加载及变形的动画，通过动画模拟，让学生直观地观察轴压杆在轴力作用下的缓慢变形，从而加深学生对失稳概念的理解。对于大型屋盖设计及施工，可以采用虚拟仿真系统，让学生根据所学理论知识对屋盖系统进行建造和设计。

2.2课程教学方式及方法的改革

在新工科背景下，以实践能力培养为基础的钢结构教学的主要特点是“以学生为中心”。传统的教学方法基本上是“教师说什么，学生学什么”，学生学习主动性差。改革后，要求教师以学生为中心，“学生需要什么，老师讲什么”，这一方式的转变大致可从以下两点进行探索：

2.2.1在理论教学阶段，可以采用现代教学方法、线上线下混合教学和多样化的教学模式

新工科背景下要求学生具有了解学科发展前沿与学科交叉等更加先进的信息，因此，教师可以采用现代化的教学手段，如“雨课堂”“智慧树”“腾讯课堂”等现代化学习平台，开展线上教学与线下教学相结合的方式。线上教学通常是指线上精品课及微课，学生可以通过观看线上教学视频额外获得专业知识，例如在课前教师通过教学平台引导学生进行优秀教学资源的学习，包括课前预习，专业前沿知识学习等;課中可以利用平台，加强学生的课堂参与度，并且可以通过发布测试题，对教学效果进行实时监测;课后同样利用平台指导学生深入学习，通过平台建立相应试题库、发布课件、行业资料等，及时巩固所学理论知识。

2.2.2在课程设计阶段，加强设计能力及方法的训练

传统的钢结构课程设计，采用集中讲解，个别答疑辅导，最终提交成果的方式进行，从以往的成果质量来看，学生的构件计算结果正确，但是图纸及计算书普遍达不到工程设计标准，因此，基于实践能力培养的钢结构教学课程设计更加注重学生查阅资料、绘制施工图及编制计算书能力的训练，设计初期，对学生计算能力进行监督，中期加强学生施工图绘制软件及识图知识的讲解，最后以实际工程为例，教会学生编写工程设计计算书。采用此种方式可以有效地避免学生会算不会用的尴尬。

2.3评价机制的改革

理论教学方面，现阶段钢结构理论教学阶段的考核通常都是考勤成绩+期末考试成绩的方式，但是课堂实出勤情况只能反映出学生是否来上课，没有办法反映出学生课堂学习的真实情况，因此，在课程考核方面需加入课堂教学效果及作业情况考核，具体操作可采用雨课堂的多种形式的线上教学方式，通过简单提问或者小测验进行课堂给分，另外通过课后作业批改掌握学生真实学习效果。

在课程设计方面，加强对设计过程的监督。传统的钢结构课程设计评价只关注学生提交的最终设计图纸和计算书，根据以往教学现象发现，很多学生在规定的大部分时间里面不主动进行学习和作业，只在设计截止时间前两天“赶工”，最终使得设计效果不理想。改革后的课程设计最终考核由五项组成，即考勤、工作量完成情况、设计图纸、计算说明书及答辩。在课程设计初期将课程设计考核内容进行公布，告诉学生每一项考核内容所占的比例（如表1所示），考核过程中以学生答疑和指导过程评价出勤考核，并且以答辩的方式进一步督促学生将所学知识运用于实践，并且可以便于教师掌握学生学习情况，考核内容评分表最终将作为归档材料的一部分随图纸及计算书一起归档。采用这种方式可以有效地督促学生按时作业和学习，避免最后“赶工期”的现象发生，也有利于激发学生主动学习的积极性。

3.结语

新工科是新时代、新形势下提出的一种新的教学机制，需要不断探索和推进，不断改革和完善。在新工程背景下，以实践能力培养为基础的钢结构教学改革以工业需求为导向，注重对学生实践能力的培养和训练，增强学生对实际工程的认识和理解，为学生毕业后提供更好的能力平台，为行业的发展和社会的需求打下了良好的基础。

参考文献：

[1]苏乃权，常晓筱，周瑞强，黄崇林.面向“新工科”的机械设计基础课程建设的探索[J].教育教学论坛，2020（52）：208-209

[2]马辉.新工科背景下钢结构原理及应用课程教学改革[J].教育教学论坛，2019（58）：48-49

[3]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6

[4]郑举功，石俊，那兵，基于工程教育认证的材料科学基础课程改革[J].教育教学论坛，2020（47）：169-171

[5]吴维仲，李国庆，关晓辉.“以学生为中心”的教学改革思考[J].东北师大学报（ 哲学社会科学版），2017（3）：162-166

[6]宋平，张伟伟，李婉珍，朱龙宝，陶玉贵，葛飞.新工科与工程教育认证背景下生物工程专业微生物实验教学改革与实践[J].广州化工，2020（4）：138-139

作者简介：

段莉（1987年-），女，汉族，江苏徐州人，硕士研究生，讲师，研究方向：土木工程结构设计。

徐桂弘（1979年-），女，汉族，河北省平乡县人，博士，教授，研究方向为高速重载轨道结构及轨道动力学。

谢钦（1988年-），男，汉族，贵州贵阳人，博士，副教授，主要从事结构工程研究。