“钢结构”课程中“教赛融合”教学模式探索

［摘 要］ 在新工科背景下，卓越工程师的培养更突出创新性和实践性，以满足社会人才需要。以鲁东大学为例，结合结构设计竞赛模式，对“钢结构”课程进行教学改革，对教赛融合的培养模式和评价体系进行探索，提出“三位一体”的培养模式和“六位一体”的评价体系。根据课程体系，结合结构竞赛模式，建立了三个课程案例库。通过课程教学改革，形成高起点、高利用率、受益面广的学生自主学习、实践、创新的教学模式，加强培养学生的创新能力和实践能力，构建学生自主创新的拔尖创新人才培养模式，为竞赛输出优秀人才，培养具有综合素质的卓越工程师。

［关键词］ 钢结构；教赛融合；“三位一体”培养模式；“六位一体”评价

［基金项目］ 2021年度鲁东大学“专创融合”课程建设项目“钢结构”；2022年度山东省研究生教育教学改革研究项目“基于CDIO理念的专业学位研究生实践创新能力培养及评价体系研究——以土木水利专业为例”（SDYJG21187）；2020年度山东省专业学位研究生教学案例库建设项目“高等土力学教学案例库”（SDYAL20168）

［作者简介］ 孟 雷（1983—），女，山东济南人，博士，鲁东大学土木工程学院讲师，主要从事结构工程研究；范庆来（1977—），男，山东栖霞人，博士，鲁东大学土木工程学院教授，主要从事海洋岩土工程研究；贾淑娟（1971—），女，河北唐山人，硕士，鲁东大学土木工程学院讲师，主要从事高校基础党建、学生思想政治教育研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）17-0165-04 ［收稿日期］ 2023-05-20

引言

在国家对绿色建造和装配式建造的大力支持下，钢结构得到了迅速的发展与推广。作为土木工程方向重要专业课程，“钢结构”应与时俱进，进行教学模式和教学方法的改革，培养具有更强的实践能力和创新能力的卓越工程师［1-2］。许多教学工作者基于CDIO工程教学模式、模块化教学模式进行了课程教学改革，突出了“钢结构”实践教学的重要性［2-4］。

大学生结构设计竞赛是由教育部、财政部首次联合批准的全国性9大学科竞赛资助项目之一，一直受到高校的重视和学生青睐。竞赛目的是为构建高校工程教育实践平台，进一步培养大学生创新意识、团队协同和工程实践能力，切实提高创新人才培养质量。将结构设计竞赛内容融入课程教学中，可提高学生的结构竞赛技能，强化学生对专业课程中相关理论知识的理解，达到“以教促赛、以赛促改”的效果，增大受益人群［5-6］。

本文根据本校的“钢结构”课程教学情况，对教赛融合的培养模式进行探索，并结合教学实践总结经验和教训，推动后续教学改革的持续改进。

一、课程改革背景

新工科背景下，随着专业课程教学体系整体改革，“钢结构”课程的授课学时由64学时，缩减到40学时。教学中偏重理论知识的学习，实践教学环节仅通过课程设计环节完成。课程设计安排在学期末，为期一周，设计题目采用传统的屋架结构和平台结构，学生参考例题计算步骤完成。为防止学生抄袭，采取参数制，保证每人一题。但设计过程很难避免学生照本宣科，也无法培养学生的创新能力。实践活动诸如参观实际工程的安装施工过程，因受时间、环境、管理和安全等多因素控制，组织较为困难。在有限的授课时间里，如何高效融入教学实践活动，培养学生的实践创新能力，成为“钢结构”课程改革的重点。

二、教学模式探索

（一）“三位一体”培养模式

基于课程体系的“材料—构件—结构”的总体思路，结合大学生结构设计竞赛的模式，完成课程的教学实践环节，形成“课程—实践—竞赛”的“三位一体”教赛融合培养模式（见图1）。通过教赛融合的方式，培养学生工程师的职业素养和责任意识。在课程开始前期，完成教学实践活动动员大会，确定有意向的学生，利用假期进行软件和基础知识培训。授课阶段，结合课程中材料及构件的理论知识的学习，完成材料实验和构件试验的拓展环节。根据大学生结构设计竞赛校赛平台，进行结构实践活动的模型制作和加载，参与省赛参赛人员的选拔工作。课程后期的课程设计环节，基于前期结构模型设计工作，完成计算书的撰写，并在课堂中进行成果展示，探讨加载成败的关键因素。在课时相对较短的情况下，有效利用假期和学生业余时间，进行学生动员工作和软件培训工作，同时结合线上课程资源，培养学生的自学能力，推动实践环节的顺利进行。该培养模式将课程教学、创新实践活动和结构设计竞赛有机结合，构建高起点、高利用率、学生受益面广的学生自主学习、实践、创新的教学模式，构建学生自主创新的拔尖创新人才培养模式，为竞赛输出优秀人才。

（二）多元化教学模式

1.“做中学”——体验式教学。“钢结构”课程教学中，因构件、节点连接形式灵活多样，稳定理论晦涩难懂，造成学生对基本概念理解困难。对于节点及构件截面特性认知，则采用DIY方式，通过手动制作杆件和节点，加深对构造和截面特性的理解。在此过程中，学生充分发挥自主能动性，借助有限的资源条件，设计加载方案，得出可靠结论。

2.“竞赛模式”——案例式教学。从学生个人发展及专业需求出发，根据结构设计大赛竞赛模式，组建团队，解决具体工程问题或社会问题，模拟现实工程设计流程。在竞赛中，团队成员要通力合作，考察团队的沟通能力、创新思维、资料收集、专业技术、语言表达等综合能力，充分发挥个人的优势，在互补中得到个人能力提升。

3.“极致美”——探讨式教学。结构设计的基本原则是安全、经济、美观。每个工程师有自己的设计理念。当结构追求最经济和最安全两种极致矛盾时，如何抉择，怎样寻求两者的平衡。结构设计没有唯一答案，在追求极致美的优化模型过程中，师生互通探讨设计理念与设计思路，在讨论中寻求答案。在教学实践中，学生选择的结构体系多样化，通过现场模型展示、讲述以及教师点评，增强了学生对结构体系设计基本原则的理解。

（三）课程案例库建设

1.“个性与共性”——材料认知拓展。根据“钢结构”课程中钢材力性能的学习，进行材料认知的拓展。由钢材的力学性能知识的理论学习中，提炼研究方法和研究思路，应用于其他材料的研究中。通过进行试验方案设计和试验结果分析，锻炼学生思考问题和分析问题的能力，在实践中加深对理论知识的理解。该案例采用线上线下混合式教学，理论与实践相结合，学生主导教师为辅的教学模式，充分体现学生为中心的教学理念。

通过工程案例的引导，提出背后的专业知识问题，材料的力学性能受各种因素影响，从而引入教学主题材料力学性能研究。对相关的知识点进行复习，并通过线上教学平台进行课堂测试，检验学生前期的学习效果。进一步挖掘知识点中的研究思路，寻找共性问题，建立思维逻辑体系。进行知识体系拓展，讲述了新型建筑膜材的力学特点及实验研究，引导学生具体问题具体分析。实践教学环节中则让学生在“做中学”，进行竹皮的力学性能试验，应用所学知识解决实际问题，进行探索式学习。本教学案例采用“问题引导—方法总结—实践探索”的教学模式，可帮助学生锻炼分析问题和解决问题的能力，在探索式学习中发挥自主创新能力。

2.“刚柔并济”——构件的强与弱。钢结构构件设计是钢结构基本原理中的主要部分。学生对该部分设计题目多数习惯参照例题，照本宣科去做。对其中涉及的稳定理论知识往往也是教学难题，学生对分析方法和公式推导理解不透彻，停留在公式应用层面。本案例从日常生活入手，由浅入深，从理论到实践，通过探讨结构最优截面，结合实验分析结果，对构件的刚与柔有深刻的认知。同时通过竹制构件受压承载力试验，可体会失稳的本质及计算原理。

本案例从“空心竹子”“太极拳以柔克刚”“芦苇与橡树”等日常生活案例入手，分别从哲学和专业角度两个方面看待构件的刚与柔的问题，从而梳理所学的理论知识，理解刚度、强度和稳定的含义。再通过实践环节探讨最优截面问题，对理论知识进一步巩固。最后深入探讨理论分析方法，使学生从应用公式到理解公式的由来，逐步培养学生的科学研究意识。

3.“极致美”——结构体系极致优化。要培养出“卓越的工程师”，学生应该对结构进行全过程设计分析，这往往通过课程设计环节来对学生进行训练。对于传统结构体系，学生依据例题、工程经验、规范条文完成结构体系布置，没有留给学生更大的创造空间。本案例结合结构设计竞赛赛题阐述了结构体系布置原则，并通过软件分析、模型制作、模型加载等实践活动，使学生对结构体系设计有深入的了解，体会结构体系经济、安全设计原则，寻求最优化结构体系。

结构体系设计对于学生来说是既熟悉又高深的概念，课前调研发现多数学生对结构设计概念是模糊的，恐惧创新设计，喜欢按部就班。本案例通过借助结构设计竞赛模式，将结构设计过程进行精简，使学生掌握结构体系布置的基本原则，并通过具体赛题进行练手，帮助学生克服恐惧心理，鼓励创新。

（四）“六位一体”考核评价体系

1.“创”——创新思维。鼓励学生在创新实践活动中，大胆尝试，在结构体系传力模式、构件截面形式、节点构造、材料与构件试验加载装置设计等多方面进行创新，作为考核加分亮点，构建学生自主创新的拔尖创新人才培养。

2.“思”——解决途径。针对实践问题或社会问题，从专业角度进行分析与思考，提出解决思路与方案，鼓励一题多解，根据学生提供的答案，评价学生解决问题的能力。

3.“果”——结果分析。对创新实践活动中训练项目结果“不以成败论英雄”，而是根据结果分析失败的原因，允许尝试失败，旨在考查学生分析问题的能力。

4.“练”——花式训练。课堂训练借助“微助教”线上平台，采用点答、快答、讨论、测试、线上学习等模块综合评价学生的课堂训练水平。

5.“习”——思路解答。课后作业习题，为禁止抄袭，将教材题目更改，并强调解题思路。不以计算结果正确度作为审阅标准，允许出错，以态度和诚信决定成绩，防止“认真抄袭”现象。

6.“考”——分析答题。针对思考分析题目，能够结合理论知识点进行合理说明，拒绝死记硬背。应能举一反三，从专业角度看待问题和分析问题。

三、教学总结与反思

（一）实践活动环节

实践活动环节作为该创新融合课程的重要部分，应能充分调动学生的积极性。其中涉及软件应用、试验设备操作、手工制作技巧等多个方面，前期培训和动员尤为重要。作为任课教师应在授课前将工作完成，并提供相应的学习资源让大家学习。此外结构设计大赛的校赛，往往是根据省赛的举办时间进行调整，可能导致实践活动的训练环节尚未完成时学生要参加比赛。学生对构件制作、节点设计方面没有较多时间的练手机会，结构体系优化尚未开展。

关于实践活动环节无法与竞赛活动相对应的问题，学生可优先参与竞赛活动。在期末课程设计活动中，可针对竞赛的加载结果，继续对结构模型进行优化，并对结构体系的受力分析特点、加载结果成败原因和模型制作方面的技巧进行更全面总结。

（二）创新能力培养

根据课程结构体系架构分别在材料、构件和结构三个方面培养学生的创新能力。其中材料主要通过进行不同处理方式进行性能测试，构件则设计不同截面形式进行稳定分析，结构则通过结构体系布置训练进行优化设计。上述问题均没有唯一答案，给学生极大的创作空间，可以较好地培养学生的创新能力。结构体系优化对学生来说既是难点也是挑战。在教学中发现，学生对结构体系部分知之甚少，且偏向于整体结构的外观，将美观与合理混淆。对结构传力及施工方面考虑较少，设计的模型在加工制作时造成难度。结构模型重量远远超过理论分析值。后续针对竞赛的不同赛题，增加相关结构体系知识的拓展，用于线上自学。

（三）课堂组织

创新教学活动应能够培养学生的团结协作能力、沟通能力和语言表达能力。一部分活动需要学生课堂展示成果，并能与课堂教学内容有效衔接，才能起到1+1＞2的效果，课堂组织尤为重要。前期教学中，主要采取了“线上测试—教师复习总结—实践活动成果展示—教师点评”的方式，效果较好。后续教学中可以进一步改进和完善课堂组织。学生课堂展示环节中，提前规定好模板，需要重点讲解哪几方面，准备好实物模型，使展示成果更有逻辑性。在点评环节中，增加学生互动，通过互评和提问，扩大教学的受益面。