建筑钢结构设计课程线上线下混合式教学探索与实践

摘  要：从分析建筑钢结构设计课程存在的主要问题入手，探索实施线上线下混合式教学的创新型教学模式。将课程的建设重点重构为温旧、预习、多形式线下课堂、扩展性实践课堂、课后实践复习、挑战性作业六个模块，并针对这六大模块的改革进行探索与实践。结合授课内容，把握培养政治认同、家国情怀和职业道德素养思政主线，打造课程专业知识和思政育人并行的课程新形态。

关键词：建筑钢结构设计；线上线下；混合式；教学改革；课程思政

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）30-0124-04

Abstract： Starting with the analysis of the main problems existing in the course of building steel structure design， the paper explored the innovative teaching mode of online and offline mixed teaching. The construction of the course was reconstructed with emphasis on six modules， including review， preview， multi-form offline courses， extended practical courses， post-class practical review and challenging assignments， and the reform of these six modules was explored and practiced. On the basis of teaching content， we have grasped the main ideological and political line in cultivating political identity， patriotism and professional ethics， and created a new form of curriculum in which course expertise and ideological and political education will run in parallel.

Keywords： the design of building steel structures; online and offline; mixedmode; teaching reform; curriculum ideology and politics

基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目“《建筑钢结构设计》线上线下混合式教学改革的实践”（J20220111）；山西省研究生教育教学改革课题“土木专业研究生线下线上混合式教学模式的构建与实践研究”（2022YJJG058）

第一作者简介：程欣（1986-），女，汉族，江西乐平人，博士，教授。研究方向为钢结构。

*通信作者：邱斌（1994-），男，汉族，江西萍乡人，博士，讲师。研究方向为钢结构。

在国家“十四五”规划大力发展钢结构和装配式建筑，推进建筑工业化的战略部署下，我国的钢结构发展日新月异，在土木建筑领域的应用也越来越广泛[1]。作为21世纪的“绿色建筑”，钢结构具有非常广阔的发展前景，使得钢结构设计课程在培养钢结构专业人才方面扮演着愈加重要的角色，必然对钢结构专业的课程教学方式及人才培养模式提出了更高要求[2-5]。然而，传统的教学模式主要以教师课堂讲授、学生“被动”听课为主，其教学形式单一，教学内容较为枯燥乏味，学生容易产生“不想学、学不动”的负面情绪，教学效果差强人意，严重影响人才培养质量[6-8]。

近些年，随着互联网技术的飞速发展，信息化工具层出不穷，极大方便了线上教学资源的共享，线上线下混合式教学模式应运而生[9-10]。混合式教学打破了以往“教师主讲、学生主听”的授课形式，使课堂教学更加多元化，教师不再照本宣科式地进行知识点传授，学生可根据自身需求从被动学习变为主动求知，教学效果得以极大提升[11-13]。因此，探索基于互联网信息技术的钢结构设计课程线上线下混合式的新教学理念和实施方法，对推动以学生为中心的高质量教学发展和专业人才培养目标实现具有重要意义。

一  课程特点及现状

建筑钢结构设计是土木工程专业的一门核心课程，是为培养学生在钢结构方面的基本理论知识和设计应用能力而设置的一门课程[14]。教学目的和任务：学生在掌握钢结构基本原理的基础上，学习民用和工业建筑中常用钢结构房屋的特点、基本设计理念与方法、计算简图与内力分析，并能按照专业标准或规范进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理，为今后的工程实践奠定坚实的基础。本课程的教学内容丰富且抽象、知识层次多、复杂性和创新性较高，且课程理论性和逻辑性较强、实训条件建造难度大等[15-17]。课程建设中主要存在的问题如下。

（一）  建筑钢结构的复杂性给课程教学提出了新的要求

课程存在结构形式众多、杆件数量多、节点繁多、连接形式复杂、受力特点复杂及实际工程设计较为复杂等特点；同时由于钢结构行业的迅猛发展，部分新型结构形式在荷载作用下的力学特点和设计方法还有很多尚未解决的问题。教学内容的复杂性为本课程的教学和评价体系增加了较大的难度。

（二）  课程内容多学时少为课程教学提出了新的挑战

课程涉及内容多，主要包括轻型门式刚架结构、中重型工业厂房结构、大跨屋盖结构、多层及高层房屋结构等，各章内容均包含设计理论与节点连接构造设计，与标准规范联系紧密[18]。课时的明显不足与钢结构行业迅猛发展对学生钢结构相关知识掌握的广度和深度提出更高的需求形成鲜明矛盾。如何在十分有限的学时内，帮助学生学习并掌握更多的钢结构设计专业知识，是本课程面临的新的挑战。

（三）  实践过程缺乏对课程教学的效果影响明显

本课程中的理论知识与实际工程联系密切，很多新理论、新技术以及实际工程施工中遇到的问题难以通过课堂授课让学生轻易理解，且本课程涉及大量的形式复杂的节点和结构构型的理解，需要极强的三维想象能力。而课程中实践教学的缺乏与形式单一化，对课程的有效推进产生了严重的阻碍。

二  创新思路及理念

从建筑钢结构设计的课程特点出发，提出了将线上线下混合式教学模式引入课程的一种新模式。学生通过网络资源线上学习课程的基本知识点，线下课堂教学则侧重于在已学知识的拓展和应用，调动学生主动参与，开展深度学习，充分发挥线上学习和线下授课两种教学形式的互补优势，将学习引向深度学习，具体思路如下（图1）。

（一）  线上课程

线上课程对课程知识点进行分解，基于中国大学MOOC网慕课建筑钢结构设计，开发配套的练习题，实现基础知识点的学习前移。如此一来，学生将有更加充分的学习时间，通过课前的线上学习后，学生可以带着较好的知识基础进入线下实体课堂，从而有利于提升课堂教学质量。

（二）  线下实体课堂

线下课堂基于线上配套练习题及调研等方式检查学生基础知识掌握情况，查缺补漏，针对重点、难点及共性问题进行针对性讲解。精心设计以学生为主体的教学活动，充分调动学生学习能动性与思考积极性，包括随堂测试的自评与互评、前沿发展的总结与展示等，让学生成为线下课堂的主要参与者，而不是被动接收者。

（三）  在线测试

基于慕课堂智慧教学平台开展在线测试，包括课前测试、随堂测试、章节测试和期中期末测试等，将测试结果作为线上成绩评价的重要依据，同时作为总结难点与重点的重要依据。线上和线下相结合，实现信息技术与传统教学的深度融合，促进教学质量的提升。

（四）  评教与互评

基于慕课堂智慧教学平台开展评教及互评活动，实现同伴互评、以评促学，及时了解学生的学习动态，并对教学方案作出调整。

三  教学创新模式

线上线下混合式教学是将传统的课堂教学与网络教学资源的学习有机融合的一种教学方法[19-20]。根据建筑钢结构设计课程的特点，将混合式教学进一步拆解为六个主要模块，如图2所示，分别介绍如下。

（一）  温旧模块

针对本课程前续课程多，学科交叉性强，需要对前续课程的相关知识进行复习，因此有针对性地建立温旧模块，例如，材料力学中求解截面惯性矩、钢结构基本原理中计算长细比等知识。在该模块中对已学过的知识进行复习，不仅可以巩固学生对已学知识的掌握，同时还可节省课堂上用于复习“旧知识”的时间，有效提升课堂授课效率。

（二）  预习模块

基于中国大学MOOC网慕课建筑钢结构设计，开发配套的练习题，实现基础知识点的学习前移，给予学生更多的学习时间，通过提前的在线学习，学生可以带着较好的知识基础进入线下实体课堂，从而有效保障课堂教学质量。

（三）  多形式线下课堂模块

线下实体课堂，基于线上配套练习题及调研等方式检查学生基础知识掌握情况，查缺补漏，针对重点、难点及共性问题进行讲解。精心设计以学生为主体的教学活动，充分调动学生学习能动性与思考积极性，包括随堂测试的自评与互评、前沿发展的总结与展示等，让学生成为线下课堂的主要参与者，而不是被动接收者。线下课堂开展的实施流程及相关案例如图3所示。线下实体课堂的设计和实施，是混合式教学的灵魂，如何利用有限的线下课堂时间，设计出兼具学术性、趣味性、可学性和可持续性的多形式线下课堂是关键。

（四）  扩展性实践课堂模块

如前所述，本课程是一门实践性较强的课程，需根据课程进展合理安排实践环节（图4）。例如根据课程讲解进程，结合学校现有的钢结构建筑工程组织学生进行现场观摩学习，分析各类结构的构件选择、节点制作、结构体系选型等，加深对结构的感性认识，引导学生学会将所学的理论知识应用于实际工程。再如，在完成各章节基本教学内容的基础上，针对性地开设拓展学生知识广度的学术讲座，鼓励并指导学生参加各类大赛，将课堂所学的结构设计理念与方法应用到竞赛作品的设计与制作中。

（五）  课后实践复习模块

利用慕课堂智慧教学平台开展在线测试，如课前测试、随堂测试、章节测试和期中期末测试等，将测试结果作为线上成绩评价的重要依据，作为总结难点与重点的重要依据，同时进行作业总结和布置任务。

（六）  挑战性作业模块

根据课程的教学内容与要求，针对性地设计挑战性任务，包括案例分析、项目设计、论文写作等形式，班级同学分组完成，给各小组布置不同的设计课题，课题任务要具有开放性和创新性，能够体现复杂的土木工程问题，任务工作量适中，需要学生花费较多的时间和精力查阅文献，并经过深入的思考与讨论才能完成，具有较好的挑战性。通过挑战性作业，鼓励学生通过查阅文献来探索解决工程问题的能力，引导学生将理论知识与实际问题相结合，充分发挥学生创造潜能，以此提升学生解决实际工程问题的综合能力。

四  思政元素与知识点的融合与实施

学习建筑钢结构设计课程的时期正好是大学生世界观、价值观和人生观形成的关键时期，学生面临实习和升学的双重压力，迫切需要正确的思想引导，构建正确的价值观和坚定的理想信念[21]。本课程尝试将专业知识点作为载体，深入挖掘课程中蕴含的思政教育资源，找准其对应的课程内容作为切入点，构建课程思政的内容体系，将学生的思想政治教育、理论知识学习和职业素养培养融入教学全过程。基于图5拟定的思政主线，把握培养政治认同、家国情怀、职业道德素养三条思政主线，打造课程专业知识和思政育人并行的课程新形态。例如，通过超级工程——北京大兴国际机场项目的工程案例赏析，不仅展示了我国领先国际的土木工程施工技术，且反映出国家欣欣向荣的发展局势，潜移默化地提升了学生对中国特色社会主义思想和道路的自信心，从而更好地践行社会主义核心价值观；新冠疫情期间，“雷神山”和“火神山”医院的快速建造，生动形象地展现出钢结构的独有魅力，同时也让学生切身感受到了“中国速度”，加强了学生的专业自豪感和立志报国的理想信念；钢结构工程事故案例分析，则是让学生从“血淋淋”的事故中深刻理解和体会土木人的责任和使命，从而树立正确的职业道德素养。