钢结构设计原理课程中钢材知识课程思政教学设计

摘  要：专业教育和思政教育融合是培养德才兼备社会主义接班人的教学理念，针对钢结构设计原理课程中钢材知识部分的特点，挖掘课程思政元素，并进行课程思政教学设计。教学的素养目标是培养学生爱国爱校爱专业的情怀、科技创新精神、工程思维和工匠精神。

关键词：课程思政；思政元素；教学设计；钢结构；土木工程

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）13-0035-04

Abstract： The combination of professional education and ideological and political education is the teaching philosophy for cultivating socialist successors who have both moral integrity and talent. According to the characteristics of steel knowledge in the course of Steel Structure Design Principle， the elements of ideological and political education in courses are excavated， and ideological and political teaching design is proceeded. Quality objectives of teaching are to cultivate students' feelings to country and school and major， innovative spirit of science and technology， engineering thinking and craftsman spirit.

Keywords： ideological and political education in courses; elements of ideological and political education; teaching design; steel structure; civil engineering

立德树人是高等学校的根本任务，扎实推进课程思政建设是提高人才培养质量的战略举措[1]，高校教师需要针对课程内容做好思政元素融合，有效解决专业教育和思政教育“两张皮”问题，进而实现“三全育人”总目标[2-3]。土木工程专业具有理论和实践并重的特点，因此需要培养学生具备科技创新精神、工程思维和工匠精神，为未来从事基础建设行业奠定素质基础，同时结合典型的工程案例、人物和事件渗透爱国、爱校、爱专业的思想教育，为我国基础建设行业培养合格的接班人。

钢结构设计原理是土木工程专业的学科基础课程，授课对象是本科三年级学生，具有较强的理论性和实践性[4-5]。课程知识主要包括钢结构材料、连接和构件设计三部分，构件设计内容主要针对轴心受力构件、受弯构件、拉弯和压弯构件进行讲授。钢结构材料部分主要讲授钢材主要性能及其影响因素、屈服条件、疲劳性能、破坏形态、种类和规格等内容[6]，具有知识涵盖面广、内容间逻辑性不强、对学生知识基础要求高等特点。传统教学存在重理论轻工程实践的缺点，容易让学生感到枯燥乏味[7]，同时达不到提高学生工程思维的效果。做好课程思政教学设计可以拓展学生知识面，激发学生的学习热情，提高学生对知识的理解能力并内化为综合素养，达到课程知识和思政教育互促共进的效果。

一  主要知识及教学要求

在钢结构设计原理课程中，钢结构的材料章节的主要知识有钢材的主要性能（包括受拉、受压及受剪时的性能、冷弯性能和冲击韧性）、钢材主要性能的影响因素（包括化学成分、冶金缺陷、钢材硬化、温度、应力集中和反复荷载作用）、钢的种类（包括碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢、建筑结构用钢板）和钢材规格（包括热轧成型的钢板和型钢、冷弯或冷压成型的薄壁型钢）、复杂应力状态下钢材的屈服条件、钢材的疲劳（包括常幅疲劳、正应力和剪应力常幅疲劳的计算、变幅疲劳和吊车梁的欠载效应系数等）、钢结构对材料强度、塑性、韧性和工艺性的要求、钢材的塑性和脆性破坏形式[6]。

在教学过程中注意以下三点内容：一是注意与前序课程知识的衔接，理清材料力学、土木工程材料和混凝土结构设计原理三门课程中关于钢材的知识，避免产生内容重复，同时明晰钢结构设计原理课程中钢结构材料部分的重要知识点；二是注重各节内容间的逻辑关系，以钢材主要性能及其影响因素为基础，强调钢材的屈服条件、疲劳性能、钢结构对材料的要求和钢材的破坏形式；三是强化钢的种类、钢材规格、化学成分影响钢材性能等知识的记忆和应用。熟悉相关规范和标准，扎实训练学生面向钢结构设计和建造工作所需的基础知识。

二  课程内容与素养目标的对应关系

课程思政教学是课程素质目标达成的重要途径，深度挖掘课程内容中的思政元素，科学设计思政元素与思政维度的对应，才能推进思政教育与课程知识的互促共进。

在钢结构的材料知识点讲授过程中，选取合适的课程思政元素融入课程内容，结合知识特点渗透爱国、爱校、爱专业的情怀，培养学生工程思维和工匠精神，鼓励学生进行科技创新，将所学知识应用于工程实践，课程思政教学设计思维导图如图1所示。授课内容的导入和总结可以选用相关的教学设计案例，用于引导和启发学生思维。由图1可知，案例设计和素养目标存在交叉对应关系，在教学过程中可以灵活选取对应关系，优化并实现素养目标，既可以应用多个案例反复强化的方式达成一个素养目标即“多例一能”形式，也可以细化某一案例达成多个素养目标即“一例多能”的教学效果。

三  课程思政元素的分类挖掘

（一）  爱国思政元素

结合钢结构材料部分知识的特点，在选择爱国思政元素时，以中国建造的典型工程和中国制造技术为核心，通过中国建造名片（如《中国桥》《中国路》纪录片）的工程案例，增强学生的爱国情怀和民族自豪感。可以结合各类大型工程建设和国家重大事件选择工程案例，如2008年北京奥运会的“鸟巢”国家体育场、2017年建成通车的港珠澳大桥、2019年中华人民共和国成立70周年国庆天安门广场的钢结构红丝带和烟花树工程、2020年新型冠状病毒感染疫情期间的火神山和雷神山医院、2020年开放运行的500米口径球面射电望远镜、2021年中国载人航天工程的发射塔架和2022年北京冬季奥运会的“冰丝带”国家速度滑冰馆等钢结构工程。结合国家时事应用耳熟能详的典型工程和国家重大事件中的工程案例，表明中国具备世界领先的建造技术，并已经建成大量世界领先的大工程，弘扬中国特色社会主义制度的优越性，同时可以拓展土木工程专业学生的建设视野。

展望祖国大科学装置和航空航天技术的国际地位，培养学生专业交叉融合的能力和为国家基础建设服务的精神。阐明课程知识在国家人民危难之际发挥的重要作用，将个人学习与时代需求相结合，教育青年学生以专业知识学习为基础，立志为国家基础建设需求服务。

（二）  爱校思政元素

在授课过程中以家国情怀教育为基础，融入爱校教育，钢结构的材料涉及矿业工程、冶金工程、材料科学与工程及工程力学和机械工程等学科知识，授课教师可以根据学校学科和专业分布特点，宣扬学校典型科研成果和人物事例。

课程采用线上线下混合式教学模式，建立“钢结构之美”赏析平台，深挖东北大学“钢铁”渊源，讲好东北大学的“钢铁”故事。强化铁矿采选、钢铁冶炼、钢材物理及力学性能分析、钢材轧制及应用等多学科协同工作思想，教育学生热爱母校，懂得分工协作的工作理念。讲述东北大学“五四煤”班级的人积极响应国家号召，为国转系，从其他专业纷纷转到采矿和地质专业，老一辈采矿人强烈的集体主义和爱国主义精神。东北大学土木工程系的前身正是矿井建设专业，提升学生的爱校和爱专业的情感。讲述东北大学的钢材方面的标志性科研成果——中国第一块超级钢，讲述“中国超级钢之父”王国栋院士及其团队的科研历程[8]。让学生了解王院士关于钢铁行业的生产现状的分析：“钢铁行业虽是传统制造业，但是控制水平和自动化水平都很高，同时有很好的数据采集系统。我们可以从实际生产过程中采集大量生产过程的信息，而这些信息数据蕴含企业生产过程的全部规律。[9]”土木工程行业和钢铁行业有相似之处，数字孪生技术也可以应用在土木工程的施工行业，鼓励学生探索科研奥妙，继承学校的优良传统，为祖国的钢铁事业而奋斗，为钢结构工程建设贡献力量。

（三）  爱专业思政元素

立足钢材特性，以典型钢结构工程设计案例和工程事故案例激发学生对专业基础知识的兴趣，带领学生探索钢结构材料的力学性能及其影响因素、钢材屈服条件、钢结构的破坏形态等。例如将长江三峡大坝五级船闸的钢结构设计融入钢材疲劳性能知识的讲解过程，让学生感悟力学和设计之美，领悟世界之最的工程设计和建造需要坚实的理论基础。中华人民共和国成立70周年国庆庆典现场的构筑物、新型冠状病毒感染疫情的“救命”医院工程、航空航天工程和奥运会场馆建设等均与土木工程钢结构建设相关，让学生感受国家发展与土木工程专业息息相关和学习土木工程专业知识的重要性。结合工程事故反面案例，强化钢结构材料在复杂应力状态下屈服的危害，鼓励学生担当设计重任，增强土木工程结构师的责任感。

（四）  创新精神思政元素

在钢结构材料知识挖掘科技创新类型思政元素方面，提炼典型案例中的人文精神和科学精神，强化对学生科学态度、创新意识和创新精神的培育，引导学生崇尚科学精神[10]。

在钢材的主要性能影响因素、复杂应力状态下钢材的屈服条件及钢材规格等知识点处，融入典型科研人物和科研成果的案例讲解，激发大学生科技创新动力。从铁材到钢材的发展过程中，碳元素和其他元素（低于5%）的掺入改变了纯铁质软的缺陷，其他元素包括硅、锰、硫、磷、氮和氧等[6]，每一种元素的作用都需要从化学反应原理到力学测试分析的系统研究。复杂应力状态区别于单一应力状态的屈服原理，需要力学理论的支撑和工程实践的验证，引导学生分析不同结构构件的受力状态，鼓励未来的结构工程师能够基于钢材的力学特性研发新的钢结构形式，感悟龙驭球院士等老一辈科研工作者“力学筑梦中国”的科技创新能力和家国情怀[11]。

钢结构中常用的板材和型钢均需要轧制成型，材料的性能与冶炼和轧制过程均相关，在冶金工程、材料科学与工程和机械工程等学科领域均有大量的科研工作者从事研究工作，可以从中挖掘科技创新案例和代表人物融入知识教学，显然培养学生科技创新精神的同时也可以渗透爱校情怀，进行多素养目标融合培养。通过筛选课后阅读文献资料，引领学生跟踪世界科研前沿热点和难点问题，激发学生的科技创新热情。

（五）  工程思维思政元素

在学生的工程思维训练方面，主要结合钢结构材料影响结构承载能力、耐久性等方面知识展开讲解，在课程中建立正面典型工程设计和施工案例库，让学生体会工程经验，拓展工程视野。同时建立反面的工程事故案例库，应用工程事故反面案例进行课程导入和知识总结，增强学生对未来职业的敬畏和工匠精神的追求，强调工程师的责任感。

在正面工程案例方面，在钢材变形性能方面，引入钢管拱桥悬臂施工塔架和拉索的计算简图，钢管拱桥从悬臂施工状态到合龙成拱，拱结构构件不断发生变形，需要经过严谨的施工过程力学计算，培养学生工匠精神和专业自豪感。复杂应力状态下钢材的屈服条件、循环荷载作用下钢材的疲劳性能、钢结构的破坏形式等均关系结构安全，带领学生思考工程服役行为下的耐久性能，港珠澳大桥的设计使用年限如何通过钢材性能设计进行保障，增强学生对钢材中合金元素对钢材性能影响的知识理解。