“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。

参考文献

［1］焦燏烽，陈俊岭.以培养卓越土木工程师为目标的钢结构教学改革探讨［J］.教学研究，2014，37（6）：106-108.

［2］孔丹丹，赵欣，王玲.新工科和金课建设背景下的钢结构混合式教学改革探索［C］//中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会.中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第17届（ISSF-2021）学术交流会暨教学研讨会论文集.工业建筑杂志社，2021：412-414.

［3］胡浩.新工科背景下钢结构原理及应用课程教学改革［J］.科技资讯，2018，16（5）：180+182.

［4］马翠玲，孙颂旦，边健，等.基于能力导向的钢结构模块化教学改革探讨［J］.佳木斯职业学院学报，2019（8）：141-143.

［5］王永宝，聂云靖，张翛.将大学生结构设计竞赛与钢结构教学相融合的教学改革［J］.实验技术与管理，2022，39（10）：190-193+243.

［6］代坤.结构设计竞赛与材料力学课程教学融合探索：以吉首大学张家界学院为例［J］.现代商贸工业，2022，43（22）：218-220.

Exploration on the Teaching Mode of “Integration of Teaching and Competition” in Steel Structure Course： Taking Ludong University as an Example

MENG Lei， FAN Qing-lai， JIA Shu-juan

（School of Civil Engineering， Ludong University， Yantai， Shandong 264025， China）

Abstract： Under the background of emerging engineering education， cultivating outstanding engineers is more innovative and practical to meet the needs of social talents. Taking Ludong University as an example， this paper combines the structural competition mode to carry out the teaching reform of the steel structure course and explores the training mode and evaluation system， and puts forward the trinity training mode and six-in-one evaluation system. Based on the curriculum system， combined with the structural competition model， three curriculum case libraries are established. Through the teaching reform of the course， the teaching mode of independent learning， practice， and innovation of students with a high starting point， high utilization rate， and comprehensive benefit is formed， the innovation ability and practical ability of students are strengthened， and the training mode of top-notch innovative talents with independent innovation of students is constructed， to output talents for the competition and cultivate excellent engineers with comprehensive quality.

Key words： steel structure; integration of teaching and competition; trinity training mode; six-in-one evaluation system