專業認證背景下的《鋼結構設計》課程教學改革與實踐

邵建華 李紅明 王治均

摘要：在專業認證背景下，要將基于成果導向的理念引入《鋼結構設計》的課程教學體系。課程開設虛擬仿真實驗，從教學內容、教學方法以及加強綜合實踐能力等方面對課程教學進行改革，建立教、學、考、評的良性循環。通過模型作品、案例分析報告等，利用課程成績分析法，計算課程目標的達成度。

關鍵詞：專業認證;鋼結構;教學改革

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0136-02

一、引言

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。其核心是以學生為中心，培養目標為導向，堅持持續改進[2]。

《鋼結構設計》課程對于土木工程專業來說是一門十分重要的專業基礎課，實踐性很強，與現行的各類建筑結構設計規范、規程等密切相關。為了適應我國高等教育的跨越式發展，要對《鋼結構設計》課程的傳統教學方式和教學模式進行大膽改革與實踐。因此，要將專業認證基于成果導向（Outcome Based Education，OBE）的現代化教育理念引入課程教學體系[3]，從頂峰成果入手，推演教學活動與人才培養目標，開展教學效果評估。

二、工程教育認證下課程教學大綱的革新

（一）教學內容和手段的革新

傳統的《鋼結構設計》課程教學過程中，只專注學生理論知識的灌輸和培養，這并不能完全滿足現代建筑行業對土木工程專業畢業生專業技能和動手實踐能力培養的需求。OBE理念引導下的教學模式，注重學生的實際學習效果和產出成果，以此評估教學成效，進一步改進教學方法。

在工程教育論證背景下，為了更好地適應專業論證畢業要求，通過觀察并記錄學生對《鋼結構設計》課程所教各部分知識點的理解與掌握、獨立完成鋼結構構件和節點設計情況，對原有的《鋼結構設計》課程教學大綱進行改革，增加了4學時的計算機虛擬仿真上機實驗以及模型制作和工程事故案例分析等實踐性教學環節。同時，對該門課程的教學方法和手段進行革新，具體如下：（1）重點通過三維仿真演示各類鋼結構、鋼構件節點的組成，在介紹組成中闡釋概念設計;（2）通過工程事故與案例分析，強化設計要點及易于忽視的地方;（3）弱化計算過程的講授;（4）以大作業（制作的模型作品、工程案例分析報告等）考核為主，輔以課堂討論、出席紀律等表現。

通過以上措施，課程結束后，學生既能掌握鋼結構工程設計的專業理論知識，又能通過計算機軟件對鋼結構工程進行建模與分析，還能實際制作模型，以熟知鋼構件的設計、連接構造與工程施工要點，顯著增強學生分析和解決實際工程問題的動手實踐能力，使學生產生綜合的學習成果。

（二）教學目標與指標點的關系

參照專業認證中畢業要求的12個一級指標，結合土木工程專業的實際教學和行業背景，對該一級指標細分26個二級指標。接著，根據《鋼結構設計》課程所講授的章節內容和知識點，確定該門課程所能支撐畢業要求的具體二級指標和相應的權重系數，并把各知識點與二級指標建立對應關系，進而編制出土木工程專業認證下的《鋼結構設計》課程教學大綱。

為了提高學生解決實際復雜工程問題中有關鋼結構設計、分析與施工的能力，《鋼結構設計》課程將安排理論講授、案例教學、模型制作、上機實驗等教學活動，并根據課程知識和工程教育論證中的畢業要求指標點，把教學內容劃分為6個課程目標，建立課程目標所支撐的畢業要求指標點對應關系，并賦予各個課程目標支撐相應指標點的權重系數。每個課程目標支撐多個畢業要求指標點，這能很直觀地看出畢業要求指標點所需支撐的課程目標及相應的重要程度。

三、課程的達成度評價

《鋼結構設計》課程的目標達成度評價標準主要通過分析學生的課堂表現、平時作業、虛擬仿真上機實驗、期末考核大作業等，利用考核成績分析法得到。課程考核成績分五個等級：優、良、中、及格、不及格。課程總評成績包括：平時成績（占20%）、上機實驗（占10%）、期末成績（占70%）。

（一）平時成績

平時作業考核多樣化，既包括布置課后完成提交的作業，也包括自主學習提交的隨堂作業，共計4次，每次占5%，按作業完成情況給予五個評定等級。

平時作業綜合考查課程目標所要掌握的內容，平時成績評價主要涵蓋4個課程目標。課程目標1的平均達成度在83%左右，表明學生對這部分內容完成得較好。這主要是由于教師重點講述了輕型門式剛架廠房結構的布置與設計方法，學生理解得更透徹。根據這個平時成績的達成度結果，可以掌握學生對各課程目標的學習成效，以便更加針對性地傳授教學內容，持續改進教學方法。

（二）實踐能力

OBE的理念核心在于強調課程教授完成后學生實際產出的成果。《鋼結構設計》課程精心設計兩類典型鋼結構的虛擬仿真上機實驗，并要求學生制作鋼結構模型，以提高學生掌握現代工具和解決工程問題的能力，達到工程教育論證的畢業要求。

虛擬仿真上機實驗的教學目標是：指導學生利用專業軟件進行門式剛架廠房和多高層鋼框架結構工程設計，包括建模、施加荷載、結構計算、施工圖紙繪制等。

鋼結構模型制作的教學目標是：制作單榀或三維門式剛架或高層鋼結構或空間屋蓋鋼結構模型。模型要能清楚地表現節點構造、節點連接、梁和柱等截面類型。

根據布置的教學任務，學生積極開展動手實踐，利用PKPM有限元設計軟件，模擬鋼結構在不同荷載作用下的受力性能，并制作多個不同類型的鋼結構模型，形成一些教學成果，達到了預期的教學效果。

（三）期末大作業

期末大作業考核包括制作的模型作品、鋼結構工程案例分析報告兩大部分，占總成績的70%，其中模型作品占20%，案例分析報告占50%。

作品考核從模型的簡介、外觀質量、制作工藝、節點構造、構件形式、整體結構的力學合理程度等方面評分，并根據團隊小組成員制作模型的貢獻度細分到每位成員。案例分析報告則從文字表達、寫作規范、工程事故分析、鋼結構專業知識、力學概念等方面進行考核。

期末大作業全面考查學生對所有6個課程目標的掌握程度。從期末考核成績來看，課程目標1和6的達成度較好，說明學生掌握了門式剛架結構知識，并能動手實踐制作該類結構的模型;課程目標3和4的達成度稍差，這一方面是由于該部分內容對數學和力學的知識要求較高，學生較難理解，另一方面也是由于這兩部分的課時較少，時間緊，任務重。今后講解大跨度和多層鋼結構的知識點時，要適當地安排一些諸如網上課堂等課外學時來彌補，持續改進教學方式。

四、結語

參照專業認證中畢業要求的一級指標和細化的二級指標，本文根據課程所講授各章的知識點，確定出支撐畢業要求的具體二級指標和相應的權重系數，將各知識點與二級指標一一對應，進而編制出專業認證下的課程教學大綱。在保證理論教學質量的基礎上，課程開設虛擬仿真實驗，制作鋼結構模型作品，撰寫案例分析報告，大力加強實踐性教學環節。同時，利用課程成績分析法計算各指標點的達成度，并與達成目標值進行對比，得到課程目標的達成度評價，以便在今后的教學工作中持續改進。

參考文獻：

[1]穆浩志，薛立軍，牛興華.工程教育專業認證背景下工程制圖課程大綱的改革與實踐[J].圖學學報，2016，37（5）：711-717.

[2]李志義.適應認證要求推進工程教育教學改革[J].中國大學教學，2014，（6）：9-16.

[3]孫娜.我國高等工程教育專業認證發展現狀分析及其展望[J].創新與創業教育，2016，7（1）：29-34.