科研成果轉(zhuǎn)化為“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”教學(xué)資源的研究

趙中偉 張霓 孫慶巍 劉海卿

[摘 要] “鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是土木工程專業(yè)的一門必修專業(yè)核心課程，隨著我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的相關(guān)知識是學(xué)生達(dá)到畢業(yè)要求的前提，是完善土木工程知識體系的必然要求。而目前土木工程高校畢業(yè)生普遍存在實踐能力不足的問題，為了適應(yīng)時代發(fā)展趨勢，培養(yǎng)適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)需要，具有實踐能力的高素質(zhì)技術(shù)人才，在分析“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題的基礎(chǔ)上，將科研活動融入課程教學(xué)實踐，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚摵蛯嵺`更好地融合，提高學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地適應(yīng)當(dāng)前時代發(fā)展趨勢，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和科研能力的教學(xué)目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理；科研成果；教學(xué)資源；實踐能力

[課題項目] 2020年度遼寧省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“新工科背景下智能建造專業(yè)人才培養(yǎng)體系研究”（JG20DB218）

[作者簡介] 趙中偉（1986—），男，河北邯鄲人，博士，遼寧工程技術(shù)大學(xué)土木工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事鋼結(jié)構(gòu)損傷評估及監(jiān)測、新型鋼結(jié)構(gòu)體系防災(zāi)減災(zāi)控制研究。

[中圖分類號] G642.4 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）06-0141-04 [收稿日期] 2021-05-24

大力加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，全面推進(jìn)素質(zhì)教育，是我國高等教育面向21世紀(jì)的重要使命。我國教育改革的主旋律是創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，是深化高等教育改革的必然要求。教學(xué)與科研是高校的兩項基本活動，也是影響高校發(fā)展的一對基本矛盾。教學(xué)與科研之間有著內(nèi)在的聯(lián)系，有時二者密不可分。教育與科研相輔相成、互為條件、相互促進(jìn)，將教學(xué)與科研兩者相結(jié)合已成為目前高校發(fā)展的一個世界性趨勢。對于高校而言，科研成果是潛在的、十分寶貴的教學(xué)資源[1，2]。

隨著時代的不斷進(jìn)步，社會的不斷發(fā)展，知識的更新速度日新月異。如何在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中讓學(xué)生將理論知識與研究前沿聯(lián)系在一起，是教師面臨的新的問題[3，4]?！颁摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程是鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計和施工的基礎(chǔ)，隨著我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，以及我國鋼材產(chǎn)能過剩，熟練掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的相關(guān)知識是高校學(xué)生達(dá)到畢業(yè)要求的前提條件，是完善土木工程知識體系的必然要求。目前，多數(shù)高校對于“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”都是通過單一的課堂教學(xué)完成，所講述內(nèi)容也僅僅局限于課本內(nèi)容?！颁摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是一門對基礎(chǔ)力學(xué)理論要求很高的課程，尤其是鋼構(gòu)件整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定內(nèi)容的學(xué)習(xí)。通過廣泛調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的課堂教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重滯后于科學(xué)研究前沿，兩者幾乎完全脫節(jié)。前沿科學(xué)研究成果的脫節(jié)會嚴(yán)重削弱學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣，從而形成被動式學(xué)習(xí)。為了提高學(xué)生對于“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的學(xué)習(xí)興趣，大幅度提高教學(xué)效果，從而在根本上改善鋼結(jié)構(gòu)難學(xué)的問題，本文在分析傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題的基礎(chǔ)上，將有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的前沿研究成果引入課堂，開闊學(xué)生的思維，使學(xué)生更好地理解枯燥知識點的歸處。將創(chuàng)新思維貫穿整個課堂教學(xué)過程，對于土木工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有重要意義。

一、“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程存在的問題

（一）教學(xué)方式死板，教學(xué)效率低

“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的黑板板書到多媒體教學(xué)，在教學(xué)方式方法上取得了一定進(jìn)展。而這種黑板板書和多媒體課件相結(jié)合的教學(xué)方式，對于“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程而言，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如今課堂教學(xué)中理論教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容中占很高比例，學(xué)生被動地接受理論知識，導(dǎo)致教學(xué)效率較低。如果學(xué)生不能將理論知識運用于解決工程實際問題，不知學(xué)為何用，則失去了教學(xué)意義。但目前大部分學(xué)生無法在短時間內(nèi)，完全理解理論與實踐相結(jié)合的知識。僅利用有限的課堂講授時間，難以讓學(xué)生對理論知識進(jìn)行消化及歸納總結(jié)，難以將學(xué)到的知識形成完整的知識體系，導(dǎo)致理論聯(lián)系實際的能力較差，不能在實際工程中靈活運用。

（二）課程學(xué)時不足，內(nèi)容繁多

“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的內(nèi)容是鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論基礎(chǔ)，主要講授鋼構(gòu)件的受力性能、截面設(shè)計、連接計算與構(gòu)造等基本理論。課程內(nèi)容繁多，但教學(xué)學(xué)時經(jīng)歷了從56學(xué)時，到48學(xué)時，再到目前僅有的40學(xué)時。課程內(nèi)容基本沒變，而課程學(xué)時卻縮減了16學(xué)時。致使課程學(xué)時少而任務(wù)量大，在學(xué)時安排上給教學(xué)帶來了極大困難。“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”是理論和實踐相結(jié)合的課程，學(xué)生跟不上課堂講授內(nèi)容，導(dǎo)致理論基礎(chǔ)薄弱，無法在短時間內(nèi)將理論和實踐相結(jié)合，理論知識無法靈活地運用于實踐中。

（三）對課程實踐不夠重視，缺乏實踐教學(xué)

“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的主要目標(biāo)是讓學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的知識、方法和技術(shù)，能夠滿足土木工程鋼結(jié)構(gòu)特定需求的構(gòu)件、節(jié)點及構(gòu)造。通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握理論與實踐相結(jié)合的方法，培養(yǎng)學(xué)生解決鋼結(jié)構(gòu)實際問題的能力，并利用自己所學(xué)專業(yè)知識勝任未來工作崗位的社會服務(wù)能力。但是目前部分高校重理論輕實踐，在課堂講授過程中主要以鋼結(jié)構(gòu)基本知識點的講解為主，而學(xué)生則為應(yīng)付考試，只關(guān)注理論部分的學(xué)習(xí)，造成學(xué)生解決鋼結(jié)構(gòu)實際問題的能力無法達(dá)到預(yù)期要求。學(xué)生學(xué)到的鋼結(jié)構(gòu)理論與鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的需求之間存在較大的矛盾，學(xué)生鋼結(jié)構(gòu)的工程實踐能力十分缺乏，無法將理論知識與實際工程相聯(lián)系。因此，應(yīng)從鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)單位的需求出發(fā)，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

（四）教學(xué)內(nèi)容相對于工程實踐滯后

我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展迅速，很多新技術(shù)、新工藝、新材料及新型構(gòu)件不斷涌現(xiàn)，而目前高校教材內(nèi)容更新相對較慢，部分內(nèi)容陳舊，無法跟上目前鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展需求。學(xué)生課堂所學(xué)知識與鋼結(jié)構(gòu)工程實踐脫節(jié)，畢業(yè)后無法適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)工作崗位。我們要培養(yǎng)出適應(yīng)時代發(fā)展趨勢的具有專業(yè)素質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)人才，但目前的培養(yǎng)模型并未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。學(xué)生在現(xiàn)有教材基礎(chǔ)上，只能掌握基本的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，但是針對具體工程實踐問題并不熟悉，這就造成高校培養(yǎng)出的學(xué)生無法勝任鋼結(jié)構(gòu)工作崗位。

二、科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源的必要性

（一）高?？蒲信c教學(xué)的關(guān)系

隨著高校教育的不斷發(fā)展，高校教育中科研與教學(xué)的關(guān)系越來越受到關(guān)注。高校的第一使命是培養(yǎng)人才，是大學(xué)的根和本。在培養(yǎng)人才的過程中，教學(xué)側(cè)重于言傳，而科研則側(cè)重于身教。教學(xué)與科研兩者不是對立的，而是相輔相成的。教學(xué)與科研如果能夠發(fā)揮各自的優(yōu)勢，二者相互融合、相互促進(jìn)，就能夠更好地培養(yǎng)一流人才。我國高校的重要特征是科研與教學(xué)的互動，科研是高校提高教育質(zhì)量的推動器，是新技術(shù)、新知識的源泉。只有不斷進(jìn)行科學(xué)研究，才能拓展學(xué)科知識，豐富學(xué)科內(nèi)涵，提高本科教學(xué)水平。

（二）科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源的意義

科研與教學(xué)是密不可分的，而且都是為高校培養(yǎng)人才服務(wù)的。高校作為培養(yǎng)人才的主陣地，更要激勵、引導(dǎo)教師教書育人，注重知識的轉(zhuǎn)移及擴(kuò)散，及時將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量?！颁摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程要求培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力以滿足鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的實際需要，提高學(xué)生解決實際問題的能力。近幾年來，鋼結(jié)構(gòu)單位對于學(xué)生學(xué)以致用能力的要求越來越高，這就要求“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程教學(xué)更注重理論與實踐相結(jié)合。因此，將教師科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源是最好的解決途徑。

出版一本“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”教材，一般需要2～3年的準(zhǔn)備時間，但是在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度日新月異的情況下，2～3年的時間，所發(fā)生的科技變革是我們無法預(yù)測的。這樣一來，如果高校只是將傳統(tǒng)的教材作為主要的教學(xué)資源，會使學(xué)生無法接觸到最前沿的鋼結(jié)構(gòu)信息，從而造成學(xué)生理論和實踐產(chǎn)生“脫節(jié)”現(xiàn)象，畢業(yè)后無法更好地勝任鋼結(jié)構(gòu)方面工作。目前課堂上講授的鋼結(jié)構(gòu)知識理論性較強(qiáng)，導(dǎo)致大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。教師的科研內(nèi)容常常與其所在領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展相關(guān)，如果將這些內(nèi)容引入課堂，將教師的科研成果融入日常教學(xué)，在課堂上為學(xué)生講解前沿的鋼結(jié)構(gòu)知識，通過前沿知識激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，必然能使學(xué)生對于鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)有更為深刻的理解。同時，通過引進(jìn)相關(guān)教學(xué)成果可以使教學(xué)資源變得更加完整。將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，不僅能夠豐富鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)資源、提高教學(xué)質(zhì)量及學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能夠培養(yǎng)應(yīng)用型人才。因此，在高校中鼓勵教師將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源是很有必要的。

三、科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源的途徑

（一）科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源

高校的課程資源比較單一，缺少最新的教學(xué)內(nèi)容，將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源能夠豐富教學(xué)內(nèi)容，還可以拓寬學(xué)生的眼界。傳統(tǒng)的以教材為全部內(nèi)容的教學(xué)模式使學(xué)生感到非?？菰铮瑢W(xué)習(xí)過程也非常痛苦。導(dǎo)致“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”這門主干課的學(xué)習(xí)效果很差，很難支撐該課程在土木類課程體系中的作用。通過以往考試結(jié)果可以看出，“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的掛科率通常是最高的，學(xué)生普遍反映這門課很難。究其原因，主要是該課程理論計算公式太多，學(xué)生在不理解的情況下很難運用。因此，針對“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的典型知識模塊，總結(jié)每個知識模塊中目前的研究熱點，使學(xué)生更加深刻認(rèn)識計算公式的運用方法，了解其由來，從而徹底根除教學(xué)難題。例如，高強(qiáng)度螺栓的承載力設(shè)計公式，可以介紹具體科研項目中所提出的高強(qiáng)螺栓的滑移數(shù)值模型，從而使學(xué)生深刻掌握高強(qiáng)螺栓的工作原理，在此基礎(chǔ)上掌握公式。

（二）科研成果轉(zhuǎn)化為課程設(shè)計選題

課程設(shè)計的目的主要是考查本科生對理論知識的綜合應(yīng)用能力，通過課程設(shè)計建立本科生對于具體工程設(shè)計的概念，了解工程設(shè)計研究的流程，同時在課程設(shè)計過程中，學(xué)生的分工意識與合作意識能得到培養(yǎng)和提高。將教師的科研成果轉(zhuǎn)化為學(xué)生課程設(shè)計的課題，將科研項目分解成若干個子課題，再將這些子課題分給學(xué)生，通過分組合作的方式將這個科研項目連接起來。通過課程設(shè)計的積累，學(xué)生的綜合應(yīng)用能力能夠得到較大提高，并為最后的畢業(yè)設(shè)計積累實踐經(jīng)驗。

（三）科研成果轉(zhuǎn)化為畢業(yè)設(shè)計選題

畢業(yè)設(shè)計是檢驗高校本科教學(xué)工作最重要也是最后一個環(huán)節(jié)，是對學(xué)生在本科階段基礎(chǔ)知識、自學(xué)能力、研究能力和綜合能力的培養(yǎng)。隨著社會的不斷進(jìn)步和發(fā)展，對于高校本科教學(xué)提出了更高的要求，畢業(yè)設(shè)計的選題要具有一定的創(chuàng)新性和前沿性。畢業(yè)設(shè)計的選題一定程度上代表著高校的教學(xué)質(zhì)量，因此，鼓勵高校教師將科研成果作為畢業(yè)設(shè)計選題有著重要意義。通過調(diào)研和實踐積累，學(xué)生參與到教師負(fù)責(zé)的科研項目中，并深入項目研究的整個過程，學(xué)生的實踐為畢業(yè)設(shè)計提供了必要知識儲備，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，起到了科研成果驅(qū)動教學(xué)的作用。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，以教師的科研項目課題作為自己的畢業(yè)設(shè)計論文，通過前期科研成果、調(diào)研、資料收集及試驗，撰寫開題報告及畢業(yè)設(shè)計論文，并在教師指導(dǎo)下進(jìn)行修改，畢業(yè)設(shè)計論文具有較好的學(xué)術(shù)水平及創(chuàng)新性。

（四）科研成果轉(zhuǎn)化為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的目的是促進(jìn)高校教育思想理念的轉(zhuǎn)變，強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的訓(xùn)練，改革人才培養(yǎng)模式，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，以及在創(chuàng)新基礎(chǔ)上的創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)出適應(yīng)國家建設(shè)需要的創(chuàng)新型人才。將教師的科研項目轉(zhuǎn)化為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，并以此為基礎(chǔ)開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動。教師的科研項目和科研成果是對相關(guān)學(xué)科最新研究進(jìn)展的反應(yīng)，能夠契合目前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的要求。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，開展與其負(fù)責(zé)的科研項目相關(guān)的理論知識、試驗及科研實踐的學(xué)習(xí)。并通過文獻(xiàn)檢索、參與調(diào)研、收集資料、試驗測試和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，撰寫創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的申請書、中期報告、結(jié)題報告及相關(guān)的學(xué)術(shù)論文。學(xué)生通過參與教師的科研項目，由過去的被動接受知識轉(zhuǎn)化為主動地學(xué)習(xí)探索新知識，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及科研潛力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力、思維能力及利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

四、教學(xué)實踐改革

通過在課堂引入最新的科學(xué)研究成果，使學(xué)生更加深刻地掌握課本上的知識模塊，活學(xué)活用，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和主動探索的能力，具體分為以下幾方面：其一，通過課本設(shè)計基本原理、基本知識與研究前沿的結(jié)合，掌握土木工程專業(yè)所需要的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)知識，能夠清楚認(rèn)識建立復(fù)雜連接節(jié)點計算模型（包括數(shù)學(xué)和力學(xué)模型）的基本前提或基本假定，并理解其局限性。其二，通過課本設(shè)計基本原理的學(xué)習(xí)，通過研究方法的拓展，將基本原理知識拓展到科學(xué)研究前沿，建立與各個知識模塊對應(yīng)的科研成果庫。從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的建立，養(yǎng)成針對實際問題進(jìn)行思考的習(xí)慣，提高解決實際問題的能力，為將來工作奠定基礎(chǔ)。其三，通過系列科學(xué)研究成果的學(xué)習(xí)，達(dá)到對基本設(shè)計原理知識的升華，去蕪存精，降低學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，達(dá)到對知識的理解而非靠識記去應(yīng)付考試。其四，通過系列科學(xué)研究成果的學(xué)習(xí)，使學(xué)生徹底掌握鋼結(jié)構(gòu)連接（包括螺栓連接、焊接）、鋼構(gòu)件整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定知識模塊，掌握“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程的精髓。

結(jié)語

“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”課程作為土木工程專業(yè)的一門必修專業(yè)核心課程，傳統(tǒng)教學(xué)已無法滿足目前土木工程發(fā)展趨勢下的人才培養(yǎng)需求。為了順應(yīng)土木工程專業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)技術(shù)人才，本文在分析“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題的基礎(chǔ)上，將有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的前沿研究成果引入課堂，開闊學(xué)生的思維，使學(xué)生更好地理解枯燥知識點的歸處。將創(chuàng)新思維貫穿整個課堂教學(xué)過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及學(xué)習(xí)主動性，提高“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理”的教學(xué)效率，使學(xué)生更能適應(yīng)時代發(fā)展趨勢，對于土木工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有重要意義。

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Research on Transforming Scientific Research Results into the Teaching Resources of the Course of Principles of Steel Structure Design

ZHAO Zhong-wei， ZHANG Ni， SUN Qing-wei， LIU Hai-qing（School of Civil Engineering， Liaoning Technical University， Fuxin， Liaoning 123000， China）

Abstract： Principles of Steel Structure Design is a compulsory core course for civil engineering majors. With the development of steel structure design technology in China， mastering the relevant knowledge of steel structure design principles is the premise for students to meet the graduation requirements. It is necessary to improve the knowledge system of civil engineering. At present， civil engineering graduates generally lack the practical ability. In order to adapt to the development trend of the times， we need to train high-quality technical talents with practical ability to meet the needs of the steel structure industry. Based on the analysis of the problems existing in the traditional teaching of Principles of Steel Structure Design， this paper puts forward some suggestions， such as integrating scientific research activities into the teaching practice of the course and transforming scientific research results into the teaching resources of the course， so that students can better integrate theory and practice. This reform can improve students’ interest in the course， make students better adapt to the development trend of the times， and achieve the teaching goal of cultivating students’ practical ability and scientific research ability.

Key words： Principles of Steel Structure Design； scientific research results； teaching resources； practical ability

3461500589297