[出处] 教育教学论坛_2022年第6期

赵中伟 张霓 孙庆巍 刘海卿

[关键词] 钢结构设计原理；科研成果；教学资源；实践能力

[课题项目] 2020年度辽宁省教育科学“十三五”规划课题“新工科背景下智能建造专业人才培养体系研究”（JG20DB218）

[作者简介] 赵中伟（1986—），男，河北邯郸人，博士，辽宁工程技术大学土木工程学院副教授，硕士生导师，主要从事钢结构损伤评估及监测、新型钢结构体系防灾减灾控制研究。

[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）06-0141-04 [收稿日期] 2021-05-24

大力加强技术创新，全面推进素质教育，是我国高等教育面向21世纪的重要使命。我国教育改革的主旋律是创新，培养学生的创新意识和创新能力，是深化高等教育改革的必然要求。教学与科研是高校的两项基本活动，也是影响高校发展的一对基本矛盾。教学与科研之间有着内在的联系，有时二者密不可分。教育与科研相辅相成、互为条件、相互促进，将教学与科研两者相结合已成为目前高校发展的一个世界性趋势。对于高校而言，科研成果是潜在的、十分宝贵的教学资源[1，2]。

随着时代的不断进步，社会的不断发展，知识的更新速度日新月异。如何在传统的课堂教学过程中让学生将理论知识与研究前沿联系在一起，是教师面临的新的问题[3，4]。“钢结构设计原理”课程是钢结构工程设计和施工的基础，随着我国钢结构设计技术的发展，以及我国钢材产能过剩，熟練掌握钢结构设计原理的相关知识是高校学生达到毕业要求的前提条件，是完善土木工程知识体系的必然要求。目前，多数高校对于“钢结构设计原理”都是通过单一的课堂教学完成，所讲述内容也仅仅局限于课本内容。“钢结构设计原理”是一门对基础力学理论要求很高的课程，尤其是钢构件整体稳定和局部稳定内容的学习。通过广泛调研，发现目前“钢结构设计原理”的课堂教学内容严重滞后于科学研究前沿，两者几乎完全脱节。前沿科学研究成果的脱节会严重削弱学生对课程的学习兴趣，从而形成被动式学习。为了提高学生对于“钢结构设计原理”课程的学习兴趣，大幅度提高教学效果，从而在根本上改善钢结构难学的问题，本文在分析传统教学存在的问题的基础上，将有关钢结构的前沿研究成果引入课堂，开阔学生的思维，使学生更好地理解枯燥知识点的归处。将创新思维贯穿整个课堂教学过程，对于土木工程创新型人才培养具有重要意义。

一、“钢结构设计原理”课程存在的问题

（一）教学方式死板，教学效率低

“钢结构设计原理”课程经历了从传统的黑板板书到多媒体教学，在教学方式方法上取得了一定进展。而这种黑板板书和多媒体课件相结合的教学方式，对于“钢结构设计原理”课程而言，很难激发学生的学习兴趣，如今课堂教学中理论教学在教学内容中占很高比例，学生被动地接受理论知识，导致教学效率较低。如果学生不能将理论知识运用于解决工程实际问题，不知学为何用，则失去了教学意义。但目前大部分学生无法在短时间内，完全理解理论与实践相结合的知识。仅利用有限的课堂讲授时间，难以让学生对理论知识进行消化及归纳总结，难以将学到的知识形成完整的知识体系，导致理论联系实际的能力较差，不能在实际工程中灵活运用。

（二）课程学时不足，内容繁多

“钢结构设计原理”课程的内容是钢结构的设计理论基础，主要讲授钢构件的受力性能、截面设计、连接计算与构造等基本理论。课程内容繁多，但教学学时经历了从56学时，到48学时，再到目前仅有的40学时。课程内容基本没变，而课程学时却缩减了16学时。致使课程学时少而任务量大，在学时安排上给教学带来了极大困难。“钢结构设计原理”是理论和实践相结合的课程，学生跟不上课堂讲授内容，导致理论基础薄弱，无法在短时间内将理论和实践相结合，理论知识无法灵活地运用于实践中。

（三）对课程实践不够重视，缺乏实践教学

“钢结构设计原理”课程的主要目标是让学生掌握钢结构设计的知识、方法和技术，能够满足土木工程钢结构特定需求的构件、节点及构造。通过本课程的学习，让学生掌握理论与实践相结合的方法，培养学生解决钢结构实际问题的能力，并利用自己所学专业知识胜任未来工作岗位的社会服务能力。但是目前部分高校重理论轻实践，在课堂讲授过程中主要以钢结构基本知识点的讲解为主，而学生则为应付考试，只关注理论部分的学习，造成学生解决钢结构实际问题的能力无法达到预期要求。学生学到的钢结构理论与钢结构企业的需求之间存在较大的矛盾，学生钢结构的工程实践能力十分缺乏，无法将理论知识与实际工程相联系。因此，应从钢结构企业单位的需求出发，增强钢结构设计原理实践教学环节。

（四）教学内容相对于工程实践滞后

我国钢结构行业发展迅速，很多新技术、新工艺、新材料及新型构件不断涌现，而目前高校教材内容更新相对较慢，部分内容陈旧，无法跟上目前钢结构行业的发展需求。学生课堂所学知识与钢结构工程实践脱节，毕业后无法适应钢结构工作岗位。我们要培养出适应时代发展趋势的具有专业素质的钢结构人才，但目前的培养模型并未达到预期目标。学生在现有教材基础上，只能掌握基本的钢结构设计原理，但是针对具体工程实践问题并不熟悉，这就造成高校培养出的学生无法胜任钢结构工作岗位。

二、科研成果转化为教学资源的必要性

（一）高校科研与教学的关系

随着高校教育的不断发展，高校教育中科研与教学的关系越来越受到关注。高校的第一使命是培养人才，是大学的根和本。在培养人才的过程中，教学侧重于言传，而科研则侧重于身教。教学与科研两者不是对立的，而是相辅相成的。教学与科研如果能够发挥各自的优势，二者相互融合、相互促进，就能够更好地培养一流人才。我国高校的重要特征是科研与教学的互动，科研是高校提高教育质量的推动器，是新技术、新知识的源泉。只有不断进行科学研究，才能拓展学科知识，丰富学科内涵，提高本科教学水平。

（二）科研成果转化为教学资源的意义

科研与教学是密不可分的，而且都是为高校培养人才服务的。高校作为培养人才的主阵地，更要激励、引导教师教书育人，注重知识的转移及扩散，及时将科研成果转化为教学资源，提高高校人才培养质量。“钢结构设计原理”课程要求培养学生的实践能力以满足钢结构行业的实际需要，提高学生解决实际问题的能力。近几年来，钢结构单位对于学生学以致用能力的要求越来越高，这就要求“钢结构设计原理”课程教学更注重理论与实践相结合。因此，将教师科研成果转化为教学资源是最好的解决途径。

出版一本“钢结构设计原理”教材，一般需要2～3年的准备时间，但是在当今科学技术发展速度日新月异的情况下，2～3年的时间，所发生的科技变革是我们无法预测的。这样一来，如果高校只是将传统的教材作为主要的教学资源，会使学生无法接触到最前沿的钢结构信息，从而造成学生理论和实践产生“脱节”现象，毕业后无法更好地胜任钢结构方面工作。目前课堂上讲授的钢结构知识理论性较强，导致大部分学生的学习积极性不高，很难培养学生的创新能力。教师的科研内容常常与其所在领域的最新研究进展相关，如果将这些内容引入课堂，将教师的科研成果融入日常教学，在课堂上为学生讲解前沿的钢结构知识，通过前沿知识激发学生的学习兴趣，必然能使学生对于钢结构领域的最新发展动态有更为深刻的理解。同时，通过引进相关教学成果可以使教学资源变得更加完整。将科研成果转化为教学资源，不仅能够丰富钢结构教学资源、提高教学质量及学生的学习效率，还能够培养应用型人才。因此，在高校中鼓励教师将科研成果转化为教学资源是很有必要的。

三、科研成果转化为教学资源的途径

（一）科研成果转化为教学资源

高校的课程资源比较单一，缺少最新的教学内容，将科研成果转化为教学资源能够丰富教学内容，还可以拓宽学生的眼界。传统的以教材为全部内容的教学模式使学生感到非常枯燥，学习过程也非常痛苦。导致“钢结构设计原理”这门主干课的学习效果很差，很难支撑该课程在土木类课程体系中的作用。通过以往考试结果可以看出，“钢结构设计原理”的挂科率通常是最高的，学生普遍反映这门课很难。究其原因，主要是该课程理论计算公式太多，学生在不理解的情况下很难运用。因此，针对“钢结构设计原理”的典型知识模块，总结每个知识模块中目前的研究热点，使学生更加深刻认识计算公式的运用方法，了解其由来，从而彻底根除教学难题。例如，高强度螺栓的承载力设计公式，可以介绍具体科研项目中所提出的高强螺栓的滑移数值模型，从而使学生深刻掌握高强螺栓的工作原理，在此基础上掌握公式。

（二）科研成果转化为课程设计选题

课程设计的目的主要是考查本科生对理论知识的综合应用能力，通过课程设计建立本科生对于具体工程设计的概念，了解工程设计研究的流程，同时在课程设计过程中，学生的分工意识与合作意识能得到培养和提高。将教师的科研成果转化为学生课程设计的课题，将科研项目分解成若干个子课题，再将这些子课题分给学生，通过分组合作的方式将这个科研项目连接起来。通过课程设计的积累，学生的综合应用能力能够得到较大提高，并为最后的毕业设计积累实践经验。

（三）科研成果转化为毕业设计选题

毕业设计是检验高校本科教学工作最重要也是最后一个环节，是对学生在本科阶段基础知识、自学能力、研究能力和综合能力的培养。随着社会的不断进步和发展，对于高校本科教学提出了更高的要求，毕业设计的选题要具有一定的创新性和前沿性。毕业设计的选题一定程度上代表着高校的教学质量，因此，鼓励高校教师将科研成果作为毕业设计选题有着重要意义。通过调研和实践积累，学生参与到教师负责的科研项目中，并深入项目研究的整个过程，学生的实践为毕业设计提供了必要知识储备，提高了学生的创新能力，起到了科研成果驱动教学的作用。学生在教师的指导下，以教师的科研项目课题作为自己的毕业设计论文，通过前期科研成果、调研、资料收集及试验，撰写开题报告及毕业设计论文，并在教师指导下进行修改，毕业设计论文具有较好的学术水平及创新性。

（四）科研成果转化为大学生创新创业项目

大学生创新创业项目的目的是促进高校教育思想理念的转变，强化创新創业能力的训练，改革人才培养模式，增强学生的创新能力，以及在创新基础上的创业能力，培养出适应国家建设需要的创新型人才。将教师的科研项目转化为大学生创新创业项目，并以此为基础开展创新创业实践活动。教师的科研项目和科研成果是对相关学科最新研究进展的反应，能够契合目前创新创业教育的要求。学生在教师的指导下，开展与其负责的科研项目相关的理论知识、试验及科研实践的学习。并通过文献检索、参与调研、收集资料、试验测试和统计数据，撰写创新创业项目的申请书、中期报告、结题报告及相关的学术论文。学生通过参与教师的科研项目，由过去的被动接受知识转化为主动地学习探索新知识，激发了学生的学习兴趣及科研潜力，提高了学生的创新能力、思维能力及利用所学知识解决实际问题的能力。

四、教学实践改革

通过在课堂引入最新的科学研究成果，使学生更加深刻地掌握课本上的知识模块，活学活用，培养其创新思维和主动探索的能力，具体分为以下几方面：其一，通过课本设计基本原理、基本知识与研究前沿的结合，掌握土木工程专业所需要的钢结构专业知识，能够清楚认识建立复杂连接节点计算模型（包括数学和力学模型）的基本前提或基本假定，并理解其局限性。其二，通过课本设计基本原理的学习，通过研究方法的拓展，将基本原理知识拓展到科学研究前沿，建立与各个知识模块对应的科研成果库。从而培养学生科学思维的建立，养成针对实际问题进行思考的习惯，提高解决实际问题的能力，为将来工作奠定基础。其三，通过系列科学研究成果的学习，达到对基本设计原理知识的升华，去芜存精，降低学生学习负担，提高学生学习效率，达到对知识的理解而非靠识记去应付考试。其四，通过系列科学研究成果的学习，使学生彻底掌握钢结构连接（包括螺栓连接、焊接）、钢构件整体稳定和局部稳定知识模块，掌握“钢结构设计原理”课程的精髓。

结语

“钢结构设计原理”课程作为土木工程专业的一门必修专业核心课程，传统教学已无法满足目前土木工程发展趋势下的人才培养需求。为了顺应土木工程专业发展需求，培养具有创新精神和实践能力的高素质技术人才，本文在分析“钢结构设计原理”传统教学存在的问题的基础上，将有关钢结构的前沿研究成果引入课堂，开阔学生的思维，使学生更好地理解枯燥知识点的归处。将创新思维贯穿整个课堂教学过程，提高學生的学习兴趣及学习主动性，提高“钢结构设计原理”的教学效率，使学生更能适应时代发展趋势，对于土木工程创新型人才培养具有重要意义。