专业认证背景下的《钢结构设计》课程教学改革与实践

邵建华 李红明 王治均

摘要：在专业认证背景下，要将基于成果导向的理念引入《钢结构设计》的课程教学体系。课程开设虚拟仿真实验，从教学内容、教学方法以及加强综合实践能力等方面对课程教学进行改革，建立教、学、考、评的良性循环。通过模型作品、案例分析报告等，利用课程成绩分析法，计算课程目标的达成度。

关键词：专业认证;钢结构;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）12-0136-02

一、引言

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。其核心是以学生为中心，培养目标为导向，坚持持续改进[2]。

《钢结构设计》课程对于土木工程专业来说是一门十分重要的专业基础课，实践性很强，与现行的各类建筑结构设计规范、规程等密切相关。为了适应我国高等教育的跨越式发展，要对《钢结构设计》课程的传统教学方式和教学模式进行大胆改革与实践。因此，要将專业认证基于成果导向（Outcome Based Education，OBE）的现代化教育理念引入课程教学体系[3]，从顶峰成果入手，推演教学活动与人才培养目标，开展教学效果评估。

二、工程教育认证下课程教学大纲的革新

（一）教学内容和手段的革新

传统的《钢结构设计》课程教学过程中，只专注学生理论知识的灌输和培养，这并不能完全满足现代建筑行业对土木工程专业毕业生专业技能和动手实践能力培养的需求。OBE理念引导下的教学模式，注重学生的实际学习效果和产出成果，以此评估教学成效，进一步改进教学方法。

在工程教育论证背景下，为了更好地适应专业论证毕业要求，通过观察并记录学生对《钢结构设计》课程所教各部分知识点的理解与掌握、独立完成钢结构构件和节点设计情况，对原有的《钢结构设计》课程教学大纲进行改革，增加了4学时的计算机虚拟仿真上机实验以及模型制作和工程事故案例分析等实践性教学环节。同时，对该门课程的教学方法和手段进行革新，具体如下：（1）重点通过三维仿真演示各类钢结构、钢构件节点的组成，在介绍组成中阐释概念设计;（2）通过工程事故与案例分析，强化设计要点及易于忽视的地方;（3）弱化计算过程的讲授;（4）以大作业（制作的模型作品、工程案例分析报告等）考核为主，辅以课堂讨论、出席纪律等表现。

通过以上措施，课程结束后，学生既能掌握钢结构工程设计的专业理论知识，又能通过计算机软件对钢结构工程进行建模与分析，还能实际制作模型，以熟知钢构件的设计、连接构造与工程施工要点，显著增强学生分析和解决实际工程问题的动手实践能力，使学生产生综合的学习成果。

（二）教学目标与指标点的关系

参照专业认证中毕业要求的12个一级指标，结合土木工程专业的实际教学和行业背景，对该一级指标细分26个二级指标。接着，根据《钢结构设计》课程所讲授的章节内容和知识点，确定该门课程所能支撑毕业要求的具体二级指标和相应的权重系数，并把各知识点与二级指标建立对应关系，进而编制出土木工程专业认证下的《钢结构设计》课程教学大纲。

为了提高学生解决实际复杂工程问题中有关钢结构设计、分析与施工的能力，《钢结构设计》课程将安排理论讲授、案例教学、模型制作、上机实验等教学活动，并根据课程知识和工程教育论证中的毕业要求指标点，把教学内容划分为6个课程目标，建立课程目标所支撑的毕业要求指标点对应关系，并赋予各个课程目标支撑相应指标点的权重系数。每个课程目标支撑多个毕业要求指标点，这能很直观地看出毕业要求指标点所需支撑的课程目标及相应的重要程度。

三、课程的达成度评价

《钢结构设计》课程的目标达成度评价标准主要通过分析学生的课堂表现、平时作业、虚拟仿真上机实验、期末考核大作业等，利用考核成绩分析法得到。课程考核成绩分五个等级：优、良、中、及格、不及格。课程总评成绩包括：平时成绩（占20%）、上机实验（占10%）、期末成绩（占70%）。

（一）平时成绩

平时作业考核多样化，既包括布置课后完成提交的作业，也包括自主学习提交的随堂作业，共计4次，每次占5%，按作业完成情况给予五个评定等级。

平时作业综合考查课程目标所要掌握的内容，平时成绩评价主要涵盖4个课程目标。课程目标1的平均达成度在83%左右，表明学生对这部分内容完成得较好。这主要是由于教师重点讲述了轻型门式刚架厂房结构的布置与设计方法，学生理解得更透彻。根据这个平时成绩的达成度结果，可以掌握学生对各课程目标的学习成效，以便更加针对性地传授教学内容，持续改进教学方法。

（二）实践能力

OBE的理念核心在于强调课程教授完成后学生实际产出的成果。《钢结构设计》课程精心设计两类典型钢结构的虚拟仿真上机实验，并要求学生制作钢结构模型，以提高学生掌握现代工具和解决工程问题的能力，达到工程教育论证的毕业要求。

虚拟仿真上机实验的教学目标是：指导学生利用专业软件进行门式刚架厂房和多高层钢框架结构工程设计，包括建模、施加荷载、结构计算、施工图纸绘制等。

钢结构模型制作的教学目标是：制作单榀或三维门式刚架或高层钢结构或空间屋盖钢结构模型。模型要能清楚地表现节点构造、节点连接、梁和柱等截面类型。

根据布置的教学任务，学生积极开展动手实践，利用PKPM有限元设计软件，模拟钢结构在不同荷载作用下的受力性能，并制作多个不同类型的钢结构模型，形成一些教学成果，达到了预期的教学效果。

（三）期末大作业

期末大作业考核包括制作的模型作品、钢结构工程案例分析报告两大部分，占总成绩的70%，其中模型作品占20%，案例分析报告占50%。

作品考核从模型的简介、外观质量、制作工艺、节点构造、构件形式、整体结构的力学合理程度等方面评分，并根据团队小组成员制作模型的贡献度细分到每位成员。案例分析报告则从文字表达、写作规范、工程事故分析、钢结构专业知识、力学概念等方面进行考核。

期末大作业全面考查学生对所有6个课程目标的掌握程度。从期末考核成绩来看，课程目标1和6的达成度较好，说明学生掌握了门式刚架结构知识，并能动手实践制作该类结构的模型;课程目标3和4的达成度稍差，这一方面是由于该部分内容对数学和力学的知识要求较高，学生较难理解，另一方面也是由于这两部分的课时较少，时间紧，任务重。今后讲解大跨度和多层钢结构的知识点时，要适当地安排一些诸如网上课堂等课外学时来弥补，持续改进教学方式。

四、结语

参照专业认证中毕业要求的一级指标和细化的二级指标，本文根据课程所讲授各章的知识点，确定出支撑毕业要求的具体二级指标和相应的权重系数，将各知识点与二级指标一一对应，进而编制出专业认证下的课程教学大纲。在保证理论教学质量的基础上，课程开设虚拟仿真实验，制作钢结构模型作品，撰写案例分析报告，大力加强实践性教学环节。同时，利用课程成绩分析法计算各指标点的达成度，并与达成目标值进行对比，得到课程目标的达成度评价，以便在今后的教学工作中持续改进。

参考文献：

[1]穆浩志，薛立军，牛兴华.工程教育专业认证背景下工程制图课程大纲的改革与实践[J].图学学报，2016，37（5）：711-717.

[2]李志义.适应认证要求推进工程教育教学改革[J].中国大学教学，2014，（6）：9-16.

[3]孙娜.我国高等工程教育专业认证发展现状分析及其展望[J].创新与创业教育，2016，7（1）：29-34.