高占遠　陽芳　張輝東　姚姝

[摘 要]依據(jù)《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）、教育部專業(yè)指導規(guī)范和新結構新工藝等方面的要求，項目組對鋼結構設計的教學內(nèi)容進行調(diào)整，采取模塊化教學，共分成抗震性能化分析模塊、專業(yè)規(guī)范模塊和新結構新工藝模塊三大模塊，并增加BIM技術導學模塊，同時調(diào)整教學方法，增加研討課、翻轉(zhuǎn)課堂等。依據(jù)新的教學內(nèi)容和教學方法，給出充分考慮各方面因素的新成績評價標準。教學實踐表明，新的教學體系和評價方法不僅讓學生更好地掌握以往教學中的知識，更培養(yǎng)了學生運用鋼結構專業(yè)知識和BIM技術解決問題的能力，為學生后續(xù)課程及就業(yè)等打下了堅實的基礎。

[關鍵詞]鋼結構設計;新工科;BIM;課程體系;評價體系

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）04-0083-03

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、5G、人工智能等的發(fā)展和進步，我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結構面臨轉(zhuǎn)型升級問題，為適應這種變化，我國提出了新工科理念[1]。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為前提，以應對變化、開創(chuàng)未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)作與共贏為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型工程人才[2]。土木工程作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)必將適應新工科的理念，培養(yǎng)適應新時代的創(chuàng)新型工程人才。傳統(tǒng)的土木工程教育明顯存在重理論教育、輕實踐教育教學，學習內(nèi)容與工程實踐脫軌等諸多問題[3]。因此，如何實現(xiàn)理論學習、實踐教育和先進技術的交叉融合是土木工程專業(yè)教育急需解決的問題。

鋼結構設計是土木工程專業(yè)重要的專業(yè)核心課，課程教學目標是使學生掌握常見的建筑鋼結構的設計方法，為學生今后從事鋼結構設計奠定基礎[4]。由于學生對這些結構接觸較少，且課程內(nèi)容比較抽象，教學效果不是很理想。鋼結構又是目前非?；钴S的結構形式，新的結構層出不窮，原本的教學內(nèi)容涉及較少[5-6]。這就造成了課程教學與工程實際的脫節(jié)。鋼結構的知識更新比較快速，教學過程中很多新的規(guī)范標準不斷出現(xiàn)，需要在教學過程中體現(xiàn)新規(guī)范的內(nèi)容。

天津城建大學（以下簡稱“我?！保┩聊竟こ虒I(yè)是國家一流本科專業(yè)、國家級特色專業(yè)、天津市“雙一流”學科、天津市重點學科。2018年通過建設部土木工程專業(yè)審核評估，在全國第四輪學科評估中取得了C+的成績。鋼結構設計課程作為土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)核心課，在土木工程本科培養(yǎng)計劃中有著舉足輕重的地位。提高本課程的教學質(zhì)量和水平，對我校土木工程專業(yè)建設有著重要的促進作用，有利于我校土木工程專業(yè)實現(xiàn)更好的發(fā)展。

文章針對鋼結構設計課程中存在的問題，結合本校實際，對鋼結構設計課程進行教學改革和實踐;對鋼結構的教學內(nèi)容進行調(diào)整，給出新的教學評價體系;對教學方法進行調(diào)整，并通過教學實踐驗證教學改革的效果。

一、教學內(nèi)容與評價體系

（一）教學內(nèi)容

鋼結構設計課程介紹的是常見結構的概念、分類、特點及計算等內(nèi)容。因為很多結構形式學生都未見過，除通過傳統(tǒng)的PPT圖片、視頻展示之外，也可通過三維動畫的形式展示或進行簡單設計，加強學生對知識的理解和運用。BIM（Building Information Modeling）技術是建筑信息模型，是對建筑數(shù)據(jù)化、信息化模型的整合，廣泛應用于工程設計、建筑、管理等各個建筑領域[7]。學生除BIM技術基礎課程外，很少有機會運用BIM軟件，而BIM技術的廣泛應用和新版鋼結構標準的頒布實施，要求教學過程中必須培養(yǎng)學生應用BIM技術分析鋼結構工程問題的能力。因此，必須進行教學改革和探索，調(diào)動學生學習的積極性、主動性，提高學生分析問題、解決問題的能力和激發(fā)其創(chuàng)新探索精神。

鋼結構設計課程按教育部《高等學校土木工程本科指導性專業(yè)規(guī)范》附件三（以下簡稱《專業(yè)規(guī)范》）的建議，推薦的知識單元有“輕型門式剛架鋼結構設計、普鋼廠房結構設計、大跨屋蓋鋼結構設計、多層及高層房屋鋼結構設計（含抗震）”?！朵摻Y構設計標準》（GB50017-2017）于2018年7月1日正式頒布實施，新標準有較多的變動，如增加了結構分析、穩(wěn)定性設計和鋼結構抗震性能化設計等諸多內(nèi)容。

項目組綜合考慮鋼結構新標準、BIM技術、新體系和新工藝，結合我校的實際情況，按照鋼結構設計課程知識的內(nèi)在邏輯，對鋼結構設計課程的教學內(nèi)容采取模塊化教學，即鋼結構抗震性能化設計、專業(yè)規(guī)范推薦知識和新結構新技術三大模塊，對知識模塊進行優(yōu)化組合并基于前期BIM技術基礎課程的學習，增加BIM技術導學模塊。

1.鋼結構抗震性能化設計模塊。因前面有工程結構抗震課程，學生已經(jīng)學習過現(xiàn)行抗震設計規(guī)范里的基本理論。本模塊主要介紹《鋼結構設計標準》中基于性能化的鋼結構抗震設計概念、理論和方法。

2.《專業(yè)規(guī)范》推薦知識模塊。按照《專業(yè)規(guī)范》的建議，推薦的知識單元有輕型門式剛架鋼結構設計、普鋼廠房結構設計、大跨屋蓋鋼結構設計、多層及高層房屋鋼結構設計（含抗震）。該部分對規(guī)范推薦的結構形式的概念、分類、特點、計算方法及構造等內(nèi)容進行介紹。其內(nèi)容打通各類結構的壁壘，將相同的內(nèi)容進行統(tǒng)一講解，不同結構的部分再分開進行講解。

3.新結構新工藝模塊。土木工程是不斷發(fā)展的學科，特別是鋼結構，新的結構形式層出不窮，為了讓學生了解新結構新工藝，我們特設置該模塊，并對教學內(nèi)容進行動態(tài)調(diào)整。

除上述三個專業(yè)知識模塊，項目組還設置了BIM導學模塊。該課程課時較短，知識點較多，結構形式比較抽象，故在鋼結構設計中增加了BIM導學模塊，該模塊主要在《專業(yè)規(guī)范》推薦知識模塊和新結構新工藝模塊兩部分使用。BIM導學模塊分為兩種方式：一是結構和關鍵節(jié)點展示部分，該部分通過BIM展示結構形式及關鍵節(jié)點;二是學生自己設計制作部分，通過作業(yè)的形式讓學生自己設計制作部分簡單的結構和關鍵節(jié)點。具體的課程內(nèi)容和學時分配如表1所示。

（二）教學方法與評價體系

1.教學方法

傳統(tǒng)的教學方法是以教師的課堂講授為主，而鋼結構設計課程往往安排在大四上學期，這時學生忙于找工作、考研，教師的教學很難取得理想的效果。項目組依據(jù)新的教學內(nèi)容的安排以及工程認證的教學理念，開展線上線下混合式教學方案。線下教學方案包括課堂講授，增加課堂分組討論、翻轉(zhuǎn)課堂等環(huán)節(jié)。翻轉(zhuǎn)課堂和分組討論將學生分成4～6人一組，將《專業(yè)規(guī)范》推薦知識模塊中每種結構的概念、分類、特點及工程實例等分成若干題目，每組學生線下進行準備，課上進行講解展示，要求每組學生做出各類結構相對簡單的BIM結構模型和節(jié)點構造模型。線上教學主要通過學習通收發(fā)作業(yè)，并利用騰訊會議、QQ群、微信群等進行答疑。

2.評價體系

題目組依據(jù)新的教學內(nèi)容和以往的教學經(jīng)驗，提出全面考查學生各方面能力的評價體系。以往的教學評價體系分為兩部分，即期末考試成績和平時成績，平時成績包括平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)等內(nèi)容?？疾榈姆绞奖容^單一，不能全面考查學生的學習情況，且不適應新的教學內(nèi)容。因此，為了全面考查學生的學習效果，需要建立新的評價體系。原評價體系期末考試成績總成績的占70%，平時成績總成績的占30%。新的評價體系需要全面考查學生的各方面能力，期末考試成績從70%調(diào)整為60%，平時成績?yōu)?0%。平時成績部分除了原來的平時作業(yè)，還加入翻轉(zhuǎn)課堂、分組討論成績及BIM成果演示成績等，即平時成績（40%）=平時作業(yè)（10%）+翻轉(zhuǎn)課堂（10%）+分組討論（10%）+BIM成果（10%）。翻轉(zhuǎn)課堂和分組討論部分增加了組內(nèi)打分和各組之間打分的環(huán)節(jié)，組內(nèi)打分即根據(jù)組內(nèi)成員準備的實際情況、組內(nèi)成員的貢獻度等進行打分。各組之間根據(jù)現(xiàn)場演示情況進行現(xiàn)場打分。這能讓學生在準備、講、學、評中獲取更多的知識，進行更多的思考。

新的評價體系增加了學生平時表現(xiàn)分數(shù)的占比，能更加全面地考查學生的能力，評價方式由原來的教師主導變?yōu)閷W生參與，這樣的評價體系更全面、客觀。

二、教學效果及評價

通過教學內(nèi)容和評價體系的改革，學生對各類結構的理解更加深入，學習積極性被調(diào)動起來，對各類鋼結構形式、新結構新技術及BIM技術的理解更加深入具體。從平時的課堂表現(xiàn)、分組討論和期末成績看，教學效果明顯得到改善。圖1是學生分組討論講解的圖片。學生們準備充分、講解明確、分析清楚，各方面的能力得到了鍛煉和提升，互評打分環(huán)節(jié)也比較客觀實際。

為了解學生對新的教學內(nèi)容和教學方法的評價和感受，項目組設置了若干問卷調(diào)查，共有12題，包括學習效果、教學效果、課程內(nèi)容設置、教學方法、BIM技術等相關內(nèi)容。從問卷調(diào)查的結果看，對新的教學內(nèi)容反應比較合理，對新的教學方法學生比較歡迎，接受程度比較高，教學效果良好，這種教學模式得到了學生積極的評價。其中有代表性的問題有如下幾個：1.你認為這門課程在學習過程中的難度如何？2.你認為這門課程考試你可能取得的分數(shù)是多少？3.你認為在鋼結構設計課程中加入BIM模塊做構件及節(jié)點圖是否必要？4.你認為在鋼結構設計課程中加入BIM模塊會不會對該課程有幫助？項目組根據(jù)學生的回答繪制了餅圖，如圖2所示。

問題1的答案分別為：A.很難、B.較難和C.一般。由圖2可知，有74.2%的學生選擇了較難以上，其中11.3%的學生認為很難。由此可見，學生認為鋼結構設計課程確實比較難。問題2的答案分，別為：A.90分以上，B.80—90分，C.70—80分，D.60—70分，E.60分以下?？梢钥闯鲞xA的占3.2%，選E的占1.6%，56.5%的同學選擇了C。從最后的成績看，這基本符合學生自己的預期。和以往學生的成績對比也有所提升，可見新的教學方法取得了明顯的效果。問題3的答案分別為：A.十分必要占25.8%，B.必要占48.4%，C.不需要占8.1%，D.無所謂占17.7%。近75%的學生認為加入BIM模塊十分必要，得到了相應的鍛煉。但還有近1/4的學生認為無所謂，說明以后的教學過程中還有很大的提升和改進的空間。問題4的答案分別為：A.十分有幫助占32.3%，B.有一定幫助占58%，C.作用不大占8.1%，D.無所謂占1.6%。有90.3%的學生認為BIM模塊對學習鋼結構設計課程有幫助，可見學生從中既了解了各類鋼結構的結構構造，也鍛煉了BIM技術的工程應用能力。

三、結論

在新工科背景下，依據(jù)教育部專業(yè)指導規(guī)范、新版鋼結構設計標準及工程實踐等要求，項目組對鋼結構設計課程的教學內(nèi)容、評價體系和教學方法等進行改革和探索實踐，經(jīng)過課堂實踐，提出的模塊化教學、BIM技術的引入等收到了良好的教學效果。新的評價體系能更加全面地考查學生的能力，并讓學生參與到考核過程中來，新的教學方法更加注重學生的參與度和能力的培養(yǎng)。通過考試成績和問卷調(diào)查，項目組可以了解到學生對新的教學內(nèi)容、評價體系和評價方法認可度較高，取得了較好的效果。本課程的教學改革將持續(xù)下去，對其中不完善的地方持續(xù)改進，并將最新的規(guī)范內(nèi)容、結構形式和施工方法融入其中，以取得更佳的教學效果。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 吳巧云，肖如峰.“新工科”時代背景下德才兼?zhèn)湫屯聊竟こ倘瞬排囵B(yǎng)改革與實踐[J].高等建筑教育，2020（2）：8-15.

[2] 高等學校土木工程學科專業(yè)指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業(yè)規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] 丁點點，樊猛.基于BIM技術的土木工程專業(yè)實踐教學改革研究[J].教育教學論壇，2020（29）：192-193.

[4] 西安建筑科技大學編.鋼結構（下冊）：房屋建筑鋼結構設計（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[5] 周俐俐，沈鵑.關于鋼結構設計教學中的一些思考[J].科技視界，2020（3）：105-106.

[6] 趙瑩.創(chuàng)客教學法在《鋼結構設計》教學中的應用研究[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2018（18）：26-27.

[7] 馬張永，王澤強.裝配式鋼結構建筑與BIM技術應用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2019.

[8] 鮑躍全，李惠.人工智能時代的土木工程[J].土木工程學報，2019（5）：1-11.

[9] 趙子熙，劉曦.BIM在土木工程領域的應用價值[J].公路，2018（12）：240-242.

[責任編輯：陳 明]