新工科视阈下“互联网+实践”共融型钢结构课程

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小编: 钢结构建筑行业的高速发展已成为社会共识,专业人才需求量急剧增加。在新工科视阈下,提出了“互联网+实践”共融型钢结构课程教学改革思路;确立了以行业需求为导向、以实践能



伴随着建筑工业化的飞速进步,绿色环保和工业化特征使得钢结构建筑应用广泛[1]。钢结构行业由于高速发展面临着具有行业核心竞争力的专业人才的缺乏问题。那么,钢结构核心技术人员的培养是现阶段高校的相关专业的目标,也是行业健康发展的保障。与此同时,新工科视阈下的新形势高等工程教育一直在不断实施改革创新,以培养经济社会发展需要的工程技术人才为目标[2]。现阶段我国正实施“一带一路”、“中国制造2025”、“创新驱动发展”、“互联网+”等重大战略,新工科建设正是促进工程教育强国实现的保障。基于新工科视阈下“工科+”的构建新思路[3],结合“互联网+”的思维和移动办公习惯的常态化,将互联网技术应用在教育领域中,传统的课堂教学结合信息化形式,将专业信息融汇于共享信息平台为钢结构教学提供海量资源。基于此现状,本文进行钢结构课程的教学改革尝试,探讨行业高级专业技术人才的培养模式,从专业技术人才培养角度保障行业的健康发展。

1钢结构课程教学改革目标

1.1课程教学现存问题

首先,随着钢结构行业与工程技术的发展,钢结构人才紧缺、技术水平不均衡,人才培养跟不上行业发展需求,人才专业知识的掌握广度和深度成为的行业诉求。其次,传统教学内容和学习模式无法适应行业新发展,钢结构课程建立在基础课之上,学习内容多,难度大,存在难学难教的两难状况。再者,理论知识与实际工程之间如何过渡的问题也是课堂教学的难点。这些问题亟需通过调整培养模式,更新钢结构课程教学体系来解决。

1.2课程改革的目标

课程改革目标一是推进教学课程改革。从教学理念,教学内容以及学习模式,各个环节对钢结构课程传统教学进行革新,有力推进同类专业课程的教学改革。

课程改革目标二是引导学生主动学习。改变课堂被动接受的学习形式,鼓励学生主动探索,通过改革钢结构课程的学习模式提高学生的主动性。

课程改革目标三是实现“互联网+实践”与传统教学相融合。将互联网对课程教学有用的信息进行融合和展示,结合实践教学培养学生综合运用知识、动手能力和创新精神,为优秀的教育教学环境提供了实现途径。

2构建“互联网+实践”共融型钢结构课程教学体系

在新工科视阈下,以培养行业需求的高级应用型专业人才为导向,提高学生专业基础知识能力、专业软件操作能力、专业思维创新能力、工程实践应用能力。结合传统教学,建立具备“立体型”教学理念、“丰富型”知识体系和“主动型”学习模式的“互联网+实践”型钢结构课程的教学体系。如图1所示为钢结构课程教学改革思路,旨在为钢结构课程的改革提出建议,培养出适应行业人才需求的高级应用型专业人才。 图1钢结构课程的教学改革思路  下载原图

2.1提出钢结构课程的“立体型”教学理念

钢结构课程的教学理念长期以基础理论和原理为主,因此针对理论教学与钢结构实际工程中建筑技术体系的不断推陈出新无法同步的问题,提出钢结构课程“立体型”新理念,使传统平面教学立体化。 图2“立体型”教学理念构成  下载原图

(1)学习对象“立体化”

“立体型”教学理念实施的第一步是将整体结构作为教学对象。从钢结构课程内容来分析,课程章节(例如受弯、轴心受力、拉压弯等)直接从构件受力角度分类,学生欠缺整体结构中的局部意识,很难准确的理解。“立体型”教学理念将传统钢结构课程中的“从杆件到结构”的教学理念改变,从全局出发,“从整体到构件”,进而从结构中分析构件进行学习。

(2)学习内容“立体化”

“立体型”教学理念实施的第二步是实际工程项目支撑教学过程。实际工程项目可以加强学生对结构的感官认知。课程学习过程中需要在教学过程采用“互联网+实践”的教学方式,利用网络上的建筑工程的虚拟仿真模型或以实际工程案例作为课程支撑,例如:常见的大跨度体育馆、工业厂房、知名的建筑等都是可以作为课题中的案例。通过这些工程实例来学习钢结构能够更好的让学生理解钢结构力学特点和结构形式,将课本中平面的知识立体化。

(3)学习过程“立体化”

“立体型”教学理念实施的第三步即是将实践过程动态融入教学。通过参观钢结构工程,钢结构构件及整体现场呈现,生动立体的教学过程提高学生对专业技术的认知。土木工程专业教学中包含一定比例的实践,主要以实习形式进行,但整个实习阶段的内容都很难匹配某一门专业课程。因此,在钢结构课程中应设置动态实践环节,课程开始,以参观调研钢结构为实习内容,调研提出问题;课程进行过程中,以钢结构工程案例为背景,在学习中解决问题;课程结束后,进行实践调研钢结构建筑,融会贯通专业知识,实现实践过程动态融入教学。

2.2建立钢结构课程的“丰富型”知识体系

基于我国钢结构行业的大力发展,高等学校人才培养质量影响着高级应用型技术人才的行业核心竞争力。传统单一的课程内容已经不再符合现代钢结构行业技术人才培养,因此,在传承传统课程内容的基础上,完善新的科技技术并突出工程应用,建立新的“丰富型”知识体系(如图3),调整教学内容,为人才培养提供完善的课程知识体系势在必行。 图3“丰富型”知识体系构成与实现  下载原图

(1)传承传统教学

钢结构课程传统的教学内容包括从构件形式和受力分类,包含了材料特性、轴心受力构件、弯曲受力构件、拉压弯构件以及连接等方面[4],是钢结构课程的基础原理,也是钢结构行业从业人员的专业基础,因此,专业知识的学习依然要传承传统的教学内容。

(2)完善科技技术

行业的快速发展必然促进专业技术的不断更新,在新工科视阈下,课程培养目标已不局限于教材的基本内容,应在教学内容中应包含对新科技、新技术的学习。例如钢结构应对其疲劳性能、抗火性能、耐腐蚀性能以及目前我国加大力度进行推进的装配式建造技术等科研领域进行学习,可以采用专题调研等活动形式,学生在课堂上分组做汇报讨论,储备新科技知识,将学生培养成为适应快速发展的高级应用型专业人才。

(3)突出工程应用

“新工科”建设行动路线指出工程教育应当回归工程实践,应该由“科学范式”转型为“新工科范式”或“工程范式”[5]。高校工科教育应加强工程应用。对于应用型高等院校,响应国家对钢结构建筑体系的要求,应加强钢结构专业软件与相关信息系统的学习,培养学生的工业化建造思维,学习先进的建筑技术,进行工程实例分析。突出工程应用性的知识体系符合新工科视阈下的教育理念。

2.3设计钢结构课程的“主动型”教学模式

钢结构课程是建立在诸多专业基础课之上,内容庞杂,钢结构新技术体系发展迅速,综合这些专业课程特点,针对教师主导的被动模式效果较差的问题,设计“主动型”学习模式(如图4)。 图4钢结构课程“主动型”教学模式  下载原图

(1)教学内容生动化

针对传统教学内容枯燥难学的特点,应适当对课程内容进行加工编排,可将传统的钢结构课程分为三个生动的篇章(如图5)——钢材材料性能:钢铁是怎样炼成的,构件受力:钢铁的真正力量,结构形式-钢结构力与美的表达。在课程内容中夹杂趣味小实验,钢结构优秀建筑案例展示分析、力与形的表达小型讲座等均可使课程生动有趣。同时,可以通过设置课堂趣味小实验、展示优秀建筑案例、开展新技术课堂小讲座等形式将教学内容生动化。 图5钢结构设计原理课程内容趣味化实例  下载原图

(2)教学方式信息化

网络信息化的优势在于无空间时间约束,学习可以随时随地进行。互联网共享平台上也有各种教学视频供学生选择,拓展教学空间并补充教学资源。同时,课后师生之间可以建立在线讨论组,随时发现问题进行探讨,以个性化指导为主。信息化还体现在专业软件的学习,可以快速完成仿真模型的建立和设计计算。信息化的教学方式,主要是学生从被动接受变成课程的主导者,通过互联网平台、实践活动增强学习的目的性,充分发挥学生的积极性和主动性。

(3)课程设计题目设置多样化

实际工程与理论教学通过钢结构课程设计实现了实践与理论的过渡,多样化的课程设计题目将更有效的达到培养学生专业技能的目的。不同的设计题目引导学生自主解决问题,考虑工程中的实际问题,让学生把零散的专业知识组织起来,在课程设计过程中处理工程问题。

(4)设计竞赛结合常态化

定时安排竞赛,可以从多个方面进行,例如结构设计竞赛,给出已知结构方案由学生利用设计软件进行计算,从使用软件的熟练程度和结构设计计算的准确度评判;三维模型建模竞赛,从模仿到创新,从材料到结构,学生自行设计形成结构,三维建模包括结构连接等建造细节的思考,可以综合造型及力学创新等方面进行评判。通过设计竞赛能够有效地激发学生的主动性,例如主动调研,提出方案,进行模型建立或软件计算,可以培养学生解决工程问题的基本技能。

3建立课程信息化网络教学平台

信息化网络教学具有超时空的教学特点,开拓教学空间的同时教学资源的利用率也得到了提高。如图6是钢结构课程的信息化教学平台建设体系。 图6钢结构课程的信息化网络教学平台体系  下载原图

钢结构课程的信息化教学平台由4个子平台和一个管理系统组成。课程知识库子平台由传统课堂教学资料、课程模拟仿真试验、学习笔记以及试题库,建立完整钢结构课程知识库。共享在线教学子平台利用现有课程MOOC及在线教学视频、加设在线答疑和讨论互动等专栏,加大师生间的互动与交流,实现因材施教、教学相长。专业软件学习子平台:软件计算能力是现代钢结构技术人才的非常重要的技能,子平台将提供专业软件资料包、教学视频和工程的仿真实例供学生学习。网络交流讨论子平台搭建“学生-教师-工程师”的沟通环境,包含师生在线答疑,邀请工程师讨论,使学生近距离接触实际工程。平台建立好之后,课程管理系统定期管理课程资料,进行补充和更新;设置学生意见反馈区,根据意见改进课程管理系统,分别针对在线课程和软件资料管理,并实时处理交流相关问题。

4总结

本文从现阶段钢结构蓬勃发展的现实问题出发,以培养高级应用型专业人才为导向,探讨钢结构课程教学体系的改革方案:

(1)提出新工科视阈下“互联网+实践”共融型钢结构课程教学体系改革思路,建立符合现代钢结构行业需求的专业人才培养模式。

(2)根据钢结构课程特点,提出课程改革措施,结合传统教学,建立具备“立体型”教学理念、“丰富型”知识体系和“主动型”学习模式的钢结构课程的教学体系;

(3)创建了包含课程知识库、共享在线教学、专业软件学习、网络交流讨论的钢结构课程信息化教学平台,旨在培养符合行业发展的专业人才。

(4)为土木类相关专业课程教学改革提供参考,钢结构课程与土木工程专业相关重要课程(例如混凝土设计原理、桥梁工程等)有一定的共性,新型教学体系可推广到相关课程的教学改革中。

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