教务处

一、研究的背景和意义

（一）研究背景

随着国家进一步的改革开放和“一带一路”战略的实施，国际间的交流与合作越来越广泛和深入。为促进我国工程教育学位的国际认可度，于2015年10月，成立了“中国工程教育专业认证协会（简称为CEEAA）”，并于2016年6月，成为国际上最具影响力的国际本科工程学位互认协议《华盛顿协议》的正式会员。在CEEAA的“工程教育认证标准”中，无论是对教师、还是对学生，都突出对能力的要求；在“毕业要求”中，从12个方面提出了对学生的能力要求。为了适应这一形势的变化，就要在工程教育的教学实践中，强化对学生利用专业知识解决实际工程问题能力的培养。

钢结构由于有许多优点，而在现代土木工程领域内获得了越来越广泛的应用；特别是在大力推广装配式结构的当下，钢结构更是有着无可比拟的优越性。可以预见，今后在相关领域里，钢结构的应用将越来越广泛，将需要越来越多的钢结构工程的技术和管理人员；而这些人员的培养，高度依赖于高校里相关专业教育和培养。而钢结构课程就是为培养这些人员而开设的专业技术课，因此它是相关专业学生的必修课程。

但是，一直以来在传统的钢结构课程的教学内容和方法中，存在着许多不足：第一，课程中各章节的内容是相对独立的，各章节的、甚至同一章节的例题和习题也是“各自为政”、互不联系的。第二，学生不知道例题、习题中的数据来源于哪里，也不清楚例题、习题中的计算方法能否直接应用于工程实际的设计计算。因而学习目标不明确，不知道学习后能解决什么实际问题。第三，钢结构教材中配置的钢屋架设计的课程设计内容，已不能适应实际工程的需要，因为这种结构形式目前已很少使用。第四，各章节习题中的荷载和内力与课程设计中的荷载和内力是没有联系的；同时，例题和习题中涉及到的构造要求很少，因此学生在进行课程设计、乃至于在实际设计时，不能很好地应用“构造规定”。 因而学生不能用所学知识来有效地解决实际工程问题。

由此看出，应采取有效的措施，对钢结构课程的教学内容、教学方法，以及课程设计内容和方法进行有针对性的改革。

（二）研究意义

教学实践表明，将“课程设计与单元练习一体化”，可以克服钢结构课程传统教学内容和方法中的4个不足，可以使学生的知识体系更完备，受到的训练更全面，可以实现理论学习与设计训练的一体化，提高他们的就业竞争力和服务于工程实际的能力。

“课程设计与单元练习一体化”，就是通过探索一个合适的课程设计方案，把设计计算内容分解为几个分步，使不同分步的内容与课程不同单元的知识体系相对应，使课程设计中每一分步的设计计算内容成为对应课程单元的练习题；也就是说，使各单元的练习内容就是解决课程设计中对应分步的一个问题，它们之间既相互联系，又有连续性；这些练习题中的荷载、内力等数据都来源于课程设计，而且下一单元的练习题是在上一单元练习题完成的基础上进行的，二者是相互联系、相互影响的。如此一来，学生在学习课程单元内容的时候，就要从整体上把握课程内容和知识体系，同时在设计计算时必须把构造要求有机地考虑进去。因此，当采用这样的方案时，课程内容的学习完成时，学生的课程设计也就完成了，也就实现了课程设计与单元练习的一体化，因此不需要额外预留专用时间进行课程设计。

虽然门式刚架轻型钢结构房屋在单层工业厂房、物流仓储，甚至在体育场馆中都得到了广泛的应用，但由于其常采用变截面梁柱的型式，同时斜梁与柱之间采用刚接的形式，不能满足学生手算的要求，也无法将梁、柱分开按照单元练习的方式进行设计计算。而钢制工作平台是工矿企业中常用的一种结构形式，且工作平台通常采用等截面的梁、柱形式，当采用铰接排架体系时，可以满足“一体化”的要求。

文献检索表明，到目前为止，还没有其他学者进行过将钢结构的课程设计和单元练习一体化的相关改革。

二、改革实施方案及实施情况

（一）改革内容

选择一个露天的、周围无维护结构的铰接排架体系的钢制工作平台的设计作为课程设计内容，采用铰接排架体系，主、次梁之间采用铰接连接，这样以来，可以将设计内容分解为结构选型、结构布置、荷载组合和内力计算、次梁设计、主梁设计、柱子设计，以及主次梁的连接设计、柱头设计、柱脚设计和施工图设计等十个分步内容。其中将单根构件及连接的设计内容与分别与课程相应单元的学习内容相对应，学生在进行单元练习时，要结合自己的课程设计内容，完成相应的设计计算。当学生完成课程内容的学习时，也就完成了课程设计的设计计算部分；然后，学生把自己各分步的设计计算结果绘制成施工图，就完成了课程设计，即实现了课程设计与单元练习的一体化。在具体实践时，选择多个参数，形成“一生一题”的具体方案。

（二）实施方案与实施情况

1.实施方案与质量保证措施

将改革后的课程设计融入到钢结构课程的教学实践中，实现了课程设计与单元练习的一体化、理论学习与设计训练的一体化。具体方案如下：

(1)为使学生适应“一生一题”和限时完成的训练方式，认同以后的一体化课程设计改革方案，在学习“钢结构的连接”的内容时，配套设计了4种连接方式的“一生一题”的期中测试题目及规范化的设计计算用表格，每次都限定完成时间，并把批改的具体分数计入到课程的平时成绩中去。

(3)对课程设计的结构选型和结构布置部分，采用集中讲解和课堂讨论的方式进行。本课程设计的柱网及梁格布置如图1所示，柱间支撑布置如图2所示，框架的计算简图如图3所示。

(4)采用“一生一题”的题目分配方案，使每个学生的设计参数都不相同。学生要根据“一生一题”的题目分配表（如表1所示，这些参数可以组合出243种不同的方案，完全满足一生一题的要求），依据自己的学号选取设计参数，进行荷载组合和内力计算。

(5)针对每一分步的设计计算，都配套相应的示例资料，并进行集中讲解和讨论。同时，设计出解决每一分步的设计计算用的规范化的表格，学生要按照表格中规范的内容、步骤进行设计计算，避免出现内容不完整的现象。

(6)教师利用Excel编写针对不同分步设计内容的计算程序。该程序具有输入已知数据就能得出每一步的计算结果、并进行正误判断的功能。

(7)按照课程进度，当学完轴心受力构件的内容后，要求学生根据各自的条件和求得内力，参照设计示例，进行型钢截面和组合截面两种截面形式的轴压柱的设计练习，进而确定优选方案。在学完型钢梁的设计内容后，要求学生根据各自求得的内力进行平台次梁的设计。在学完组合梁的设计内容后，要求学生进行平台主梁的设计。然后进行主、次梁的连接设计。在学完拉弯、压弯构件的内容后，再进行有侧移框架柱的设计，并与前面轴压柱设计练习的结果进行比较，进而获得更全面的信息。然后，结合轴心受力构件、以及拉弯、压弯构件的柱头、柱脚的相关内容，框架柱的柱头、柱脚设计。

(8)限定每一分步设计任务的完成时间，对按时完成的设计结果，及时进行批改，记录具体的成绩，并把批改后的结果及时发给学生；对存在的共性问题，进行集中讲解分析；对拖后完成的不记录成绩。并把轴心受压构件的设计练习、次梁设计和主次梁的连接设计的分数，计入课程的平时成绩中，其余分步的设计分数，计入课程设计的成绩中。每个学生只有在上一步的设计结果正确时，才能进行下一步的设计。

(9)待学生完成所有分步的设计计算内容后，集中讲解钢结构施工图的特点及绘制时的注意事项，并给出示例图。学生根据各自在每一分步的设计计算结果，绘制平台施工图（包括设计说明和材料表）。然后学生把每一分步的设计结果与施工图装订成册，就完成了课程设计任务。

2.实施情况

该教改方案首次于2015年3月-7月，在本校建工学院2012级土木工程专业（1）、（2）班176人的钢结构课程的教学中实践，经局部修订后，先后在本校2013级、2014级土木工程专业，以及国际教育学院2014级土木工程专业的173人、150人和111人中的钢结构课程的教学中实践。到2017年9月，经过全面修订后，形成了系统和完整的改革和实践方案。然后将改革成果推广应用到本校建工院土木工程专业2015级（132人）、2016级（126人）和2017级（113人）的课程教学实践中，以及国际教育学院土木工程专业2015级（98人）和2016级（80人）的钢结构设计的课程教学实践中。同时，改革成果也推广应用到信阳职业技术学院建筑工程学院的2016级（与信阳师院联合招生）的土木工程专业本科班学生的钢结构课程的教学实践中，以及信阳涉外职业技术学院城市建设及规划系2016级-2018级的建筑班和测量班的建筑施工技术课程、工程测量课程和测量实训课程中。随着国家新标准的出台和实施，又先后对改革方案进行了两次全面的修订，分别形成了2018版和2019版的完整系列资料。改革成果，自2017年以来，已先后在16个班级的课程教学中推广，使692人受益。

三、取得的主要成果与实施效果

（一）取得的主要成果

1.形成了一套完整的“一生一题”的课程设计与单元练习一体化的改革实施方案；

2.针对新、旧《钢结构设计规范（标准）》和《建筑结构可靠性设计统一标准》，分别完成了一套用Excel编写的、用于批改“一生一题”的课程设计结果的应用程序，以及对应的系列课程设计示例资料和规范化的设计计算用表格。

3.发表教改研究论文7篇（期中一篇已发录用通知、待发表）。

4.项目组教师获得各类奖励20项。

5.指导学生参加省级技能竞赛，获得各类奖励15项。

（二）实施效果

采用“一生一题”的“一体化”的改革方案和分步进行、分步评价的实施方案后，达到了如下的效果：第一，学生是带着如何解决课程设计的问题去学习的，因而学习目标明确，有利于他们理解和掌握各章节内容所能解决的具体问题。第二，充分锻炼了学生独立思考地分析和解决实际问题的能力，有效地杜绝了抄袭现象的发生。第三，保证了设计时间，强化了过程管理，提高了课程设计的质量和学生培养质量，实现了理论学习与设计训练的一体化。第四，有效地培养了学生的规范意识、工程意识、责任意识、工期意识和科学精神。第五，经过连续、系统、规范的训练后，学生的知识体系更完备了，分析和解决实际问题的能力有了明显的提高。

四、成果特色与创新

1.以工程实际应用为目标，以课程设计为载体，实现了课程设计与单元练习的一体化，理论学习与设计训练的一体化，具有很强的案例式教学和项目式教学的特点。完整的、规范的系列训练，有效地培养了学生的规范意识、工程意识、质量意识、工期意识和科学精神。

2.采用“一生一题”和分步进行、分步评价，并将课程设计分散在整个学期中进行的具体方案，有效地培养了学生的独立思考能力和分析解决实际问题的能力，保证了设计时间和设计质量。

3.基于Excel编写的设计计算程序，具有开放性，可以随时更改其中的设计参数，以使改革方案更完善，或者适应规范（标准）的变化。这是专业软件做不到的。

4.该改革不需要增加人员、设备和场地，且成果解决问题的思路和方法兼容性好，便于推广应用到其他结构课程，以及相关课程的教学实践中。

五、成果推广应用价值

将课程设计内容与课程章节单元的学习和练习内容相联系，学生在做单元练习时，就是在完成课程设计中的一个分步设计，因此，它具有翻转课堂的特点，符合建构主义学习理论的经验性和情境性特点。另外，由于采用的是“一生一题”和分步进行、分步评价的方案，不仅可以有效避免抄袭现象的发生，更重要的是可以有效地培养学生的独立思考能力和分析解决实际问题的能力，可以培养一个合格工程师的必备品质，可以提高学生的培养质量和就业竞争力。并且该改革方案不需要增加设备和场地，也不需要预留课程设计专用时间，需要的只是教师的耐心和责任心。因此，该改革方案可以推广到混凝土结构、抗震结构、基础工程等课程中去，也可以按同样的思路，推广应用到其他工科专业的专业技术课程中去。