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1、教育教学研究160_李卫青(常州工学院 土木建筑工程学院,江苏 常州 213032)摘 要:本文基于互动学习和问题探究的教学方法为“钢结构设计”课程提供有效的教学框架:通过引导学生进行探索和讨论,培养他们解决复杂工程问题的能力,并提升其综合学科知识的应用能力;强调实践和应用,提供机会让学生参与实际的工程项目或案例研究,让他们亲自面对、解决真实的复杂问题。这种教学方法可推广到其他工程专业领域,为学生的综合能力和创新思维的培养提供有力支持。关键词:“钢结构设计”问题探究 复杂工程问题“钢结构设计”是建筑工程专业的核心课程之一,该课程的开设有利于学生的综合能力和解决复杂工程问题的能力的培养。1本文总
2、结了基于互动学习和问题探究的钢结构工程设计案例的教学方法:通过引入涉及多个学科领域和综合性工程的具有挑战性的复杂案例,让学生在课堂上能够积极参与,并提出一系列问题进行探讨。在这一教学模式中,学生通过互动讨论和协商问题解决方案,促进知识的构建。学生可分享在课程中的思考和答案,通过协作,发展解决复杂工程问题的能力。通过课堂练习、案例分析和设计项目,学生能够综合运用不同学科领域的知识,解决实际的工程挑战。通过问题探究和高阶思维活动,学生的学习能力可得到提升。一、现有问题与不足目前,在“钢结构设计”课程的教学中,存在以下问题。(1)理论与实践结合不足。“钢结构设计”是一门实践性较强的学科,但在教学中,
3、有时候过于强调理论知识,而忽略了实际的工程案例和实践操作教学。学生可能无法充分理解理论知识的应用和实际工程的联系。(2)缺乏实例分析和案例教学:钢结构设计涉及很多复杂的工程问题和实际案例,但在教学中,可能缺乏充分的实例分析和案例教学。2这会导致学生在课堂上难以将理论知识与实际问题相联系,缺乏对学生实际操作和解决实际问题的能力的培养。(3)软件工具应用不足。“钢结构设计”涉及大量的计算和分析工作,但在教学中,可能没有充分地引导学生掌握和应用相关的计算软件工具。3这样可能导致学生在实际工程中无法熟练地进行计算和分析。(4)更新速度跟不上。钢结构设计领域的技术和规范不断发展和更新,但教材和教学内容可
4、能滞后于最新的发展。这使得学生在毕业后可能需要花费额外的时间和精力来学习新的技术和规范。(5)缺乏跨学科融合。钢结构设计是一个涉及多个学科的领域,包括结构力学、材料科学、土木工程等。教学中存在学科之间割裂的问题,缺乏跨学科融合的教学方法。二、改进措施解决“钢结构设计”课程中出现的问题需要综合考虑多个方面,以下是一些建议。(一)引导问题解决在教学过程中,教师应引导学生面对实际问题,改进教学方法提升学生解决复杂钢结构工程问题的能力教育教学研究1612023.15_并帮助他们学会寻找解决问题的方法和策略。鼓励学生提出问题、分析问题,并指导他们找到解决问题的途径。教师可以引导学生通过系统化的问题解决过
5、程来解决复杂工程问题,包括问题定义、信息收集、分析和评估、解决方案设计和实施,以及结果评估和改进等。教师可以提供指导和反馈,帮助学生在每个环节中思考和决策。这样可以培养学生的批判性思维和问题解决能力。(二)应用导向的实践强调实践与理论的结合,教师可鼓励学生进行实际工程案例的分析和设计,通过实践掌握并运用知识;组织学生参与实际项目或模拟项目,让他们亲身体验钢结构设计的过程,加深对课程内容的理解。这样的实践经验可以增强学生分析和解决问题的能力,培养他们的实际操作技能。1.实践案例分析教师可通过分析实际的钢结构工程案例,让学生了解工程实践中的挑战和相应解决方案。学生可以通过案例研究理解设计思路、结构
6、选择、荷载计算、构件设计等实际应用。在实验和实习时,学校应提供实验室实验和实地实习机会,让学生亲身体验结构行为和材料性能的测试方法。通过实际操作,学生可以更深入地理解结构的行为和相应的设计原则。在计算软件应用方面,教师可引导学生学习和应用结构分析和设计软件,如有限元分析软件、结构计算软件等,通过实际操作软件进行结构分析和设计,提高学生的计算能力和应用技能。2.参观和实地考察学校可组织学生参观钢结构工程现场和相关的制造厂,让学生亲身感受钢结构的实际施工和制造过程。实地考察可以帮助学生将理论知识与实际工程相联系。学校可举办学术讲座和研讨会,邀请行业专家、学者和工程师开展学术讲座和研讨会,介绍最新的
7、研究成果和工程实践案例。让学生从专业人士的经验和见解中获益,了解行业的最新发展。(三)连贯性知识组织教师应将课程内容进行整合和组织,强化各章节知识点的连贯性和相互关联性。梳理知识框架,将不同章节的知识点串联起来,帮助学生理解知识之间的联系,强化知识的衔接,减少知识的孤立性;强化实例分析,通过丰富的实例将抽象的理论知识与实际应用相结合。教师可以选择一些典型的工程案例,讲解设计过程、问题解决方法和经验教训,引导学生深入理解理论知识的实际应用。鼓励互动和合作学习:创造积极的学习氛围,鼓励学生之间的互动和合作学习。(四)组织小组讨论、案例研究和团队项目互动和合作有助于激发学生的学习动力和兴趣,教师可在
8、课程中引入职业规划和行业发展的内容,让学生了解钢结构设计的职业前景和职业的重要性。通过行业讲座、职业导向的作业等方式,提高学生对课程的认识和重视,增强学习的动力。开展跨学科项目合作,学校可组织学生参与跨学科的项目合作,让他们在团队中与其他学科的学生进行合作,解决实际的工程问题。这有利于学生的合作能力和综合应用能力的培养。学校应跨学科课程设置,开设跨学科的课程,将“钢结构设计”与其他相关学科的知识进行融合。通过跨学科的教学,帮助学生理解并学会应用不同学科的知识和方法。通过综合运用以上教学方法,可以改善“钢结构设计”课程的教学效果,激发学生的学习兴趣和动力,培养出优秀的结构工程师。同时,教师的积极
9、指导和支持也起着重要的作用,鼓励学生克服困难,享受学习过程,逐渐掌握并能运用专业知识。三、建立知识框架将“钢结构设计”课程的内容有逻辑地整合和组织,强化各章节知识点的连贯性和相互关系,教师可以按照以下步骤进行。(1)确定主要主题并建立一个知识框架。教师可回顾课程大纲,确定每章的主要主题,这些主题可能包括结构分析、设计原则、荷载计算、构件设计、连接设计等;创建一个概念框架,说明不同主题和章节之间的联系;该框架可以采用流程图、概念图或层次结构的形式;展示每个主题是如何建立在前一个主题之上的,以及它们是如何相互联系的。(2)对主题进行排序。教师可按照循序渐进的学习路径,按照逻辑顺序排列主题。从基本概
10、念开始,逐渐转向更高级的主题。确保主题按照逻辑顺序排列。教育教学研究162_(3)识别知识依赖关系。教师可分析不同知识点之间的依赖关系,在进入下一个概念或原则之前,确定需要理解哪些概念或原则4,这将有助于确保学生具备学习新主题的必要基础。(4)创建交叉引用。教师可在每章中提供前一章中涉及的相关主题的交叉引用,帮助学生看到不同概念之间的联系,并加强他们对材料的理解。(5)整合实例和案例研究。教师可演示如何在实际场景中应用不同的知识点。说明在一章中讨论的概念和原则如何在后面的章节中应用。(6)强调反复出现的主题和原则。教师可确定贯穿不同章节的反复出现的主题和原则,突出这些总体概念,以强调知识点的连
11、贯性和相互关系,帮助学生看到更大的图景,并了解单个主题如何有助于整体理解课程。(7)提供全面的复习材料。教师可开发复习材料,如总结表或概念图,巩固关键概念及其相互关系。这些材料可以作为学生学习的辅助材料,帮助他们加深理解,方便复习。通过整合这些策略,可以使学生在“钢结构设计”课程的学习中感受到知识的连贯性。学生将能够看到各个知识点是如何相互关联的,减少知识的孤立性,从而对主题产生更深层次的理解。四、互动学习模块设计在传统的讲课模式下,学生和教师之间的互动时间受到很多限制。然而,利用翻转课堂和混合式学习的方法可以克服这些问题。翻转课堂的核心理念是将课堂内外的活动重新安排,将传统的课堂讲授的部分转
12、移到课堂外完成。这样,课堂时间可以更多地用于互动、讨论和开展实践活动。学生可以在课前通过观看在线讲座或准备课前材料来获取相关概念和知识,在课堂上更深入地探讨和应用这些概念,与教师和同学进行讨论和合作,解决问题和完成实践任务。5互动学习模块的设计旨在激发学生的学习兴趣和学习主动性。预备资源包括互动讲座模块、课程资源和学习小组准备。学生通过预先录制的讲座回顾和课堂外的学习资源,为课堂互动活动做好准备。课堂内容分为讲授、学生互动和讲师引导三个部分。在讲授阶段,教师介绍主题理论和示例问题,并进行实例讨论。接下来,学生以小组形式讨论课堂练习,分享彼此的思考和答案,并解决问题。教师在互动中提供实时反馈和指
13、导,澄清疑惑,并引导学生分析和解决问题。课后的混合式学习包括解决家庭作业、小组讨论、在线测试和计算机辅助设计项目,进一步提升学生的学习体验和能力。互动学习模块的设计可以根据钢结构设计课程的特点和学习目标进行构建。以下是一个互动学习模块设计示例,其中包括学习任务和练习,以帮助学生在课堂中开展学习和实践活动(见表 1)。表 1 互动模块设计任务名称游戏化教学组织过程1:钢结构设计原理A.提供课程资料和讲座视频,介绍钢结构设计的基本原理和概念B.学生观看讲座视频并阅读相关材料C.学生回答与讲座内容相关的问题,进行思考和巩固知识2:结构构件设计A.提供设计案例和实例问题,涉及钢张力构件、梁、柱、梁柱和
14、连接件的设计B.学生分组讨论解决设计问题,通过互动讨论和协作来寻找最佳解决方案C.学生将设计方案在班里展示,并进行讨论和反馈3:软件应用和模拟实验A.引导学生使用专业的结构设计软件进行钢结构设计的模拟实验B.学生在软件中模拟设计案例,并进行计算和分析C.学生分享他们的实验结果和观察,并进行讨论和比较4:案例分析和问题解决A.提供复杂的钢结构设计案例,包括具有挑战性的问题和情境B.个人或小组分析和解决这些案例,应用在课堂中学到的知识和技能C.在课堂上分享分析过程和解决方案,并与其他学生进行讨论和互动通过这样的互动学习模块设计,使学生能够在课堂上开展实践活动,并在讨论、解决问题和分享经验中深入理解
15、钢结构设计的原理和技术。同时,教师可以通过互动讨论,提供实时的反馈和指导,帮助学生克服困难,加深理解,并提高他们的设计能力和创新思维。五、教学方法和步骤互动式学习环境可以通过一系列有序的学习步骤或经验来促进学生的学习。学生在课前进行复习和预习,课堂上与教师进行互动,然后在课后运用所学内容进行作业或在线学习。这种学习过程可以帮助学生教育教学研究1632023.15_逐步掌握知识和技能,深入理解概念,并将其应用到实际情境中(见表 2)。6表 2 互动学习教学方法和实施步骤任务名称教学方法教学目的1.设计有针对性的问题在课前准备阶段,教师提供学生需要思考和回答的问题。这些问题应该与讲座主题和理论相关
16、,鼓励学生主动思考和探索。在课堂上,可以通过让学生分享他们的思考和答案来引导讨论鼓励学生主动构建知识,并促进他们的批判性思维和问题解决能力的培养2.小组讨论和分享在课堂的第二部分,教师安排小组讨论的时间,让学生之间交流和分享他们在课前准备过程中的思考和答案。鼓励学生积极参与,互相学习和借鉴彼此的见解促进学生之间的合作和对不同观点的理解和尊重3.引导分析和解决问题在讨论过程中,教师应该充当引导者和促进者的角色。鼓励学生提出问题,互相讨论,并从多个角度思考和评估解决方案的有效性通过提问和引导,帮助学生分析和解决问题,澄清疑惑并加深理解4.实时反馈和指导在课堂上,及时提供反馈和指导是至关重要的。当学
17、生分享他们的思考和答案时,教师可以对他们的回答进行评价和指导,鼓励他们深入思考,并提供额外的信息和示例通过实时的反馈和指导,学生可以及时纠正错误,加深对概念和技能的理解,并改进他们的学习策略5.创设互动学习环境在整个课堂过程中,营造积极的互动学习环境是关键。教师应鼓励学生互相交流和合作,分享各自的见解和经验促进学生之间的合作和互助,培养学生的团队合作能力和沟通技巧培养学生的批判性思维,让他们能够质疑和评估不同的解决方案,并选择最合适的方案。教师可以引导学生分析问题的各个方面,提出关键问题,并培养学生的逻辑推理和推断能力。主动学习通过让学生更加主动地探索和应用知识,培养批判性思维、问题解决能力和
18、合作能力。通过互动参与方法,学生有机会思考和回答问题、与同学交流和合作、探索实际问题的解决方案,这些都能够增强他们对概念的理解和应用能力。7让学生在课前通过访问资源进行自主学习和准备可以使其在课堂上更多地参与讨论和实践。教师的角色从传授知识转变为引导学生的学习和思考,促进学生深入理解和应用知识。这样可以有效地利用节省下来的时间与学生进行更深入的讨论和互动,鼓励他们分享和学习,引导他们分析和解决问题,并提供实时的反馈和指导。这样的教学方法能激发学生主动学习,培养学生的批判性思维,并丰富他们在“钢结构设计”课程中的学习成果。六、结语混合式学习的方法为学生提供了更多参与课堂和实践的机会,有利于概念理
19、解和实际应用能力的培养,可以更好地满足工程设计课程中需要集中概念和实践的特点,同时兼顾学生和教师之间的互动和时间安排的挑战。教师可以更好地把握课堂时间,进行个性化的指导和支持,帮助学生解决困难、提高应用能力。综合应用建构主义理论可以促进学生在混合式学习环境中的主动学习和知识构建,这样的教学方法可以帮助学生更深入地理解和应用概念,并培养批判性思维和问题解决能力。参考文献:1 熊瑞生.钢结构课程的单元练习与课程设计一体化改革与 实践 J.高等建筑教育,2016(5):62-66.2 余卫华,王正中,蔡坤.钢结构课程设计教学改革与实践 J.高等建筑教育,2015(1):69-71.3 高金丽.创客教学模式的设计与实践研究基于创新能力培养的视角 D.上海:华东师范大学,2016.4 郑建波.基于工程应用型人才培养的 PKPM 课程教学改革与探讨 J.课程教育研究,2018(1):217-218.5 刘于,王龙海,罗德海.浅谈 PKPM 专业软件在建筑结构课程教学中的应用 J.绿色环保建材,2018(5):256.6 邵建华,李红明,王治均.专业认证背景下的 钢结构设计 课程教学改革与实践 J.教育教学论坛,2020(12):136-137.7 于志伟,卢晨,邹剑.大跨空间钢结构课程教学改革探讨以广州大学为例 J.高教学刊,2016(14):132-133.(责任编辑:王绍林)