基于MOOC+虚拟仿真的《钢结构设计》课程教学研究

                 ——以河西学院为例

朱 军  陈思阳  普兴龙

（河西学院土木工程学院，甘肃 张掖 734000）

[摘  要]钢结构设计是土木工程专业的一门专业方向课。随着装配式建筑的快速发展，钢结构在房屋建筑工程领域的应用越来越多。对于土木工程专业的学生而言，迫切需要更加深入细致的掌握和理解钢结构设计方面的理论知识。本文通过在钢结构设计这门课程的讲授中，采用线上线下混合式教学模式，将MOOC与虚拟仿真技术引入课堂教学，促使教学质量的提高，以适应新工科背景下应用型人才培养的需要。

[关键词]MOOC；虚拟仿真；钢结构设计；教学研究

[基金项目]河西学院校级教改项目（HXXYJY-2018-029），河西学院校长基金项目（XZ2018011），甘肃省高校引进和使用优质在线开放课程-钢结构基本原理

[作者简介]朱军（1985—），男，甘肃永昌人，讲师，硕士，国家一级建造师，目前工作于河西学院土木工程学院，在职教学人员，主要从事结构力学以及钢结构课程的教学和科研工作。

一、 前言

由于科学技术的快速发展，钢结构建筑以其特有的优势，越来越受到社会的青睐。钢结构具有轻质高强、各向同性、抗震性能优异等特点，在建筑工程中凸显了特定的优势。随着装配式建筑的发展，钢结构作为典型结构体型，在房屋建筑工程中将受到广泛的推广使用。

二、 钢结构设计课程中存在的问题

（一） 课程内容多，知识点零碎

钢结构这门课程在第六学期开设，计划教学学时40学时，在钢结构基本原理的基础上进行的扩展学习，本院一直延用陈绍蕃编著的教材（钢结构基础+房屋建筑钢结构设计）^【1】。在具体的教学过程中，笔者发现这门课程的讲授相对较难，涉及的相关内容较多，关联性较强，特别是钢结构基础的掌握程度直接决定了本门课程的教学。

（二） 学生缺乏结构整体性分析

钢结构设计这门课程主要讲解轻型房屋门式钢架结构、中型和重型厂房结构、大跨屋盖结构、多层及高层房屋结构和轻型住宅钢结构^【1】。从知识构成上来看，都是对结构整体的把握，不但要求学生将单一构件的设计思路理解清楚，同时还要能够将构件组合成为一个整体进行分析。

（三）学生实践能力不足

结构设计的主要作用是为工程实践服务，笔者通过教学发现，现代的的学生缺乏动手动脑和观察事物的能力。现阶段钢结构的应用随处可见，小到单一构件，大到大型工程结构都可以看到钢结构的实物。但是在具体的教学过程中，笔者讲授到具体的构件或者结构时，学生的反馈效果不是很好。

（四）工程应用能力与识图制图能力差

钢结构设计这门课程在具体的教学过程中还包括为期一周的课程设计，笔者通过教学发现，学生在有限的时间内无法完成钢结构设计的相关内容。在课程设计方面，可针对教学内容涉及很多相关知识，比如钢屋架结构设计、吊车梁设计、框架结构设计、平台结构设计等。

三、 MOOC互助教学

大型开放式网络课程,即MOOC（massive open online courses），是近年来出现的面向社会开放的教学资源，该教学资源为线上教学奠定了一定的基础^【2】。钢结构设计这门课程工程实践性较强，理论较为复杂，是钢结构基本原理的延申和后续扩充，笔者在教学过程中发现，单纯依靠课堂教育还不能够满足社会发展的需要，同时要求学生将所学知识应用于工程实践中去，这无疑给这门课程的讲授增加了一定难度。故如何调动学生自主学习的积极性与主动性是教育教学的关键。因此笔者在具体的教学过程中，根据本校学生的情况，寻求合适的教育方法与教育理念，将MOOC引入课堂教学之中，促进线上线下混合式教学，激发学生对于知识的探索和认知，从而有效提高学习效果。

笔者在具体的教学过程中采用中国大学MOOC西安建筑科技大学李峰主讲的《钢结构设计》^【3】，这是由于这门MOOC与本院开设的课程能够很好的衔接，对于本门课程的讲授有一定的积极作用。通过笔者课堂讲授基本知识，能够使得学生对于所学知识有基本的认识和了解，课后应用MOOC，能够加深学生对于所学知识更加深层次的了解和掌握，从而有效促进教学质量。

实现线上线下混合式教学是科学技术发展的产物，由于现阶段课时量的限制，外加学生的接受领悟能力不同，单纯依靠课堂有限的时间将所有的知识都传授给学生是不现实也是不可行的。通过线上的MOOC学习，可以适度减轻教学压力，同时可以调动学生自主寻求知识的能力，激发学生学习的潜力。由于大量的MOOC都是有各大高校的一些教学骨干讲授，这些教师在教学方面有独特的见解。采用线上教学，可以促使学生接受新的教学理念，扩大知识面与知识结构体系，其优势如图1所示：

图1  MOOC互助教学优势

通过线上MOOC教学，与线下的课堂讲授有机联系起来，实现线上线下混合式教学，其核心是提高学生对于本门课程的认识，能够促使学生掌握和理解本门课程涉及的知识点，同时能够激发学生自主学习知识的本领，有效推动教学提高教学质量，以适应现当代社会对应用型人才的需求。

四、虚拟仿真教学

《钢结构设计》这门课程侧重实践教学，作为一门工科学科，能够将所学的知识灵活的应用到实践中去，才达到教学的真实目的。但是在具体的教学过程中，笔者发现学生对于这门课程的学习存在一定的抵触心理，通过调查研究发现，学生对于钢结构结构体系的认识不高，在授课过程中提到相关的概念时，理解不是特别到位。

《钢结构设计》这门课程重点包括轻型门式钢架结构、中、重型厂房结构设计、大跨度屋盖结构、多层及高层房屋结构、轻型住宅钢结构等相关内容。课程所涉及的内容都是从局部构件到整体连接，在具体的教学过程中，不但要求学生掌握基本的结构设计思维，同时还要求学生能够将所学知识很好的应用于工程实践之中去。笔者在教学过程中积极探索适应地方性二本院校的教学模式，通过教学发现，学生对于这门课程的理解不是特别到位，特别是学生对于钢结构图纸的理解并不是特别清晰，这给教学带来了一定的难度。经过多方面的实证，笔者了解到学生对于钢结构在工程结构中的应用不是很明确，故将虚拟仿真试验引入课堂教学，不仅可以激发学生的动手能力与实践能力，而且可以促使学生增加合作交流，促使线上教学互助线下教育，以提高教学效果来满足社会对应用型人才的需求^【4】。其作用如图2所示： 

图2  虚拟仿真教学优势

虚拟仿真是科学技术发展的产物，通过虚拟仿真技术，可以增强学生的动手实践能力，促使学生身临其境，激发学生对于钢结构课程的兴趣。

五、结论

《钢结构设计》是土木工程专业的一门专业方向课，在土木工程专业的发展中起着重要的作用，通过线上的MOOC互助教学，促进和激发学生对于这门课程的学习积极性与兴趣，同时有效提高教学质量。

参考文献

[1]赵宪忠，陈以一，郭小农.钢结构基本原理. [EB/OL]. .http://www.icourse163.org/learn/TONGJI1003003004?tid=1206943246#/learn/announce

[2]汪琼.教师如何做研究[EB/OL].http://www.icourse163.org/learn/PKU-269001?tid=1207202204#/learn/announce 

[3] 李峰、钟炜辉、杨俊芬、郑江.钢结构设计[EB/OL]. http://www.icourse163.org/learn/XAUAT-1206024807?tid=1206322203#/learn/announce

[4]武岳.大型钢结构厂房设计建造虚拟仿真试验[EB/OL].

http://www.ilab-x.com/details?id=2679&isView=true

       A Study on the Teaching of Steel Structure Design Based on MOOC Virtual Simulation

 —— Take Hexi College as an Example

 Zhu Jun Chen Siyang Pu Long

 (School of Civil Engineering, Hexi University, Zhangye, Gansu 734000)

Abstract: steel structure design is a professional course in civil engineering. With the rapid development of prefabricated buildings, more and more steel structures are used in the field of building engineering. For civil engineering students, it is urgent to master and understand the theoretical knowledge of steel structure design. By adopting the online and offline hybrid teaching mode in the course of steel structure design, this paper introduces MOOC and virtual simulation technology into classroom teaching to improve the teaching quality. In order to meet the needs of applied talents training under the background of new engineering.

 Keywords: MOOC; virtual simulation; steel structure design; teaching research