《钢结构设计》虚拟仿真实验教学的探索与实践.pdf

2023年第22卷 第6期产业与科技论坛2023（22）6Industrial&Science Tribune钢结构设计虚拟仿真实验教学的探索与实践俞海英 朱 军 魏宏源 蒲兴龙【内容摘要】为适应新时代信息化条件下的教学方式充分调动学生学习的积极性提高学生对钢结构设计这门课程的学习兴趣和解决工程实际问题的能力本文基于钢结构设计课程传统教学中存在的局限性开展教学改革引入虚拟仿真实验通过建模、分析、空间漫游软件将钢结构设计教学可视化使学生能熟知钢结构构件、钢结构工程的设计及施工过程可以较好地将课堂理论知识与实际工程中的钢结构设计与施工紧密结合增强学生的观感认知度提高学生的学习效率【关键词】钢结构设计虚拟仿真实验课程改革【基金项目】本文为河西学院校级教改项目“虚拟仿真实验在钢结构设计课程教学中的探索与实践”(编号:)、河西学院校级教改项目“应用型人才培养模式下土木工程专业钢结构课程改革与实践”(编号:)、河西学院校长基金项目“河西地区装配式建筑中型钢混凝土梁 钢节点的抗震性能分析”(编号:)研究成果【作者简介】俞海英()女甘肃武威人河西学院土木工程学院助教硕士研究方向:水工结构与材料朱军魏宏源蒲兴龙河西学院土木工程学院 习近平总书记在党的十九大报告中明确提出:“建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程必须把教育事业放在优先位置深化教育改革加快教育现代化办好人民满意的教育”这为我们在中国特色社会主义新时代不断推进教育改革发展、大力提高国民素质和改革教学教育教学方法指明了方向 传统教学存在的局限性已完全暴露尤其实践性较强的工程类专业受实验教学规模和标准的限制已严重滞后于日益提升的人才培养需求使得教育质量面临严峻的挑战 以往的钢结构设计课程教学中重点关注学生理论知识的灌输目前已不能完全满足现代建筑行业对土木工程专业毕业生专业技能和动手实践能力的要求 经过长期探索虚拟仿真实验教学应运而生 将虚拟实验融入教学中既能提高学生的学习效率也有助于培养符合新时代要求的创新型和探究型人才 本文根据钢结构设计课程教学特点探讨虚拟实验在该门课程中使用的优点并提出钢结构设计课程改革的具体内容和需要解决的关键性问题一、虚拟仿真实验习近平总书记在国际教育信息化大会上强调当今世界科技进步日新月异互联网、云计算、大数据等现代信息技术深刻改变着人类的思维、生产、生活、学习方式深刻展示了世界发展的前景 当前教育要顺应时代发展如何利用信息化进行科学、技术、工程和数学的教育培养成绩好、知识掌握扎实、有创新意识、创造能力真正能够融会贯通的学生这个是需要在信息化方面深入思考的 目前虚拟仿真实验课程已成为国家五大金课之一其借助先进的仿真软件和三维显示技术将教学大纲和实验大纲中的内容在计算机虚拟环境中重现帮助学生更好地学习理论知识并掌握实验对应的知识点 虚拟仿真实验教学的优点包括以下几点(一)便捷性 由于课堂上可以利用的时间和空间有限因此学生课余课后的预习与复习尤其重要 结合目前学生拥有各种通信设备和多媒体设备的现状虚拟仿真教学中心应该能在手机、笔记本电脑等多媒体设备上运行从而使学生随时随地都可以查看同时教师能随时随地上传或修改虚拟仿真教学中的内容 逼真、立体的表现形式可以让抽象的钢结构工程形象逼真地演示出来根据实际的教学需求最大限度发挥虚拟软件的优势让学生随时查看发现问题并思考解决方法从而提升教学效果(二)直观性 针对传统教学中存在的枯燥、死板的教学模式以及学生对各种危险实验产生的抵触学习的情绪虚拟教学软件可以辅助教师进行课堂演示复杂实验、危险性实验以及在传统实验室无法完成的实验都能通过软件安全、直观地展示出来(三)互动性 互动性包括学生与实验的互动、教师与学生间的互动 前者体现在学生在观看实验过程中可以思考并参与实验的推进后者体现在学生实验操作完毕对实验结果的评价与统计二、钢结构设计教学改革(一)钢结构设计课程的地位和作用 钢结构设计是土木工程专业的专业必修课之一也是后续建筑结构抗震设计高层建筑结构高层建筑结构施工等课程学习的基础更是土木工程专业学生就业的一个主导方向特别是近几年中国装配式钢结构事业的蓬勃发展和广泛应用 使得该课程的重要性更加突出 钢结构设计课程也是一门实践性较强的课程课程基本内容涵盖了现当代常见的建筑钢结构体系钢结构设计是一门适应新材料、新技术发展的土木类专业课程 内容含四类常规钢结构(轻型门式刚架、重型厂房结构、大跨屋盖结构、多 高层房屋结构)学习整体结构的概念和设计方法熟悉各类结构的设计规范及标准培养良好的设计习惯 课程点零碎、难度大、实践性强、授课内容多、细节以及逻辑性较强是一门难讲也难学的课程同时由于钢结构在我国发展相对较晚特别在建筑工程行业起步滞后学生对于钢结构建筑工程的认知度不高给这门课程的教学带来了一产业与科技论坛2023年第22卷 第6期Industrial&Science Tribune2023（22）6定难度 在课程设计方面可针对理论教学内容安排实践性较强的设计任务课程设计是对所学理论知识的深化、拓展的重要过程可使学生熟悉钢结构基本构件的设计和构造设计的基本原理和方法具备一般钢结构设计的基本技能 在具体的教学过程中需要学生将零碎的知识点进行整理融合并且形成完整的知识结构体系(二)改革目标 一是引入 分析软件对钢结构体系甚至是大型复杂体型的网架、网壳结构、高耸钢结构塔架进行分析计算、设计和建模促使学生从整体上分析和掌握空间结构体系的组成规律以及在荷载作用下的变形与内力变化过程从宏观上理解钢结构的受力以及稳定性问题 二是借助 强大的建筑建模功能通过完成一个简单钢结构工程的建模过程促使学生从三维的角度理解钢结构构件的组成特性以及受力变化增强学生对于钢结构课程学习的兴趣和爱好 三是借助 强大的空间漫游功能针对钢结构工程学生可以自由形状建模和参数化设计并且还能对早期设计进行分析自由绘制草图快速创建三维形状交互地处理各个形状为建造和施工准备模型 从而使学生从钢结构体系内部了解结构的组成原理和规律以及适用与工程实际的钢结构体系特点和影响因素增强学生的观感认知度从而有效激发学生的学习积极性与主动性(三)拟解决的关键性问题 本课题以土木工程专业钢结构设计 课 程 教 学 中“教 与 学”的 探 索 与 实 践 为 基 础 以、以及 软件为工具以结构设计类课程“可视化教学”效果为主要目标主要解决以下几个关键性的教学问题:.钢结构课程中空间结构体系模型的实现 钢结构课程体系涉及大量的空间网格结构主要包括网架与网壳结构体系 通过 分析软件可以很直观地实现各种类型的空间结构体系从而有效促进理论教学与实践教学的完美结合从而增强学生对于这类钢结构体系的空间认识.钢结构课程受力构件的建模与力学分析 钢结构构件由于截面面积较小在荷载作用下的受力与变形相对较为复杂甚至还会发生较为严重的失稳现象 因此使学生了解和掌握钢结构构件的受力尤为重要 通过有限元分析软件 应用可以较为直观地认识构件的受力变化情况从而有效提升学生的学习效果.钢结构三维可视化分析 在 软件建模平台之上实现结构整体漫游分析促使学生从整体结构进行分析的思路了解结构的构成和受力过程激发学生浓厚的学习兴趣也是这门课程教学的难点三、课程教学效果分析基于以上对钢结构设计的教学方法的改革和实践随着课程改革的逐步推进对比近三年土木工程专业钢结构设计课程的教学效果笔者发现所带学生对其理论知识的掌握、实践环节的操作、上课兴趣及满意度等各项指标都有不同程度的提高在虚拟教学实验课堂能使学生对所学知识产生极大兴趣通过软件的观摩学习学生可直观地看到某一结构的平面布置、钢结构主次梁、梁柱节点的连接形式以及构件的安装、焊接、螺栓的使用等使教学内容可视化深化学生对钢结构构造的理解 通过软件操作学生也能熟练掌握钢构件的设计与工程施工要点显著增强学生分析和解决实际工程技术问题的动手实践能力进一步巩固理论知识的学习提高实践能力 针对学生的学习效果从以下几个方面进行详细分析(一)理论知识的掌握情况 经过一学期的教学根据学生课堂表现、作业情况、考试情况以及对学生进行专门的调查发现学生对基础知识的理解相对而言是比较可观的但是对基础知识的延伸以及在工程实践中的应用比较模糊缺乏考虑没有形成体系提不出问题也不知道自己哪里会哪里不会无法很好地识别筛选课程中的重要信息(二)软件操作技能掌握情况 学生能熟练地根据授课内容的效果演示选择软件但对于软件的操作还处于学习和探索阶段目前还停留在能看懂模型构件的设计原理和展示效果上后期还需通过课程设计和毕业设计进一步加强软件的学习和操作(三)过程与方法方面的评价 经过改革融入虚拟仿真试验后学生能真实地看到钢结构构件的合成了解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并且通过观察提出问题同学之间讨论交流课堂气氛相对活跃(四)情感态度的评价 情感态度笔者从所带学生的注意状态、参与状态、交往状态、思维状态、情绪状态、生成状态来分析 注意状态:笔者通过上课过程发现大部分学生在课堂的前 分钟可以全神贯注倾听、目光追随教师的一举一动并能针对老师提出的问题认真作答课堂后 分钟学生注意力下降因此在上课过程中及时调整上课节奏在课堂后半程中加入虚拟仿真实验教学效果较好参与状态:大部分学生都能积极参与课堂认真听讲、积极投入思考并踊跃发言但还是有个别同学思想不集中然而相对于之前的纯理论教学学生的积极性已有极大提高交往状态:整个课堂氛围和谐、活跃学生之间可以自由讨论学生与老师之间也有不断的互动思维状态:主动回答问题的学生一般都语言流畅有条理并且是通过思考后的回答但课堂上一起回答问题的时候学生存在只回答关键词、提示词的情况经过分析发现还是由于学生对该知识点掌握不透彻不能确定这个答案是否正确后期还需进一步观察解决情绪状态:笔者在教学过程中通过观察学生情绪变化、眼神变化、表情变化来判断学生对知识点的掌握情况在加入虚拟实验教学后学生情绪、眼神、表情变化多样说明对课堂知识的汲取有了一定的提高生成状态:笔者通过对所带学生课堂表现、课后作业及考试情况分析发现经过教学改革后学生能全面投入学习的人数增加课堂上表现出对知识接受的满足、喜悦情绪经常出现并且能精准地总结出当堂所学知识四、结语围绕建模软件开展的钢结构设计虚拟教学实验课堂将传统的理论教学转变为可视化的实验演示教学可以有效解决工程类专业普遍存在的“重理论、轻实践”的问题把学生培养成既懂钢结构的构成及原理、也懂设计施工的全能型人才为后期的就业打好基础但该项教学改革中也存在极大的困难比如在使用软件建模时要以实际工程为背景有不好理解的要及时到现场观察再进行设计工作量很大而且进入施工场地艰难相关数据的获取更是不易开展教学前教师要做大量的准备工作还要教会学生最基本的软件操作存在课时不够用占用学生大量课余时间的情况 因此后期还需进一步探索和研究找到更适合于学生使用的虚拟教学实验方式2023年第22卷 第6期产业与科技论坛2023（22）6Industrial&Science Tribune新时代思政教育融入高职护理专业课程的实践路径研究汪 全【内容摘要】近年来我国的经济水平有了很大的提高也在很大程度上带动了我国教育行业的发展尤其是在各大高职院校当中思想政治教育开始融入各个专业 我国对于医护类专业人才的需求量越来越多各大高职院校也逐渐开展护理类专业课程的教育在护理类专业课程开展的过程中如何将思想政治教育融入其中是当前各大高职院校教师所面临的一个主要问题 立德树人是各大高校培养学生的根本目的尤其是对于护理类专业人才而言思想政治教育更是发挥着非常重要的作用所以各大高校一定要注意在专业课程中融入思想政治教育提高人才的综合素养【关键词】思想政治教育高职院校护理专业教学方法【基金项目】本文为“课程思政在高职院校健康评估中的研究与实践”(编号:)研究成果【作者简介】汪全(.)男湖北黄冈人黄冈职业技术学院护理学院讲师研究方向:护理教育 年习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上提出了高校思想政治工作关系到高校培养什么样的人以及如何培养人、为谁培养人的问题 所以各大高职院校在人