立体化教学素材唯有真正融入具体教学任务，方能破解理论与工程实践脱节难题，切实提升学生的构件设计能力与职业责任意识。

□ 卢 杨

钢结构基本原理是应用型本科院校土木工程与智能建造专业的重要基础课程，承担着贯通力学理论和结构设计实践的教学职能。课程内容以钢材性能及构件设计为主，要求学生既要掌握钢结构受力机理，又能依据设计规范完成构件验算。受钢结构构件稳定问题的空间特性、节点传力机理复杂等因素制约，平面教学图示难以还原真实的受力状态，学生易将数值计算与工程构造割裂开来，对参数内涵、适用条件缺乏深入理解。传统课堂教学主要依托教材讲解和课件演示，可以完成基础知识输出，却难以呈现构件变形、失稳发展的完整过程。随着数字建模与结构分析软件在钢结构工程领域的广泛应用，课程知识呈现形态也从静态图文向模型表达转变。三维模型与虚拟仿真为抽象原理的直观呈现提供了技术条件，工程案例和实体实践则有助于学生建立整体结构认知。然而，教学资源扩容的同时，不少课程出现素材与知识点脱节的问题，数字模型仅作为展示工具，未能深度融入教学环节。为此，钢结构基本原理课程需遵循知识内在逻辑与工程设计流程，重构教学资源体系，搭建立体化教学素材库，实现理论讲授、规范应用及工程认知的有机统一，着力培养学生扎实的结构分析与钢构件设计功底。

立体化教学素材库的建设路径

整合理论知识与设计规范素材。理论知识素材围绕钢材性能、连接设计、轴心受力构件、受弯构件和拉弯、压弯构件五个模块进行配置，保障课程知识结构的完整性。素材建设不能简单复制教材内容，而要根据教学重难点优化概念讲解与计算过程。钢材性能模块可通过“应力—应变曲线”解析强度指标形成机理；连接设计模块需将焊缝、螺栓计算式与节点构造图一一对应；轴心受力构件、受弯构件和拉弯、压弯构件设计模块则重点辨析强度验算与稳定验算的适用条件。同步将《钢结构设计标准》（GB50017-2017）和《工程结构通用规范》（GB55001-2021）纳入素材体系，对常用规范条文设置索引，标明公式参数与构造要求的规范来源。课件、微课和习题解析应使用统一符号，避免不同素材之间出现表达差异。同时，借助知识图谱直观呈现各模块与课程内容的内在联系，帮助学生理解设计原理的生成脉络。

开发工程案例与实体实践素材。一方面，紧扣课程知识点遴选工程案例，重点展示钢结构形式和受力关系。可选取厂房梁柱节点作为连接设计教学实例，结合网架杆件案例开展轴心受力构件教学，受弯构件与拉弯、压弯构件教学则以实际钢梁、钢柱工程为载体。案例素材应完整保留工程背景和构造图，避免只罗列计算结果。对于结构倒塌或节点破坏案例，应说明荷载作用与失效部位，引导学生结合设计条件开展故障溯源分析。选取大型场馆、装配式钢结构等优质项目作为正向案例，强调规范应用与施工控制方法的重要性。另一方面，实体实践素材可采用木板或细管制作构件模型，通过加载操作直观演示屈曲、变形等力学现象。充分挖掘校内现有网架建筑、门式刚架厂房等实体资源，设置现场观察任务，要求学生梳理钢构件布置逻辑、辨识构件连接方式，实现理论计算与真实构件相互印证，着力培育学生的工程质量意识与职业责任素养。

制作三维模型与虚拟仿真素材。三维模型与虚拟仿真素材主要用于弥补平面图示在空间表达上的不足。建模要坚持问题导向，每份素材聚焦破解一个教学重难点。连接设计模块可运用TEKLA和RE-VIT软件构建梁柱节点模型，呈现板件位置和螺栓排列关系；构件设计模块可借助PKPM或SAP2000软件输出变形图与应力云图，使内力变化对应到计算步骤。轴心压杆失稳素材应动态展示侧向变形的发展过程，并通过改变长细比，引导学生观察临界承载力变化。虚拟模型中的截面尺寸和约束条件需要与课堂算例保持一致，便于学生比对手算结果与软件结果差异。同步配套模型参数说明，纠正学生将软件输出参数直接当作设计依据的误区。简化的三维模型可用于课堂演示，完整的工程模型则用于课后拓展训练，形成层次分明的虚拟素材体系。

立体化教学素材的应用策略

一是围绕课程模块构建链条化素材组织逻辑，使不同载体的教学素材服务于同一教学任务。针对钢材料选用模块，应遵循“性能认知—规范取值—实践检验”的教学逻辑构建素材链条。先展示钢材性能素材，依据规范明确设计指标，再通过选材任务检验学生的专业判断力；对于连接设计模块，可从工程节点图入手，引导学生辨析传力路径，理论计算后结合三维模型完成构造核对。在轴心受力构件、受弯构件和拉弯、压弯构件模块中，应按照受力分析、理论计算、构造设计和工程应用的逻辑顺序组织素材资源，强化各环节知识衔接，避免案例脱离知识讲解、模型流于单纯演示。教师在教学设计中需明确各素材对应的知识点、能力目标及使用节点，通过链条化组织减少资源重复，引导学生有序开展结构识别与设计验算训练，逐步建立解决钢结构设计问题的基本思路与方法。

二是依托“一体两翼”模式开展虚实融合教学。该模式以真实工程项目为教学主体，以虚拟仿真、实体实践为“两翼”，为课堂教学提供双向支撑。课堂教学中，教师可以厂房构件设计任务为牵引，组织学生研读工程图纸，识别钢结构形式与荷载条件。并利用三维模型、应力云图、失稳动画开展虚拟教学，直观揭示设计中的关键矛盾问题，再结合理论知识与规范标准帮助学生厘清判断依据。同步开展实体教学，通过模型制作和现场观摩，引导学生对截面形式及节点构造进行对照核验。在完成理论计算后，要求学生将参数导入软件开展分析，比较计算假设与模型响应的差异。若仿真结果出现异常，应检查边界条件和参数设置，不能随意修改计算结论。该模式将真实工程情境贯穿课堂教学全过程，通过虚拟素材阐释受力过程，实体素材帮助学生建立尺度和构造认知，将课程知识从单纯的公式推演切实转化为学生的构件设计实践能力。

三是借助线上平台实现素材的动态应用。教师可依托“学习通”平台，按照课程模块设置资源目录，将微课、规范条文关联到对应学习任务，避免学生盲目检索资源。课前通过推送三维动画与工程图片完成预习铺垫；课中开展即时测试，根据答题情况判断学生概念掌握水平，并灵活调整案例讲解深度；课后布置构件验算或模型识读任务，依托线上资源支撑学生课后练习。还可利用平台学习数据，研判学生在强度、稳定验算中存在的共性问题，补充针对性习题，强化课后巩固。依托线上平台构建“资源使用—教学反馈”闭环，根据实际学情对立体化素材进行动态优化，为学生提供适配自身学习节奏的学习资源。

【作者单位：泰山科技学院；本文系泰山科技学院校级一流课程“钢结构基本原理”（Tk2024xjylkc024），校级一流本科专业土木工程（Tk2023xjylzy001）成果】