融入美育的土木工程专业课程教学改革探索与实践

刘人杰 逯静洲 孙爱伏

摘  要：美育又称为审美教育，美育融入高校土木工程专业课程教学可提升土木工程专业人才的审美能力和综合素养，对我国建筑行业的高质量发展具有重要意义。文章以“钢结构设计”课程为例，提出了课程教学的美育目标，梳理了美育融入课程教学的若干途径，给出了美育效果的评价方法，指出了当前课程美育的不足。得益于美育的融入，学生的学习兴趣和积极性有了很大提高，学生发现美、感知美、判断美、评价美和欣赏美的基本能力得到培养，学生的综合素质得到有效提升。

关键词：“钢结构设计”课程；美育；教学改革

中图分类号：G641    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）29-0173-04

美育又称为审美教育，是指通过系统和专业的教育，使学生能够认识美、体验美、感受美、欣赏美，并且具备发现美和创造美的能力。随着我国教育教学改革的持续推进，人们对教育教学的本质认识不断加深，美育工作在人才培养中的作用引起了重视［1］。习近平总书记指出：“做好美育工作，要坚持立德树人，扎根时代生活，遵循美育特点，弘扬中华美育精神，让祖国青年一代身心都健康成长。”美育可陶冶情操、净化心灵、提升素养，是落实立德树人根本任务的重要一环［2］。

烟台大学土木工程学院将美育融入土木工程专业人才培养方案，扎根优秀传统文化，立足土木工程专业的专业特点，践行社会主义核心价值观，打造基于OBE理念的专业美育培养模式，以“大美育”的格局大力培养符合时代需求的社会主义建设者和接班人。

钢结构是当前建筑工程领域最常用的结构类型之一。凭借钢材良好的受力性能和加工性能，钢结构行业发展十分迅速，国家对钢结构设计人才的数量和质量有着迫切的需求。钢材本身拥有美学表现，这主要体现在钢材的质感和光感。将钢结构用于建筑设计，可得到灵活多变的建筑造型，造就了丰富多彩的钢结构建筑形式，在工业厂房、大跨度屋盖、高层建筑、输电塔架等领域应用广泛。因此，钢结构非常适合展现建筑结构力与美有机融合的魅力。因此，本文以“钢结构设计”课程为例，介绍融入美育的土木工程专业课程教学改革探索与实践。

一、“钢结构设计”课程简介

“钢结构设计”是高等学校土木工程专业的核心课程之一。该课程的教学目标是使学生掌握常见的工业厂房钢结构、大跨度屋盖钢结构和多高层钢结构的基本设计方法及构造措施；使学生形成钢结构整体分析的概念，能合理确定计算简图，能正确地进行内力分析，能按有关专业规范或规程进行钢结构的整体设计、截面计算和构造处理。主要的课程内容：工业厂房钢结构设计、大跨度屋盖钢结构设计和多高层房屋钢结构设计。

美育的根本目标在于促进人的全面发展，将人的需求与价值实现作为终极追求，这也是一切育人工作的出发点和归宿［3］。具体落实到高校土木工程专业“钢结构设计”课程中，美育的目的是打破以往土木工程人才培养只重理论和技术而审美能力不足的传统模式。具体美育目标如下：1.使学生能够认识美、体验美、感受美、欣赏美，具备发现美和创造美的能力；2.使学生掌握材质美、仿生美、人文美、符号象征美等建筑结构设计美学原则；3.使学生理解以均衡与稳定、连续性与渐变性、韵律与节奏为主要表现特征的结构形态美。

二、融入美育的方法与途径

（一）材质美的融入

不同的建筑材料有着不同的美学表现，钢材与木材、混凝土等材料的美学表现差异显著。由于表面处理工艺的不同，钢结构可表现出不同的质感，从而实现丰富多样的视觉效果，表现了钢材本身的质感美。钢结构的表面可做成镜面、雾面、磨砂、拉丝等效果，还可让钢材表面带有一定的锈迹以表现出质朴与沧桑感。有时还可在钢结构的表面进行镀层或喷漆处理，变化表面光泽，使钢材表现出特殊的科技感或工业风。

（二）人文美的融入

在多高层房屋钢结构设计章节，通过介绍典型的超高层建筑结构案例“中国尊”使学生掌握钢结构设计中渗透的人文美。“中国尊”是当前北京市的第一高楼，是主体结构为钢结构的超高层建筑。它的建筑结构设计融入了我国传统文化精髓，尽显结构之美与人文之美融合的巧妙。尊，礼器也，意在敬奉天地。北京是伟大祖国的首都，以尊的形象作为北京第一高楼的建筑形态，修修兮高耸入云、顶天立地，传承了我国传统文化的神韵。为了达到古今相和的设计目的，在一些传统园林建筑设计中同样纳入了钢结构的元素，将钢结构与传统材料、形式结合，使设计传达出传统文化的意蕴。

（三）仿生美的融入

“大自然总是建造最合理、最经济的结构”［4］。蜘蛛网是自然界常见的东西，研究表明蜘蛛丝是一种强度很高的材料，只因太细留给人以强度不高的错觉。工程師们受到蜘蛛网的启发，在桥梁工程和大跨度屋盖工程中采用高强度的索以一定的规则编制成索网结构，从而跨越很大的空间。乌龟壳、贝蚌壳、蛋壳等都是生物用于保护自己的外壳，牢固且坚硬，工程师参考自然界的壳体设计出钢网壳结构用于大跨度屋盖。棕榈叶、芭蕉叶等有着凹凸折叠的外形特征，工程师们受到启发设计出了折板结构。肥皂泡有着空气支撑的薄膜特征，十分轻盈，人们受到启发设计了充气膜结构。蜂窝有着整齐排列的网格，人们参考蜂窝发明了空间网格结构。由此可见，当前很多优秀的钢结构体系都展现出了仿生美。

（四）符号象征美的融入

在大跨度屋盖钢结构设计章节，通过介绍典型建筑案例“冰丝带”，学生掌握钢结构设计中凸显的符号象征美。“冰丝带”是北京冬奥会国家速滑馆的别称，它采用灵巧飘逸的钢结构曲面幕墙体系和轻盈巧妙的双曲面马鞍形单层索网屋盖结构体系。“冰丝带”形似运动员高速滑冰时留下的冰刀轨迹，大跨度钢屋盖结构设计与冰雪运动的主题相得益彰。与之类似，国家体育场“鸟巢”、国家水上运动中心“水立方”、国家体育馆“冰之帆”等，这些大跨度屋盖钢结构工程也都展现了符号象征美的特征，共同组成“双奥之城”的标志性建筑群。

（五）均衡与稳定美的融入

均衡与稳定是在视觉平衡审美心理作用下的美学形式。建筑结构对传力路径的要求和均衡与稳定美的要求基本一致［5］。超高层摩天大楼的钢结构无不是均衡、对称的，无不体现了庞大、厚重的特征。而均衡与稳定的美并不一定都是厚重的，在一些体育场馆、机场航站楼、会展建筑的大跨屋盖钢结构中，有很多是采用了索结构、膜结构等轻质材料，给人以轻盈飘逸的感受，也可以彰显均衡与稳定的美。

（六）连续与渐变美的融入

连续和渐变最符合人们的审美心理，连续和渐变也是建筑结构对传力路径的必然要求，有助于建筑结构获得较好的整体性。而形状突变往往造成整体结构刚度和质量分布不均、构件应力集中等不良后果。展现渐变和连续美的钢结构有很多，如广州电视塔“小蛮腰”，它以构件交织旋转上升同时结构尺寸渐变，再如北京第一高楼“中国尊”从下至上粗细渐变，生成了传统文化中“尊”的形象，都给人以流畅、轻巧的感受。

（七）韵律与节奏美的融入

韵律与节奏美是连续和渐变美的发展，是有特定规律的连续和渐变，使人感受到音符跳动和旋律奏响的审美感受。展现韵律与结构美的钢结构有很多，如国家体育场“鸟巢”，乍一看给人一种错综堆砌的无序感，但稍加思考就能发现无序中却体现着有序，很多构件以明快的韵律抒发着独特的美感。再如，北京工业大学薛素铎教授团队提出的无内环预应力索支结构新体系是结构组成部件相互交叉编织，以中心对称的方式组合成整体，外观上给人以律动和谐的美感。

三、“钢结构设计”课程的美育效果评价

只有合理评价美育教学效果，才能了解学生是否真正获得了课程要求的美育素养，才能评估美育目标是否达成，确保美育真正融入课程教学。“评什么”和“怎么评”是美育效果评价中的两个基本问题。美育的目的是丰富人的情感世界，促进人们升华精神境界，因此，美育效果评价应当以定性为主。

（一）评价内容

基础学习性内容。对学生参加的“钢结构设计”美育学习的出勤情况、交流研讨参与情况和美育学习任务完成情况等表现进行过程性评价。可以在课堂上设置思考题，采用小组讨论或师生互动的方式引导学生获得正确的审美观。可以在课后作业中渗透美育的内容，批改作业时对学生的完成情况进行评价。

考试考核性内容。通过在章节测验、期中测验、期末测验等考试考核环节中设置美育题目，了解学生理解和掌握美育基础知识的情况，了解学生的美育欣赏和表现能力。具体题型可以是选择题、判断题、论述题等。如可在选择题中给出四个结构方案，让学生从中选出最符合审美心理和受力要求的选项。

发展挑战性内容。通过学生自主参加与美育相关的校内外艺术实践或各类结构创新设计类竞赛活动获奖情况，设置拔高加分项，鼓励学生在实践和竞赛中运用美育知识和能力。如“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生周培源力学竞赛、全国大学生结构设计竞赛、全国高校钢结构创新竞赛等。

（二）评价方法

该课程美育评价实行以任课教师团队为主体，以课堂为单位组织美育评价。根据课程学时的推进，分阶段汇总、整理、存档、上报。美育评价以分数形式呈现，满分100分，其中基础学习性内容占40分，考试考核性内容占40分，发展挑战性内容20分。90分以上为优秀，75～89分为良好，60～74分为合格，60分以下为不及格。

四、“钢结构设计”课程美育的初步成效

“钢结构设计”课程美育使学生较好地掌握了仿生美、人文美、符号象征美、环境友好美等建筑结构设计美学原则，较好地感知和理解以均衡与稳定、连续性与渐变性、韵律与节奏为主要表现特征的结构形态美。课堂变得生动，学生的学习兴趣和积极性有了很大提高，对钢结构的理解深度和广度有了质的飞跃，对课程目标达成起到了显著作用。学生经过课程美育后，在与建筑学专业、建筑规划专业学生的沟通、交流、合作中表现得更加积极，互动更为顺畅。

“钢结构设计”课程美育提升了土木工程专业大学生发现美、感知美、判断美、评价美和欣赏美的基本能力，丰富了学生的文化精神生活，激起了学生对美好体验的向往。有助于提高学生的审美觉悟，开发学生的创造力，使学生具备对建筑美的直觉敏感，为设计和建造优质、美好的建筑结构而努力奋斗。

土木工程专业和建筑学专业组成的团队荣获2020年全国高校钢结构创新竞赛特等奖。该创新竞赛题目为“装配式钢结构民宿设计”，以“装配式、可持续、绿色环保、高效节能”为理念来设计装配式钢结构建筑，设计内容包括建筑设计、结构设计、围护体系设计和创新性设计等内容。团队以胶东民俗建筑——海草房为背景，以“生态循环系统和模块化复制”为结构核心技术对装配式钢结构民宿进行设计，创造性地引入了绿色节能集成房屋技术、太阳能追光系统雨水收集系统等新技术，实现了现代建筑科技与传统民居的完美融合。作品诠释了“科技创新服务人居空间”的人文关怀核心理念。

五、目前尚存的问题

（一）专业美育课程不成体系

土木工程专业的美育教育要有明确的培养目标，要有完整的专业美育教育课程体系，要有完善的专业美育教育评价机制，更要有合理的专业美育教育持续改进机制。专业美育教育要将美育延伸到人才培养方案中的每一门课程中去，要根据课程的内容和特点发掘课程内容与美育的联系，在课程中合理设置美育融入点，为学生设立美育教学情境。构建专业美育课程体系，使学生在学习过程中不断获得美的体验，每门课都能感受到美的存在。当前，土木工程专业的美育教育仍以课程美育为主，只有几个孤立的美育教育点，亟待构建专业美育课程体系。

（二）专业美育师资队伍有待加强

美育教育对师资水平的要求较高。教师要将自身的审美水平和专业教学水平提高到一定的水准，要将晦涩枯燥的专业理论知识转变成含有美育的内容。首先，教师要转变思想认识，从传统教学理念过渡到专业知识与思政、美育相结合的教学理念。其次，教师要有紧追时代前沿的意识，加深对审美的认识程度，学习最新的行业动态，为学生提供高质量的美育教育。当前，学校和专业层面开展的美育培训还不够，教师对课程美育教育如何开展处于不知所措或各行其道的状态，专业美育师资队伍有待加强。

六、结语

美育的成果往往不是短期的，它对学生的影响是深远的，会在学生未来的职业发展中逐步展现。对于土木工程专业而言，美育的成果在于使学生在拥有扎实的理论和技术功底的同时具有高屋建瓴的审美能力和艺术视角，有朝一日能创作出富有美学价值、闻名于世的杰出建筑结构作品，而不是大批可复制的“流水线”产业工人。

建筑结构设计不仅运用美，而且还能丰富美的内涵和形式。钢和玻璃运用于建筑结构后一改传统砖石结构的厚重感，造就了轻盈的建筑美感。索材和膜材的进步推动了索膜结构的发展，建筑结构一改传统结构的单一方正形体，形成了轻巧的曲面结构体系。从数千年人类建筑发展史可以看出，建筑美学和结构技术、结构材料的进步有着很密切的关系。随着新技术、新材料、新计算理论的出现，产生新的结构形式，催生出对应的美学表现形式都只是水到渠成的事。

从古至今，关于建筑结构力与美的思辨始终都是工程师关注的重点。当今的建筑业已结束了粗放的发展模式，转变为高质量、高科技、精品化的发展模式。从今往后，只重技术而不懂审美的工程师，其职业发展必然受到很大限制。培养出既有扎实技术功底又有崇高审美素养的现代土木工程师是当代建筑行业发展的必然要求。

参考文献：

［1］ 沈焓. 美育视域下工匠精神的理想信念教育价值探析［J］. 湖北开放职业学院学报，2021，34（24）：70-71+74.

［2］ 杜俊杰. “五育并举”视域下高校加强美育工作的路径研究［J］. 湖南科技学院学报，2022，43（01）：67-69.

［3］ 马淑娜，袁小军，夏志成，等. 浅谈教育美育在结构类课程课堂教学中的应用［J］. 东南大学学报（哲学社会科学版），2012，14（S2）：160-162.

［4］ 傅志前. 环境美学视野下的工业建筑设计趋势［J］. 工业建筑，2016，46（07）：198-201+187.

［5］ 郭志恭，郭薇薇. 建筑结构设计的美学原则［J］. 建筑结构，1997（01）：50-53.

（責任编辑：淳洁）