鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)改革研討
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摘要：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程是高等學(xué)校土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。本文通過一系列的教學(xué)改革，讓學(xué)生在有限學(xué)時內(nèi)，牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本理論，同時有效地提高學(xué)生工程實踐應(yīng)用的能力，為培養(yǎng)專業(yè)的土木工程人才做準(zhǔn)備。
關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理；教學(xué)改革；學(xué)生
一、課程目前教學(xué)現(xiàn)狀
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程是高等學(xué)校土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，該課程是在已有結(jié)構(gòu)知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本理論的理解和掌握，同時培養(yǎng)學(xué)生鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計與應(yīng)用的能力，是一門理論性和實踐性都較強的應(yīng)用性學(xué)科。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程具有內(nèi)容豐富、構(gòu)造形式復(fù)雜、與工程實際聯(lián)系密切、工程應(yīng)用性強等特點。按照現(xiàn)行本科教學(xué)大綱的要求，鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的學(xué)時較少，教師課堂教學(xué)的時間主要用于對鋼結(jié)構(gòu)基本理論知識的講解，沒有足夠的時間加強學(xué)生的力學(xué)知識，并把理論知識應(yīng)用于實踐。筆者在多年的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程是學(xué)生反映較難掌握的一門課程。該門課程的公式、圖表、規(guī)范條文較多，具有很強的綜合性、技術(shù)性和應(yīng)用性，既有理論推導(dǎo)，又與相關(guān)規(guī)范和工程實際聯(lián)系密切。另外，目前學(xué)生接觸的大多數(shù)建筑物都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對鋼結(jié)構(gòu)建筑比較陌生，雖然在結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中安排有參觀實習(xí)，但一般參觀實習(xí)的課時非常有限，這就使學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)建筑的認(rèn)識較少，造成學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)中沒有直觀印象，學(xué)習(xí)困難。如何盡可能在有限學(xué)時內(nèi)，幫助學(xué)生牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本理論，同時有效地提高學(xué)生工程實踐應(yīng)用的能力，是鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)研究的重要課題。這對學(xué)生畢業(yè)后盡快適應(yīng)社會對鋼結(jié)構(gòu)人才的需求，促進鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的健康發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。
二、課程改革理念及思路
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程的改革，將通過合理安排學(xué)時，理論教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)并重，培養(yǎng)學(xué)生在牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)基本理論的同時，具備將理論知識運用于工程實踐的能力。改革將從以下幾個方面著手。
（一）教學(xué)內(nèi)容改革
由于鋼結(jié)構(gòu)課程課時較少，教學(xué)內(nèi)容多，涉及面廣，因此，教學(xué)中要精簡內(nèi)容，突出重點、難點知識，并結(jié)合工程實例進行講解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識。同時，適當(dāng)補充教材中沒有的新知識和學(xué)科前沿動態(tài)信息，拓寬學(xué)生視野。精簡、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，突出重點知識，講透難點知識，避免教學(xué)資源的浪費。而精簡鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，并不是一味地減少教學(xué)內(nèi)容，有些內(nèi)容要減，有些內(nèi)容則要“加”。“加”的內(nèi)容主要是為了拓寬教學(xué)內(nèi)容的適應(yīng)面，比如鋼與混凝土組成的組合結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)等內(nèi)容教材涉及較少，而其工程實用性又較強，所以應(yīng)適當(dāng)補充這方面工程結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容。另外，教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)本學(xué)科科學(xué)研究的新信息和最新成果，充分反映學(xué)科前沿的動態(tài)，注重對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如在鋼結(jié)構(gòu)課程講授過程中，可簡單介紹一些現(xiàn)代設(shè)計新方法和新技術(shù)，例如門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法等。
（二）教學(xué)方法改革
1.提高課程教學(xué)效率，組織好課堂理論教學(xué)。
（1）把握教材，提煉知識點。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理與先修課程如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計等課程有一定聯(lián)系。為了在有限的時間內(nèi)，完成既定的理論教學(xué)和實踐教學(xué)二者并重的目標(biāo)，教師必須強調(diào)教學(xué)重點，提煉知識點。例如鋼材力學(xué)性能及指標(biāo)，建筑材料和材料力學(xué)課程中都有講授，教師可以將這一節(jié)的課程重點放在引起鋼材脆性破壞的因素、鋼材的疲勞破壞及如何選用鋼結(jié)構(gòu)材料上，這對學(xué)生日后實踐應(yīng)用有很大幫助。又如，鋼結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計課程中的設(shè)計方法原則相同，在鋼結(jié)構(gòu)課程中，教師只需要強調(diào)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的極限狀態(tài)表達式與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的極限狀態(tài)表達式的異同，既幫助學(xué)生復(fù)習(xí)了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計公式，又加強了學(xué)生鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計公式的理解。（2）準(zhǔn)備工程案例。同理論內(nèi)容配套的工程案例是課程講解的重要組成部分。恰當(dāng)?shù)墓こ贪咐梢詷O大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識的興趣，對學(xué)生增強理論理解，提高解決工程實際問題的能力至關(guān)重要。例如在鋼結(jié)構(gòu)材料一章，教師可遵循概念講解—工程事故案例分析—工程注意事項的講解步驟。例如可以引用某鋼廠冶煉車間橋式吊車梁疲勞破壞事故，教師可先講解疲勞破壞的特征，然后再講解疲勞破壞工程事故的調(diào)查檢測、事故原因分析和總結(jié)。此案例中涉及吊車梁的選材、鋼材的材料缺陷、鋼材的材料校核及鋼材的疲勞等內(nèi)容。通過這個案例，學(xué)生不僅加強了對鋼材性能的理解，也掌握了工程事故分析和處理的方法。在教師的教學(xué)中，這種與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的工程案例可以貫穿理論教學(xué)的整個過程，深入淺出的講解能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進學(xué)生工程實踐能力的提高。（3）課件編寫。課件的編寫應(yīng)文字簡練，條理清楚。教師可將重點放在圖表、規(guī)范條文和工程實例圖片上，同時應(yīng)減少繁冗的文字描述，以提高教學(xué)效率。學(xué)生普遍感覺鋼結(jié)構(gòu)難學(xué)之處是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接的構(gòu)造抽象難懂。教師可以利用多媒體軟件模擬焊接的連接、梁柱構(gòu)件的失穩(wěn)模態(tài)、格構(gòu)式構(gòu)件的平面外屈曲等，能幫助學(xué)生理解知識點，增強學(xué)習(xí)效果。（4）課堂例題和課后習(xí)題。例題和習(xí)題可采用兩類，一類是結(jié)合材料力學(xué)和規(guī)范公式的機械套用題目，另一類是與工程實際結(jié)合的綜合應(yīng)用習(xí)題。機械套用公式的例題著重講解原理，可加強學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)基本理論知識的理解。而涉及綜合應(yīng)用的習(xí)題，則緊密結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范重點講解設(shè)計過程，提高學(xué)生處理工程實際問題的能力。
2.組織實踐教學(xué)。
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括鋼結(jié)構(gòu)認(rèn)識（生產(chǎn)）實習(xí)、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計三個方面。（1）認(rèn)識實習(xí)。鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生通過現(xiàn)場參觀、實習(xí)，可以加深對鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識。土木工程專業(yè)實習(xí)的內(nèi)容涉及鋼結(jié)構(gòu)制作及鋼結(jié)構(gòu)體系的認(rèn)識，教師可現(xiàn)場講解鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)、制作過程。在現(xiàn)場認(rèn)識鋼結(jié)構(gòu)體系的前提下，教師可進一步作輕鋼結(jié)構(gòu)、空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)體系的講解。（2）課程設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計安排在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程結(jié)束之后一周進行，是鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的主要實踐性環(huán)節(jié)之一。鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的題目可采用平臺鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。教師在教學(xué)方式上，可將一周的集中課程設(shè)計分散到相應(yīng)的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中去。如在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程中，講到“梁的設(shè)計”一章，教師可以提前講授平臺鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，結(jié)合本章梁的設(shè)計內(nèi)容，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下完成平臺梁、板、柱及支撐的結(jié)構(gòu)布置，并完成平臺梁的荷載計算、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算及平臺梁的設(shè)計等內(nèi)容。在課程進行到軸壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件設(shè)計的章節(jié)時，教師可指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)完成平臺柱的設(shè)計。之后根據(jù)理論教學(xué)進程，學(xué)生可依次完成梁柱節(jié)點、柱腳及基礎(chǔ)設(shè)計等內(nèi)容。通過這種教學(xué)方式，學(xué)生在逐步完成作業(yè)的同時，建立了牢固的工程整體概念，提高了將理論知識運用于工程實際的能力，可取得良好的教學(xué)效果。（3）畢業(yè)設(shè)計。有了課程學(xué)習(xí)中理論環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)的精心安排，學(xué)生的計算和應(yīng)用能力得到了很好的培養(yǎng)和鍛煉。畢業(yè)設(shè)計的綜合訓(xùn)練可進一步提升學(xué)生的工程實踐能力，為走向工作崗位做好準(zhǔn)備。
（三）課堂教學(xué)方式改革
鋼結(jié)構(gòu)課程之前的課堂教學(xué)模式以PPT教學(xué)為主，學(xué)生注意力不容易集中。在改革后的課堂教學(xué)模式中，將以教師講課為主，以板書為主要的課堂教學(xué)模式，對板書不能體現(xiàn)的內(nèi)容，如工程圖片、表格、模型等，可通過PPT向?qū)W生展示。通過板書的知識點書寫和PPT的直觀認(rèn)識相結(jié)合，加深學(xué)生對知識點的理解和掌握。另外，課堂練習(xí)是鋼結(jié)構(gòu)課程必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。課堂練習(xí)將以工程實例為原型，向?qū)W生講解工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論知識。
（四）建立成績評定系統(tǒng)
改變以往傳統(tǒng)的期末考試成績評定方式。采用過程考核和期末考試的形式，最終的成績由該兩部分組成：第一部分采用閉卷考試的形式，主要考查學(xué)生對基本理論知識的掌握情況，占總成績的70%；第二部分考核主要為平時表現(xiàn)，主要考核學(xué)生對知識的靈活應(yīng)用和應(yīng)用基礎(chǔ)知識解決具體問題的能力。通過詳細記錄學(xué)生平時的出勤，對學(xué)生作業(yè)完成情況及課堂回答問題的情況進行考核。
三、結(jié)語
鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程改革，通過以上結(jié)合工程實踐的教學(xué)方法，教師可以在有限的學(xué)時內(nèi)，致力于培養(yǎng)“基礎(chǔ)扎實，實踐能力強”的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工專業(yè)人才。同時，學(xué)生基本理論學(xué)習(xí)和工程實踐學(xué)習(xí)并進，在牢固掌握鋼結(jié)構(gòu)基本理論的同時，學(xué)習(xí)將理論知識運用于工程實踐，為成為適應(yīng)當(dāng)代社會發(fā)展需求的專業(yè)人才而努力。
作者:秦樺 單位:貴州大學(xué)土木工程學(xué)院
