鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程建設(shè)探索與實踐

周凌 王仲剛 黃海斌 陳進 王薇

摘要：針對鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程理論公式多、節(jié)點構(gòu)造復雜、工程實踐性強的特點，從改革教學內(nèi)容、創(chuàng)新教學方法、完善教學條件、加強實踐性教學環(huán)節(jié)等方面，系統(tǒng)闡述和總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程建設(shè)的具體思路和實際做法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；課程建設(shè)；教學改革

中圖分類號：TU391；G6420文獻標志碼：A文章編號：10052909（2012）05005403鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計是土木工程專業(yè)的必修專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是一門理論性和實踐性很強的應用學科課程[1]，其人才培養(yǎng)目標是使學生掌握鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識和基本原理，能夠正確應用規(guī)范從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，具備分析和解決鋼結(jié)構(gòu)實際工程問題的能力[2]。但多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，由于鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程理論公式多、節(jié)點構(gòu)造復雜、工程實踐性強，不少學生反映教學內(nèi)容難以掌握，不能靈活應用。筆者所在團隊以后勤工程學院第六輪課程重點建設(shè)為契機，對鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程進行整體規(guī)劃、科學設(shè)計，改革教學內(nèi)容，創(chuàng)新教學方法，改善教學條件，加強實踐性環(huán)節(jié)，以提高鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程的教學水平。

一、改革教學內(nèi)容

課程教學內(nèi)容的改革是課程建設(shè)的核心內(nèi)容[3]，由于原教學內(nèi)容側(cè)重于鋼結(jié)構(gòu)連接和三類基本鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計，采用了7個教學章節(jié)（緒論、材料、連接、受彎構(gòu)件、軸心受力構(gòu)件、偏心受力構(gòu)件、鋼屋架）+1個課程設(shè)計（鋼屋架設(shè)計）的模式，有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)體系概念的教學內(nèi)容涉及較少，不少學生雖然掌握了具體的設(shè)計計算方法，但很難在實踐中加以靈活應用。因此，針對鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程教學的特點和難點，對教學內(nèi)容進行整體改革優(yōu)化，擬制了1（鋼結(jié)構(gòu)原理）+1（鋼結(jié)構(gòu)體系）+1（實踐性環(huán)節(jié)）的“三個1”模式，以構(gòu)建新的教學內(nèi)容體系。

第一個“1”，即以鋼結(jié)構(gòu)原理為課程教學核心，具體涵蓋鋼結(jié)構(gòu)材料、鋼結(jié)構(gòu)連接和三類基本構(gòu)件設(shè)計。創(chuàng)新鋼結(jié)構(gòu)連接和三類基本構(gòu)件的教學手段，利用計算機輔助三維圖形技術(shù)，建設(shè)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點，構(gòu)件三維數(shù)字模型庫，解決因鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造復雜抽象而成為制約課程教學質(zhì)量提高的瓶頸。編寫專門的學習輔導，適時適量地補充鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域涉及的新原理、新技術(shù)和新方法，充分體現(xiàn)教學內(nèi)容的適應性和時效性，提高課程核心內(nèi)容的教學質(zhì)量。

第二個“1”，即鋼結(jié)構(gòu)體系概念。教學過程中除按課程標準要求完成教學核心內(nèi)容外，改變原來單一鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的做法，課堂授課講解注重聯(lián)系結(jié)構(gòu)整體，將鋼結(jié)構(gòu)體系概念貫穿于整個課程教學，例如模型教學、案例教學和實踐性教學等。同時，注重與多高層結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)抗震、軍用大跨度結(jié)構(gòu)后續(xù)課程、橋梁工程、軍事工程檢測與加固，以及工程搶修搶建等的銜接，編寫相關(guān)自編教材。

第三個“1”，即課程教學的實踐性環(huán)節(jié)。鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計是一門實踐性很強的課程，改革課程設(shè)計考核形式，由單一的根據(jù)設(shè)計成果評價轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合設(shè)計的答辯。同時，還將原來單一的課程設(shè)計實踐性教學環(huán)節(jié)進一步延伸到第二課堂、工程搶修搶建技術(shù)和綜合演練科目訓練等第四學年實踐教學活動中，使學生既掌握基本理論知識，又拓寬專業(yè)知識面，全面提高學生的工程應用能力。

二、創(chuàng)新教學方法

教學方法與手段的改革是課程建設(shè)的重點。一直以來，鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程因教學內(nèi)容抽象復雜而讓歷屆學生感到枯燥、困難，尤其體現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點部分的教學內(nèi)容上。在現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)教材中，多采用節(jié)點二維CAD圖紙、二維圖片等進行教學，相當一部分學生依靠自身的空間想象能力，通過讀取平面圖形難以全面地、準確地理解和掌握節(jié)點構(gòu)造的完整信息。

（一）創(chuàng)新了課堂輔助教學手段

首次將計算機輔助三維數(shù)字模型運用到鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程教學中，利用PKPM軟件的STS功能模塊建立了三維數(shù)字模型庫，基本涵蓋了常用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點類型。從教學應用情況看，這一手段使用靈活方便，有助于解決教學過程中僅僅依靠平面設(shè)計圖來講解種類繁多、形式復雜的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造的弊端，幫助學生全面理解和掌握節(jié)點的構(gòu)造形式、傳力路徑和設(shè)計計算方法，使教學內(nèi)容由抽象復雜變得形象具體，教學效果良好，受到學生的廣泛歡迎和喜愛，促進了傳統(tǒng)教學模式和教師教育理念的改變，提高了教學質(zhì)量。

（二）建立了鋼結(jié)構(gòu)體系模型庫

為豐富教學手段，開展特色教學，將鋼結(jié)構(gòu)體系概念貫穿教學全過程，配套建設(shè)了系統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)體系模型庫，包括全鋼制作演示實物不同節(jié)點鋼框架、全鋼制作演示拆裝式房屋建筑模型、鋼板式伸縮縫、單跨單層廠房模型、鋼框架建筑結(jié)構(gòu)模型、大跨懸索結(jié)構(gòu)模型以及其它輔助教學模型等。模型教學不但幫助學生形象全面地理解各類鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接以及復雜鋼結(jié)構(gòu)體系（如屋架等）之間的聯(lián)系，而且提高了學生對鋼結(jié)構(gòu)體系概念的整體認識，解決了鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程的教學難點，突破了節(jié)點構(gòu)造教學的瓶頸。

（三）開展了工程案例教學

針對鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計實踐性強的課程特點，將工程項目和科研項目提煉成“教學案例”，重點建設(shè)了“江北建新南路鋼構(gòu)人行天橋檢測”“秀山鋼結(jié)構(gòu)廠房垮塌調(diào)查”和“重慶電信通訊鐵塔復核”等特點鮮明的案例庫，將鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系教學與工程應用緊密結(jié)合。這些工程實例既強化理論知識與工程實際的聯(lián)系，又提高學生對鋼結(jié)構(gòu)的認知能力，還拓寬了他們的設(shè)計計算思路，為培養(yǎng)學生運用專業(yè)知識解決實際工程問題的能力起到了深化推動作用。

三、完善教學條件

（一）構(gòu)建立體化教材體系

教材是理論研究成果的融合和升華，是科學知識的載體，是教師教學和學生學習的基本依據(jù)。因此，建立高水平的教材體系是鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程建設(shè)的重要任務(wù)，在充分吸收科研、教改和部隊訓練綜合成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)教學需要，精心選用、編寫和制作了各類教材，初步形成了包括基本教材、配套教材、英文版參考教材、電子版教案、電子版設(shè)計規(guī)范與手冊在內(nèi)的立體化教材體系。

選擇新世紀土木工程系列教材——《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》（張耀春主編，高等教育出版社）作為教學藍本，較好地體現(xiàn)了教學目標和課程標準在人才培養(yǎng)方案中的地位和作用，配套編寫《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計學習輔導》和《軍用大跨結(jié)構(gòu)》作為課堂教學的補充教材。指定《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》作為課程設(shè)計的補充材料，選用英文版參考教材《Steel Buildings Analysis And Design》和《Multi瞫tory Buildings in Steel》以擴展學生的知識面和視野。多個電子版教案、設(shè)計規(guī)范和手冊能方便學生瀏覽和學習相關(guān)專業(yè)知識。

（二）改善了教學硬件設(shè)施

良好的教學條件是課程教學順利實施的必要條件，利用學院搬遷大學城建設(shè)之機，新建和完善了建筑結(jié)構(gòu)CAD專修室、戰(zhàn)備工程模型及搶修搶建加固技術(shù)專修室以及課程資料室。

建筑結(jié)構(gòu)CAD專修室主要為鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程開設(shè)專業(yè)CAD、課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計等實踐教學提供保障，同時為架設(shè)教學資源、教學案例、工程資源庫，搭建虛擬教室、網(wǎng)絡(luò)課程，開展工程搶修搶建模擬訓練等創(chuàng)造條件。

為進一步適應部隊土木工程人才培養(yǎng)的需要，依托學院實驗室建設(shè)，新建了戰(zhàn)備工程模型及搶修搶建加固技術(shù)專修室，開展應急工程保障實習科目訓練以及綜合演練，增強教學實用效果，有利于突出鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程的軍事特色。

課程資料室新增規(guī)范26本、圖集10冊、設(shè)計手冊13本、輔導教材45本，為深入搞好課程教學工作、拓展學生相關(guān)知識提供了有力的支撐和保障。

（三）開設(shè)了網(wǎng)上虛擬教室

除了在硬件方面的建設(shè)，學校還十分重視網(wǎng)絡(luò)教學軟環(huán)境建設(shè)。依托學院網(wǎng)絡(luò)教學應用系統(tǒng)，開設(shè)了虛擬教室，建立了素材類型齊全的鋼結(jié)構(gòu)教學信息資源庫。目前資源庫包含多媒體素材、多媒體課件與網(wǎng)絡(luò)教材三大類，含文本素材500多份、圖片1 000多幅、音頻文件20余個、視頻錄像5個、動畫文件19個、試卷30套。制作了適合不同層次學生的多媒體課件2套、網(wǎng)絡(luò)教材1套，自制資源總量達1.5G，形成了以培養(yǎng)學生專業(yè)實踐能力為重點的鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計網(wǎng)絡(luò)課程體系。

四、加強實踐性環(huán)節(jié)

鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計課程在實踐性教學上設(shè)計了4個相互銜接的環(huán)節(jié)。

一是，鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。學生通過鋼屋架設(shè)計，綜合全面地運用所學鋼結(jié)構(gòu)基本知識，按設(shè)計任務(wù)書要求完成普通鋼屋架設(shè)計和繪制施工詳圖，并撰寫設(shè)計計算書。采用設(shè)計答辯的方式，調(diào)動和激發(fā)學生參與課程設(shè)計的積極性，提高學生運用專業(yè)知識解決工程設(shè)計問題的創(chuàng)新能力。

二是，第二課堂活動環(huán)節(jié)。利用暑假認識實習組織學生到工程部隊學習，利用畢業(yè)實習組織學生到各地工地參觀，每年指導學生參加學院“求實杯”課外學術(shù)科技作品競賽，舉辦了豐富多彩的學術(shù)專題和工程案例講座，通過觀看施工視頻錄像等活動培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的意識和能力。

三是，工程案例教學環(huán)節(jié)。在教學案例建設(shè)中注重知識點的結(jié)合，采用啟發(fā)式和參與式教學模式，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和運用知識的能力。

四是，后續(xù)課程教學以及綜合演練科目訓練環(huán)節(jié)。開展模擬化教學和訓練科目教學，提高學生綜合運用專業(yè)知識解決工程實際問題的能力。上述實踐活動貫穿于專業(yè)教學的第三、四學年，全面推進了素質(zhì)教育，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

參考文獻：

[1] 黃玲，謝洪陽.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學改革探討 [J].高等建筑教育，2010，19（4）：68 -70.

[2] 付朝江.應用型本科鋼結(jié)構(gòu)課程教學實踐與改革探討[J].福建工程學院學報，2008，6 （5）：484-486.

[3] 孫犁.《鋼結(jié)構(gòu)》課程教學內(nèi)容改革芻議 [J].洛陽工學院學報：社會科學版，1999，17（3）：85-87.

Course construction of principle and design of steel structure

ZHOU Ling， WANG Zhonggang， HUANG Haibin， CHEN Jin， WANG Wei

（Department of Civil Engineering， Logistical Engineering University， Chongqing 401311， P. R. China）

Abstract： To improve the quality and level of teaching， we analyzed characteristics of principle and design of steel structure course which is practical and includes various theoretical formula and complicated node structures. We presented a specific thought and practice of course construction of principle and design of steel structure from reforming teaching content， innovating teaching method， improving teaching condition， and strengthening practical teaching..

Keywords： steel structure； course construction； teaching reform

（編輯梁遠華）