鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法探討

陳俊嶺 焦燏烽

摘要：為適應(yīng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高質(zhì)量工程技術(shù)人才的需要，全面提高工程教育人才的培養(yǎng)質(zhì)量，滿足教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”對(duì)高校本科教育的需求，在鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的授課方式上，總結(jié)出分步、互動(dòng)和綜合考核為一體的教學(xué)方法，用以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)；教學(xué)方法；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1005-2909（2012）05-0108-03

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展和國(guó)民生活水平的不斷提高，很多高層及大跨建筑物拔地而起。鋼結(jié)構(gòu)由于輕質(zhì)高強(qiáng)、建造周期短、施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，多數(shù)外形新穎、奇特、大跨、超高的新型建筑都離不開鋼結(jié)構(gòu)。教育部于2010年6月份提出“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”以貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》重大改革項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)一批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。卓越工程師的培養(yǎng)目標(biāo)之一是強(qiáng)化學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力。土木工程專業(yè)是首批試點(diǎn)專業(yè)之一。課程設(shè)計(jì)作為土木工程專業(yè)學(xué)生必修的實(shí)踐類課程，在卓越工程師的培養(yǎng)過(guò)程中起著不可或缺的作用。李方慧等[1]在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程教學(xué)中引入最新的研究成果和案例，結(jié)合現(xiàn)代化的教學(xué)手段以提高學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)能力和認(rèn)知能力；賈玉琢等[2]指出當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)在教材內(nèi)容和教學(xué)方法等方面存在的弊病，并從優(yōu)化整合課程內(nèi)容、采用靈活的教學(xué)方法和先進(jìn)的教學(xué)手段入手，探討并實(shí)踐了鋼結(jié)構(gòu)課程實(shí)用的教學(xué)方法。

目前很多高校在土木工程專業(yè)同時(shí)開設(shè)了鋼結(jié)構(gòu)基本原理、建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)課程。這三門課程各有側(cè)重點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)基本原理側(cè)重鋼材的基本性能和構(gòu)件強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度的計(jì)算方法；建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程側(cè)重各種常用鋼結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)原理、受力分析、設(shè)計(jì)方法、加工制作和防腐蝕處理等內(nèi)容；鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)則主要訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用前兩門課程知識(shí)，通過(guò)對(duì)給定命題的鋼結(jié)構(gòu)單體進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐以鞏固專業(yè)知識(shí)，為學(xué)生以后從事工程設(shè)計(jì)和提升專業(yè)素質(zhì)做好知識(shí)儲(chǔ)備。目前，不同的高校對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的要求不同，主要分為輕型門式剛架和鋼屋架兩種形式。

一、課程特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)

（一）課程特點(diǎn)

針對(duì)四年學(xué)制的土木工程專業(yè)本科學(xué)生，一般鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)開設(shè)在第七學(xué)期，即在學(xué)生學(xué)習(xí)了鋼結(jié)構(gòu)基本原理和建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程后，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)具備了鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的必要專業(yè)知識(shí)。但是，大學(xué)四年級(jí)的學(xué)生有不同于其他年級(jí)的特殊性，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：首先，第七學(xué)期對(duì)報(bào)考研究生的學(xué)生是非常關(guān)鍵的時(shí)期，因此往年總是有部分學(xué)生為復(fù)習(xí)考研課程而缺課，即使上課也是心不在焉，最終導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)效率不高甚至不知道課程設(shè)計(jì)的基本要求。其次，大四學(xué)生面臨就業(yè)問(wèn)題，很多用人單位為充分考查學(xué)生能力要求學(xué)生先到單位實(shí)習(xí)。由于就業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，很多學(xué)生不愿意放棄來(lái)之不易的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，因此選擇放棄專業(yè)課程的學(xué)習(xí)到單位實(shí)習(xí)。這批學(xué)生最終也不能較好地完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。第三，近些年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件發(fā)展很快，很多工作均可由計(jì)算機(jī)代為完成。如中國(guó)建筑科學(xué)研究院研發(fā)的PKPM系列軟件中的STS模塊，上海同磊土木工程技術(shù)有限公司研發(fā)的3D3S軟件，從10年前完成主要計(jì)算到現(xiàn)在可完成主要的施工圖，設(shè)計(jì)人員僅需要輸入少量設(shè)計(jì)參數(shù)即可完成設(shè)計(jì)優(yōu)化、計(jì)算分析和施工圖繪制。軟件的不斷發(fā)展和進(jìn)步大量減少了工程師的重復(fù)勞動(dòng)，但是對(duì)學(xué)生基本技能的培養(yǎng)并無(wú)益處。學(xué)生由于對(duì)設(shè)計(jì)軟件過(guò)分依賴而對(duì)設(shè)計(jì)理論不熟悉，導(dǎo)致最終對(duì)計(jì)算結(jié)果無(wú)法準(zhǔn)確把握和判斷。

（二）教學(xué)目標(biāo)

專業(yè)課程的授課方法通常為教師講、學(xué)生聽的模式，課堂上師生互動(dòng)較少，考核多以卷面成績(jī)?yōu)橹?。這種授課方式對(duì)課程設(shè)計(jì)顯然并不合適。作為鋼結(jié)構(gòu)基本原理和建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的后續(xù)課程，鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的開設(shè)是建立在學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)有一定了解的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生自主完成給定命題的鋼結(jié)構(gòu)單體設(shè)計(jì)過(guò)程，要求學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)方法，通過(guò)計(jì)算書和施工圖進(jìn)行考核，以適用、安全、經(jīng)濟(jì)、合理作為設(shè)計(jì)作品的考核目標(biāo)。

二、改進(jìn)方法

（一）分步和互動(dòng)式教學(xué)

鋼結(jié)構(gòu)基本原理和建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩門課程是鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的先行課，由于不同的教師授課方式和側(cè)重點(diǎn)有所不同，學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度也不同，在講授鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)要有針對(duì)性。學(xué)校將課程設(shè)計(jì)安排在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程完成之后的下個(gè)學(xué)期，往年的授課方式主要為三個(gè)階段：理論部分講解、計(jì)算分析階段和施工圖繪制階段，最終按提交的設(shè)計(jì)圖紙和計(jì)算書質(zhì)量進(jìn)行考核。由于教師在理論講解時(shí)不了解學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握程度，只能按照平時(shí)授課方式講解課程設(shè)計(jì)理論，難以針對(duì)課程設(shè)計(jì)中學(xué)生容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行有針對(duì)性的教學(xué)；由于學(xué)時(shí)的限制，學(xué)生在匆忙完成圖紙和計(jì)算書后即是學(xué)期結(jié)束，即使教師發(fā)現(xiàn)圖紙和計(jì)算書中有很多問(wèn)題也來(lái)不及讓學(xué)生修改。

為準(zhǔn)確把握學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，筆者通過(guò)與學(xué)生交流，及時(shí)了解他們完成課程設(shè)計(jì)需要補(bǔ)充的知識(shí)點(diǎn)，適時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。如課程設(shè)計(jì)任務(wù)書要求學(xué)生完成一無(wú)吊車的輕型門式剛架設(shè)計(jì)，在第一節(jié)課上，即有學(xué)生指出門式剛架的結(jié)構(gòu)體系和計(jì)算方法在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課堂上已經(jīng)講述，但只是一帶而過(guò)。在這種情況下，筆者將課堂內(nèi)容及時(shí)調(diào)整，考慮到各種不同的結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方面并無(wú)大的差異，僅將門式剛架與其他結(jié)構(gòu)體系的不同之處重點(diǎn)講述，然后要求學(xué)生課后進(jìn)行計(jì)算分析，并在下一節(jié)課上隨機(jī)抽查2～3名學(xué)生在10分鐘內(nèi)用ppt演示自己的計(jì)算過(guò)程。通過(guò)演示及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生計(jì)算過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題，并在以后的授課過(guò)程中有目地重點(diǎn)解釋。學(xué)生為準(zhǔn)備演示ppt，會(huì)仔細(xì)閱讀教材及相關(guān)設(shè)計(jì)材料，獨(dú)立地思考、分析、歸納總結(jié)，既鍛煉了他們的語(yǔ)言表達(dá)能力，又能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，高質(zhì)量地完成課程設(shè)計(jì)。

（二）工程實(shí)例的引入

隨著近些年來(lái)鋼結(jié)構(gòu)建筑物的日益增多，學(xué)生對(duì)以鋼結(jié)構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程有一定程度的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中，除以照片形式展示國(guó)內(nèi)外已建成和正在興建的典型實(shí)際工程外，還可將常見結(jié)構(gòu)體系的主要受力構(gòu)件與校內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑物實(shí)體相結(jié)合，將書本理論知識(shí)與身邊實(shí)際工程結(jié)合，使學(xué)生對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)加深理解和鞏固。

此外，雖然學(xué)生之前已完成其他專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)，但是由于鋼結(jié)構(gòu)施工圖的表達(dá)方式和其他結(jié)構(gòu)體系差異很大，無(wú)法將鋼結(jié)構(gòu)實(shí)體用施工圖完整表達(dá)。鑒于此，筆者精選一套嚴(yán)格符合現(xiàn)行制圖標(biāo)準(zhǔn)的輕型門式剛架結(jié)構(gòu)施工圖，從字體的選擇、圖面的布置到鋼結(jié)構(gòu)施工圖繪制的要點(diǎn)一一講解，要求學(xué)生從結(jié)構(gòu)布置到節(jié)點(diǎn)詳圖分步完成，每次課堂均安排2～3名學(xué)生演示自己完成的工作，引導(dǎo)其他學(xué)生學(xué)習(xí)并從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。經(jīng)過(guò)這樣的訓(xùn)練與引導(dǎo)，學(xué)生最終完成的圖紙圖面較往年有很大程度的提高。

（三）正確的設(shè)計(jì)理念

由于鋼結(jié)構(gòu)表面經(jīng)防腐蝕處理后美觀大方，很多建筑師選擇將鋼構(gòu)件暴露在室內(nèi)。一個(gè)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作品，結(jié)構(gòu)的安全可靠是基本要求，結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)、美觀和便于施工也是結(jié)構(gòu)工程師必須考慮的因素。在往年的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)中，普遍存在截面過(guò)大、板件厚度太厚或太薄、連接處截面不等高或不等寬等問(wèn)題。從學(xué)生的計(jì)算書來(lái)看，所選截面強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度等均滿足要求，但是有的截面應(yīng)力比太小造成材料浪費(fèi)，有的截面連接處截面不等高、翼緣不等寬造成外形層次不齊，有的所選腹板厚度太薄使焊接質(zhì)量難以保障，還有學(xué)生為減少工作量以等截面H型鋼替代經(jīng)濟(jì)合理的楔形截面。雖然筆者在理論部分的講解中反復(fù)強(qiáng)調(diào)這些問(wèn)題，但是學(xué)生在最后提交的作業(yè)中這些問(wèn)題仍然會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，這主要是由于在專業(yè)課的授課過(guò)程中，只重點(diǎn)講解了構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度等關(guān)于安全性的訓(xùn)練，而忽視了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮的其他關(guān)乎結(jié)構(gòu)整體性的因素。因此，在截面優(yōu)化、校核的過(guò)程幫助學(xué)生校核所選截面的適宜性，有利于培養(yǎng)他們正確的設(shè)計(jì)理念。

為避免學(xué)生因截面選擇不當(dāng)而引起的設(shè)計(jì)不合理，筆者在這次的教學(xué)方法改革中通過(guò)部分學(xué)生的ppt匯報(bào)發(fā)現(xiàn)并提煉共性的問(wèn)題，同時(shí)將學(xué)生分組，在課堂上討論、相互排查，確保每位學(xué)生對(duì)常見錯(cuò)誤有明確的認(rèn)識(shí)。在課堂上師生互動(dòng)，學(xué)生之間的互動(dòng)，啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題思考、討論，可充分調(diào)動(dòng)全體學(xué)生的積極性、主動(dòng)性。通過(guò)討論，學(xué)生基本上掌握了大部分內(nèi)容，若仍不能解決的疑難問(wèn)題，再通過(guò)重點(diǎn)講解進(jìn)一步促使學(xué)生將知識(shí)點(diǎn)與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合。

（四）考核

與一般卷面考核不同，課程設(shè)計(jì)以最終提交的圖紙和計(jì)算書為考核依據(jù)，圖紙一般要求AutoCAD繪制。為避免學(xué)生之間相互抄襲，每年的課程設(shè)計(jì)均按一人一題設(shè)置，但即使這樣，仍很難杜絕抄襲他人圖紙和計(jì)算結(jié)果的現(xiàn)象發(fā)生，作為教師如何區(qū)分便成為難題。因此，筆者將學(xué)生的課堂表現(xiàn)同時(shí)作為考核依據(jù)，學(xué)生的ppt匯報(bào)和課堂的問(wèn)答均能有效地反應(yīng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，結(jié)合提交的圖紙和計(jì)算書，能較為公平公正地對(duì)學(xué)生考核。

三、結(jié)語(yǔ)

文章從鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)出發(fā)，探討了適合鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方法。實(shí)踐證明，根據(jù)課程特點(diǎn)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方法、提高師生的互動(dòng)性、培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)理念可有效提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李方慧，田春竹.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)方法探討[J].高等建筑教育，2011，20（1）：135-137.

[2] 賈玉琢，李曰冰，龔靖.鋼結(jié)構(gòu)實(shí)用性教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27（5）：34-36.

Teaching methods of steel structure design course

CHEN Junling1， JIAO Yufeng1，2

（1. College of Civil Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， P. R. China；

2. Henan University of Science and Technology， Luoyang 471003， Henan Province， P. R. China）

Abstract： To meet the requirement of economic development for high-quality engineers and technicians， and to improve the overall quality of the engineering education， we presented the improved teaching methods of steel structure design course for the development of students innovation and practical abilities.

Keywords：steel structure design； teaching method； teaching reform

（編輯詹燕平）