以培養(yǎng)卓越土木工程師為目標的鋼結構教學改革探討

焦燏烽+陳俊嶺

[摘 ? ?要] ? ?結合教育部提出的培養(yǎng)“卓越土木工程師”的要求，針對本科生鋼結構教學存在的問題，從調整教學目標、優(yōu)化課程體系、加強實踐環(huán)節(jié)和完善師資隊伍等方面進行了改革嘗試。提出的改革措施可為高校開展“卓越計劃”提供建議和參考。

[關鍵詞] ? ?卓越工程師;卓越計劃;鋼結構教學;課程改革

[中圖分類號] ? ?G642.4 ? ? ? ?[文獻標志碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1005-4634（2014）06-0106-03

0 ? ?引言

鋼結構課程是高等學校土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)技術課，自我國高等院校開展鋼結構教學之后，從優(yōu)化整合課程內容、采用靈活的教學方法和現代化教學手段等方面已取得了許多有意義的成果[1，2]，極大地提高了學生的實踐能力和認知能力。但隨著2010年教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃（以下簡稱“卓越計劃”）[3]的推出，如何進行鋼結構課程教學新模式的改革，以適應教育部以及社會對鋼結構人才的需求，需進行深層次的探索。

“卓越計劃”旨在通過探索建立具有中國特色的工程教育模式，培養(yǎng)造就創(chuàng)新能力強、適應社會經濟發(fā)展需要的各類高素質工程技術人才，促進工程教育的改革和創(chuàng)新，推動中國從工程教育大國走向工程教育強國，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務。卓越計劃的發(fā)展重點是：一是要更加重視工程教育服務國家發(fā)展戰(zhàn)略;二是要更加重視與工業(yè)界的密切合作;三是要更加重視學生綜合素質和社會責任感的培養(yǎng)，學校按通用標準和行業(yè)標準培養(yǎng)工程人才;四是要更加重視工程人才培養(yǎng)國際化。河南科技大學作為第二批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的高校，需要深入結合“卓越計劃”提出的具體要求對現有的教學模式進行改革。本文從卓越工程師的人才培養(yǎng)模式出發(fā)，以實施卓越計劃為突破口，遵循“行業(yè)指導、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則，并結合筆者在同濟大學建筑工程系和意大利Trento大學工程學院學習時對這兩所學校鋼結構教學方面的觀察和交流成果，全面探討鋼結構教學中存在的問題并提出相應的改革方法。

1 ? ?鋼結構課程教學模式存在的問題

1.1 ? ?鋼結構課程存在的現實問題

目前，多數鋼結構原理課程教學仍停留在強調基本概念和基本理論的層面，而側重理論的教育理念與培養(yǎng)具有綜合素質的未來工程師的目標是有一定差距的。教學中教師因缺乏實踐經驗只能照本宣科，內容枯燥，難以激發(fā)學生的學習興趣。雖然許多老師認真?zhèn)湔n講課，采用多樣化的現代教學手段，但鋼結構中的一些理論推導較為繁瑣，知識點瑣碎，涉及到材料力學、結構力學、結構穩(wěn)定理論和結構設計等多學科內容，通過有限的課堂教學使學生全部理解和接受有一定難度，這在一定程度上影響了學生學習的積極性。另外鋼結構課程與鋼結構制造工藝聯(lián)系緊密，其節(jié)點連接方式、桿件截面形式和結構形成方式較多，對學生的空間想象能力要求較高。課程內容設置和課時安排不盡合理，由于學時有限，許多常見的結構形式如輕型門式剛架、多高層鋼結構和網架等學生只能聽老師簡單講解，無法掌握結構的精髓和實質。

1.2 ? ?教學缺乏與工程實踐的有效結合

鋼結構的課程教學和工程實踐嚴重脫節(jié)，這是許多高校土木工程專業(yè)面臨的問題，也是卓越工程師培養(yǎng)計劃最急需解決的問題。雖然教學安排了參觀課時，但無法觀摩鋼結構構件的全部制作過程及現場安裝施工全過程，不能建立直接的感性認識，不能把課堂上學到的知識和實際工程結合起來，這對整體把握鋼結構的特點、深入理解鋼結構的優(yōu)缺點和適用性有一定難度。由于校企合作關系不易長期保持，企業(yè)出于管理和生產安全的考慮，愿意接受的實習學生越來越少，學生進入工廠、車間或工地的機會越來越少，這對培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力及成為卓越工程師有很大影響。

1.3 ? ?教師隊伍缺乏對現代鋼結構工程的深入認識

現階段高校教師隊伍，尤其是教學一線的中青年教師，幾乎都是博士畢業(yè)后直接進入高校從事教學工作，在走上講臺之前缺乏現代化的工程訓練，沒有工程實踐經歷，對鋼結構的應用現狀沒有深入認識。因此這批教師雖然能夠滿足高校的科研要求，但對開展高質量工程教育、培養(yǎng)卓越土木工程師的工作卻難以勝任。究其根源是由于高校的聘任制度使得具有豐富設計經驗的高級工程師很難跨進高校大門同未來的工程師分享工程經驗。同時，高校的教師考核和評價制度側重于科研項目和科研成果，以科研項目的等級、經費數額、論文發(fā)表數量和質量等對教師進行排名，迫使教師圍繞學校的評價體系安排自己的工作，忽視工程實踐經歷的積累和解決重大工程問題的能力，因此難以針對卓越工程師開展教育工作。

2 ? ?課程教學模式的改革與實踐

針對以上問題，河南科技大學鋼結構課程教學組從調整教學目標、優(yōu)化課程體系、加強實踐環(huán)節(jié)和完善師資隊伍結構等方面進行了初步改革探索。

2.1 ? ?教學目標的調整

卓越計劃的最終目標是提高學生的工程實踐應用能力及創(chuàng)新能力，要以此為主線構建人才培養(yǎng)模式。主要通過創(chuàng)新教學方法與手段來培養(yǎng)學生的綜合能力，根據不同教學內容的特點采用實驗教學、多媒體教學和工程實例教學等不同教學方式。如鋼結構穩(wěn)定問題是控制鋼結構承載能力的主要因素，但穩(wěn)定概念抽象，公式推導復雜，學生理解起來有一定困難。根據筆者在同濟大學學習期間對其鋼結構課程的觀察，此部分內容任課教師主要通過構建鋼結構多功能教學實驗平臺，將理論教學和實驗教學有機結合起來[4，5]。結合河南科技大學建筑結構實驗室條件，教研組開展了軸心受壓構件失穩(wěn)形式的實驗，主要設置H型和十字型截面軸心受壓構件試驗，來講解彎曲失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)和扭轉失穩(wěn)基本理論。同時利用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等將未能全部做實驗的構件，如受彎構件、壓彎構件平面內和平面外的失穩(wěn)過程制作成動畫，加深學生對概念的理解和把握。鋼結構的連接是鋼結構課程學習中的重點，不同結構形式的連接方式復雜多變，而學生缺乏直觀想象能力，因此采用了Tekla或Xsteel軟件建立節(jié)點連接三維效果圖幫助學生深入了解其細部構造、傳力途徑等。為使學生將鋼結構基本原理的知識與實際工程的應用結合起來，在講解多層鋼框架結構及普通鋼屋架單層廠房設計時，引入學校及校外鋼結構建筑為工程實例，將書本理論知識與實際工程結合。

在各種教學方式中，研究性學習是一種十分適合卓越工程師培養(yǎng)的教學組織形式和教學方式[6]。引導學生基于問題的探究式學習、基于案例的討論式學習和基于項目的參與式學習是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的有效途徑。因此，任課教師在教學周期內，可將學生分組，結合教學進度布置不同的案例和項目，引導學生獨立思考、自主學習。在小組學習的過程中，提高交流溝通、團隊合作、關系協(xié)調和組織管理在內的社會能力的培養(yǎng)。將每個組的研究成果以課堂討論的形式展現，并計入考核。

2.2 ? ?課程體系的優(yōu)化

結合卓越計劃的專業(yè)知識標準和職業(yè)技能標準，對鋼結構教學課程體系進行優(yōu)化和調整，主要包括課程內容、課程結構和課程活動方式等方面。

在教學內容上，由于土木工程技術的迅速發(fā)展，知識更新周期越來越短，因此，教學組建立了教學內容更新機制，結合企業(yè)對鋼結構專業(yè)人才的要求，關注工程領域的創(chuàng)新性成果，將先進的工程理念、前沿的工程技術、最新的研究成果充實到課程教學內容之中。同時，參考筆者在意大利Trento大學學習期間與任課教師溝通學習的經驗，在課程開始時進行問卷調查，根據學生的需要和教師對專業(yè)課程的認識，由任課教師自行決定教學內容，同時與教務主管部門進行溝通，絕對尊重并支持任課教師對教學內容的決定權。另外，教學中密切結合我國的注冊執(zhí)業(yè)資格考試，在授課過程中滲透鋼結構專業(yè)知識的相關考核點。要求學生不僅關注教材中的內容，還要將所學專業(yè)與現行國家規(guī)范相結合，了解規(guī)范中相關條文的來龍去脈，加深對專業(yè)理論知識的理解，提高學習興趣。通過這樣的教學過程，可使學生在專業(yè)課程學習中，養(yǎng)成查閱規(guī)范、手冊、圖集等相關工具書的好習慣，幫助學生提前做好認證考試準備，為未來職業(yè)發(fā)展奠基。

在課程內容的改革上，注意將鋼結構課程與其它相關聯(lián)的課程內容進行整合，例如鋼材的單向軸拉性能以及應力應變曲線在材料力學和土木工程材料兩門課程中都有所闡述，因此在授課時只需強調一下鋼材的三個主要力學性能指標，要將教學重點放在實際工程中鋼材選用的基本原則上。

在課程結構方面，鑒于鋼結構施工圖的表達方式和其他結構體系差異較大，在現有教學內容的基礎上，增加學生學習施工圖的課時。給學生精選幾套鋼屋架廠房標準圖紙，并結合相應的鋼結構圖集，細致講解鋼結構施工圖繪制的要點，提高學生的工程感覺和概念。

2.3 ? ?實踐環(huán)節(jié)的加強

結合卓越計劃及鋼結構特點，鋼結構教研室制定了完整的創(chuàng)新實踐教育體系，相應的改革主要分為創(chuàng)新訓練、校內實踐和企業(yè)實踐三個方面。在創(chuàng)新訓練方面，學院每年舉辦創(chuàng)新訓練項目和競賽活動，參與學生在教師指導和團隊合作下，強化了專業(yè)知識的綜合利用，開拓了視野。在校內實踐方面，在學生課程設計中增加門式剛架、平臺鋼結構等多種結構類型的鋼結構課程設計題目，深化學生對鋼結構在實際工程中應用現狀的理解。在企業(yè)實踐方面，由于筆者所在高校位于河南省老工業(yè)基地洛陽市，這里集合了較多的大型廠礦企業(yè)及設計科研院所，學院充分利用這些資源，在日常教學活動、實踐教學和畢業(yè)設計階段，聯(lián)合這些單位參與卓越計劃，使單純的用人單位變?yōu)槁?lián)合培養(yǎng)單位。

在日常教學活動中，通過不定期地請設計部門的資深結構設計專家開展重大工程設計或施工方面的講座，加深學生對書本知識的理解，任課教師也及時了解并準確把握了社會對工程人才的需求。在實習教學階段，學院分批安排學生到杭蕭鋼構股份有限公司洛陽分公司實習參觀鋼結構工程制作過程，增強學生的感性認識，鞏固了課堂知識。在畢業(yè)設計階段，邀請設計院資深設計人員共同擔任本科生畢業(yè)設計指導教師，提高學生的圖紙質量，使其養(yǎng)成良好的設計思維。

今后將設想在這些設計院建立“工程實踐教育中心”，讓學生在企業(yè)完成畢業(yè)設計。

2.4 ? ?師資隊伍的結構完善

工科教師的整體素質直接關系到卓越工程師培養(yǎng)的質量。為提高任課教師的業(yè)務素質和教學水平，河南科技大學充分保障教學經費需求，支持任課教師積極參加國際及國內的鋼結構學術會議，保證教學內容緊跟學術和工程前沿。在新教師聘任上，側重聘請有專業(yè)實踐經歷的教師，增加職務考核中的工程項目設計、專利、產學合作和技術服務方面的比重。同時，外聘設計院高級工程師作為兼職教師指導學生課程設計及畢業(yè)設計。

對于本校原有教師，進行了專職教師在職工程培養(yǎng)。雖然一些教師在攻讀碩士或博士期間已經接受了一些工程訓練，并在任教期間與企業(yè)合作也積累了一定的工程實踐經驗，但是這遠遠不能滿足卓越工程師培養(yǎng)的需要。因此鼓勵任課教師積極參與工程項目，增強工程能力，組織參加教師培訓和教學研討會等，學習和借鑒先進的工程教育教學理念、教育模式和教學方法，以提高工程教學能力。

3 ? ?結束語

本文基于“卓越計劃”的人才培養(yǎng)需求，探討了鋼結構課程的教學改革理念，以推動鋼結構高級人才的培養(yǎng)和儲備。教師要緊跟國家政策，抓住鋼結構領域的發(fā)展，幫助學生打下扎實專業(yè)基礎。更重要的是，還要教育學生樹立積極向上的人生精神和境界，引導學生追求卓越人生，樹立終身學習的觀念。

參考文獻

[1]張勝，周錫玲，陳斌，等.土木工程專業(yè)《鋼結構》課程教學研究改革探討[J].長沙大學學報，2012，26（2）：117-118.

[2]張哲，張猛，李天.鋼結構教學改革創(chuàng)新嘗試[J].高等建筑教育，2010，19（5）：66-69.

[3]教育部.卓越工程師教育培養(yǎng)計劃[EB/OL].（2010-06-23）[2014-06-25].http：//www.moe.gov.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3860/201102/115066.html.

[4]王偉，趙憲忠，郭小農，等.鋼結構多功能教學實驗平臺的研制與實踐[J].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.

[5]郭小農，羅永峰，蔣首超，等.鋼結構穩(wěn)定教學研究[J].高等建筑教育，2011，20（2）：46-48.

[6]林健.卓越工程師創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].高等工程教育研究，2012，（5）：1-17.