大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探討
——以廣州大學(xué)為例*

于志偉　　盧晨　　鄒劍　　李杰

（1、廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006　2、廣州大學(xué) 工商管理學(xué)院，廣東 廣州 510006）

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大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探討
——以廣州大學(xué)為例*

于志偉1盧晨2鄒劍1李杰1

（1、廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院，廣東 廣州 5100062、廣州大學(xué) 工商管理學(xué)院，廣東 廣州 510006）

摘要：文章從分析大跨空間結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)目標(biāo)入手，探討了大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的問題和挑戰(zhàn)，提出了進(jìn)一步完善大跨空間結(jié)構(gòu)課程體系、改進(jìn)教學(xué)方法、改革教學(xué)評價(jià)體系的方案和措施，并應(yīng)用于廣州大學(xué)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)實(shí)踐，取得了較為顯著的效果。

關(guān)鍵詞：大跨空間鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)研究；教學(xué)改革

近幾十年，由于社會的高速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，我國的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)快速發(fā)展［1］，新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，也為結(jié)構(gòu)工程專業(yè)學(xué)生在大跨空間結(jié)構(gòu)專業(yè)知識體系提出了新的要求［3］。為使高等院校土木工程專業(yè)的教學(xué)能夠更好地適應(yīng)這種快速發(fā)展的需要，有必要對高等院校所開設(shè)的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行較全面的梳理，提出合理的課程教學(xué)方案以及教學(xué)內(nèi)容。作者從分析大跨空間結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)目標(biāo)入手，對大跨空間結(jié)構(gòu)課程的理論體系提出改革建議，旨在建立有針對性的教學(xué)理論體系。通過進(jìn)一步整合教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)，完善大跨空間結(jié)構(gòu)課程體系，并探討了多種教學(xué)方法，得到創(chuàng)新性的大跨空間結(jié)構(gòu)課程教學(xué)體系及評價(jià)體系。

一、大跨空間結(jié)構(gòu)課程教學(xué)和評價(jià)體系所面臨的問題和挑戰(zhàn)

（一）大跨空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性給課程教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)

大跨空間結(jié)構(gòu)具有跨度大、節(jié)點(diǎn)繁多、桿件數(shù)量多、連接形式復(fù)雜、形式眾多、受力特點(diǎn)復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)大跨空間結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學(xué)特點(diǎn)也有很多尚未解決的問題，因此，這為大跨空間結(jié)構(gòu)的教學(xué)及評價(jià)體系增加了較大的難度；另外，大跨空間結(jié)構(gòu)具有空間效應(yīng)，結(jié)構(gòu)三向受力，在計(jì)算和分析中要充分考慮復(fù)雜的受力性能，在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)前，學(xué)生要熟練掌握結(jié)構(gòu)選型、建筑力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析等知識，所有在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中要對相關(guān)理論知識進(jìn)行復(fù)習(xí)，這必然會對授課教師提出更高的要求；大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，需要授課過程中教師有足夠的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。

（二）大跨空間結(jié)構(gòu)課程的交叉性為其課程教學(xué)提出了新的要求

大跨空間結(jié)構(gòu)具有頻譜密集，振動特性復(fù)雜等特點(diǎn)，因此大跨空間結(jié)構(gòu)的靜力性能、動力性能、災(zāi)變理論和失效判別理論等較為復(fù)雜，尤其是在動力作用下的響應(yīng)分析、響應(yīng)特點(diǎn)以及災(zāi)變機(jī)理等問題更加復(fù)雜，如果不能準(zhǔn)確有效地進(jìn)行計(jì)算、分析、設(shè)計(jì)，大跨空間結(jié)構(gòu)就會在災(zāi)害中發(fā)生破壞，甚至倒塌，造成人民生命安全及國家重大經(jīng)濟(jì)的嚴(yán)重?fù)p失。因此，大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程中會涉及結(jié)構(gòu)可靠度理論、失效機(jī)理、防災(zāi)減災(zāi)理論、防護(hù)工程理論等多學(xué)科的理論知識。為了提高大跨空間結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，防止大跨空間結(jié)構(gòu)在災(zāi)變過程中的損傷和破壞，需要對其防災(zāi)減災(zāi)理論和工程設(shè)計(jì)方法開展大量研究，從而為大跨空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

（三）大跨空間結(jié)構(gòu)課程缺乏實(shí)踐性會影響課程教學(xué)的效果

大跨空間結(jié)構(gòu)具有較高的理論性、復(fù)雜性以及創(chuàng)新性，也是具有很高實(shí)踐性的工程結(jié)構(gòu)分支領(lǐng)域，與此同時(shí)大跨空間結(jié)構(gòu)課程中的理論知識與實(shí)際工程有緊密的聯(lián)系。很多工程中的新理論、新技術(shù)以及工程施工中遇到的實(shí)際問題并不是通過課堂講述就能夠輕易理解的。因此，需要授課教師在多媒體軟件中適當(dāng)增加大跨空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的視頻內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效講解。這樣的授課形式往往會是同學(xué)們印象深刻，可以起到加深課程內(nèi)容理解的作用，對改善課程教學(xué)的效果有一定輔助作用。

二、教學(xué)改革方法和措施

（一）教材改革

如前所述，大跨空間結(jié)構(gòu)近年來突飛猛進(jìn)，很多新型材料和新型結(jié)構(gòu)體系不斷涌現(xiàn)，促使空間結(jié)構(gòu)的“更新?lián)Q代”速度加快，這種發(fā)展對未來工程師的知識結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，也對大跨空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)教材提出了更高的要求。隨著新的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)分析方法等的大量涌現(xiàn)，教材中應(yīng)體現(xiàn)相關(guān)結(jié)構(gòu)形式、工程實(shí)例與理論方法的介紹。大跨空間結(jié)構(gòu)教材中應(yīng)補(bǔ)充典型結(jié)構(gòu)的施工方法和施工過程的相關(guān)內(nèi)容，讓學(xué)生對大跨空間結(jié)構(gòu)的施工有更加直接的認(rèn)識，從而為今后從事大跨空間結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營等工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革

首先，充分應(yīng)用多媒體教學(xué)手段講授大跨空間結(jié)構(gòu)課程。教學(xué)課件應(yīng)文字簡練，標(biāo)題醒目，對教材重點(diǎn)內(nèi)容要突出，強(qiáng)化學(xué)生的記憶；圖表和圖片豐富，可以增強(qiáng)學(xué)生對計(jì)算結(jié)果的分析理解能力，提高教學(xué)效率；善于利用圖像、動畫、視頻等一體化教學(xué)手段，充分利用課件介紹大跨空間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及相關(guān)前沿內(nèi)容，從而擴(kuò)展學(xué)生視野，增強(qiáng)學(xué)生對關(guān)鍵問題的理解能力，提高學(xué)習(xí)效果。

其次，大跨空間結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容中增加工程案例可以很好地補(bǔ)充課堂教學(xué)部分。豐富的工程案例可以提高同學(xué)們對理論知識的理解能力，也可以培養(yǎng)同學(xué)們對大跨空間結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的興趣。通過對實(shí)際案例的講解并通過圖片或視頻的形式呈現(xiàn)給同學(xué)們，并將與實(shí)際工程相關(guān)的理論背景講授給學(xué)生，增強(qiáng)同學(xué)們對理論知識的理解，拉近理論與實(shí)際之間的距離。

最后，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，需要在大跨空間結(jié)構(gòu)課程中增加對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析軟件的介紹。如前所述，大跨空間結(jié)構(gòu)具有跨度大、節(jié)點(diǎn)繁多、桿件數(shù)量多、連接形式復(fù)雜、形式眾多、受力特點(diǎn)復(fù)雜等特點(diǎn)，所應(yīng)用的設(shè)計(jì)與分析軟件也相對復(fù)雜。因此，課程教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)增加對工程設(shè)計(jì)常用軟件的介紹，如3D3S，MST，ANSYS，ABAQUS等。通過對軟件講解，讓學(xué)生能夠很快地熟悉大跨空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、分析流程，加深對大跨空間結(jié)構(gòu)理論概念的理解，并能利用相應(yīng)的計(jì)算軟件進(jìn)行簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析。

（三）教學(xué)形式改革

1.認(rèn)識實(shí)習(xí)

大跨空間結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造復(fù)雜的特點(diǎn)，需要有較強(qiáng)的空間思維能力。同學(xué)們通過在現(xiàn)場參觀、實(shí)習(xí)可以加深對大跨空間結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識，并能讓學(xué)生把學(xué)習(xí)到的理論應(yīng)用于實(shí)際工程。認(rèn)識實(shí)習(xí)包括該類結(jié)構(gòu)的桿件選擇、節(jié)點(diǎn)制作以及對結(jié)構(gòu)體系選型的認(rèn)識。在實(shí)習(xí)中認(rèn)識大跨空間結(jié)構(gòu)體系的前提下，教師可以開展對不同形式空間結(jié)構(gòu)的專題講座。高效率的認(rèn)識實(shí)習(xí)對提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和熱情至關(guān)重要。同時(shí)，在認(rèn)識實(shí)習(xí)過程中同學(xué)們可以隨時(shí)隨地提出自己的疑問或者感興趣的話題，在師生的討論中解決這些疑問，加深學(xué)生對理論知識的理解。

2.舉辦專題講座

大跨空間結(jié)構(gòu)課程開設(shè)的目的之一是使土木工程專業(yè)的學(xué)生了解和掌握鋼結(jié)構(gòu)中較為重要的一個(gè)分支領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)計(jì)、分析、施工等知識內(nèi)容。但目前的大跨空間結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)現(xiàn)狀，卻止步于基本的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，未能實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)代結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)分析方法的接軌。為了彌補(bǔ)這一缺陷，可以在完成大跨空間結(jié)構(gòu)基本教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，針對性地開設(shè)拓展學(xué)生知識廣度的認(rèn)知性講座。例如，“大跨空間結(jié)構(gòu)中的新材料”，簡要介紹新型材料在大跨空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用；“新型結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)”，介紹目前大跨空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新體系、新方法等。通過舉辦這些專題講座，是學(xué)生對該領(lǐng)域的研究方向有一個(gè)大致的了解，知曉大跨空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般流程和分析重點(diǎn)。

3.參加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽

鼓勵并指導(dǎo)同學(xué)們參加各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，并將大跨空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念帶到作品中。以廣州大學(xué)為例，在近幾年的地域性、全國性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中，均組織相應(yīng)年級的結(jié)構(gòu)工程專業(yè)學(xué)生組隊(duì)參加。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中由鋼結(jié)構(gòu)課題組中的教師作為指導(dǎo)教師，鼓勵學(xué)生設(shè)計(jì)大跨度空間結(jié)構(gòu)，利用大跨空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出符合受力性能要求、經(jīng)濟(jì)性好、安全度高的結(jié)構(gòu)模型，并取得了比較理想的比賽成績。同學(xué)們通過參加各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競賽，迅速了解了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程，掌握了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念精髓，并通過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析建立了對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的基本認(rèn)識，同時(shí)提高了同學(xué)們認(rèn)識問題和解決問題的能力，以及較好的團(tuán)隊(duì)合作意識，這對學(xué)生今后走向工作崗位具有很好的指導(dǎo)和教育意義。

4.畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容改革

在畢業(yè)設(shè)計(jì)方面，不少高校在結(jié)構(gòu)工程方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)都以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的多、高層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主。廣州大學(xué)近年來在畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容上進(jìn)行改革，增加了鋼結(jié)構(gòu)多、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及大跨空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的題目，尤其是大跨空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)題目也得到了同學(xué)們廣泛歡迎。題目包含諸如體育場館、會展中心等選題方向。每年的應(yīng)屆畢業(yè)生中會安排幾個(gè)感興趣的課題小組選擇相應(yīng)的題目設(shè)計(jì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要對下部支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣還需要完成多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，不僅可以使這部分學(xué)生獲得一次綜合鍛煉和學(xué)習(xí)的機(jī)會，同時(shí)可以提高同學(xué)們綜合設(shè)計(jì)的能力，綜合提高學(xué)生對大跨空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的認(rèn)知度。

三、結(jié)束語

目前，我國的大跨空間結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越廣泛，結(jié)構(gòu)形式日新月異，由于該類結(jié)構(gòu)的重要性和復(fù)雜性，對大跨空間結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)提出了越來越高的要求。大跨空間結(jié)構(gòu)的課堂教學(xué)在高校教學(xué)改革中已經(jīng)取得了一定成效，但仍然需要繼續(xù)深化教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。在課程的教學(xué)改革中，要不斷推進(jìn)大跨空間結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新和拓展，完善和豐富相關(guān)的教材及教學(xué)資源，并通過不同的教學(xué)手段加強(qiáng)相關(guān)內(nèi)容的實(shí)踐教學(xué)，從而很好地完成教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

［1］沈世釗.大跨空間結(jié)構(gòu)理論研究和工程實(shí)踐［J］.中國工程科學(xué)，2001，3（3）：34-41.

［2］董石麟，邢棟，趙陽.現(xiàn)代大跨空間結(jié)構(gòu)在中國的應(yīng)用與發(fā)展［J］.空間結(jié)構(gòu)，2012，18（1）：3-16.

［3］褚云，朋姚勇，朱寶龍，等.大跨空間鋼結(jié)構(gòu)建筑市場人才需求與教學(xué)改革［J］.科技信息，2012，7：61-62.

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）14-0132-02

*基金項(xiàng)目：廣州市屬高?！把虺菍W(xué)者”科研項(xiàng)目（編號：1201581640）

作者簡介：于志偉（1982-），男，廣州大學(xué)土木工程學(xué)院講師，博士，主要從事大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)和科研工作。

Abstract:This paper analyzes the teaching purpose of the large-span space structure class，discusses the problems and challenges in the large-span space steel structure class teaching，and puts forward the strategies and measures on improving the class system，teaching method and teaching content，which are applied in the teaching practice of the large-span space steel structure class in Guangzhou University with obvious and remarkable effect.

Keywords:large-span steel space structure；teaching research；teaching innovation