鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在教學(xué)過(guò)程中的探討與實(shí)踐

鄒萬(wàn)杰

摘 要：為了提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量，根據(jù)該課程在教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，對(duì)教學(xué)方法、手段及內(nèi)容進(jìn)行探討和改革。通過(guò)合理利用多媒體教學(xué)、重視課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、案例教學(xué)法和課堂設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考與探索，更好的適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才的要求。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；案例教學(xué)；多媒體教學(xué)；課堂設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：G640文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-9214（2016）06-0119-02

相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展相對(duì)滯后，目前我國(guó)建筑設(shè)計(jì)界普遍存在著對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑認(rèn)識(shí)不足，觀念落后，缺乏鋼結(jié)構(gòu)人才，嚴(yán)重阻礙著鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國(guó)的進(jìn)一步發(fā)展，要使鋼結(jié)構(gòu)建筑得到快速發(fā)展需要大量具備鋼設(shè)計(jì)、施工能力的工程技術(shù)人員，為了滿足社會(huì)的需要，培養(yǎng)學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理，能夠正確應(yīng)用規(guī)程、規(guī)范從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具備分析和解決鋼結(jié)構(gòu)實(shí)際工程問(wèn)題的能力[1]，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這門(mén)課程越來(lái)越受到土木工程專(zhuān)業(yè)的重視。“鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)”是“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)一榀鋼屋架、一座輕鋼門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)或者吊車(chē)梁的設(shè)計(jì)實(shí)踐，全面掌握鋼結(jié)構(gòu)選型、柱網(wǎng)布置、荷載計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、繪制鋼結(jié)構(gòu)施工圖等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，加深對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力[2]。

一、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》教學(xué)過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)和存在的問(wèn)題

鋼結(jié)構(gòu)原理著重講述鋼結(jié)構(gòu)的基本原理，包括鋼結(jié)構(gòu)材料、連接和各種基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)，而鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)著重介紹單層廠房鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，鋼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)抗震和抗火設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容[3]，筆者從事鋼結(jié)構(gòu)原理及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)多年，總結(jié)出在教育教學(xué)過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：

1.課時(shí)少，學(xué)生理論基礎(chǔ)不扎實(shí)

一般高校鋼結(jié)構(gòu)課程分為兩大部分，一部分為鋼結(jié)構(gòu)原理，另一部分為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高校歷經(jīng)了多次的學(xué)分及課時(shí)壓縮，各專(zhuān)業(yè)課程普遍存在課時(shí)少，內(nèi)容多的矛盾。按照“厚基礎(chǔ)，寬口徑”的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)方案里分配給鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的課時(shí)只有24學(xué)時(shí)。而不管對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理還是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，概念相對(duì)比較抽象，計(jì)算公式繁多，同時(shí)與《結(jié)構(gòu)力學(xué)》以及《材料力學(xué)》的知識(shí)關(guān)系密切。因?yàn)檫@兩門(mén)課程為土木專(zhuān)業(yè)后續(xù)課程提供必需的基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算方法，在整個(gè)土木工程專(zhuān)業(yè)課程體系中處于承上啟下的核心地位，而這兩門(mén)課程本身的學(xué)習(xí)就有一定的難度，在講授專(zhuān)業(yè)課程時(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍存在對(duì)這兩門(mén)課程學(xué)得不夠扎實(shí)，綜合應(yīng)用能力欠缺的問(wèn)題，或是只會(huì)計(jì)算不會(huì)分析，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)更加困難。

2.學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)踐機(jī)會(huì)少、課程設(shè)計(jì)能力差

由于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課時(shí)少，教師在上課過(guò)程中一般只能講授重要知識(shí)點(diǎn)，沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行展開(kāi)，更沒(méi)有足夠的時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行課堂練習(xí)。學(xué)生缺乏鋼結(jié)構(gòu)建筑的感性認(rèn)識(shí)及空間想象能力，也沒(méi)有接觸進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容，所以在學(xué)習(xí)過(guò)程中不明白自己需要了解掌握哪些知識(shí)，教師也無(wú)法判斷學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的程度。

3.與實(shí)際工程脫節(jié)，創(chuàng)新能力差

在課程結(jié)束后，一般會(huì)安排一到兩周時(shí)間進(jìn)行集中設(shè)計(jì)訓(xùn)練。這個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)往往時(shí)間緊，任務(wù)繁重，很多學(xué)生在設(shè)計(jì)中根本沒(méi)有方向，完全無(wú)從下手。為了完成設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生只能是根據(jù)已有的設(shè)計(jì)范例，照葫蘆畫(huà)瓢，根本沒(méi)有自己的思考，毫無(wú)創(chuàng)新和新意，甚至不知道在設(shè)計(jì)中一些構(gòu)件是否需要，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)低級(jí)錯(cuò)誤，只是為了完成任務(wù)而完成，質(zhì)量沒(méi)有保證，課程設(shè)計(jì)成果不理想。比如在門(mén)式剛架的課程設(shè)計(jì)中，梁柱的平面內(nèi)外計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的確定上概念模糊不清，取值隨意；在節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定計(jì)算中加勁肋的設(shè)置也含糊不清，不清楚到底要不要設(shè)置，如何設(shè)置，等等。

二、“教”與“學(xué)”的改革，提高課程教學(xué)、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量

筆者通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析， 結(jié)合多年來(lái)教學(xué)及課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)以及學(xué)生的實(shí)際情況，提出以下幾點(diǎn)教學(xué)改革措施。

1.重視課堂設(shè)計(jì)，關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)，解決學(xué)生基礎(chǔ)薄弱問(wèn)題，增加學(xué)習(xí)興趣

課堂設(shè)計(jì)對(duì)于教學(xué)效果有著至關(guān)重要的作用，要講清楚一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，首先需要把知識(shí)結(jié)構(gòu)的脈絡(luò)理清，上下跟什么有關(guān)聯(lián)，涉及到哪些基礎(chǔ)知識(shí)等等。設(shè)計(jì)好40分鐘的課堂安排，由哪里切入，引起學(xué)生的注意和興趣，再一步步深入到中心主題，每個(gè)步奏都需要教師像一個(gè)導(dǎo)演一般提前進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備得非常充分，方能取得不錯(cuò)的教學(xué)效果。

針對(duì)學(xué)生力學(xué)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)薄弱這個(gè)問(wèn)題，在授課過(guò)程中，教師重新幫助學(xué)生復(fù)習(xí)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》與《材料力學(xué)》的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，利用關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)法把已經(jīng)學(xué)過(guò)的《結(jié)構(gòu)力學(xué)》與《材料力學(xué)》的知識(shí)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)相同或相近知識(shí)點(diǎn)要素的提煉，建立相應(yīng)的邏輯關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生回憶以前的力學(xué)知識(shí)，特別是力學(xué)分析和公式的推導(dǎo)，利用傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的教學(xué)方式，進(jìn)行公式一步步推導(dǎo)、例題講析，并注重與學(xué)生的互動(dòng)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)理解得透徹、記憶得牢固。這也求授課教師平時(shí)自己的知識(shí)儲(chǔ)備豐富并且認(rèn)真?zhèn)湔n，并經(jīng)長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐才能準(zhǔn)確把握。比如在講授鋼結(jié)構(gòu)連接時(shí)，角焊縫慣性矩的計(jì)算需要用到組合截面的形心計(jì)算公式、移軸公式等，這些概念專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，學(xué)生在材料力學(xué)的學(xué)習(xí)中容易忘記，均應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)課程中至少給學(xué)生重溫一遍。只有把鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理理解和掌握透徹，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)上才能做到游刃有余，因?yàn)闅w根到底，鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)還是離不開(kāi)基本構(gòu)件及一定的連接方式的計(jì)算分析。

2.合理利用多媒體教學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程因教學(xué)內(nèi)容抽象、復(fù)雜而讓學(xué)生感到枯燥乏味、學(xué)習(xí)困難。一旦知識(shí)的銜接出現(xiàn)問(wèn)題，學(xué)生學(xué)著學(xué)著就會(huì)興趣大減。如果學(xué)生只是依靠自身的空間想象能力，是較難讀懂平面圖形、準(zhǔn)確地理解和掌握構(gòu)件間相互關(guān)系、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的完整信息的，所以僅依靠傳統(tǒng)的黑板+粉筆的教學(xué)手段是難以收到理想的教學(xué)效果的。而多媒體教學(xué)有著直觀性強(qiáng)、信息量大的優(yōu)勢(shì)，采用節(jié)點(diǎn)二維CAD圖紙、二維圖片等進(jìn)行教學(xué)，在課件中穿插大量工程圖片動(dòng)畫(huà)、錄像等，使得一些應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)方法學(xué)生難以想象、理解接受的屋架的細(xì)部構(gòu)造、外部形式、格構(gòu)柱和牛腿的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等，直觀準(zhǔn)確地展示給學(xué)生，使課程內(nèi)容變得生動(dòng)，學(xué)生易于理解和掌握[4]。

在目前的培養(yǎng)方案中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的教學(xué)安排在第七學(xué)期，而且在有限的課時(shí)里，講授內(nèi)容一般只包括混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而難以包括鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程往往開(kāi)始在第六學(xué)期，所以一般需要本課程的授課教師在有限的課時(shí)里安排時(shí)間來(lái)講授專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件如PKPM或3D3S等在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以便讓學(xué)生掌握最基本的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件的使用，使學(xué)生在校期間就能掌握必要的設(shè)計(jì)技能，可以為課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)，同時(shí)可以有效地增強(qiáng)今后畢業(yè)生在就業(yè)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.建設(shè)教學(xué)示范基地，開(kāi)展工程案例教學(xué)，攻堅(jiān)課程教學(xué)難點(diǎn)

任何一門(mén)學(xué)科都是理論和實(shí)踐相結(jié)合才能達(dá)到更好的教學(xué)效果，為了提高學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的感性認(rèn)知能力，拓展學(xué)生的視野，拓寬了他們的設(shè)計(jì)計(jì)算思路，為培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)充分利用學(xué)校周?chē)脑诮ɑ蛞呀ǖ墓I(yè)廠房、鋼材市場(chǎng)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，以彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，使學(xué)生能把書(shū)本知識(shí)與實(shí)際工程結(jié)合起來(lái)，這些案例可以把基本理論轉(zhuǎn)化為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)的“橋梁”，學(xué)習(xí)效果事半功倍。針對(duì)適合教學(xué)的在建鋼結(jié)構(gòu)建筑可遇不可求的情況，在學(xué)校的支持下，爭(zhēng)取了專(zhuān)用款項(xiàng)建設(shè)了鋼結(jié)構(gòu)廠房的縮尺教學(xué)模型，可以把典型鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)布置，構(gòu)件間相互位置關(guān)系及節(jié)點(diǎn)連接清楚地表達(dá)出來(lái)，同時(shí)利用本校新擴(kuò)建的鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)大廳建成教學(xué)示范基地，在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中可以隨時(shí)觀摩和學(xué)習(xí)，對(duì)教學(xué)效果和質(zhì)量的提升起到了非常好的作用。

鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)計(jì)算部分工作量大，學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)很難很好完成。針對(duì)這一問(wèn)題，可以將課程設(shè)計(jì)計(jì)算部分作為課程大作業(yè)提前布置，讓學(xué)生有時(shí)間帶著問(wèn)題去提前思考，這樣有利于老師在設(shè)計(jì)過(guò)程的答疑與指導(dǎo)，更好的促進(jìn)學(xué)生的 “ 學(xué)”和老師的“ 教”，這樣既充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，又培養(yǎng)了學(xué)生的主動(dòng)思考、解決問(wèn)題的能力。另外針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的繪圖工作量較大等問(wèn)題，還可以引導(dǎo)學(xué)生使用專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對(duì)設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行校核和出圖等輔助設(shè)計(jì)，既可以在一定程度上減輕學(xué)生的設(shè)計(jì)壓力，也可以讓學(xué)生熟悉和掌握專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用。

三、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)建筑正蓬勃發(fā)展，對(duì)具備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工能力的工程技術(shù)人員需求急劇上升，為工程界提供合格乃至優(yōu)秀的土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生是高校及教師義不容辭的職責(zé)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的土木工程專(zhuān)業(yè)課程，有不同于其他課程的一些基本特征，需要采用多種教學(xué)手段和方法進(jìn)行教學(xué)，以改善教學(xué)效果，達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的要求。筆者通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和歸納， 結(jié)合近年來(lái)課堂教學(xué)及課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)， 以及我校實(shí)際情況，從課堂設(shè)計(jì)、 教學(xué)方法和手段、教學(xué)內(nèi)容等幾個(gè)方面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了改革探索，著重于學(xué)生基本理論的掌握和實(shí)踐應(yīng)用能力的提高，在我院土木工程專(zhuān)業(yè)近兩年的教學(xué)活動(dòng)的實(shí)踐中，取得了良好的效果，教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)中有升。教學(xué)效果的改善、質(zhì)量的提高，是個(gè)系統(tǒng)工程，為更好地提升鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)方法和手段尚需進(jìn)一步的探討和完善，才能培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀鋼結(jié)構(gòu)工程的專(zhuān)業(yè)人才。

（作者單位：廣西科技大學(xué)）

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