《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程教學(xué)改革探討與實踐

肖時杰　唐安燁

摘 要： 本文以培養(yǎng)土木工程應(yīng)用型人才為出發(fā)點，剖析了目前鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(xué)中存在的一些問題，從教學(xué)內(nèi)容、與其他課程之間的聯(lián)系、理論與工程相結(jié)合、課程設(shè)計和課程考核等方面進行了前期的改革探討。

關(guān)鍵詞： 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 課程教學(xué) 教學(xué)改革

中國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)通過近幾年的飛速發(fā)展，已成為鋼結(jié)構(gòu)大國。2016年兩會期間，政府的工作報告中明確提出了要積極推廣綠色建筑和建材，大力發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)和裝配式建筑。鋼結(jié)構(gòu)特點是抗震性能好、綠色環(huán)保、便于機械加工、便于裝配，“十二五”期間，在住宅和中小跨度橋梁結(jié)構(gòu)中，鋼結(jié)構(gòu)用鋼量占鋼產(chǎn)量的比例不到1%，遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國家的水平。所以，鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展的空間巨大。為滿足鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要培養(yǎng)更多的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人才。

一、鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)面臨的主要問題

1.教學(xué)學(xué)時不足。

近幾年，隨著鋼結(jié)構(gòu)工程規(guī)模的不斷擴大、結(jié)構(gòu)形式在不斷創(chuàng)新，例如現(xiàn)在工程上應(yīng)用比較多的索膜結(jié)構(gòu)，對鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容提出了更高的要求，專業(yè)教學(xué)改革的方向是要進一步縮減理論課程教學(xué)學(xué)時。

2.教學(xué)內(nèi)容難度增加。

鋼結(jié)構(gòu)工程引入新技術(shù)、新材料后變得越來越復(fù)雜。要學(xué)好這門課程，對學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識的要求提高了，例如結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)抗震設(shè)計，需要結(jié)構(gòu)動力學(xué)的知識，但現(xiàn)在專業(yè)基礎(chǔ)理論課的課時一直在壓縮，教學(xué)內(nèi)容減少，學(xué)生的基礎(chǔ)明顯不佳。

3.學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)陌生、學(xué)習(xí)興趣低。

學(xué)生普遍反映鋼結(jié)構(gòu)難學(xué)，主要原因是對鋼結(jié)構(gòu)陌生，在日常生活中，即使看到一個鋼結(jié)構(gòu)建筑，也難見到鋼結(jié)構(gòu)實體，尤其是鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造，因大部分情況下鋼結(jié)構(gòu)都是外包裝修的，不像鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，天天能接觸，很熟悉。這降低了學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)興趣。

4.實踐機會少，動手能力差。

因為鋼結(jié)構(gòu)建筑少，學(xué)生在整個實習(xí)過程中能夠接觸到鋼結(jié)構(gòu)工程的機會更少，不能把理論知識與工程實踐有效結(jié)合起來，出現(xiàn)了學(xué)生能做課本上的習(xí)題，但和實際工程相結(jié)合后就沒有頭緒的現(xiàn)象，不能解決實際工程問題。

二、教學(xué)改革的主要內(nèi)容

1.教學(xué)內(nèi)容。

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》是土木工程專業(yè)建筑工程方向的學(xué)生學(xué)完《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》課程后，對鋼結(jié)構(gòu)更深層次學(xué)習(xí)的課程，有些高校是以選修課的形式開設(shè)這門課程。教學(xué)內(nèi)容主要包括鋼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計、單層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計、多高層鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計、大跨度結(jié)構(gòu)設(shè)計。教學(xué)過程中要注重以《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》為指導(dǎo)，重點講解各類結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和計算方法的概念，解釋規(guī)范條文，以及如何應(yīng)用，具體的計算過程由學(xué)生自學(xué)。

2.加強與其他課程的聯(lián)系。

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》與其他設(shè)計類課程有相近的地方，也有獨自的特性。例如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計》中也有單層廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、結(jié)構(gòu)組成和荷載傳遞方面的內(nèi)容與《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》相近，現(xiàn)在工業(yè)廠房中的吊車梁基本采用鋼結(jié)構(gòu)，吊車梁設(shè)計這部分內(nèi)容安排到《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》這門課程中重點講解。另外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點就是穩(wěn)定驗算，包括整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定，這是鋼結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的重點也是難點。同時要引導(dǎo)學(xué)生比較鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，通過對比加深對鋼結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

3.理論與工程相結(jié)合。

在每種結(jié)構(gòu)類型中引入一個案例，以工程實際為依托，介紹相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件與操作方法和施工圖表達(dá)方式，通過實際工程的施工圖教學(xué)生如何識圖。鋼屋蓋結(jié)構(gòu)、廠房結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)介紹PKPM軟件，鋼管結(jié)構(gòu)介紹3D3S軟件，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)介紹SFCAD軟件。把實際工程引入課程后，不但豐富了教學(xué)內(nèi)容，更指導(dǎo)學(xué)生如何把理論知識與工程應(yīng)用聯(lián)系起來，提高了學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)興趣。

4.課程設(shè)計。

課程設(shè)計是《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》課程的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是理論聯(lián)系實際的一個重要途徑，設(shè)計題目采用傳統(tǒng)的鋼屋架設(shè)計，但設(shè)計要求做了調(diào)整，提高了學(xué)生對軟件操作的要求。例如計算書采用手算和電算相結(jié)合的方式，內(nèi)力計算采用電算，桿件截面和節(jié)點的設(shè)計與驗算采用手算，施工圖采用軟件繪制。教師在整個課程設(shè)計過程中要做好指導(dǎo)工作，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、剖析問題和處理問題的能力。

5.課程考核。

一般本科院校土木工程專業(yè)主要是培養(yǎng)具有良好基礎(chǔ)理論和系統(tǒng)專業(yè)知識，實踐能力強，并有創(chuàng)新意識的應(yīng)用型人才。對于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》這類實踐性很強的課程，沿用傳統(tǒng)的考試方式進行考核已經(jīng)不適用，應(yīng)采用考評的方式評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生的課程成績包括平時成績和期末成績，各占50%。平時成績主要根據(jù)學(xué)生出勤、作業(yè)、回答問題和參與討論的情況確定；期末成績以大作業(yè)的形式考核，大作業(yè)是常規(guī)的設(shè)計題目，每位同學(xué)的數(shù)據(jù)不一樣，例如跨度、檐口高度、柱距、吊車噸位等參數(shù)不全相同，最后抽20%的學(xué)生進行軟件操作考核。采用這種考核方式，既能提高學(xué)生對課程的重視程度，又能注重平時知識的積累。

筆者近幾年從以上幾個方面對鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)進行了初期的探討與實踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的積極性明顯提高，渴望獲得專業(yè)知識和技能的意識明顯增強，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

三、結(jié)語

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》這門課程是實踐性很強的專業(yè)課程，對學(xué)生的要求非常高。希望通過不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進教學(xué)方法，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和興趣，更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，以滿足鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。

項目基金：2015年吉首大學(xué)教學(xué)改革研究項目“土木工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方法的研究與實踐”。