金屬結(jié)構(gòu)課程設(shè)計教學(xué)方法探討

徐喻瓊

摘 要 本文以本校專業(yè)特點為基礎(chǔ)，結(jié)合自身的教學(xué)體會，在金屬結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的授課方式上，總結(jié)出分步、互動和綜合考核為一體的教學(xué)方法，用以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力，也為今后其他實踐性課程的課程設(shè)計教學(xué)提供一定的參考。

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

Abstract This paper is based on the specialty characteristics， combined with his own teaching experience， in the metal structure of the curriculum design teaching methods， summed up step by step， interactive and comprehensive assessment as one of the teaching methods， to cultivate students' innovation ability and practice ability， but also provide a reference for future curriculum design and teaching practice of other courses.

Keywords metal structure course design； teaching methods； teaching reform

課程設(shè)計是與高等教育培養(yǎng)方案中規(guī)定課程的配套實踐環(huán)節(jié)，是學(xué)生運(yùn)用前修的專業(yè)理論知識和基本技能，分析實際問題，開展自主項目設(shè)計的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。不僅可以讓學(xué)生鞏固專業(yè)知識，為以后的深入學(xué)習(xí)和工作打下堅實的基礎(chǔ)，而且還可以讓學(xué)生學(xué)會熟練地使用資料和相關(guān)工具書、手冊等，把所學(xué)的課本知識與實踐結(jié)合起來，起到溫故知新、相互促進(jìn)的作用，能較全面地提高學(xué)生獨立思考能力、實踐創(chuàng)新能力、自學(xué)研究能力等。

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計這門課程已經(jīng)在許多高校的機(jī)械類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)開設(shè)。目前，我校在材料成型及控制專業(yè)開設(shè)了金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計課程及相應(yīng)的課程設(shè)計，結(jié)合本專業(yè)發(fā)展方向及我校在金屬材料成型方面的特長，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于鋼材的基本性能和構(gòu)件強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的計算方法等。本課程的講授時間為40學(xué)時，課程設(shè)計時間為兩周，命題以實用性很強(qiáng)的鋼屋架和輕型門式剛架兩種形式為主。教學(xué)目的是使學(xué)生在對材料成型專業(yè)知識有一定了解的基礎(chǔ)上，能自主完成給定命題的設(shè)計過程，要求學(xué)生掌握金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原理要求和設(shè)計方法。最后的考核標(biāo)準(zhǔn)是全面詳實的計算書和施工圖，以適用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、合理性作為設(shè)計作品目標(biāo)。

1 金屬結(jié)構(gòu)課程設(shè)計中存在的問題

1.1 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的內(nèi)容繁雜

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計這門課程涉及的內(nèi)容十分廣泛，既要講述金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論，又要介紹結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，還要綜合考慮結(jié)構(gòu)體系選型、結(jié)構(gòu)抗震以及鋼筋混凝土等建筑工程相關(guān)知識。知識體系要求具有完備的理論分析，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計理念，還要與相關(guān)的規(guī)程緊密聯(lián)系，按照規(guī)范要求嚴(yán)格計算。這就要求，講授金屬結(jié)構(gòu)的教師必須具備扎實的力學(xué)基礎(chǔ)、熟悉相關(guān)規(guī)程規(guī)范，還要有一定的土木工程建筑類相關(guān)專業(yè)知識的儲備。否則，很難講好課。

課程設(shè)置方面，存在教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時少的矛盾。我們針對材料成型及控制專業(yè)的特點，在有限的40學(xué)時內(nèi)，主要講授金屬結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計、軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件等金屬材料中最常用的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容。教師在授課時，根據(jù)教學(xué)學(xué)時的分配，會選擇性地結(jié)合專業(yè)特點講授部分內(nèi)容，而造成有些問題講得不夠深入，系統(tǒng)性不強(qiáng)，進(jìn)而不能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，必然會影響課程設(shè)計的成果質(zhì)量。

1.2 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的章節(jié)聯(lián)系不緊密

金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計的課程內(nèi)容雖然多，但每一章節(jié)之間的順序聯(lián)系不緊密，前后章節(jié)大多相對獨立。例如：同樣是連接計算，焊縫計算與螺栓計算的公式完全不同，桿和梁的規(guī)范規(guī)定完全不同，且公式繁多，適用條件復(fù)雜。學(xué)生具體應(yīng)用時，首先要嚴(yán)格按照設(shè)計條件，再綜合理解和分析問題，這無疑對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力提出了較高的要求。這樣，落實到課程設(shè)計環(huán)節(jié)時，有部分學(xué)生一旦概念不清，或把握不準(zhǔn)，就很容易出現(xiàn)大量的計算問題。

1.3 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計課程的專業(yè)特色不鮮明

金屬結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計是建立在學(xué)生對專業(yè)知識有一定了解的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師根據(jù)專業(yè)特點或?qū)I(yè)方向指定選題，引導(dǎo)學(xué)生自主完成給定命題的金屬結(jié)構(gòu)單體設(shè)計過程。整個課程設(shè)計的過程，是先修知識的綜合應(yīng)用，要求學(xué)生掌握金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般要求、設(shè)計過程和設(shè)計方法，尤其要具備較好的相關(guān)力學(xué)知識。因此，大部分的課程設(shè)計采用通用化的命題，缺乏鮮明的專業(yè)特色，這為學(xué)生提交最終的學(xué)習(xí)成果帶來了一些難度。

在講解專業(yè)理論時，教師如果不了解學(xué)生對應(yīng)有知識的掌握程度，只按照通用授課方式講解，必定難以針對課程設(shè)計中學(xué)生容易出現(xiàn)的錯誤進(jìn)行有的放矢的教學(xué)。通常課程設(shè)計安排在學(xué)期即將結(jié)束的前兩幾周，學(xué)生在匆忙完成計算書和圖紙后，便準(zhǔn)備回家或外出，大多歸心似箭，完成的質(zhì)量均有待提高。

2 改進(jìn)教學(xué)方法

本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)包括理論部分講解和課程設(shè)計具體運(yùn)算。前續(xù)課程結(jié)課時間先后不同，教師授課方式和側(cè)重點有所不同，要求學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和相關(guān)規(guī)范后，進(jìn)行課程設(shè)計工作。課程設(shè)計要求學(xué)生最終提交設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙進(jìn)行考核。我們在材料成型及控制工程專業(yè)開設(shè)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計上，有如下幾點體會：

2.1 分步學(xué)習(xí)與互動教學(xué)相結(jié)合

為準(zhǔn)確把握學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握程度，一般配備二名教師對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。教師在講解清楚課程設(shè)計的內(nèi)容和要求時，更重要的是加強(qiáng)與學(xué)生的交流，準(zhǔn)確了解他們的進(jìn)展情況，及時補(bǔ)充需要的知識點，適時調(diào)整教學(xué)計劃，高效地利用兩周時間完成任務(wù)，達(dá)到教學(xué)要求。比如某課程設(shè)計任務(wù)書要求學(xué)生完成輕型屋架設(shè)計，在第一節(jié)課上，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生回顧必要的已學(xué)知識，重點是夯實力學(xué)基礎(chǔ)，細(xì)致地講授設(shè)計規(guī)范、結(jié)構(gòu)體系和計算方法，并針對不同的屋架結(jié)構(gòu)形式，在結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和計算方面讓學(xué)生明確概念，找準(zhǔn)規(guī)范，根據(jù)適用條件進(jìn)行計算分析。

為了強(qiáng)化學(xué)生的理解和認(rèn)識，在第二次課時，指導(dǎo)教師進(jìn)行鞏固和復(fù)查，按照給定數(shù)據(jù)的分組，先核查學(xué)生對規(guī)范掌握的程度，再隨機(jī)抽查學(xué)生的設(shè)計大綱，要求詳細(xì)演示自己設(shè)定的計算流程。由于指導(dǎo)教師的檢查監(jiān)督，一般能較快發(fā)現(xiàn)學(xué)生在計算過程中存在的共性問題，并在以后的授課過程中有目的地重點講解。同時，要求每個學(xué)生的現(xiàn)場演示，對所學(xué)知識起到了很好的強(qiáng)化作用。為了做好演示的PPT，學(xué)生都會仔細(xì)查閱相關(guān)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計資料和規(guī)范，獨立思考、分析總結(jié)、精心練習(xí)，這既鍛煉了他們的語言表達(dá)能力，又能及時發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)提高。這樣在后續(xù)的學(xué)時中，學(xué)生也會營造積極的學(xué)習(xí)氛圍，相互交流，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，高質(zhì)量地按時完成課程設(shè)計。

2.2 書本學(xué)習(xí)與實例教學(xué)相結(jié)合

隨著國家對PPP項目的大力扶持，基礎(chǔ)工程建設(shè)的投入有加大的趨勢，金屬結(jié)構(gòu)的建筑物也日益增多，學(xué)生對以金屬結(jié)構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)的實際工程并不陌生，如果教師再略有提示，學(xué)生都有一定的認(rèn)識。為此，在教學(xué)過程中，我們以國內(nèi)外已建和在建的典型工程作為耳熟能詳?shù)慕虒W(xué)范例，除以照片、視頻等形式展示外，還將其主要受力結(jié)構(gòu)件與校內(nèi)、市內(nèi)、省內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)建筑物實體相對照，將書本知識與身邊的實際有機(jī)聯(lián)系起來。我校以水電為特色，我們積極利用本校的產(chǎn)學(xué)研資料，給學(xué)生講解著名的葛洲壩工程、三峽工程和其他一些水電站中應(yīng)用鋼閘門和水工鋼結(jié)構(gòu)，使學(xué)生將課堂所學(xué)知識與身邊實例聯(lián)系起來，在一個個親切、生動的具體形象和實例中加深了知識理解。

此外，材料成型及控制專業(yè)的學(xué)生在進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計之前，已經(jīng)完成了如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計等機(jī)械類專業(yè)課的課程設(shè)計，對課程設(shè)計有一定的感性認(rèn)知。但是，由于金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計的施工圖表達(dá)方式和機(jī)械制圖有一定差異，部分學(xué)生用施工圖表達(dá)鋼結(jié)構(gòu)實體時不夠完整。為此，指導(dǎo)教師在教學(xué)初期就精選了出符合現(xiàn)行制圖標(biāo)準(zhǔn)的輕型屋架結(jié)構(gòu)規(guī)范和相應(yīng)的施工圖，并特別從字體選擇、圖面布置等細(xì)節(jié)之處，要求學(xué)生從結(jié)構(gòu)設(shè)計的布置到每個節(jié)點單元的詳圖分步完成。指導(dǎo)教師還引導(dǎo)學(xué)生與專業(yè)的機(jī)械制圖進(jìn)行對比學(xué)習(xí)，從施工圖對比中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖的問題，糾偏訂正。經(jīng)過這樣的引導(dǎo)和對比，學(xué)生最終能自我發(fā)現(xiàn)問題，積極改正，圖面完成的情況較都有很大程度的提高。

3 注重選材料、抓住截面設(shè)計的重難點

為了體現(xiàn)材料成型及控制專業(yè)的特點，在金屬結(jié)構(gòu)課程設(shè)計中，我們注重選材及材料成型方法的選擇。截面設(shè)計就是體現(xiàn)專業(yè)特點的一大重點和難點。學(xué)生在課程設(shè)計中，普遍存在截面過大、板件厚度太厚或太薄、連接處截面不等高或不等寬等問題。從計算書來看，截面強(qiáng)度、穩(wěn)定、剛度等均滿足要求時，會出現(xiàn)截面應(yīng)力比太小造成材料浪費(fèi)，或截面連接處截面不等高、翼緣不等寬造成外形層次不齊。腹板厚度太薄使焊接質(zhì)量難以保障。為減少工作量，部分學(xué)生以等截面H型鋼替代經(jīng)濟(jì)合理的楔形截面。雖然教師在理論講解中反復(fù)強(qiáng)調(diào)過共性問題，但學(xué)生在提交的成果中，仍然會重復(fù)出現(xiàn)。究其原因，主要是專業(yè)課的授課過程中，只重點講解了構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度等安全性問題，而忽視了金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的結(jié)構(gòu)整體性因素。因此，在截面結(jié)構(gòu)校核的過程中，我們突出正確設(shè)計理念的講授與把握，幫助學(xué)生用正確的設(shè)計理念去處理問題、選擇材料，做到安全性、適宜性和經(jīng)濟(jì)性有機(jī)統(tǒng)一。

為避免學(xué)生因截面選擇不當(dāng)而引起的設(shè)計不合理，指導(dǎo)教師在教學(xué)方法改革中，將學(xué)生按不同數(shù)據(jù)分組，通過匯報和演示，發(fā)現(xiàn)共性的問題。同時在課堂上開展討論、相互排查，確保每位學(xué)生能明確認(rèn)識到常見錯誤。師生互動、學(xué)生互動，教師啟發(fā)學(xué)生帶著問題討論，充分調(diào)動學(xué)生的思維活躍性和創(chuàng)造性。通過討論引導(dǎo)，學(xué)生都能基本掌握課程設(shè)計的脈絡(luò)。若仍不能解決的疑難問題，再通過一對一重點答疑講解，促使學(xué)生學(xué)到應(yīng)知應(yīng)會的知識、掌握真懂善用的本領(lǐng)。

4 探索學(xué)習(xí)的立體考核方法

本校的“金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計”以計算說明書、最終提交的施工圖，部分指定部位的制圖為考核依據(jù)，與本校其他機(jī)械類課程設(shè)計的通用考核方法不同。根據(jù)材料成型及控制工程專業(yè)的要求，指導(dǎo)教師首先按照每個學(xué)生的分組數(shù)據(jù)，指定關(guān)鍵設(shè)計部位的圖紙并加以區(qū)別，要求用Auto CAD進(jìn)行計算機(jī)繪圖，給出對應(yīng)具體部位的計算和說明。

為避免學(xué)生之間相互抄襲，命題數(shù)據(jù)分組設(shè)置后，指導(dǎo)教師加強(qiáng)了平時對學(xué)生的檢查與了解，做到情況心中有數(shù)，要求規(guī)范規(guī)程嚴(yán)謹(jǐn)完整，計算數(shù)據(jù)邏輯連續(xù)，再同時考核學(xué)生的課堂匯報表現(xiàn)。最終考核時，由學(xué)生的書面材料、匯報講解和課堂問答“三位一體”，給出綜合評價，這樣就能有效地反映學(xué)生對知識點的掌握程度，也降低了教師對學(xué)生的考核難度。同時，結(jié)合提交的紙質(zhì)、電子資料，能對學(xué)生做出比較全面地考評，進(jìn)而實現(xiàn)公平公正。

5 結(jié)束語

實踐證明，根據(jù)我校材料成型及控制專業(yè)特點，積極調(diào)整課程設(shè)計教學(xué)計劃和教學(xué)方法，提高師生的互動性，培養(yǎng)正確的設(shè)計理念，能有效提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，達(dá)到比較理想的培養(yǎng)要求。以專業(yè)特點為基礎(chǔ)探索的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計課程設(shè)計教學(xué)方法積極引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識參與工程實踐，可為今后其他實踐性課程的課程設(shè)計教學(xué)提供一定的參考。