土木工程專業(yè)鋼結構設計原理課程教學改革★

張 晨 葛文璇 劉云平

(南通大學杏林學院建筑工程學院，江蘇 南通 226019)

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土木工程專業(yè)鋼結構設計原理課程教學改革★

張 晨 葛文璇 劉云平

(南通大學杏林學院建筑工程學院，江蘇 南通 226019)

針對當前教學鋼結構設計原理教學中存在的問題，分別從教師和學生兩個層面提出了教學改革措施，實踐結果表明：注重教師教學與學生學習互動溝通的教學模式既能夠有效提高教學質量，又有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型的本科人才。

鋼結構，教學改革，學習效率，教材

《鋼結構設計原理》課程是土木工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，屬于學科基礎課程平臺中的必修課程，在教學計劃中占有十分重要的地位?！朵摻Y構設計原理》課程綜合性、應用性很強，內容包括：鋼結構的特點；材料特性；基本構件的計算原理和方法；構件連接及計算方法；簡單鋼構件的設計等。課程要求學生經過全面、系統(tǒng)的學習，不但掌握鋼結構設計的基本原理，而且還能掌握一般鋼構件的設計方法。

多年的教學經驗表明，由于《鋼結構設計原理》課程的知識點多，內容抽象,如穩(wěn)定理論，對學生提出了較高的要求，如需要具備很好的力學知識的基礎等，因此學生普遍感覺難度較大。在當前教學計劃總學時不斷被壓縮的背景下，學生在相對較少的學時內接受的信息量明顯增大，而且該課程通常為考試課程(學位課程)，因此學習的難度大大增加。對授課教師而言，如何在新的形勢下提高學生的學習效率和效果成為當前面臨的嚴峻問題。

在廣泛調研的基礎上，教學團隊采取了一系列的措施進行課堂教學的實踐，力圖使“師生互動”成為特色，提高學生學習的興趣和效率。

1 教師教學方法的改革

1.1 案例教學在教學中的應用

《鋼結構設計原理》課程介紹了建筑用鋼材的特點和各類基本受力桿件的設計和計算，知識點眾多，包含了各類公式的推導，主要涉及到材料力學中的知識，這部分內容對初學者而言是一個巨大的挑戰(zhàn)。學生往往會對各類公式的推導望而生畏，從而產生厭學情緒。教學團隊根據(jù)二本專業(yè)學生的具體情況和特點，制定了相應的教學方法，即并不要求所有的同學對相關推導過程完全掌握，只須了解基本的過程即可。為了激發(fā)全體同學的學習積極性，引入案例教學必不可少[1]。合適的具體案例是對教材內容有益的補充，通過具體的案例，學生可以知道所學的知識點、公式的實際用途，調動學生的求知欲望，加深在腦海中的印象，避免因死記硬背而產生厭學情緒。

例如，介紹第1章緒論鋼結構的特點——耐火性差時，引入了在“9·11”恐怖襲擊事件中紐約世界貿易中心大樓著火倒塌的例子。紐約世界貿易中心大樓的建筑鋼材質量和結構設計都是相當有保障的，在波音767飛機巨大的沖擊力下并未倒塌，而是由于燃燒的大火導致鋼材變軟喪失強度后才倒塌的。通過分析結構塌落的原因，鋼材不耐火的特點給學生留下了深刻的印象。

1.2 演示教學在教學中的應用

《鋼結構設計原理》課程的內容較多且部分較抽象，學生如果僅僅根據(jù)教材中的圖片進行學習和理解，很難在腦海中形成對實際構件、結構深刻的印象，從而導致學習吃力、學習效率不高。在課堂教學中引入動畫、錄像等多媒體手段是解決上述問題的有效手段。目前隨著各類相關軟件的發(fā)展，動畫已經不僅僅局限于在PPT中制作動態(tài)圖像了，有很多軟件可運用于動畫制作當中[2，3]，如3Dmax，Solidword，Sketchup，BS Con-tact VRML/X3D，Xsteel等軟件。如果想獲得準確的應力變化和變形量值，還可以使用有限元分析軟件，如 Ansys，Abaqus，Nastran，Adina 等。

例如，在介紹不同截面形式的軸心受壓桿件的整體穩(wěn)定問題時，學生往往對桿件的變形形式和截面的轉動情況感到困惑。通過引入動畫，從不同的角度展示構件變形的情況，可以使學生清楚地看到桿件整體失穩(wěn)變形的全過程，從而將教材中二維的圖片轉化為三維的立體形象。在演示過程中，可適時地提出問題，供學生思考和分析，如“如何確定工字形截面的失穩(wěn)方向”“為什么T形截面的桿件會產生不同的失穩(wěn)形式”等。

2 學生學習方法的改革

2.1 模型制作在學習中的應用

使學生從被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習的有效途徑便是學生親自動手實踐，事實證明，通過親身經歷“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題”等一系列的過程，能夠使學生對相關的內容產生深刻的印象。使用常見材料如泡沫板、木板、厚紙板等進行簡單構件的模型制作是一種非常有效的手段。學生按照教材中的桿件示意圖進行縮尺模型的制作，通過各部分部件的組裝可深刻了解實際構件的組合方式。將模型制作引入教學過程不但可以鍛煉學生的動手能力，激發(fā)其學習的興趣，而且將學習從課堂內延伸到課堂外，將課堂聽課與課后作業(yè)進行了有機的銜接。

同樣以軸心受壓桿件的整體穩(wěn)定為例，為了了解不同截面形式桿件的破壞特點，學生可在課余時間對制作的模型進行加載試驗，比較相同長度、截面寬度的模型桿件的承載力和變形特征，根據(jù)教材的相關知識分析原因，得出最終的結論。學生將從模型制作開始，到加載試驗，得出結論的全過程進行記錄，在課堂介紹并分享學習心得。教師可對學生的匯報進行評講，根據(jù)匯報的質量和工作量評分并計入平時成績。

2.2 “小組學習”在學習中的應用

提高學生學習效率的另一個有效手段則是發(fā)揮集體的力量，將平時個人的學習融入到小組學習討論的過程中[4]。將5名～6名學生組成一個學習小組(可以宿舍為單位)，平時的作業(yè)，包括課外大作業(yè)如上述的模型制作均以小組為單位進行。教師以小組為單位分配任務、布置作業(yè)。小組成員針對教師布置的任務進行資料的收集和分析，分工合作，完成任務。為了提高每名學生的參與度，教師在進行考核時，隨機挑選1名同學進行匯報和檢查，根據(jù)該同學作業(yè)的質量和匯報情況打出小組平均分。小組的組長則根據(jù)完成作業(yè)過程中的參與度和貢獻度給組員打分。通過這種方式幫助學生在有限的時間內鞏固和消化理論知識，同時在討論、互助的過程中提高了學生的表達能力和團隊協(xié)作意識，最終實現(xiàn)共同提高，共同進步。

3 實踐教學環(huán)節(jié)的改革

在實踐環(huán)節(jié)如課程設計中，布置與實際工程緊密結合的題目，讓學生明白如何運用理論知識來解決實際的問題。通過與鋼結構企業(yè)合作，建立實踐實訓基地，增加參觀、考察的實習環(huán)節(jié)，加強學生對實際結構的認識。

4 結語

《鋼結構設計原理》是一門綜合性和應用性很強的課程，特別是隨著我國鋼結構的巨大發(fā)展，各類新型、大跨、復雜鋼結構建筑的運用，本課程的教學理念、教學目標、教學方法和教學手段也應更新和變化。通過本課程的教學改革，首先應使學生掌握鋼結構特點、材性、構件計算原理，掌握常見的鋼結構構件形式并掌握其設計方法；其次通過系統(tǒng)的實踐學習，具備鋼結構技術人員應有的基本素質和能力，達到理論知識與實踐相結合的目標，最終成為合格的“卓越工程師”。

[1] 勾紅葉,何 畏,蒲黔輝.“鋼結構設計原理”教學中提高學生學習興趣方法新探[J].中國電力教育,2013(16):106-107.

[2] 孫國華,高曉瑩,高建洪,等.電子模型在鋼結構設計原理課程教學中的應用[J].高等建筑教育,2015，24(6):174-178.

[3] 李 賢,呂恒林,夏軍武,等.提高鋼結構設計原理課程教學質量的探索與實踐[J].高等建筑教育,2016，25(3):65-67.

[4] 宋高麗.土木工程專業(yè)鋼結構設計原理課程教學改革探索[J].高等建筑教育,2016，25(4):61-64.

Civil engineering professionalSteelStructureDesignPrincipleof curriculum teaching reform★

Zhang Chen Ge Wenxuan Liu Yunping

(School of Xinglin & Architecture Engineering, Nantong University, Nantong 226019, China)

In view of the problems which exists in the classroom teaching ofSteelStructureDesignPrinciple, the reform measures are put forward from two aspects: teachers and students. The practice results show that the teaching model which is focus on interactive communication between teacher and students is effective. The quality of teaching are improved, which will benefit to realizing the goal of training innovative talents.

steel structure, teaching reform, learning efficiency, teaching material

1009-6825(2017)08-0228-02

2017-01-06

★:南通大學杏林學院科研基金項目(2016K129)，南通大學教學改革研究課題項目(2015B71)

張 晨(1981- )，男，博士，副教授； 葛文璇(1979- )，女，碩士，副教授； 劉云平(1979- )，男，碩士，講師

G642.0

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