淺析《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)現(xiàn)狀與創(chuàng)新改革方法

金佳旭 李永靖 杜東寧 劉家順

摘要：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程是土木工程道橋類專業(yè)的主干專業(yè)課之一，具有內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力要求高的課程特點(diǎn)。通過對學(xué)院在鋼結(jié)構(gòu)課程上的教學(xué)現(xiàn)狀分析，提出所存在的教學(xué)問題，探討了推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)課程創(chuàng)新改革的具體方法，這對于提升課程教學(xué)效果和提高教育質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；課程特點(diǎn)；教學(xué)現(xiàn)狀；課程創(chuàng)新改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）31-0072-03

鋼結(jié)構(gòu)體系具有承載力大、自重輕、安裝容易、抗震性能好和可循環(huán)使用等綜合優(yōu)勢，隨著我國建筑工程領(lǐng)域產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整，鋼結(jié)構(gòu)以其自身的優(yōu)勢引起業(yè)內(nèi)的關(guān)注，并在許多工程中得到合理、迅速的應(yīng)用，我國在政策上對鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也十分重視。萬州長江大橋、上海金茂大廈、中央電視臺新臺址主樓、鳥巢等系列超高、超大型鋼結(jié)構(gòu)的興建都代表著我國鋼結(jié)構(gòu)的先進(jìn)發(fā)展水平[1]。但由于我國工業(yè)體系建立得較晚，鋼結(jié)構(gòu)還存在著巨大的發(fā)展空間，國家亟須培養(yǎng)一批理論和實(shí)踐并重的高素質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)人才。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》是土木工程專業(yè)十分重要的專業(yè)課程，也是道路橋梁專業(yè)學(xué)生認(rèn)識鋼結(jié)構(gòu)工作原理、從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的重要理論和實(shí)踐來源，但由于該課程內(nèi)容廣泛，知識點(diǎn)學(xué)科交叉現(xiàn)象明顯，難度較大，并且開設(shè)的課時(shí)較少，很多本科生在學(xué)習(xí)過程中都出現(xiàn)學(xué)不透徹、學(xué)過就忘的現(xiàn)象。如何讓學(xué)生更好地掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，并能在以后的工作或科研過程中加以運(yùn)用，是擔(dān)任鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)任務(wù)的教師面臨的一個(gè)重要問題。

一、鋼結(jié)構(gòu)課程特點(diǎn)

（一）課程內(nèi)容較多，交叉學(xué)科廣

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程內(nèi)容較多，所涉及的工程結(jié)構(gòu)類型也眾多，既有輕型結(jié)構(gòu)也有重型工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)，又包括大跨度空間結(jié)構(gòu)、多層高層建筑結(jié)構(gòu)、可拆卸移動(dòng)結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)理論既包括鋼材的選擇，結(jié)構(gòu)的連接、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度分析，又涉及許多規(guī)范、規(guī)程和工程實(shí)例的分析，從結(jié)構(gòu)的選型，到結(jié)構(gòu)的模型簡化，再到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和變形計(jì)算，以及結(jié)構(gòu)連接的焊縫、螺栓計(jì)算，所包含的知識內(nèi)容涉及土木工程材料、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈塑性力學(xué)和鋼筋混凝土設(shè)計(jì)原理等多個(gè)學(xué)科，所以說課程難度相當(dāng)大，對于本科生來說，依靠單一的課堂教學(xué)確實(shí)很難學(xué)好。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是一門教學(xué)難度很大的課程[2]，具有獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力是《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程的教學(xué)目的之一，而創(chuàng)新設(shè)計(jì)則是課程的更高層次要求。所有的土建工程幾乎都離不開鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用，好的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一方面可以大大提高工程質(zhì)量，另一方面也可以降低工程費(fèi)用，所以在課程之中重視學(xué)生的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)至關(guān)重要。一方面需要學(xué)生能結(jié)合工程實(shí)際需求合理地選擇鋼材，確定結(jié)構(gòu)體系類型和連接方式，另一方面也需要其能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性及抗震分析。

（二）課程理論性強(qiáng)，較為抽象

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的內(nèi)容主要可以分為材料、構(gòu)建、連接三個(gè)部分，每部分知識都具有很強(qiáng)的理論背景。鋼結(jié)構(gòu)材料的選擇需要充分考慮鋼材的力學(xué)性能、破壞形式、分類及鋼材性能的影響因素。構(gòu)建部分是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)課程理論的重難點(diǎn)，包括了軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、拉彎和壓彎構(gòu)件在內(nèi)的多種受力構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的計(jì)算，對材料力學(xué)的相關(guān)理論要求極高。構(gòu)建連接主要包括焊縫和螺栓兩種連接方式，但涉及焊縫的構(gòu)造設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度驗(yàn)算，類型很多，深化了連接理論[3]。所以說鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理在很強(qiáng)的工程實(shí)踐背景下也具有很強(qiáng)的理論性，較為抽象，單一的課堂講解不利于學(xué)生的理解。

（三）對學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力要求高

具有獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力是《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程的教學(xué)目的之一，而創(chuàng)新設(shè)計(jì)則是課程的更高層次要求。所有的土建工程幾乎都離不開鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用，好的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一方面可以大大提高工程質(zhì)量，另一方面也可以降低工程費(fèi)用，課程內(nèi)容較多，交叉學(xué)科廣，所以在課程之中重視學(xué)生的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)至關(guān)重要。一方面需要學(xué)生能結(jié)合工程實(shí)際需求合理地選擇鋼材，確定結(jié)構(gòu)體系類型和連接方式，另一方面也需要其能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算和穩(wěn)定性及抗震分析。

二、學(xué)校鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程教學(xué)的目的是使學(xué)生能掌握鋼結(jié)構(gòu)的基本理論和設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)唵蔚匿摻Y(jié)構(gòu)體系進(jìn)行強(qiáng)度校核和穩(wěn)定性分析，學(xué)會(huì)鋼結(jié)構(gòu)的連接原理和連接方法，可以進(jìn)行簡單的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。遼寧工程技術(shù)大學(xué)在多年的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中也一直在秉持這一教學(xué)目標(biāo)，但不得不承認(rèn)在課程設(shè)置和教學(xué)的過程中還是存在很多問題。針對學(xué)校鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的問題現(xiàn)狀，做出如下分析。

（一）教學(xué)手段較為傳統(tǒng)，缺乏創(chuàng)新

學(xué)校開設(shè)鋼結(jié)構(gòu)課程以來一直沿用傳統(tǒng)的課堂板書教學(xué)模式，老師在講臺上進(jìn)行板書講授，學(xué)生在下面單調(diào)聆聽。一方面由于鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容多、理論強(qiáng)的特點(diǎn)，使得這種枯燥的“灌輸式”教學(xué)方式很難使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)和研究興趣，另一方面由于鋼結(jié)構(gòu)與工程實(shí)際結(jié)合緊密，一些重要的知識單靠抽象的口頭講解很難清晰地向?qū)W生講授，很多復(fù)雜的工程實(shí)例也不容易通過黑板向?qū)W生展現(xiàn)，不少學(xué)生在課堂上都是“身在曹營心在漢”，達(dá)不到教學(xué)目的。

（二）教學(xué)內(nèi)容冗雜繁多，缺乏重點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容繁多，大多數(shù)老師在講授的過程中也都是按部就班從前往后進(jìn)行講解，力求詳盡，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)教師為了趕進(jìn)度而在課程某一部分加快速度，掩蓋了重點(diǎn)和難點(diǎn)。每一門課程針對不同專業(yè)的學(xué)生都應(yīng)該有不一樣的重點(diǎn)要求，課程中要詳略有度，這樣才有利于學(xué)生去更好地掌握課程內(nèi)容。

（三）教學(xué)過程缺乏針對性，教學(xué)質(zhì)量不高

土木工程在很多高校都是大型專業(yè)，學(xué)生眾多，在大班“批量式生產(chǎn)”的教學(xué)環(huán)境下會(huì)直接導(dǎo)致學(xué)生的課程水平參差不齊，分級嚴(yán)重，加上“灌輸式”的課堂教學(xué)方式，使得很多學(xué)困生得不到課堂照顧而學(xué)不懂，直至產(chǎn)生抵觸和厭學(xué)心理。這種針對性不高的教學(xué)方式導(dǎo)致只有很少一部分學(xué)生能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)質(zhì)量很難得到有效的提高。

（四）教學(xué)課時(shí)較少，教學(xué)效果不明顯

在內(nèi)容多、知識雜、理論深的課程情況下，學(xué)校安排的鋼結(jié)構(gòu)課時(shí)只有40個(gè)學(xué)時(shí)，平均每1.5個(gè)星期才有2個(gè)課時(shí)，這使得很多的難點(diǎn)知識得不到詳細(xì)的講解，也無法在課堂上過多地列舉重要的工程實(shí)例，這在很大程度上增加了教學(xué)難度，很多教師在注重課程進(jìn)度的同時(shí)無法注重教學(xué)的質(zhì)量，只能走馬觀花地帶領(lǐng)學(xué)生去學(xué)習(xí)，并不能取得良好的教學(xué)效果[4]。

三、鋼結(jié)構(gòu)課程創(chuàng)新改革的幾點(diǎn)提議

如前所述，鋼結(jié)構(gòu)課程有其自身內(nèi)容多、理論性強(qiáng)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力要求高的特點(diǎn)，但在教學(xué)的過程中又存在著教學(xué)方法傳統(tǒng)、缺乏針對性、課時(shí)少等種種問題，使學(xué)生普遍感覺學(xué)習(xí)難度較大。教師要在較少的課時(shí)內(nèi)，努力達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，確保教學(xué)質(zhì)量，亟須在課程設(shè)置和教學(xué)方法上進(jìn)行系列的創(chuàng)新改革，強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)教學(xué)方法，注重學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，充分結(jié)合學(xué)校的應(yīng)用創(chuàng)新型人才教育理念提出課程改革的具體方法。

（一）改進(jìn)課堂教學(xué)方法

傳統(tǒng)單一的課堂板書教學(xué)方法很難迎合現(xiàn)階段的素質(zhì)化教育需求，也很難達(dá)到《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程的教學(xué)要求和目的，這種被動(dòng)式的教學(xué)方式在很大程度上磨滅了學(xué)生的創(chuàng)造性和積極性，課堂效率較低。而教學(xué)改革的目的則是讓學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)自覺地學(xué)習(xí)知識，這就需要在教學(xué)方法上能以學(xué)生為本，提高學(xué)生的課堂興趣，真正讓他們參與到課堂中來，培養(yǎng)他們獨(dú)立分析問題和解決問題的能力[5]。

1.運(yùn)用多媒體課件和板書相結(jié)合的教學(xué)方式。多媒體課件具有直觀、生動(dòng)、信息量大的優(yōu)點(diǎn)，課堂上以多媒體為載體，將鋼結(jié)構(gòu)的許多工程實(shí)例通過圖片或者動(dòng)畫的形式展現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，讓他們切身感受到今天所學(xué)的理論知識都會(huì)是我們明天步入工作后可能會(huì)遇到的，認(rèn)識到課程的實(shí)用性，由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”[6]。并且通過多媒體將很多的知識內(nèi)容形象化，比如講解螺栓連接時(shí)可運(yùn)用動(dòng)畫演示給學(xué)生展現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)條件下的連接方式和連接步驟，如臨現(xiàn)場，清晰可觀。但多媒體加快了講課的速度，對于很多重要的理論公式更需要老師現(xiàn)場的推導(dǎo)和講解，這就要求老師要充分結(jié)合板書，一方面在黑板上寫下每堂課程的重點(diǎn)知識概要，另一方面進(jìn)行重要的公式推導(dǎo)，將板書和多媒體靈活結(jié)合起來，提高課堂的教學(xué)效果。

2.加強(qiáng)與學(xué)生課堂上的互動(dòng)交流。師生互動(dòng)交流是一種消化課堂知識的很好方式，每堂課的最后留出10分鐘左右的時(shí)間讓學(xué)生進(jìn)行提問，對于學(xué)生的簡單疑問老師可以現(xiàn)場予以解答，對于較為復(fù)雜的問題老師可以做好記錄在課下通過課堂微信交流群進(jìn)行交流。學(xué)生提問完成后老師也要提幾個(gè)有關(guān)課堂內(nèi)容的問題供大家討論交流再進(jìn)行回答，對于表現(xiàn)好的學(xué)生可以進(jìn)行課堂加分，加入期末成績考評，這樣不但鞏固了課堂知識，還增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.重視工程案例分析，知識點(diǎn)延伸講解。與理論配套的工程案例是課程講解的重要部分，通過案例分析能極大地增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對于增強(qiáng)學(xué)生對課程概念的理解、理論的掌握和解決工程實(shí)際問題的能力培養(yǎng)都有至關(guān)重要的作用。課堂上所引用的工程案例可以分為課堂引導(dǎo)案例、課堂討論案例和課后思考案例，將這些工程案例分類貫穿于教學(xué)課堂的始終，既增加了課堂的趣味性，同時(shí)也促進(jìn)了學(xué)生工程實(shí)踐能力的提高[7]。此外，由于課本內(nèi)容具有一定的局限性，很多新的專業(yè)知識在課本上得不到有效的更新，在講課的過程中一定要適當(dāng)?shù)貙?nèi)容延伸，比如在講解有些規(guī)范規(guī)程時(shí)可以對照一些國外的相應(yīng)規(guī)范，這樣既豐富了課程內(nèi)容，也能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）強(qiáng)化現(xiàn)場實(shí)踐教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是我國高等教育特別是高等工程教育的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，很多高校在專業(yè)教學(xué)的過程中都重理論輕實(shí)踐，鋼結(jié)構(gòu)課程本身有其很強(qiáng)的工程實(shí)踐背景，不走出課堂很難讓學(xué)生真正地學(xué)懂學(xué)透。應(yīng)該根據(jù)課程的進(jìn)度，適時(shí)地安排學(xué)生到建筑工地上參觀實(shí)物，讓學(xué)生真正現(xiàn)場看到多層鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，看到不同螺栓的在鋼結(jié)構(gòu)體系不同部位的分布，知道現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)焊接的流程，自己動(dòng)手做一些小型的功能性鋼結(jié)構(gòu)。并將這種現(xiàn)場實(shí)踐學(xué)習(xí)納入課程設(shè)計(jì)之中，先通過課堂教學(xué)，再現(xiàn)場參觀，最后自己動(dòng)手設(shè)計(jì)制作，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)造能力。

（三）實(shí)施科研帶動(dòng)課程

在國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的背景之下，科研能力越來越成為評價(jià)當(dāng)代本科大學(xué)生綜合素質(zhì)的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的個(gè)人學(xué)習(xí)愛好，選擇一批對鋼結(jié)構(gòu)具有濃厚學(xué)習(xí)和研究興趣的學(xué)生參加相關(guān)的科研活動(dòng)，由教師指導(dǎo)成立大創(chuàng)比賽小組，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)作品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)帶領(lǐng)有強(qiáng)烈科研想法的學(xué)生做實(shí)驗(yàn)、寫論文、寫專利，鍛煉科研創(chuàng)新能力，為他們以后的工作和深入學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

（四）增加軟件學(xué)習(xí)第二課堂

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)在工程中的普及應(yīng)用，很多專業(yè)課程學(xué)習(xí)對相關(guān)軟件的使用要求也越來越高，在工程中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟件有很多種，例如：3D3S、PKPM、Xsteel等，為更好地滿足教學(xué)要求，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在課下多學(xué)習(xí)一些鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的簡單使用，安排相應(yīng)的要通過軟件去完成的課下作業(yè)[8]。CAD是土木工程專業(yè)重要的學(xué)習(xí)軟件，并且學(xué)校也都開設(shè)了專門的課程，可以在鋼結(jié)構(gòu)課程開設(shè)的同時(shí)繼續(xù)強(qiáng)化CAD繪圖軟件的學(xué)習(xí)，安排適當(dāng)?shù)纳蠙C(jī)課，讓學(xué)生能熟練地掌握CAD三維結(jié)構(gòu)建模操作，為他們的畢業(yè)設(shè)計(jì)或者其他建模軟件的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（五）完善課程期末考核方式

考核是教學(xué)工作的重要環(huán)節(jié)，它不僅表現(xiàn)在對學(xué)生課程成績的檢測，也能綜合反映課程中各環(huán)節(jié)的教學(xué)情況。要提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，就需要對每門課程建立起既能真實(shí)檢測到學(xué)生的綜合水平又能有助于學(xué)生自我提升的期末考評方式[9]。根據(jù)所探討的新的教學(xué)內(nèi)容和方法，鋼結(jié)構(gòu)課程的期末考核要融入卷面成績、平時(shí)成績、課程設(shè)計(jì)成績和課外拓展成績四個(gè)部分，再分別按照50%、20%、20%、10%的比例折合成最終的期末成績。卷面考試主要考查鋼結(jié)構(gòu)課程的相關(guān)概念、理論和計(jì)算，課程設(shè)計(jì)則考查學(xué)生的工程實(shí)例分析和簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，在期末考試之前進(jìn)行。平時(shí)成績主要參考學(xué)生課堂的回答問題表現(xiàn)、出勤情況和作業(yè)完成情況，由教師根據(jù)日常教學(xué)記錄給予相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，課外拓展成績則要參考學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)期間參加的相關(guān)競賽以及實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和論文撰寫的情況，同樣由課任老師根據(jù)學(xué)生期末上交的課外拓展材料給予相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。

四、結(jié)語

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程具有內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力要求高的特點(diǎn)，同時(shí)還有很強(qiáng)的工程實(shí)踐背景，是一門極不容易掌握的專業(yè)課程。結(jié)合課程的這些特點(diǎn)，針對現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中所存在的問題，提出了系列的教學(xué)創(chuàng)新改革措施，旨在提高教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造力，使更多的畢業(yè)學(xué)生能滿足現(xiàn)階段社會(huì)人才素質(zhì)需求，為社會(huì)培養(yǎng)出更多具有過硬的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工能力的土木人才。

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