“項(xiàng)目化”與“數(shù)值模擬技術(shù)”相結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》教學(xué)改革

徐桂弘，任 旭

(貴州理工學(xué)院土木工程學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550003)

0 引言

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》理論推導(dǎo)和規(guī)范條文占據(jù)主導(dǎo)地位，理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥無(wú)味。由于其先修課程設(shè)計(jì)到：高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、理論力學(xué)、彈性力學(xué)等課程，此外該課程還設(shè)計(jì)到了工程設(shè)計(jì)和工程施工內(nèi)容。學(xué)生普遍放映該課程的難度較大，因此，教學(xué)效果一直不理想。

為緩解這種不利的局面，有一些高校配備了實(shí)驗(yàn)課程，但實(shí)驗(yàn)課程基本都是一些觀賞性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很難有實(shí)際操作的機(jī)會(huì)。部分高校開(kāi)展了技能訓(xùn)練課程和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生參與，但是該采用此種方式，畢竟參與的學(xué)生人數(shù)是有限制的，一般不會(huì)全員參與同一個(gè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。此外還有一些高校，通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)或者基于BIM軟件教學(xué)方式，訓(xùn)練學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件鏈接能力和工程現(xiàn)場(chǎng)的操作能力，但是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力方面沒(méi)有明顯的提高[1-3]。

還有一些不具備實(shí)驗(yàn)條件的高校，為了達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的，同時(shí)也為增強(qiáng)學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理這門課程的深層次理解，在教學(xué)過(guò)程中會(huì)組織到施工工地或大型工業(yè)廠房進(jìn)行參觀、觀看視頻資料措施。這種教學(xué)方法，在某種程度上起到了積極的作用，但是對(duì)于學(xué)生更全面的理解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)性問(wèn)題及我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)所面臨的問(wèn)題、培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力是有限的[4-6]。

1 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程改革思路

1.1 基本概念體系教學(xué)

“項(xiàng)目化”教學(xué)的第一步是要給學(xué)生首先建立一些基本的概念及原理框架。這個(gè)過(guò)程大概需要6個(gè)學(xué)時(shí)左右。

1.2 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

在通過(guò)課堂教學(xué)建立起基本概念體系后，任課教師可根據(jù)具體的情況安排學(xué)生分組，教師根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的具體章節(jié)一一與學(xué)生分組配對(duì)選擇。作為高校的教師，對(duì)申請(qǐng)國(guó)家自然基金或者省自然基金的格式都非常熟悉，任課教師可以按照這種方式(項(xiàng)目意義、項(xiàng)目研究現(xiàn)狀、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容、項(xiàng)目可行性、創(chuàng)新性等)，讓學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教材范疇內(nèi)，尋找自己感興趣的問(wèn)題，組員發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，寫(xiě)一份項(xiàng)目的申請(qǐng)書(shū)。這個(gè)過(guò)程大概需要2個(gè)學(xué)時(shí)即可完成。

將學(xué)生的分組問(wèn)題完成后，由于本科學(xué)生的基礎(chǔ)較弱，任課教師需要挑選重要的章節(jié)，進(jìn)行講解，如：梁的扭轉(zhuǎn)、梁腹板的屈曲后強(qiáng)度、格構(gòu)式構(gòu)件軸心受力特性、實(shí)腹式壓彎構(gòu)件截面受力特性等。在這個(gè)講解過(guò)程中，為了增強(qiáng)學(xué)生更直觀的對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞的理解，可以將引入數(shù)值模擬的教學(xué)方法。這樣可以生動(dòng)的模擬一些學(xué)生不容易想象的鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方式、破壞方式，如：彎曲失穩(wěn)、彎扭失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)等這個(gè)過(guò)程至少要30個(gè)學(xué)時(shí)。

1.3 解決問(wèn)題

學(xué)生選定題目后，在教師的指導(dǎo)下下載和閱讀文獻(xiàn)。學(xué)生在這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)總結(jié)問(wèn)題的能力，特別是在撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)閱讀大量的文獻(xiàn)，歸納出其所涉及的問(wèn)題的前沿性問(wèn)題及尚待解決的問(wèn)題。然后，根據(jù)項(xiàng)目組的條件，制定自己的項(xiàng)目研究方案。這個(gè)過(guò)程可以培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。

當(dāng)學(xué)生本組的課題，并撰寫(xiě)了開(kāi)題報(bào)告后，教師可以組織開(kāi)題答辯活動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，教師可對(duì)各個(gè)項(xiàng)目組選定題目的可行性、可操作性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 完成課題

完成課題是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其中涉及到理論學(xué)習(xí)、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)甚至是現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等環(huán)節(jié)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生難免遇到困惑。針對(duì)這種現(xiàn)象，任課教師設(shè)置“問(wèn)題課堂”，在這堂課中，專門針對(duì)學(xué)生所面臨的問(wèn)題，進(jìn)行講解或者尋找解決方法。完成課題，是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，任課教師及所在的教學(xué)單位應(yīng)互相協(xié)調(diào)溝通，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)條件和學(xué)習(xí)條件。

1.5 課程考核

課程考核的意義在于對(duì)學(xué)生各個(gè)項(xiàng)目對(duì)課題的完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于是“項(xiàng)目式”教學(xué)的方法，課程考核的成績(jī)也是根據(jù)項(xiàng)目的程序進(jìn)行評(píng)定。其具體的考核指標(biāo)如表1所示。

表1 考核指標(biāo)(總分100分)

2 結(jié)語(yǔ)

本文提出“項(xiàng)目化”教學(xué)與“數(shù)值模擬技術(shù)”相結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》教學(xué)改革方法，改變了以往教師出題，學(xué)生解題的千篇一律的方法，讓同學(xué)們帶著自己的需求和興趣去尋找自己要解決的問(wèn)題。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生需要閱讀大量的參考文獻(xiàn)、制定個(gè)人的研究?jī)?nèi)容、研究路線及研究方案、學(xué)習(xí)數(shù)值模擬的方法。這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，在答辯過(guò)程中鍛煉了學(xué)生在有限時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)簡(jiǎn)練地表達(dá)能力。通過(guò)撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告和結(jié)題報(bào)告，培養(yǎng)了學(xué)生的文整技能。

數(shù)值模擬輔助課程教學(xué)的新模式突破了傳統(tǒng)的板書(shū)或多媒體教學(xué)方式，豐富了教學(xué)手段，同時(shí)也使課堂教學(xué)更生動(dòng)，有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

本文提出“項(xiàng)目化”教學(xué)與“數(shù)值模擬技術(shù)”相結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》教學(xué)改革方法，本課題的研究成果可推廣到其他專業(yè)的教學(xué)中，也可根據(jù)教學(xué)需要，靈活添加多媒體動(dòng)畫(huà)、實(shí)驗(yàn)器材和典型教學(xué)情境。對(duì)于探索鋼結(jié)構(gòu)課程實(shí)踐教學(xué)新模式、探索切實(shí)可行的實(shí)踐教學(xué)實(shí)施方案具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。