鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)改革研究

田欽　劉鑫祺

摘 要：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是土木工程專業(yè)本科生的一門必修課。本文根據(jù)目前我國鋼結(jié)構(gòu)人才培養(yǎng)情況，針對該課程的培養(yǎng)目標(biāo)以及存在的問題，從市場需求、教學(xué)方式、國際化水平、實踐教學(xué)的幾個方面對《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理》課程教學(xué)改革進行了討論，旨在提高本課程的教學(xué)水準(zhǔn)，推動教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理;土木工程;教學(xué)改革

中圖分類號：G64? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1673-9132（2020）10-0003-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.10.001

近年來，我國鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但是與發(fā)達國家相比仍有較大差距。鋼結(jié)構(gòu)本身具有節(jié)約能源、建造時間短、可良好適用于大跨結(jié)構(gòu)等優(yōu)點[1]，這些優(yōu)點讓鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域有了很大的利用空間。同時，由于我國政府的大力鼓勵與支持，鋼結(jié)構(gòu)必然會有更加廣闊的發(fā)展與應(yīng)用。

但是，就目前情況來看，我們培養(yǎng)出來的大學(xué)生，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的知識顯得嚴重不足，在畢業(yè)之后，靠著大學(xué)積累的知識不能很好地勝任鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)工作，這就直接導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員的嚴重缺乏。而相對于國內(nèi)而言，國外的情況卻比較樂觀，整體處于較為領(lǐng)先的水平。尤其是像美國、日本、英國等發(fā)達國家，由于其較早使用鋼結(jié)構(gòu)，技術(shù)和理論都相對成熟[2]。因此，能直接閱讀、理解外文文獻對學(xué)習(xí)有極大的幫助，這就需要我們教師將這些用外文描述的知識內(nèi)容傳授給學(xué)生，使學(xué)生能夠掌握到更多的專業(yè)詞匯與專業(yè)術(shù)語，以便之后更好地參與到國際競爭。

此外，作為一個工程類專業(yè)的專業(yè)主干課程，實踐也是必不可少的一環(huán)，這也是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然還不適應(yīng)發(fā)展的趨勢[3]，因此，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程改革勢在必行。

一、目前《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容與市場需求不符

鋼結(jié)構(gòu)在我國得到了飛速的發(fā)展，但在相比之下，也凸顯出了鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人員的嚴重缺乏與從業(yè)者專業(yè)素質(zhì)的不足[4]。這個問題直接反映出大學(xué)期間的培養(yǎng)出現(xiàn)了問題，我們培養(yǎng)出的大學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方面知識嚴重不足。我們的培養(yǎng)目標(biāo)，是培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代社會的、既懂理論又懂應(yīng)用的復(fù)合型鋼結(jié)構(gòu)人才，但顯然目前的培養(yǎng)模式還沒有達到預(yù)期目標(biāo)，其原因在于教學(xué)內(nèi)容與市場需求之間不相符。學(xué)生在現(xiàn)有的教學(xué)模式下，確實從根本上掌握了鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理，但是針對實際工程問題，就某個結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計與計算過程并不熟練，這就很大程度上造成了高校培養(yǎng)出的學(xué)生與社會的“脫節(jié)”現(xiàn)象。

（二）教學(xué)方式比較落后

目前，在國家的鼓勵與支持下，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)正在進行高速迅猛的發(fā)展，這種發(fā)展既體現(xiàn)在數(shù)量上的日益增加，又體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣。因而在現(xiàn)代的工程中，除了要滿足基本需求，也要有一定的美學(xué)效果。鋼結(jié)構(gòu)建筑日益增多，高效鋼材、新型結(jié)構(gòu)大量涌現(xiàn)。這就使鋼結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性。而這種趨勢也給課堂教學(xué)帶來了一定的困難。就學(xué)生而言，他們的經(jīng)驗較少，對鋼結(jié)構(gòu)的印象并不深刻，只能通過書本了解到一些結(jié)構(gòu)的形式，在課堂中又難以看到造型復(fù)雜、創(chuàng)新性強的新型結(jié)構(gòu)，而通過語言描述與想象力顯然不能形成直觀的印象。因此，在當(dāng)今投影技術(shù)、建模軟件、有限元分析軟件的支持下，一些先進的教學(xué)方式也應(yīng)該加以運用，從而為學(xué)生創(chuàng)造良好直觀的課堂效果。

（三）缺乏國際先進知識

在加入世界貿(mào)易組織（WTO）后，中國比以往更急需一批國際化的人才。尤其對于鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域而言，美國、日本、英國等發(fā)達國家有較早的研究，其理論與技術(shù)相對于國內(nèi)也較為成熟，因此獲取第一手資料是參與國際競爭的必要一環(huán)。對于學(xué)生而言，他們需要領(lǐng)悟國際化的先進知識，了解前沿動態(tài)，掌握一些基本學(xué)術(shù)名詞的外文規(guī)范用法，這樣才能在國際競爭的浪潮中嶄露頭角，為行業(yè)未來的發(fā)展提供源源不絕的動力。而就目前的情況看，部分學(xué)生的外語水平較低[5]，并不能滿足培養(yǎng)目標(biāo)的要求，且在學(xué)科外語的課程中，學(xué)到的外語內(nèi)容并不能得到運用，不能與實踐、與具體知識相結(jié)合。就《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》而言，一些專有名詞雖然在學(xué)科外語中學(xué)到，但很難聯(lián)系到課程中，也很難在文獻閱讀中加以運用。因此，在課程設(shè)置中增加外語教學(xué)具有一定的必要性。

（四）缺乏實踐教學(xué)

對于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》這種工程類的專業(yè)核心來說，實踐教學(xué)也是必不可少的一部分。21世紀(jì)之后，工程實踐趨勢已經(jīng)愈發(fā)明顯，但我國教育卻因“重理論、輕實踐”而導(dǎo)致學(xué)生解決工程問題的能力沒有達到預(yù)期要求。在傳統(tǒng)課堂中，對于基本知識點的講解占較大比例，這無可厚非，而學(xué)生們大多為了考試而只進行理論的學(xué)習(xí)，在課上學(xué)習(xí)以及課下訓(xùn)練時，更多的還是偏重于對基本知識點的吸收，這就與我們的目標(biāo)相違背了。就培養(yǎng)目標(biāo)而言，是否可以掌握基礎(chǔ)理論知識，在工程中是否可以對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算了如指掌，是否可以熟練使用有限元分析軟件，都是很重要的環(huán)節(jié)。為了減少學(xué)校與社會之間的過渡期，我們教師有義務(wù)，也有責(zé)任將工程實踐教學(xué)帶入課堂中，以工程計算實例為訓(xùn)練內(nèi)容。應(yīng)該精心設(shè)計課程，設(shè)置一些針對鋼結(jié)構(gòu)在實際工程應(yīng)用計算實例，讓學(xué)生們在課堂中，或者課堂下親自動手操作計算，可以極大地培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進一步縮短學(xué)校與社會之間的距離，學(xué)以致用，以用促學(xué)。

二、解決《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理》課程存在問題的措施

（一）完善滿足與市場需求相符的教學(xué)內(nèi)容

為了加強學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)整體的認識和理解，需要在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程中，加入鋼結(jié)構(gòu)整體系統(tǒng)的計算實例，不僅使學(xué)生掌握基本構(gòu)件的設(shè)計原理，還使學(xué)生懂得整個鋼結(jié)構(gòu)體系的計算過程;一些良好的工程實例也會使教學(xué)更形象化、具體化，如在教授金屬疲勞相關(guān)知識時，引用了日本阪神地震時鋼橋破壞的案例，從鋼橋破壞引到鋼橋墩的超低周疲勞破壞，再進一步剖析超低周疲勞破壞的機理，將難以理解的理論問題轉(zhuǎn)化為鮮活的工程問題，幫助學(xué)生提高理論水平，使學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計市場的工作。

（二）完善多媒體教學(xué)環(huán)節(jié)

可以利用軟件建立模型、有限元分析、制作多媒體課件相結(jié)合，將一些復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)以照片、錄像以及建模等形式通過屏幕投影設(shè)備呈現(xiàn)給學(xué)生，也可作為學(xué)習(xí)資料傳給學(xué)生，在課后細細研討，擴展思維。建模軟件可自由進行視角切換，這就保證了可以較為全面的講解和展示。同時，建立的模型可以展現(xiàn)出一些結(jié)構(gòu)的細節(jié)部位，因此可以對整個結(jié)構(gòu)有較為細致直觀的闡釋。這種應(yīng)用新媒體的教學(xué)手段形象、直觀、信息量大，使學(xué)生在聽覺、視覺上受到直接的刺激，既增加了學(xué)生的感性認識，又加深了理性認識，也充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高教學(xué)效果。這種方法可提高學(xué)生的能力，擴展思維，但對于教師來說是一種考驗，給教師的準(zhǔn)備工作提出了更高的要求，如在課前需要認真準(zhǔn)備多媒體課件，以便在課上有更好的呈現(xiàn)。

（三）采用漢英日三語教學(xué)

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理教學(xué)過程中，適量增加英語和日語撰寫的鋼結(jié)構(gòu)知識、詞匯，尤其是增加英、美、日等發(fā)達國家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的理論知識。在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程開展之前，可先進行學(xué)科外語課程的教學(xué)。學(xué)科外語課程教授一些專業(yè)的詞匯以及相關(guān)的用法形式，但在授課后，學(xué)生的應(yīng)用范圍僅限于考試和作業(yè)，在平常幾乎難以應(yīng)用。而《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》課程恰好可以給學(xué)生以應(yīng)用的空間。且通過設(shè)計三語教學(xué)，還可以進一步鞏固學(xué)生對專業(yè)詞匯、用法的理解，這樣既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以為學(xué)生的專業(yè)外語水平打好一定的基礎(chǔ)。三語教學(xué)模式可以使學(xué)生更加深入地了解發(fā)達國家先進的鋼結(jié)構(gòu)理論知識和先進的技術(shù)，掌握行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)詞匯和專業(yè)語句，有利于學(xué)生積極參與國際交流、合作與競爭。

（四）完善教學(xué)實踐環(huán)節(jié)

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》是實踐性非常強的一門課程，只靠教師講授難以達到較好的效果。因此，為增強課程的實踐性，在課上可以設(shè)置一些鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計計算的例題，讓學(xué)生親自參與，使學(xué)生充分地融入到工程實踐的氛圍中來，熟悉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工圖紙編制規(guī)程，掌握鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計驗算過程，同時也可加深學(xué)生對《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》理論知識點的理解?？山M織學(xué)生針對實際鋼結(jié)構(gòu)工程進行分組設(shè)計計算，按小組分別對某高鐵橋梁的鋼支架體系（含臨時鋼墩、貝雷片、工字鋼、支撐鋼管等鋼構(gòu)件）進行手工設(shè)計驗算。在完成手工計算之后，還要進行電算的訓(xùn)練。學(xué)生需要使用結(jié)構(gòu)計算軟件MIDAS建立鋼結(jié)構(gòu)體系的三維模型進行計算，通過對比手算和電算結(jié)果，驗證計算過程是否出現(xiàn)問題，如選取的公式是否合理、理論是否正確等。通過課堂實際工程的設(shè)計計算，可增強學(xué)生對理論知識的應(yīng)用，推動理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)了學(xué)生用理論知識進行實際工程中鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)整體體系的設(shè)計計算的能力。

三、結(jié)語

工程類專業(yè)涉及多學(xué)科交叉，涉及面廣，實踐性強。它的培養(yǎng)目標(biāo)，是培養(yǎng)出與社會接軌的，既懂理論又可以靈活應(yīng)用的優(yōu)秀本科生，但就目前情況來看，效果并不樂觀，這就需要我們高校教師合理地進行課堂模式的改革，根據(jù)實際情況，完善教學(xué)模式，如完善與市場符合的教學(xué)模式、多媒體教學(xué)、多語種教學(xué)、完善實踐環(huán)節(jié)等。在逐步教學(xué)實踐中，逐步完善，逐步提高，才能實現(xiàn)我們的教學(xué)目標(biāo)，為社會主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的專業(yè)人才。

參考文獻：

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[責(zé)任編輯 杜建立]

作者簡介：田欽（1982.1— ），男，土家族，湖南古丈人，講師，研究方向：鋼橋疲勞、橋梁健康監(jiān)測、橋梁抗震。

課題項目：本文系江西省南昌大學(xué)校級教改課題《基于復(fù)合型人才培養(yǎng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課程教學(xué)改革的研究》（編號9130-1402）研究成果之一。