鋼結(jié)構(gòu)課程教學中融入設計訓練環(huán)節(jié)的分析與思考

吳麗麗 武海鵬 洪成鵬

摘 要：針對過去鋼結(jié)構(gòu)課程的教學與設計訓練環(huán)節(jié)脫鉤、教學形式單一等主要問題，提出“課前+課中+課后”的學習反饋循環(huán)立體化教學模式，采用現(xiàn)代教育技術(shù)和手段豐富課堂教學形式，在教學過程中同步融入課程設計環(huán)節(jié)，通過啟發(fā)式教學、分組討論、過程監(jiān)管等方式實現(xiàn)師生互動，多渠道激發(fā)學生的積極性，使學生增加了知識攝入渠道，加深學習映象，提升了學生對鋼結(jié)構(gòu)實際工程的認識，切實提高了鋼結(jié)構(gòu)課程設計的質(zhì)量。

關鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)課程設計立體化教學分組討論過程監(jiān)管

Abstract： Considering the main problems ?in the past， such as the decoupling of teaching and design training links and the single teaching form of steel structure course， this paper puts forward the three-dimensional learning feedback circular teaching mode of "pre-class and in-class and after-class". Modern educational technologies and means are adopted to enrich classroom teaching forms， integrate curriculum design into the teaching process， realize teacher-student interaction through heuristic teaching， group discussion and process supervision， stimulate students' enthusiasm through multiple channels， increase students' access to knowledge， deepen learning image， and improve students' understanding of practical steel structure engineering， The quality of steel structure course design is effectively improved.

Key Words： Steel structure curriculum design; Three-dimensional teaching; Group discussion; Process supervision

鋼結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)核心必修課程之一， 基本上各高校土木類專業(yè)均開設此課程。本校土木工程專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)課程分成兩部分，第一部分是鋼結(jié)構(gòu)基本原理，主要講授鋼結(jié)構(gòu)材料、鋼結(jié)構(gòu)連接、軸心受力構(gòu)件、受彎和拉、壓彎基本構(gòu)件的受力分析與計算;第二部分是房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設計，它是鋼結(jié)構(gòu)基本原理后續(xù)的設計類課程，主要介紹工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)的設計計算，如輕型門式剛架結(jié)構(gòu)、中重型廠房結(jié)構(gòu)、多高層鋼結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)等，旨在培養(yǎng)學生學會如何運用鋼結(jié)構(gòu)的基本知識進行鋼結(jié)構(gòu)實際工程的設計，即培養(yǎng)實戰(zhàn)能力[1]。本人通過九年來從事鋼結(jié)構(gòu)教學的經(jīng)歷總結(jié)發(fā)現(xiàn)，按照傳統(tǒng)的教學模式即，課程設計獨立于房屋鋼結(jié)構(gòu)選型的理論教學之外，歷屆學生課程反饋意見最多的問題就是感覺鋼結(jié)構(gòu)比較抽象[2]，對構(gòu)件或節(jié)點的具體構(gòu)成不清晰，課程設計中缺乏整體結(jié)構(gòu)設計的概念，宏觀的結(jié)構(gòu)設計意識不強[3]。因此，必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學方式，將課程設計融入理論教學環(huán)節(jié)中[4]，逐步推進，以啟發(fā)式、討論式培養(yǎng)學生進行獨立思考[5]，解決問題的能力。

本文針對房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設計的教學、設計等環(huán)節(jié)面臨的主要問題，根據(jù)本校的實際情況提出立體化《房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設計》課程教學思路，環(huán)環(huán)相扣，激發(fā)學生的求知欲，在課程教學的過程中同步融入課程設計環(huán)節(jié)，建立設計小組，分組討論，邊學邊用，邊學邊做，從而實現(xiàn)主動式教學模式，多渠道激發(fā)學生的積極性，提升學生對鋼結(jié)構(gòu)實際工程的認識， 培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力[6]。

1鋼結(jié)構(gòu)課程設計面臨的主要問題

本校《鋼結(jié)構(gòu)課程設計》是在《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》和《房屋鋼結(jié)構(gòu)設計》兩門課程之后的設計與計算類實踐環(huán)節(jié)。目前的設計題目為工業(yè)廠房梯形鋼屋架的設計，屋架的基本尺寸已給定，將學生分組，每組計算的荷載大小不同，要求在一周（7 天）的時間內(nèi)完成設計計算書和圖紙，主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的屋架形式和幾何尺寸;正確選擇屋架鋼材和焊條;布置鋼屋架支撐體系，計算屋架荷載;根據(jù)屋架桿件內(nèi)力系數(shù)進行桿件內(nèi)力組合;桿件截面選擇及驗算;屋架施工圖的繪制（一張2 號圖紙）等。以下是設計的基本流程圖（圖1）：

以往，《鋼結(jié)構(gòu)課程設計》實踐教學中存在的主要問題有：

（1）基本知識掌握不扎實?！朵摻Y(jié)構(gòu)設計基本原理》的知識點較多，構(gòu)件計算基于材料力學，而有的學生之前材料力學掌握不好，因此學起來很費勁，后續(xù)《房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設計》涉及規(guī)范條文多，綜合性強、實踐性強，兩門課都存在時間少、任務重的困難，教師上課時沒有足夠的時間對例題和習題進行詳細講解，學生對鋼結(jié)構(gòu)設計的理論和基本方法沒有理解透徹，從而影響了課程設計的進度和質(zhì)量。

（2）教學形式單一。以往鋼結(jié)構(gòu)課程設計是單獨放在學期最后一周開展，前面講完課，等到學期末課程設計周時，學生就有可能遺忘了一部分，教學與設計環(huán)節(jié)脫節(jié)，導致學生在設計周時問題較多，如設計和圖紙完成的質(zhì)量不高，計算過程不夠詳細和節(jié)點設計圖不夠規(guī)范等。還有少數(shù)同學照抄他人的設計說明書和施工圖，無法達到預期的教學目標。

（3）教學手段單一。鋼結(jié)構(gòu)設計課程往往僅通過老師講授為主，老師和學生的互動較少，很難激發(fā)學生主動思考和解決問題的能力。

2 將設計融入課程的教學模式

作為一門實踐性很強的專業(yè)課程，應該從學生認知、能力構(gòu)成的規(guī)律上，科學地編排整個教學過程。借助現(xiàn)代教育技術(shù)和多媒體[7-8]等手段改變傳統(tǒng)的填鴨式教學方式，將課程教授、設計環(huán)節(jié)和分組討論等相互結(jié)合，以啟發(fā)式、討論式培養(yǎng)學生進行獨立思考，解決問題的能力。

2.1 新的教學模式

筆者提出以下教學模式和思路： （1） 立體化教學模式?！斗课蒌摻Y(jié)構(gòu)選型與設計》即采用“課前+課中+課后”的學習反饋循環(huán)式教學模式，即“課前”推送微信用于課前預習，對一些概念和知識點做詳細解剖，學生在課前可以對課上內(nèi)容有所了解，做到胸有成竹。 “課中”采用多媒體課件演示與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學手段，對大家均已掌握的知識點簡單講述，并針對知識點和例題開展討論式教學模式，調(diào)動學生自主學習的積極性。且每節(jié)課一開始的前五分鐘會對上節(jié)課內(nèi)容進行復習，老師出題采用雨課堂發(fā)送測試題進行測驗，檢驗學生對知識點的掌握程度，測試分數(shù)計入平時成績中，讓學生引以重視。“課后”：鼓勵學生同步完成課程知識點的思維導圖，每章堅持做，期末復習只需要看平時制作的思維導圖即達到可高效復習的目的。（2）采用動畫或錄像模擬演示。傳統(tǒng)的教學手段較難表述清楚鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的空間位置關系等內(nèi)容，書本上基本都是平面圖，學生有時很難理解板件的位置關系。改用錄像或動畫模擬表達，可以更加生動、直觀，從而獲得其他方法無法取代的效果，大大節(jié)約授課學時?？梢圆捎肍lash photoshop，3DMAX等軟件，制作多媒體動畫課件進行演示，引導學生進行形象思維，加深對基本概念的理解。（3）與課程設計緊密結(jié)合，穩(wěn)步加強學習效果?！斗课蒌摻Y(jié)構(gòu)選型與設計》結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)課程設計，具體做法是：書本上的安排第二章是關于鋼屋架結(jié)構(gòu)的設計，講課時把它作為第一章先講，這樣在講授過程中同步讓學生開始進行課程設計的任務，并根據(jù)荷載不同分組進行，講完相關內(nèi)容布置相應的課程設計內(nèi)容，每節(jié)課前檢查學生的設計進度，發(fā)現(xiàn)問題及時指出，使學生能同步理解與實踐，極大改善了課程與設計相隔時間長，遺忘較多的狀況。

2.2 新的教學手段

建議新的教學手段如下：

（1）采用現(xiàn)代教育技術(shù)和手段豐富課堂教學形式。全程采用雨課堂APP軟件進行教學，如圖2所示。同時，在超星泛雅網(wǎng)絡平臺上同步上傳課程錄屏文件，方便學生課后反復復習。任課教師可以通過這些軟件平臺查看學生預習和復習，測試反饋情況等教學效果。

（2）啟發(fā)式教學方法。啟發(fā)式教學最重要的是引導和啟發(fā)學生思考，并給學生留出充分的思考空間，以便啟發(fā)和引導學生思考。例如講完中、重型廠房屋蓋支撐體系的布置后，反問學生針對課程設計提供的設計資料能否給出合理的布置方案，可以采取分組討論的方式，請各組代表上講臺展示，對其中不合理的地方進行點評。

對難度較大的節(jié)點設計部分，詳細講述，通過三維構(gòu)件立體展示（圖3所示），如何滿足幾個模數(shù)要求：節(jié)點板尺寸模數(shù)、板件長度模數(shù)、角鋼定位軸線模數(shù)如圖4所示。

（3）注重相關軟件在課程設計中的應用。當前，鋼結(jié)構(gòu)設計的信息化機化程度很高，而很多企業(yè)對大學生能力的需求體現(xiàn)不僅僅是專業(yè)知識，還有相關專業(yè)軟件的應用等方面。在鋼結(jié)構(gòu)課程設計中，除了使學生掌握鋼結(jié)構(gòu)課程的相關知識體系外，還要鼓勵學生在桿件的內(nèi)力系數(shù)計算、內(nèi)力組合和施工圖繪制等環(huán)節(jié)中，靈活應用計算機的能力。例如，在內(nèi)力系數(shù)計算中，可要求學生采用結(jié)構(gòu)力學求解器或其他簡單的有限元軟件計算單位荷載下的內(nèi)力。例如結(jié)構(gòu)力學求解器，不僅使學生重新鞏固和復習了結(jié)構(gòu)力學的知識，也同時鍛煉了他們學習和使用軟件的能力。又如，根據(jù)節(jié)點荷載和內(nèi)力系數(shù)進行桿件內(nèi)力組合的設計內(nèi)容中，則可以讓學生通過編制excel 計算表格來計算桁架各桿件設計內(nèi)力，省時省力。

（4）實行嚴格的設計過程監(jiān)管。為了便于教師對學生鋼結(jié)構(gòu)課程設計進展的把控，同時使學生們邊學知識點邊掌握如何使用?！斗课蒌摻Y(jié)構(gòu)選型與設計》課堂教學伊始即將課程設計分成8步：① 屋蓋結(jié)構(gòu)布置;②屋架形式的選擇;③支撐布置;④屋蓋荷載計算;⑤屋架各桿內(nèi)力計算;⑥屋架桿件截面選擇;⑦檁條、拉條和撐桿的計算;⑧節(jié)點設計以及繪制施工圖。按照教學時長每一次或兩次課提交一個設計環(huán)節(jié)的計算報告，通過批閱及時指出學生設計步當中的問題，實施過程管理，最終較高質(zhì)量完成整個鋼屋架結(jié)構(gòu)的設計任務。

3 結(jié)語

經(jīng)過近幾年的教學實踐表明：采取新的教學模式和方法后，學生的學習積極性和學習效率明顯提高，通過學生分組討論、教師點評和學生改進的環(huán)節(jié)，使學生增加了知識攝入渠道，加深學習映象，設計質(zhì)量明顯提高。本文通過對鋼結(jié)構(gòu)課程設計實踐環(huán)節(jié)的探索，提出了一些改革思路，今后還需要進一步加大教學創(chuàng)新思路，不斷總結(jié)經(jīng)驗提高鋼結(jié)構(gòu)教學質(zhì)量。

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