應用型本科院校鋼結構課程教學探索與實踐

劉文洋 張兆強 劉金云

收稿日期：2013-04-15

基金項目：黑龍江八一農墾大學教學研究課題（NDJY11306）

作者簡介：劉文洋（1981-），男，黑龍江八一農墾大學工程學院講師，碩士，主要從事多高層鋼結構和大跨空間結構研究，（E-mail）wyliu81@126.com。

摘要：結合應用型本科院校教學的實際情況，對鋼結構課程體系進行了合理設置，并在理論教學和實踐教學過程中以加強學生實踐能力培養為目標進行了探索和實踐。文章介紹了黑龍江八一農墾大學鋼結構課程體系教學安排和具體做法，總結了教學過程中的經驗以及應注意的問題，并對存在部分的問題進行了討論，給出了具體建議。

關鍵詞：鋼結構課程教學；課程體系；實踐能力；人才培養

中圖分類號：G642；TU391文獻標志碼：A文章編號：10052909（2013）05004904隨著中國鋼產量的飛速增長，鋼結構的應用也獲得快速發展，廣泛應用于大跨度結構、高層高聳結構、輕型結構和特種結構等領域。國家建筑鋼結構產業“十五”計劃和2015年發展規劃綱要已明確要求：當前，中國已一改過去鋼材不足的局面，轉而成為鋼材供過于求，擺在日程上的課題早己不是少用鋼材，而是積極合理地擴大鋼結構在建筑中的應用。

鑒于鋼結構的快速發展和廣泛應用，工程界已提出“加強鋼結構人才培養，造就一批鋼結構高級工程技術專門人才”，“建立與鋼結構發展相適應的教育體系，在校的結構專業學生應接受不少于80課時的鋼結構課教育”的建議。可見，隨著鋼結構行業的快速發展，市場對鋼結構專業人才的培養已經提出了更高要求，對鋼結構專業人才的需求也將會越來越大，可以預見鋼結構課程的地位將會越來越重要。

一、課程體系的設置

《高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱》[1]中把鋼結構課程分為原理和設計兩個部分，包括課程設計和畢業設計等。其中鋼結構基本原理為專業基礎課，課程目的是較全面地掌握鋼結構材料、構件和連接的基礎知識，熟悉一些常用鋼結構的分析原理；鋼結構設計是專業必修課，課程目的是在掌握鋼結構設計的基本原理基礎上，學習常用鋼結構的特點、基本設計方法、計算簡圖和內力分析，并能按有關專業規范或規程進行鋼結構的整體設計、截面計算和構造處理，課程內容主要包括單層廠房鋼結構、大跨鋼結構和多高層鋼結構。過去由于種種原因，學校鋼結構課程建設存在一些問題，具體表現在以下幾個方面。

（1）課程設置不合理。在專業課程的設置上重混凝土輕鋼結構。混凝土結構課程90時數，而同樣在土木工程專業課程中占有重要地位的鋼結構課程學時數僅為50～60，鋼結構設計只開設了一門大跨空間結構的選修課。學生僅僅學習了鋼結構的連接方法以及常見的構件設計，對整體結構設計的概念和理解不夠。過去，鋼結構課程安排在第7學期（大四上學期），這主要基于先修課程基礎知識學習的考慮，然而此時學生面臨找工作、考研等諸多問題影響，很難把主要精力投入到專業課學習上來。

（2）實踐教學不足。鋼結構教學中的實踐性教學環節僅有鋼結構課程設計一項內容，學生在學習的過程中沒有機會見到實際的鋼結構建筑物，對于鋼結構加工、制作更是不知所云。雖然教學實習中安排了認識實習和施工生產實習，但基本還是以混凝土結構和砌體結構為主，很少接觸到實際的鋼結構工程。此外，從畢業設計的選題看，幾乎全部是混凝土結構，基本沒有鋼結構方面的畢業設計題目。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

劉文洋，等應用型本科院校鋼結構課程教學探索與實踐

事實上，過去很多學校在課程設置和教學實施上都或多或少地存在類似問題，但經不斷探索已基本解決，并且在教學實踐中積累了豐富的經驗，形成了相對合理又各具特色的課程體系。學校自2006年以來通過幾次修訂教學計劃，構建了鋼結構系列課程體系（見表1），并在多年的教學實踐中，不斷改進和豐富教學內容，保證鋼結構課程的教學質量。應該指出，由于課程設計安排在鋼結構原理課學期末，目前設計內容主要局限于鋼屋架結構，若能把課程設計安排在鋼結構設計課程之后，則可以有更多的結構形式供課程設計選用。表1鋼結構系列課程教學安排課程開課學期學時內容鋼結構560鋼結構基本原理鋼結構設計630廠房鋼結構、多高層鋼結構大跨空間結構730網架、網殼、懸索等空間結構鋼結構課程設計61.5周鋼屋架設計畢業設計813周各類鋼結構設計二、理論教學的實施

專業課的教學目的在于通過具體工程對象的分析，使學生了解一般土木工程項目的設計、施工等基本過程，學會應用專業基礎課程學到的基本理論，較深入地掌握專業技能，建立初步的工程經驗，以適應當前國內用人單位對土木工程專業本科人才基本能力的一般要求[1]。

理論教學是培養學生專業技能和實踐能力的基礎，因此要重視理論教學環節。在教學中除了基本教學內容的講授以外，還應特別強調以下幾個方面在鋼結構課程學習中的作用。

（一）重視力學基礎與鋼結構教學的結合

鋼結構是一門理論性和綜合性都很強的專業基礎課，需要以材料力學、結構力學、荷載與結構設計原理等課程知識作為基礎，因此在課程學習初首先回顧先修課程基礎知識非常必要，以此引導學生復習相關內容，為學習鋼結構課程打下良好理論基礎。

（二）理論教學與工程實例相結合

理論教學稍顯枯燥，在課程教學中應適當穿插工程實例以調整學生學習狀態，調動課堂積極性。在緒論中結合鋼結構的應用和發展介紹學生感興趣的鋼結構工程，引導學生討論結構特點及選型、設計中存在的問題，或者在連接和構件分析與設計中介紹與某個問題相關的背景實例。例如：在講授軸心拉桿設計時介紹索穹頂結構的組成和特點，以使學生對受拉構件能充分利用材料強度進而節省材料有直觀認識；在講授軸心壓桿的穩定時介紹加拿大魁北克大橋和美國哈特福德體育館由于構件失穩而導致結構發生倒塌破壞的例子，使學生了解相關問題的歷史背景，也使學生充分認識到穩定對于鋼結構的重要性。

在課程教學中結合演示性或學生動手參與的試驗和實際工程中的影像資料進行講解，使學生通過直觀感受加深對鋼結構基本概念和理論的理解。目前，一些有條件的高校建立了鋼結構多功能教學實驗平臺[2]，通過實驗平臺訓練學生對鋼結構構件和連接的實驗技能，培養學生的創新意識與創新能力，教學成效顯著。不具備條件的高校可以利用影像資料彌補這些不足。例如：由于學校實驗條件有限，筆者所在的教研團隊在鋼結構加工廠拍攝了大量鋼結構生產、制作過程的視頻和圖片資料，在課堂上結合相應的教學內容進行展示，也取得了較好的效果。

（三）理論教學與結構設計規范相結合

結構設計必然要結合結構設計規范，學生畢業后要從事鋼結構設計工作，需要使用很多規范，在課程教學中把教學內容和相關規范要求結合起來，既能加深學生對抽象規范條文的理解，又能培養學生獨立使用各種規范、查閱相關文獻資料的能力。此外，在教學中還注重將注冊結構工程師執業資格制度和注冊結構工程師考試相關內容作一定介紹，引導和培養學生在這方面的興趣，調動學生努力學習專業知識的積極性。

（四）計算機軟件與結構分析設計相結合

目前鋼結構的分析與設計基本采用專門的軟件來完成，如ANSYS、ABAQUS、STS、MST、3D3S等。為使學生盡快掌握這方面的能力，適應以后的工作需要，在教學中引入部分計算機軟件的演示和講授。例如：演示使用ANSYS有限元分析軟件進行鋼結構基本構件和空間結構的計算分析，講授STS設計軟件進行鋼桁架結構和鋼框架結構的設計，介紹MST設計軟件進行空間網格結構的設計。同時在后續的課程設計和畢業設計中鼓勵學生使用相關軟件進行結構計算和施工圖繪制，進一步培養學生使用結構設計軟件進行設計的能力。

三、實踐教學的實施

實踐教學環節是土木工程教學中非常重要的環節，在現代工程教育中占有十分重要的地位，是培養學生綜合運用知識、動手能力和創新精神的關鍵環節，其作用和功能是理論教學所不能替代的。工程師最終的任務是將理論知識在實踐中加以運用，并通過實踐來驗證理論結果是否正確，所以工程人員必須具備實踐能力。同時，土木工程師還應具有一定的實踐經驗，很多工程問題的處理由于客觀情況過于復雜，難以如實地進行理論分析，在很大程度上仍然依靠實踐經驗來解決[3]。

目前，鋼結構課程的實踐能力培養主要依靠課程設計、畢業設計等來實現。有條件的院校也可通過專業實習和觀察演示性實驗等環節組織學生開展討論來認識、理解鋼結構的組成、特點、應用及結構和構件的受力特性等。

（一）課程設計

學校鋼結構課程設計內容仍為傳統的鋼屋架結構。雖然這種結構形式較為簡單，但其內容涵蓋了軸心受力構件（桁架桿件）、受彎構件（檁條）及壓彎、拉彎構件（當上弦或下弦有節間荷載時），主要為焊縫連接。因此通過完成設計，可以實現由基本構件、連接到簡單結構選型、計算分析、設計和施工圖繪制的訓練。

在具體實施上，鼓勵學生通過學習ANSYS、STS等軟件完成結構計算分析和施工圖繪制。通常，學生在進行結構計算分析時多采用ANSYS有限元軟件或結構力學求解器并輔以手算校核的方式，而在施工圖繪制階段基本都采用STS軟件來實現。通過這些訓練，學生已基本能夠熟練使用軟件完成一般結構的設計工作。

（二）畢業設計

過去，由于鋼結構應用不太廣泛，很多高校的畢業設計題目都采用混凝土結構的形式，這也是過去在教學上重視混凝土結構而輕視鋼結構的原因之一。但由于鋼結構發展迅速、前景廣闊，很多學生希望畢業后從事鋼結構設計與施工方面的工作，或者選擇了攻讀鋼結構方向的研究生，因此希望能有機會進一步深入地學習鋼結構設計方面的知識。

近年來，在畢業設計中增加了一些鋼結構方面的題目，如多高層鋼框架結構、輕型門式鋼架結構和網架結構等，嘗試指導學生進一步學習和應用鋼結構知識，實踐效果良好。此外，除了基本的手算內容以外，還鼓勵學生采用STS、MST等軟件完成結構計算分析和施工圖繪制工作。

通過認識實習—理論課教學—課程設計—畢業設計這樣一系列教學環節的深入，使學生對知識的理解和掌握從簡單到復雜、從理論到實踐、從基本原理、基本構件到簡單結構進而到復雜結構，培養學生工程設計的能力和思維。

四、結語

學校鋼結構課程教學工作雖然在課程體系的設置、學生實踐能力的培養上做了一定的思考、探索與實踐，但同時與國內一些高水平大學在人才培養模式、教學條件、教學質量和教學效果等方面還存在差距，還需要在今后的教學實踐中不斷探索和努力，不斷提高教學質量和人才培養質量，以適應鋼結構行業對人才的需求。

參考文獻：

[1] 高等學校土木工程專業指導委員會.高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 王偉，趙憲忠，郭小農，等.鋼結構多功能教學實驗平臺的研制與實踐[J].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.

[3] 林峰，顧祥林，何敏娟.現代土木工程特點與土木工程專業人才的培養模式[J].高等建筑教育，2006，15（1）：26-28.

Steel structure teaching in applicationoriented universities and colleges

LIU Wenyang， ZHANG Zhaoqiang， LIU Jinyun

（College of Engineering， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Heilongjiang 163319， P. R. China）

Abstract： Based on the actual teaching situation of applicationoriented universities and colleges， the course system of steel structure is reasonably arranged and it has been put into practice in the teaching process to strengthen students practical ability. We introduced the teaching arrangement of steel structure course and some methods used in the teaching process in Heilongjiang Bayi Agricultural University， analyzed problems should be paid attention to， and presented some suggestions for steel structure teaching.

Keywords： steel structure teaching； course system； practical ability； talent cultivation

（編輯梁遠華）