“鋼結構設計”課程教學模式探討與實踐

摘要：教學過程中將實踐與理論融為一體，使學校教育和企業工作進行無縫對接，培養適應社會需求的土木工程人才，需高校教師大量探討和實踐。“鋼結構設計”是一門實踐性很強的專業必修課，針對該課程的特點，進行多媒體與傳統教學方法相結合，將工程實例貫穿到整個章節教學過程中，加強現場實習和專業設計軟件學習，真正實現實踐與理論一體教學模式，提高學生專業水平和實踐能力。實踐表明，該教學方法取得良好效果。

關鍵詞：鋼結構設計；建筑工程；土木工程

鋼結構建筑具有抗震性能好、可工廠化生產、施工速度快和綠色環保等其他結構形式不可比擬的優越性。隨著鋼結構形式增多，其越來越受到我國建筑界的重視。鋼結構市場的日益增大，急需基礎理論扎實、動手能力強、有豐富經驗的鋼結構設計和施工技術人才。而目前本科教育領域出現的畢業生知識面單一，動手能力弱，欠缺解決實際問題的技能和“實用性”不強等問題。這些高等教育中出現的問題，既不適應當前工程實踐復雜化的趨勢，也不符合教育領域工程實踐教育的發展方向，直接影響了本科教育可持續性發展。[1]如何在教學過程中將實踐與理論融為一體，使學校教育和企業工作進行無縫對接，培養適應社會需求的土木工程人才，需高校教師不斷探討和實踐。[2-4]

土木工程專業課程中，鋼結構工程由“鋼結構設計原理”和“鋼結構設計”兩門課程進行闡述。“鋼結構設計原理”主要講授受彎構件、受壓構件以及連接節點等鋼結構的基本理論和設計方法。“鋼結構設計”主要講述在建筑應用中，各種形式鋼結構的設計計算、構造以及施工技術，它更加接近實際應用，是一門實踐性很強的專業課，因此，對學生實踐能力的培養顯得尤為重要。

筆者通過多年的研究和實踐，在總結該門課程特點的基礎上，通過一定教學方法和手段的應用，并以案例教學法為主線，突出土木工程專業的特點，將實踐能力有效貫穿到課堂教學整個過程中，達到學生在校門和工作崗位間的無縫對接。

一、“鋼結構設計”的課程特點

“鋼結構設計”是土木工程專業本科生的一門專業必修課。課程任務和目的是使學生熟悉各種類型建筑鋼結構體系的基本形式和結構布置、結構體系的受力分析以及設計構造要求；了解鋼結構的制作、安裝、防火及防腐蝕等基本知識；初步掌握建筑鋼結構的設計過程和設計計算的主要方法，熟悉相關的規范條文；培養學生做到能夠應用鋼結構原理和設計的基本知識，分析和解決實際工程中的問題。其課程主要有以下幾個特點：

1.課程內容較多、涉及面廣

“鋼結構設計”課程包含了現行建筑工程建設中的大多數結構形式，面廣量大，包含鋼平臺設計、門式剛架輕型鋼結構、重型工業廠房結構、多層及高層房屋鋼結構、大跨度鋼結構、以及鋼-混凝土組合結構等。在每章里都涉及該種結構的設計理論、構造措施以及相關的規范、規程。因此，該門課程既有一定理論要求、又要熟悉相應規范、構造，既要熟悉“鋼結構原理”基本內容，又要熟悉相應力學知識。

2.課程學時少

為順應我國高校教育改革與發展的需要，各學校按照培養“厚基礎、寬口徑、重實踐、顯個性、高素質的復合型人才”的總體方案，專業課程都被大量壓縮。我校“鋼結構設計”課程的課時量為32學時，另有1.5周課程設計。該課程存在著教學內容多而難，但教學時間又少的矛盾，教師們必須更好選擇講述內容，既達到培養鋼結構設計專業人才的目的，又不影響學生的學習效果。

3.課程實踐性強

該門課程的目的是培養學生具備鋼結構工程的設計、施工能力，讓學生掌握鋼結構設計的方法和手段，領會結構設計的一般要求，熟悉相應的規范、規程，使學生能根據結構承受的直接和間接作用及所處環境特點，設計出既安全適用、又經濟合理的鋼結構體系。該課程開設的直接目的，就是使學生在掌握鋼結構基本理論的基礎上直接面對工程設計和施工，指導學生如何把鋼結構在工程中應用。因此，具有很強的工程實踐性。

4.與相應設計、施工規范聯系密切

作為一門結構設計類專業課程，必須與國家現行設計及施工規范、規程密切聯系。而學生在學校學習中的大部分時間都花費在理論學習上，在課本上所接觸的相關規范知識也比較隱晦，且都是經過編書者精簡過的，因此在教學中如何把規范和教學進行統一值得研究。另外，學生還需熟悉部分鋼結構專門設計軟件。通過該門專業課程的教學，學生能掌握大量的相關專業知識。

由于目前學生所見到的建筑物中大部分為鋼筋混凝土以及砌體結構這些民用建筑，對鋼結構建筑很陌生。前期所學的“鋼結構設計原理”難度又較大，從而覺得“鋼結構設計”這門課程很難，產生了畏懼心理，加之學生沒有實際工程經驗，在本門課程學習中對工程設計也很陌生。因此，“鋼結構設計”課程在教學中和其他課程相比，需要有所突破，除了采用傳統的教學手段之外，更需要通過豐富的教學方法來培養學生的實踐能力，通過有效的教學方法培養學生的理論分析能力和實際工程設計能力。

二、教學手段和方法的改革

1.多媒體課件和傳統的板書相結合

“鋼結構設計”的理論部分以內力分析和結構計算為主，傳統板書教學中教師的“教”與學生的“學”相同步，引導學生思考，參與具體推導過程，可加深學生對計算過程的理解。多年的教學實踐表明，這些傳統的教學方法對于理論教學具有較好的教學效果。運用多媒體教學方法具有直觀性，并且通過圖片、動畫和工程錄像可以傳遞大量信息。

該門課程講解中，對于結構的布置及構造要求這部分教學內容圖量較大，若采用普通板書，既浪費時間也不能講解透徹。利用多媒體技術，采用大量的工程圖片、動畫演示以及錄像資料，清晰明了，更加生動有趣，達到非常好的效果，并且節約了大量課時。

2.案例教學貫穿整個章節

實際工程是工科類課程教學最具有活力的資源，把實際工程引入課堂，實施案例教學，不僅可以豐富教學內容，還可以做到理論聯系實際，使書本中枯燥的理論活起來。在講解每章之前，給每個學生發一份與內容相關的筆者曾經設計過的工程建筑圖和工程基本條件。講完結構體系布置后，學生的作業就是根據建筑圖進行結構體系布置，并畫出結構布置圖。講完內力計算后，學生根據結構布置圖進行內力計算，以此類推。總之，在教學過程中，工程實例貫穿整個理論教學。當整章內容講完后，學生就完成了一個實際工程的設計過程。這種方法不但使學生熟悉該種結構的整個設計思路，還使章節理論和實踐有機結合起來，并且把學生課余時間充分利用，補充教學課時量少的問題。

3.增加教學見習環節

雖然在教學中采用了大量圖片和錄像，使課堂教學生動有趣，但這總是工程的局部和平面影像，不如現場觀摩給學生的印象更深刻。雖然鋼結構工程比較多，但在日常生活中能進入到現場，接觸到實際鋼結構工程的不多。為了提高學習效果，應至少每章內容都有一次見習機會，筆者在課后帶領學生到自己曾經設計過的現場（也是每章布置給學生的作業）參觀，現場講解這些鋼結構建筑的結構布置、細部構造和設計注意事項。通過見習，有效提高學生的感官認識和學習興趣。

4.學習通用設計軟件，增強實踐能力

在目前的建筑行業中，已經廣泛運用專業軟件進行設計和制圖。學生在校園里如果提前接觸和了解這類軟件的使用方法并初步掌握其技巧，則會在走上工作崗位后能快速與實際對接，可以有效地增強學生的就業競爭力。

筆者一般安排兩次課（4課時）進行軟件實踐，在鋼平臺設計和門式剛架設計這兩章內容講解中安排（這兩章具有廣泛的應用性和代表性）。安排學生到計算機房上機學習鋼結構設計的通用軟件PKPM，系統地講述鋼結構設計的計算機軟件操作方法、注意事項，并在課后給學生機動上機時間，培養學生的設計實踐能力。

5.設計規范與教學內容緊密結合

由于“鋼結構設計”課程涉及的內容很廣泛，在編寫教科書時，不可能把規范條例全部寫入，一般都是根據需要含在教程內容中。但在實際工程中，設計人員看的都是規范條文，因此，課本知識與工程設計存在一定的距離。老師有必要告訴學生，課本上的相關內容，規范中是如何要求的。筆者在該門課程的講述過程中，涉及規范要求的，一般是以規范條文規定作為引子進行講解和設計。比如在輕鋼門式剛架的設計中，基本都以“門剛設計規程”為大綱，逐條講解和舉例子。

另外，引入一些典型工程的設計計算書和施工圖紙能補充學生課外相關知識和實踐深度。

6.總結課程內容，精簡相應課時

“鋼結構設計”課程內容多，課時少，如何在有限的課時內使學生掌握大量的知識，是講授該門課程必須要面對的問題。筆者通過課程內容分析，鋼平臺設計、多層鋼結構設計和高層鋼結構設計有很多相同處。多高層鋼結構設計與學生已經學過的混凝土結構設計和高層結構設計有很多相同處。因此，在講解中，挑出這些章節的不同出重點講解，相同處則可減少課時量。另外，對于需做課程設計的部分，可在課程中減少課時，大部分內容在課程設計講解時重點突出。

三、結語

“鋼結構設計”是一門工程實踐性較強的土木工程專業課。課程教學的關鍵是如何通過教學手段和教學方法，與工程實踐緊密結合，增加教學效果。根據該課程的特點，把工程案例貫穿到整個教學過程中，增加工程現場實踐，把相應規范與教學緊密結合，增加相應建筑設計軟件的學習，增強學生工程實踐能力。通過總結課程內容，精簡課時量，學生最大化掌握相應知識。總之，筆者采用的教學方法突出土木工程專業的特點，能夠達到學生在校門和工作崗位間進行無縫對接的目的。實踐證明，上述教學手段和方法的實施使本課程教學取得良好效果。從用人單位的反饋意見看，本專業畢業生在建筑領域能力較強，得到了社會認可，也得到了有關專家的好評。

參考文獻：

[1]鄔峻. 21世紀的高等工程教育：循環創新新模型與21世紀大學建構[J].高等工程教育研究，2002，（5）.

[2]宋高麗.基于應用型人才培養目標的鋼結構課程教學初探[J].高等建筑教育，2010，19（3）.

[3]李方慧，田春竹.鋼結構設計課程實踐教學方法探討[J].高等建筑教育，2011，20（1）.

[4]李昆.基于實踐能力培養的“鋼結構設計”課程教學改革研究[J].中國電力教育，2011，（16）.

（責任編輯：宋秀麗）