提高鋼結構設計原理課程教學質量的探索與實踐

李賢++呂恒林++夏軍武

摘要：為提高鋼結構設計原理課程的教學質量，針對該課程特點，建議從認識實習、工程案例引入、輔助教學手段、網(wǎng)絡教學、課程設計和考核方式等方面進行教學改革與探索。實踐表明，該方法能有效地幫助學生掌握鋼結構設計的原理和方法，提升了學生解決實際工程問題的能力。

關鍵詞：鋼結構；教學質量；土木工程

中圖分類號：G6423文獻標志碼：A文章編號：10052909（2016）03006503鋼結構設計原理是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎課程，旨在講解鋼結構連接和基本構件的設計理論，是鋼結構設計課程的前期課程。該課程是土木工程專業(yè)學生較早接觸的專業(yè)課程，具有內容豐富，理論和實踐性較強，課程難度較大等特點[1-2]。隨著近十幾年來我國鋼結構應用的日益廣泛和相關研究的深入，該課程內容不斷擴充和更新，理論不斷豐富和完善。因此，如何培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，逐步學會運用相關規(guī)范，具備扎實的理論和結構設計能力，為后續(xù)課程和今后工作打下良好基礎是本課程的任務。為了提高該課程的教學質量，中國礦業(yè)大學自2008年本科教學大綱修訂以來，對鋼結構設計原理課程的教學方面做了一些改革嘗試，在幫助學生掌握鋼結構設計原理和方法方面取得較好的效果[3]。通過教學團隊的多年努力，該課程目前已成為江蘇省精品課程。文章將重點介紹教學團隊在認識實習、工程案例引入、輔助教學手段、網(wǎng)絡教學、課程設計和考核方式等方面進行的教學改革與探索，供同行切磋和參考。

一、組織認識實習，增強感性認識

中國礦業(yè)大學的鋼結構設計原理課程在大三上學期與混凝土結構設計原理課程同步開設。為增強學生對鋼結構和鋼筋混凝土施工和設計的感性認識，學校在大二下學期暑假安排了三周的認識實習。鋼結構實習主要參觀已建典型鋼結構建筑、鋼結構施工現(xiàn)場和鋼結構加工企業(yè)。2015年暑假認識實習期間，學生參觀了徐州音樂館、徐州奧體中心、徐州高鐵站、西安曲江國際會展中心、中國礦業(yè)大學在建體育館和徐州中煤鋼結構建設有限公司，初步了解了鋼結構大跨網(wǎng)架和桁架、裝配式鋼結構廠房和住宅、預應力鋼結構以及煤礦鋼結構皮帶走廊等結構的結構組成、傳力機理和施工工藝，目睹了鋼結構焊接H型鋼的施工流程，熟悉了氣體保護焊和埋弧焊等不同施焊方式的區(qū)別和特點。在實習期間，指導教師和現(xiàn)場技術人員有意識地針對將來鋼結構課程涉及的授課內容進行點撥和提問，并介紹目前鋼結構的新工藝和新技術，增強了學生的學習興趣和感性認識，使學生對鋼結構的原理和施工理解更為透徹，便于后期的課堂教學。

二、引入工程案例，豐富課堂內容

實際工程是鋼結構設計原理課程的最佳教學資源，將國內外鋼結構的代表性工程引入課堂實施案例教學，不僅可豐富教學內容，還可做到理論聯(lián)系實際，使書本中枯燥的理論變得生動形象。工程案例根據(jù)教學目的可分為課堂引導案例、課堂討論案例和課外思考案例。因此，將工程案例引入教學，需要根據(jù)教學內容、教學目的和教學進度而進行素材的合理編排和加工處理，使之符合課堂教學規(guī)律與特點。在教學過程中，工程案例可圍繞一個或幾個實際工程問題展開描述、分析與討論，用以提高學生分析問題和解決問題的能力。課程還可利用課程網(wǎng)絡平臺共享國內外著名鋼結構施工的紀錄片和國內外鋼結構倒塌事故的圖片和調查，豐富了學生課內外內容。實踐表明，采用案例式教學不僅拓展了教學內容，還活躍了課堂學習氣氛，有利于學生將理論知識融入工程實踐，培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)造能力。

三、利用實體模型、有限元仿真和科研活動輔助教學

在鋼結構設計原理課程的授課過程中，學生較多反映對鋼結構構件失穩(wěn)形態(tài)、構造措施等缺乏直觀認識，例如：學生對壓彎構件在平面內和平面外失穩(wěn)形態(tài)理解較為困難。為解決課程概念抽象問題，教學團隊通過制作鋼結構實體模型、有限元仿真和參與科研項目等多手段加強教學內容的形象性。教學團隊利用學生科研訓練等實踐環(huán)節(jié)制作一些鋼結構塑料模型（如鋼結構梁柱不同形式連接節(jié)點），也可以加工試驗一些小比例鋼結構模型試驗（圖1給出了方鋼管和格構式短柱軸向壓力作用的失穩(wěn)形態(tài)）。同時利用有限元軟件模擬具有形象逼真，全方位動態(tài)顯示等優(yōu)勢，教學團隊可采用有限元軟件ANSYS等模擬鋼結構桿件的整體和局部失穩(wěn)形態(tài)，提供命令流和說明書給學生課后練習，讓學生嘗試改變相關參數(shù)對模擬結果的影響（圖2給出了鋼柱和鋼梁在反復荷載作用下的失穩(wěn)形態(tài)數(shù)值圖）。而科研項目具有一定的前沿性，學生在新工藝和新技術方面的求知欲很強，讓學生參與一些科研項目也可很好地激發(fā)學生學習熱情，增強理解深度。筆者曾讓部分學生參與了屈曲約束鋼板的抗震試驗研究，讓學生結合鋼梁局部失穩(wěn)理論思考屈曲約束的原理和作用。通過形象化教學大大提高了學生學習興趣，激發(fā)了學生的求知欲，達到了培養(yǎng)學生科研能力、實踐能力和創(chuàng)新能力的教學目標。

圖1鋼短柱的失穩(wěn)形態(tài)實驗圖

圖2鋼構件的失穩(wěn)模擬圖四、采用先進網(wǎng)絡技術方便課余學習

現(xiàn)代多媒體技術在豐富課堂教學內容的同時，也會因課堂信息量大而導致學生難以快速理解消化的問題。為方便學生課余時間對教學內容的學習，教學團隊充分利用學?，F(xiàn)有資源建立了課程學習網(wǎng)站，錄制了課程教學視頻。學生隨時可以通過電腦和手機進行網(wǎng)絡學習，了解課程教學大綱、學習指南、教學課件、教學參考書目和授課內容。另外，教師通過課程微信群和QQ群隨時進行網(wǎng)絡答疑，發(fā)布教學新信息，有利于加深師生間的互動，動態(tài)了解學生的課堂掌握程度。實踐表明，網(wǎng)絡輔助教學和答疑的形式因活潑便捷而深受學生喜歡，切合了學生學習心理，在教學中和學生課外學習中發(fā)揮著極其重要的作用，極大地拓展和延伸了學生的課程學習時間和空間。

五、利用課程設計鞏固提升知識點

為鞏固和提升學生所學知識點，鋼結構設計原理課程設置了課程設計環(huán)節(jié)。課程設計可以采取和課程教學同步交叉進行的方式，即課程教學完成到哪個知識點及要求完成相應知識點的課程設計，也可以采取課程教學完成后集中時間課程設計的方式。中國礦業(yè)大學鋼結構設計原理課程實踐環(huán)節(jié)要求學生靈活運用所學專業(yè)知識，結合現(xiàn)行鋼結構設計規(guī)范完成鋼結構平臺的設計。該鋼結構平臺主要由梁、柱、支撐、平臺鋪板等構件組成，主梁和柱、主梁和次梁以及柱與基礎都采用鉸接形式[4]。為區(qū)別后期鋼結構設計課程，該課程設計重點考察學生對荷載傳遞、平臺梁、實腹式、格構式平臺柱和連接設計等知識點的掌握程度，采用簡單的結構形式避免了復雜的結構內力計算。課程設計通過變化跨度和荷載等方式實現(xiàn)一人一題，要求學生獨立完成計算書和繪制施工圖紙，杜絕抄襲現(xiàn)象。課程設計環(huán)節(jié)關于鋼結構平臺結構設計方法為自學內容，鼓勵學生在課程設計環(huán)節(jié)加強自主學習，解決設計環(huán)節(jié)出現(xiàn)的新問題，培養(yǎng)學生解決分析實際問題的能力。從近幾屆學生提交的課程設計成果可以發(fā)現(xiàn)該課程設計對學生全面掌握鋼結構設計原理的知識起到很好的作用，培養(yǎng)了學生的自學能力和獨立解決問題能力，對學生將來的畢業(yè)設計起到了“練兵”作用。

六、采用合理的考核方式

鋼結構設計原理課程中公式和圖表繁多，如果單一地采用閉卷考試，學生記憶公式和圖表的工作量太大，也會導致一些與實際工程設計關系密切的知識點無法考察。 因此，該課程采用閉卷+開卷相結合的方式，閉卷部分重點考察基本理論的理解，而開卷部分重點考察知識點的靈活運用。中國礦業(yè)大學鋼結構設計原理課程近年來考試題型吸取了全國勘察設計注冊結構工程師考試的經(jīng)驗，部分采用計算選擇題的方式。計算選擇題由于命題靈活綜合，避免了現(xiàn)在學生對教材例題的簡單套用和生吞活剝，考察學生獨立解決分析問題的能力，使平時注重過程學習的學生脫穎而出。在命題和閱卷方面上教學團隊堅持多位任課教師綜合命題，流水閱卷。最終成績通過多項成績綜合評定，將平時作業(yè)成績、小測驗成績、試驗報告與考核成績等加權平均計算綜合成績，兼顧過程考核和期終考核。實踐證明，學生通過多方面、多形式的平時訓練和考試磨練，充分認識到了該課程在實際中的重要性，大大加強了學習主動性，其綜合素質得到明顯提升。

七、結語

鋼結構設計原理是一門理論性和實踐性并重的土木工程專業(yè)基礎課程。提高教學質量的關鍵在于將理論知識和工程實踐緊密結合，采用多種教學手段和考核方式，調動學生的學習積極性，從而使學生真正掌握鋼結構構件的設計方法和原理，為學生后續(xù)課程學習以及畢業(yè)后成為一名合格的工程師打下堅實的基礎。教學團隊多年來積極認真探索和實踐多樣化的教學方法，切實提高了學生認識和解決工程問題的能力。從學生就業(yè)和用人單位的反饋意見來看，本專業(yè)畢業(yè)生在建筑領域能力較強，得到了社會認可和有關專家的好評。

參考文獻：

[1]李昆. 基于實踐能力培養(yǎng)的“鋼結構設計”課程教學改革研究[J]. 中國電力教育，2011（6）：122-123.

[2]曾祥蓉，陳進，王平，等. 提高混凝土結構設計原理課程教學質量的實踐與探索[J].高等建筑教育，2013，22（3）：109-111.

[3]賈福萍，呂恒林，夏軍武，等. 土木工程專業(yè)方向課程教學研究與改革[J].高等建筑教育，2010， 19（2）： 63-65.

[4]夏軍武，賈福萍，龍幫云，等. 結構設計原理[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2009.

Abstract： To improve the teaching quality of fundamentals of steel structure design， the improvement on the aspects of cognition practice， importing engineering cases， auxiliary teaching means， internet teaching， curriculum design and examination methods was suggested and practiced based on the good understanding of the characteristics of the course. The practice indicated that in this proposed way students can easily grasp the theories and methods to design structural steel components， and their abilities to settle practical problems also can be welltrained.

Keywords： steel structures； teaching quality； civil engineering

（編輯周沫）