以案例為主線的鋼結構課程一體化教學改革研究與實踐

宋高麗

摘要：在鋼結構課程中采用案例教學法有助于提高教學效率和教學質量，但在實施過程中存在如案例零散無聯系、相關課程各自為政等諸多問題，不利于學生整體設計思維的建立和綜合應用能力的培養。文章以案例為出發點，對鋼結構課程一體化教學進行研究和實踐。以角鋼屋架、單層門式剛架倉庫、多層鋼框架試驗樓三大工程案例為主線開展教學，實現基本設計理論、構件設計、結構整體設計三個層次的一體化教學，最終達到學生應用能力培養的目標。

關鍵詞：案例教學法；鋼結構課程；一體化教學；教學研究

中圖分類號：G6420；TU391文獻標志碼：A文章編號：10052909（2016）03006804鋼結構代表了未來建筑結構發展的新模式[1]，但相關專業技術人員嚴重缺乏，已成為目前影響整個鋼結構行業健康快速發展的“瓶頸”，大力推進人才強企戰略成為推動建筑鋼結構發展的重要戰略之一[2]。作為專業人才培養主要渠道之一的國內各高校，為了使學生更好地適應鋼結構行業企業的需要，對鋼結構課程教學進行了一系列的研究，主要包括：（1）鋼結構專業人才培養現狀調查、鋼結構專業人才培養目標；（2）鋼結構課程教學特點、當前鋼結構課程教學中存在的問題、教學改革方向和措施；（3）鋼結構課程教學團隊建設；（4）鋼結構課程群設計及學時安排；（5）教學內容、教學方法、教學模式、教學手段的改革等。

上述眾多的研究都提出采用案例教學法有利于提高學生綜合應用能力，但在實施過程中面臨的問題是：在鋼結構設計原理、鋼結構設計、課程設計、畢業設計等教學各環節采用的案例零散、相互間無聯系，導致各課程各環節各自為政，不利于學生整體設計思維的建立和對所學知識的融會貫通。且大多數教材所提供的工程案例，直接采用結構軟件計算結果，計算過程和施工圖簡略，無法為在課程設計、畢業設計中需進行手工計算的學生提供有效參考，不利于學生對設計理論的理解和應用。本文將對鋼結構課程案例設計及以案例為主線的一體化教學進行研究。一、案例設計

（一）案例的設計原則

以案例為主線的一體化教學中，案例是教學目標實現的關鍵，在進行案例的選擇與設計時主要考慮以下幾點：

1.以滿足教學需要為前提

案例是為教學服務的，它作為整個教學活動的主線，首先要滿足教學內容的需要，能基本涵蓋教學大綱中的主要理論知識點。其次，要滿足教學目標的需要，每個案例要向學生傳授哪些理論知識、能解決哪些實際工程問題、能培養學生哪些方面的能力，都需要預先進行設計和考慮[3]。

2.以實用、夠用為原則

通過以案例為主線的鋼結構課程一體化教學，學生在課程學習結束后就能進行常規鋼結構項目的結構設計。而不同結構體系的設計方法及適用規范都會有所不同，在有限的教學學時內，通常只能對常見結構體系的設計進行講授。因此在進行案例選擇時，應結合鋼結構行業發展現狀及未來趨勢，以實用和夠用為原則，選擇具有廣泛應用性和代表性的案例。

3.以學生應用能力培養為核心

本文所研究的教學改革的最終目標是提高學生對鋼結構理論知識的綜合應用能力。所選案例首先在內容上應具有完整性和綜合性，有利于學生將零散的理論知識系統化，培養學生整體設計思維意識。其次，所選案例在難度上應符合學生的認知能力。學生在開始課程學習之前，對鋼結構一無所知。而一個實際工程項目往往較復雜，不僅包含大量的背景信息和前提條件，還涉及多領域、多學科的知識。過于繁雜龐大的項目容易讓學生找不到方向和重點，造成較大的學習壓力。因此案例的選擇與設計應符合學生由易到難、循序漸進的認知過程，可結合理論教學內容對實際工程項目進行適當簡化后作為教學案例。

（二）鋼結構課程案例設計

以筆者所在學校（應用型本科）為例，鋼結構理論課程主要開設鋼結構設計原理（32學時）、鋼結構設計（32學時），實踐環節包括課程設計（1周）和畢業設計。設計原理課程內容重點是構件（軸心受力、受彎、壓彎和拉彎）設計、焊縫連接設計和螺栓連接設計；鋼結構設計課程內容重點是普通鋼屋架單層廠房設計、輕型門式剛架結構設計、多層鋼框架結構設計；課程設計要求學生完成一榀鋼桁架的設計；畢業設計選題為輕型門式剛架結構或多層鋼框架結構。

鋼結構課程一體化教學過程中，案例所肩負的任務是要將鋼結構所有課程、所有教學環節和絕大部分知識點串連起來，使各課程間相互聯系和銜接得更加緊密，使理論教學與實際應用之間過渡得更加自然，從而改變傳統教學中各課程各自為政、例題零散相互間無聯系、理論環節與實踐環節脫節的現狀。綜合考慮教學內容的適應性、教學實施的可操作性、工程實際應用的廣泛性，確定三大案例，如表1所示。表1鋼結構課程案例案例名稱案例內容案例1：某鋼屋架設計（角鋼桁架）基本資料；支撐布置；荷載計算；內力計算；桿件設計；節點設計；施工圖案例2：某單層倉庫設計（門式剛架結構）基本資料；結構布置；圍護結構設計；抗風柱設計；支撐設計；檁條設計；墻梁設計；剛架設計；施工圖案例3：某多層試驗樓設計（多層鋼框架）基本資料；結構布置及材料選擇；構件截面初選；荷載計算；內力計算；荷載效應組合；構件截面設計；節點連接設計；施工圖案例的編寫應注意：（1）計算過程要詳細。在實際工作中，結構設計計算通常由軟件完成。但為加強學生對基本設計理論的理解，課程設計和畢業設計環節中，一般要求學生手算為主、軟件計算為輔。案例的計算過程應盡可能的詳細，尤其在荷載取值、內力計算、荷載效應組合等方面，這樣才能給學生完成課程設計或畢業設計提供有效參考。（2）施工圖應達到一定深度。鋼結構施工圖具有符號多、標注多、節點詳圖多等特點，與之前學生熟悉的鋼筋混凝土結構施工圖在表達方式、內容等方面都有很大的不同，因此，與案例配套的施工圖應達到一定深度，以便于學生在識讀、模仿繪圖的過程中掌握鋼結構施工圖的繪制內容及常規表達方法。

二、以案例為主線的鋼結構課程一體化教學研究與實踐

（一）一體化教學活動整體設計

赫爾巴特說：“如果缺乏背景經驗，任何新的感知根本就沒有任何意義可言。”在對以案例為主線的鋼結構課程一體化教學活動進行整體設計時，關鍵在于如何通過案例這條主線，把鋼結構課程所有教學環節和主要理論知識點串聯起來，以工程案例為載體，通過教師的引導，將學生處于真實問題的情境之中，并帶著問題設身處地地思考，尋求問題的解決方法，進行探索式的學習，在獲取專業理論知識的同時體驗職業思維方法，培養分析、解決問題的能力和對理論知識的綜合應用能力。

以鋼桁架、門式剛架、多層鋼框架三大案例為載體，開展鋼結構課程一體化教學的總體思路如圖1所示。由于同一案例往往涉及不同章節甚至不同課程的教學內容，在教學過程中，如何幫助學生理清脈絡把握主線、實現課程間的融合銜接是關鍵。同一案例用在不同課程教學中，其側重點也是不一樣的。原理課程關注的是案例中單一構件、節點在內力已知情況下的截面設計和連接設計；設計課程則側重于通過案例幫助學生完成整體設計思路的構建；在課程設計和畢業設計實踐環節，目的是讓學生在參考、模仿案例完成任務的過程中，進一步鞏固和強化學習效果，實現對前兩門課所學理論知識的綜合運用。

（二）案例為主線的教學實踐

以案例為主線開展理論教學，每一節課都是一個單獨的案例教學活動。由于受學時限制，傳統案例教學中很重要的課堂討論等互動環節很難充分的開展。如何通過合理的課堂設計，把握好理論教學與案例分析的節奏，達到理論知識實現應用轉化的最終目標就成為關鍵。基本思路是：基于案例中呈現的問題，以問題解決為指向完成理論教學。主要過程是：（1）問題鋪墊：基于案例背景，結合教學內容引導學生分析需解決的問題（做什么）；（2）理論講解：針對案例需解決的問題進行基本設計理論知識的講解（怎么做）；（3）實踐應用：幫助學生運用所學理論知識解決案例相關問題（怎么用）。

通過案例構建真實的實踐氛圍進行基本理論的講授，以案例闡述理論，最大限度地減輕學生的認知負荷，不僅讓學生知道“學什么”，更重要的是知道“學了可以做什么，怎么做”，體驗到用所學理論知識解決工程實際問題的成就感，減少了單純學習理論知識的枯燥感和迷茫感。

（三）教學效果反饋與評價

教學評價是檢驗教學效果的重要方式之一，是教師進行教學反思的依托。學生是教學活動的參與者和受益者，對教學效果的好與壞最有發言權。根據教學改革擬達成的目標，對學院2010級、2011級土木工程專業學生進行不具名問卷調查，結果如圖2所示。

圖22010級、2011級土木工程專業調查問卷結果實踐證明，通過以案例為主線的鋼結構課程一體化教學改革取得良好的教學效果。最大的收獲在于，學生在“提出問題”與“尋求解答”的交互中完成了由“被動學習”到“主動學習”的轉變，在“案例”與“理論”交叉學習的過程中完成了從基本理論到實際應用的轉換。整個教學過程，對于學生而言，不僅僅是單純理論知識的學習過程，而是一個將零散知識逐漸系統化的過程，更是一個應用能力培養和提升的過程。同時，教師在案例預設、教學實踐與反思的過程中也不斷成長，實現了教學相長。

三、結語

通過案例這條主線貫穿鋼結構理論教學和實踐教學環節，加強了基本設計理論、構件設計、結構整體設計三個層次教學的縱向聯系，實現了鋼結構設計原理、鋼結構設計、課程設計、畢業設計一體化教學。通過案例闡述理論，有利于教師“教”和學生“學”，有利于改變學生學習過程中只見樹木不見森林、應用所學理論知識解決實際工程問題能力差的現狀，有利于學生綜合應用能力的培養和整體設計思維的建立。

參考文獻：

[1]李永平.我國鋼結構建筑行業發展研究[J].上海建材，2012（5）：12-13.

[2]禇云朋.鋼結構建筑市場應用型人才需求與鋼結構教學改革[J].西南科技大學（高校研究），2011（4）：55-57.

[3]劉文燕.案例教學法在刑法教學中的應用[J].教育探索，2014（12）：56-57.

Abstract：Case teaching adopted in steel structure courses will help improve the teaching efficiency and quality， but problems such as case scattered and related courses taught respectively exist in the implementation process， which is not conducive to the establishment of studentsoverall design thinking and cultivation of comprehensive ability. Based on case， this article conducts the research and practice on integrated teaching of steel structure curriculum. Taking three case that angle steel roof truss， singlestory portal frame warehouse， multistory steel frame laboratory building as the main line to carry out teaching， to realize the integrated teaching with three levels of basic design theory， the element design， and configuration integrated design， then finally realize the students application ability.

Keywords： case teaching； steel structure； integrated teaching； teaching research

（編輯王宣）