金屬結構課程設計教學方法探討

徐喻瓊

摘 要 本文以本校專業特點為基礎，結合自身的教學體會，在金屬結構課程設計的授課方式上，總結出分步、互動和綜合考核為一體的教學方法，用以培養學生創新能力和實踐能力，也為今后其他實踐性課程的課程設計教學提供一定的參考。

關鍵詞 鋼結構課程設計 教學方法 教學改革

Abstract This paper is based on the specialty characteristics， combined with his own teaching experience， in the metal structure of the curriculum design teaching methods， summed up step by step， interactive and comprehensive assessment as one of the teaching methods， to cultivate students' innovation ability and practice ability， but also provide a reference for future curriculum design and teaching practice of other courses.

Keywords metal structure course design； teaching methods； teaching reform

課程設計是與高等教育培養方案中規定課程的配套實踐環節，是學生運用前修的專業理論知識和基本技能，分析實際問題，開展自主項目設計的重要教學環節。不僅可以讓學生鞏固專業知識，為以后的深入學習和工作打下堅實的基礎，而且還可以讓學生學會熟練地使用資料和相關工具書、手冊等，把所學的課本知識與實踐結合起來，起到溫故知新、相互促進的作用，能較全面地提高學生獨立思考能力、實踐創新能力、自學研究能力等。

金屬結構設計這門課程已經在許多高校的機械類專業及相關專業開設。目前，我校在材料成型及控制專業開設了金屬結構設計課程及相應的課程設計，結合本專業發展方向及我校在金屬材料成型方面的特長，教學內容側重于鋼材的基本性能和構件強度、剛度及穩定性的計算方法等。本課程的講授時間為40學時，課程設計時間為兩周，命題以實用性很強的鋼屋架和輕型門式剛架兩種形式為主。教學目的是使學生在對材料成型專業知識有一定了解的基礎上，能自主完成給定命題的設計過程，要求學生掌握金屬結構設計的一般原理要求和設計方法。最后的考核標準是全面詳實的計算書和施工圖，以適用性、安全性、經濟性、合理性作為設計作品目標。

1 金屬結構課程設計中存在的問題

1.1 金屬結構設計課程的內容繁雜

金屬結構設計這門課程涉及的內容十分廣泛，既要講述金屬結構的設計理論，又要介紹結構的構造措施，還要綜合考慮結構體系選型、結構抗震以及鋼筋混凝土等建筑工程相關知識。知識體系要求具有完備的理論分析，嚴謹的設計理念，還要與相關的規程緊密聯系，按照規范要求嚴格計算。這就要求，講授金屬結構的教師必須具備扎實的力學基礎、熟悉相關規程規范，還要有一定的土木工程建筑類相關專業知識的儲備。否則，很難講好課。

課程設置方面，存在教學內容多、學時少的矛盾。我們針對材料成型及控制專業的特點，在有限的40學時內，主要講授金屬結構的連接設計、軸心受力構件、受彎構件等金屬材料中最常用的基本結構設計內容。教師在授課時，根據教學學時的分配，會選擇性地結合專業特點講授部分內容，而造成有些問題講得不夠深入，系統性不強，進而不能達到預期的教學效果，必然會影響課程設計的成果質量。

1.2 金屬結構設計課程的章節聯系不緊密

金屬結構設計的課程內容雖然多，但每一章節之間的順序聯系不緊密，前后章節大多相對獨立。例如：同樣是連接計算，焊縫計算與螺栓計算的公式完全不同，桿和梁的規范規定完全不同，且公式繁多，適用條件復雜。學生具體應用時，首先要嚴格按照設計條件，再綜合理解和分析問題，這無疑對學生的學習能力提出了較高的要求。這樣，落實到課程設計環節時，有部分學生一旦概念不清，或把握不準，就很容易出現大量的計算問題。

1.3 金屬結構設計課程的專業特色不鮮明

金屬結構課程設計是金屬結構設計的實踐性教學環節。課程設計是建立在學生對專業知識有一定了解的基礎上，指導教師根據專業特點或專業方向指定選題，引導學生自主完成給定命題的金屬結構單體設計過程。整個課程設計的過程，是先修知識的綜合應用，要求學生掌握金屬結構設計的一般要求、設計過程和設計方法，尤其要具備較好的相關力學知識。因此，大部分的課程設計采用通用化的命題，缺乏鮮明的專業特色，這為學生提交最終的學習成果帶來了一些難度。

在講解專業理論時，教師如果不了解學生對應有知識的掌握程度，只按照通用授課方式講解，必定難以針對課程設計中學生容易出現的錯誤進行有的放矢的教學。通常課程設計安排在學期即將結束的前兩幾周，學生在匆忙完成計算書和圖紙后，便準備回家或外出，大多歸心似箭，完成的質量均有待提高。

2 改進教學方法

本課程的系統學習包括理論部分講解和課程設計具體運算。前續課程結課時間先后不同，教師授課方式和側重點有所不同，要求學生認真學習金屬結構設計理論和相關規范后，進行課程設計工作。課程設計要求學生最終提交設計說明書和設計圖紙進行考核。我們在材料成型及控制工程專業開設金屬結構設計課程設計上，有如下幾點體會：

2.1 分步學習與互動教學相結合

為準確把握學生對相關知識點的掌握程度，一般配備二名教師對學生進行指導。教師在講解清楚課程設計的內容和要求時，更重要的是加強與學生的交流，準確了解他們的進展情況，及時補充需要的知識點，適時調整教學計劃，高效地利用兩周時間完成任務，達到教學要求。比如某課程設計任務書要求學生完成輕型屋架設計，在第一節課上，指導教師引導學生回顧必要的已學知識，重點是夯實力學基礎，細致地講授設計規范、結構體系和計算方法，并針對不同的屋架結構形式，在結構的內力分布和計算方面讓學生明確概念，找準規范，根據適用條件進行計算分析。

為了強化學生的理解和認識，在第二次課時，指導教師進行鞏固和復查，按照給定數據的分組，先核查學生對規范掌握的程度，再隨機抽查學生的設計大綱，要求詳細演示自己設定的計算流程。由于指導教師的檢查監督，一般能較快發現學生在計算過程中存在的共性問題，并在以后的授課過程中有目的地重點講解。同時，要求每個學生的現場演示，對所學知識起到了很好的強化作用。為了做好演示的PPT，學生都會仔細查閱相關金屬結構設計資料和規范，獨立思考、分析總結、精心練習，這既鍛煉了他們的語言表達能力，又能及時發現問題，改進提高。這樣在后續的學時中，學生也會營造積極的學習氛圍，相互交流，發現問題、解決問題，高質量地按時完成課程設計。

2.2 書本學習與實例教學相結合

隨著國家對PPP項目的大力扶持，基礎工程建設的投入有加大的趨勢，金屬結構的建筑物也日益增多，學生對以金屬結構為主體結構的實際工程并不陌生，如果教師再略有提示，學生都有一定的認識。為此，在教學過程中，我們以國內外已建和在建的典型工程作為耳熟能詳的教學范例，除以照片、視頻等形式展示外，還將其主要受力結構件與校內、市內、省內的鋼結構建筑物實體相對照，將書本知識與身邊的實際有機聯系起來。我校以水電為特色，我們積極利用本校的產學研資料，給學生講解著名的葛洲壩工程、三峽工程和其他一些水電站中應用鋼閘門和水工鋼結構，使學生將課堂所學知識與身邊實例聯系起來，在一個個親切、生動的具體形象和實例中加深了知識理解。

此外，材料成型及控制專業的學生在進行金屬結構設計之前，已經完成了如機械原理、機械設計等機械類專業課的課程設計，對課程設計有一定的感性認知。但是，由于金屬結構設計的施工圖表達方式和機械制圖有一定差異，部分學生用施工圖表達鋼結構實體時不夠完整。為此，指導教師在教學初期就精選了出符合現行制圖標準的輕型屋架結構規范和相應的施工圖，并特別從字體選擇、圖面布置等細節之處，要求學生從結構設計的布置到每個節點單元的詳圖分步完成。指導教師還引導學生與專業的機械制圖進行對比學習，從施工圖對比中發現結構圖的問題，糾偏訂正。經過這樣的引導和對比，學生最終能自我發現問題，積極改正，圖面完成的情況較都有很大程度的提高。

3 注重選材料、抓住截面設計的重難點

為了體現材料成型及控制專業的特點，在金屬結構課程設計中，我們注重選材及材料成型方法的選擇。截面設計就是體現專業特點的一大重點和難點。學生在課程設計中，普遍存在截面過大、板件厚度太厚或太薄、連接處截面不等高或不等寬等問題。從計算書來看，截面強度、穩定、剛度等均滿足要求時，會出現截面應力比太小造成材料浪費，或截面連接處截面不等高、翼緣不等寬造成外形層次不齊。腹板厚度太薄使焊接質量難以保障。為減少工作量，部分學生以等截面H型鋼替代經濟合理的楔形截面。雖然教師在理論講解中反復強調過共性問題，但學生在提交的成果中，仍然會重復出現。究其原因，主要是專業課的授課過程中，只重點講解了構件的強度、穩定和剛度等安全性問題，而忽視了金屬結構設計應考慮的結構整體性因素。因此，在截面結構校核的過程中，我們突出正確設計理念的講授與把握，幫助學生用正確的設計理念去處理問題、選擇材料，做到安全性、適宜性和經濟性有機統一。

為避免學生因截面選擇不當而引起的設計不合理，指導教師在教學方法改革中，將學生按不同數據分組，通過匯報和演示，發現共性的問題。同時在課堂上開展討論、相互排查，確保每位學生能明確認識到常見錯誤。師生互動、學生互動，教師啟發學生帶著問題討論，充分調動學生的思維活躍性和創造性。通過討論引導，學生都能基本掌握課程設計的脈絡。若仍不能解決的疑難問題，再通過一對一重點答疑講解，促使學生學到應知應會的知識、掌握真懂善用的本領。

4 探索學習的立體考核方法

本校的“金屬結構設計課程設計”以計算說明書、最終提交的施工圖，部分指定部位的制圖為考核依據，與本校其他機械類課程設計的通用考核方法不同。根據材料成型及控制工程專業的要求，指導教師首先按照每個學生的分組數據，指定關鍵設計部位的圖紙并加以區別，要求用Auto CAD進行計算機繪圖，給出對應具體部位的計算和說明。

為避免學生之間相互抄襲，命題數據分組設置后，指導教師加強了平時對學生的檢查與了解，做到情況心中有數，要求規范規程嚴謹完整，計算數據邏輯連續，再同時考核學生的課堂匯報表現。最終考核時，由學生的書面材料、匯報講解和課堂問答“三位一體”，給出綜合評價，這樣就能有效地反映學生對知識點的掌握程度，也降低了教師對學生的考核難度。同時，結合提交的紙質、電子資料，能對學生做出比較全面地考評，進而實現公平公正。

5 結束語

實踐證明，根據我校材料成型及控制專業特點，積極調整課程設計教學計劃和教學方法，提高師生的互動性，培養正確的設計理念，能有效提高教學質量，培養學生的綜合能力，達到比較理想的培養要求。以專業特點為基礎探索的金屬結構設計課程設計教學方法積極引導學生應用專業知識參與工程實踐，可為今后其他實踐性課程的課程設計教學提供一定的參考。