淺析《鋼結構設計原理》課程教學現狀與創新改革方法

金佳旭 李永靖 杜東寧 劉家順

摘要：《鋼結構設計原理》課程是土木工程道橋類專業的主干專業課之一，具有內容多、理論性強、創新設計能力要求高的課程特點。通過對學院在鋼結構課程上的教學現狀分析，提出所存在的教學問題，探討了推進鋼結構課程創新改革的具體方法，這對于提升課程教學效果和提高教育質量具有重要的現實意義。

關鍵詞：鋼結構；課程特點；教學現狀；課程創新改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）31-0072-03

鋼結構體系具有承載力大、自重輕、安裝容易、抗震性能好和可循環使用等綜合優勢，隨著我國建筑工程領域產品的結構調整，鋼結構以其自身的優勢引起業內的關注，并在許多工程中得到合理、迅速的應用，我國在政策上對鋼結構的應用也十分重視。萬州長江大橋、上海金茂大廈、中央電視臺新臺址主樓、鳥巢等系列超高、超大型鋼結構的興建都代表著我國鋼結構的先進發展水平[1]。但由于我國工業體系建立得較晚，鋼結構還存在著巨大的發展空間，國家亟須培養一批理論和實踐并重的高素質鋼結構人才。《鋼結構設計原理》是土木工程專業十分重要的專業課程，也是道路橋梁專業學生認識鋼結構工作原理、從事鋼結構設計與施工的重要理論和實踐來源，但由于該課程內容廣泛，知識點學科交叉現象明顯，難度較大，并且開設的課時較少，很多本科生在學習過程中都出現學不透徹、學過就忘的現象。如何讓學生更好地掌握鋼結構設計原理，并能在以后的工作或科研過程中加以運用，是擔任鋼結構教學任務的教師面臨的一個重要問題。

一、鋼結構課程特點

（一）課程內容較多，交叉學科廣

《鋼結構設計原理》課程內容較多，所涉及的工程結構類型也眾多，既有輕型結構也有重型工業廠房結構，又包括大跨度空間結構、多層高層建筑結構、可拆卸移動結構以及鋼筋混凝土結構等，設計理論既包括鋼材的選擇，結構的連接、結構穩定性和強度分析，又涉及許多規范、規程和工程實例的分析，從結構的選型，到結構的模型簡化，再到結構的強度、穩定性和變形計算，以及結構連接的焊縫、螺栓計算，所包含的知識內容涉及土木工程材料、材料力學、結構力學、彈塑性力學和鋼筋混凝土設計原理等多個學科，所以說課程難度相當大，對于本科生來說，依靠單一的課堂教學確實很難學好。鋼結構設計原理是一門教學難度很大的課程[2]，具有獨立的鋼結構設計能力是《鋼結構設計原理》課程的教學目的之一，而創新設計則是課程的更高層次要求。所有的土建工程幾乎都離不開鋼結構的設計和使用，好的鋼結構設計一方面可以大大提高工程質量，另一方面也可以降低工程費用，所以在課程之中重視學生的結構創新設計能力培養至關重要。一方面需要學生能結合工程實際需求合理地選擇鋼材，確定結構體系類型和連接方式，另一方面也需要其能夠進行結構的強度計算和穩定性及抗震分析。

（二）課程理論性強，較為抽象

鋼結構設計原理的內容主要可以分為材料、構建、連接三個部分，每部分知識都具有很強的理論背景。鋼結構材料的選擇需要充分考慮鋼材的力學性能、破壞形式、分類及鋼材性能的影響因素。構建部分是整個鋼結構課程理論的重難點，包括了軸心受力構件、受彎構件、拉彎和壓彎構件在內的多種受力構件的強度、剛度和穩定性的計算，對材料力學的相關理論要求極高。構建連接主要包括焊縫和螺栓兩種連接方式，但涉及焊縫的構造設計計算和強度驗算，類型很多，深化了連接理論[3]。所以說鋼結構設計原理在很強的工程實踐背景下也具有很強的理論性，較為抽象，單一的課堂講解不利于學生的理解。

（三）對學生創新設計能力要求高

具有獨立的鋼結構設計能力是《鋼結構設計原理》課程的教學目的之一，而創新設計則是課程的更高層次要求。所有的土建工程幾乎都離不開鋼結構的設計和使用，好的鋼結構設計一方面可以大大提高工程質量，另一方面也可以降低工程費用，課程內容較多，交叉學科廣，所以在課程之中重視學生的結構創新設計能力培養至關重要。一方面需要學生能結合工程實際需求合理地選擇鋼材，確定結構體系類型和連接方式，另一方面也需要其能夠進行結構的強度計算和穩定性及抗震分析。

二、學校鋼結構課程教學現狀分析

《鋼結構設計原理》課程教學的目的是使學生能掌握鋼結構的基本理論和設計方法，能夠對簡單的鋼結構體系進行強度校核和穩定性分析，學會鋼結構的連接原理和連接方法，可以進行簡單的鋼結構設計。遼寧工程技術大學在多年的鋼結構教學中也一直在秉持這一教學目標，但不得不承認在課程設置和教學的過程中還是存在很多問題。針對學校鋼結構課程教學的問題現狀，做出如下分析。

（一）教學手段較為傳統，缺乏創新

學校開設鋼結構課程以來一直沿用傳統的課堂板書教學模式，老師在講臺上進行板書講授，學生在下面單調聆聽。一方面由于鋼結構課程內容多、理論強的特點，使得這種枯燥的“灌輸式”教學方式很難使學生產生學習和研究興趣，另一方面由于鋼結構與工程實際結合緊密，一些重要的知識單靠抽象的口頭講解很難清晰地向學生講授，很多復雜的工程實例也不容易通過黑板向學生展現，不少學生在課堂上都是“身在曹營心在漢”，達不到教學目的。

（二）教學內容冗雜繁多，缺乏重點

鋼結構課程內容繁多，大多數老師在講授的過程中也都是按部就班從前往后進行講解，力求詳盡，經常會出現教師為了趕進度而在課程某一部分加快速度，掩蓋了重點和難點。每一門課程針對不同專業的學生都應該有不一樣的重點要求，課程中要詳略有度，這樣才有利于學生去更好地掌握課程內容。

（三）教學過程缺乏針對性，教學質量不高

土木工程在很多高校都是大型專業，學生眾多，在大班“批量式生產”的教學環境下會直接導致學生的課程水平參差不齊，分級嚴重，加上“灌輸式”的課堂教學方式，使得很多學困生得不到課堂照顧而學不懂，直至產生抵觸和厭學心理。這種針對性不高的教學方式導致只有很少一部分學生能達到教學目標，教學質量很難得到有效的提高。

（四）教學課時較少，教學效果不明顯

在內容多、知識雜、理論深的課程情況下，學校安排的鋼結構課時只有40個學時，平均每1.5個星期才有2個課時，這使得很多的難點知識得不到詳細的講解，也無法在課堂上過多地列舉重要的工程實例，這在很大程度上增加了教學難度，很多教師在注重課程進度的同時無法注重教學的質量，只能走馬觀花地帶領學生去學習，并不能取得良好的教學效果[4]。

三、鋼結構課程創新改革的幾點提議

如前所述，鋼結構課程有其自身內容多、理論性強和創新設計能力要求高的特點，但在教學的過程中又存在著教學方法傳統、缺乏針對性、課時少等種種問題，使學生普遍感覺學習難度較大。教師要在較少的課時內，努力達到教學目標，確保教學質量，亟須在課程設置和教學方法上進行系列的創新改革，強化教學內容、優化教學結構、改進教學方法，注重學生實踐能力和創新能力的培養，充分結合學校的應用創新型人才教育理念提出課程改革的具體方法。

（一）改進課堂教學方法

傳統單一的課堂板書教學方法很難迎合現階段的素質化教育需求，也很難達到《鋼結構設計原理》課程的教學要求和目的，這種被動式的教學方式在很大程度上磨滅了學生的創造性和積極性，課堂效率較低。而教學改革的目的則是讓學生從被動學習轉化為主動自覺地學習知識，這就需要在教學方法上能以學生為本，提高學生的課堂興趣，真正讓他們參與到課堂中來，培養他們獨立分析問題和解決問題的能力[5]。

1.運用多媒體課件和板書相結合的教學方式。多媒體課件具有直觀、生動、信息量大的優點，課堂上以多媒體為載體，將鋼結構的許多工程實例通過圖片或者動畫的形式展現給學生，激發學生的學習興趣和探索欲望，讓他們切身感受到今天所學的理論知識都會是我們明天步入工作后可能會遇到的，認識到課程的實用性，由“要我學”轉變成“我要學”[6]。并且通過多媒體將很多的知識內容形象化，比如講解螺栓連接時可運用動畫演示給學生展現不同結構條件下的連接方式和連接步驟，如臨現場，清晰可觀。但多媒體加快了講課的速度，對于很多重要的理論公式更需要老師現場的推導和講解，這就要求老師要充分結合板書，一方面在黑板上寫下每堂課程的重點知識概要，另一方面進行重要的公式推導，將板書和多媒體靈活結合起來，提高課堂的教學效果。

2.加強與學生課堂上的互動交流。師生互動交流是一種消化課堂知識的很好方式，每堂課的最后留出10分鐘左右的時間讓學生進行提問，對于學生的簡單疑問老師可以現場予以解答，對于較為復雜的問題老師可以做好記錄在課下通過課堂微信交流群進行交流。學生提問完成后老師也要提幾個有關課堂內容的問題供大家討論交流再進行回答，對于表現好的學生可以進行課堂加分，加入期末成績考評，這樣不但鞏固了課堂知識，還增加了學生的學習熱情。

3.重視工程案例分析，知識點延伸講解。與理論配套的工程案例是課程講解的重要部分，通過案例分析能極大地增強學生的學習興趣，對于增強學生對課程概念的理解、理論的掌握和解決工程實際問題的能力培養都有至關重要的作用。課堂上所引用的工程案例可以分為課堂引導案例、課堂討論案例和課后思考案例，將這些工程案例分類貫穿于教學課堂的始終，既增加了課堂的趣味性，同時也促進了學生工程實踐能力的提高[7]。此外，由于課本內容具有一定的局限性，很多新的專業知識在課本上得不到有效的更新，在講課的過程中一定要適當地將內容延伸，比如在講解有些規范規程時可以對照一些國外的相應規范，這樣既豐富了課程內容，也能引起學生的學習興趣。

（二）強化現場實踐教學

實踐教學是我國高等教育特別是高等工程教育的一個薄弱環節，很多高校在專業教學的過程中都重理論輕實踐，鋼結構課程本身有其很強的工程實踐背景，不走出課堂很難讓學生真正地學懂學透。應該根據課程的進度，適時地安排學生到建筑工地上參觀實物，讓學生真正現場看到多層鋼結構的應用，看到不同螺栓的在鋼結構體系不同部位的分布，知道現場鋼結構焊接的流程，自己動手做一些小型的功能性鋼結構。并將這種現場實踐學習納入課程設計之中，先通過課堂教學，再現場參觀，最后自己動手設計制作，提高學生的學習效果和創造能力。

（三）實施科研帶動課程

在國家創新驅動發展戰略實施的背景之下，科研能力越來越成為評價當代本科大學生綜合素質的一項重要標準，應根據學生的個人學習愛好，選擇一批對鋼結構具有濃厚學習和研究興趣的學生參加相關的科研活動，由教師指導成立大創比賽小組，進行鋼結構作品的創新設計，同時帶領有強烈科研想法的學生做實驗、寫論文、寫專利，鍛煉科研創新能力，為他們以后的工作和深入學習打下良好的基礎。

（四）增加軟件學習第二課堂

隨著計算機和網絡在工程中的普及應用，很多專業課程學習對相關軟件的使用要求也越來越高，在工程中鋼結構設計的軟件有很多種，例如：3D3S、PKPM、Xsteel等，為更好地滿足教學要求，應鼓勵學生在課下多學習一些鋼結構設計軟件的簡單使用，安排相應的要通過軟件去完成的課下作業[8]。CAD是土木工程專業重要的學習軟件，并且學校也都開設了專門的課程，可以在鋼結構課程開設的同時繼續強化CAD繪圖軟件的學習，安排適當的上機課，讓學生能熟練地掌握CAD三維結構建模操作，為他們的畢業設計或者其他建模軟件的學習打下基礎。

（五）完善課程期末考核方式

考核是教學工作的重要環節，它不僅表現在對學生課程成績的檢測，也能綜合反映課程中各環節的教學情況。要提高教育質量，培養學生的創新能力，就需要對每門課程建立起既能真實檢測到學生的綜合水平又能有助于學生自我提升的期末考評方式[9]。根據所探討的新的教學內容和方法，鋼結構課程的期末考核要融入卷面成績、平時成績、課程設計成績和課外拓展成績四個部分，再分別按照50%、20%、20%、10%的比例折合成最終的期末成績。卷面考試主要考查鋼結構課程的相關概念、理論和計算，課程設計則考查學生的工程實例分析和簡單的結構設計能力，在期末考試之前進行。平時成績主要參考學生課堂的回答問題表現、出勤情況和作業完成情況，由教師根據日常教學記錄給予相應的分數，課外拓展成績則要參考學生在鋼結構課程學習期間參加的相關競賽以及實踐、實驗報告和論文撰寫的情況，同樣由課任老師根據學生期末上交的課外拓展材料給予相應的分數。

四、結語

《鋼結構設計原理》課程具有內容多、理論性強、創新設計能力要求高的特點，同時還有很強的工程實踐背景，是一門極不容易掌握的專業課程。結合課程的這些特點，針對現階段鋼結構課程教學中所存在的問題，提出了系列的教學創新改革措施，旨在提高教學質量，提升學生的實踐能力和創造力，使更多的畢業學生能滿足現階段社會人才素質需求，為社會培養出更多具有過硬的鋼結構設計和施工能力的土木人才。

參考文獻：

[1]李幗昌，趙赤云，黃炳生.鋼結構設計原理[M].人民交通出版社，2007.

[2]丁陽.鋼結構設計原理[M]天津：天津大學出版，2004.

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[4]陳宗平.《鋼結構設計》課程教學的探索與實踐[J].中國建設教育，2010，（05）：57-60.

[5]黃玲，謝洪陽.鋼結構設計原理課程教學改革探討[J].高等建筑教育，2010，（04）：68-70.

[6]薛艷霞.《鋼結構》課程教學的認識與實踐[J].福建建筑，2014，（12）：118-120.

[7]王羨農.關于提高《鋼結構》課程教學質量的教改實踐[J].綜合技術與創新管理，2007，（05）：79-84.

[8]陳新，李德建，馮吉利.鋼結構系列課程教學內容改革思考[J].高等建筑教育，2010，（04）：63-67.

[9]余衛華，王正中，蔡坤.鋼結構課程設計改革與實踐[J].高等建筑教育，2015，（01）：69-71.