鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革研究

田欽　劉鑫祺

摘 要：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》是土木工程專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)必修課。本文根據(jù)目前我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)人才培養(yǎng)情況，針對(duì)該課程的培養(yǎng)目標(biāo)以及存在的問(wèn)題，從市場(chǎng)需求、教學(xué)方式、國(guó)際化水平、實(shí)踐教學(xué)的幾個(gè)方面對(duì)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理》課程教學(xué)改革進(jìn)行了討論，旨在提高本課程的教學(xué)水準(zhǔn)，推動(dòng)教學(xué)改革。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理;土木工程;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G64? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-9132（2020）10-0003-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.10.001

近年來(lái)，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距。鋼結(jié)構(gòu)本身具有節(jié)約能源、建造時(shí)間短、可良好適用于大跨結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)[1]，這些優(yōu)點(diǎn)讓鋼結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域有了很大的利用空間。同時(shí)，由于我國(guó)政府的大力鼓勵(lì)與支持，鋼結(jié)構(gòu)必然會(huì)有更加廣闊的發(fā)展與應(yīng)用。

但是，就目前情況來(lái)看，我們培養(yǎng)出來(lái)的大學(xué)生，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)顯得嚴(yán)重不足，在畢業(yè)之后，靠著大學(xué)積累的知識(shí)不能很好地勝任鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)工作，這就直接導(dǎo)致了鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的嚴(yán)重缺乏。而相對(duì)于國(guó)內(nèi)而言，國(guó)外的情況卻比較樂(lè)觀，整體處于較為領(lǐng)先的水平。尤其是像美國(guó)、日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，由于其較早使用鋼結(jié)構(gòu)，技術(shù)和理論都相對(duì)成熟[2]。因此，能直接閱讀、理解外文文獻(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)有極大的幫助，這就需要我們教師將這些用外文描述的知識(shí)內(nèi)容傳授給學(xué)生，使學(xué)生能夠掌握到更多的專(zhuān)業(yè)詞匯與專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，以便之后更好地參與到國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。

此外，作為一個(gè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)主干課程，實(shí)踐也是必不可少的一環(huán)，這也是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法顯然還不適應(yīng)發(fā)展的趨勢(shì)[3]，因此，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程改革勢(shì)在必行。

一、目前《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程存在的問(wèn)題

（一）教學(xué)內(nèi)容與市場(chǎng)需求不符

鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)得到了飛速的發(fā)展，但在相比之下，也凸顯出了鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的嚴(yán)重缺乏與從業(yè)者專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的不足[4]。這個(gè)問(wèn)題直接反映出大學(xué)期間的培養(yǎng)出現(xiàn)了問(wèn)題，我們培養(yǎng)出的大學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面知識(shí)嚴(yán)重不足。我們的培養(yǎng)目標(biāo)，是培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的、既懂理論又懂應(yīng)用的復(fù)合型鋼結(jié)構(gòu)人才，但顯然目前的培養(yǎng)模式還沒(méi)有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，其原因在于教學(xué)內(nèi)容與市場(chǎng)需求之間不相符。學(xué)生在現(xiàn)有的教學(xué)模式下，確實(shí)從根本上掌握了鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，但是針對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題，就某個(gè)結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)與計(jì)算過(guò)程并不熟練，這就很大程度上造成了高校培養(yǎng)出的學(xué)生與社會(huì)的“脫節(jié)”現(xiàn)象。

（二）教學(xué)方式比較落后

目前，在國(guó)家的鼓勵(lì)與支持下，鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)正在進(jìn)行高速迅猛的發(fā)展，這種發(fā)展既體現(xiàn)在數(shù)量上的日益增加，又體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣。因而在現(xiàn)代的工程中，除了要滿(mǎn)足基本需求，也要有一定的美學(xué)效果。鋼結(jié)構(gòu)建筑日益增多，高效鋼材、新型結(jié)構(gòu)大量涌現(xiàn)。這就使鋼結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性。而這種趨勢(shì)也給課堂教學(xué)帶來(lái)了一定的困難。就學(xué)生而言，他們的經(jīng)驗(yàn)較少，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的印象并不深刻，只能通過(guò)書(shū)本了解到一些結(jié)構(gòu)的形式，在課堂中又難以看到造型復(fù)雜、創(chuàng)新性強(qiáng)的新型結(jié)構(gòu)，而通過(guò)語(yǔ)言描述與想象力顯然不能形成直觀的印象。因此，在當(dāng)今投影技術(shù)、建模軟件、有限元分析軟件的支持下，一些先進(jìn)的教學(xué)方式也應(yīng)該加以運(yùn)用，從而為學(xué)生創(chuàng)造良好直觀的課堂效果。

（三）缺乏國(guó)際先進(jìn)知識(shí)

在加入世界貿(mào)易組織（WTO）后，中國(guó)比以往更急需一批國(guó)際化的人才。尤其對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域而言，美國(guó)、日本、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家有較早的研究，其理論與技術(shù)相對(duì)于國(guó)內(nèi)也較為成熟，因此獲取第一手資料是參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的必要一環(huán)。對(duì)于學(xué)生而言，他們需要領(lǐng)悟國(guó)際化的先進(jìn)知識(shí)，了解前沿動(dòng)態(tài)，掌握一些基本學(xué)術(shù)名詞的外文規(guī)范用法，這樣才能在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的浪潮中嶄露頭角，為行業(yè)未來(lái)的發(fā)展提供源源不絕的動(dòng)力。而就目前的情況看，部分學(xué)生的外語(yǔ)水平較低[5]，并不能滿(mǎn)足培養(yǎng)目標(biāo)的要求，且在學(xué)科外語(yǔ)的課程中，學(xué)到的外語(yǔ)內(nèi)容并不能得到運(yùn)用，不能與實(shí)踐、與具體知識(shí)相結(jié)合。就《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》而言，一些專(zhuān)有名詞雖然在學(xué)科外語(yǔ)中學(xué)到，但很難聯(lián)系到課程中，也很難在文獻(xiàn)閱讀中加以運(yùn)用。因此，在課程設(shè)置中增加外語(yǔ)教學(xué)具有一定的必要性。

（四）缺乏實(shí)踐教學(xué)

對(duì)于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》這種工程類(lèi)的專(zhuān)業(yè)核心來(lái)說(shuō)，實(shí)踐教學(xué)也是必不可少的一部分。21世紀(jì)之后，工程實(shí)踐趨勢(shì)已經(jīng)愈發(fā)明顯，但我國(guó)教育卻因“重理論、輕實(shí)踐”而導(dǎo)致學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力沒(méi)有達(dá)到預(yù)期要求。在傳統(tǒng)課堂中，對(duì)于基本知識(shí)點(diǎn)的講解占較大比例，這無(wú)可厚非，而學(xué)生們大多為了考試而只進(jìn)行理論的學(xué)習(xí)，在課上學(xué)習(xí)以及課下訓(xùn)練時(shí)，更多的還是偏重于對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的吸收，這就與我們的目標(biāo)相違背了。就培養(yǎng)目標(biāo)而言，是否可以掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，在工程中是否可以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算了如指掌，是否可以熟練使用有限元分析軟件，都是很重要的環(huán)節(jié)。為了減少學(xué)校與社會(huì)之間的過(guò)渡期，我們教師有義務(wù)，也有責(zé)任將工程實(shí)踐教學(xué)帶入課堂中，以工程計(jì)算實(shí)例為訓(xùn)練內(nèi)容。應(yīng)該精心設(shè)計(jì)課程，設(shè)置一些針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程應(yīng)用計(jì)算實(shí)例，讓學(xué)生們?cè)谡n堂中，或者課堂下親自動(dòng)手操作計(jì)算，可以極大地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步縮短學(xué)校與社會(huì)之間的距離，學(xué)以致用，以用促學(xué)。

二、解決《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理》課程存在問(wèn)題的措施

（一）完善滿(mǎn)足與市場(chǎng)需求相符的教學(xué)內(nèi)容

為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體的認(rèn)識(shí)和理解，需要在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程中，加入鋼結(jié)構(gòu)整體系統(tǒng)的計(jì)算實(shí)例，不僅使學(xué)生掌握基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)原理，還使學(xué)生懂得整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算過(guò)程;一些良好的工程實(shí)例也會(huì)使教學(xué)更形象化、具體化，如在教授金屬疲勞相關(guān)知識(shí)時(shí)，引用了日本阪神地震時(shí)鋼橋破壞的案例，從鋼橋破壞引到鋼橋墩的超低周疲勞破壞，再進(jìn)一步剖析超低周疲勞破壞的機(jī)理，將難以理解的理論問(wèn)題轉(zhuǎn)化為鮮活的工程問(wèn)題，幫助學(xué)生提高理論水平，使學(xué)生能夠更好地適應(yīng)未來(lái)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)市場(chǎng)的工作。

（二）完善多媒體教學(xué)環(huán)節(jié)

可以利用軟件建立模型、有限元分析、制作多媒體課件相結(jié)合，將一些復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)以照片、錄像以及建模等形式通過(guò)屏幕投影設(shè)備呈現(xiàn)給學(xué)生，也可作為學(xué)習(xí)資料傳給學(xué)生，在課后細(xì)細(xì)研討，擴(kuò)展思維。建模軟件可自由進(jìn)行視角切換，這就保證了可以較為全面的講解和展示。同時(shí)，建立的模型可以展現(xiàn)出一些結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部位，因此可以對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)有較為細(xì)致直觀的闡釋。這種應(yīng)用新媒體的教學(xué)手段形象、直觀、信息量大，使學(xué)生在聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)上受到直接的刺激，既增加了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，又加深了理性認(rèn)識(shí)，也充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高教學(xué)效果。這種方法可提高學(xué)生的能力，擴(kuò)展思維，但對(duì)于教師來(lái)說(shuō)是一種考驗(yàn)，給教師的準(zhǔn)備工作提出了更高的要求，如在課前需要認(rèn)真準(zhǔn)備多媒體課件，以便在課上有更好的呈現(xiàn)。

（三）采用漢英日三語(yǔ)教學(xué)

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理教學(xué)過(guò)程中，適量增加英語(yǔ)和日語(yǔ)撰寫(xiě)的鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)、詞匯，尤其是增加英、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的理論知識(shí)。在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程開(kāi)展之前，可先進(jìn)行學(xué)科外語(yǔ)課程的教學(xué)。學(xué)科外語(yǔ)課程教授一些專(zhuān)業(yè)的詞匯以及相關(guān)的用法形式，但在授課后，學(xué)生的應(yīng)用范圍僅限于考試和作業(yè)，在平常幾乎難以應(yīng)用。而《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》課程恰好可以給學(xué)生以應(yīng)用的空間。且通過(guò)設(shè)計(jì)三語(yǔ)教學(xué)，還可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)詞匯、用法的理解，這樣既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又可以為學(xué)生的專(zhuān)業(yè)外語(yǔ)水平打好一定的基礎(chǔ)。三語(yǔ)教學(xué)模式可以使學(xué)生更加深入地了解發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的鋼結(jié)構(gòu)理論知識(shí)和先進(jìn)的技術(shù)，掌握行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的專(zhuān)業(yè)詞匯和專(zhuān)業(yè)語(yǔ)句，有利于學(xué)生積極參與國(guó)際交流、合作與競(jìng)爭(zhēng)。

（四）完善教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》是實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門(mén)課程，只靠教師講授難以達(dá)到較好的效果。因此，為增強(qiáng)課程的實(shí)踐性，在課上可以設(shè)置一些鋼結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)計(jì)算的例題，讓學(xué)生親自參與，使學(xué)生充分地融入到工程實(shí)踐的氛圍中來(lái)，熟悉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工圖紙編制規(guī)程，掌握鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)驗(yàn)算過(guò)程，同時(shí)也可加深學(xué)生對(duì)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》理論知識(shí)點(diǎn)的理解?？山M織學(xué)生針對(duì)實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行分組設(shè)計(jì)計(jì)算，按小組分別對(duì)某高鐵橋梁的鋼支架體系（含臨時(shí)鋼墩、貝雷片、工字鋼、支撐鋼管等鋼構(gòu)件）進(jìn)行手工設(shè)計(jì)驗(yàn)算。在完成手工計(jì)算之后，還要進(jìn)行電算的訓(xùn)練。學(xué)生需要使用結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件MIDAS建立鋼結(jié)構(gòu)體系的三維模型進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)對(duì)比手算和電算結(jié)果，驗(yàn)證計(jì)算過(guò)程是否出現(xiàn)問(wèn)題，如選取的公式是否合理、理論是否正確等。通過(guò)課堂實(shí)際工程的設(shè)計(jì)計(jì)算，可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用，推動(dòng)理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)了學(xué)生用理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)際工程中鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)整體體系的設(shè)計(jì)計(jì)算的能力。

三、結(jié)語(yǔ)

工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)涉及多學(xué)科交叉，涉及面廣，實(shí)踐性強(qiáng)。它的培養(yǎng)目標(biāo)，是培養(yǎng)出與社會(huì)接軌的，既懂理論又可以靈活應(yīng)用的優(yōu)秀本科生，但就目前情況來(lái)看，效果并不樂(lè)觀，這就需要我們高校教師合理地進(jìn)行課堂模式的改革，根據(jù)實(shí)際情況，完善教學(xué)模式，如完善與市場(chǎng)符合的教學(xué)模式、多媒體教學(xué)、多語(yǔ)種教學(xué)、完善實(shí)踐環(huán)節(jié)等。在逐步教學(xué)實(shí)踐中，逐步完善，逐步提高，才能實(shí)現(xiàn)我們的教學(xué)目標(biāo)，為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人才。

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[責(zé)任編輯 杜建立]

作者簡(jiǎn)介：田欽（1982.1— ），男，土家族，湖南古丈人，講師，研究方向：鋼橋疲勞、橋梁健康監(jiān)測(cè)、橋梁抗震。

課題項(xiàng)目：本文系江西省南昌大學(xué)校級(jí)教改課題《基于復(fù)合型人才培養(yǎng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)改革的研究》（編號(hào)9130-1402）研究成果之一。