基于留學生的鋼結構基本原理及設計課程教學探討

莊一舟 陳俊杰 鄭國平

摘要：基于對浙江工業大學2014級、2015級、2016級留學生的問卷調查，探討鋼結構基本原理及設計課程教學。調查發現，教學中普遍存在留學生力學基礎差、教師英語授課能力不強、教學方法傳統陳舊、實踐與理論脫節和考核評價不合理等問題。針對鋼結構基本原理及設計課程的性質和特點，并兼顧留學生的特殊性，從課程教學目標、課程內容和教材、教學方法、課程設計和考核評價體系等方面進行探討分析，提出該課程教學改革建議，旨在提高留學生教學質量，培養更多國際化的土木工程專業實用型人才。

關鍵詞：鋼結構基本原理及設計;教學改革;留學生教育;教學方法

中圖分類號：G642.0;TU37 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2020）04-0095-06

隨著我國基礎設施建設的快速推進，出現了大量復雜、新穎、多樣的結構形式。鋼結構體系被譽為21世紀的“綠色建筑”，在國內外成為建造各類基礎設施的首要選擇[1]。同時，隨著十三五規劃的推進以及“一帶一路”建設的加快，我國對外交流愈發頻繁，國際合作項目也日益增多，我國鋼結構產業有了快速的發展[2]，吸引了大批外國留學生來華學習。據教育部統計，2017年共有48.92萬名留學生來華學習，預計該數字會以每年10%的速度增加[3]。大量留學生的引入為進一步推進國際交流與合作，培養具有國際視野的土木工程高級工程師提供了前提條件。留學生在不同教育系統之間的流動，必然對高校的教學和學習帶來影響，在此背景下積極探討高校留學生的教育教學方法具有重要的現實意義。

鋼結構基本原理及設計課程（以下簡稱鋼結構課程）是土木工程專業一門必修課，同時也是一門實踐性極強的專業基礎課。通過該課程的教學，旨在幫助學生掌握鋼結構的基本理論與基礎知識，為以后學習鋼結構施工、設計等打下基礎[4]。本研究在對浙江工業大學留學生的問卷調查中發現，由于教育背景、語言障礙等的影響，傳統的教學方法并不適用于留學生教學。本文針對留學生的特殊性及其學習特點，結合浙江工業大學留學生的調查問卷，對鋼結構課程教學目標、授課內容與方法、課程設計以及考核評價體系等問題進行探討，并提出相應的改革建議。

一、留學生課程教學存在的問題

問卷調查能較真實地反映學生對課程教學的看法，真實了解學生的學習質量以及教師的教學質量、教學方法等。表1為浙江工業大學2014級、2015級、2016級土木工程專業外國留學生對鋼結構課程教學的建議。

從表1可以看出，留學生對鋼結構課程的教材、教學內容、教學安排、考核體系等都提出了建議。從占比來看，留學生十分重視課程的實踐實習;同時也希望更好地融入中國文化，建議學校加強中外學生的課外活動，增進中外學生的交流了解。此外，從調查問卷也可看出留學生教學存在的一些問題。

（一）語言交流困難

浙江工業大學對留學生的基本語言要求為新HSK四級180分及以上，從2014級、2015級、2016級留學生問卷調查發現：大多數留學生都存在語言交流障礙問題。此外，鋼結構課程雙語教學水平高的教師并不多，多數專業教師的英語水平達不到全英語授課的標準。目前，在留學生教學中鋼結構課程教師通常是對部分重要的專有名詞、重要的概念通過翻譯軟件進行翻譯，然后依照PPT進行機械式的翻譯講解，或者拿著英文課本進行中文授課[5]。這就導致留學生對鋼結構基本概念、基礎知識等理解得不夠深入，甚至出現完全聽不懂教師講解的情況，其結果是留學生慢慢失去學習興趣與動力，難以達到理想的教學效果。因此，要提高留學生課程教學質量必須首先提高授課教師的英語水平。

（二）專業基礎差

包括浙江工業大學在內的眾多高校對來華留學生的基礎學歷要求為高中學歷，留學生專業基礎普遍較差。具體表現在基礎力學相關知識掌握得不牢固、數學基礎較差。而鋼結構課程涉及材料力學、結構力學、結構設計等多門學科知識，尤其是對結構力學的掌握非常重要，有的留學生對力學的基本概念都未能很好地了解和掌握，更談不上進行基本的力學分析。后續課程鋼結構設計涉及內容更為廣泛，包括輕鋼門式剛架結構、重型鋼結構廠房結構、多高層鋼結構建筑、大跨度屋蓋結構、網架和網殼結構大跨度等。設計方法既包括力學理論推導，又包括大量的構造要求，同時又與相關規范及工程實際聯系密切，公式、圖表、規范條文多，具有綜合性、技術性和應用性等特點[6]。一方面，授課教師在有限的時間里講授如此繁多的鋼結構知識確實比較困難;另一方面，多數留學生在學習鋼結構課程前并沒有接觸過必要的前導課程，因此對一些基本概念也無法很好地理解和掌握，這在一定程度上影響了他們的學習興趣，難以達到理想的學習效果。

（三）教材選用欠合理

調查發現，留學生普遍反映使用全中文教材學習起來存在一定的困難。目前，國內英文教材主要依據中國規范編寫。但規范往往在不斷更新，教材卻更新遲緩，部分教材內容早已不適用于當前留學生教學。若采用全英教材，一方面存在版權問題[2];另一方面，國外教材編寫依據的是國外規范，與中國的規范標準不一樣，國內授課多以本地的規范為標準。因此，留學生教材建設亟待加強。

（四）課堂教學與工程實踐缺乏有效結合

調查表明，眾多留學生希望能夠參與更多的工程實踐，以加深對課堂知識的理解，提高實踐能力，也有助于未來就業和職業發展。然而，目前鋼結構課程教學理論與實際嚴重脫節，這是許多高校土木工程專業教學面臨的問題。鋼結構課程是一門實踐性很強的課程，課程教學必須與實踐相結合。此外，鋼結構課程與鋼結構制造工藝聯系緊密，其節點連接方式、桿件截面形式和結構形成方式較多，對學生的空間想象能力要求較高[7]。如果僅僅依照課本或者PPT簡單介紹鋼結構的連接方式、常見的構造處理等，留學生難以對實際鋼結構建筑物有深入的了解，無法把握各類鋼結構特點及適用性區分，以致所學理論知識無法與實際鋼結構工程有效結合[8]，其結果不僅使留學生失去學習興趣，而且無法真正掌握課程知識。

（五）課程設計與考核評價體系不夠合理

調查中多數留學生認為課程設計題目過于單一，僅局限于角鋼屋架設計，缺乏新穎性。而且有些題目是往屆的設計題目，教師僅僅變換了相應的參數而已。有的留學生偷工減料，直接利用上屆學生課程設計的模板，稍作修改就算完成任務，這樣顯然難以達到課程設計考核的真正目的，學生也無法真正掌握鋼結構的基本原理與設計方法。在考核評價方面，部分教師過于注重期末考試的結果，忽略學生平時的課堂表現與作業成績，以致學生只注重最后考試成績而忽略平時的知識積累與運用，達不到理想的教學效果。

二、 課程教學的改革與實踐

（一）提高授課教師英語水平，加強中外學生的交流合作

提高教師的英語水平對提高留學生教學質量至關重要。學校應開展授課教師英語技能培訓，不定期開展授課教師的對外訪學活動，或聘請外籍教師授課。一方面，訪學教師可在全英文環境中提升自己的英語水平，同時還能學習適合國外學生的先進教學方法和教學理念，引入國外良好的教學資源;另一方面，訪學教師回國后可以指導相關授課教師，達到共同提高英語授課能力的目的。

針對留學生希望能更好地融入課堂教學的愿望，學校可多開展中外學生互動的課外活動。比如每周或每月組織一次課外活動，中外學生混合編組，每位學生談談自己近期的學習情況、遇見的有趣的事等等。交流中中國學生講英文，外國學生講中文，以達到相互交流、共同進步的目的。此外，授課教師也可將中外學生班級組織起來，開展課下聯動。中外學生混編成組，每組2～4人，各小組課下開展學術研究交流，共同探討和解決專業問題。

（二）明確教學目標，優化教學內容

調查顯示，多數留學生學習鋼結構課程感到有一定難度，究其原因，一方面是因為留學生的數學和力學基礎普遍較差;另一方面，留學生對鋼結構前導課程的相關知識掌握得不夠好，或者由于前導課程教學側重點不同，有的內容沒有作講解等。鋼結構課程內容主要分為基本原理和設計兩部分。鋼結構基本原理涉及材料、連接、構件三個部分，材料部分包括鋼材種類、材料特性、受力特征等，純屬記憶類的知識，可要求留學生重在記憶掌握。連接部分主要包括焊接和螺栓連接等內容，主要涉及材料力學拉壓彎扭組合知識的運用，可要求留學生掌握典型連接的公式，并學會套用公式解決問題即可。構件部分內容比較繁多，分為軸壓構件、受彎構件、壓彎構件等。每種構件又包括強度計算、穩定性計算、局部穩定計算以及構造要求等。授課教師可重點講解每種構件的基本計算方法，教會學生如何從規范表中查值進行驗算。此外，對構件的一般構造可要求留學生進行記憶學習，屈曲后的強度計算可不作要求;構件節點部分如梁梁節點、梁柱節點等內容只要求留學生大概了解即可。總之，授課教師要將教學重點放在公式的運用上，并淡化公式的推導，關鍵是要留學生學會獨立運用公式解決實際問題。課后作業的重心也應在對公式的運用上，要求留學生掌握主要計算步驟，并能熟練運用公式。如軸心受力構件、受彎構件、拉彎和壓彎構件的課后習題，重點在掌握相關強度、剛度、穩定性的計算方法，以及結合現行規范掌握相應構件的設計計算方法。只有突出教學重點，才有助于留學生牢固掌握鋼結構課程的重點知識[9]。

在教學內容方面，授課教師應適當補充相關內容的講解。鋼結構課程重點在于培養學生鋼結構設計能力，使學生具有鋼結構構造設計、施工圖繪制和識圖的能力。因此，在課堂上，授課教師可將自己有關鋼結構的科研成果與學生分享，開拓他們的視野，并通過試驗過程中遇到的問題引導學生一起思考，共同分析探討解決問題的辦法，增強學生學習的興趣和主動性。還可適時引入工程實例，豐富教學內容，做到理論聯系實際，可通過抽象、簡化力學模型，分析相關構件的受力性質、破壞機理等，幫助留學生認識到理論在解決具體實際問題上的重要作用[10]。如單層廠房結構的教學，授課教師可引入具體的工程案例，對案例中鋼屋蓋的選用、種類、截面形式到支撐體系的布置原則和作用、鋼廠房的設計要點、構件設計、節點設計及施工圖的繪制等進行一一講解。結合案例的講解可使枯燥的理論知識鮮活起來，各種新穎的鋼結構圖片也讓學生覺得課程學習輕松有趣。同時，教學中應及時介紹行業發展的最新信息，幫助學生及時了解鋼結構發展的前沿知識，使學生對自己的未來職業有全新的認識。筆者在教學過程中常常播放一些經典的鋼結構試驗視頻，將一些復雜的鋼結構構造、設計等生動地展示出來，收到了良好的教學效果。在課下則通過QQ群、微信群分享鋼結構領域的最新視頻、圖片，并及時解答學生的疑問等。此外，將中外學生混編成組，建立線上及線下討論群，加強師生之間以及學生之間的互動交流[11]。實踐表明，采取以上措施后留學生的學習興趣和動力有了明顯提高。

（三） 編寫適合留學生課程教學的教材

教材是學生與教師溝通的橋梁，學生圍繞教材與教師交流，實現語言能力、知識水平、思維能力的提高[12]。調查顯示，多數留學生不習慣使用全中文的教材，僅有的少量英文教材內容又過于陳舊，不適合當前的留學生課程教學。一本好的教材是提高教學質量的必要條件，建議相關部門組織專家依據中國最新規范編寫雙語教材，既方便留學生自我學習，也方便教師在授課過程中重難點知識的講解。總之，應在考慮留學生學習興趣、基礎知識、學習能力以及授課側重點的基礎上，編寫適合留學生課程教學的通用教材。編寫鋼結構課程雙語教材已刻不容緩。

（四） 加強實踐教學，重視課程設計

調查顯示，多數留學生希望加強實踐教學，提高解決實際工程問題的能力。在教學過程中，筆者發現留學生的動手能力普遍較強。因此，有條件的學校，可以搭建相應的鋼結構課程教學實驗平臺，通過增加實驗課程加深學生對鋼結構基本概念和基本理論的理解。同時還可引導留學生進行鋼結構設計，包括試件設計、支座設計、連接設計等，培養學生的創新意識和創新能力。沒有條件搭建鋼結構課程實驗平臺的學校，也應采取現場參觀、實習等方式，加深留學生對鋼結構構件的感性認識。

課程設計是理論結合實踐的重要環節。經過課程設計的訓練，學生對教師所講解的理論知識會有更深刻的理解，而且能極大地提高學生解決實際問題的能力。授課教師應重視課程設計，一個好的課程設計能使學生實現從校園學習到一線工作的平穩過渡。課程設計中應將實際工程設計融入課堂教學，或者組織留學生到設計院實習等，將課程設計與實際工程結合起來，學生才能學到真本事。筆者了解到，大部分留學生的設計題目僅是單層框架柱或梁的剪力、彎矩、內力等的計算，應適當增加留學生鋼結構課程設計的難度，直接提供某實際工程的擬建項目，要求學生給出結構布置圖、構造設計、節點結算、連接設計、梁柱剛度計算等，并結合相關計算機軟件完成設計。在題目給定初期，可以安排專業人員對學生進行培訓，并指派優秀學生進行指導，可組織學生聯合完成設計。從項目給定初期到完成設計，一整套流程下來，學生不僅對鋼結構在實際工程中的運用有充分的認識，而且能極大地提高留學生分析問題、解決問題的實踐能力。

（五）課程考核方式多樣化

考核是教學工作的重要環節。通過考核，不僅可以了解學生的學習近況、掌握知識的程度，也可以掌握教師的教學情況。應針對留學生學習特點和鋼結構課程特點，構建適合留學生的考核評價體系。調查顯示，多數留學生希望考核能更嚴格一點，以進一步提高專業水平，因此，應積極推進留學生課程考核體系的改革。具體而言，課程總成績分為3部分：課程設計（40%）、筆試成績（40%）、課堂表現和出勤率（20%）。每項指標都有一個閾值，學生若未能達到閾值，可直接評定為不合格（如缺課3次，直接認定不合格）。筆試考核建議采用開卷和閉卷的方式。閉卷考試部分占筆試成績的40%，題型可設置判斷題、選擇題、填空題、簡答題等，主要考查留學生對鋼結構課程基本概念和原理的掌握情況。開卷考試部分占筆試成績的60%，題型設置為計算題和實務題，重點考核留學生分析問題、解決問題以及計算的能力。

三、 結語

圍繞鋼結構課程教學的方方面面（課程建設、課程內容、考核體系等），對浙江工業大學2014級、2015級和2016級交換留學生進行了問卷調查。調查發現鋼結構課程教學存在的一些問題，如教材選用不合理、留學生語言交流存在較大障礙、實踐機會較少、考核評價方式不合理等。對此，本文對鋼結構課程教學目標、授課內容和教材、教學方法、課程設計和考核評價體系等進行了探討分析，并提出相應的建議，旨在激發留學生學習興趣，提高留學生的實踐能力，培養更多適應“一帶一路”沿線國家社會經濟發展需要的鋼結構設計行業的應用型人才。

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Abstract：?Based on the questionnaires for overseas students of grades 2014， 2015 and 2016 in Zhejiang University of Technology， the teaching method for the core course “basic principles and design of steel structure” has been discussed. The survey showed that， in the teaching for overseas students， there are many problems such as students poor foundation in mechanics， teachers weakness in teaching in English， obsolete teaching methods， poor integration between practice and theory as well as unreasonable assessment system， etc.. Based on the nature and characteristics of this course and the particularity of foreign students， the teaching effect of this course， in terms of the aspects in teaching goal， teaching contents， teaching materials， teaching methodologies， curriculum project design and examination evaluation system， has been discussed and analyzed to improve the teaching quality for overseas students and cultivate more international professional practical talents in civil engineering.

Key words：basic principles and design of steel structure; teaching reform; international student education; ?teaching method

（責任編輯 王 宣）