提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程教學(xué)質(zhì)量的探索與實(shí)踐

李賢++呂恒林++夏軍武

摘要：為提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的教學(xué)質(zhì)量，針對(duì)該課程特點(diǎn)，建議從認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、工程案例引入、輔助教學(xué)手段、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和考核方式等方面進(jìn)行教學(xué)改革與探索。實(shí)踐表明，該方法能有效地幫助學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理和方法，提升了學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)質(zhì)量；土木工程

中圖分類號(hào)：G6423文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10052909（2016）03006503鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在講解鋼結(jié)構(gòu)連接和基本構(gòu)件的設(shè)計(jì)理論，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的前期課程。該課程是土木工程專業(yè)學(xué)生較早接觸的專業(yè)課程，具有內(nèi)容豐富，理論和實(shí)踐性較強(qiáng)，課程難度較大等特點(diǎn)[1-2]。隨著近十幾年來(lái)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的日益廣泛和相關(guān)研究的深入，該課程內(nèi)容不斷擴(kuò)充和更新，理論不斷豐富和完善。因此，如何培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，逐步學(xué)會(huì)運(yùn)用相關(guān)規(guī)范，具備扎實(shí)的理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，為后續(xù)課程和今后工作打下良好基礎(chǔ)是本課程的任務(wù)。為了提高該課程的教學(xué)質(zhì)量，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)自2008年本科教學(xué)大綱修訂以來(lái)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的教學(xué)方面做了一些改革嘗試，在幫助學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和方法方面取得較好的效果[3]。通過(guò)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多年努力，該課程目前已成為江蘇省精品課程。文章將重點(diǎn)介紹教學(xué)團(tuán)隊(duì)在認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、工程案例引入、輔助教學(xué)手段、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和考核方式等方面進(jìn)行的教學(xué)改革與探索，供同行切磋和參考。

一、組織認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程在大三上學(xué)期與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程同步開設(shè)。為增強(qiáng)學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土施工和設(shè)計(jì)的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)校在大二下學(xué)期暑假安排了三周的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。鋼結(jié)構(gòu)實(shí)習(xí)主要參觀已建典型鋼結(jié)構(gòu)建筑、鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)和鋼結(jié)構(gòu)加工企業(yè)。2015年暑假認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)期間，學(xué)生參觀了徐州音樂館、徐州奧體中心、徐州高鐵站、西安曲江國(guó)際會(huì)展中心、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在建體育館和徐州中煤鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)有限公司，初步了解了鋼結(jié)構(gòu)大跨網(wǎng)架和桁架、裝配式鋼結(jié)構(gòu)廠房和住宅、預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)以及煤礦鋼結(jié)構(gòu)皮帶走廊等結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、傳力機(jī)理和施工工藝，目睹了鋼結(jié)構(gòu)焊接H型鋼的施工流程，熟悉了氣體保護(hù)焊和埋弧焊等不同施焊方式的區(qū)別和特點(diǎn)。在實(shí)習(xí)期間，指導(dǎo)教師和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員有意識(shí)地針對(duì)將來(lái)鋼結(jié)構(gòu)課程涉及的授課內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)撥和提問(wèn)，并介紹目前鋼結(jié)構(gòu)的新工藝和新技術(shù)，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和感性認(rèn)識(shí)，使學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的原理和施工理解更為透徹，便于后期的課堂教學(xué)。

二、引入工程案例，豐富課堂內(nèi)容

實(shí)際工程是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的最佳教學(xué)資源，將國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)的代表性工程引入課堂實(shí)施案例教學(xué)，不僅可豐富教學(xué)內(nèi)容，還可做到理論聯(lián)系實(shí)際，使書本中枯燥的理論變得生動(dòng)形象。工程案例根據(jù)教學(xué)目的可分為課堂引導(dǎo)案例、課堂討論案例和課外思考案例。因此，將工程案例引入教學(xué)，需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目的和教學(xué)進(jìn)度而進(jìn)行素材的合理編排和加工處理，使之符合課堂教學(xué)規(guī)律與特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，工程案例可圍繞一個(gè)或幾個(gè)實(shí)際工程問(wèn)題展開描述、分析與討論，用以提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。課程還可利用課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)共享國(guó)內(nèi)外著名鋼結(jié)構(gòu)施工的紀(jì)錄片和國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)倒塌事故的圖片和調(diào)查，豐富了學(xué)生課內(nèi)外內(nèi)容。實(shí)踐表明，采用案例式教學(xué)不僅拓展了教學(xué)內(nèi)容，還活躍了課堂學(xué)習(xí)氣氛，有利于學(xué)生將理論知識(shí)融入工程實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)造能力。

三、利用實(shí)體模型、有限元仿真和科研活動(dòng)輔助教學(xué)

在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的授課過(guò)程中，學(xué)生較多反映對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件失穩(wěn)形態(tài)、構(gòu)造措施等缺乏直觀認(rèn)識(shí)，例如：學(xué)生對(duì)壓彎構(gòu)件在平面內(nèi)和平面外失穩(wěn)形態(tài)理解較為困難。為解決課程概念抽象問(wèn)題，教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)制作鋼結(jié)構(gòu)實(shí)體模型、有限元仿真和參與科研項(xiàng)目等多手段加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的形象性。教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用學(xué)生科研訓(xùn)練等實(shí)踐環(huán)節(jié)制作一些鋼結(jié)構(gòu)塑料模型（如鋼結(jié)構(gòu)梁柱不同形式連接節(jié)點(diǎn)），也可以加工試驗(yàn)一些小比例鋼結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)（圖1給出了方鋼管和格構(gòu)式短柱軸向壓力作用的失穩(wěn)形態(tài)）。同時(shí)利用有限元軟件模擬具有形象逼真，全方位動(dòng)態(tài)顯示等優(yōu)勢(shì)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)可采用有限元軟件ANSYS等模擬鋼結(jié)構(gòu)桿件的整體和局部失穩(wěn)形態(tài)，提供命令流和說(shuō)明書給學(xué)生課后練習(xí)，讓學(xué)生嘗試改變相關(guān)參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響（圖2給出了鋼柱和鋼梁在反復(fù)荷載作用下的失穩(wěn)形態(tài)數(shù)值圖）。而科研項(xiàng)目具有一定的前沿性，學(xué)生在新工藝和新技術(shù)方面的求知欲很強(qiáng)，讓學(xué)生參與一些科研項(xiàng)目也可很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)理解深度。筆者曾讓部分學(xué)生參與了屈曲約束鋼板的抗震試驗(yàn)研究，讓學(xué)生結(jié)合鋼梁局部失穩(wěn)理論思考屈曲約束的原理和作用。通過(guò)形象化教學(xué)大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的求知欲，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生科研能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。

圖1鋼短柱的失穩(wěn)形態(tài)實(shí)驗(yàn)圖

圖2鋼構(gòu)件的失穩(wěn)模擬圖四、采用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方便課余學(xué)習(xí)

現(xiàn)代多媒體技術(shù)在豐富課堂教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，也會(huì)因課堂信息量大而導(dǎo)致學(xué)生難以快速理解消化的問(wèn)題。為方便學(xué)生課余時(shí)間對(duì)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)充分利用學(xué)?，F(xiàn)有資源建立了課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站，錄制了課程教學(xué)視頻。學(xué)生隨時(shí)可以通過(guò)電腦和手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，了解課程教學(xué)大綱、學(xué)習(xí)指南、教學(xué)課件、教學(xué)參考書目和授課內(nèi)容。另外，教師通過(guò)課程微信群和QQ群隨時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)答疑，發(fā)布教學(xué)新信息，有利于加深師生間的互動(dòng)，動(dòng)態(tài)了解學(xué)生的課堂掌握程度。實(shí)踐表明，網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)和答疑的形式因活潑便捷而深受學(xué)生喜歡，切合了學(xué)生學(xué)習(xí)心理，在教學(xué)中和學(xué)生課外學(xué)習(xí)中發(fā)揮著極其重要的作用，極大地拓展和延伸了學(xué)生的課程學(xué)習(xí)時(shí)間和空間。

五、利用課程設(shè)計(jì)鞏固提升知識(shí)點(diǎn)

為鞏固和提升學(xué)生所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程設(shè)置了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。課程設(shè)計(jì)可以采取和課程教學(xué)同步交叉進(jìn)行的方式，即課程教學(xué)完成到哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)及要求完成相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的課程設(shè)計(jì)，也可以采取課程教學(xué)完成后集中時(shí)間課程設(shè)計(jì)的方式。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程實(shí)踐環(huán)節(jié)要求學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，結(jié)合現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范完成鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。該鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)主要由梁、柱、支撐、平臺(tái)鋪板等構(gòu)件組成，主梁和柱、主梁和次梁以及柱與基礎(chǔ)都采用鉸接形式[4]。為區(qū)別后期鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程，該課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)考察學(xué)生對(duì)荷載傳遞、平臺(tái)梁、實(shí)腹式、格構(gòu)式平臺(tái)柱和連接設(shè)計(jì)等知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式避免了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。課程設(shè)計(jì)通過(guò)變化跨度和荷載等方式實(shí)現(xiàn)一人一題，要求學(xué)生獨(dú)立完成計(jì)算書和繪制施工圖紙，杜絕抄襲現(xiàn)象。課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為自學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)加強(qiáng)自主學(xué)習(xí)，解決設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的新問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生解決分析實(shí)際問(wèn)題的能力。從近幾屆學(xué)生提交的課程設(shè)計(jì)成果可以發(fā)現(xiàn)該課程設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生全面掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的知識(shí)起到很好的作用，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和獨(dú)立解決問(wèn)題能力，對(duì)學(xué)生將來(lái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了“練兵”作用。

六、采用合理的考核方式

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中公式和圖表繁多，如果單一地采用閉卷考試，學(xué)生記憶公式和圖表的工作量太大，也會(huì)導(dǎo)致一些與實(shí)際工程設(shè)計(jì)關(guān)系密切的知識(shí)點(diǎn)無(wú)法考察。 因此，該課程采用閉卷+開卷相結(jié)合的方式，閉卷部分重點(diǎn)考察基本理論的理解，而開卷部分重點(diǎn)考察知識(shí)點(diǎn)的靈活運(yùn)用。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程近年來(lái)考試題型吸取了全國(guó)勘察設(shè)計(jì)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師考試的經(jīng)驗(yàn)，部分采用計(jì)算選擇題的方式。計(jì)算選擇題由于命題靈活綜合，避免了現(xiàn)在學(xué)生對(duì)教材例題的簡(jiǎn)單套用和生吞活剝，考察學(xué)生獨(dú)立解決分析問(wèn)題的能力，使平時(shí)注重過(guò)程學(xué)習(xí)的學(xué)生脫穎而出。在命題和閱卷方面上教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持多位任課教師綜合命題，流水閱卷。最終成績(jī)通過(guò)多項(xiàng)成績(jī)綜合評(píng)定，將平時(shí)作業(yè)成績(jī)、小測(cè)驗(yàn)成績(jī)、試驗(yàn)報(bào)告與考核成績(jī)等加權(quán)平均計(jì)算綜合成績(jī)，兼顧過(guò)程考核和期終考核。實(shí)踐證明，學(xué)生通過(guò)多方面、多形式的平時(shí)訓(xùn)練和考試磨練，充分認(rèn)識(shí)到了該課程在實(shí)際中的重要性，大大加強(qiáng)了學(xué)習(xí)主動(dòng)性，其綜合素質(zhì)得到明顯提升。

七、結(jié)語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是一門理論性和實(shí)踐性并重的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程。提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵在于將理論知識(shí)和工程實(shí)踐緊密結(jié)合，采用多種教學(xué)手段和考核方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而使學(xué)生真正掌握鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和原理，為學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)以及畢業(yè)后成為一名合格的工程師打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年來(lái)積極認(rèn)真探索和實(shí)踐多樣化的教學(xué)方法，切實(shí)提高了學(xué)生認(rèn)識(shí)和解決工程問(wèn)題的能力。從學(xué)生就業(yè)和用人單位的反饋意見來(lái)看，本專業(yè)畢業(yè)生在建筑領(lǐng)域能力較強(qiáng)，得到了社會(huì)認(rèn)可和有關(guān)專家的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

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Abstract： To improve the teaching quality of fundamentals of steel structure design， the improvement on the aspects of cognition practice， importing engineering cases， auxiliary teaching means， internet teaching， curriculum design and examination methods was suggested and practiced based on the good understanding of the characteristics of the course. The practice indicated that in this proposed way students can easily grasp the theories and methods to design structural steel components， and their abilities to settle practical problems also can be welltrained.

Keywords： steel structures； teaching quality； civil engineering

（編輯周沫）