面向建筑工程专业《钢结构设计》课程教学改革探讨

2015-04-23陈伏彬

科技视界 2015年10期

陈伏彬

（长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙410114）

0 引言

我国钢结构行业起步较晚，但经过20年的迅速发展，建筑钢结构已在大型公共建筑、民用建筑、工业建筑以及大跨桥梁结构等领域得到广泛应用，如大型体育场馆、机场航站楼、火车站、工业厂房、轻钢建筑等。伴随着建筑节能和建设节约型社会的需要，钢结构作为绿色建筑的新兴行业，其发展的步伐更是突飞猛进。目前，钢结构人才的市场需要供求矛盾十分强烈，往往呈现极度供不应求的态势。因此，加强对钢结构专业人才的培养成为高等院校培养结构工程专业人才的一个重要方向。

《钢结构基本原理》[1]是高等院校培养钢结构专业人才的一门重要专业课程，着重培养学生对钢结构基本原理的基本概念以及对原理的理解与掌握，包括材料特性、各类基本构件（轴心受压、受拉、受弯、受剪、受扭、拉弯、压弯、以及它们的组合受力等）的受力特点与计算方法、构件连接等三大主要方面内容。《钢结构设计》[2]这门课则是以《钢结构基本原理》为基础，以具体的工程实践为依托，关键讲授与工程实际相关的细节内容，它是引导学生从理论基础到工程实践的纽带，起到承上启下的作用。

1 《钢结构设计》课程简介

长沙理工大学土木工程专业学生在学习完《钢结构基本原理》后，在第七学期学习《钢结构设计》这门课程。讲授的主要内容包括：钢屋盖结构设计、单层工业厂房钢结构设计、多高层钢框架结构设计、钢管结构设计和钢网架结构设计等五个方面，内容涉及面较广。而根据“厚基础、宽口径”的应用型专业人才培养模式[3]，分配给该课程的学时仅为32学时。如何在有限的时间内完成教学大纲所要求的内容是任课教师需要亟待解决的问题。

2 《钢结构设计》课程教学方法探讨

2.1 教师备课

古语云“师者传道授业解惑也”，作为高校教师首先应以自身的素质提高为前提。上课难，上好课更难。备课尤为重要，因为这里包含多种因素，你既要对你将要讲授的内容非常熟悉，同时你还要考虑到这些内容与本课程、本专业、甚至其它知识有哪些关联。每门课程都有自身特点，钢结构设计就有理论与实践紧密结合的应用型特点，我们培养的也是具有一定学习能力、实践能力和创新能力的应用型工程技术人才，如何能将大量工程实践引入到教学过程，如何能用理论知识指导工程实践，需要教师课前的充分备课，不仅仅是教材知识，更重要的是反应理论的实践例证。因此任课教师要有扎实了理论基础外，还应有丰富的工程经验，而年轻教师往往工程经验不是非常丰富，这就要求年轻教师需要收集大量的资料、现场考察并且及时消化。

2.2 授课方法

2.2.1 理论与实践相结合[4]，以问题的主线为基础重点讲解

《钢结构基本原理》课程主要讲授结构体系中的某个局部构件及其抽象化的力学计算模型，与实际复杂的结构体系具有一定的差距，若学生对实际工程不了解，缺乏建筑结构的整体概念，则理论基础就会与工程实际的梁、板、柱、节点等存在一定的差异。在《钢结构设计》课程中适当增加不同类型的工程实际，让学生可以根据整体结构体系，分析各构件之间的传力关系，建立正确的力学计算模型，结合已有的钢结构基本原理知识，进行正确的分析。在案例教学过程中让学生无形地就能掌握枯燥的理论，开展“参与式”教学[5]。通过学生之间的讨论、老师的点评从而激发学生的学习兴趣，做到教学相长。

钢结构与混凝土、砌体结构等其它门专业课程，具有共性又具有其特性。钢结构的主线主要围绕材料性能、构件设计（强度、刚度、整体稳定、局部稳定）和节点设计。那么，我们在授课的过程中，可以将整体结构分解为一个个的“零件”，对“零件”分析后再进行整体组装，从而形成的一个“局部”与整体间的相互转换。将这一主线作为授课的风向标，结合工程实际进行相应演算分析，不但可以让学生重新拾回被遗忘的钢结构基本概念与理论，又能与结构体系相结合。

2.2.2 多媒体教学

多媒体教学是指在教学过程中引入以多媒体计算机为核心的现代教学工具和手段的一种新型的教学模式，其可通过文字、图形、动画、声音等多种方式对学生的感官形成多种刺激，从而更为有效地突出教学中的重点[6]。多媒体教学能带来更丰富、更直观的信息，越来越被教师们所采用。在制作多媒体课件的过程中应遵循：教育性、技术性、艺术性与可操作性，否则会沦为教材的一种“克隆”。

《钢结构设计》课程需要推导的理论公式相对较少，而更多的是一个体系的介绍与分析。教师通过工程实际的整体图片、局部放大图片、甚至一个结构体系的分解动画等，让学生如临工程现场或者在其脑中形成完整的受力与传力模型，这样将有助于学生对知识点的吸收。应用现代教育技术，确保教学内容的呈现富有强烈的表现力和艺术感染力，使得教学过程变得“声色俱全”。

2.2.3 课程设计与毕业设计

课程设计和毕业设计是《钢结构基本原理》和《钢结构设计》课程的后续环节，是一个“练兵的战场”，也是学生从学校学习到企业工作的桥梁。教师在这一过程应做好指导与引导作用，不能一味的“授人以鱼”，而要“授人以渔”。要努力培养学生的自主发现问题、分析问题、解决问题的能力，这也是培养高水平应用型人才的一个关键方面。教师在整个指导过程中应以身作则，要求学生在解决工程问题的过程中必须中规中矩，符合国家规范、规程以及相关的法律条文，做个每个参数、每个步骤都合理合法，并要求采用规范的专业术语。同时，还应加强对学生的语音表达能力、团队协作能力等的培养。

2.2.4 加强软件技术的应用

作为结构工程师，在工作期间主要是通过计算手册以及借助分析软件进行结构分析计算。因此，对于作为即将步入工作岗位的毕业生，应该具备如何查找资料以及分析软件的应用。

计算机作为现代技术的有力手段，它的作用越来越重要。计算机运用能力也是工程素质的一个重要方面。因此在课堂教学以及课程设计与毕业设计过程中，应提倡同学采用手绘图的同时也需要熟练采用Auto CAD软件进行绘图，除结构分析手算外，还需借助结构分析软件（如PKPM、SAP、3D3S等）来进行结构与构件的分析。比如在进行单层工业厂房授课时，教师应采用某种计算软件（如3D3S）进行结构的建模。在建模过程中向学生讲解如何定义结构的材性、构件属性、支座类别，如何定义构件的计算长度，荷载的如何取值等问题。通过实际的案例，将结构体系的支撑系统以及作用如何体现在软件的结构计算单元中进行描述与讲解，不但能增强学生对知识点的掌握，而且还能使学生将理论基础、工程实践通过分析软件的计算模型串成一个整体。笔者在讲授《钢结构设计》这门课程时就是采用此种方（式，调动了学生主动学习的积极性，激发了其对专业知识及技能的渴求，达到良好的教学效果。