大跨空间钢结构课程教学改革探讨——以广州大学为例*

于志伟　　卢晨　　邹剑　　李杰

（1、广州大学 土木工程学院，广东 广州 510006　2、广州大学 工商管理学院，广东 广州 510006）



大跨空间钢结构课程教学改革探讨
——以广州大学为例*

于志伟1卢晨2邹剑1李杰1

（1、广州大学 土木工程学院，广东 广州 5100062、广州大学 工商管理学院，广东 广州 510006）

摘要：文章从分析大跨空间结构课程的教学目标入手，探讨了大跨空间钢结构课程教学的问题和挑战，提出了进一步完善大跨空间结构课程体系、改进教学方法、改革教学评价体系的方案和措施，并应用于广州大学结构工程专业大跨空间钢结构课程的教学实践，取得了较为显著的效果。

关键词：大跨空间钢结构；教学研究；教学改革

近几十年，由于社会的高速发展和经济建设的需要，我国的大跨度空间钢结构快速发展［1］，新材料、新结构、新技术的不断涌现，也为结构工程专业学生在大跨空间结构专业知识体系提出了新的要求［3］。为使高等院校土木工程专业的教学能够更好地适应这种快速发展的需要，有必要对高等院校所开设的大跨空间钢结构课程进行较全面的梳理，提出合理的课程教学方案以及教学内容。作者从分析大跨空间结构课程的教学目标入手，对大跨空间结构课程的理论体系提出改革建议，旨在建立有针对性的教学理论体系。通过进一步整合教学内容，调整教学内容的侧重点，完善大跨空间结构课程体系，并探讨了多种教学方法，得到创新性的大跨空间结构课程教学体系及评价体系。

一、大跨空间结构课程教学和评价体系所面临的问题和挑战

（一）大跨空间结构的复杂性给课程教学提出了新的挑战

大跨空间结构具有跨度大、节点繁多、杆件数量多、连接形式复杂、形式众多、受力特点复杂等特点，同时大跨空间结构在荷载作用下的力学特点也有很多尚未解决的问题，因此，这为大跨空间结构的教学及评价体系增加了较大的难度；另外，大跨空间结构具有空间效应，结构三向受力，在计算和分析中要充分考虑复杂的受力性能，在进行课程学习前，学生要熟练掌握结构选型、建筑力学、结构分析等知识，所有在大跨空间钢结构课程教学中要对相关理论知识进行复习，这必然会对授课教师提出更高的要求；大跨空间钢结构的实际工程设计较为复杂，需要授课过程中教师有足够的实际工程经验。

（二）大跨空间结构课程的交叉性为其课程教学提出了新的要求

大跨空间结构具有频谱密集，振动特性复杂等特点，因此大跨空间结构的静力性能、动力性能、灾变理论和失效判别理论等较为复杂，尤其是在动力作用下的响应分析、响应特点以及灾变机理等问题更加复杂，如果不能准确有效地进行计算、分析、设计，大跨空间结构就会在灾害中发生破坏，甚至倒塌，造成人民生命安全及国家重大经济的严重损失。因此，大跨空间钢结构课程中会涉及结构可靠度理论、失效机理、防灾减灾理论、防护工程理论等多学科的理论知识。为了提高大跨空间结构的安全性和可靠性，防止大跨空间结构在灾变过程中的损伤和破坏，需要对其防灾减灾理论和工程设计方法开展大量研究，从而为大跨空间结构的应用和发展提供科学的理论依据和技术支撑。

（三）大跨空间结构课程缺乏实践性会影响课程教学的效果

大跨空间结构具有较高的理论性、复杂性以及创新性，也是具有很高实践性的工程结构分支领域，与此同时大跨空间结构课程中的理论知识与实际工程有紧密的联系。很多工程中的新理论、新技术以及工程施工中遇到的实际问题并不是通过课堂讲述就能够轻易理解的。因此，需要授课教师在多媒体软件中适当增加大跨空间结构设计和施工的视频内容，结合实际对教学内容进行有效讲解。这样的授课形式往往会是同学们印象深刻，可以起到加深课程内容理解的作用，对改善课程教学的效果有一定辅助作用。

二、教学改革方法和措施

（一）教材改革

如前所述，大跨空间结构近年来突飞猛进，很多新型材料和新型结构体系不断涌现，促使空间结构的“更新换代”速度加快，这种发展对未来工程师的知识结构提出了更高的要求，也对大跨空间结构的学习教材提出了更高的要求。随着新的结构体系、结构设计方法、结构分析方法等的大量涌现，教材中应体现相关结构形式、工程实例与理论方法的介绍。大跨空间结构教材中应补充典型结构的施工方法和施工过程的相关内容，让学生对大跨空间结构的施工有更加直接的认识，从而为今后从事大跨空间结构相关设计、施工和运营等工作打下坚实的基础。

（二）教学内容改革

首先，充分应用多媒体教学手段讲授大跨空间结构课程。教学课件应文字简练，标题醒目，对教材重点内容要突出，强化学生的记忆；图表和图片丰富，可以增强学生对计算结果的分析理解能力，提高教学效率；善于利用图像、动画、视频等一体化教学手段，充分利用课件介绍大跨空间结构的结构特点以及相关前沿内容，从而扩展学生视野，增强学生对关键问题的理解能力，提高学习效果。

其次，大跨空间结构课程内容中增加工程案例可以很好地补充课堂教学部分。丰富的工程案例可以提高同学们对理论知识的理解能力，也可以培养同学们对大跨空间结构工程设计的兴趣。通过对实际案例的讲解并通过图片或视频的形式呈现给同学们，并将与实际工程相关的理论背景讲授给学生，增强同学们对理论知识的理解，拉近理论与实际之间的距离。

最后，根据实际设计要求，需要在大跨空间结构课程中增加对结构设计和分析软件的介绍。如前所述，大跨空间结构具有跨度大、节点繁多、杆件数量多、连接形式复杂、形式众多、受力特点复杂等特点，所应用的设计与分析软件也相对复杂。因此，课程教学中应适当增加对工程设计常用软件的介绍，如3D3S，MST，ANSYS，ABAQUS等。通过对软件讲解，让学生能够很快地熟悉大跨空间结构的设计、分析流程，加深对大跨空间结构理论概念的理解，并能利用相应的计算软件进行简单结构的设计与分析。

（三）教学形式改革

1.认识实习

大跨空间结构具有构造复杂的特点，需要有较强的空间思维能力。同学们通过在现场参观、实习可以加深对大跨空间结构的感性认识，并能让学生把学习到的理论应用于实际工程。认识实习包括该类结构的杆件选择、节点制作以及对结构体系选型的认识。在实习中认识大跨空间结构体系的前提下，教师可以开展对不同形式空间结构的专题讲座。高效率的认识实习对提高同学们的学习兴趣和热情至关重要。同时，在认识实习过程中同学们可以随时随地提出自己的疑问或者感兴趣的话题，在师生的讨论中解决这些疑问，加深学生对理论知识的理解。

2.举办专题讲座

大跨空间结构课程开设的目的之一是使土木工程专业的学生了解和掌握钢结构中较为重要的一个分支领域的相关设计、分析、施工等知识内容。但目前的大跨空间结构课程的教学现状，却止步于基本的结构形式和结构设计理论，未能实现与现代结构形式和结构分析方法的接轨。为了弥补这一缺陷，可以在完成大跨空间结构基本教学内容的基础上，针对性地开设拓展学生知识广度的认知性讲座。例如，“大跨空间结构中的新材料”，简要介绍新型材料在大跨空间结构中的应用；“新型结构体系设计”，介绍目前大跨空间结构设计的新体系、新方法等。通过举办这些专题讲座，是学生对该领域的研究方向有一个大致的了解，知晓大跨空间结构设计师进行结构设计的一般流程和分析重点。

3.参加结构设计竞赛

鼓励并指导同学们参加各类结构设计竞赛，并将大跨空间结构的设计理念带到作品中。以广州大学为例，在近几年的地域性、全国性的结构设计大赛中，均组织相应年级的结构工程专业学生组队参加。在结构设计过程中由钢结构课题组中的教师作为指导教师，鼓励学生设计大跨度空间结构，利用大跨空间结构的优点，设计出符合受力性能要求、经济性好、安全度高的结构模型，并取得了比较理想的比赛成绩。同学们通过参加各类结构设计竞赛，迅速了解了结构设计的流程，掌握了结构设计的概念精髓，并通过系统的结构分析建立了对结构力学性能的基本认识，同时提高了同学们认识问题和解决问题的能力，以及较好的团队合作意识，这对学生今后走向工作岗位具有很好的指导和教育意义。

4.毕业设计内容改革

在毕业设计方面，不少高校在结构工程方面的毕业设计都以钢筋混凝土结构的多、高层框架结构设计为主。广州大学近年来在毕业设计的内容上进行改革，增加了钢结构多、高层结构设计以及大跨空间钢结构设计的题目，尤其是大跨空间结构的设计题目也得到了同学们广泛欢迎。题目包含诸如体育场馆、会展中心等选题方向。每年的应届毕业生中会安排几个感兴趣的课题小组选择相应的题目设计网架结构或者网壳结构，同时还要对下部支承结构进行设计，这样还需要完成多层框架结构的设计内容，不仅可以使这部分学生获得一次综合锻炼和学习的机会，同时可以提高同学们综合设计的能力，综合提高学生对大跨空间结构设计概念的认知度。

三、结束语

目前，我国的大跨空间结构应用越来越广泛，结构形式日新月异，由于该类结构的重要性和复杂性，对大跨空间结构的课堂教学提出了越来越高的要求。大跨空间结构的课堂教学在高校教学改革中已经取得了一定成效，但仍然需要继续深化教学改革，提高教学质量和教学效果。在课程的教学改革中，要不断推进大跨空间结构教学内容的创新和拓展，完善和丰富相关的教材及教学资源，并通过不同的教学手段加强相关内容的实践教学，从而很好地完成教学目标。

参考文献

［1］沈世钊.大跨空间结构理论研究和工程实践［J］.中国工程科学，2001，3（3）：34-41.

［2］董石麟，邢栋，赵阳.现代大跨空间结构在中国的应用与发展［J］.空间结构，2012，18（1）：3-16.

［3］褚云，朋姚勇，朱宝龙，等.大跨空间钢结构建筑市场人才需求与教学改革［J］.科技信息，2012，7：61-62.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）14-0132-02

*基金项目：广州市属高校“羊城学者”科研项目（编号：1201581640）

作者简介：于志伟（1982-），男，广州大学土木工程学院讲师，博士，主要从事大跨空间钢结构的教学和科研工作。

Abstract:This paper analyzes the teaching purpose of the large-span space structure class，discusses the problems and challenges in the large-span space steel structure class teaching，and puts forward the strategies and measures on improving the class system，teaching method and teaching content，which are applied in the teaching practice of the large-span space steel structure class in Guangzhou University with obvious and remarkable effect.

Keywords:large-span steel space structure；teaching research；teaching innovation