土木工程专业钢结构设计原理课程教学改革★

张 晨 葛文璇 刘云平

(南通大学杏林学院建筑工程学院，江苏 南通 226019)



土木工程专业钢结构设计原理课程教学改革★

张 晨 葛文璇 刘云平

(南通大学杏林学院建筑工程学院，江苏 南通 226019)

针对当前教学钢结构设计原理教学中存在的问题，分别从教师和学生两个层面提出了教学改革措施，实践结果表明：注重教师教学与学生学习互动沟通的教学模式既能够有效提高教学质量，又有利于培养创新型的本科人才。

钢结构，教学改革，学习效率，教材

《钢结构设计原理》课程是土木工程专业的专业核心课程，属于学科基础课程平台中的必修课程，在教学计划中占有十分重要的地位。《钢结构设计原理》课程综合性、应用性很强，内容包括：钢结构的特点；材料特性；基本构件的计算原理和方法；构件连接及计算方法；简单钢构件的设计等。课程要求学生经过全面、系统的学习，不但掌握钢结构设计的基本原理，而且还能掌握一般钢构件的设计方法。

多年的教学经验表明，由于《钢结构设计原理》课程的知识点多，内容抽象,如稳定理论，对学生提出了较高的要求，如需要具备很好的力学知识的基础等，因此学生普遍感觉难度较大。在当前教学计划总学时不断被压缩的背景下，学生在相对较少的学时内接受的信息量明显增大，而且该课程通常为考试课程(学位课程)，因此学习的难度大大增加。对授课教师而言，如何在新的形势下提高学生的学习效率和效果成为当前面临的严峻问题。

在广泛调研的基础上，教学团队采取了一系列的措施进行课堂教学的实践，力图使“师生互动”成为特色，提高学生学习的兴趣和效率。

1 教师教学方法的改革

1.1 案例教学在教学中的应用

《钢结构设计原理》课程介绍了建筑用钢材的特点和各类基本受力杆件的设计和计算，知识点众多，包含了各类公式的推导，主要涉及到材料力学中的知识，这部分内容对初学者而言是一个巨大的挑战。学生往往会对各类公式的推导望而生畏，从而产生厌学情绪。教学团队根据二本专业学生的具体情况和特点，制定了相应的教学方法，即并不要求所有的同学对相关推导过程完全掌握，只须了解基本的过程即可。为了激发全体同学的学习积极性，引入案例教学必不可少[1]。合适的具体案例是对教材内容有益的补充，通过具体的案例，学生可以知道所学的知识点、公式的实际用途，调动学生的求知欲望，加深在脑海中的印象，避免因死记硬背而产生厌学情绪。

例如，介绍第1章绪论钢结构的特点——耐火性差时，引入了在“9·11”恐怖袭击事件中纽约世界贸易中心大楼着火倒塌的例子。纽约世界贸易中心大楼的建筑钢材质量和结构设计都是相当有保障的，在波音767飞机巨大的冲击力下并未倒塌，而是由于燃烧的大火导致钢材变软丧失强度后才倒塌的。通过分析结构塌落的原因，钢材不耐火的特点给学生留下了深刻的印象。

1.2 演示教学在教学中的应用

《钢结构设计原理》课程的内容较多且部分较抽象，学生如果仅仅根据教材中的图片进行学习和理解，很难在脑海中形成对实际构件、结构深刻的印象，从而导致学习吃力、学习效率不高。在课堂教学中引入动画、录像等多媒体手段是解决上述问题的有效手段。目前随着各类相关软件的发展，动画已经不仅仅局限于在PPT中制作动态图像了，有很多软件可运用于动画制作当中[2，3]，如3Dmax，Solidword，Sketchup，BS Con-tact VRML/X3D，Xsteel等软件。如果想获得准确的应力变化和变形量值，还可以使用有限元分析软件，如 Ansys，Abaqus，Nastran，Adina 等。

例如，在介绍不同截面形式的轴心受压杆件的整体稳定问题时，学生往往对杆件的变形形式和截面的转动情况感到困惑。通过引入动画，从不同的角度展示构件变形的情况，可以使学生清楚地看到杆件整体失稳变形的全过程，从而将教材中二维的图片转化为三维的立体形象。在演示过程中，可适时地提出问题，供学生思考和分析，如“如何确定工字形截面的失稳方向”“为什么T形截面的杆件会产生不同的失稳形式”等。

2 学生学习方法的改革

2.1 模型制作在学习中的应用

使学生从被动学习转变为主动学习的有效途径便是学生亲自动手实践，事实证明，通过亲身经历“发现问题—分析问题—解决问题”等一系列的过程，能够使学生对相关的内容产生深刻的印象。使用常见材料如泡沫板、木板、厚纸板等进行简单构件的模型制作是一种非常有效的手段。学生按照教材中的杆件示意图进行缩尺模型的制作，通过各部分部件的组装可深刻了解实际构件的组合方式。将模型制作引入教学过程不但可以锻炼学生的动手能力，激发其学习的兴趣，而且将学习从课堂内延伸到课堂外，将课堂听课与课后作业进行了有机的衔接。

同样以轴心受压杆件的整体稳定为例，为了了解不同截面形式杆件的破坏特点，学生可在课余时间对制作的模型进行加载试验，比较相同长度、截面宽度的模型杆件的承载力和变形特征，根据教材的相关知识分析原因，得出最终的结论。学生将从模型制作开始，到加载试验，得出结论的全过程进行记录，在课堂介绍并分享学习心得。教师可对学生的汇报进行评讲，根据汇报的质量和工作量评分并计入平时成绩。

2.2 “小组学习”在学习中的应用

提高学生学习效率的另一个有效手段则是发挥集体的力量，将平时个人的学习融入到小组学习讨论的过程中[4]。将5名～6名学生组成一个学习小组(可以宿舍为单位)，平时的作业，包括课外大作业如上述的模型制作均以小组为单位进行。教师以小组为单位分配任务、布置作业。小组成员针对教师布置的任务进行资料的收集和分析，分工合作，完成任务。为了提高每名学生的参与度，教师在进行考核时，随机挑选1名同学进行汇报和检查，根据该同学作业的质量和汇报情况打出小组平均分。小组的组长则根据完成作业过程中的参与度和贡献度给组员打分。通过这种方式帮助学生在有限的时间内巩固和消化理论知识，同时在讨论、互助的过程中提高了学生的表达能力和团队协作意识，最终实现共同提高，共同进步。

3 实践教学环节的改革

在实践环节如课程设计中，布置与实际工程紧密结合的题目，让学生明白如何运用理论知识来解决实际的问题。通过与钢结构企业合作，建立实践实训基地，增加参观、考察的实习环节，加强学生对实际结构的认识。

4 结语

《钢结构设计原理》是一门综合性和应用性很强的课程，特别是随着我国钢结构的巨大发展，各类新型、大跨、复杂钢结构建筑的运用，本课程的教学理念、教学目标、教学方法和教学手段也应更新和变化。通过本课程的教学改革，首先应使学生掌握钢结构特点、材性、构件计算原理，掌握常见的钢结构构件形式并掌握其设计方法；其次通过系统的实践学习，具备钢结构技术人员应有的基本素质和能力，达到理论知识与实践相结合的目标，最终成为合格的“卓越工程师”。

[1] 勾红叶,何 畏,蒲黔辉.“钢结构设计原理”教学中提高学生学习兴趣方法新探[J].中国电力教育,2013(16):106-107.

[2] 孙国华,高晓莹,高建洪,等.电子模型在钢结构设计原理课程教学中的应用[J].高等建筑教育,2015，24(6):174-178.

[3] 李 贤,吕恒林,夏军武,等.提高钢结构设计原理课程教学质量的探索与实践[J].高等建筑教育,2016，25(3):65-67.

[4] 宋高丽.土木工程专业钢结构设计原理课程教学改革探索[J].高等建筑教育,2016，25(4):61-64.

Civil engineering professionalSteelStructureDesignPrincipleof curriculum teaching reform★

Zhang Chen Ge Wenxuan Liu Yunping

(School of Xinglin & Architecture Engineering, Nantong University, Nantong 226019, China)

In view of the problems which exists in the classroom teaching ofSteelStructureDesignPrinciple, the reform measures are put forward from two aspects: teachers and students. The practice results show that the teaching model which is focus on interactive communication between teacher and students is effective. The quality of teaching are improved, which will benefit to realizing the goal of training innovative talents.

steel structure, teaching reform, learning efficiency, teaching material

1009-6825(2017)08-0228-02

2017-01-06

★:南通大学杏林学院科研基金项目(2016K129)，南通大学教学改革研究课题项目(2015B71)

张 晨(1981- )，男，博士，副教授； 葛文璇(1979- )，女，硕士，副教授； 刘云平(1979- )，男，硕士，讲师

G642.0

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