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                                          鋼結構設計原理課程教學改革研討

                                          摘要:鋼結構設計原理課程是高等學校土木工程專業的一門重要專業課程。本文通過一系列的教學改革,讓學生在有限學時內,牢固掌握鋼結構設計的基本理論,同時有效地提高學生工程實踐應用的能力,為培養專業的土木工程人才做準備。

                                          關鍵詞:鋼結構設計原理;教學改革;學生

                                          一、課程目前教學現狀

                                          鋼結構設計原理課程是高等學校土木工程專業的一門重要專業課程,該課程是在已有結構知識的基礎上,培養學生對鋼結構設計基本理論的理解和掌握,同時培養學生鋼結構工程設計與應用的能力,是一門理論性和實踐性都較強的應用性學科。鋼結構設計原理課程具有內容豐富、構造形式復雜、與工程實際聯系密切、工程應用性強等特點。按照現行本科教學大綱的要求,鋼結構教學的學時較少,教師課堂教學的時間主要用于對鋼結構基本理論知識的講解,沒有足夠的時間加強學生的力學知識,并把理論知識應用于實踐。筆者在多年的教學實踐中發現,鋼結構設計原理課程是學生反映較難掌握的一門課程。該門課程的公式、圖表、規范條文較多,具有很強的綜合性、技術性和應用性,既有理論推導,又與相關規范和工程實際聯系密切。另外,目前學生接觸的大多數建筑物都是鋼筋混凝土結構,對鋼結構建筑比較陌生,雖然在結構課程教學中安排有參觀實習,但一般參觀實習的課時非常有限,這就使學生對鋼結構建筑的認識較少,造成學生在鋼結構學習中沒有直觀印象,學習困難。如何盡可能在有限學時內,幫助學生牢固掌握鋼結構的基本理論,同時有效地提高學生工程實踐應用的能力,是鋼結構課程教學研究的重要課題。這對學生畢業后盡快適應社會對鋼結構人才的需求,促進鋼結構領域的健康發展有著重要的現實意義。

                                          二、課程改革理念及思路

                                          鋼結構設計原理課程的改革,將通過合理安排學時,理論教學和實踐教學環節并重,培養學生在牢固掌握鋼結構基本理論的同時,具備將理論知識運用于工程實踐的能力。改革將從以下幾個方面著手。

                                          (一)教學內容改革

                                          由于鋼結構課程課時較少,教學內容多,涉及面廣,因此,教學中要精簡內容,突出重點、難點知識,并結合工程實例進行講解,增加學生的學習興趣,培養學生的工程意識。同時,適當補充教材中沒有的新知識和學科前沿動態信息,拓寬學生視野。精簡、優化課程教學內容,突出重點知識,講透難點知識,避免教學資源的浪費。而精簡鋼結構課程內容,并不是一味地減少教學內容,有些內容要減,有些內容則要“加”。“加”的內容主要是為了拓寬教學內容的適應面,比如鋼與混凝土組成的組合結構、輕鋼結構等內容教材涉及較少,而其工程實用性又較強,所以應適當補充這方面工程結構的教學內容。另外,教學內容要體現本學科科學研究的新信息和最新成果,充分反映學科前沿的動態,注重對學生創新意識和創新能力的培養。如在鋼結構課程講授過程中,可簡單介紹一些現代設計新方法和新技術,例如門式剛架輕型房屋鋼結構的設計方法等。

                                          (二)教學方法改革

                                          1.提高課程教學效率,組織好課堂理論教學。

                                          (1)把握教材,提煉知識點。鋼結構設計原理與先修課程如材料力學、結構力學、鋼筋混凝土結構設計等課程有一定聯系。為了在有限的時間內,完成既定的理論教學和實踐教學二者并重的目標,教師必須強調教學重點,提煉知識點。例如鋼材力學性能及指標,建筑材料和材料力學課程中都有講授,教師可以將這一節的課程重點放在引起鋼材脆性破壞的因素、鋼材的疲勞破壞及如何選用鋼結構材料上,這對學生日后實踐應用有很大幫助。又如,鋼結構的極限狀態設計方法,與混凝土結構設計課程中的設計方法原則相同,在鋼結構課程中,教師只需要強調鋼結構設計的極限狀態表達式與混凝土結構設計的極限狀態表達式的異同,既幫助學生復習了混凝土結構設計公式,又加強了學生鋼結構設計公式的理解。(2)準備工程案例。同理論內容配套的工程案例是課程講解的重要組成部分。恰當的工程案例可以極大地提高學生學習相關理論知識的興趣,對學生增強理論理解,提高解決工程實際問題的能力至關重要。例如在鋼結構材料一章,教師可遵循概念講解—工程事故案例分析—工程注意事項的講解步驟。例如可以引用某鋼廠冶煉車間橋式吊車梁疲勞破壞事故,教師可先講解疲勞破壞的特征,然后再講解疲勞破壞工程事故的調查檢測、事故原因分析和總結。此案例中涉及吊車梁的選材、鋼材的材料缺陷、鋼材的材料校核及鋼材的疲勞等內容。通過這個案例,學生不僅加強了對鋼材性能的理解,也掌握了工程事故分析和處理的方法。在教師的教學中,這種與教學內容相關的工程案例可以貫穿理論教學的整個過程,深入淺出的講解能調動學生的學習熱情,促進學生工程實踐能力的提高。(3)課件編寫。課件的編寫應文字簡練,條理清楚。教師可將重點放在圖表、規范條文和工程實例圖片上,同時應減少繁冗的文字描述,以提高教學效率。學生普遍感覺鋼結構難學之處是鋼結構構件和連接的構造抽象難懂。教師可以利用多媒體軟件模擬焊接的連接、梁柱構件的失穩模態、格構式構件的平面外屈曲等,能幫助學生理解知識點,增強學習效果。(4)課堂例題和課后習題。例題和習題可采用兩類,一類是結合材料力學和規范公式的機械套用題目,另一類是與工程實際結合的綜合應用習題。機械套用公式的例題著重講解原理,可加強學生對鋼結構基本理論知識的理解。而涉及綜合應用的習題,則緊密結合鋼結構設計規范重點講解設計過程,提高學生處理工程實際問題的能力。

                                          2.組織實踐教學。

                                          鋼結構設計原理課程的實踐教學環節主要包括鋼結構認識(生產)實習、鋼結構課程設計和畢業設計三個方面。(1)認識實習。鋼結構結構復雜,學生通過現場參觀、實習,可以加深對鋼結構的感性認識。土木工程專業實習的內容涉及鋼結構制作及鋼結構體系的認識,教師可現場講解鋼結構的生產、制作過程。在現場認識鋼結構體系的前提下,教師可進一步作輕鋼結構、空間網架結構等結構體系的講解。(2)課程設計。鋼結構課程設計安排在鋼結構設計原理課程結束之后一周進行,是鋼結構教學的主要實踐性環節之一。鋼結構課程設計的題目可采用平臺鋼結構設計。教師在教學方式上,可將一周的集中課程設計分散到相應的課堂教學環節中去。如在鋼結構設計原理課程中,講到“梁的設計”一章,教師可以提前講授平臺鋼結構的設計思路,結合本章梁的設計內容,學生可以在教師的指導下完成平臺梁、板、柱及支撐的結構布置,并完成平臺梁的荷載計算、結構內力計算及平臺梁的設計等內容。在課程進行到軸壓構件和壓彎構件設計的章節時,教師可指導學生繼續完成平臺柱的設計。之后根據理論教學進程,學生可依次完成梁柱節點、柱腳及基礎設計等內容。通過這種教學方式,學生在逐步完成作業的同時,建立了牢固的工程整體概念,提高了將理論知識運用于工程實際的能力,可取得良好的教學效果。(3)畢業設計。有了課程學習中理論環節和實踐環節的精心安排,學生的計算和應用能力得到了很好的培養和鍛煉。畢業設計的綜合訓練可進一步提升學生的工程實踐能力,為走向工作崗位做好準備。

                                          (三)課堂教學方式改革

                                          鋼結構課程之前的課堂教學模式以PPT教學為主,學生注意力不容易集中。在改革后的課堂教學模式中,將以教師講課為主,以板書為主要的課堂教學模式,對板書不能體現的內容,如工程圖片、表格、模型等,可通過PPT向學生展示。通過板書的知識點書寫和PPT的直觀認識相結合,加深學生對知識點的理解和掌握。另外,課堂練習是鋼結構課程必不可少的教學環節。課堂練習將以工程實例為原型,向學生講解工程中鋼結構設計的理論知識。

                                          (四)建立成績評定系統

                                          改變以往傳統的期末考試成績評定方式。采用過程考核和期末考試的形式,最終的成績由該兩部分組成:第一部分采用閉卷考試的形式,主要考查學生對基本理論知識的掌握情況,占總成績的70%;第二部分考核主要為平時表現,主要考核學生對知識的靈活應用和應用基礎知識解決具體問題的能力。通過詳細記錄學生平時的出勤,對學生作業完成情況及課堂回答問題的情況進行考核。

                                          三、結語

                                          鋼結構設計原理課程改革,通過以上結合工程實踐的教學方法,教師可以在有限的學時內,致力于培養“基礎扎實,實踐能力強”的鋼結構設計、施工專業人才。同時,學生基本理論學習和工程實踐學習并進,在牢固掌握鋼結構基本理論的同時,學習將理論知識運用于工程實踐,為成為適應當代社會發展需求的專業人才而努力。

                                          作者:秦樺 單位:貴州大學土木工程學院

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