钢结构设计原理课程教学改革研究

作者:未知

  摘 要:《钢结构设计原理》是土木工程专业本科生的一门必修课。本文根据目前我国钢结构人才培养情况,针对该课程的培养目标以及存在的问题,从市场需求、教学方式、国际化水平、实践教学的几个方面对《钢结构设计基本原理》课程教学改革进行了讨论,旨在提高本课程的教学水准,推动教学改革。
  关键词:钢结构设计原理;土木工程;教学改革
  中图分类号:G64          文献标识码:A          文章编号:1673-9132(2020)10-0003-02
  DOI:10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2020.10.001
  近年来,我国钢结构产业发展迅猛,但是与发达国家相比仍有较大差距。钢结构本身具有节约能源、建造时间短、可良好适用于大跨结构等优点[1],这些优点让钢结构在土木工程领域有了很大的利用空间。同时,由于我国政府的大力鼓励与支持,钢结构必然会有更加广阔的发展与应用。
  但是,就目前情况来看,我们培养出来的大学生,在钢结构设计方面的知识显得严重不足,在毕业之后,靠着大学积累的知识不能很好地胜任钢结构相关的技术工作,这就直接导致了钢结构领域的专业技术人员的严重缺乏。而相对于国内而言,国外的情况却比较乐观,整体处于较为领先的水平。尤其是像美国、日本、英国等发达国家,由于其较早使用钢结构,技术和理论都相对成熟[2]。因此,能直接阅读、理解外文文献对学习有极大的帮助,这就需要我们教师将这些用外文描述的知识内容传授给学生,使学生能够掌握到更多的专业词汇与专业术语,以便之后更好地参与到国际竞争。
  此外,作为一个工程类专业的专业主干课程,实践也是必不可少的一环,这也是培养学生综合运用所学知识,培养动手能力和创新精神的重要环节。传统的教学方法显然还不适应发展的趋势[3],因此,《钢结构设计原理》课程改革势在必行。
  一、目前《钢结构设计原理》课程存在的问题
  (一)教学内容与市场需求不符
  钢结构在我国得到了飞速的发展,但在相比之下,也凸显出了钢结构专业技术人员的严重缺乏与从业者专业素质的不足[4]。这个问题直接反映出大学期间的培养出现了问题,我们培养出的大学生在钢结构设计方面知识严重不足。我们的培养目标,是培养出适应现代社会的、既懂理论又懂应用的复合型钢结构人才,但显然目前的培养模式还没有达到预期目标,其原因在于教学内容与市场需求之间不相符。学生在现有的教学模式下,确实从根本上掌握了钢结构的设计原理,但是针对实际工程问题,就某个结构体系的设计与计算过程并不熟練,这就很大程度上造成了高校培养出的学生与社会的“脱节”现象。
  (二)教学方式比较落后
  目前,在国家的鼓励与支持下,钢结构行业正在进行高速迅猛的发展,这种发展既体现在数量上的日益增加,又体现在结构的复杂多样。因而在现代的工程中,除了要满足基本需求,也要有一定的美学效果。钢结构建筑日益增多,高效钢材、新型结构大量涌现。这就使钢结构具有一定的复杂性。而这种趋势也给课堂教学带来了一定的困难。就学生而言,他们的经验较少,对钢结构的印象并不深刻,只能通过书本了解到一些结构的形式,在课堂中又难以看到造型复杂、创新性强的新型结构,而通过语言描述与想象力显然不能形成直观的印象。因此,在当今投影技术、建模软件、有限元分析软件的支持下,一些先进的教学方式也应该加以运用,从而为学生创造良好直观的课堂效果。
  (三)缺乏国际先进知识
  在加入世界贸易组织(WTO)后,中国比以往更急需一批国际化的人才。尤其对于钢结构领域而言,美国、日本、英国等发达国家有较早的研究,其理论与技术相对于国内也较为成熟,因此获取第一手资料是参与国际竞争的必要一环。对于学生而言,他们需要领悟国际化的先进知识,了解前沿动态,掌握一些基本学术名词的外文规范用法,这样才能在国际竞争的浪潮中崭露头角,为行业未来的发展提供源源不绝的动力。而就目前的情况看,部分学生的外语水平较低[5],并不能满足培养目标的要求,且在学科外语的课程中,学到的外语内容并不能得到运用,不能与实践、与具体知识相结合。就《钢结构设计原理》而言,一些专有名词虽然在学科外语中学到,但很难联系到课程中,也很难在文献阅读中加以运用。因此,在课程设置中增加外语教学具有一定的必要性。
  (四)缺乏实践教学
  对于《钢结构设计原理》这种工程类的专业核心来说,实践教学也是必不可少的一部分。21世纪之后,工程实践趋势已经愈发明显,但我国教育却因“重理论、轻实践”而导致学生解决工程问题的能力没有达到预期要求。在传统课堂中,对于基本知识点的讲解占较大比例,这无可厚非,而学生们大多为了考试而只进行理论的学习,在课上学习以及课下训练时,更多的还是偏重于对基本知识点的吸收,这就与我们的目标相违背了。就培养目标而言,是否可以掌握基础理论知识,在工程中是否可以对钢结构构件的计算了如指掌,是否可以熟练使用有限元分析软件,都是很重要的环节。为了减少学校与社会之间的过渡期,我们教师有义务,也有责任将工程实践教学带入课堂中,以工程计算实例为训练内容。应该精心设计课程,设置一些针对钢结构在实际工程应用计算实例,让学生们在课堂中,或者课堂下亲自动手操作计算,可以极大地培养学生的动手操作能力,提高学生学习兴趣,进一步缩短学校与社会之间的距离,学以致用,以用促学。
  二、解决《钢结构设计基本原理》课程存在问题的措施
  (一)完善满足与市场需求相符的教学内容
  为了加强学生对钢结构整体的认识和理解,需要在《钢结构设计原理》课程中,加入钢结构整体系统的计算实例,不仅使学生掌握基本构件的设计原理,还使学生懂得整个钢结构体系的计算过程;一些良好的工程实例也会使教学更形象化、具体化,如在教授金属疲劳相关知识时,引用了日本阪神地震时钢桥破坏的案例,从钢桥破坏引到钢桥墩的超低周疲劳破坏,再进一步剖析超低周疲劳破坏的机理,将难以理解的理论问题转化为鲜活的工程问题,帮助学生提高理论水平,使学生能够更好地适应未来钢结构设计市场的工作。   (二)完善多媒体教学环节
  可以利用软件建立模型、有限元分析、制作多媒体课件相结合,将一些复杂的钢结构以照片、录像以及建模等形式通过屏幕投影设备呈现给学生,也可作为学习资料传给学生,在课后细细研讨,扩展思维。建模软件可自由进行视角切换,这就保证了可以较为全面的讲解和展示。同时,建立的模型可以展现出一些结构的细节部位,因此可以对整个结构有较为细致直观的阐释。这种应用新媒体的教学手段形象、直观、信息量大,使学生在听觉、视觉上受到直接的刺激,既增加了学生的感性认识,又加深了理性认识,也充分调动了学生的学习积极性,从而提高教学效果。这种方法可提高学生的能力,扩展思维,但对于教师来说是一种考验,给教师的准备工作提出了更高的要求,如在课前需要认真准备多媒体课件,以便在课上有更好的呈现。
  (三)采用汉英日三语教学
  在钢结构设计原理教学过程中,适量增加英语和日语撰写的钢结构知识、词汇,尤其是增加英、美、日等发达国家钢结构设计规范中的理论知识。在《钢结构设计原理》课程开展之前,可先进行学科外语课程的教学。学科外语课程教授一些专业的词汇以及相关的用法形式,但在授课后,学生的应用范围仅限于考试和作业,在平常几乎难以应用。而《钢结构设计原理》课程恰好可以给学生以应用的空间。且通过设计三语教学,还可以进一步巩固学生对专业词汇、用法的理解,这样既可提高学生的学习兴趣,又可以为学生的专业外语水平打好一定的基础。三语教学模式可以使学生更加深入地了解发达国家先进的钢结构理论知识和先进的技术,掌握行业领域内的专业词汇和专业语句,有利于学生积极参与国际交流、合作与竞争。
  (四)完善教学实践环节
  《钢结构设计原理》是实践性非常强的一门课程,只靠教师讲授难以达到较好的效果。因此,为增强课程的实践性,在课上可以设置一些钢结构工程设计计算的例题,让学生亲自参与,使学生充分地融入到工程实践的氛围中来,熟悉钢结构设计和施工图纸编制规程,掌握钢结构工程的设计验算过程,同时也可加深学生对《钢结构设计原理》理论知识点的理解。可组织学生针对实际钢结构工程进行分组设计计算,按小组分别对某高铁桥梁的钢支架体系(含临时钢墩、贝雷片、工字钢、支撑钢管等钢构件)进行手工设计验算。在完成手工计算之后,还要进行电算的训练。学生需要使用结构计算软件MIDAS建立钢结构体系的三维模型进行计算,通过对比手算和电算结果,验证计算过程是否出现问题,如选取的公式是否合理、理论是否正确等。通过课堂实际工程的设计计算,可增强学生对理论知识的应用,推动理论联系实际,培养了学生用理论知识进行实际工程中钢结构构件和钢结构整体体系的设计计算的能力。
  三、结语
  工程類专业涉及多学科交叉,涉及面广,实践性强。它的培养目标,是培养出与社会接轨的,既懂理论又可以灵活应用的优秀本科生,但就目前情况来看,效果并不乐观,这就需要我们高校教师合理地进行课堂模式的改革,根据实际情况,完善教学模式,如完善与市场符合的教学模式、多媒体教学、多语种教学、完善实践环节等。在逐步教学实践中,逐步完善,逐步提高,才能实现我们的教学目标,为社会主义现代化建设培养出更多高素质的专业人才。
  参考文献:
  [1]张广承.现代轻钢结构建筑及其在我国的应用[J].中国战略新兴产业,2018(28):89.
  [2]袁耀明.钢结构住宅体系研究综述[J].屋舍,2019(4):36.
  [3]黄玲,谢洪阳.钢结构设计原理课程教学改革探讨[J].高等建筑教育,2010(4):68.
  [4]刘景凤,戴为志.责任与思考——钢结构的现状和对策[J].电焊机,2013(11):1.
  [5]李黎,陈国栋,连达军.对“GNSS原理与应用”课程采用“双语教学”之探讨[J].中国建设教育,2018(6):20.
  [责任编辑 杜建立]
  作者简介:田钦(1982.1— ),男,土家族,湖南古丈人,讲师,研究方向:钢桥疲劳、桥梁健康监测、桥梁抗震。
  课题项目:本文系江西省南昌大学校级教改课题《基于复合型人才培养的钢结构设计原理课程教学改革的研究》(编号9130-1402)研究成果之一。
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