浅析《钢结构设计原理》课程教学现状与创新改革方法

作者:未知

  摘要:《钢结构设计原理》课程是土木工程道桥类专业的主干专业课之一,具有内容多、理论性强、创新设计能力要求高的课程特点。通过对学院在钢结构课程上的教学现状分析,提出所存在的教学问题,探讨了推进钢结构课程创新改革的具体方法,这对于提升课程教学效果和提高教育质量具有重要的现实意义。
  关键词:钢结构;课程特点;教学现状;课程创新改革
  中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2019)31-0072-03
  钢结构体系具有承载力大、自重轻、安装容易、抗震性能好和可循环使用等综合优势,随着我国建筑工程领域产品的结构调整,钢结构以其自身的优势引起业内的关注,并在许多工程中得到合理、迅速的应用,我国在政策上对钢结构的应用也十分重视。万州长江大桥、上海金茂大厦、中央电视台新台址主楼、鸟巢等系列超高、超大型钢结构的兴建都代表着我国钢结构的先进发展水平[1]。但由于我国工业体系建立得较晚,钢结构还存在着巨大的发展空间,国家亟须培养一批理论和实践并重的高素质钢结构人才。《钢结构设计原理》是土木工程专业十分重要的专业课程,也是道路桥梁专业学生认识钢结构工作原理、从事钢结构设计与施工的重要理论和实践来源,但由于该课程内容广泛,知识点学科交叉现象明显,难度较大,并且开设的课时较少,很多本科生在学习过程中都出现学不透彻、学过就忘的现象。如何让学生更好地掌握钢结构设计原理,并能在以后的工作或科研过程中加以运用,是担任钢结构教学任务的教师面临的一个重要问题。
  一、钢结构课程特点
  (一)课程内容较多,交叉学科广
  《钢结构设计原理》课程内容较多,所涉及的工程结构类型也众多,既有轻型结构也有重型工业厂房结构,又包括大跨度空间结构、多层高层建筑结构、可拆卸移动结构以及钢筋混凝土结构等,设计理论既包括钢材的选择,结构的连接、结构稳定性和强度分析,又涉及许多规范、规程和工程实例的分析,从结构的选型,到结构的模型简化,再到结构的强度、稳定性和变形计算,以及结构连接的焊缝、螺栓计算,所包含的知识内容涉及土木工程材料、材料力学、结构力学、弹塑性力学和钢筋混凝土设计原理等多个学科,所以说课程难度相当大,对于本科生来说,依靠单一的课堂教学确实很难学好。钢结构设计原理是一门教学难度很大的课程[2],具有独立的钢结构设计能力是《钢结构设计原理》课程的教学目的之一,而创新设计则是课程的更高层次要求。所有的土建工程几乎都离不开钢结构的设计和使用,好的钢结构设计一方面可以大大提高工程质量,另一方面也可以降低工程费用,所以在课程之中重视学生的结构创新设计能力培养至关重要。一方面需要学生能结合工程实际需求合理地选择钢材,确定结构体系类型和连接方式,另一方面也需要其能够进行结构的强度计算和稳定性及抗震分析。
  (二)课程理论性强,较为抽象
  钢结构设计原理的内容主要可以分为材料、构建、连接三个部分,每部分知识都具有很强的理论背景。钢结构材料的选择需要充分考虑钢材的力学性能、破坏形式、分类及钢材性能的影响因素。构建部分是整个钢结构课程理论的重难点,包括了轴心受力构件、受弯构件、拉弯和压弯构件在内的多种受力构件的强度、刚度和稳定性的计算,对材料力学的相关理论要求极高。构建连接主要包括焊缝和螺栓两种连接方式,但涉及焊缝的构造设计计算和强度验算,类型很多,深化了连接理论[3]。所以说钢结构设计原理在很强的工程实践背景下也具有很强的理论性,较为抽象,单一的课堂讲解不利于学生的理解。
  (三)对学生创新设计能力要求高
  具有独立的钢结构设计能力是《钢结构设计原理》课程的教学目的之一,而創新设计则是课程的更高层次要求。所有的土建工程几乎都离不开钢结构的设计和使用,好的钢结构设计一方面可以大大提高工程质量,另一方面也可以降低工程费用,课程内容较多,交叉学科广,所以在课程之中重视学生的结构创新设计能力培养至关重要。一方面需要学生能结合工程实际需求合理地选择钢材,确定结构体系类型和连接方式,另一方面也需要其能够进行结构的强度计算和稳定性及抗震分析。
  二、学校钢结构课程教学现状分析
  《钢结构设计原理》课程教学的目的是使学生能掌握钢结构的基本理论和设计方法,能够对简单的钢结构体系进行强度校核和稳定性分析,学会钢结构的连接原理和连接方法,可以进行简单的钢结构设计。辽宁工程技术大学在多年的钢结构教学中也一直在秉持这一教学目标,但不得不承认在课程设置和教学的过程中还是存在很多问题。针对学校钢结构课程教学的问题现状,做出如下分析。
  (一)教学手段较为传统,缺乏创新
  学校开设钢结构课程以来一直沿用传统的课堂板书教学模式,老师在讲台上进行板书讲授,学生在下面单调聆听。一方面由于钢结构课程内容多、理论强的特点,使得这种枯燥的“灌输式”教学方式很难使学生产生学习和研究兴趣,另一方面由于钢结构与工程实际结合紧密,一些重要的知识单靠抽象的口头讲解很难清晰地向学生讲授,很多复杂的工程实例也不容易通过黑板向学生展现,不少学生在课堂上都是“身在曹营心在汉”,达不到教学目的。
  (二)教学内容冗杂繁多,缺乏重点
  钢结构课程内容繁多,大多数老师在讲授的过程中也都是按部就班从前往后进行讲解,力求详尽,经常会出现教师为了赶进度而在课程某一部分加快速度,掩盖了重点和难点。每一门课程针对不同专业的学生都应该有不一样的重点要求,课程中要详略有度,这样才有利于学生去更好地掌握课程内容。
  (三)教学过程缺乏针对性,教学质量不高
  土木工程在很多高校都是大型专业,学生众多,在大班“批量式生产”的教学环境下会直接导致学生的课程水平参差不齐,分级严重,加上“灌输式”的课堂教学方式,使得很多学困生得不到课堂照顾而学不懂,直至产生抵触和厌学心理。这种针对性不高的教学方式导致只有很少一部分学生能达到教学目标,教学质量很难得到有效的提高。   (四)教学课时较少,教学效果不明显
  在内容多、知识杂、理论深的课程情况下,学校安排的钢结构课时只有40个学时,平均每1.5个星期才有2个课时,这使得很多的难点知识得不到详细的讲解,也无法在课堂上过多地列举重要的工程实例,这在很大程度上增加了教学难度,很多教师在注重课程进度的同时无法注重教学的质量,只能走马观花地带领学生去学习,并不能取得良好的教学效果[4]。
  三、钢结构课程创新改革的几点提议
  如前所述,钢结构课程有其自身内容多、理论性强和创新设计能力要求高的特点,但在教学的过程中又存在着教学方法传统、缺乏针对性、课时少等种种问题,使学生普遍感觉学习难度较大。教师要在较少的课时内,努力达到教学目标,确保教学质量,亟须在课程设置和教学方法上进行系列的创新改革,强化教学内容、优化教学结构、改进教学方法,注重学生实践能力和创新能力的培养,充分结合学校的应用创新型人才教育理念提出课程改革的具体方法。
  (一)改进课堂教学方法
  传统单一的课堂板书教学方法很难迎合现阶段的素质化教育需求,也很难达到《钢结构设计原理》课程的教学要求和目的,这种被动式的教学方式在很大程度上磨灭了学生的创造性和积极性,课堂效率较低。而教学改革的目的则是让学生从被动学习转化为主动自觉地学习知识,这就需要在教学方法上能以学生为本,提高学生的课堂兴趣,真正让他们参与到课堂中来,培养他们独立分析问题和解决问题的能力[5]。
  1.运用多媒体课件和板书相结合的教学方式。多媒体课件具有直观、生动、信息量大的优点,课堂上以多媒体为载体,将钢结构的许多工程实例通过图片或者动画的形式展现给学生,激发学生的学习兴趣和探索欲望,让他们切身感受到今天所学的理论知识都会是我们明天步入工作后可能会遇到的,认识到课程的实用性,由“要我学”转变成“我要学”[6]。并且通过多媒体将很多的知识内容形象化,比如讲解螺栓连接时可运用动画演示给学生展现不同结构条件下的连接方式和连接步骤,如临现场,清晰可观。但多媒体加快了讲课的速度,对于很多重要的理论公式更需要老师现场的推导和讲解,这就要求老师要充分结合板书,一方面在黑板上写下每堂课程的重点知识概要,另一方面进行重要的公式推导,将板书和多媒体灵活结合起来,提高课堂的教学效果。
  2.加强与学生课堂上的互动交流。师生互动交流是一种消化课堂知识的很好方式,每堂课的最后留出10分钟左右的时间让学生进行提问,对于学生的简单疑问老师可以现场予以解答,对于较为复杂的问题老师可以做好记录在课下通过课堂微信交流群进行交流。学生提问完成后老师也要提几个有关课堂内容的问题供大家讨论交流再进行回答,对于表现好的学生可以进行课堂加分,加入期末成绩考评,这样不但巩固了课堂知识,还增加了学生的学习热情。
  3.重视工程案例分析,知识点延伸讲解。与理论配套的工程案例是课程讲解的重要部分,通过案例分析能极大地增强学生的学习兴趣,对于增强学生对课程概念的理解、理论的掌握和解决工程实际问题的能力培养都有至关重要的作用。课堂上所引用的工程案例可以分为课堂引导案例、课堂讨论案例和课后思考案例,将这些工程案例分类贯穿于教学课堂的始终,既增加了课堂的趣味性,同时也促进了学生工程实践能力的提高[7]。此外,由于课本内容具有一定的局限性,很多新的专业知识在课本上得不到有效的更新,在讲课的过程中一定要适当地将内容延伸,比如在讲解有些规范规程时可以对照一些国外的相应规范,这样既丰富了课程内容,也能引起学生的学习兴趣。
  (二)强化现场实践教学
  实践教学是我国高等教育特别是高等工程教育的一個薄弱环节,很多高校在专业教学的过程中都重理论轻实践,钢结构课程本身有其很强的工程实践背景,不走出课堂很难让学生真正地学懂学透。应该根据课程的进度,适时地安排学生到建筑工地上参观实物,让学生真正现场看到多层钢结构的应用,看到不同螺栓的在钢结构体系不同部位的分布,知道现场钢结构焊接的流程,自己动手做一些小型的功能性钢结构。并将这种现场实践学习纳入课程设计之中,先通过课堂教学,再现场参观,最后自己动手设计制作,提高学生的学习效果和创造能力。
  (三)实施科研带动课程
  在国家创新驱动发展战略实施的背景之下,科研能力越来越成为评价当代本科大学生综合素质的一项重要标准,应根据学生的个人学习爱好,选择一批对钢结构具有浓厚学习和研究兴趣的学生参加相关的科研活动,由教师指导成立大创比赛小组,进行钢结构作品的创新设计,同时带领有强烈科研想法的学生做实验、写论文、写专利,锻炼科研创新能力,为他们以后的工作和深入学习打下良好的基础。
  (四)增加软件学习第二课堂
  随着计算机和网络在工程中的普及应用,很多专业课程学习对相关软件的使用要求也越来越高,在工程中钢结构设计的软件有很多种,例如:3D3S、PKPM、Xsteel等,为更好地满足教学要求,应鼓励学生在课下多学习一些钢结构设计软件的简单使用,安排相应的要通过软件去完成的课下作业[8]。CAD是土木工程专业重要的学习软件,并且学校也都开设了专门的课程,可以在钢结构课程开设的同时继续强化CAD绘图软件的学习,安排适当的上机课,让学生能熟练地掌握CAD三维结构建模操作,为他们的毕业设计或者其他建模软件的学习打下基础。
  (五)完善课程期末考核方式
  考核是教学工作的重要环节,它不仅表现在对学生课程成绩的检测,也能综合反映课程中各环节的教学情况。要提高教育质量,培养学生的创新能力,就需要对每门课程建立起既能真实检测到学生的综合水平又能有助于学生自我提升的期末考评方式[9]。根据所探讨的新的教学内容和方法,钢结构课程的期末考核要融入卷面成绩、平时成绩、课程设计成绩和课外拓展成绩四个部分,再分别按照50%、20%、20%、10%的比例折合成最终的期末成绩。卷面考试主要考查钢结构课程的相关概念、理论和计算,课程设计则考查学生的工程实例分析和简单的结构设计能力,在期末考试之前进行。平时成绩主要参考学生课堂的回答问题表现、出勤情况和作业完成情况,由教师根据日常教学记录给予相应的分数,课外拓展成绩则要参考学生在钢结构课程学习期间参加的相关竞赛以及实践、实验报告和论文撰写的情况,同样由课任老师根据学生期末上交的课外拓展材料给予相应的分数。
  四、结语
  《钢结构设计原理》课程具有内容多、理论性强、创新设计能力要求高的特点,同时还有很强的工程实践背景,是一门极不容易掌握的专业课程。结合课程的这些特点,针对现阶段钢结构课程教学中所存在的问题,提出了系列的教学创新改革措施,旨在提高教学质量,提升学生的实践能力和创造力,使更多的毕业学生能满足现阶段社会人才素质需求,为社会培养出更多具有过硬的钢结构设计和施工能力的土木人才。
  参考文献:
  [1]李帼昌,赵赤云,黄炳生.钢结构设计原理[M].人民交通出版社,2007.
  [2]丁阳.钢结构设计原理[M]天津:天津大学出版,2004.
  [3]王小平,万红霞.《钢结构设计》课程教学的实践与思考[J].理工高教研究,2007,(1).
  [4]陈宗平.《钢结构设计》课程教学的探索与实践[J].中国建设教育,2010,(05):57-60.
  [5]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,(04):68-70.
  [6]薛艳霞.《钢结构》课程教学的认识与实践[J].福建建筑,2014,(12):118-120.
  [7]王羡农.关于提高《钢结构》课程教学质量的教改实践[J].综合技术与创新管理,2007,(05):79-84.
  [8]陈新,李德建,冯吉利.钢结构系列课程教学内容改革思考[J].高等建筑教育,2010,(04):63-67.
  [9]余卫华,王正中,蔡坤.钢结构课程设计改革与实践[J].高等建筑教育,2015,(01):69-71.
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