钢结构设计原理课程教学改革研讨

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摘要：钢结构设计原理课程是高等学校土木工程专业的一门重要专业课程。本文通过一系列的教学改革，让学生在有限学时内，牢固掌握钢结构设计的基本理论，同时有效地提高学生工程实践应用的能力，为培养专业的土木工程人才做准备。

关键词：钢结构设计原理；教学改革；学生

一、课程目前教学现状

钢结构设计原理课程是高等学校土木工程专业的一门重要专业课程，该课程是在已有结构知识的基础上，培养学生对钢结构设计基本理论的理解和掌握，同时培养学生钢结构工程设计与应用的能力，是一门理论性和实践性都较强的应用性学科。钢结构设计原理课程具有内容丰富、构造形式复杂、与工程实际联系密切、工程应用性强等特点。按照现行本科教学大纲的要求，钢结构教学的学时较少，教师课堂教学的时间主要用于对钢结构基本理论知识的讲解，没有足够的时间加强学生的力学知识，并把理论知识应用于实践。笔者在多年的教学实践中发现，钢结构设计原理课程是学生反映较难掌握的一门课程。该门课程的公式、图表、规范条文较多，具有很强的综合性、技术性和应用性，既有理论推导，又与相关规范和工程实际联系密切。另外，目前学生接触的大多数建筑物都是钢筋混凝土结构，对钢结构建筑比较陌生，虽然在结构课程教学中安排有参观实习，但一般参观实习的课时非常有限，这就使学生对钢结构建筑的认识较少，造成学生在钢结构学习中没有直观印象，学习困难。如何尽可能在有限学时内，帮助学生牢固掌握钢结构的基本理论，同时有效地提高学生工程实践应用的能力，是钢结构课程教学研究的重要课题。这对学生毕业后尽快适应社会对钢结构人才的需求，促进钢结构领域的健康发展有着重要的现实意义。

二、课程改革理念及思路

钢结构设计原理课程的改革，将通过合理安排学时，理论教学和实践教学环节并重，培养学生在牢固掌握钢结构基本理论的同时，具备将理论知识运用于工程实践的能力。改革将从以下几个方面着手。

（一）教学内容改革

由于钢结构课程课时较少，教学内容多，涉及面广，因此，教学中要精简内容，突出重点、难点知识，并结合工程实例进行讲解，增加学生的学习兴趣，培养学生的工程意识。同时，适当补充教材中没有的新知识和学科前沿动态信息，拓宽学生视野。精简、优化课程教学内容，突出重点知识，讲透难点知识，避免教学资源的浪费。而精简钢结构课程内容，并不是一味地减少教学内容，有些内容要减，有些内容则要“加”。“加”的内容主要是为了拓宽教学内容的适应面，比如钢与混凝土组成的组合结构、轻钢结构等内容教材涉及较少，而其工程实用性又较强，所以应适当补充这方面工程结构的教学内容。另外，教学内容要体现本学科科学研究的新信息和最新成果，充分反映学科前沿的动态，注重对学生创新意识和创新能力的培养。如在钢结构课程讲授过程中，可简单介绍一些现代设计新方法和新技术，例如门式刚架轻型房屋钢结构的设计方法等。

（二）教学方法改革

1.提高课程教学效率，组织好课堂理论教学。

（1）把握教材，提炼知识点。钢结构设计原理与先修课程如材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构设计等课程有一定联系。为了在有限的时间内，完成既定的理论教学和实践教学二者并重的目标，教师必须强调教学重点，提炼知识点。例如钢材力学性能及指标，建筑材料和材料力学课程中都有讲授，教师可以将这一节的课程重点放在引起钢材脆性破坏的因素、钢材的疲劳破坏及如何选用钢结构材料上，这对学生日后实践应用有很大帮助。又如，钢结构的极限状态设计方法，与混凝土结构设计课程中的设计方法原则相同，在钢结构课程中，教师只需要强调钢结构设计的极限状态表达式与混凝土结构设计的极限状态表达式的异同，既帮助学生复习了混凝土结构设计公式，又加强了学生钢结构设计公式的理解。（2）准备工程案例。同理论内容配套的工程案例是课程讲解的重要组成部分。恰当的工程案例可以极大地提高学生学习相关理论知识的兴趣，对学生增强理论理解，提高解决工程实际问题的能力至关重要。例如在钢结构材料一章，教师可遵循概念讲解—工程事故案例分析—工程注意事项的讲解步骤。例如可以引用某钢厂冶炼车间桥式吊车梁疲劳破坏事故，教师可先讲解疲劳破坏的特征，然后再讲解疲劳破坏工程事故的调查检测、事故原因分析和总结。此案例中涉及吊车梁的选材、钢材的材料缺陷、钢材的材料校核及钢材的疲劳等内容。通过这个案例，学生不仅加强了对钢材性能的理解，也掌握了工程事故分析和处理的方法。在教师的教学中，这种与教学内容相关的工程案例可以贯穿理论教学的整个过程，深入浅出的讲解能调动学生的学习热情，促进学生工程实践能力的提高。（3）课件编写。课件的编写应文字简练，条理清楚。教师可将重点放在图表、规范条文和工程实例图片上，同时应减少繁冗的文字描述，以提高教学效率。学生普遍感觉钢结构难学之处是钢结构构件和连接的构造抽象难懂。教师可以利用多媒体软件模拟焊接的连接、梁柱构件的失稳模态、格构式构件的平面外屈曲等，能帮助学生理解知识点，增强学习效果。（4）课堂例题和课后习题。例题和习题可采用两类，一类是结合材料力学和规范公式的机械套用题目，另一类是与工程实际结合的综合应用习题。机械套用公式的例题着重讲解原理，可加强学生对钢结构基本理论知识的理解。而涉及综合应用的习题，则紧密结合钢结构设计规范重点讲解设计过程，提高学生处理工程实际问题的能力。

2.组织实践教学。

钢结构设计原理课程的实践教学环节主要包括钢结构认识（生产）实习、钢结构课程设计和毕业设计三个方面。（1）认识实习。钢结构结构复杂，学生通过现场参观、实习，可以加深对钢结构的感性认识。土木工程专业实习的内容涉及钢结构制作及钢结构体系的认识，教师可现场讲解钢结构的生产、制作过程。在现场认识钢结构体系的前提下，教师可进一步作轻钢结构、空间网架结构等结构体系的讲解。（2）课程设计。钢结构课程设计安排在钢结构设计原理课程结束之后一周进行，是钢结构教学的主要实践性环节之一。钢结构课程设计的题目可采用平台钢结构设计。教师在教学方式上，可将一周的集中课程设计分散到相应的课堂教学环节中去。如在钢结构设计原理课程中，讲到“梁的设计”一章，教师可以提前讲授平台钢结构的设计思路，结合本章梁的设计内容，学生可以在教师的指导下完成平台梁、板、柱及支撑的结构布置，并完成平台梁的荷载计算、结构内力计算及平台梁的设计等内容。在课程进行到轴压构件和压弯构件设计的章节时，教师可指导学生继续完成平台柱的设计。之后根据理论教学进程，学生可依次完成梁柱节点、柱脚及基础设计等内容。通过这种教学方式，学生在逐步完成作业的同时，建立了牢固的工程整体概念，提高了将理论知识运用于工程实际的能力，可取得良好的教学效果。（3）毕业设计。有了课程学习中理论环节和实践环节的精心安排，学生的计算和应用能力得到了很好的培养和锻炼。毕业设计的综合训练可进一步提升学生的工程实践能力，为走向工作岗位做好准备。

（三）课堂教学方式改革

钢结构课程之前的课堂教学模式以PPT教学为主，学生注意力不容易集中。在改革后的课堂教学模式中，将以教师讲课为主，以板书为主要的课堂教学模式，对板书不能体现的内容，如工程图片、表格、模型等，可通过PPT向学生展示。通过板书的知识点书写和PPT的直观认识相结合，加深学生对知识点的理解和掌握。另外，课堂练习是钢结构课程必不可少的教学环节。课堂练习将以工程实例为原型，向学生讲解工程中钢结构设计的理论知识。

（四）建立成绩评定系统

改变以往传统的期末考试成绩评定方式。采用过程考核和期末考试的形式，最终的成绩由该两部分组成：第一部分采用闭卷考试的形式，主要考查学生对基本理论知识的掌握情况，占总成绩的70%；第二部分考核主要为平时表现，主要考核学生对知识的灵活应用和应用基础知识解决具体问题的能力。通过详细记录学生平时的出勤，对学生作业完成情况及课堂回答问题的情况进行考核。

三、结语

钢结构设计原理课程改革，通过以上结合工程实践的教学方法，教师可以在有限的学时内，致力于培养“基础扎实，实践能力强”的钢结构设计、施工专业人才。同时，学生基本理论学习和工程实践学习并进，在牢固掌握钢结构基本理论的同时，学习将理论知识运用于工程实践，为成为适应当代社会发展需求的专业人才而努力。

作者:秦桦 单位:贵州大学土木工程学院