面向卓越工程師培養計劃的本科鋼結構課程教學改革探討

摘要：本文從分析卓越工程師培養計劃的培養目標出發，探討本科生鋼結構教學存在的問題，提出針對卓越計劃修訂教學大綱、編寫實用教材、建立校外實習基地、校企聯合培養等等培養實用創新型鋼結構人才的思路。

關鍵詞：卓越工程師；鋼結構；教學改革

國家教育部推出卓越工程師教育培養計劃（以下簡稱卓越計劃）[1，2]，旨在通過在試點高校及專業實施卓越計劃，摸索建立具有中國特色的工程教育模式。卓越計劃將面向社會需求培養人才，第一批（2010年）有61所高校入選，第二批（2011年）有133所高校入選，批準462個本科專業或試點班。土木工程專業方面清華大學等21所高校入選見表1，實施卓越計劃是高水平大學辦學趨勢。

鋼結構課程作為土木工程專業的重要專業課之一，不僅課程本身在土木工程課程體系中占有重要地位，鋼結構特點以及鋼結構行業蓬勃發展態勢也使其在卓越計劃中占有重要地位。

一、鋼結構發展前景及人才需求

鋼結構體系具有自重輕、抗震性能好、施工周期短、加工制作工業化程度高、造型新穎輕盈、施工噪音低、大部分鋼材可回收循環利用、符合可持續發展要求等優點。作為鋼鐵大國我國已經連續十年鋼產量居全世界第一，國家政策也從20世紀50年代節約用鋼、20世紀80年代合理用鋼轉變為21世紀提倡用鋼。建設部頒布的《國家建筑鋼結構產量“十五”計劃和2015年發展規劃綱要（草案）》提出，“十五”期間，爭取年全國建筑鋼結構用鋼量達到鋼材總產量的3%左右，到2015年爭取年全國建筑鋼結構用鋼量達到鋼材總產量的6%左右。如果保守估計2015年鋼產量為5億噸，其6%為3000萬噸。總之鋼結構行業發展會越來越快，該行業的人才需求量也會越來越大。相比鋼結構行業的人才需求，國內培養的鋼結構專門人才偏少，質量也不高。要想改變我國鋼結構應用落后于發達國家的現狀，需要培養具有扎實鋼結構理論基礎，了解國內外鋼結構新進展及新技術，能將所學理論知識靈活應用到鋼結構設計、施工等相關工作中，創新意識和創新能力較強的具有卓越工程師潛質的畢業生。

二、鋼結構教學現狀及存在問題

1.教學現狀。從我校情況看，土木系本科生鋼結構教學分成鋼結構原理（專業必修課32學時，其中2學時用于考試）、鋼結構設計（專業限選課24學時，其中2學時用于考試）及鋼結構課程設計（1.5周實踐教學環節）三個教學環節進行，在第三學年第二學期內完成。基于“高等學校土木工程指導性性專業規范”[3]，三個環節的教學側重點如下：鋼結構原理課程要學習鋼結構特點及設計方法、鋼材性能及選用、鋼構件（包括軸拉構件、實腹和格構式軸壓構件、梁、拉彎構件、實腹和格構式壓彎構件）的強度、穩定及剛度計算及設計，鋼結構焊縫連接（分為對接焊縫和角焊縫）和螺栓連接（分為普通螺栓和高強螺栓）的計算及設計、疲勞計算等內容；學生后續有大跨結構和高層結構選修課，加之課時有限，鋼結構設計以門式剛架和重工業廠房設計為主；鋼結構課程設計大部分學生做鋼屋架設計，少部分學生選做門式剛架設計。

2.存在問題。我校鋼結構課時偏少，并且目前對鋼結構感興趣，愿意從事鋼結構行業的學生不少，掌握好鋼結構設計及施工知識對學生就業也非常有利，但是鋼結構課程知識點多而雜，公式多，重點的穩定問題學習難度大，加之學生材力和結力的學習基礎不扎實，雖然采用多媒體教學手段，但因課時所限，授課時往往還是無奈停留在學生對構件及連接能夠正確驗算校核層次，很難引導幫助學生提升到對構件及連接進行優化設計和合理構造處理，乃至具備實際鋼結構工程設計能力。同時對國內外鋼結構設計規范的比較介紹不夠，對鋼結構新理論、新材料、新結構、新技術介紹也不足。依據“卓越計劃”人才培養的要求，從鋼結構的授課內容及授課效果分析，鋼結構教學主要存在以下問題：①鋼結構原理、鋼結構設計、鋼結構實踐環節課程大綱面向卓越工程師計劃的針對性不強；②教學內容對國內外鋼結構發展、新理論、新材料、新結構、新技術吸收不及時；③鋼結構課程設計和畢業設計的工程實際針對性不強；④未能充分調動學生學習興趣及熱情；⑤未做到因材施教；⑥學生力學基礎差對鋼結構學習產生畏難心理。

三、鋼結構課程改革思路

應用創新人才培養應是以知識學習為載體，著力系統培養學生知識遷移能力及創新能力。分析鋼結構教學存在的問題，可以從以下幾個方面進行教改嘗試[4-6]。

1.教學準備及實施中注重創新能力培養。首先依據“卓越計劃”，結合現代鋼結構材料、構件、體系及設計方面的最新發展，制定2012級本科專業教學計劃和相應課程大綱，并科學劃分及銜接本科與研究生的鋼結構課程內容。其次按照新修訂的《鋼結構設計規范》（預計2012出版）編寫本科生教材鋼結構教材，教材要體現新規范、新理論、新材料、新體系、新技術，力求具有循序漸進、通俗易懂、敘述詳細、例題多且貼合實際，便于自學，邏輯清晰等特點。最后將教學模式從講授式逐步轉化為探討式，精練教學內容同時，采用現代化教學手段提高教學效率，以討論式學習鋼結構重點難點問題，啟發學生深入思考及掌握鋼結構理論知識及設計方法，引入實際工程設計討論，培養學生創新思維。

2.激發學習興趣，力求因材施教。緒論課以鋼結構學習動員形式進行。介紹鋼結構特點、國內外應用及研究現狀、鋼結構的前沿課題、鋼結構發展前景、鋼結構行業狀況及國內外重大鋼結構工程等。通過鋼結構學習動員開闊學生視野，激發學生學習鋼結構的興趣。課間嘗試引入上海交大劉西拉教授采用的“帶領學生玩搭建結構的游戲”模式[7]，活躍教學氣氛，培養學生對課程學習的興趣。課間及課后組織學生觀看鋼結構工程錄像。教學中采用的華南理工大學王湛老師研發的《鋼結構多媒體教學系統》動畫及工程錄像，很受學生歡迎。所以訂購或制作鋼構件、緊固件、焊接件、小型鋼結構體系及連接的教學模型，并鼓勵學生參與到模型制作中，使學生有直覺感官認識的同時，培養動手能力很必要。鼓勵并指導學有余力的學生閱讀鋼結構課外書籍及科研文獻，撰寫讀書報告；鼓勵對設計感興趣的學生利用課余時間學習STS，3D3S，MST，ETABS等鋼結構設計軟件，為做畢業設計及適應畢業后從事鋼結構設計工作做準備；鼓勵對科研感興趣的學生參與任課老師的科研課題，進行鋼結構方面的研究或試驗工作。

3.加強實際工程訓練。積極與鋼結構設計、施工及研究單位建立合作關系，聯系校外實習基地。畢業設計環節及假期讓部分學生到校外實習基地參與實際鋼結構工程的設計或施工。鋼結構課程設計和畢業設計題目逐步改進為實際工程設計題目。

4.與其他課任課老師溝通。與前續課程材料力學、結構力學等的任課老師進行交流溝通，幫助和要求學生在力學課學習階段對鋼結構所需的力學知識點扎實掌握，盡量減少學生由此產生的對鋼結構學習的困難，有利于節省用于復習力學知識點的鋼結構課上學時；與后續課大跨結構、高層結構、結構抗震設計等課程的任課老師溝通，保證學生鋼結構知識的系統性；與認識實習和生產實習老師溝通協商，認識實習協助安排所有學生到鋼結構工地參觀學習，生產實習安排部分學生到鋼結構校外實習基地實習。

我國要從鋼鐵大國轉變為鋼鐵強國及至鋼結構強國，培養出一大批高素質應用創新型鋼結構專門人才是當務之急。以實施卓越計劃為契機，修訂鋼結構系列課程教學大綱，編寫實用型現代鋼結構教材，精練教學內容，采用現代化教學手段及多種教學方法想方設法調動學生學習鋼結構熱情和創新意識，吸引優秀學生到鋼結構產業中去，利用校企聯合培養方式即鋼結構實習基地培養學生鋼結構實踐能力，培養出卓越計劃要求的未來卓越工程師的后備軍。

參考文獻：

[1]教育部.卓越工程師教育培養計劃[Z].2010-06.

[2]教育部.教育部關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見[Z].2011-01.

[3]高等學校土木工程指導委員會.高等學校土木工程指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]郭小農，羅永鋒，蔣首超，王偉.鋼結構穩定研究[J].高等建筑教育，2011，（12）：46-48.

[5]張磊，李忠學，趙偉.面向土木工程創新設計實驗班的鋼結構教學改革構思[J].高等建筑教育，2009，（12）：110-112.

[6]陳東.基于卓越工程師計劃的鋼結構教學改革研究[J].重慶科技學院學報，2001，（16）：174-175.