大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學改革探討
——以廣州大學為例*

于志偉　　盧晨　　鄒劍　　李杰

（1、廣州大學 土木工程學院，廣東 廣州 510006　2、廣州大學 工商管理學院，廣東 廣州 510006）

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大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學改革探討
——以廣州大學為例*

于志偉1盧晨2鄒劍1李杰1

（1、廣州大學 土木工程學院，廣東 廣州 5100062、廣州大學 工商管理學院，廣東 廣州 510006）

摘要：文章從分析大跨空間結(jié)構(gòu)課程的教學目標入手，探討了大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學的問題和挑戰(zhàn)，提出了進一步完善大跨空間結(jié)構(gòu)課程體系、改進教學方法、改革教學評價體系的方案和措施，并應用于廣州大學結(jié)構(gòu)工程專業(yè)大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程的教學實踐，取得了較為顯著的效果。

關(guān)鍵詞：大跨空間鋼結(jié)構(gòu)；教學研究；教學改革

近幾十年，由于社會的高速發(fā)展和經(jīng)濟建設的需要，我國的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)快速發(fā)展［1］，新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，也為結(jié)構(gòu)工程專業(yè)學生在大跨空間結(jié)構(gòu)專業(yè)知識體系提出了新的要求［3］。為使高等院校土木工程專業(yè)的教學能夠更好地適應這種快速發(fā)展的需要，有必要對高等院校所開設的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程進行較全面的梳理，提出合理的課程教學方案以及教學內(nèi)容。作者從分析大跨空間結(jié)構(gòu)課程的教學目標入手，對大跨空間結(jié)構(gòu)課程的理論體系提出改革建議，旨在建立有針對性的教學理論體系。通過進一步整合教學內(nèi)容，調(diào)整教學內(nèi)容的側(cè)重點，完善大跨空間結(jié)構(gòu)課程體系，并探討了多種教學方法，得到創(chuàng)新性的大跨空間結(jié)構(gòu)課程教學體系及評價體系。

一、大跨空間結(jié)構(gòu)課程教學和評價體系所面臨的問題和挑戰(zhàn)

（一）大跨空間結(jié)構(gòu)的復雜性給課程教學提出了新的挑戰(zhàn)

大跨空間結(jié)構(gòu)具有跨度大、節(jié)點繁多、桿件數(shù)量多、連接形式復雜、形式眾多、受力特點復雜等特點，同時大跨空間結(jié)構(gòu)在荷載作用下的力學特點也有很多尚未解決的問題，因此，這為大跨空間結(jié)構(gòu)的教學及評價體系增加了較大的難度；另外，大跨空間結(jié)構(gòu)具有空間效應，結(jié)構(gòu)三向受力，在計算和分析中要充分考慮復雜的受力性能，在進行課程學習前，學生要熟練掌握結(jié)構(gòu)選型、建筑力學、結(jié)構(gòu)分析等知識，所有在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程教學中要對相關(guān)理論知識進行復習，這必然會對授課教師提出更高的要求；大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的實際工程設計較為復雜，需要授課過程中教師有足夠的實際工程經(jīng)驗。

（二）大跨空間結(jié)構(gòu)課程的交叉性為其課程教學提出了新的要求

大跨空間結(jié)構(gòu)具有頻譜密集，振動特性復雜等特點，因此大跨空間結(jié)構(gòu)的靜力性能、動力性能、災變理論和失效判別理論等較為復雜，尤其是在動力作用下的響應分析、響應特點以及災變機理等問題更加復雜，如果不能準確有效地進行計算、分析、設計，大跨空間結(jié)構(gòu)就會在災害中發(fā)生破壞，甚至倒塌，造成人民生命安全及國家重大經(jīng)濟的嚴重損失。因此，大跨空間鋼結(jié)構(gòu)課程中會涉及結(jié)構(gòu)可靠度理論、失效機理、防災減災理論、防護工程理論等多學科的理論知識。為了提高大跨空間結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，防止大跨空間結(jié)構(gòu)在災變過程中的損傷和破壞，需要對其防災減災理論和工程設計方法開展大量研究，從而為大跨空間結(jié)構(gòu)的應用和發(fā)展提供科學的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

（三）大跨空間結(jié)構(gòu)課程缺乏實踐性會影響課程教學的效果

大跨空間結(jié)構(gòu)具有較高的理論性、復雜性以及創(chuàng)新性，也是具有很高實踐性的工程結(jié)構(gòu)分支領(lǐng)域，與此同時大跨空間結(jié)構(gòu)課程中的理論知識與實際工程有緊密的聯(lián)系。很多工程中的新理論、新技術(shù)以及工程施工中遇到的實際問題并不是通過課堂講述就能夠輕易理解的。因此，需要授課教師在多媒體軟件中適當增加大跨空間結(jié)構(gòu)設計和施工的視頻內(nèi)容，結(jié)合實際對教學內(nèi)容進行有效講解。這樣的授課形式往往會是同學們印象深刻，可以起到加深課程內(nèi)容理解的作用，對改善課程教學的效果有一定輔助作用。

二、教學改革方法和措施

（一）教材改革

如前所述，大跨空間結(jié)構(gòu)近年來突飛猛進，很多新型材料和新型結(jié)構(gòu)體系不斷涌現(xiàn)，促使空間結(jié)構(gòu)的“更新?lián)Q代”速度加快，這種發(fā)展對未來工程師的知識結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，也對大跨空間結(jié)構(gòu)的學習教材提出了更高的要求。隨著新的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)設計方法、結(jié)構(gòu)分析方法等的大量涌現(xiàn)，教材中應體現(xiàn)相關(guān)結(jié)構(gòu)形式、工程實例與理論方法的介紹。大跨空間結(jié)構(gòu)教材中應補充典型結(jié)構(gòu)的施工方法和施工過程的相關(guān)內(nèi)容，讓學生對大跨空間結(jié)構(gòu)的施工有更加直接的認識，從而為今后從事大跨空間結(jié)構(gòu)相關(guān)設計、施工和運營等工作打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）教學內(nèi)容改革

首先，充分應用多媒體教學手段講授大跨空間結(jié)構(gòu)課程。教學課件應文字簡練，標題醒目，對教材重點內(nèi)容要突出，強化學生的記憶；圖表和圖片豐富，可以增強學生對計算結(jié)果的分析理解能力，提高教學效率；善于利用圖像、動畫、視頻等一體化教學手段，充分利用課件介紹大跨空間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點以及相關(guān)前沿內(nèi)容，從而擴展學生視野，增強學生對關(guān)鍵問題的理解能力，提高學習效果。

其次，大跨空間結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容中增加工程案例可以很好地補充課堂教學部分。豐富的工程案例可以提高同學們對理論知識的理解能力，也可以培養(yǎng)同學們對大跨空間結(jié)構(gòu)工程設計的興趣。通過對實際案例的講解并通過圖片或視頻的形式呈現(xiàn)給同學們，并將與實際工程相關(guān)的理論背景講授給學生，增強同學們對理論知識的理解，拉近理論與實際之間的距離。

最后，根據(jù)實際設計要求，需要在大跨空間結(jié)構(gòu)課程中增加對結(jié)構(gòu)設計和分析軟件的介紹。如前所述，大跨空間結(jié)構(gòu)具有跨度大、節(jié)點繁多、桿件數(shù)量多、連接形式復雜、形式眾多、受力特點復雜等特點，所應用的設計與分析軟件也相對復雜。因此，課程教學中應適當增加對工程設計常用軟件的介紹，如3D3S，MST，ANSYS，ABAQUS等。通過對軟件講解，讓學生能夠很快地熟悉大跨空間結(jié)構(gòu)的設計、分析流程，加深對大跨空間結(jié)構(gòu)理論概念的理解，并能利用相應的計算軟件進行簡單結(jié)構(gòu)的設計與分析。

（三）教學形式改革

1.認識實習

大跨空間結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造復雜的特點，需要有較強的空間思維能力。同學們通過在現(xiàn)場參觀、實習可以加深對大跨空間結(jié)構(gòu)的感性認識，并能讓學生把學習到的理論應用于實際工程。認識實習包括該類結(jié)構(gòu)的桿件選擇、節(jié)點制作以及對結(jié)構(gòu)體系選型的認識。在實習中認識大跨空間結(jié)構(gòu)體系的前提下，教師可以開展對不同形式空間結(jié)構(gòu)的專題講座。高效率的認識實習對提高同學們的學習興趣和熱情至關(guān)重要。同時，在認識實習過程中同學們可以隨時隨地提出自己的疑問或者感興趣的話題，在師生的討論中解決這些疑問，加深學生對理論知識的理解。

2.舉辦專題講座

大跨空間結(jié)構(gòu)課程開設的目的之一是使土木工程專業(yè)的學生了解和掌握鋼結(jié)構(gòu)中較為重要的一個分支領(lǐng)域的相關(guān)設計、分析、施工等知識內(nèi)容。但目前的大跨空間結(jié)構(gòu)課程的教學現(xiàn)狀，卻止步于基本的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)設計理論，未能實現(xiàn)與現(xiàn)代結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)分析方法的接軌。為了彌補這一缺陷，可以在完成大跨空間結(jié)構(gòu)基本教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，針對性地開設拓展學生知識廣度的認知性講座。例如，“大跨空間結(jié)構(gòu)中的新材料”，簡要介紹新型材料在大跨空間結(jié)構(gòu)中的應用；“新型結(jié)構(gòu)體系設計”，介紹目前大跨空間結(jié)構(gòu)設計的新體系、新方法等。通過舉辦這些專題講座，是學生對該領(lǐng)域的研究方向有一個大致的了解，知曉大跨空間結(jié)構(gòu)設計師進行結(jié)構(gòu)設計的一般流程和分析重點。

3.參加結(jié)構(gòu)設計競賽

鼓勵并指導同學們參加各類結(jié)構(gòu)設計競賽，并將大跨空間結(jié)構(gòu)的設計理念帶到作品中。以廣州大學為例，在近幾年的地域性、全國性的結(jié)構(gòu)設計大賽中，均組織相應年級的結(jié)構(gòu)工程專業(yè)學生組隊參加。在結(jié)構(gòu)設計過程中由鋼結(jié)構(gòu)課題組中的教師作為指導教師，鼓勵學生設計大跨度空間結(jié)構(gòu)，利用大跨空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，設計出符合受力性能要求、經(jīng)濟性好、安全度高的結(jié)構(gòu)模型，并取得了比較理想的比賽成績。同學們通過參加各類結(jié)構(gòu)設計競賽，迅速了解了結(jié)構(gòu)設計的流程，掌握了結(jié)構(gòu)設計的概念精髓，并通過系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析建立了對結(jié)構(gòu)力學性能的基本認識，同時提高了同學們認識問題和解決問題的能力，以及較好的團隊合作意識，這對學生今后走向工作崗位具有很好的指導和教育意義。

4.畢業(yè)設計內(nèi)容改革

在畢業(yè)設計方面，不少高校在結(jié)構(gòu)工程方面的畢業(yè)設計都以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的多、高層框架結(jié)構(gòu)設計為主。廣州大學近年來在畢業(yè)設計的內(nèi)容上進行改革，增加了鋼結(jié)構(gòu)多、高層結(jié)構(gòu)設計以及大跨空間鋼結(jié)構(gòu)設計的題目，尤其是大跨空間結(jié)構(gòu)的設計題目也得到了同學們廣泛歡迎。題目包含諸如體育場館、會展中心等選題方向。每年的應屆畢業(yè)生中會安排幾個感興趣的課題小組選擇相應的題目設計網(wǎng)架結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，同時還要對下部支承結(jié)構(gòu)進行設計，這樣還需要完成多層框架結(jié)構(gòu)的設計內(nèi)容，不僅可以使這部分學生獲得一次綜合鍛煉和學習的機會，同時可以提高同學們綜合設計的能力，綜合提高學生對大跨空間結(jié)構(gòu)設計概念的認知度。

三、結(jié)束語

目前，我國的大跨空間結(jié)構(gòu)應用越來越廣泛，結(jié)構(gòu)形式日新月異，由于該類結(jié)構(gòu)的重要性和復雜性，對大跨空間結(jié)構(gòu)的課堂教學提出了越來越高的要求。大跨空間結(jié)構(gòu)的課堂教學在高校教學改革中已經(jīng)取得了一定成效，但仍然需要繼續(xù)深化教學改革，提高教學質(zhì)量和教學效果。在課程的教學改革中，要不斷推進大跨空間結(jié)構(gòu)教學內(nèi)容的創(chuàng)新和拓展，完善和豐富相關(guān)的教材及教學資源，并通過不同的教學手段加強相關(guān)內(nèi)容的實踐教學，從而很好地完成教學目標。

參考文獻

［1］沈世釗.大跨空間結(jié)構(gòu)理論研究和工程實踐［J］.中國工程科學，2001，3（3）：34-41.

［2］董石麟，邢棟，趙陽.現(xiàn)代大跨空間結(jié)構(gòu)在中國的應用與發(fā)展［J］.空間結(jié)構(gòu)，2012，18（1）：3-16.

［3］褚云，朋姚勇，朱寶龍，等.大跨空間鋼結(jié)構(gòu)建筑市場人才需求與教學改革［J］.科技信息，2012，7：61-62.

中圖分類號：G642

文獻標志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）14-0132-02

*基金項目：廣州市屬高校“羊城學者”科研項目（編號：1201581640）

作者簡介：于志偉（1982-），男，廣州大學土木工程學院講師，博士，主要從事大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的教學和科研工作。

Abstract:This paper analyzes the teaching purpose of the large-span space structure class，discusses the problems and challenges in the large-span space steel structure class teaching，and puts forward the strategies and measures on improving the class system，teaching method and teaching content，which are applied in the teaching practice of the large-span space steel structure class in Guangzhou University with obvious and remarkable effect.

Keywords:large-span steel space structure；teaching research；teaching innovation