新工科背景下鋼結構原理及應用課程教學改革

胡浩

摘 要：“本文結合新工科內涵及其建設重點從課程體系和教學內容改革、教育教學方式改革、考核方式改革、提供課外學習平臺及加強通識教育與專業教育等方面探討了鋼結構課程的教學改革，以期培養出優秀的鋼結構設計人才，并為相關專業的課程教學提供參考。

關鍵詞：新工科 鋼結構 教學改革

中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（b）-0180-02

新工科建設是應對新經濟的挑戰，從服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展的高度，在“卓越計劃”的基礎上，提出的一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃。根據新工科“新”的內涵，即新興、新型、新生?！靶屡d”指的是全新出現、前所未有的新學科，主要指從其他非工科的學科門類，如應用理科等一些基礎學科，孕育、延伸和拓展出來的面向未來新技術和新產業發展的學科。“新型”指的是對傳統的、現有的（舊）學科進行轉型、改造和升級，包括對內涵的拓展、培養目標和標準的轉變或提高、培養模式的改革和創新等，而形成的新學科?！靶律敝傅氖怯刹煌瑢W科交叉，包括現有不同工程學科的交叉復合、工程學科與其他學科的交叉融合等而產生出來的新學科。鋼結構課程的教學改革屬于新型、新生的范疇。本文從新工科專業建設的重點之一，即從“新工科人才培養模式”出發，包括課程體系和教學內容改革、教育教學方式改革、課堂教學與課外學習的關系、通識教育與專業教育的關系等方面，探討鋼結構課程教學改革的措施和方法。

1 課程體系和教學內容改革

目前，多數院校在開設土木工程專業的鋼結構課程時，課時偏少，更多的重視混凝土課程設置，本科階段的鋼結構課程中，學生所學內容主要是鋼結構基本原理的學習，對于鋼結構設計內容開設的極少，隨著大跨度鋼結構的發展及廣泛應用，其設計愈顯重要。通常學生主要學習鋼結構的連接計算，焊縫及螺栓連接；軸心受力構件的計算，但部分院校所講內容未包括格構式構件的設計，只講授了實腹柱的強度、剛度、穩定的計算。穩定問題是鋼結構中最重要的知識之一，由于穩定的理論及計算較難以理解，只是教授學生如何使用公式而已，未能使學生從失穩的機理上去掌握。同時受壓構件的穩定問題在此課程開設之前的“材料力學”課程中有相關章節內容，部分院校開設力學課程時，并未講授此章節，主要考慮到課時限制及內容的難度而省略了，但筆者建議在力學教學中關于壓桿穩定的計算應重點講解，為后期鋼結構的穩定計算打下基礎。后續內容便是鋼結構受彎構件的計算，只是簡單介紹了些概念問題，并未進行理論和設計的計算。拉壓彎構件及屋架的計算，很多院校也忽略了此部分教學內容，造成學生無法對鋼結構的設計及計算有整體上的理解。

鋼結構的計算和設計需考慮實際施工的需要，在所學課程“土木工程施工”中，關于鋼結構的施工內容較少，而且鋼結構施工內容較為陳舊，很少涉及到動畫或視頻。

由于土木工程專業屬于應用型學科，大多情況要求工作人員持證上崗，故教學中適量加入工程師考試內容，使學生提前了解考試題型，便于學生掌握規范內容及其應用，同時可加深對理論知識的理解。

2 教學方式改革

鋼結構問題均為實際工程問題，對于此課程的講授難免需要實踐教學。大多數院校在鋼結構教學中，學生均反映內容較為難學，難以理解；一方面是鋼結構與力學知識聯系比較密切，學生力學基礎薄弱，另一方面是鋼結構連接、安裝及實物有些抽象，學生只是在課堂上學習，未見過鋼結構現場，對大部分構件、結構難以想象出來，造成學生感覺鋼結構內容的學習很困難。故筆者認為，鋼結構課程講授過程中必須搭配實踐教學，如講到鋼結構加工時，可把教室移到加工現場參觀并加以講解；涉及鋼結構連接時，可安排學生到鋼結構安裝現場或已有鋼結構建筑場地進行講解。學?？膳c相關企業合作建立鋼結構實習基地，才能真正解決鋼結構實踐教學的問題。

鋼結構除了教室教學，還可讓學生親自動手試驗去掌握課本知識。如軸心受力構件、受彎構件及拉壓彎構件的整體穩定和局部穩定的破壞模式，課堂上學生理解，此部分內容對學生的空間想象能力及力學知識要求較高，為讓學生有個直觀的認識，可加工不同截面類型的試驗構件通過實際試驗讓學生觀察到試件產生整體失穩和局部失穩的過程，然后再從理論上教學，學生便易于接受。

同時需調整鋼結構教學課時，應包括理論課時、實踐（試驗）課時和課程設計等，教學過程中應充分利用多媒體教學資源及手段，對于課本圖片多為平面圖，加之一些知識點較難理解，難以讓學生看懂，且鋼結構多為空間立體桿件結構，尤其鋼結構的加工連接、安裝、吊裝均需提供詳細的三維圖紙和動畫視頻，這樣可使學生達到身臨其境的感覺，才能減輕學生的負擔，從而提高教學效果。

3 考核方式的改革

鋼結構課程一般考核方式主要包括：平時成績、考試成績和期中考試成績，大多數學校把平時成績定為出勤率的考察，但學生出勤是必須的，也是學習這門課的前提和基礎，因此，可把平時成績改為平時作業、課堂聽課狀態、上課提問回答問題的情況、參與小組討論情況等，若無特殊原因缺勤或遲到早退的現象，則在平時成績中倒扣分。最后還可添加鋼結構課程設計的成績，鋼結構同混凝土課程一樣，均需要通過設計來最終考核學生對課本知識的掌握和應用情況，即學生的綜合知識的運用能力。

4 提供課外學習平臺

一門課程的學習僅僅通過教師每節課的45分鐘是遠遠不夠的，學校可提供數字學習資源平臺，為學生開通課下線上查閱資料，觀看相關教學視頻的渠道，讓學生把課上的疑難問題在課下及時解決，達到事半功倍的效果。同時可組織創新創業實踐、結構設計大賽、試驗設計競賽、專業社會實踐等，積極引導學生參與進去，使學生利用課本所學的理論知識應用到實際中去，以培養其實踐用手能力、應用能力、創新能力。

大學四年最后的環節就是畢業設計，現階段由于鋼結構教學課時設置不足，畢業設計的對象基本都是混凝土結構，對于鋼結構的設計較少，導致學生出現對鋼結構設計的難度較大的錯覺，為了豐富畢業設計的對象，鍛煉學生的綜合知識能力，指導教師可根據學生的興趣和個人情況選定一些合適的鋼結構設計題目，以鍛煉其查閱鋼結構規范及資料的能力。

5 加強通識教育與專業教育

不同類型高校在新工科人才培養上對待二者關系上有不同的處理方式，但也有一致的方面：一是強調通識教育對專業教育的支持，包括加強基礎科學教育使學生對各種新技術的科學基礎有扎實的理解等，這些對學生適應日后新技術和新產業的快速發展和變化十分重要；二是新工科要求注重專業教育的包容性、發展性和未來性對通識教育提出了更高的要求，必然促進通識教育的改革。

根據鋼結構的教學內容可知，該課程與力學中“材料力學”、“結構力學”知識聯系最為密切，因此，力學老師應加強材料力學、結構力學的教學及考核方式，把學生的力學功底打牢。進而推知，材料力學的基礎是數學，土木工程本科專業數學課程主要包括高等數學、線性代數、概率論與數理統計，數學即為通識教育課程，尤其是高等數學中的微積分的知識、線性代數中的矩陣知識及概率論與數理統計中的概率統計知識對后期力學的學習至關重要，同樣必須加強通識教育課程的學習。

6 結語

國家所提出的新工科建設代表了工科發展的方向，不僅要繼續加強傳統工科的發展，而且要以原有工科為基礎，不斷改善、不斷創新以及不斷產生新興、新型、新生工科，以豐富工科的全面發展。

參考文獻

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