鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中融入設(shè)計訓(xùn)練環(huán)節(jié)的分析與思考

吳麗麗 武海鵬 洪成鵬

摘 要：針對過去鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)與設(shè)計訓(xùn)練環(huán)節(jié)脫鉤、教學(xué)形式單一等主要問題，提出“課前+課中+課后”的學(xué)習(xí)反饋循環(huán)立體化教學(xué)模式，采用現(xiàn)代教育技術(shù)和手段豐富課堂教學(xué)形式，在教學(xué)過程中同步融入課程設(shè)計環(huán)節(jié)，通過啟發(fā)式教學(xué)、分組討論、過程監(jiān)管等方式實現(xiàn)師生互動，多渠道激發(fā)學(xué)生的積極性，使學(xué)生增加了知識攝入渠道，加深學(xué)習(xí)映象，提升了學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)實際工程的認(rèn)識，切實提高了鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計立體化教學(xué)分組討論過程監(jiān)管

Abstract： Considering the main problems ?in the past， such as the decoupling of teaching and design training links and the single teaching form of steel structure course， this paper puts forward the three-dimensional learning feedback circular teaching mode of "pre-class and in-class and after-class". Modern educational technologies and means are adopted to enrich classroom teaching forms， integrate curriculum design into the teaching process， realize teacher-student interaction through heuristic teaching， group discussion and process supervision， stimulate students' enthusiasm through multiple channels， increase students' access to knowledge， deepen learning image， and improve students' understanding of practical steel structure engineering， The quality of steel structure course design is effectively improved.

Key Words： Steel structure curriculum design; Three-dimensional teaching; Group discussion; Process supervision

鋼結(jié)構(gòu)是土木工程專業(yè)核心必修課程之一， 基本上各高校土木類專業(yè)均開設(shè)此課程。本校土木工程專業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)課程分成兩部分，第一部分是鋼結(jié)構(gòu)基本原理，主要講授鋼結(jié)構(gòu)材料、鋼結(jié)構(gòu)連接、軸心受力構(gòu)件、受彎和拉、壓彎基本構(gòu)件的受力分析與計算;第二部分是房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計，它是鋼結(jié)構(gòu)基本原理后續(xù)的設(shè)計類課程，主要介紹工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，如輕型門式剛架結(jié)構(gòu)、中重型廠房結(jié)構(gòu)、多高層鋼結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)等，旨在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會如何運用鋼結(jié)構(gòu)的基本知識進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)實際工程的設(shè)計，即培養(yǎng)實戰(zhàn)能力[1]。本人通過九年來從事鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的經(jīng)歷總結(jié)發(fā)現(xiàn)，按照傳統(tǒng)的教學(xué)模式即，課程設(shè)計獨立于房屋鋼結(jié)構(gòu)選型的理論教學(xué)之外，歷屆學(xué)生課程反饋意見最多的問題就是感覺鋼結(jié)構(gòu)比較抽象[2]，對構(gòu)件或節(jié)點的具體構(gòu)成不清晰，課程設(shè)計中缺乏整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的概念，宏觀的結(jié)構(gòu)設(shè)計意識不強[3]。因此，必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，將課程設(shè)計融入理論教學(xué)環(huán)節(jié)中[4]，逐步推進(jìn)，以啟發(fā)式、討論式培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行獨立思考[5]，解決問題的能力。

本文針對房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計的教學(xué)、設(shè)計等環(huán)節(jié)面臨的主要問題，根據(jù)本校的實際情況提出立體化《房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計》課程教學(xué)思路，環(huán)環(huán)相扣，激發(fā)學(xué)生的求知欲，在課程教學(xué)的過程中同步融入課程設(shè)計環(huán)節(jié)，建立設(shè)計小組，分組討論，邊學(xué)邊用，邊學(xué)邊做，從而實現(xiàn)主動式教學(xué)模式，多渠道激發(fā)學(xué)生的積極性，提升學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)實際工程的認(rèn)識， 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力[6]。

1鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計面臨的主要問題

本校《鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計》是在《鋼結(jié)構(gòu)基本原理》和《房屋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計》兩門課程之后的設(shè)計與計算類實踐環(huán)節(jié)。目前的設(shè)計題目為工業(yè)廠房梯形鋼屋架的設(shè)計，屋架的基本尺寸已給定，將學(xué)生分組，每組計算的荷載大小不同，要求在一周（7 天）的時間內(nèi)完成設(shè)計計算書和圖紙，主要內(nèi)容為：根據(jù)給定的屋架形式和幾何尺寸;正確選擇屋架鋼材和焊條;布置鋼屋架支撐體系，計算屋架荷載;根據(jù)屋架桿件內(nèi)力系數(shù)進(jìn)行桿件內(nèi)力組合;桿件截面選擇及驗算;屋架施工圖的繪制（一張2 號圖紙）等。以下是設(shè)計的基本流程圖（圖1）：

以往，《鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計》實踐教學(xué)中存在的主要問題有：

（1）基本知識掌握不扎實。《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理》的知識點較多，構(gòu)件計算基于材料力學(xué)，而有的學(xué)生之前材料力學(xué)掌握不好，因此學(xué)起來很費勁，后續(xù)《房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計》涉及規(guī)范條文多，綜合性強、實踐性強，兩門課都存在時間少、任務(wù)重的困難，教師上課時沒有足夠的時間對例題和習(xí)題進(jìn)行詳細(xì)講解，學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論和基本方法沒有理解透徹，從而影響了課程設(shè)計的進(jìn)度和質(zhì)量。

（2）教學(xué)形式單一。以往鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計是單獨放在學(xué)期最后一周開展，前面講完課，等到學(xué)期末課程設(shè)計周時，學(xué)生就有可能遺忘了一部分，教學(xué)與設(shè)計環(huán)節(jié)脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生在設(shè)計周時問題較多，如設(shè)計和圖紙完成的質(zhì)量不高，計算過程不夠詳細(xì)和節(jié)點設(shè)計圖不夠規(guī)范等。還有少數(shù)同學(xué)照抄他人的設(shè)計說明書和施工圖，無法達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

（3）教學(xué)手段單一。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計課程往往僅通過老師講授為主，老師和學(xué)生的互動較少，很難激發(fā)學(xué)生主動思考和解決問題的能力。

2 將設(shè)計融入課程的教學(xué)模式

作為一門實踐性很強的專業(yè)課程，應(yīng)該從學(xué)生認(rèn)知、能力構(gòu)成的規(guī)律上，科學(xué)地編排整個教學(xué)過程。借助現(xiàn)代教育技術(shù)和多媒體[7-8]等手段改變傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)方式，將課程教授、設(shè)計環(huán)節(jié)和分組討論等相互結(jié)合，以啟發(fā)式、討論式培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行獨立思考，解決問題的能力。

2.1 新的教學(xué)模式

筆者提出以下教學(xué)模式和思路： （1） 立體化教學(xué)模式。《房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計》即采用“課前+課中+課后”的學(xué)習(xí)反饋循環(huán)式教學(xué)模式，即“課前”推送微信用于課前預(yù)習(xí)，對一些概念和知識點做詳細(xì)解剖，學(xué)生在課前可以對課上內(nèi)容有所了解，做到胸有成竹。 “課中”采用多媒體課件演示與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)手段，對大家均已掌握的知識點簡單講述，并針對知識點和例題開展討論式教學(xué)模式，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。且每節(jié)課一開始的前五分鐘會對上節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)，老師出題采用雨課堂發(fā)送測試題進(jìn)行測驗，檢驗學(xué)生對知識點的掌握程度，測試分?jǐn)?shù)計入平時成績中，讓學(xué)生引以重視。“課后”：鼓勵學(xué)生同步完成課程知識點的思維導(dǎo)圖，每章堅持做，期末復(fù)習(xí)只需要看平時制作的思維導(dǎo)圖即達(dá)到可高效復(fù)習(xí)的目的。（2）采用動畫或錄像模擬演示。傳統(tǒng)的教學(xué)手段較難表述清楚鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系等內(nèi)容，書本上基本都是平面圖，學(xué)生有時很難理解板件的位置關(guān)系。改用錄像或動畫模擬表達(dá)，可以更加生動、直觀，從而獲得其他方法無法取代的效果，大大節(jié)約授課學(xué)時。可以采用Flash photoshop，3DMAX等軟件，制作多媒體動畫課件進(jìn)行演示，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行形象思維，加深對基本概念的理解。（3）與課程設(shè)計緊密結(jié)合，穩(wěn)步加強學(xué)習(xí)效果。《房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計》結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計，具體做法是：書本上的安排第二章是關(guān)于鋼屋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，講課時把它作為第一章先講，這樣在講授過程中同步讓學(xué)生開始進(jìn)行課程設(shè)計的任務(wù)，并根據(jù)荷載不同分組進(jìn)行，講完相關(guān)內(nèi)容布置相應(yīng)的課程設(shè)計內(nèi)容，每節(jié)課前檢查學(xué)生的設(shè)計進(jìn)度，發(fā)現(xiàn)問題及時指出，使學(xué)生能同步理解與實踐，極大改善了課程與設(shè)計相隔時間長，遺忘較多的狀況。

2.2 新的教學(xué)手段

建議新的教學(xué)手段如下：

（1）采用現(xiàn)代教育技術(shù)和手段豐富課堂教學(xué)形式。全程采用雨課堂APP軟件進(jìn)行教學(xué)，如圖2所示。同時，在超星泛雅網(wǎng)絡(luò)平臺上同步上傳課程錄屏文件，方便學(xué)生課后反復(fù)復(fù)習(xí)。任課教師可以通過這些軟件平臺查看學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，測試反饋情況等教學(xué)效果。

（2）啟發(fā)式教學(xué)方法。啟發(fā)式教學(xué)最重要的是引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生思考，并給學(xué)生留出充分的思考空間，以便啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生思考。例如講完中、重型廠房屋蓋支撐體系的布置后，反問學(xué)生針對課程設(shè)計提供的設(shè)計資料能否給出合理的布置方案，可以采取分組討論的方式，請各組代表上講臺展示，對其中不合理的地方進(jìn)行點評。

對難度較大的節(jié)點設(shè)計部分，詳細(xì)講述，通過三維構(gòu)件立體展示（圖3所示），如何滿足幾個模數(shù)要求：節(jié)點板尺寸模數(shù)、板件長度模數(shù)、角鋼定位軸線模數(shù)如圖4所示。

（3）注重相關(guān)軟件在課程設(shè)計中的應(yīng)用。當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的信息化機化程度很高，而很多企業(yè)對大學(xué)生能力的需求體現(xiàn)不僅僅是專業(yè)知識，還有相關(guān)專業(yè)軟件的應(yīng)用等方面。在鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計中，除了使學(xué)生掌握鋼結(jié)構(gòu)課程的相關(guān)知識體系外，還要鼓勵學(xué)生在桿件的內(nèi)力系數(shù)計算、內(nèi)力組合和施工圖繪制等環(huán)節(jié)中，靈活應(yīng)用計算機的能力。例如，在內(nèi)力系數(shù)計算中，可要求學(xué)生采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器或其他簡單的有限元軟件計算單位荷載下的內(nèi)力。例如結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，不僅使學(xué)生重新鞏固和復(fù)習(xí)了結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識，也同時鍛煉了他們學(xué)習(xí)和使用軟件的能力。又如，根據(jù)節(jié)點荷載和內(nèi)力系數(shù)進(jìn)行桿件內(nèi)力組合的設(shè)計內(nèi)容中，則可以讓學(xué)生通過編制excel 計算表格來計算桁架各桿件設(shè)計內(nèi)力，省時省力。

（4）實行嚴(yán)格的設(shè)計過程監(jiān)管。為了便于教師對學(xué)生鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計進(jìn)展的把控，同時使學(xué)生們邊學(xué)知識點邊掌握如何使用。《房屋鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計》課堂教學(xué)伊始即將課程設(shè)計分成8步：① 屋蓋結(jié)構(gòu)布置;②屋架形式的選擇;③支撐布置;④屋蓋荷載計算;⑤屋架各桿內(nèi)力計算;⑥屋架桿件截面選擇;⑦檁條、拉條和撐桿的計算;⑧節(jié)點設(shè)計以及繪制施工圖。按照教學(xué)時長每一次或兩次課提交一個設(shè)計環(huán)節(jié)的計算報告，通過批閱及時指出學(xué)生設(shè)計步當(dāng)中的問題，實施過程管理，最終較高質(zhì)量完成整個鋼屋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計任務(wù)。

3 結(jié)語

經(jīng)過近幾年的教學(xué)實踐表明：采取新的教學(xué)模式和方法后，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率明顯提高，通過學(xué)生分組討論、教師點評和學(xué)生改進(jìn)的環(huán)節(jié)，使學(xué)生增加了知識攝入渠道，加深學(xué)習(xí)映象，設(shè)計質(zhì)量明顯提高。本文通過對鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)的探索，提出了一些改革思路，今后還需要進(jìn)一步加大教學(xué)創(chuàng)新思路，不斷總結(jié)經(jīng)驗提高鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)質(zhì)量。

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