土木工程专业《钢结构》课程教学研究改革探讨＊

时间：2024-08-31

张胜，周锡玲，陈斌，周常蓉

(1.国防科学技术大学指挥军官基础教育学院，湖南长沙 410072;2.湖南农业大学工学院，湖南长沙 410128)

张胜1，周锡玲2，陈斌1，周常蓉1

(1.国防科学技术大学指挥军官基础教育学院，湖南长沙 410072;2.湖南农业大学工学院，湖南长沙 410128)

分析了钢结构课程特点以及教学现状，指出课时分配不合理、实践教学不足是影响教学效果的主要因素.探讨优化教学内容、合理利用网络课程及增强实践教学等手段改革钢结构教学.并指出网络课程是提高教学效果，实现因材施教的有效手段.

钢结构;教学改革;网络课程

钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、地基处理费用低、外形美观等一系列优点.日本和欧美国家的土木工程、民用住宅已广泛采用钢结构，其比例已达50%左右［1］.然而，目前我国采用钢结构的比例仅为10%左右，由此可见我国钢结构行业发展潜力巨大.

行业的发展离不开理论基础作指导，原来土木工程以混凝土结构为主导地位，大学课程中混凝土结构设计及其原理课程在专业课程教学中占重要地位;随着钢结构行业的迅猛发展，特别在大中城市，钢结构在土木工程中的地位凸显，以素质教育为目的的大学教育其课程体系也应进行改革.因此在研究钢结构教学特点及现状的基础上，改革钢结构课程教学中的不足，探索提高钢结构教学质量的途径具有十分重要的意义.

1 钢结构教学现状分析

1.1 课程学时分配不合理

大多数院校的钢筋混凝土结构课程一般有80－100学时，但钢结构课程的学时只有50－60学时，甚至更少，这可能与以前我国钢产量小有关.但现在我国是世界钢产量的大国，国家鼓励建筑用钢，土木工程中的钢结构也迅速发展，对钢结构设计的要求更高，钢结构教学内容也应相应地增加，但其课程教学时数并没有增加，甚至减少，课程学时少的问题更为突出;如我校的钢结构课程只有32学时，只学习钢结构设计原理，没有开设钢结构设计课程.钢结构设计原理教学内容主要包括:钢结构的特点及应用、基本设计原理、钢材的基本性能、钢结构的连接、基本构件(轴心受力构件、受弯构件、压弯和拉弯构件等)的设计原理和方法［2］.教师需在32学时内要把钢结构设计原理、钢结构稳定和结构设计都讲授完，导致课内教学内容容量大，课时紧张，留给教师与学生的互动以及学生主动思考时间少，易导致填鸭式教学.

1.2 经验性强，学生基础较薄弱

钢材是接近理想弹性塑性体的建筑材料，其工作性能最符合力学分析和计算结果，其研究方法是在理论指导下结合实验的基础上作出基本假定，大多数得出的是半理论半经验公式，同时还附带一些的构造要求，经验性较强，不太符合学生严谨的逻辑推导的思维习惯.这就使其内容往往显得比较零散，系统性和逻辑性较差，如不及时在课堂与学生一道进行归纳总结，很难形成较深刻印象.同时，钢结构设计具有多解性，教材中的设计取材和取值具有相当广阔的范围，在大多数设计需要根据设计经验假定一设计参数，并且设计时需查阅大量的图表，这更加增加了初学者的难度.

还有一个比较突出的问题是，土木类专业由于学时的原因，很多都只开设理论力学、材料力学、结构力学，没有开设系统的稳定理论课程.而钢结构工程中的主要破坏形式是失稳，钢结构教学中基本构件的计算与设计也主要围绕稳定问题这条主线展开，这导致学生对如柱、梁局部稳定性公式来源以及各参数、符号意义生疏，学习起来有难度，积极性不高，严重地影响了学习效果.此外原理部分只讲各部件设计，没有与实际钢结构工程的整体分析结合，学生对教学内容的与整体结构关系不明，不知所学内容如何应用于实际工程设计.

1.3 实践教学不足

钢结构课程的实践教学会受到与学校所在地的工业水平及钢结构加工制造能力等诸多方面因素的制约.学生在日常生活中遇见钢结构机会不多，即便见到也不可能像认识实习一样去进行细部连接观察，不能带着课堂中读图无法理解的问题去现场找答案.学生没有参观工厂，很难理解钢结构构件制作是怎么回事，残余应力产生原因以及在残余应力的分布特点.这些导致学生很难把图纸所表达的意思与实际的建筑构件对应起来，给课堂教学带来了相当大的不便.即便是一个比较简单连接或构件设计，其平面、立面图形表达有时也十分繁杂，的，大大的影响了课堂教学效果.

2 钢结构教学改革措施

2.1 优化课程教学内容

在教学内容多而课时少的情况下，不可能对所有教材内容做到面面俱到，应根据本课程教学目的和本专业学生培养的目标及任职需求等方面来进行课程内容的合理取舍.在绪论课上须将钢结构最新的发展动态，最前沿的知识，取得的最新成果以及发展趋势介绍给学生，激发学生的学校兴趣.对于教材中存在的一些不太重要的内容可略讲，而对于像钢结构材料、钢结构的设计方法、钢结构对接设计等已在建筑材料、钢筋混凝土结构、材料力学中学过相关内容可以让学生课后自学，通过完成一定的作业检查自学效果.教学过程中应抓住诸如疲劳、各种失稳等基本概念、基本理论以及求解问题的基本方法这些核心内容和难点问题，重点讲解.此外还应重视钢结构稳定性在教学中的地位.钢材具有轻质高强度特点，构件常设计成薄壁剖面，结构可能在未发生强度问题前已发生弯曲失稳破坏，因此稳定性问题是钢结构一种常见的破坏形式，这与传统的混凝土结构构件设计不同，也是钢结构教学中值得重视的方面.

2.2 合理利用现代化教学手段

2.2.1 提高教学效果

钢结构教学中各种连接形式的受力分析、稳定问题一直是学生学习钢结构的难点.为了更形象地让学生理解，老师必须在黑板上画大量图表，这在教学过程中不仅耗费了不少教学时间.解决这一矛盾的一个重要方法是制作多媒体课件，采用动画演示、工程图纸和教学模型等手段进行辅助教学.以我校为例，学校建立了网络教学平台，任课教师可在该平台建设各自网络教学课程，目前，钢结构设计原理网络课程已开设网络课堂、连接和稳定动态实验演示、工程实践录像点播等，能完成在线测试、在线交流讨论等教学互动功能.通过网络课堂学生可以及时巩固在课内学习的知识;如受压、受弯构件失稳实验演示可以帮助学生更好地理解失稳的含义.针对设计题的多解性，在网上开展学生间作业互评，评出最优设计，增强优秀学生的成就感.在线交流讨论等教学互动功能开通，改变了以前学生只能在课堂上与教师交流，课后无法联系教师，教与学严重分离的现象.学生在学习过程中遇到困难能及时得到教师的帮助，教师也能及时的掌握学生学习情况和对教学工作的建议，有力地促进了教与学的发展.此外还通过网络这个平台建立不同的兴趣小组群，学生可以在群里自由讨论、交流和提问，提高了学生学习效率，增加了学生的学习兴趣.

2.2.2 实现因材施教

由于课程学时有限，在课堂上教师精选了最基本知识进行教授.而每个班级学生的基础和接受能力不同，兴趣和要求不同，要在短短的几十个学时里实现因材施教是很难的.但是我们可以借助网络教学这个环节实现不同层次的要求.对于在课堂上无法全面讲授诸如稳定理论，钢结构屋架设计等内容安排在网络课程中，供学生自学.或学有余力的学生在这里可以进一步的学习，通过网络测试和计时来反映学生的自学情况，最后在学生的平时成绩中给予体现.对于一些对钢结构设计有兴趣的或有意向今后从事相关工作的学生，通过网络教学来弥补课时不足，无法开设《钢结构设计》的遗憾.学生通过网络进行自学，在网络课程的引导下完成1－2个钢结构形式设计.在线测试网上提交设计作业，督促学生独立完成设计.简言之，利用网络能使不同层次的学生接受相应的教学.