阐述钢结构“钢结构设计”课程教学方式和实践

摘要：教学过程中将实践与理论融为一体，使学校教育和企业工作进行无缝对接，培养适应社会需求的土木工程人才，需高校教师大量探讨和实践。“钢结构设计”是一门实践性很强的专业必修课，针对该课程的特点，进行多媒体与传统教学方法相结合，将工程实例贯穿到整个章节教学过程中，加强现场实习和专业设计软件学习，真正实现实践与理论一体教学模式，提高学生专业水平和实践能力。实践表明，该教学方法取得良好效果。
关键词：钢结构设计；建筑工程；土木工程
钢结构建筑具有抗震性能好、可工厂化生产、施工速度快

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和绿色环保等其他结构形式不可比拟的优越性。随着钢结构形式增多，其越来越受到我国建筑界的重视。钢结构市场的日益增大，急需基础理论扎实、动手能力强、有丰富经验的钢结构设计和施工技术人才。而目前本科教育领域出现的毕业生知识面单一，动手能力弱，欠缺解决实际问题的技能和“实用性”不强等问题。这些高等教育中出现的问题，既不适应当前工程实践复杂化的趋势，也不符合教育领域工程实践教育的发展方向，直接影响了本科教育可持续性发展。如何在教学过程中将实践与理论融为一体，使学校教育和企业工作进行无缝对接，培养适应社会需求的土木工程人才，需高校教师不断探讨和实践。[2-4]
土木工程专业课程中，钢结构工程由“钢结构设计原理”和“钢结构设计”两门课程进行阐述。“钢结构设计原理”主要讲授受弯构件、受压构件以及连接节点等钢结构的基本理论和设计方法。“钢结构设计”主要讲述在建筑应用中，各种形式钢结构的设计计算、构造以及施工技术，它更加接近实际应用，是一门实践性很强的专业课，因此，对学生实践能力的培养显得尤为重要。
笔者通过多年的研究和实践，在总结该门课程特点的基础上，通过一定教学方法和手段的应用，并以案例教学法为主线，突出土木工程专业的特点，将实践能力有效贯穿到课堂教学整个过程中，达到学生在校门和工作岗位间的无缝对接。

一、“钢结构设计”的课程特点

“钢结构设计”是土木工程专业本科生的一门专业必修课。课程任务和目的是使学生熟悉各种类型建筑钢结构体系的基本形式和结构布置、结构体系的受力分析以及设计构造要求；了解钢结构的制作、安装、防火及防腐蚀等基本知识；初步掌握建筑钢结构的设计过程和设计计算的主要方法，熟悉相关的规范条文；培养学生做到能够应用钢结构原理和设计的基本知识，分析和解决实际工程中的问题。其课程主要有以下几个特点：

1.课程内容较多、涉及面广

“钢结构设计”课程包含了现行建筑工程建设中的大多数结构形式，面广量大，包含钢平台设计、门式刚架轻型钢结构、重型工业厂房结构、多层及高层房屋钢结构、大跨度钢结构、以及钢-混凝土组合结构等。在每章里都涉及该种结构的设计理论、构造措施以及相关的规范、规程。因此，该门课程既有一定理论要求、又要熟悉相应规范、构造，既要熟悉“钢结构原理”基本内容，又要熟悉相应力学知识。

2.课程学时少

为顺应我国高校教育改革与发展的需要，各学校按照培养“厚基础、宽口径、重实践、显个性、高素质的复合型人才”的总体方案，专业课程都被大量压缩。我校“钢结构设计”课程的课时量为32学时，另有1.5周课程设计。该课程存在着教学内容多而难，但教学时间又少的矛盾，教师们必须更好选择讲述内容，既达到培养钢结构设计专业人才的目的，又不影响学生的学习效果。

3.课程实践性强

该门课程的目的是培养学生具备钢结构工程的设计、施工能力，让学生掌握钢结构设计的方法和手段，领会结构设计的一般要求，熟悉相应的规范、规程，使学生能根据结构承受的直接和间接作用及所处环境特点，设计出既安全适用、又经济合理的钢结构体系。该课程开设的直接目的，就是使学生在掌握钢结构基本理论的基础上直接面对工程设计和施工，指导学生如何把钢结构在工程中应用。因此，具有很强的工程实践性。

4.与相应设计、施工规范联系密切

作为一门结构设计类专业课程，必须与国家现行设计及施工规范、规程密切联系。而学生在学校学习中的大部分时间都花费在理论学习上，在课本上所接触的相关规范知识也比较隐晦，且都是经过编书者精简过的，因此在教学中如何把规范和教学进行统一值得研究。另外，学生还需熟悉部分钢结构专门设计软件。通过该门专业课程的教学，学生能掌握大量的相关专业知识。
由于目前学生所见到的建筑物中大部分为钢筋混凝土以及砌体结构这些民用建筑，对钢结构建筑很陌生。前期所学的“钢结构设计原理”难度又较大，从而觉得“钢结构设计”这门课程很难，产生了畏惧心理，加之学生没有实际工程经验，在本门课程学习中对工程设计也很陌生。因此，“钢结构设计”课程在教学中和其他课程相比，需要有所突破，除了采用传统的教学手段之外，更需要通过丰富的教学方法来培养学生的实践能力，通过有效的教学方法培养学生的理论分析能力和实际工程设计能力。

二、教学手段和方法的改革

1.多媒体课件和传统的板书相结合

“钢结构设计”的理论部分以内力分析和结构计算为主，传统板书教学中教师的“教”与学生的“学”相同步，引导学生思考，参与具体推导过程，可加深学生对计算过程的理解。多年的教学实践表明，这些传统的教学方法对于理论教学具有较好的教学效果。运用多媒体教学方法具有直观性，并且通过图片、动画和工程录像可以传递大量信息。
该门课程讲解中，对于结构的布置及构造要求这部分教学内容图量较大，若采用普通板书，既浪费时间也不能讲解透彻。利用多媒体技术，采用大量的工程图片、动画演示以及录像资料，清晰明了，更加生动有趣，达到非常好的效果，并且节约了大量课时。

2.案例教学贯穿整个章节

实际工程是工科类课程教学最具有活力的资源，把实际工程引入课堂，实施案例教学，不仅可以丰富教学内容，还可以做到理论联系实际，使书本中枯燥的理论活起来。在讲解每章之前，给每个学生发一份与内容相关的笔者曾经设计过的工程建筑图和工程基本条件。讲完结构体系布置后，学生的作业就是根据建筑图进行结构体系布置，并画出结构布置图。讲完内力计算后，学生根据结构布置图进行内力计算，以此类推。总之，在教学过程中，工程实例贯穿整个理论教学。当整章内容讲完后，学生就完成了一个实际工程的设计过程。这种方法不但使学生熟悉该种结构的整个设计思路，还使章节理论和实践有机结合起来，并且把学生课余时间充分利用，补充教学课时量少的问题。

3.增加教学见习环节

虽然在教学中采用了大量图片和录像，使课堂教学生动有趣，但这总是工程的局部和平面影像，不如现场观摩给学生的印象更深刻。虽然钢结构工程比较多，但在日常生活中能进入到现场，接触到实际钢结构工程的不多。为了提高学习效果，应至少每章内容都有一次见习机会，笔者在课后带领学生到自己曾经设计过的现场（也是每章布置给学生的作业）参观，现场讲解这些钢结构建筑的结构布置、细部构造和设计注意事项。通过见习，有效提高学生的感官认识和学习兴趣。

4.学习通用设计软件，增强实践能力

在目前的建筑行业中，已经广泛运用专业软件进行设计和制图。学生在校园里如果提前接触和了解这类软件的使用方法并初步掌握其技巧，则会在走上工作岗位后能快速与实际对接，可以有效地增强学生的就业竞争力。
笔者一般安排两次课（4课时）进行软件实践，在钢平台设计和门式刚架设计这两章内容讲解中安排（这两章具有广泛的应用性和代表性）。安排学生到计算机房上机学习钢结构设计的通用软件PKPM，系统地讲述钢结构设计的计算机软件操作方法、注意事项，并在课后给学生机动上机时间

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，培养学生的设计实践能力。

5.设计规范与教学内容紧密结合

由于“钢结构设计”课程涉及的内容很广泛，在编写教科书时，不可能把规范条例全部写入，一般都是根据需要含在教程内容中。但在实际工程中，设计人员看的都是规范条文，因此，课本知识与工程设计存在一定的距离。老师有必要告诉学生，课本上的相关内容，规范中是如何要求的。笔者在该门课程的讲述过程中，涉及规范要求的，一般是以规范条文规定作为引子进行讲解和设计。比如在轻钢门式刚架的设计中，基本都以“门刚设计规程”为大纲，逐条讲解和举例子。
另外，引入一些典型工程的设计计算书和施工图纸能补充学生课外相关知识和实践深度。

6.总结课程内容，精简相应课时

“钢结构设计”课程内容多，课时少，如何在有限的课时内使学生掌握大量的知识，是讲授该门课程必须要面对的问题。笔者通过课程内容分析，钢平台设计、多层钢结构设计和高层钢结构设计有很多相同处。多高层钢结构设计与学生已经学过的混凝土结构设计和高层结构设计有很多相同处。因此，在讲解中，挑出这些章节的不同出重点讲解，相同处则可减少课时量。另外，对于需做课程设计的部分，可在课程中减少课时，大部分内容在课程设计讲解时重点突出。
三、结语
“钢结构设计”是一门工程实践性较强的土木工程专业课。课程教学的关键是如何通过教学手段和教学方法，与工程实践紧密结合，增加教学效果。根据该课程的特点，把工程案例贯穿到整个教学过程中，增加工程现场实践，把相应规范与教学紧密结合，增加相应建筑设计软件的学习，增强学生工程实践能力。通过总结课程内容，精简课时量，学生最大化掌握相应知识。总之，笔者采用的教学方法突出土木工程专业的特点，能够达到学生在校门和工作岗位间进行无缝对接的目的。实践证明，上述教学手段和方法的实施使本课程教学取得良好效果。从用人单位的反馈意见看，本专业毕业生在建筑领域能力较强，得到了社会认可，也得到了有关专家的好评。
参考文献：
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宋高丽.基于应用型人才培养目标的钢结构课程教学初探[J].高等建筑教育，2010，19（3）.
[3]李方慧，田春竹.钢结构设计课程实践教学方法探讨[J].高等建筑教育，2011，20（1）.
[4]李昆.基于实践能力培养的“钢结构设计”课程教学改革研究[J].中国电力教育，2011，（16）.
（责任编辑：宋秀丽）