吴丽丽 武海鹏 洪成鹏
摘 要：针对过去钢结构课程的教学与设计训练环节脱钩、教学形式单一等主要问题，提出“课前+课中+课后”的学习反馈循环立体化教学模式，采用现代教育技术和手段丰富课堂教学形式，在教学过程中同步融入课程设计环节，通过启发式教学、分组讨论、过程监管等方式实现师生互动，多渠道激发学生的积极性，使学生增加了知识摄入渠道，加深学习映象，提升了学生对钢结构实际工程的认识，切实提高了钢结构课程设计的质量。
关键词：钢结构课程设计立体化教学分组讨论过程监管
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
鋼结构是土木工程专业核心必修课程之一， 基本上各高校土木类专业均开设此课程。本校土木工程专业的钢结构课程分成两部分，第一部分是钢结构基本原理，主要讲授钢结构材料、钢结构连接、轴心受力构件、受弯和拉、压弯基本构件的受力分析与计算;第二部分是房屋钢结构选型与设计，它是钢结构基本原理后续的设计类课程，主要介绍工业与民用建筑结构的设计计算，如轻型门式刚架结构、中重型厂房结构、多高层钢结构和大跨度结构等，旨在培养学生学会如何运用钢结构的基本知识进行钢结构实际工程的设计，即培养实战能力[1]。本人通过九年来从事钢结构教学的经历总结发现，按照传统的教学模式即，课程设计独立于房屋钢结构选型的理论教学之外，历届学生课程反馈意见最多的问题就是感觉钢结构比较抽象[2]，对构件或节点的具体构成不清晰，课程设计中缺乏整体结构设计的概念，宏观的结构设计意识不强[3]。因此，必须转变传统的教学方式，将课程设计融入理论教学环节中[4]，逐步推进，以启发式、讨论式培养学生进行独立思考[5]，解决问题的能力。
本文针对房屋钢结构选型与设计的教学、设计等环节面临的主要问题，根据本校的实际情况提出立体化《房屋钢结构选型与设计》课程教学思路，环环相扣，激发学生的求知欲，在课程教学的过程中同步融入课程设计环节，建立设计小组，分组讨论，边学边用，边学边做，从而实现主动式教学模式，多渠道激发学生的积极性，提升学生对钢结构实际工程的认识， 培养学生的创新意识与创新能力[6]。
1钢结构课程设计面临的主要问题
本校《钢结构课程设计》是在《钢结构基本原理》和《房屋钢结构设计》两门课程之后的设计与计算类实践环节。目前的设计题目为工业厂房梯形钢屋架的设计，屋架的基本尺寸已给定，将学生分组，每组计算的荷载大小不同，要求在一周（7 天）的时间内完成设计计算书和图纸，主要内容为：根据给定的屋架形式和几何尺寸;正确选择屋架钢材和焊条;布置钢屋架支撑体系，计算屋架荷载;根据屋架杆件内力系数进行杆件内力组合;杆件截面选择及验算;屋架施工图的绘制（一张2 号图纸）等。以下是设计的基本流程图（图1）：
以往，《钢结构课程设计》实践教学中存在的主要问题有：
（1）基本知识掌握不扎实。《钢结构设计基本原理》的知识点较多，构件计算基于材料力学，而有的学生之前材料力学掌握不好，因此学起来很费劲，后续《房屋钢结构选型与设计》涉及规范条文多，综合性强、实践性强，两门课都存在时间少、任务重的困难，教师上课时没有足够的时间对例题和习题进行详细讲解，学生对钢结构设计的理论和基本方法没有理解透彻，从而影响了课程设计的进度和质量。
（2）教学形式单一。以往钢结构课程设计是单独放在学期最后一周开展，前面讲完课，等到学期末课程设计周时，学生就有可能遗忘了一部分，教学与设计环节脱节，导致学生在设计周时问题较多，如设计和图纸完成的质量不高，计算过程不够详细和节点设计图不够规范等。还有少数同学照抄他人的设计说明书和施工图，无法达到预期的教学目标。
（3）教学手段单一。钢结构设计课程往往仅通过老师讲授为主，老师和学生的互动较少，很难激发学生主动思考和解决问题的能力。
2 将设计融入课程的教学模式
作为一门实践性很强的专业课程，应该从学生认知、能力构成的规律上，科学地编排整个教学过程。借助现代教育技术和多媒体[7-8]等手段改变传统的填鸭式教学方式，将课程教授、设计环节和分组讨论等相互结合，以启发式、讨论式培养学生进行独立思考，解决问题的能力。
2.1 新的教学模式
笔者提出以下教学模式和思路： （1） 立体化教学模式。《房屋钢结构选型与设计》即采用“课前+课中+课后”的学习反馈循环式教学模式，即“课前”推送微信用于课前预习，对一些概念和知识点做详细解剖，学生在课前可以对课上内容有所了解，做到胸有成竹。 “课中”采用多媒体课件演示与传统板书相结合的教学手段，对大家均已掌握的知识点简单讲述，并针对知识点和例题开展讨论式教学模式，调动学生自主学习的积极性。且每节课一开始的前五分钟会对上节课内容进行复习，老师出题采用雨课堂发送测试题进行测验，檢验学生对知识点的掌握程度，测试分数计入平时成绩中，让学生引以重视。“课后”：鼓励学生同步完成课程知识点的思维导图，每章坚持做，期末复习只需要看平时制作的思维导图即达到可高效复习的目的。（2）采用动画或录像模拟演示。传统的教学手段较难表述清楚钢结构构件和结构的空间位置关系等内容，书本上基本都是平面图，学生有时很难理解板件的位置关系。改用录像或动画模拟表达，可以更加生动、直观，从而获得其他方法无法取代的效果，大大节约授课学时。可以采用Flash photoshop，3DMAX等软件，制作多媒体动画课件进行演示，引导学生进行形象思维，加深对基本概念的理解。（3）与课程设计紧密结合，稳步加强学习效果。《房屋钢结构选型与设计》结合钢结构课程设计，具体做法是：书本上的安排第二章是关于钢屋架结构的设计，讲课时把它作为第一章先讲，这样在讲授过程中同步让学生开始进行课程设计的任务，并根据荷载不同分组进行，讲完相关内容布置相应的课程设计内容，每节课前检查学生的设计进度，发现问题及时指出，使学生能同步理解与实践，极大改善了课程与设计相隔时间长，遗忘较多的状况。
2.2 新的教学手段
建议新的教学手段如下：
（1）采用现代教育技术和手段丰富课堂教学形式。全程采用雨课堂APP软件进行教学，如图2所示。同时，在超星泛雅网络平台上同步上传课程录屏文件，方便学生课后反复复习。任课教师可以通过这些软件平台查看学生预习和复习，测试反馈情况等教学效果。
（2）启发式教学方法。启发式教学最重要的是引导和启发学生思考，并给学生留出充分的思考空间，以便启发和引导学生思考。例如讲完中、重型厂房屋盖支撑体系的布置后，反问学生针对课程设计提供的设计资料能否给出合理的布置方案，可以采取分组讨论的方式，请各组代表上讲台展示，对其中不合理的地方进行点评。
对难度较大的节点设计部分，详细讲述，通过三维构件立体展示（图3所示），如何满足几个模数要求：节点板尺寸模数、板件长度模数、角钢定位轴线模数如图4所示。
（3）注重相关软件在课程设计中的应用。当前，钢结构设计的信息化机化程度很高，而很多企业对大学生能力的需求体现不仅仅是专业知识，还有相关专业软件的应用等方面。在钢结构课程设计中，除了使学生掌握钢结构课程的相关知识体系外，还要鼓励学生在杆件的内力系数计算、内力组合和施工图绘制等环节中，灵活应用计算机的能力。例如，在内力系数计算中，可要求学生采用结构力学求解器或其他简单的有限元软件计算单位荷载下的内力。例如结构力学求解器，不仅使学生重新巩固和复习了结构力学的知识，也同时锻炼了他们学习和使用软件的能力。又如，根据节点荷载和内力系数进行杆件内力组合的设计内容中，则可以让学生通过编制excel 计算表格来计算桁架各杆件设计内力，省时省力。
（4）实行严格的设计过程监管。为了便于教师对学生钢结构课程设计进展的把控，同时使学生们边学知识点边掌握如何使用。《房屋钢结构选型与设计》课堂教学伊始即将课程设计分成8步：① 屋盖结构布置;②屋架形式的选择;③支撑布置;④屋盖荷载计算;⑤屋架各杆内力计算;⑥屋架杆件截面选择;⑦檩条、拉条和撑杆的计算;⑧节点设计以及绘制施工图。按照教学时长每一次或两次课提交一个设计环节的计算报告，通过批阅及时指出学生设计步当中的问题，实施过程管理，最终较高质量完成整个钢屋架结构的设计任务。
3 结语
经过近几年的教学实践表明：采取新的教学模式和方法后，学生的学习积极性和学习效率明显提高，通过学生分组讨论、教师点评和学生改进的环节，使学生增加了知识摄入渠道，加深学习映象，设计质量明显提高。本文通过对钢结构课程设计实践环节的探索，提出了一些改革思路，今后还需要进一步加大教学创新思路，不断总结经验提高钢结构教学质量。
参考文献：
[1] 杨俊芬， 李峰， 钟炜辉. 钢结构教学中的改革尝试. 《钢结构设计原理》课程教学实践与探索[A]. 中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第17届（ISSF-2021）学术交流会暨教学研讨会论文集[C]. 工业建筑杂志社，2021：4， 396-399.
[2] 郭宏超， 王德法， 王振山， 等. 《钢结构设计原理》课程教学实践与探索[A]. 中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第17届（ISSF-2021）学术交流会暨教学研讨会论文集[C]. 工业建筑杂志社 ，2021：5， 419-423.
[3] 刘泰玉. 钢结构课程设计教学改革与研究. 教育现代化， 2019， 6（19）： 88-89.
[4] 李曰兵， 贾玉琢， 龚靖. 钢结构课程设计改革探索与实践. 东北电力大学学报， 2007， 27（5）： 49-51.
[5] 杨永华， 吴杰. 土木工程专业钢结构课程课堂教学方法探讨. 教育教学论坛， 2019， （39）： 172-173.
[6]郑夕健，谢正义，侯祥林. 基于国际工程认证要求的钢结构课程教学设计研究[J]. 高等建筑教育，2018， 27（3）： 51-55.
[7]衣振华，刘 梅，王彦明.新工科背景下“钢结构课程设计”的教学改革[J].城市建筑，2021， 18（389）：98-100.
[8]刘学春，白正仙，朱涛，等.钢结构原理教学内容和教学 方法的探讨与实践 [J].高等建筑教育，2020， 29（4）： 101-108.
