劉文洋 張兆強(qiáng) 劉金云

收稿日期：2013-04-15

基金項(xiàng)目：黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)教學(xué)研究課題（NDJY11306）

作者簡介：劉文洋（1981-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院講師，碩士，主要從事多高層鋼結(jié)構(gòu)和大跨空間結(jié)構(gòu)研究，（E-mail）wyliu81@126.com。

摘要：結(jié)合應(yīng)用型本科院校教學(xué)的實(shí)際情況，對鋼結(jié)構(gòu)課程體系進(jìn)行了合理設(shè)置，并在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過程中以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)進(jìn)行了探索和實(shí)踐。文章介紹了黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程體系教學(xué)安排和具體做法，總結(jié)了教學(xué)過程中的經(jīng)驗(yàn)以及應(yīng)注意的問題，并對存在部分的問題進(jìn)行了討論，給出了具體建議。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)；課程體系；實(shí)踐能力；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642；TU391文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：10052909（2013）05004904隨著中國鋼產(chǎn)量的飛速增長，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也獲得快速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)、高層高聳結(jié)構(gòu)、輕型結(jié)構(gòu)和特種結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。國家建筑鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)“十五”計(jì)劃和2015年發(fā)展規(guī)劃綱要已明確要求：當(dāng)前，中國已一改過去鋼材不足的局面，轉(zhuǎn)而成為鋼材供過于求，擺在日程上的課題早己不是少用鋼材，而是積極合理地?cái)U(kuò)大鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用。

鑒于鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，工程界已提出“加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)人才培養(yǎng)，造就一批鋼結(jié)構(gòu)高級工程技術(shù)專門人才”，“建立與鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展相適應(yīng)的教育體系，在校的結(jié)構(gòu)專業(yè)學(xué)生應(yīng)接受不少于80課時的鋼結(jié)構(gòu)課教育”的建議?？梢?，隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的快速發(fā)展，市場對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人才的培養(yǎng)已經(jīng)提出了更高要求，對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人才的需求也將會越來越大，可以預(yù)見鋼結(jié)構(gòu)課程的地位將會越來越重要。

一、課程體系的設(shè)置

《高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案及課程教學(xué)大綱》[1]中把鋼結(jié)構(gòu)課程分為原理和設(shè)計(jì)兩個部分，包括課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等。其中鋼結(jié)構(gòu)基本原理為專業(yè)基礎(chǔ)課，課程目的是較全面地掌握鋼結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)件和連接的基礎(chǔ)知識，熟悉一些常用鋼結(jié)構(gòu)的分析原理；鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是專業(yè)必修課，課程目的是在掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)常用鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)方法、計(jì)算簡圖和內(nèi)力分析，并能按有關(guān)專業(yè)規(guī)范或規(guī)程進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)、截面計(jì)算和構(gòu)造處理，課程內(nèi)容主要包括單層廠房鋼結(jié)構(gòu)、大跨鋼結(jié)構(gòu)和多高層鋼結(jié)構(gòu)。過去由于種種原因，學(xué)校鋼結(jié)構(gòu)課程建設(shè)存在一些問題，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）課程設(shè)置不合理。在專業(yè)課程的設(shè)置上重混凝土輕鋼結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)課程90時數(shù)，而同樣在土木工程專業(yè)課程中占有重要地位的鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)時數(shù)僅為50～60，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只開設(shè)了一門大跨空間結(jié)構(gòu)的選修課。學(xué)生僅僅學(xué)習(xí)了鋼結(jié)構(gòu)的連接方法以及常見的構(gòu)件設(shè)計(jì)，對整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念和理解不夠。過去，鋼結(jié)構(gòu)課程安排在第7學(xué)期（大四上學(xué)期），這主要基于先修課程基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)的考慮，然而此時學(xué)生面臨找工作、考研等諸多問題影響，很難把主要精力投入到專業(yè)課學(xué)習(xí)上來。

（2）實(shí)踐教學(xué)不足。鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)僅有鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)一項(xiàng)內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中沒有機(jī)會見到實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)建筑物，對于鋼結(jié)構(gòu)加工、制作更是不知所云。雖然教學(xué)實(shí)習(xí)中安排了認(rèn)識實(shí)習(xí)和施工生產(chǎn)實(shí)習(xí)，但基本還是以混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)為主，很少接觸到實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)工程。此外，從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題看，幾乎全部是混凝土結(jié)構(gòu)，基本沒有鋼結(jié)構(gòu)方面的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。

高等建筑教育2013年第22卷第5期

劉文洋，等應(yīng)用型本科院校鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)探索與實(shí)踐

事實(shí)上，過去很多學(xué)校在課程設(shè)置和教學(xué)實(shí)施上都或多或少地存在類似問題，但經(jīng)不斷探索已基本解決，并且在教學(xué)實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，形成了相對合理又各具特色的課程體系。學(xué)校自2006年以來通過幾次修訂教學(xué)計(jì)劃，構(gòu)建了鋼結(jié)構(gòu)系列課程體系（見表1），并在多年的教學(xué)實(shí)踐中，不斷改進(jìn)和豐富教學(xué)內(nèi)容，保證鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)質(zhì)量。應(yīng)該指出，由于課程設(shè)計(jì)安排在鋼結(jié)構(gòu)原理課學(xué)期末，目前設(shè)計(jì)內(nèi)容主要局限于鋼屋架結(jié)構(gòu)，若能把課程設(shè)計(jì)安排在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程之后，則可以有更多的結(jié)構(gòu)形式供課程設(shè)計(jì)選用。表1鋼結(jié)構(gòu)系列課程教學(xué)安排課程開課學(xué)期學(xué)時內(nèi)容鋼結(jié)構(gòu)560鋼結(jié)構(gòu)基本原理鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)630廠房鋼結(jié)構(gòu)、多高層鋼結(jié)構(gòu)大跨空間結(jié)構(gòu)730網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索等空間結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)61.5周鋼屋架設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)813周各類鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二、理論教學(xué)的實(shí)施

專業(yè)課的教學(xué)目的在于通過具體工程對象的分析，使學(xué)生了解一般土木工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工等基本過程，學(xué)會應(yīng)用專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)到的基本理論，較深入地掌握專業(yè)技能，建立初步的工程經(jīng)驗(yàn)，以適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)用人單位對土木工程專業(yè)本科人才基本能力的一般要求[1]。

理論教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和實(shí)踐能力的基礎(chǔ)，因此要重視理論教學(xué)環(huán)節(jié)。在教學(xué)中除了基本教學(xué)內(nèi)容的講授以外，還應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)以下幾個方面在鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)中的作用。

（一）重視力學(xué)基礎(chǔ)與鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的結(jié)合

鋼結(jié)構(gòu)是一門理論性和綜合性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，需要以材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等課程知識作為基礎(chǔ)，因此在課程學(xué)習(xí)初首先回顧先修課程基礎(chǔ)知識非常必要，以此引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，為學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)課程打下良好理論基礎(chǔ)。

（二）理論教學(xué)與工程實(shí)例相結(jié)合

理論教學(xué)稍顯枯燥，在課程教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)穿插工程實(shí)例以調(diào)整學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，調(diào)動課堂積極性。在緒論中結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展介紹學(xué)生感興趣的鋼結(jié)構(gòu)工程，引導(dǎo)學(xué)生討論結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選型、設(shè)計(jì)中存在的問題，或者在連接和構(gòu)件分析與設(shè)計(jì)中介紹與某個問題相關(guān)的背景實(shí)例。例如：在講授軸心拉桿設(shè)計(jì)時介紹索穹頂結(jié)構(gòu)的組成和特點(diǎn)，以使學(xué)生對受拉構(gòu)件能充分利用材料強(qiáng)度進(jìn)而節(jié)省材料有直觀認(rèn)識；在講授軸心壓桿的穩(wěn)定時介紹加拿大魁北克大橋和美國哈特福德體育館由于構(gòu)件失穩(wěn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌破壞的例子，使學(xué)生了解相關(guān)問題的歷史背景，也使學(xué)生充分認(rèn)識到穩(wěn)定對于鋼結(jié)構(gòu)的重要性。

在課程教學(xué)中結(jié)合演示性或?qū)W生動手參與的試驗(yàn)和實(shí)際工程中的影像資料進(jìn)行講解，使學(xué)生通過直觀感受加深對鋼結(jié)構(gòu)基本概念和理論的理解。目前，一些有條件的高校建立了鋼結(jié)構(gòu)多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺[2]，通過實(shí)驗(yàn)平臺訓(xùn)練學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力，教學(xué)成效顯著。不具備條件的高校可以利用影像資料彌補(bǔ)這些不足。例如：由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件有限，筆者所在的教研團(tuán)隊(duì)在鋼結(jié)構(gòu)加工廠拍攝了大量鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、制作過程的視頻和圖片資料，在課堂上結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行展示，也取得了較好的效果。

（三）理論教學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相結(jié)合

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必然要結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，學(xué)生畢業(yè)后要從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，需要使用很多規(guī)范，在課程教學(xué)中把教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)規(guī)范要求結(jié)合起來，既能加深學(xué)生對抽象規(guī)范條文的理解，又能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立使用各種規(guī)范、查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料的能力。此外，在教學(xué)中還注重將注冊結(jié)構(gòu)工程師執(zhí)業(yè)資格制度和注冊結(jié)構(gòu)工程師考試相關(guān)內(nèi)容作一定介紹，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生在這方面的興趣，調(diào)動學(xué)生努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識的積極性。

（四）計(jì)算機(jī)軟件與結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)相結(jié)合

目前鋼結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)基本采用專門的軟件來完成，如ANSYS、ABAQUS、STS、MST、3D3S等。為使學(xué)生盡快掌握這方面的能力，適應(yīng)以后的工作需要，在教學(xué)中引入部分計(jì)算機(jī)軟件的演示和講授。例如：演示使用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件和空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，講授STS設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行鋼桁架結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，介紹MST設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。同時在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中鼓勵學(xué)生使用相關(guān)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和施工圖繪制，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生使用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。

三、實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是土木工程教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，在現(xiàn)代工程教育中占有十分重要的地位，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識、動手能力和創(chuàng)新精神的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其作用和功能是理論教學(xué)所不能替代的。工程師最終的任務(wù)是將理論知識在實(shí)踐中加以運(yùn)用，并通過實(shí)踐來驗(yàn)證理論結(jié)果是否正確，所以工程人員必須具備實(shí)踐能力。同時，土木工程師還應(yīng)具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，很多工程問題的處理由于客觀情況過于復(fù)雜，難以如實(shí)地進(jìn)行理論分析，在很大程度上仍然依靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來解決[3]。

目前，鋼結(jié)構(gòu)課程的實(shí)踐能力培養(yǎng)主要依靠課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等來實(shí)現(xiàn)。有條件的院校也可通過專業(yè)實(shí)習(xí)和觀察演示性實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)組織學(xué)生開展討論來認(rèn)識、理解鋼結(jié)構(gòu)的組成、特點(diǎn)、應(yīng)用及結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的受力特性等。

（一）課程設(shè)計(jì)

學(xué)校鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容仍為傳統(tǒng)的鋼屋架結(jié)構(gòu)。雖然這種結(jié)構(gòu)形式較為簡單，但其內(nèi)容涵蓋了軸心受力構(gòu)件（桁架桿件）、受彎構(gòu)件（檁條）及壓彎、拉彎構(gòu)件（當(dāng)上弦或下弦有節(jié)間荷載時），主要為焊縫連接。因此通過完成設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)由基本構(gòu)件、連接到簡單結(jié)構(gòu)選型、計(jì)算分析、設(shè)計(jì)和施工圖繪制的訓(xùn)練。

在具體實(shí)施上，鼓勵學(xué)生通過學(xué)習(xí)ANSYS、STS等軟件完成結(jié)構(gòu)計(jì)算分析和施工圖繪制。通常，學(xué)生在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析時多采用ANSYS有限元軟件或結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器并輔以手算校核的方式，而在施工圖繪制階段基本都采用STS軟件來實(shí)現(xiàn)。通過這些訓(xùn)練，學(xué)生已基本能夠熟練使用軟件完成一般結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作。

（二）畢業(yè)設(shè)計(jì)

過去，由于鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用不太廣泛，很多高校的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目都采用混凝土結(jié)構(gòu)的形式，這也是過去在教學(xué)上重視混凝土結(jié)構(gòu)而輕視鋼結(jié)構(gòu)的原因之一。但由于鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速、前景廣闊，很多學(xué)生希望畢業(yè)后從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工方面的工作，或者選擇了攻讀鋼結(jié)構(gòu)方向的研究生，因此希望能有機(jī)會進(jìn)一步深入地學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識。

近年來，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中增加了一些鋼結(jié)構(gòu)方面的題目，如多高層鋼框架結(jié)構(gòu)、輕型門式鋼架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等，嘗試指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)知識，實(shí)踐效果良好。此外，除了基本的手算內(nèi)容以外，還鼓勵學(xué)生采用STS、MST等軟件完成結(jié)構(gòu)計(jì)算分析和施工圖繪制工作。

通過認(rèn)識實(shí)習(xí)—理論課教學(xué)—課程設(shè)計(jì)—畢業(yè)設(shè)計(jì)這樣一系列教學(xué)環(huán)節(jié)的深入，使學(xué)生對知識的理解和掌握從簡單到復(fù)雜、從理論到實(shí)踐、從基本原理、基本構(gòu)件到簡單結(jié)構(gòu)進(jìn)而到復(fù)雜結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)的能力和思維。

四、結(jié)語

學(xué)校鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)工作雖然在課程體系的設(shè)置、學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)上做了一定的思考、探索與實(shí)踐，但同時與國內(nèi)一些高水平大學(xué)在人才培養(yǎng)模式、教學(xué)條件、教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果等方面還存在差距，還需要在今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷探索和努力，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量，以適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)對人才的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案及課程教學(xué)大綱[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 王偉，趙憲忠，郭小農(nóng)，等.鋼結(jié)構(gòu)多功能教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的研制與實(shí)踐[J].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.

[3] 林峰，顧祥林，何敏娟.現(xiàn)代土木工程特點(diǎn)與土木工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式[J].高等建筑教育，2006，15（1）：26-28.

Steel structure teaching in applicationoriented universities and colleges

LIU Wenyang， ZHANG Zhaoqiang， LIU Jinyun

（College of Engineering， Heilongjiang Bayi Agricultural University， Heilongjiang 163319， P. R. China）

Abstract： Based on the actual teaching situation of applicationoriented universities and colleges， the course system of steel structure is reasonably arranged and it has been put into practice in the teaching process to strengthen students practical ability. We introduced the teaching arrangement of steel structure course and some methods used in the teaching process in Heilongjiang Bayi Agricultural University， analyzed problems should be paid attention to， and presented some suggestions for steel structure teaching.

Keywords： steel structure teaching； course system； practical ability； talent cultivation

（編輯梁遠(yuǎn)華）