以培养卓越土木工程师为目标的钢结构教学改革探讨

[摘    要]    结合教育部提出的培养“卓越土木工程师”的要求，针对本科生钢结构教学存在的问题，从调整教学目标、优化课程体系、加强实践环节和完善师资队伍等方面进行了改革尝试。提出的改革措施可为高校开展“卓越计划”提供建议和参考。

[关键词]    卓越工程师;卓越计划;钢结构教学;课程改革

[中图分类号]    G642.4        [文献标志码]    A        [文章编号]    1005-4634（2014）06-0106-03

0    引言

钢结构课程是高等学校土木工程专业一门重要的专业技术课，自我国高等院校开展钢结构教学之后，从优化整合课程内容、采用灵活的教学方法和现代化教学手段等方面已取得了许多有意义的成果[1，2]，极大地提高了学生的实践能力和认知能力。但随着2010年教育部卓越工程师教育培养计划（以下简称“卓越计划”）[3]的推出，如何进行钢结构课程教学新模式的改革，以适应教育部以及社会对钢结构人才的需求，需进行深层次的探索。

“卓越计划”旨在通过探索建立具有中国特色的工程教育模式，培养造就创新能力强、适应社会经济发展需要的各类高素质工程技术人才，促进工程教育的改革和创新，推动中国从工程教育大国走向工程教育强国，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。卓越计划的发展重点是：一是要更加重视工程教育服务国家发展战略;二是要更加重视与工业界的密切合作;三是要更加重视学生综合素质和社会责任感的培养，学校按通用标准和行业标准培养工程人才;四是要更加重视工程人才培养国际化。河南科技大学作为第二批“卓越工程师教育培养计划”的高校，需要深入结合“卓越计划”提出的具体要求对现有的教学模式进行改革。本文从卓越工程师的人才培养模式出发，以实施卓越计划为突破口，遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，并结合笔者在同济大学建筑工程系和意大利Trento大学工程学院学习时对这两所学校钢结构教学方面的观察和交流成果，全面探讨钢结构教学中存在的问题并提出相应的改革方法。

1    钢结构课程教学模式存在的问题

1.1    钢结构课程存在的现实问题

目前，多数钢结构原理课程教学仍停留在强调基本概念和基本理论的层面，而侧重理论的教育理念与培养具有综合素质的未来工程师的目标是有一定差距的。教学中教师因缺乏实践经验只能照本宣科，内容枯燥，难以激发学生的学习兴趣。虽然许多老师认真备课讲课，采用多样化的现代教学手段，但钢结构中的一些理论推导较为繁琐，知识点琐碎，涉及到材料力学、结构力学、结构稳定理论和结构设计等多学科内容，通过有限的课堂教学使学生全部理解和接受有一定难度，这在一定程度上影响了学生学习的积极性。另外钢结构课程与钢结构制造工艺联系紧密，其节点连接方式、杆件截面形式和结构形成方式较多，对学生的空间想象能力要求较高。课程内容设置和课时安排不尽合理，由于学时有限，许多常见的结构形式如轻型门式刚架、多高层钢结构和网架等学生只能听老师简单讲解，无法掌握结构的精髓和实质。

1.2    教学缺乏与工程实践的有效结合

钢结构的课程教学和工程实践严重脱节，这是许多高校土木工程专业面临的问题，也是卓越工程师培养计划最急需解决的问题。虽然教学安排了参观课时，但无法观摩钢结构构件的全部制作过程及现场安装施工全过程，不能建立直接的感性认识，不能把课堂上学到的知识和实际工程结合起来，这对整体把握钢结构的特点、深入理解钢结构的优缺点和适用性有一定难度。由于校企合作关系不易长期保持，企业出于管理和生产安全的考虑，愿意接受的实习学生越来越少，学生进入工厂、车间或工地的机会越来越少，这对培养学生实践创新能力及成为卓越工程师有很大影响。

1.3    教师队伍缺乏对现代钢结构工程的深入认识

现阶段高校教师队伍，尤其是教学一线的中青年教师，几乎都是博士毕业后直接进入高校从事教学工作，在走上讲台之前缺乏现代化的工程训练，没有工程实践经历，对钢结构的应用现状没有深入认识。因此这批教师虽然能够满足高校的科研要求，但对开展高质量工程教育、培养卓越土木工程师的工作却难以胜任。究其根源是由于高校的聘任制度使得具有丰富设计经验的高级工程师很难跨进高校大门同未来的工程师分享工程经验。同时，高校的教师考核和评价制度侧重于科研项目和科研成果，以科研项目的等级、经费数额、论文发表数量和质量等对教师进行排名，迫使教师围绕学校的评价体系安排自己的工作，忽视工程实践经历的积累和解决重大工程问题的能力，因此难以针对卓越工程师开展教育工作。

2    课程教学模式的改革与实践

针对以上问题，河南科技大学钢结构课程教学组从调整教学目标、优化课程体系、加强实践环节和完善师资队伍结构等方面进行了初步改革探索。

2.1    教学目标的调整

卓越计划的最终目标是提高学生的工程实践应用能力及创新能力，要以此为主线构建人才培养模式。主要通过创新教学方法与手段来培养学生的综合能力，根据不同教学内容的特点采用实验教学、多媒体教学和工程实例教学等不同教学方式。如钢结构稳定问题是控制钢结构承载能力的主要因素，但稳定概念抽象，公式推导复杂，学生理解起来有一定困难。根据笔者在同济大学学习期间对其钢结构课程的观察，此部分内容任课教师主要通过构建钢结构多功能教学实验平台，将理论教学和实验教学有机结合起来[4，5]。结合河南科技大学建筑结构实验室条件，教研组开展了轴心受压构件失稳形式的实验，主要设置H型和十字型截面轴心受压构件试验，来讲解弯曲失稳、弯扭失稳和扭转失稳基本理论。同时利用有限元分析软件，如ANSYS、ABAQUS等将未能全部做实验的构件，如受弯构件、压弯构件平面内和平面外的失稳过程制作成动画，加深学生对概念的理解和把握。钢结构的连接是钢结构课程学习中的重点，不同结构形式的连接方式复杂多变，而学生缺乏直观想象能力，因此采用了Tekla或Xsteel软件建立节点连接三维效果图帮助学生深入了解其细部构造、传力途径等。为使学生将钢结构基本原理的知识与实际工程的应用结合起来，在讲解多层钢框架结构及普通钢屋架单层厂房设计时，引入学校及校外钢结构建筑为工程实例，将书本理论知识与实际工程结合。

在各种教学方式中，研究性学习是一种十分适合卓越工程师培养的教学组织形式和教学方式[6]。引导学生基于问题的探究式学习、基于案例的讨论式学习和基于项目的参与式学习是培养创新能力的有效途径。因此，任课教师在教学周期内，可将学生分组，结合教学进度布置不同的案例和项目，引导学生独立思考、自主学习。在小组学习的过程中，提高交流沟通、团队合作、关系协调和组织管理在内的社会能力的培养。将每个组的研究成果以课堂讨论的形式展现，并计入考核。

2.2    课程体系的优化

结合卓越计划的专业知识标准和职业技能标准，对钢结构教学课程体系进行优化和调整，主要包括课程内容、课程结构和课程活动方式等方面。

在教学内容上，由于土木工程技术的迅速发展，知识更新周期越来越短，因此，教学组建立了教学内容更新机制，结合企业对钢结构专业人才的要求，关注工程领域的创新性成果，将先进的工程理念、前沿的工程技术、最新的研究成果充实到课程教学内容之中。同时，参考笔者在意大利Trento大学学习期间与任课教师沟通学习的经验，在课程开始时进行问卷调查，根据学生的需要和教师对专业课程的认识，由任课教师自行决定教学内容，同时与教务主管部门进行沟通，绝对尊重并支持任课教师对教学内容的决定权。另外，教学中密切结合我国的注册执业资格考试，在授课过程中渗透钢结构专业知识的相关考核点。要求学生不仅关注教材中的内容，还要将所学专业与现行国家规范相结合，了解规范中相关条文的来龙去脉，加深对专业理论知识的理解，提高学习兴趣。通过这样的教学过程，可使学生在专业课程学习中，养成查阅规范、手册、图集等相关工具书的好习惯，帮助学生提前做好认证考试准备，为未来职业发展奠基。

在课程内容的改革上，注意将钢结构课程与其它相关联的课程内容进行整合，例如钢材的单向轴拉性能以及应力应变曲线在材料力学和土木工程材料两门课程中都有所阐述，因此在授课时只需强调一下钢材的三个主要力学性能指标，要将教学重点放在实际工程中钢材选用的基本原则上。

在课程结构方面，鉴于钢结构施工图的表达方式和其他结构体系差异较大，在现有教学内容的基础上，增加学生学习施工图的课时。给学生精选几套钢屋架厂房标准图纸，并结合相应的钢结构图集，细致讲解钢结构施工图绘制的要点，提高学生的工程感觉和概念。

2.3    实践环节的加强

结合卓越计划及钢结构特点，钢结构教研室制定了完整的创新实践教育体系，相应的改革主要分为创新训练、校内实践和企业实践三个方面。在创新训练方面，学院每年举办创新训练项目和竞赛活动，参与学生在教师指导和团队合作下，强化了专业知识的综合利用，开拓了视野。在校内实践方面，在学生课程设计中增加门式刚架、平台钢结构等多种结构类型的钢结构课程设计题目，深化学生对钢结构在实际工程中应用现状的理解。在企业实践方面，由于笔者所在高校位于河南省老工业基地洛阳市，这里集合了较多的大型厂矿企业及设计科研院所，学院充分利用这些资源，在日常教学活动、实践教学和毕业设计阶段，联合这些单位参与卓越计划，使单纯的用人单位变为联合培养单位。

在日常教学活动中，通过不定期地请设计部门的资深结构设计专家开展重大工程设计或施工方面的讲座，加深学生对书本知识的理解，任课教师也及时了解并准确把握了社会对工程人才的需求。在实习教学阶段，学院分批安排学生到杭萧钢构股份有限公司洛阳分公司实习参观钢结构工程制作过程，增强学生的感性认识，巩固了课堂知识。在毕业设计阶段，邀请设计院资深设计人员共同担任本科生毕业设计指导教师，提高学生的图纸质量，使其养成良好的设计思维。

今后将设想在这些设计院建立“工程实践教育中心”，让学生在企业完成毕业设计。

2.4    师资队伍的结构完善

工科教师的整体素质直接关系到卓越工程师培养的质量。为提高任课教师的业务素质和教学水平，河南科技大学充分保障教学经费需求，支持任课教师积极参加国际及国内的钢结构学术会议，保证教学内容紧跟学术和工程前沿。在新教师聘任上，侧重聘请有专业实践经历的教师，增加职务考核中的工程项目设计、专利、产学合作和技术服务方面的比重。同时，外聘设计院高级工程师作为兼职教师指导学生课程设计及毕业设计。

对于本校原有教师，进行了专职教师在职工程培养。虽然一些教师在攻读硕士或博士期间已经接受了一些工程训练，并在任教期间与企业合作也积累了一定的工程实践经验，但是这远远不能满足卓越工程师培养的需要。因此鼓励任课教师积极参与工程项目，增强工程能力，组织参加教师培训和教学研讨会等，学习和借鉴先进的工程教育教学理念、教育模式和教学方法，以提高工程教学能力。

3    结束语

本文基于“卓越计划”的人才培养需求，探讨了钢结构课程的教学改革理念，以推动钢结构高级人才的培养和储备。教师要紧跟国家政策，抓住钢结构领域的发展，帮助学生打下扎实专业基础。更重要的是，还要教育学生树立积极向上的人生精神和境界，引导学生追求卓越人生，树立终身学习的观念。

参考文献

[1]张胜，周锡玲，陈斌，等.土木工程专业《钢结构》课程教学研究改革探讨[J].长沙大学学报，2012，26（2）：117-118.

[2]张哲，张猛，李天.钢结构教学改革创新尝试[J].高等建筑教育，2010，19（5）：66-69.

[3]教育部.卓越工程师教育培养计划[EB/OL].（2010-06-23）[2014-06-25].http：///publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3860/201102/115066.html.

[4]王伟，赵宪忠，郭小农，等.钢结构多功能教学实验平台的研制与实践[J].高等建筑教育，2009，18（2）：102-104.

[5]郭小农，罗永峰，蒋首超，等.钢结构稳定教学研究[J].高等建筑教育，2011，20（2）：46-48.

[6]林健.卓越工程师创新能力的培养[J].高等工程教育研究，2012，（5）：1-17.