水工钢结构一体化教学研究

中小型建筑空间体验式教学研究

1概述

截止到2014年我国工程教育人才培养规模位居世界第一，但在满足业界需求，与国际工程教育接轨等方面仍存在较大差距。因此，许多从事工程教育实践的专家指出，推行以学生为中心的自主式、项目训练式的工程教育教学模式，是解决我国工程教育问题的有效路径。为此，现代工程教育课程模式发生了深刻变革，兴起了诸多新型课程模式，如PjBL，CDIO，OBE等［1，2］。2015年合肥工业大学依据CDIO工程教育课程模式和工程教育认证的要求，构建了以能力为导向、“培养目标—教学过程—质量提升”三位一体、可检测可控制的闭环教学体系，进行了创新人才培养模式的改革，以实现人才培养质量的提高［3-5］。作为一名从事水利工程教育工作的专业课教师，如何对所讲授的专业课程进行课程体系改革，具体贯彻、实施能力导向一体化的教学指导方针，推行能力为本、实践驱动的课程运作模式，培养学生创新能力、工程实践能力，是目前迫切需要解决的问题。

2目前水工钢结构课程存在的问题

水工钢结构课程是水利水电工程专业主要的专业课程之一，包括课程教学和课程设计两部分，其主要任务和基本要求是:学生通过本课程的学习，掌握水工钢结构的基本理论及基本设计方法，应能正确应用规范进行钢结构基本构件的设计，并具有初步分析和解决一般水工钢结构实际工程技术问题的能力。由此可见，水工钢结构是一门理论性及实践性都较强的专业技术课程。目前，我校水工钢结构课程教学一般安排在第6学期的1周～6周，只有24学时，比国内大部分水利高校的32学时少1/4，在临近学期末时再进行1周的水工钢闸门课程设计。存在着知识点多但理论课时少，工程实践性强但实践学时不足的矛盾。此外，由于课程教学与课程设计间隔时间较长，形成了理论学习在前，实践训练在后，理论与实践的间隔式划分界限分明，结果造成理论知识学习与实践能力训练的人为隔离，直接导致学生知识与能力的严重分离问题。而从学生角度来说，也存在着对课程重要性的认识程度不够，力学基础比较薄弱，空间想象力差等内在因素，形成了老师难讲、学生难学的不利局面，难以适应工程界对工程实践创新人才的要求［6，7］。

3“水工钢结构”理论与实践一体化教学改革设想

本文基于能力导向一体化的教学指导方针，针对水工钢结构教学中存在的理论与实践客观分离的问题，从水工钢结构教学过程着手，将理论教学和实践环节作为一个整体来考虑，实行理论与实践一体化教学模式，以提高学生的创新能力和工程实践能力。

3．1理论与实践一体化教学模式

鉴于水工钢结构课程理论学时和实践学时均较少，而在现有学分制条件下不可能增加学时，课程教学与课程设计分离的现状，推行“做中学”的教学模式，进行理论与实践的一体化教学。实际工程是工科类课程教学最具有活力的资源。在理论教学过程中，将实际工程引入课堂，可以激发学生的学习兴趣，特别是学生自己参与的实际工程，更能帮助其将理论知识和实际工程紧密联系起来，改善学习效果。在理论课程开始之前，结合实际工程或科研项目，根据多样化和一人一题的原则，拟定出每位同学的课程设计题目。在讲解完钢结构构件之后，讲授平面钢闸门理论知识之前，将课程设计任务书和水工钢闸门的参考工程图纸提前发给学生。让学生利用课余时间，参照图纸提前预习钢闸门结构体系布置方面的内容，画出结构布置草图;讲完次梁、主梁等各个构件设计方法后，学生根据自己的结构布置图进行设计计算。当理论教学结束后，学生就完成了一个实际水工钢闸门的设计过程。这种方法不但能使学生熟悉钢结构的整个设计过程，还发挥了学生的主观能动性，通过自己动手设计计算，使理论和实践有机结合起来，并且把学生课余时间充分利用，弥补了理论和实践教学课时量均少的问题。

3．2教学内容优化

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。目前，最新版SL74—2013水利水电工程钢闸门设计规范已正式实施，但是国内现有的“水工钢结构”教材普遍依据SL74—95水利水电工程钢闸门设计规范和GB50017—2003钢结构设计规范来编写，知识的更新相对比较滞后，并且个别教材的内容存在不少错误之处。而且，学生将大部分时间都花费在理论学习上，忽视相关规范的学习，会造成理论与实践的脱节。因此，依据最新规范，将水利水电工程及相关领域新技术、新成果纳入课堂教学，对教学内容进行适时更新和优化是非常有必要的。此外，引导学生熟悉ANSYS，Midas等结构设计软件，通过软件的实际操作，提高学生的学习兴趣与积极性。

3．3教学方式方法改革

图形(图像)能够简明、形象地表现钢结构构件的受力、连接形式，特别是能够对钢结构空间体系进行实景再现［8］。因此，在理论教学过程中除了采用图片和录像之外，结合3DMAX，Auto-CAD等三维建模技术和ANSYS等结构分析软件，制作利于展示的三维模型、动画视频以及实际工程的结构分析案例，让钢结构的结构体系更直观地展现在学生面前，提高学生的感官认识、空间想象能力，进而提高学习兴趣。在实践教学阶段，大部分学生均已完成水工钢闸门的初步设计方案。此时，先抽查学生汇报其设计计算结果，指出其设计方案和图纸表达中存在的问题;然后通过分组讨论的方式，引导学生查阅设计手册、规范和相关文献资料去解决设计过程中遇到的问题，提高其解决实际工程的能力。同时，鼓励有能力的学生使用ANSYS，Midas等结构设计软件进行数值模拟或EXCEL，VB，C++或Matlab软件编制小型程序计算，将数值计算结果和传统手算结果进行对比分析，使学生能更深入理解这两种算法的区别;将三维投影图和传统三视图进行比较，找出自己图纸制作中存在的不足。通过问题讨论、计算结果和图形对比分析的方式，可以增强学生对钢结构理论知识的理解和掌握，以形成初步的设计经验，并提高学生图纸表达能力。

3．4学生成绩评价机制改革

在学生成绩评价机制方面，改变传统教学法中通过书面考试进行理论知识点考核来反映学生学习情况的现状，增加与实践相关的考核内容，从理论知识掌握程度、平时学习态度(包括出勤、课堂讨论表现)、工程实践能力(包括查找文献资料、熟练运用软件或编制程序、图纸表达等能力)等多个方面进行学生学习成绩的综合评价，合理考虑各部分成绩的权重，建立全面、科学的学生成绩评价机制，引导学生注重实践创新能力的培养，提高人才培养质量。

4结语

在能力导向一体化教学体系下，如何通过水工钢结构课程体系的改革，实现培养学生创新实践能力的教学目标，是这门课任课教师一直探讨的问题。本文针对水工钢结构教学中存在的理论与实践客观分离的现象，提出了“水工钢结构”理论与实践一体化的教学模式改革设想。相信通过后续的实施、反馈与优化，能够逐步提高学生的学习兴趣和学习效果。

参考文献:

［1］李敏艳，唐鸿儒，李生权，等．基于CDIO+PBL模式的计算机控制技术的实践与创新［J］．高教学刊，2018(22):35-37．

［2］戴素娟，李亚楠，王来，等．基于CDIO的“钢结构”课程设计改革与探讨［J］．中国电力教育，2011(1):95-96．

［3］黄铭．专业认证体系下水利水电工程人才培养模式研究［J］．高等建筑教育，2017(4):14-17．

［4］徐翘，童子林．水力学能力导向的一体化教学方式探讨［J］．山西建筑，2016，42(32):249-250．

［5］苏馈足，胡真虎，王伟，等．能力导向一体化教学体系下水资源利用与保护课程教学改革探索［J］．教育教学论坛，2016(31):94-95．

［6］郑健，王燕．“翻转课堂”在水利水电工程专业课程中的实证与分析———谈“水工钢结构”课程的课堂吸引［J］．吉林省教育学院学报，2017，33(3):61-64．

［7］姚惠芹，彭朝福．水工钢结构课程设计教学的实践与思考［J］．中国电力教育，2011(22):101-102．

［8］魏松，王慧，周安．图形记忆法在钢筋混凝土结构基本原理课程教学中应用探讨［J］．教育教学论坛，2014(52):170-171．

作者:陈菊香 黄铭 魏松 朱亚林 单位:合肥工业大学土木与水利工程学院

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