針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)具體問題的探討與實(shí)踐

鄧海

摘要：為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)鋼結(jié)構(gòu)人才的要求，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，對(duì)教學(xué)方法和手段進(jìn)行探討。提出了介入“現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)”手段、合理利用多媒體和傳統(tǒng)板書教學(xué)方法、全過程案例教學(xué)、論文寫作及專題報(bào)告4種教學(xué)改革措施，以期達(dá)到更好的教學(xué)效果，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的鋼結(jié)構(gòu)人才。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)改革；全過程案例教學(xué)；現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G6420；TU391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10052909（2015）01007203 近年來，鋼鐵制造業(yè)發(fā)展迅猛，中國(guó)早已成為世界鋼材產(chǎn)量第一大國(guó)。但國(guó)內(nèi)使用鋼結(jié)構(gòu)的建筑不是很多，建筑用鋼量占總產(chǎn)量的比例不足10%，而這一比例在美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家為30%，因此中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)尚存在著很大的發(fā)展空間。《我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，建筑要以節(jié)能減排為重點(diǎn)，大力推行低碳、綠色的建設(shè)理念，逐步提高建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼材用量占到全國(guó)鋼材總產(chǎn)量的比例[1]。同時(shí)，中國(guó)屬于自然災(zāi)害多發(fā)國(guó)家，鋼結(jié)構(gòu)以其結(jié)構(gòu)牢固、抗震性能好、施工簡(jiǎn)單和可回收利用等特點(diǎn)，將會(huì)迎來更大的發(fā)展機(jī)遇。因此，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程的學(xué)習(xí)既是土木工程專業(yè)的要求，也是社會(huì)發(fā)展形勢(shì)的需要。為了培養(yǎng)更多優(yōu)秀的鋼結(jié)構(gòu)人才，需要以學(xué)生為主體，從學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)需求出發(fā)，改進(jìn)教學(xué)方法和手段，改善教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而提高學(xué)生的鋼結(jié)構(gòu)工程素質(zhì)。

一、鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)和存在的問題

鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)如同其它教學(xué)一樣，是“教”與“學(xué)”的過程，即老師的教與學(xué)生的學(xué)。在優(yōu)秀的教學(xué)過程中，二者應(yīng)該是融洽協(xié)調(diào)的。學(xué)生學(xué)得不好，就要認(rèn)真分析是“教”還是“學(xué)”出了問題。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理是土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，配套的教學(xué)環(huán)節(jié)是課程結(jié)束之后的鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)，因此文章所探討的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)指的是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)。經(jīng)過筆者總結(jié)，在教學(xué)過程中存在以下問題。

（一）學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)不足

目前，鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量比較少，且大多數(shù)為工業(yè)廠房、高層或大跨建筑。即使身邊有些建筑屬于鋼結(jié)構(gòu)，大多也進(jìn)行了外包裝修，因此能見到的鋼結(jié)構(gòu)非常少，這就造成了學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)不足，給本課程的學(xué)習(xí)帶來困難。以課程教學(xué)中“角鋼”的定義為例：采用傳統(tǒng)的圖示、圖片、視頻向?qū)W生闡釋，學(xué)生無法理解，但通過實(shí)地觀察角鋼建造的輸電塔，學(xué)生很快能夠理解其定義。除了鋼構(gòu)件外，學(xué)生對(duì)焊接和螺栓連接節(jié)點(diǎn)也不能形成直觀印象，鋼結(jié)構(gòu)局部穩(wěn)定、整體穩(wěn)定等抽象的破壞形式導(dǎo)致學(xué)生難以建立圖像概念，理解起來非常困難。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣逐漸衰減

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程在緒論部分介紹了國(guó)內(nèi)外大量經(jīng)典的鋼結(jié)構(gòu)建筑和橋梁，利用圖片展示了鋼結(jié)構(gòu)的美及其帶來的震撼，內(nèi)容精彩，學(xué)生情緒高漲并對(duì)本課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。在鋼結(jié)構(gòu)材料和連接構(gòu)造章節(jié)中，所述理論相對(duì)淺顯，且配有不少圖片和動(dòng)畫，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣基本能夠保證。但在連接計(jì)算章節(jié)，計(jì)算公式很多，有些公式不是理論推導(dǎo)得出，而是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得出，學(xué)生接受起來感覺比較生硬。整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定計(jì)算理論部分，對(duì)力學(xué)基礎(chǔ)要求較高，學(xué)生學(xué)習(xí)起來困難不小，學(xué)習(xí)興趣基本上降低至最低點(diǎn)[2]。

（三）學(xué)生實(shí)踐機(jī)會(huì)少、動(dòng)手能力差

根據(jù)往屆學(xué)生畢業(yè)工作后的反饋學(xué)生接手混凝土工程、砌體工程或是預(yù)應(yīng)力工程都很順手，即使自己沒有干過類似工程，心理上也沒有任何畏懼心理，但學(xué)生接手鋼結(jié)構(gòu)工程，就會(huì)感覺困難。究其原因，一方面是由于鋼結(jié)構(gòu)工程干得少，另一方面也反映了鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)掌握不扎實(shí)，實(shí)踐動(dòng)手能力差，甚至識(shí)圖都比較費(fèi)勁。上述問題是鋼結(jié)構(gòu)老師在教學(xué)中必須解決的一個(gè)實(shí)際問題。

二、教學(xué)改革措施探討與實(shí)踐

（一）介入“現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)”手段

提高感性認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)直觀印象的最好辦法是參觀具體工程，并觀察具體構(gòu)件和連接。利用石家莊鐵道大學(xué)現(xiàn)有條件，進(jìn)行個(gè)別章節(jié)學(xué)習(xí)時(shí)可把課堂由教室轉(zhuǎn)移至現(xiàn)場(chǎng)。我校體育場(chǎng)館和食堂二層屋面結(jié)構(gòu)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋頂材料分別為輕型彩鋼和大型混凝土屋面板，工程訓(xùn)練中心的火車站臺(tái)雨棚為開敞式鋼結(jié)構(gòu)，這3個(gè)工程的鋼結(jié)構(gòu)均沒有做外包式裝修，可以清楚地看到鋼構(gòu)件及其連接節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，結(jié)合上述工程，可以給學(xué)生直觀地介紹型鋼截面形式、鋼構(gòu)件之間的焊縫和螺栓連接，還能介紹鋼柱與混凝土基礎(chǔ)之間的柱腳連接。通過現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，學(xué)生能得到最直觀的認(rèn)識(shí)并且了解鋼結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)和概念理解，從而提高學(xué)習(xí)興趣。

（二）合理利用多媒體和傳統(tǒng)板書教學(xué)方法

采用多媒體與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的教學(xué)方式，可傳遞更多的知識(shí)量。課堂上大部分時(shí)間可采用多媒體教學(xué)，但為了讓學(xué)生更好地理解計(jì)算理論，老師更容易介紹計(jì)算公式，在進(jìn)行理論推導(dǎo)、公式演化的時(shí)候可采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式。我校土木工程學(xué)院教研組已經(jīng)積累了不少鋼結(jié)構(gòu)圖片和視頻，為了讓學(xué)生有更直觀的印象，可與鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)進(jìn)行合作，跟蹤鋼構(gòu)件加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝過程，并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容需要，有針對(duì)性地進(jìn)行圖片和視頻的拍攝，基本做到教學(xué)內(nèi)容的每部分都有相應(yīng)的圖片或視頻，給學(xué)生帶來視覺的沖擊。把抽象的內(nèi)容以直觀的方式展現(xiàn)在學(xué)生面前，能夠活躍課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)熱情。

（三）全過程案例教學(xué)

在教學(xué)過程中可引入工程案例。該工程案例不要求具有學(xué)科前沿性和復(fù)雜性，但一定要與教學(xué)內(nèi)容匹配，易于學(xué)生理解，使其能夠適應(yīng)全部教學(xué)過程。利用工程案例引導(dǎo)學(xué)生一步步討論、分析并計(jì)算，并逐步完成該案例的受力分析和設(shè)計(jì)計(jì)算。經(jīng)過推敲，工程案例選用橋梁施工中常見的零號(hào)塊托架。從第二章“鋼結(jié)構(gòu)材料”開始可介入本案例，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)材料選擇。“設(shè)計(jì)方法”章節(jié)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行荷載匯集和計(jì)算，并根據(jù)不同的極限狀態(tài)進(jìn)行荷載組合。接下來進(jìn)行受彎構(gòu)件、受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件的截面選擇及設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行焊接和螺栓連接設(shè)計(jì)計(jì)算[2]。學(xué)生對(duì)于工程案例的實(shí)施，有很高的興趣，教師需引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地思考、探索并解決問題，讓學(xué)生由被動(dòng)接收知識(shí)改為主動(dòng)參與討論和分析；在案例教學(xué)中使學(xué)生深刻理解專業(yè)知識(shí)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到所學(xué)知識(shí)與工程實(shí)踐距離很近，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。隨著課程學(xué)習(xí)的結(jié)束，學(xué)生逐步完成了該工程案例的各部分設(shè)計(jì)計(jì)算，建立了較強(qiáng)的工程意識(shí)，擁有了強(qiáng)烈的成就感，學(xué)習(xí)本課程更是事半功倍。

在課堂授課結(jié)束之后的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)選擇學(xué)生畢業(yè)后經(jīng)常遇到的實(shí)際工程項(xiàng)目作為設(shè)計(jì)題目，進(jìn)行工程項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)在土木工程項(xiàng)目中是很常見的，可選擇橋梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)中的“現(xiàn)澆支架設(shè)計(jì)”作為課程設(shè)計(jì)題目，其原因如下。首先，施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是土木工程師應(yīng)當(dāng)具備的重要能力之一，該課程設(shè)計(jì)題目不僅能訓(xùn)練學(xué)生的工程實(shí)踐能力，也符合工程單位的用人需求；其次，題目要求的支架包括滿堂腳手架和跨越門洞的梁式支架，設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋了軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)，也包含焊接和螺栓節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算，同時(shí)也要求進(jìn)行鋼梁拼接和鋼柱柱腳設(shè)計(jì)，可以說該課程設(shè)計(jì)題目全面訓(xùn)練了本課程所學(xué)的重要知識(shí)點(diǎn)。由于鋼結(jié)構(gòu)施工圖的表達(dá)與其他結(jié)構(gòu)差異較大，應(yīng)專門繪制一套完全符合制圖標(biāo)準(zhǔn)的施工圖供學(xué)生參考。在制圖過程中，從字體、字號(hào)、線形和線寬等多方面仔細(xì)給學(xué)生講解并示范，對(duì)于圖幅確定、總圖、節(jié)點(diǎn)詳圖繪制以及比例選擇等學(xué)生存在困惑的問題進(jìn)行重點(diǎn)講解，對(duì)學(xué)生制圖的每一步驟進(jìn)行詳細(xì)指導(dǎo)糾正。經(jīng)過以上嚴(yán)格指導(dǎo)和訓(xùn)練，學(xué)生的圖紙質(zhì)量得到大幅度提高。

（四）論文寫作及專題報(bào)告

課后作業(yè)是鞏固和訓(xùn)練課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的重要手段。為了增加訓(xùn)練內(nèi)容并拓展知識(shí)面，需要在課程的緒論和鋼結(jié)構(gòu)材料章節(jié)授課結(jié)束后給學(xué)生分組布置專題大作業(yè)，并留給學(xué)生一些參考題目，讓學(xué)生課后查閱文獻(xiàn)、收集資料并整理成論文形式。課堂上可留出時(shí)間讓學(xué)生用PPT作研究報(bào)告，介紹自己的論文成果。為了督促和鼓勵(lì)學(xué)生，報(bào)告人選的確定采用自我推薦和老師點(diǎn)名相結(jié)合的辦法。對(duì)于論文寫作，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生克服畏難情緒和抵觸情緒，從而有利于論文完成，達(dá)到論文涉及內(nèi)容廣泛的效果，極大拓展了學(xué)生的鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)面，鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、科技寫作和表達(dá)能力。上述方法獲得了學(xué)生較高的評(píng)價(jià)。

根據(jù)大土木專業(yè)“寬口徑，厚基礎(chǔ)”的要求，本課程授課時(shí)間由64課時(shí)減少為48課時(shí)，講課時(shí)間和內(nèi)容都需壓縮。大綱中要求僅需了解的內(nèi)容不再講授，改為專題報(bào)告的形式，由學(xué)生課后自行研究學(xué)習(xí)。比如“如何減少并消除焊接殘余變形”專題、 “連接中的抗撕裂計(jì)算”專題、“考慮腹板屈曲后強(qiáng)度的鋼梁”專題等均通過專題指導(dǎo)形式完成。上述專題需要學(xué)生認(rèn)真閱讀教材，對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行回顧和總結(jié)，同時(shí)也需要查閱相關(guān)文獻(xiàn)，讓學(xué)生在課余時(shí)間充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，進(jìn)行專業(yè)知識(shí)研究性學(xué)習(xí)。

三、結(jié)語

中國(guó)正在由鋼鐵大國(guó)向鋼鐵強(qiáng)國(guó)乃至鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)一大批杰出的鋼結(jié)構(gòu)人才是當(dāng)務(wù)之急。為適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展需要，進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革，要以學(xué)生為主體，盡力滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，多渠道、全方位地改進(jìn)教學(xué)方法和手段，逐步提高土木專業(yè)學(xué)生的鋼結(jié)構(gòu)理論水平和實(shí)踐動(dòng)手能力，為中國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)培養(yǎng)更多更好的人才。

參考文獻(xiàn)：

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