基于三維視圖的鋼結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)探討

包恩和 張敏 孫凌云

摘要：隨著現(xiàn)代會進(jìn)程的發(fā)展，都市高層建筑越來越多，也越建越高；同時(shí)，煉鋼技術(shù)的優(yōu)化、鋼材在建筑行業(yè)的大量使用，使得社會對鋼結(jié)構(gòu)人才的需求增加；現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)更多地是將課堂時(shí)間花在公式的推導(dǎo)和計(jì)算案例的講解上，學(xué)生學(xué)習(xí)的效果并不理想；如果把三維視圖的概念融入到鋼結(jié)構(gòu)知識的講解中，將是一個(gè)有益的嘗試。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；三維視圖；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0161-02

課堂教學(xué)是鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)課堂教學(xué)主要依靠教師粉筆板書授課，學(xué)生帶著書本和筆記錄教師所授重點(diǎn)；基于鋼結(jié)構(gòu)知識點(diǎn)的抽象性，需要學(xué)生心中對所涉及內(nèi)容的空間三維實(shí)體圖形有比較清晰的概念才行，然而很多情況下教師根本無法用語言將某些實(shí)物講清楚，學(xué)生聽了半天也不知道教師在講什么，勢必會降低課堂效率和教學(xué)質(zhì)量。

一、鋼結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)偏少的現(xiàn)狀

我校土木工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案中《鋼結(jié)構(gòu)》作為工民建和道路橋梁與渡河工程方向的專業(yè)必修課放在第四學(xué)期開課，48學(xué)時(shí)，其中實(shí)踐4學(xué)時(shí)，配有一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)。調(diào)查其他土建類高校開課情況可知，鋼結(jié)構(gòu)課程的總學(xué)時(shí)也就在50～60學(xué)時(shí)之間，這樣的學(xué)時(shí)數(shù)對于鋼結(jié)構(gòu)課程來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到良好的教學(xué)效果。贠英偉、劉凌云等認(rèn)為，目前鋼結(jié)構(gòu)課程的開課情況與鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢相背離，呼吁適當(dāng)增加鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)時(shí)至90以上[1-2]。但是筆者認(rèn)為，在人才培養(yǎng)方案總學(xué)時(shí)固定的情況下（大多高校在170～220學(xué)分），以16學(xué)時(shí)為1學(xué)分計(jì)算為2720～3520學(xué)時(shí)。稍微分析一下人才培養(yǎng)方案就會發(fā)現(xiàn)，公共必修課中《思想品德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)》（48學(xué)時(shí)）、《中國近現(xiàn)代史綱要》（32學(xué)時(shí)）、《馬克思主義基本原理》（48學(xué)時(shí)）、《毛澤東思想與中國特色社會主義理論體系概論》（96學(xué)時(shí)）、《形勢與政策》（128學(xué)時(shí)）、《安全教育》（24學(xué)時(shí)）、《國防教育》（16學(xué)時(shí)）、《就業(yè)指導(dǎo)》（38學(xué)時(shí)）等課程均是教育部及教育主管部門定下的，也就是不能動(dòng)的；再考慮大學(xué)英語和體育課程等所占用的學(xué)時(shí)、學(xué)分?jǐn)?shù)后，用于專業(yè)教學(xué)的課程學(xué)時(shí)數(shù)已經(jīng)少得可憐了；而且現(xiàn)在提倡應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，要求增加實(shí)踐學(xué)時(shí)的比重，這樣一來要求增加鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)時(shí)數(shù)的建議自然也就很難實(shí)現(xiàn)了。

二、鋼結(jié)構(gòu)課程的重要性和教學(xué)內(nèi)容

鋼結(jié)構(gòu)人才培養(yǎng)嚴(yán)重滯后，專業(yè)技術(shù)人員缺乏，這已成為目前影響整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)健康快速發(fā)展的“瓶頸”。[1]筆者2015年8月7日在廣西人才網(wǎng)www.gxrc.com內(nèi)搜索“鋼結(jié)構(gòu)職位”，見表1，可知僅廣西地區(qū)對鋼結(jié)構(gòu)人才的需求還是很大的。

我校鋼結(jié)構(gòu)教材選用武漢理工大學(xué)出版社戴國欣主編《鋼結(jié)構(gòu)》，該書分為上下篇。上篇“鋼結(jié)構(gòu)原理”為土木工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容包括緒論（特點(diǎn)、概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法等）、鋼結(jié)構(gòu)材料特性、鋼結(jié)構(gòu)的連接、鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件（軸心拉桿和壓桿、受彎構(gòu)件、拉彎和壓彎構(gòu)件）的工作原理和設(shè)計(jì)方法；下篇“建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”為本專業(yè)建筑工程方向的專業(yè)必修課，也可作為其他專門化方向的選修課，內(nèi)容包括單層廠房結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)抗震和抗火設(shè)計(jì)要點(diǎn)。[3]其中大多高校僅講解《鋼結(jié)構(gòu)原理》部分，至于下篇《建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》開設(shè)的高校寥寥無幾。暫且不論開設(shè)內(nèi)容的多少，我們且看在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)如何有效講好、講透這些內(nèi)容，讓學(xué)生能夠入門，為其后續(xù)自學(xué)和研究鋼結(jié)構(gòu)打下良好的基礎(chǔ)。

三、基于三維視圖的鋼結(jié)構(gòu)課堂教學(xué)

“鋼結(jié)構(gòu)的連接”部分在《鋼結(jié)構(gòu)》課程中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀趯?shí)際教學(xué)工程中，不論是焊縫連接還是螺栓連接真正涉及到的理論并不多，也不難，但是學(xué)生往往反映聽不懂，看不懂，更多不能識圖。以《多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖》（01SG519）一節(jié)點(diǎn)為例，第54至56頁相關(guān)內(nèi)容，圖1。[4]

當(dāng)學(xué)生一看到圖1（a）時(shí)，估計(jì)大腦會一片空白，他們不知道這張圖傳遞的是什么信息，不知道哪個(gè)是梁，哪個(gè)是柱子，不知道焊縫符號是什么意思，也不清楚螺栓如何連接，更別提各自的受力計(jì)算了。現(xiàn)有教材中，也沒有給學(xué)生形成空間認(rèn)識的任何內(nèi)容。如果此時(shí)我們附上圖1（b）的三維圖形，相信學(xué)生自會對照來理解；然后結(jié)合圖1（c）進(jìn)行解釋，如表示現(xiàn)場安裝焊縫等， 箭頭線下的小矩形表示墊板，箭頭線上的v表示v型坡口對接焊縫。[5]

在講到鋼結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件（軸心拉桿和壓桿、受彎構(gòu)件、拉彎和壓彎構(gòu)件）的工作原理和設(shè)計(jì)方法時(shí)，筆者認(rèn)為首要的還是先給學(xué)生一個(gè)空間的整體認(rèn)識，讓學(xué)生知道整體結(jié)構(gòu)，然后再進(jìn)入到構(gòu)件的細(xì)部，設(shè)計(jì)和計(jì)算過程。這樣學(xué)生才能讀得進(jìn)去，也能讀得出來，避免只見樹木不見森林的弊端。此時(shí)，建議教師給學(xué)生展示柱子兩個(gè)方向均有梁連接的三維視圖，圖2。

接著給學(xué)生解釋的時(shí)候可以設(shè)疑，比如有兩根實(shí)際長度都是6m的柱子，其中一根柱在x軸和y軸有梁連接，而另一根卻沒有任何連接時(shí)，他們的計(jì)算長度會相等嗎？等于實(shí)際長度6m嗎？學(xué)生這時(shí)自然會發(fā)現(xiàn)其中的不一樣。接著教師可以接著提問，如果連接梁的剛度不一樣，剛鉸接不一樣，計(jì)算長度是不是也跟著改變呢？最終教師可以告訴學(xué)生，“單層或多層框架等截面柱，在框架平面內(nèi)的計(jì)算長度應(yīng)等于該層柱的高度乘以計(jì)算長度系數(shù)μ”[6]。

四、結(jié)論

在鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)中，關(guān)鍵是教會學(xué)生如何識讀鋼結(jié)構(gòu)施工圖和具備一定的制圖能力，而培養(yǎng)學(xué)生建筑結(jié)構(gòu)的空間三維觀和整體概念的把握就顯得尤為重要了。筆者以為，在講解鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算理論之前，先通過相應(yīng)三維視圖的展示讓學(xué)生了解鋼結(jié)構(gòu)的空間連接和細(xì)部構(gòu)造必將起到事半功倍的效果，對培養(yǎng)真正意義上的應(yīng)用性人才也是大有益處。

參考文獻(xiàn)：

[1]贠英偉.新形勢下鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)人才培養(yǎng)研究[J].教育與職業(yè)，2011，（24）：135-137.

[2]劉凌云.鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革初探[J].教育與職業(yè)，2007，（29）：190-191.

[3]戴國欣.鋼結(jié)構(gòu)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2012.

[4]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳圖[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2009.

[5]陳宜虎.畫法幾何與土木工程制圖[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2014.

[6]GB50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2003.