“以評促教”的鋼結構課程教學改革探索

焦晉峰

摘要：根據土木工程專業評估的培養要求，針對鋼結構的課程特點和目前存在問題進行了分析，并就課程教材的合理選取、課堂教學方法的多樣化和考核模式的寬松化提出了相應的改革措施。

關鍵詞：土木工程專業評估；鋼結構；教學改革；教學方法

中圖分類號：TU-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）02-0036-04

1994年，住房—城鄉建設部和土木工程專業評估委員會聯合啟動的土木工程專業評估，旨在提高高校土木工程專業教育水準和質量，加強專業教育宏觀管理，奠定中國專業注冊師制度的必要基礎，為注冊土木類工程師執業資格制度的推行創造基本條件，從而實現與國際上發達國家互相承認同類專業的學歷創造條件。土木工程專業評估實施以來，全國累計共有70所（截止2013年5月）設置土木工程專業的高校通過評估。實踐表明：專業評估在提高教育質量、改革專業教育、改進教學管理、建設師資隊伍、增加投資強度、加強教育界與工程界的聯系和合作等方面均發揮了積極的作用，為中國其他類似工程專業推廣評估制度提供了有益的參考。在當前住建部和高校積極重視評估的形勢下，圍繞專業評估對工程師注冊要求[一般由教育（學術）要求、經驗（培訓）要求和考試（考核）要求三方面組成]培養目標研究，探索與之相適應的課程教學體系，從而將土木工程專業評估的培養目標落實到課程教學中已成為緊迫的教學改革任務。

鋼結構作為土木工程專業的核心專業課程，包括理論教學環節和實踐教學環節，課程知識點散而多、理解抽象且實踐性強為該課程的突出特點。過去的鋼結構課程理論教學與實踐教學二元化問題突出，傳統的理論教學嚴重脫離實踐，教學效果不佳，因此無法滿足土木工程專業評估的基本要求。作者在以太原理工大學建筑與土木工程學院通過專業評估的基礎上，圍繞專業評估的基本要求，對鋼結構課程教學體系改革進行積極的探索。

一、鋼結構課程特點及存在問題

（一）課程教學內容與學時沖突

目前，各高校所選鋼結構教材種類繁多，但基本上大同小異。就我校而言，過去采用全國教材現改為自編地方特色教材。基于“厚基礎、寬口徑、重素質”的原則，對課程體系進行改革，鋼結構課程的課堂教學課時為36學時，另加4學時的實驗教學。如何在有限的課堂教學學時內讓學生掌握大綱要求的教學內容，成為目前教學的一大難點。另外，鋼結構課程內容與建筑材料、力學等課程結合緊密，但是在現有的教學計劃中，前期的基礎課程與鋼結構課程間隔時間較長，故在實際教學中存在知識點的銜接和復習等問題，給教學增加一定難度。結合作者多年的教學經驗，60%左右的學生對前期基礎課程，尤其是力學課程掌握并不牢固，甚至絕大部分學生對材料力學的簡單問題，如截面的幾何特性參數不會計算。

（二）教學內容理論與實踐性強，但學生動手能力差

作為鋼結構重要的教學內容——結構或板件穩定，在教材篇幅中占據很大比例，其理論系統性強，難度大，且存在大量的公式推導。例如，教材內容中的“桿系構件”——柱、梁和梁柱構件，每種構件對穩定問題的描述篇幅較大。此外，該課程與工程實踐聯系緊密，一般課堂教學環節結束之后，安排2周的課程設計作為實踐環節。多年的輔導經歷表明，實踐環節存在較多問題，主要有：（1）視“實踐機會”為“負擔”。部分學生態度不端正，采取網上購買或找槍手方式，與設計初衷大相違背。（2）理論與實踐結合能力差。部分學生理論熟練，但在運用時錯誤頻出。

（三）公式、圖表和規范條文，散而多

鋼結構課程涉及相關計算內容多，對應的計算公式也相當多。相對該課程的前期力學課程而言，盡管計算公式相似，但公式中存在一些基于經驗、試驗歸納總結出來的參數。其中，參數的選取部分由公式前提決定，部分由圖表獲取，故要求學生在運用公式時能夠正確掌握圖表的使用。另外，除結構和構件計算之外，結構和構件的構造也不容忽視。對這些構造內容，對應的規范條文和條文說明均有明確的表述，但存在條文“多而散”的特點。面對大量的計算公式和構造規定，如何讓學生準確運用，也是目前教學亟待解決的問題。從多年的學生期末測試情況可以看出，學生的計算能力表現不佳，失分和丟分現象嚴重，其主要原因為：（1）學生在考試提供計算公式的前提下，依然不能正確運用，緣于對公式中各項參數理解生硬。（2）學生對參數查詢的圖表不理解，替代以改取參數數值。

二、鋼結構課程教學改革探索

（一）教材選取宜合理化

目前，相關的鋼結構教材眾多，既有“十二·五”規劃教材，又有地方院校聯合自編教材。各種教材水平和質量參差不齊，且種類繁多，給教材選取帶來一定的困難。如何選取合適的教材，成為教學改革內容中的難點。在此，提出以下幾點參考意見：（1）建議連續若干年對每屆授課對象做關于課程教材征訂的意見調查，整理并形成調查意見結論。（2）結合授課對象水平和其對應的培養目標選取教材。目前，一般地方院校土木類專業同時招收1A和2C類的學生，兩者之間基礎相差較大，盡管同處一校，其授課教材選取宜區別化。（3）考慮所在地區的經濟發展，特別是土木行業發展的水平選取教材。例如，作者所在地區位于中國中部，經濟發展實力處于中下游，地方建設工程規模和能力一般，學生就業以本省為主，因此教學內容宜適當高于本地區土木工程水平。（4）教材更新宜“動態化”，宜5年為一個階段。

（二）教學方法應多樣化

貫穿鋼結構的主線為：材料—連接—構件。三部分教學內容聯系緊密，環環相扣。章節內容不同，其相關的理論和實踐比例也不同，故宜采取不同且適宜的教學方法。在此，主要介紹以下教學方法。

1.實物教學法

在講述某些章節內容（如第2章和第3章）時，若在課堂上展示與課程內容相關的實物，會讓學生近距離接觸實物的同時，提高感性認識。例如，鋼結構連接內容——螺栓連接，可攜帶摩擦型高強度螺栓、承壓型高強度螺栓和普通螺栓。通過觀察實物，學生不僅分清不同螺栓的組成，對相應的施工工藝和受力機理都能有清晰的理解。又比如講解角鋼連接時，單憑黑板或PPT上描述該連接形式，很多學生空間想象力差，比較迷茫。對此，可以在課堂上采用紙張現場制作角鋼，模擬角鋼連接方式，讓學生形成一定的空間想象力。類似的情況還有，鋼結構軸心受力構件的整體穩定，可以取鋼尺進行模擬等等。上述通過教材與實物相配合，不僅提高學生學習積極性，也活躍了課堂氣氛，讓其更感受到了結構就在身邊，只要用心，就能學好。

2.“事故”案例教學法

實際工程是工科類課程教學最鮮活的資源，引入實際工程案例，不僅可以豐富教學內容，還可以做到理論聯系實際。成功的工程案例可以引導學生進入鋼結構領域，激發其對鋼結構的濃厚興趣，但震撼性、毀滅性、血腥性的工程事故，卻能給世人留下心理創傷。為加深學生對課程基本概念的理解，適當選取典型工程事故案例進行分析必不可少。事故分析是理論研究的有力佐證材料，事故的發生是對設計理論的又一次驗證。將典型工程事故發生原因從基本原理角度加以分析，把所得到的結果引入課堂教學，有利于于加深學生的印象。

例如，鋼結構穩定的概念，通過剖析下述工程事故案例后，就可以讓學生對其穩定概念存在整體的理解。2014年9月，太原市某城中村村民擅自采用鋼結構加層，施工過程中導致結構整體坍塌，造成5人死亡的重大事故（圖1）。2015年4月，某網架結構由于偶然超載等因素，導致支座腹桿與支座節點脫離，相鄰弦桿發生不同程度的整體失穩（圖2），隨后2天內發生網架局部坍塌。上述兩起代表性鋼結構工程事故案例，其事故主要原因均與鋼結構穩定有關。

3.實驗教學法

鋼結構是工程性和實踐性很強的課程，因此，其實驗環節非常重要。該課程實驗課是通過實驗手段，對抽象的理論知識進行驗證，并培養學生理論聯系實際和動手能力，加深對基本概念的理解。根據鋼結構的教學大綱，安排開設相應的實驗項目，該類試驗是以驗證理論結果和測定參數為目的，如摩擦型高強度度螺栓的抗滑移系數等。在實驗過程中，通過師生協同工作，安置實驗器材，測量實驗數據，計算并驗證實驗結果，學生不僅加深對該課程理論知識的理解，而且對該課程的學習具有更直觀的認識。另外，應培養學生對實驗的興趣，鼓勵其提出問題并結合相關理論進行思考，尋求最佳解決問題思路。

4.“模擬注冊考試”教學法

考慮到專業評估對工程師注冊要求，培養出的學生要求在短時間內獲得注冊工程師資格證，這就要求鋼結構課程的講述不能僅限于照本宣科。在此建議課堂講授基本原理后，提出歷年的注冊考試案例并給出相關現行的國家規范條文，要求學生結合已有的知識點進行思考并進行模擬，然后點評理論運用實踐的不足。通過數次的訓練，不僅可以幫助學生理解基本理論，而且逐步熟悉并運用規范條文，為后續的注冊考試打下良好的基礎。

5.工程現場教學法

作為課堂教學的重要補充，現場教學是培養學生理論聯系實際的有效方法。考慮到鋼結構課程計劃學時、實習經費的不足和學生安全的保障措施不完善等不利因素，可以充分利用校園內和周邊的建筑設施，帶領學生現場觀摩教學或要求學生拍照并用電腦繪出主要構件和節點連接做法。就我校而言，部分建筑物采用了鋼結構建筑，如土木試驗中心屋頂鋼桁架結構、校南門不銹鋼鋼網架結構、綜合體育館屋頂的平板網架結構和行政主樓新增鋼結構屋頂造型等；另外，存在一些形式簡單但內容全面的結構，如校南門外懸掛紅綠燈的鋼結構（其柱截面采用雙肢格構式、梁采用懸臂鋼構件、梁柱節點采用螺栓連接，見圖3）；校園內的路燈設施（典型的偏心受力鋼構件，柱腳采用錨栓剛接，見圖4）等。上述這些結構或構件均可以作為課后教學的有益補充。

（三）考核模式宜寬松化

考慮到學生水平參差不齊，為緩解其對期末考試的恐慌，提高其對鋼結構課程學習的興趣，該課程考核不宜單一化，即僅采取期末考核一票否決。通過近五年來的教學改革試驗得出：（1）卷面考核宜“注重理解、強調運用”。針對考核所有計算題型均給出相關的計算公式和參數，這樣不僅打消學生做公式夾帶的想法，而且強制要求其理解公式及各項參數的含義。（2）加大平時分制。部分學生前期基礎差但上課積極，或平時學習扎實但考試發揮不好，針對類似學生，為避免打擊其學習的積極性，可以采取課堂回答和課后工程實踐作業等方式，加大相應的平時分。這樣做不僅保持學生上課的激情，而且可以逐步改變其對學習的態度。

三、結語

在土木工程專業評估精神指導下，近五年鋼結構教學實踐中，采取合理選取教材、正確運用不同的教學方法、考核模式寬松化等措施，實踐證明教學效果良好。隨著鋼結構行業的快速發展，該課程教學內容也應不斷更新和擴充，故仍需以動態的眼光來完成該課程教學，探索更有效的教學方法。

參考文獻：

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（編輯 歐陽雪梅）