橋梁與渡河工程鋼結構設計原理教學改革探討

馬磊

摘 要 文章分析橋梁與渡河工程專業學生在學習鋼結構設計原理課程中存在的問題，從教學內容、教學方法和考核方式三個方面入手，提出緊緊圍繞橋梁專業用鋼結構構件的設計原理進行講解，以幻燈片或視頻、板書、習題課、現場參觀、理論教學與課程設計同步等方法進行教學，考卷中可能涉及到的公式全部給出或“半開卷”方式進行考核等教學改革方案。

關鍵詞 鋼結構設計原理 橋梁與渡河工程 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.02.048

隨著鋼橋和組合結構橋梁建設的不斷增加，設計和施工單位急需大批熟練掌握橋梁鋼結構設計和施工知識的專業人才。由于過去橋梁與渡河工程專業的本科階段鋼結構教學內容及教材側重點與工業民用建筑專業無異，剛畢業的橋梁與渡河工程專業的大學生很難適應橋梁鋼結構方面的工作，導致橋梁鋼結構專業人才短缺、質量不高。一方面，鋼橋和組合結構橋梁有著巨大的發展潛力和市場需求，另一方面，橋梁與渡河工程專業鋼結構人才短缺，二者的矛盾造成了該領域就業空間廣闊，并且在今后一個相當長的時期內該空間還將不斷擴展。①為了滿足社會對鋼橋和組合結構橋梁人才的需求，我校橋梁與渡河工程專業“鋼結構設計原理”課程在教學內容、教學方法及考核方式方面也在不斷進行改革。

1 教學內容

1.1 教材

目前，國內已有的《鋼結構設計原理》教材，大多基于《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）②編寫，適合工業民用建筑專業的本科生進行學習。涉及公路橋涵、鐵路橋梁的鋼結構設計規范的《鋼結構設計原理》教材極少，以至于橋梁與渡河工程專業的學生學習此類③④教材后，無法直接應用于鋼橋和組合結構橋梁的鋼結構構造與結構設計中。針對上述問題，我校橋梁與渡河工程專業“鋼結構設計原理”課程，選用東南大學葉見曙教授編寫的“結構設計原理”⑤第三版第四篇——鋼結構。該書結合我國公路橋涵鋼結構及木結構設計規范、鋼-混凝土組合橋梁設計規范進行編寫，較好地解決了教材脫離規范的問題。此外，結合鋼橋、組合結構橋梁參考書籍，在授課過程中緊緊圍繞橋梁專業用鋼結構構件的設計原理進行講解，使學生工作后，能夠做到學以致用，更快適應工作。

1.2 側重點

橋梁與渡河工程專業學生在進行“鋼結構設計原理”課程的學習之前，材料力學、結構力學、建筑材料等專業基礎課都已經進行了系統的學習。在“鋼結構設計原理”課程的教學過程中，涉及到這部分的內容適當從簡講授，而增加更多針對橋梁鋼結構的內容。例如在材料性能方面，將講解的重點放在橋梁鋼結構用鋼材、高強鋼絞線、橋梁鋼結構用新材料如耐候鋼、耐高溫鋼材等材料的性能方面，讓學生了解現有橋梁用鋼的現狀及未來的發展趨勢；結合這些材料在實際工程中的應用圖片，提高學生的學習興趣；在橋梁鋼結構應用中，適當介紹索設計的內容，例如鋼梁橋中的體外預應力索、斜拉橋中的拉索、懸索橋中的纜索等，以有助于學生學習后續的鋼橋和組合結構橋梁課程，列出主要的參考文獻，供學生在課余時間有選擇地學習；橋梁鋼結構尤其是鐵路橋，由于受到動荷載的影響，鋼結構焊接的疲勞問題不容忽視，在橋梁與渡河工程專業的鋼結構設計原理課程中必須補充疲勞設計的相應內容。為拓展學生的就業面，在課程講授過程中適當增加工業民用建筑用鋼結構設計原理的知識，對其所用規范進行介紹，拓寬學生的知識面。

2 教學方法

橋梁與渡河工程專業的鋼結構設計原理課程教學，應該既注重基本知識的傳授，同時不斷啟發學生，調動他們學習的積極性和主觀能動性，逐步培養出發現問題、思考問題、分析問題、最終解決問題的能力。通過對這種學習方法的傳授，使學生既能掌握書本知識，又能不斷創新進取，極大提高學生的學習積極性。

2.1 理論教學

針對學生對圖片或視頻信息的興趣濃厚，對單純的數字或者文字興味索然的現實情況，對抽象的理論問題，用動畫或搜集實際工程中的圖片，以幻燈片或視頻形式播放給學生，讓學生以娛樂的方式掌握知識。例如，鋼結構的連接和破壞問題，每一項鋼結構的破壞或失穩現象都通過圖片展現，引導學生思考這些現象背后的機理問題，誘發學生的興趣，從而引出該節課程教授的重點，改善課堂教學的效果；同時，圖片或視頻的應用，還能加深學生對基本知識與基本原理的感性認識。

但對于計算原理和公式，一定要用板書演示其推導過程，讓學生的思路緊隨教師的演示，充分利用課堂時間，消化計算原理，提高教學效率。在計算理論講解完成后，結合工程應用，介紹實際橋梁鋼結構的細部處理及節點構造措施，讓學生做到理論與實際相結合，掌握工程中處理具體問題的方法。

采用習題課、討論課的方式，對學生作業過程中存在的問題進行深入剖析，點評解題過程中的易錯點和答題錯誤的原因。在講解和討論的過程中，幫助學生理清解題思路，規范解題步驟，總結解題技巧，提高答題的正確率，同時培養學生嚴謹、認真、細致的工作作風。

2.2 現場教學

在橋梁與渡河工程專業的鋼結構設計原理課程講授過程中，多媒體、板書等多種手段是課堂教學的主要方法，但對于鋼結構設計原理課程來說，僅有課堂教學是遠遠不夠的。因為盡管有多媒體作為教學工具，但畢竟還是圖片或短暫影片，學生難以形成一個完整的鋼結構的概念，對鋼結構的感性認識依舊不夠具體深刻。在鋼結構設計原理課程的理論教學學習期間或結束后，充分利用學校周圍已建或在建鋼橋與組合結構橋梁，進行現場參觀、學習，便于理論知識與實際應用“接軌”，有選擇性地帶學生深入施工現場，進行教學實踐很有必要。在進入現場之前，負責鋼結構設計原理課程的教師，需要事先向學生講解工地現場實踐中所涉及的系統知識。安排好班級分組與帶隊教師，特別強調實習過程中的安全問題與組織紀律問題。在施工現場，讓學生進一步認識真實的螺栓、焊縫、縱向和橫向的加勁肋，辨別現實構件中的受拉構件、受壓構件、受彎構件或壓彎構件、拉彎構件，觀察構件的現場連接拼裝。請施工單位負責人講解施工現場鋼結構的基本概況，采用的施工方法，施工組織設計，施工質量控制要點，安全保障措施，施工過程中遇到的各種困難，出現的問題及解決的方案等。現場教學過程中，提醒學生注意觀察，認真聆聽講解，將書本上的圖紙和現場的實體結構充分比對，加深對書本知識的理解。同時，結合工程技術人員的講解，學習工程中處理具體問題的方法，真正達到現場教學的目的。

2.3 實踐教學

實踐教學分為實驗教學和課程設計兩部分。學生在鋼結構設計原理課程學習過程中，如果對某個問題有進一步研究的興趣，可以通過參與大學生創新實驗項目，提出自己的研究課題。設計實驗方案，動手制作鋼結構實驗模型，通過實驗結果驗證自己的想法或發現自己提出的方案的不足，激發學生的創新熱情，培養學生的動手能力，同時也可為今后的學習和工作提供寶貴的經驗。課程設計，有助于幫助學生系統地應用理論課程學習到的知識，做到學以致用。但以往的課程設計都是在理論課講授完畢后進行，設計效果不佳。為了改善課程設計效果，打破理論教學與課程設計的嚴格界限，將理論教學與課程設計同步進行。⑥在鋼結構設計原理課程開始上課之時，就給定課程設計題目，隨著授課進度的深入，讓學生以長期大作業的方式分步驟完成。這樣，在理論授課過程中，學生隨時可以針對課程設計的內容進行提問，并能得到及時解答，課程設計周學生只需整理計算書、繪制圖紙。這樣，學生有充足的時間掌握鋼結構設計原理的各項設計環節內容，遇到問題能夠及時得到解決。

3 考核方式

在對鋼結構設計原理課程的教學成果進行考核時，如果僅僅通過期中、期末的考試結果來評價學生的學習情況，顯然將會是不全面的，也是不準確的。在鋼結構設計原理的教學過程中，采用多種考核形式，例如隨堂測驗，課堂提問，組織學生進行小組討論或者針對鋼結構設計中存在的某一問題，讓學生提交研究報告等方式進行考核。對學生的日常測驗，也可以采用口試和筆試相結合的形式，或者把一次測驗拆分為多次小的測驗，這將有助于更加全面地評價學生的學習情況，降低一次考試所帶來的偶然性。傳統的考試方法大多偏重對知識的記憶，形式單一，難以客觀、全面地評價教學效果，也難以調動學生自主學習的積極性。橋梁與渡河工程的鋼結構設計原理課程考試，借鑒國家一級注冊結構工程師的考試模式，在考卷中，可能涉及到的全部公式均給出，避免學生死記硬背。此外，可考慮“半開卷”考試，允許學生將自己認為重要的內容事先書寫在一張A4紙上，考試時允許查看，考后隨試卷上交。這樣，學生對自己認為的重點進行總結，通過總結內容的實用性，可反映學生對課程重點的把控。

4 結語

針對橋梁與渡河工程專業學生鋼結構設計原理課程學習中存在的問題，從教學內容、教學方法和考核方式三個方面，提出了一系列的改革措施。

（1）選用《結構設計原理》教材，并結合鋼橋和組合結構橋梁相關參考書籍，已學過的內容適當從簡講授，緊緊圍繞橋梁專業用鋼結構構件的設計原理進行講解。（2）對抽象的理論問題，用動畫或搜集實際工程中的圖片，以幻燈片或視頻形式進行播放；但對于計算原理和公式，一定用板書演示推導過程；采用習題課、討論課的方式，點評解題過程中的易錯點，總結解題技巧。（3）在理論課學習期間，充分利用學校周圍已建或在建鋼與組合結構橋梁，進行現場參觀、學習。（4）理論教學與課程設計同步進行，進行大學生創新實驗。（5）考核中，借鑒國家一級注冊結構工程師的考試模式，給出考卷中可能涉及到的全部公式；也可考慮“半開卷”考試。

注釋

① 蘇慶田，吳沖.鋼與組合結構橋梁課程教學改革探討[J].高等建筑教育，2013.22（4）：37-40.

② 鋼結構設計規范[S].GB50017-2003.

③ 陳紹蕃.鋼結構[M].北京：中國建筑出版社，2003.

④ 彭偉.鋼結構設計原理[M].成都：西南交通大學出版社，2004.

⑤ 葉見曙.結構設計原理[M].北京：人民交通出版社，2014.

⑥ 劉玉擎，辛灝輝.鋼與組合結構橋梁課程設計的教學實踐[J].教育教學論壇，2013.10：241-242.