鋼結構教學過程中的探討與實踐

鄒萬杰 盧小玲

摘要：為了提高鋼結構課程的教學質量，針對該課程在教學中存在的一些問題，對教學方法、理念和手段進行探討。通過優化整合課程內容、重視課程設計環節、合理利用多媒體教學方法等三方面，提高學生的學習積極性，啟發學生思維，更好地適應社會發展對鋼結構人才的要求。

關鍵詞：鋼結構；教學改革；多媒體教學；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）18-0136-02

鋼結構課程是高等院校培養土木工程專業本科人才的一門重要專業課程。該課程著重培養學生對鋼結構基本原理的基本概念以及對原理的理解與掌握，同時培養學生鋼結構設計基本原理及工程設計能力，因而在土木工程專業系列課程體系中占有十分重要的地位[1-3]。基本內容包括緒論、鋼結構的材料、鋼結構的連接、軸心受力構件、受彎構件設計、拉彎壓彎構件、鋼結構最新技術和鋼結構設計。因為鋼結構制造簡便，易于采用工業化生產，施工安裝周期短，密封性好，耐熱性好等特點，所以目前在大型公共建筑、民用建筑、工業建筑以及大跨橋梁結構等領域應用非常廣泛，如大型體育場館、機場航站樓、火車站、工業廠房、超高層建筑及輕鋼建筑等方面。

一、鋼結構課程教學過程中存在的問題

鋼結構和其他課程的教學一樣，只有把教與學充分地結合起來，才能真正發揮“教師為主導，學生為主體”的作用，老師會教，學生愛學，教師和學生在共同學習的過程進行觀點交流和思想碰撞，才能打造高效生動課堂氛圍，筆者經過多年的該課程教學經驗，總結在教學過程中存在以下一些問題。

1.學生學習興趣不高。學生對鋼結構課程的學習興趣不高并非學生天生不喜歡學習鋼結構，而是鋼結構課程的學習相對其他專業課程的學習具有一定的難度。首先表現在鋼結構概念比較抽象，學生需要在學習時有很強的空間想象能力，同時涉及眾多力學概念、材料和施工工藝等諸多因素，計算公式很多，而且有些公式并非理論推導得出，而是根據工程經驗和實驗數得出的經驗公式。其次是該課程對學生的力學基礎要求比較高，如果學生的材料力學、結構力學課程沒有學扎實，就會給本課程的學習帶來極大影響。再次是教學過程中缺少實體鋼結構建筑，學生缺乏感性認識，故接受起來感覺比較生硬，導致學生理解知識的難度較大。最后一個也是很重要的一個原因是教學的課時與該課程內容所需課時相比嚴重不足，導致教師為了完成教學大綱所規定教學內容，不得不盡量趕教學進度，進行填鴨式教學，這樣學生尚未來得及消化所學習的內容，而新的內容又接踵而至，學生疲于奔命，形成惡性循環，影響到學習的效果，最終導致學習興趣不高。

2.學生對鋼結構的認知不足。我國鋼結構建筑的發展相對滯后。目前歐美發達國家的鋼結構建筑占比約為20%左右，而我國的鋼結構建筑占比尚不足10%。在我國整個建筑行業普遍存在著對鋼結構建筑認識不足，觀念相對落后，對鋼結構體系積極性不高，管理跟不上等問題。這些都嚴重阻礙著鋼結構建筑在我國的進一步發展，導致鋼結構建筑數量比較少，且大多數為工業廠房、高層或大跨度建筑，在民用建筑特別是民用住宅方面少有建樹。即使身邊有些建筑屬于鋼結構，大多也進行了外包裝修，因此能直觀見到的鋼結構比較少，這就造成了學生對鋼結構的認知不足，給本課程的學習帶來一定困難。

3.學生實習實踐機會少、課程設計能力不強。鋼結構學時數不足，而且大部分時間用于學習基本理論，學生就沒有足夠的時間把理論知識應用于實踐，大多依賴查閱圖書館資料以及網上資料，來有限度地充實感性認識。這樣導致理論與實踐特別是工程應用環節脫節，不能有機結合，因而在學習過程中，普遍感覺比較抽象，反過來也就不能很好地理解基本理論。鋼結構基本理論知識掌握不扎實，甚至識圖都比較費勁，一旦接觸到鋼結構工程設計計算問題，就會感覺困難。這種傳統的基本上僅靠教師講，學生聽的模式，肯定會讓課程內容枯燥乏味，學生的求知欲下降，這些問題是鋼結構授課教師在教學中必須思考和解決的實際問題，只有解決了以上問題，才能真正提高鋼結構的教學質量。

二、“教”與“學”的改革，“教”與“學”的實踐

根據鋼結構課程的特點以及教學上存在的問題，為了有效地提高課程教學質量，筆者通過幾年的授課，總結出以下“教”與“學”的改革與實踐：

1.關聯學習法，解決學生基礎薄弱，增加學習興趣。鋼結構課程中很多的理論和設計計算，如材料性質、連接方式、構件（拉、壓、彎、剪和扭）的受力性能及其計算方法等，是在材料力學和結構力學的理論基礎上進行的，學生在學習時只要是遇到力學分析和公式的推導，就會很吃力，導致學習困難，興趣下降。因此教師在授課的過程中，應該將相同或相近知識點的要素提煉出來，建立相應的邏輯關系，引導學生回憶以前的力學知識，形成相關聯的知識鏈，實現鋼結構和結構力學及材料力學知識的系統學習，并且通過相關的例題解答讓學生把原來的力學知識重新記憶，這樣的學習可以不至于讓原來力學基礎薄弱過度地影響到鋼結構的學習，增加學習的興趣。比如在學習軸心受壓構件的穩定計算時，材料力學一般只給出歐拉公式來計算臨界應力，而歐拉公式僅適用于理想的壓桿計算，要求是一根理想的壓桿：桿件完全挺直、荷載沿桿件形心，桿件在受荷之前沒有初始應力，也沒有初彎曲和初始偏心等缺陷，截面沿桿件是均勻的。這種理想的桿件在鋼結構工程中是不存在的，因此歐拉公式不能直接用來確定臨界荷載及穩定系數，而需要結合鋼結構具體情況進行修正。這樣把這種幾門課程相關聯地融合到鋼結構課程的“教”與“學”的過程中，效果明顯好于生硬地講解鋼結構本身的知識，當然這個過程也是對老師提出了更高的要求，需要教師本身知識儲備豐富并且認真備課，并經長期的教學實踐才能有效把握。

2.教學手段多樣化，增加有“形”的學習。鋼結構構件或連接抽象，教學內容大多為抽象的力學模型，學生不能由力學模型和鋼結構圖紙在大腦中建立實體模型，教學過程中可借助大量的已建和在建鋼結構工程實例圖片介紹鋼結構在國內外的發展歷史、應用情況和發展趨勢以及鋼結構的特點等，注重充分利用多媒體教學手段，多媒體課件，采用動畫演示、工程圖紙和教學模型等立體化教學手段，使學生對鋼結構中的基本構件、連接方式、結構構造、制作加工、施工等初步有個感性認識，還可以通過放映放鋼結構建筑或構件被破壞視頻，解釋書本相關知識，比如筆者針對比較抽象的壓桿的計算長度、彎曲失穩、扭轉失穩、彎扭失穩，梁的整體失穩以及構件的局部失穩等均制作了較精細的視頻，用于課堂教學演示，這樣既充實教學內容，增加有“形”的學習，又節省了時間，而且還能加深學生對知識點的理解同時也吸引了學生的注意力，引發了學生更加濃厚的學習興趣。

3.增加實踐環節、提高課程設計及工程設計的能力。任何一門學科都是理論和實踐結合才能達到更好的教學效果，所以在鋼結構的學習過程中注重增加實踐環節。除了在課堂上通過視頻和圖片多展示實際工程外，筆者還盡可能利用認識實習等機會組織學生實地參觀一些建設中以及已建成的比較典型的鋼結構建筑。除了實地參觀，還注意采取其他一些有效的實踐環節，如上課講解注冊結構師考試的試題，這類試題與工程的聯系比較緊密，或者直接來源于工程實踐，這也是一種課堂教學與實踐結合的有效方式。目前還正在建造一個縮尺鋼結構模型，專門用于鋼結構課程的教學。該模型可以反映主要的鋼結構的節點、連接及構件。學生對工程實踐興趣大，所以在鋼結構課程設計環節，要設計題目盡量選擇實際的工程，培養學生進行工程設計的能力和思維方式，目前，筆者所設計的課程設計題目一般為門式剛架或桁架，將來打算結合工程實踐進一步豐富課程設計的題目。作為專業課程的教師，還需注意引導學生學會使用各種行業規范標準、設計手冊，查閱文獻資料來幫助自己獲取知識，并且充分利用結構軟件做好課程設計、畢業設計。目前，在土木工程類專業學生的畢業設計中，大多不涉及鋼結構和混凝土結構的力學建模、分析、計算和設計，這就無法培養學生主動運用專業知識去進行技術創新，而從技術創新的要求看，工程設計的核心應該是創新設計，而不是仿制再設計，并且將工程設計作為一個高于理論與實踐的創新環節，在選題上給學生提供機會，使其主動地運用所學的鋼結構和力學知識去思考、去創新。在這樣的認識下，鋼結構課程的教育將可以脫離單一的一門課程的教育而貫穿于土木工程專業教育的全過程，并將提高未來工程師的技術創新能力。

三、結語

鋼結構課程作為土木工程專業的一門主要專業課程，重要性和地位逐步增強，為了培養杰出的鋼結構人才，為了適應形勢發展需要，有必要對鋼結構教學進行改革。以學生為主體，盡力滿足學生的學習需求，多渠道、全方位地改進教學方法和手段，逐步提高土木專業學生的鋼結構理論水平和實踐動手能力。在近年教學實踐中，筆者逐步總結、運用上述教學方法，教學效果在穩步提升。為了取得更好的效果，教師也需要不斷地充實和提高自己，提高師生的交流和互動、培養正確的設計理念可有效提高教學質量和學生綜合能力，把專業知識運用到工程實踐中，為我國的鋼結構事業培養更多更好的人才做出貢獻。

參考文獻：

[1]歐陽可慶.鋼結構設計基本原理[M].北京：中國建筑工業出版社，1999.

[2]王元清，張勇，石水久.輕鋼結構設計基本原理住宅及其在我國的應用與研究[J].鋼結構與建筑業，2002，（5）：6-12.

[3]彭少明，管克儉.結構住宅發展現狀的平述[J].鋼結構與建筑業，2002，（5）：24-29.