融入實(shí)踐教學(xué)的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)設(shè)計(jì)

黃玲

摘 要 鋼結(jié)構(gòu)課程是土木工程重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題，在當(dāng)就前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大背景下，優(yōu)化教學(xué)方案，豐富教學(xué)內(nèi)容，并針對性研究了如何將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實(shí)踐證明，教學(xué)改革能明顯加強(qiáng)學(xué)生理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè) 鋼結(jié)構(gòu)課程 教學(xué)研究

中圖分類號：G642.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

現(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于高層及大跨度結(jié)構(gòu)，裝配式建筑的大力推廣及建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展也對鋼結(jié)構(gòu)人才質(zhì)量提出了更高要求。鋼結(jié)構(gòu)是土木工程本科階段重要的專業(yè)課程，是學(xué)生今后從事鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的重要理論基礎(chǔ)和實(shí)踐來源。歷來在鋼結(jié)構(gòu)課程的理論教學(xué)中，學(xué)生都感覺鋼結(jié)構(gòu)課程難度大，主要體現(xiàn)在力學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，結(jié)構(gòu)空間概念模糊，對關(guān)鍵概念（如整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等）掌握不牢等問題上。鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生大多識圖作圖能力較差，工程意識薄弱。這些是很多高校本科鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中普遍存在的問題。鋼結(jié)構(gòu)課程組以將學(xué)生培養(yǎng)成具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)，較強(qiáng)工程實(shí)踐能力，具有開闊視野的創(chuàng)新型工程人才為目標(biāo)，進(jìn)行課程改革。為便于學(xué)生對知識的吸收，著力研究如何在教學(xué)過程中將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合，優(yōu)化教學(xué)方案，豐富教學(xué)內(nèi)容，從而提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1完善理論教學(xué)，重點(diǎn)抓好課程立足點(diǎn)

扎實(shí)的理論基礎(chǔ)是提高學(xué)生創(chuàng)新意識的前提。理論教學(xué)遵循以基本理論為基礎(chǔ)，兼顧規(guī)范規(guī)程，緊跟行業(yè)發(fā)展前沿。鋼結(jié)構(gòu)課程上、下兩冊概括起來就是設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論主要包括鋼材的選擇、構(gòu)件的連接、構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括的結(jié)構(gòu)類型有輕鋼結(jié)構(gòu)、重型工業(yè)廠房、多高層建筑結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等，既牽涉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，又有鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)及構(gòu)造，還涉及結(jié)構(gòu)體型選擇、結(jié)構(gòu)抗震等相關(guān)知識。面對課程內(nèi)容多，知識點(diǎn)學(xué)科交叉廣的特點(diǎn)，教學(xué)中應(yīng)理清思路，抓好課程立足點(diǎn)。首先在課程內(nèi)容上，摒棄傳統(tǒng)按部就班的教學(xué)順序及教學(xué)方法，以面向工程為導(dǎo)向，打通原理和設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，將下冊部分工程設(shè)計(jì)內(nèi)容融入原理教學(xué)中，精心編排和優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，緊扣課程重點(diǎn)，講透疑點(diǎn)難點(diǎn)，立足培養(yǎng)學(xué)生面向工程的思維習(xí)慣。原理部分每一章的講解，都以一典型工程案例開始，步步引導(dǎo)學(xué)生探尋解決方案，在解決問題中引入原理，探尋問題背后的理論知識點(diǎn)。以第二章鋼結(jié)構(gòu)材料為例，給出一實(shí)際工程為例，讓學(xué)生扮演工程師角色，講清實(shí)際工程中工程師如何考慮選材，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，和學(xué)生共同分析總結(jié)選材因素，繼而引導(dǎo)學(xué)生探尋材料性質(zhì)。在講述鋼結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)時(shí)，以選材不合理導(dǎo)致的工程事故貫穿講解，可進(jìn)一步鞏固學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的理解與把握。在整個(gè)教學(xué)過程中，教師負(fù)責(zé)組織編排教學(xué)思路，引領(lǐng)學(xué)生分析問題，把解決問題和歸納總結(jié)交由學(xué)生完成。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)，包括軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件、拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定的計(jì)算。這部分內(nèi)容理論性強(qiáng)，且較為抽象。在講解這部分內(nèi)容時(shí)，橫向?qū)摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)與混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)比較講解，縱向與材料力學(xué)內(nèi)容前后貫通，讓學(xué)生對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)形成完整清晰的分析設(shè)計(jì)思路。鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論是鋼結(jié)構(gòu)、大跨度空間結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)，是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的核心內(nèi)容，也是鋼結(jié)構(gòu)課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對學(xué)生的力學(xué)及空間想象能力有較高的要求。針對鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題較抽象的特點(diǎn)，從鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的工程案例出發(fā)，首先增加學(xué)生的感性認(rèn)識，鋼結(jié)構(gòu)工程失穩(wěn)事故案例的展現(xiàn)讓學(xué)生充分認(rèn)識到穩(wěn)定問題可能會出現(xiàn)在各種鋼結(jié)構(gòu)形式中，是導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)工程事故的重要因素。以1907年加拿大魁北克大橋突然倒塌為案例分析，破壞是懸臂的受壓下弦失穩(wěn)造成，角鋼綴條截面過小是事故的主因，該橋1916年重建時(shí)，又因?yàn)槭┕栴}再次倒塌，這是一例失穩(wěn)破壞的典型案例。圍繞此案例，課堂上講解結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本方法，利用板書推導(dǎo)相關(guān)公式，同時(shí)通過圖片、視頻立體化“穩(wěn)定”的概念，讓學(xué)生牢固掌握結(jié)構(gòu)穩(wěn)定知識，提高學(xué)生處理工程實(shí)際問題的能力。

鋼結(jié)構(gòu)課程開設(shè)在第六學(xué)期，學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課程基本已經(jīng)開設(shè)完畢，在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中，結(jié)合學(xué)生在力學(xué)及結(jié)構(gòu)工程知識的短板，將鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)中從荷載的計(jì)算，內(nèi)力的分析，結(jié)構(gòu)的選型等方面知識點(diǎn)通過例題或案例分散至構(gòu)件設(shè)計(jì)的理論教中去，一方面加強(qiáng)學(xué)生力學(xué)及工程概念，更重要的是有意識培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中除了為學(xué)生奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還應(yīng)使學(xué)生具有開闊的眼界和對學(xué)科前沿的及時(shí)把握。因此在理論教學(xué)上，引導(dǎo)學(xué)生涉獵綠色裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑體系現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、裝配式鋼結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)實(shí)施過程及與傳統(tǒng)建筑的區(qū)別、工業(yè)化裝配式住宅產(chǎn)業(yè)化等關(guān)鍵熱點(diǎn)問題，將這些學(xué)科前沿新知識、新技術(shù)引入教學(xué)內(nèi)容，可極大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，但由于課時(shí)關(guān)系，這部分內(nèi)容采用的方法是教師課堂引導(dǎo)，課后由學(xué)生主動探尋、分組討論，最后由表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生將討論結(jié)果與大家共同分享，取得了較好的教學(xué)效果。

2建立工程事故案例教學(xué)庫，為學(xué)生搭建理論與實(shí)踐的橋梁

案例教學(xué)法是鋼結(jié)構(gòu)課程的重要教學(xué)方法，對教師的理論實(shí)踐水平都有更高要求。從材料到構(gòu)件直至結(jié)構(gòu)，工程案例的選取是否得當(dāng)關(guān)系到課程培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)意圖的實(shí)現(xiàn)。教師選擇的案例教學(xué)庫應(yīng)符合教學(xué)主旨，并將經(jīng)典工程案例生動引領(lǐng)學(xué)生。通過學(xué)生的參與分析與討論，有利于學(xué)生對基本概念、基本理論的深刻理解，同時(shí)為學(xué)生將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來搭建橋梁，可極大提高學(xué)生分析問題，解決問題的能力，和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念很好契合。例如： 材料破壞案例，鋼結(jié)構(gòu)疲勞破壞案例，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定案例應(yīng)形像生動，直觀，讓學(xué)生通過案例與所學(xué)知識點(diǎn)建立聯(lián)系，搭建起理論與實(shí)踐聯(lián)系的橋梁，極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)事故按表現(xiàn)形式整體倒塌占48.6%，變形事故占17.4%，脆性斷裂事故占14.7%，在設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)計(jì)算錯(cuò)誤占26.4%，結(jié)構(gòu)荷載和受力情況不足占22.6%，使用階段鋼結(jié)構(gòu)事故占62.3%，安裝階段占34.9%。以此為依據(jù)，可以明確事故教學(xué)重點(diǎn)及主要教學(xué)目標(biāo)。以編排的某鋼屋架失去穩(wěn)定為例，廠房中工人正在澆注鐵水，突然有一根屋架上弦支撐的圓鋼掉落，接著屋架下弦嚴(yán)重下垂。半小時(shí)后整個(gè)屋蓋三鉸拱式輕鋼屋架全部倒塌。事故原因包括屋架選型不當(dāng)，屋架上弦斜梁不滿足整體穩(wěn)定性要求，屋架斜梁上、下弦桿強(qiáng)度不足，在施工和使用中超載等問題。此案例中涉及了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定及鋼結(jié)構(gòu)施工等多方面的問題，切入性較好，符合教學(xué)目標(biāo)。案例分析最后應(yīng)有更高立意，應(yīng)總結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定關(guān)鍵問題，強(qiáng)調(diào)在結(jié)構(gòu)的整體布置時(shí)必須考慮整個(gè)體系及其組成部分的穩(wěn)定性要求，計(jì)算簡圖應(yīng)與實(shí)際受力情況相符，尤其要有強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的概念。明確強(qiáng)度問題通常采用一階分析，穩(wěn)定問題原則上應(yīng)采用二階分析，疊加原理不適用于穩(wěn)定等關(guān)鍵問題，課程實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐，再到提升理論的升華。課程組準(zhǔn)備了相關(guān)事故案例，讓學(xué)生課后進(jìn)一步近距離接觸工程實(shí)例，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的概念，同時(shí)還輔以鋼結(jié)構(gòu)安裝坍塌事故案例，總結(jié)事故經(jīng)驗(yàn)并進(jìn)行安全技術(shù)分析，給大部分今后從事結(jié)構(gòu)施工的同學(xué)給以安全警示，培養(yǎng)學(xué)生對結(jié)構(gòu)工程的責(zé)任感及敬畏之心。