橋梁工程專業鋼結構課程教學探討

韓科營

摘要：高校是專業人才培養的第一站，其培養質量直接影響專業人才的服務效率、價值及再成長。然而，目前國內的鋼結構教材主要偏重于建筑結構，其中的示例、算例集中在建筑結構構件，內容也主要集中在桿系結構。與結構工程專業相比，橋梁工程專業鋼結構的授課內容具有特殊性，應結合鋼橋結構構件、鋼橋設計規范及鋼結構基本設計計算原理進行講解。將鋼結構和鋼橋內容進行了有機結合。另外，橋梁結構中除了常用的桁架、框架等桿系結構外，大斷面箱梁、扁平箱梁等也是常用的結構形式之一，但目前的鋼結構課程較少提及。

關鍵詞：橋梁工程專業;鋼結構;課程教學;探討

引言

當代大學生絕大部分為獨生子女，崇尚自由，學習狀態懶散，不少學生甚至認為在大學是自由地學習，沒有中考高考壓力，缺乏對學習重要性的認識，缺乏學習興趣，不愿主動學習，那么延續傳統教學模式會導致教學效果不佳，難以完成教學目標。

一、橋梁工程專業鋼結構課程教學現狀

“鋼結構設計原理”課程經歷了從傳統的黑板板書到多媒體教學，在教學方式方法上取得了一定進展。而這種黑板板書和多媒體課件相結合的教學方式，對于“鋼結構設計原理”課程而言，很難激發學生的學習興趣，如今課堂教學中理論教學在教學內容中占很高比例，學生被動地接受理論知識，導致教學效率較低。如果學生不能將理論知識運用于解決工程實際問題，不知學為何用，則失去了教學意義。但目前大部分學生無法在短時間內，完全理解理論與實踐相結合的知識。僅利用有限的課堂講授時間，難以讓學生對理論知識進行消化及歸納總結，難以將學到的知識形成完整的知識體系，導致理論聯系實際的能力較差，不能在實際工程中靈活運用。

二、科研成果轉化為教學資源的必要性

科研與教學是密不可分的，而且都是為高校培養人才服務的。高校作為培養人才的主陣地，更要激勵、引導教師教書育人，注重知識的轉移及擴散，及時將科研成果轉化為教學資源，提高高校人才培養質量?！颁摻Y構設計原理”課程要求培養學生的實踐能力以滿足鋼結構行業的實際需要，提高學生解決實際問題的能力。近幾年來，鋼結構單位對于學生學以致用能力的要求越來越高，這就要求“鋼結構設計原理”課程教學更注重理論與實踐相結合。因此，將教師科研成果轉化為教學資源是最好的解決途徑。

三、橋梁工程專業鋼結構課程教學策略

（一）不同方向鋼結構內容整合

結合鋼結構的先修課程材料力學、結構力學，相關課程結構設計原理及后續課程橋梁工程的內容章節，本課程在基本理論部分仍采用按構件受力類型進行講解，考慮到橋梁工程結構的荷載形式及使用環境，在材料性能部分對比橋梁工程及建筑工程對鋼材的性能要求，加強疲勞破壞和驗算的相關內容，在基本理論內容講解部分，緊密結合《鋼結構設計標準》《公路鋼結構橋梁設計規范》《鐵路橋梁鋼結構設計規范》、三個規范，對比不同受力構件在不同規范中的規定。比如，在講解主平面內受彎的實腹式受彎構件強度驗算時，同時展示三個規范中的相關內容。

（二）有限單元法在教學中的應用

對于初級有限元軟件的用戶而言，需要掌握的基本概念包括：單元、節點、邊界條件、材料屬性。其中，邊界條件和材料屬性，在專業基礎課中已有講授，因此只需要學生了解單元和節點的概念。通俗地講，有限元分析的過程就是利用節點位移求取單元內部應變，結合材料屬性，形成剛度矩陣，計算節點反力，最終求解平衡方。在授課過程中，可以舉彈簧為例講解上述求解過程。而插值函數的選取、內部變形場的計算、應變能數值積分等概念和方法，可以簡略，并不影響學生對于基本概念的理解。借助有限元仿真分析的方法，可以讓學生更加直觀地理解相關概念和理論公式，激發學生自主學習高等理論知識的興趣。本文討論了相關的教學方式和教學的側重點，并給出了教材中部分重點難點問題的有限元建模方法，可供教師參考。作者認為，向本科生介紹高等理論時，要做到概念清晰準確，定性重于定量，以啟發為主，鼓勵實踐應用，使得學生在不超過能力范圍的前提下，能夠了解正確的基本概念和原理，為后續升學深造或參加工作打下一定基礎，給社會培養適應現代信息化生產技術的人才。

（三）將思政元素融入專業課程中

一般情況下，理工科課程與機器、方程式為伴，偏向呆板、冰冷、機械，課程缺乏家國情懷、人文精神、仁愛之心等思政元素。問卷調查也表明，只有27.27%的理工生能正確回答《辛丑條約》的簽訂時間，遠低于文科生。在鋼結構工程施工課堂上，我們將思政元素有效穿插在整個課堂的教學活動，要求學生在繪圖、標注上注重細節，一絲不茍，做到精益求精;在講解“梁柱連接節點”時，結合國內外企業對節點處理方式的不同，引導學生樹立誠實守信、嚴謹負責的職業道德觀，例如鋼結構連接這部分教學內容，通過聯想法，聯想榫卯連接，思政案例中可融入中國匠人智慧，并通過對比螺栓連接、焊縫連接等其他連接形式，既掌握了知識目標，又通過自然而然的巧妙融入，讓學生感受我國古代勞動人民的巧手慧心，樹立五千年文明史自豪感，堅定文化自信。又如著名的鋼結構工程工匠名師專家的生平事跡、精神品質完全可以拿來作為引領學生樹立正確工科倫理價值的榜樣，老師在這方面就有意識地對學生進行很好的引領和指導。

（四）理論與實踐想結合

通過在課堂引入最新的科學研究成果，使學生更加深刻地掌握課本上的知識模塊，活學活用，培養其創新思維和主動探索的能力，具體分為以下幾方面：其一，通過課本設計基本原理、基本知識與研究前沿的結合，掌握土木工程專業所需要的鋼結構專業知識，能夠清楚認識建立復雜連接節點計算模型（包括數學和力學模型）的基本前提或基本假定，并理解其局限性。其二，通過課本設計基本原理的學習，通過研究方法的拓展，將基本原理知識拓展到科學研究前沿，建立與各個知識模塊對應的科研成果庫。從而培養學生科學思維的建立，養成針對實際問題進行思考的習慣，提高解決實際問題的能力，為將來工作奠定基礎。其三，通過系列科學研究成果的學習，達到對基本設計原理知識的升華，去蕪存精，降低學生學習負擔，提高學生學習效率，達到對知識的理解而非靠識記去應付考試。其四，通過系列科學研究成果的學習，使學生徹底掌握鋼結構連接（包括螺栓連接、焊接）、鋼構件整體穩定和局部穩定知識模塊，掌握“鋼結構設計原理”課程的精髓。

結束語

根據目前鋼結構教材現狀及橋梁工程專業鋼結構發展趨勢，目前鋼結構教學內容顯然對橋梁工程專業針對性不強，因此，應對橋梁工程專業鋼結構內容予以完善，具體如下：（1）對于橋梁工程專業鋼結構教學內容予以補充，增加橋梁鋼結構標準（規范）、鋼結構橋梁構造和工程算例等內容。（2）確定課堂教學中鋼結構理論（包括構造）與實踐的關系，合理確定各部分教學方式。（3）考慮不同層次學生需求，適當考慮部分學生對高階內容的需求。

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