余衛(wèi)華+史姣+李宗利

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2014.01.013

收稿日期：2013-10-14

作者簡介：余衛(wèi)華（1976-），女，西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院講師，碩士，主要從事結(jié)構(gòu)工程方面的研究，（E-mail）yuweihua@nuzsuaf.edu.cn。

摘要：文章在分析土木工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程特點及教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出對鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革思路，旨在充分挖掘?qū)W生潛力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)方法；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)研究

中圖分類號：G642.0；TU391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2014）01-0054-04

隨著中國鋼產(chǎn)量的快速增長，以及鋼結(jié)構(gòu)制造水平和施工技術(shù)的提高，鋼結(jié)構(gòu)課程在土木工程專業(yè)中的重要性日益突出， 這也對鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)及人才培養(yǎng)提出了更高的要求。目前，用人單位如大型的建筑設(shè)計院、建筑施工單位、科研院所等，要求土木工程專業(yè)學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)方面不僅要具備扎實的專業(yè)知識， 還要具備較強的實踐能力和創(chuàng)新能力。為適應(yīng)社會對鋼結(jié)構(gòu)人才的需求，必須對鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行改革，以培養(yǎng)具有扎實的專業(yè)知識和較強創(chuàng)新能力的人才[1]。

一、鋼結(jié)構(gòu)課程的特點及教學(xué)現(xiàn)狀

鋼結(jié)構(gòu)課程具有內(nèi)容豐富、涉及面廣、構(gòu)造形式復(fù)雜、與工程實際聯(lián)系密切、工程應(yīng)用性強等特點。學(xué)生要學(xué)好這門課，必須具有扎實的材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論等專業(yè)基礎(chǔ)知識；同時還要了解鋼結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)范。在大多數(shù)院校鋼結(jié)構(gòu)課程只有50～60課時，有些院校的課時更少，筆者所在學(xué)校的鋼結(jié)構(gòu)課程只有40學(xué)時，部分院校甚至將鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)置成專業(yè)選修課，而混凝土結(jié)構(gòu)課程一般都有80學(xué)時以上，而且基本上都是專業(yè)必修課程，這從一個側(cè)面反映了目前中國高等院校在土木工程專業(yè)教學(xué)中仍是“重混凝土，輕鋼結(jié)構(gòu)”。這種課程設(shè)置，促使學(xué)生把大量的精力用在學(xué)習(xí)混凝土結(jié)構(gòu)上，對鋼結(jié)構(gòu)課程投入的學(xué)習(xí)時間和精力就較少。

筆者在多年的教學(xué)實踐中感到，鋼結(jié)構(gòu)課程是學(xué)生反映較難掌握的一門課程。該門課程的公式、圖表、規(guī)范條文較多，具有很強的綜合性、技術(shù)性和應(yīng)用性。既有理論推導(dǎo)，又有實驗研究，同時又與相關(guān)規(guī)范和工程實際聯(lián)系密切。要學(xué)好鋼結(jié)構(gòu)課程要求學(xué)生要有良好的力學(xué)基礎(chǔ)，并掌握一定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的理論知識。目前學(xué)生接觸的大多數(shù)建筑物都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以他們對混凝土結(jié)構(gòu)有比較直觀的感性認(rèn)識，而對鋼結(jié)構(gòu)建筑比較陌生[2]。雖然在鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中安排有參觀實習(xí)，但一般參觀實習(xí)的課時非常有限，這就使學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)建筑的認(rèn)識非常膚淺。因此，學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)知識的學(xué)習(xí)興趣和接受程度都不如混凝土結(jié)構(gòu)知識。如果學(xué)生在專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)中沒有打好一定的力學(xué)基礎(chǔ)，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論的基本問題沒有理解透徹，學(xué)生在學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)課時就會感覺非常吃力，所以很多學(xué)生認(rèn)為學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)這門課非常難；教師也覺得這門課不好教，因為這門課的內(nèi)容以及公式計算圖表都較多，課時又少，要很好地完成教學(xué)任務(wù)，難度確實不小。

鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀已經(jīng)無法適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的發(fā)展，相關(guān)專業(yè)大學(xué)畢業(yè)生的鋼結(jié)構(gòu)知識和技能也無法滿足社會對鋼結(jié)構(gòu)人才的需求，所以，對鋼結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行教學(xué)改革勢在必行。

二、教學(xué)內(nèi)容的改革

由于鋼結(jié)構(gòu)課程課時較少，教學(xué)內(nèi)容較多，涉及面廣，因此，教學(xué)中要精簡內(nèi)容，突出重、難點知識，并結(jié)合工程實例進(jìn)行講解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識；同時，適當(dāng)補充教材中沒有的“新”知識和學(xué)科前沿動態(tài)信息，以拓展學(xué)生視野。 總而言之，教學(xué)內(nèi)容要遵循“少”、“寬”、“新”的原則。

1.“少”的原則

“少”就是要求精簡、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容， 突出重點知識， 講透難點知識， 避免教學(xué)資源的浪費。如介紹鋼結(jié)構(gòu)的材料性能、鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法時，因為土木工程材料和鋼筋混凝土課程中已涉及鋼材的基本力學(xué)性能和各種因素對鋼材主要性能影響的問題，所以這部分內(nèi)容可不講或少講。對鋼材的疲勞破壞性能、抗沖擊性能則可適當(dāng)結(jié)合相關(guān)實驗詳細(xì)講授，特別是對復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下鋼材的屈服條件，正確選用鋼材，防止鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性破壞的設(shè)計要求等內(nèi)容應(yīng)重點講解[3]。對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中有關(guān)結(jié)構(gòu)的可靠性與可靠度的概念、結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的、荷載的分類及兩種極限狀態(tài)等內(nèi)容，可以簡單回顧的方式講授，因為這些內(nèi)容在混凝土結(jié)構(gòu)課程中已有涉及。

2.“寬”的原則

精減鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容，并不是一味地減少教學(xué)內(nèi)容，有些內(nèi)容要減，有些內(nèi)容則要 “加”。“加”的內(nèi)容主要是為拓寬教學(xué)內(nèi)容的適應(yīng)面。因為鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的一項基本任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合能力，所以這就要求教師在安排教學(xué)內(nèi)容時應(yīng)注意拓寬知識面， 適當(dāng)補充教材上沒有的教學(xué)內(nèi)容， 增強學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)實際工作的適應(yīng)性。比如鋼結(jié)構(gòu)與混凝土組成的混合結(jié)構(gòu)、輕鋼結(jié)構(gòu)等內(nèi)容教材涉及較少，而其工程實用性又較強，所以應(yīng)適當(dāng)補充工程結(jié)構(gòu)方面的教學(xué)內(nèi)容。

3.“ 新”的原則

“新”是指教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)本學(xué)科科學(xué)研究和工藝、技術(shù)改進(jìn)的新信息和最新成果， 充分反映學(xué)科前沿的動態(tài)， 注重對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在鋼結(jié)構(gòu)課程講授過程中，可簡單介紹一些現(xiàn)代設(shè)計新方法和新技術(shù)。如：鋼壓彎構(gòu)件截面優(yōu)化設(shè)計方法，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法等。

三、教學(xué)方法的改革

1.啟發(fā)式和討論式教學(xué)法

為了避免“灌輸式”的教學(xué)，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題去聽課，這樣的教學(xué)效果會大大好于滿堂“灌輸式”的教學(xué)。教師提出問題后，先讓學(xué)生自己思考、分析并提出解決問題的辦法。對學(xué)生不能分析、解決的問題，可組織學(xué)生討論，教師再進(jìn)行必要的啟發(fā)和指導(dǎo)。比如在講梁的整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的影響因素時，教師可先提出問題，引導(dǎo)學(xué)生從梁整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的公式出發(fā)，利用已掌握的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的知識進(jìn)行分析。在學(xué)生分析問題的過程中教師可進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生：荷載作用位置也是影響梁整體穩(wěn)定臨界應(yīng)力的因素。通過啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自己思考，最終得出相關(guān)的結(jié)論。學(xué)生是教學(xué)的主體，只有調(diào)動了學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性，才能真正達(dá)到教學(xué)目的。

2.對比式教學(xué)法

一般而言，混凝土課程是先修的專業(yè)課，教師在教授鋼結(jié)構(gòu)課程時，可以對比這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，比較兩種結(jié)構(gòu)所用材料的區(qū)別，加強學(xué)科或知識點之間的聯(lián)系，并突出鋼結(jié)構(gòu)知識的重點。比如教師在講鋼梁設(shè)計時可對鋼簡支梁和鋼筋混凝土簡支梁作一對比，鋼筋混凝土的簡支梁和鋼簡支梁，由于是兩種不同材料制成的梁，所以這兩種梁的破壞特點是不同的，梁和柱連接的做法也不同。對鋼筋混凝土梁來說，混凝土是抗壓強度較高而抗拉強度非常低的材料，混凝土的簡支梁在彎矩和剪力的作用下，構(gòu)件在剪跨段將會出現(xiàn)過大的斜裂縫，出現(xiàn)斜截面破壞。為防止構(gòu)件發(fā)生這種破壞，一般應(yīng)在梁中配置腹筋（箍筋、彎起鋼筋）。但是對鋼梁來說，由于鋼材是抗拉強度和抗壓強度都較高的材料，梁腹板通常具有足夠的強度，但在腹板過薄的情況下可能出現(xiàn)梁腹板沿斜向被壓屈。為防止這種梁腹板被壓曲而導(dǎo)致的梁腹板局部失穩(wěn)，一般要按照一定的構(gòu)造要求，設(shè)置橫向加勁肋，防止梁腹板的局部失穩(wěn)[3]。在學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的軸心受力構(gòu)件這部分內(nèi)容時，可以比較混凝土結(jié)構(gòu)的軸心受壓柱與軸心受壓的鋼柱滿足承載能力極限狀態(tài)的條件的不同?；炷两Y(jié)構(gòu)的軸壓柱一般是因為材料的強度達(dá)到極限強度而破壞的，強度條件決定柱的承載力；而鋼結(jié)構(gòu)中只有極短的柱或被孔洞削弱過多的柱因強度喪失承載力，一般來說，鋼柱的承載力往往是由穩(wěn)定條件決定的。通過這種對比式的教學(xué)，能進(jìn)一步加深學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)知識的認(rèn)識。同時在對比中，引導(dǎo)學(xué)生自己提出問題，認(rèn)真思考，找出出現(xiàn)問題的原因。

3.工程案例分析教學(xué)法

將典型工程實例作為教學(xué)案例，啟發(fā)學(xué)生思考，活躍課堂氣氛，加強師生間的交流互動，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。利用工程案例教學(xué)， 能更好地將理論知識與工程設(shè)計規(guī)范相結(jié)合， 避免傳統(tǒng)教學(xué)中講計算多、分析少、說理性差、脫離實際工程的傾向。特別是對工程破壞事故的分析，可培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程思維和運用工程方法的習(xí)慣。比如在講各種因素對鋼材性能的影響時，可結(jié)合某工程事故進(jìn)行分析。如1954年11月，英國制造的32 000 t油船——世界協(xié)和號，在海浪達(dá)4.5～6m高的大海中航行時船底斷裂。讓學(xué)生先自行分析發(fā)生這一事故的原因，再說明導(dǎo)致事故發(fā)生的原因：船的大部分板件未滿足沖擊韌性要求。再如講結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題和屋架設(shè)計時，均可引入河北某廠鍛造車間23榀輕鋼大跨度屋架垮塌事故進(jìn)行分析。此事故主要原因是屋架選型不對，屋架上弦斜梁未滿足整體穩(wěn)定的要求。在講焊縫質(zhì)量對結(jié)構(gòu)的影響時，可列舉2010年鄂爾多斯那達(dá)幕會場坍塌事故進(jìn)行分析。結(jié)合工程事故分析，一方面能加深學(xué)生對所講問題的理解和記憶，另一方面能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使教學(xué)內(nèi)容更加豐富和生動，避免了教師純理論的說教。同時學(xué)生也可以從典型的工程事故中，逐漸增強工程意識以及安全和責(zé)任意識，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德和職業(yè)修養(yǎng)。

4.現(xiàn)場教學(xué)法

鋼結(jié)構(gòu)課程是一門工程實踐性很強的課程，由于學(xué)生接觸鋼結(jié)構(gòu)建筑物的機會較少， 對鋼結(jié)構(gòu)制作和構(gòu)件連接的了解十分有限。如果學(xué)生沒有很好的空間想象能力，很難把圖紙所表達(dá)的意思和實際的鋼結(jié)構(gòu)建筑物對應(yīng)起來，很難理解設(shè)計圖紙上所表示的鋼結(jié)構(gòu)的具體連接、制作方法等問題。因此，在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中要增加現(xiàn)場教學(xué)的課時，使學(xué)生有更多的機會了解鋼結(jié)構(gòu)建筑物，增加學(xué)生的感性認(rèn)識，提高教學(xué)效果。所謂現(xiàn)場教學(xué)就是將課堂搬到工地、工廠，是教學(xué)內(nèi)容最貼近工程實際的教學(xué)活動[4]。如梁、柱節(jié)點構(gòu)造、鋼結(jié)構(gòu)制造加工工藝、屋蓋結(jié)構(gòu)等內(nèi)容，教師在課堂上講這些內(nèi)容時非常費力，因為僅通過語言描述和圖紙講解，學(xué)生并不能完全了解其具體做法，教學(xué)效果不理想。要使這些抽象的知識變得直觀化，就必須通過現(xiàn)場教學(xué)，將平面的印象空間化，才能達(dá)到事半功倍的效果。

5.抓重點，圍繞課程內(nèi)容“主線”進(jìn)行講解

由于鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容多，涉及面廣，在教學(xué)中更應(yīng)該抓住課程重點，突出核心內(nèi)容。鋼結(jié)構(gòu)課程的學(xué)習(xí)是在分析鋼結(jié)構(gòu)材料性能的基礎(chǔ)上，通過了解和掌握鋼結(jié)構(gòu)連接的計算和構(gòu)造要求，學(xué)習(xí)構(gòu)件的設(shè)計方法，最后再學(xué)習(xí)鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計。教學(xué)中，教師要給學(xué)生首先介紹這一學(xué)習(xí)“主線”，讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)的層次和各部分知識的先后關(guān)聯(lián)，這是學(xué)好鋼結(jié)構(gòu)課程的關(guān)鍵。穩(wěn)定問題是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計中的重點，所以在講解構(gòu)件設(shè)計相關(guān)內(nèi)容時要圍繞穩(wěn)定的概念，對穩(wěn)定的影響因素及穩(wěn)定的計算和保證穩(wěn)定的構(gòu)造措施等作重點講解。在構(gòu)件設(shè)計中要把握“強度— 剛度—整體穩(wěn)定—局部穩(wěn)定”這條主線[5]。鋼結(jié)構(gòu)的連接問題也是鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)的重點內(nèi)容，在講解這部分內(nèi)容時，要重點講解連接的計算及連接的構(gòu)造要求等[6]。在教學(xué)中給學(xué)生講清楚連接計算的思路，比如在講解焊縫連接計算時，要讓學(xué)生搞清楚連接計算的思路，先找出焊縫截面作為研究對象，將各個力平移到焊縫截面的形心位置，再進(jìn)行受力分析，分析各個力單獨作用下焊縫截面的應(yīng)力，再通過應(yīng)力的分析找出危險截面，再對危險截面進(jìn)行強度校核。這樣學(xué)生在進(jìn)行連接計算分析時，就能非常容易地掌握有關(guān)焊縫連接計算的問題 [6]。教師只有在課堂上真正抓住重點內(nèi)容，圍繞課程內(nèi)容主線講解，才能在課堂教學(xué)中有的放矢，達(dá)到理想的教學(xué)效果。

6.采用多維立體化的教學(xué)手段

針對鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中普遍存在的內(nèi)容復(fù)雜、信息量少、平面講解不易被學(xué)生真正理解的現(xiàn)象，教學(xué)中可以利用多媒體課件進(jìn)行教學(xué)。為了進(jìn)一步提高教學(xué)效果，教師需要制作高水平的多媒體課件，構(gòu)建實物、模型、錄像、多媒體課件等多位一體的教學(xué)平臺。通過多媒體教學(xué)中的動畫、視頻，幫助學(xué)生更好地了解和掌握相關(guān)知識和內(nèi)容。同時也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如在介紹抗剪普通螺栓連接的幾種破壞形式時，教師可以通過動畫演示，使學(xué)生了解各種破壞發(fā)生的條件、破壞的類型。在講解軸心壓柱的整體穩(wěn)定和梁的整體穩(wěn)定時，通過動畫演示，讓學(xué)生更加直觀地掌握軸心受壓柱的幾種屈曲形態(tài)和梁的側(cè)向彎扭失穩(wěn)的形態(tài)。動畫的演示會取得一般傳統(tǒng)教學(xué)達(dá)不到的教學(xué)效果。同時，教師在備課時還可以收集有關(guān)建筑鋼結(jié)構(gòu)知識的錄像資料，以及國內(nèi)外有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的圖像資料，作為備課的教學(xué)素材，將科技含量高的建筑鋼結(jié)構(gòu)最新工程技術(shù)成果及有價值的教學(xué)材料及時引入課堂，拓展學(xué)生的知識面，增加課堂理論教學(xué)材料的綜合性和豐富性，滿足學(xué)生對建筑科學(xué)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的愛好和興趣。

四、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)作為最有活力的結(jié)構(gòu)形式，具有巨大的發(fā)展?jié)摿褪袌鲂枨?。與此相適應(yīng)社會需要大批高素質(zhì)的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)人員。高校作為培養(yǎng)鋼結(jié)構(gòu)人才的主要機構(gòu)，應(yīng)該更加重視鋼結(jié)構(gòu)人才的培養(yǎng)，更加重視鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)。正確對待當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中存在的問題和不足， 對鋼結(jié)構(gòu)課程進(jìn)行教學(xué)改革不僅必要，而且應(yīng)給予高度重視[7] 。同時，教師也應(yīng)該積極改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，對教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行研究，努力探索一套適應(yīng)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的鋼結(jié)構(gòu)課程新的教學(xué)模式，使單調(diào)的專業(yè)課教學(xué)生動起來， 教與學(xué)互動起來， 教學(xué)效果也就自然會凸顯出來。

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Reform of teaching contents and teaching methods of the steel structure course

YU Weihua， SHI Jiao， LI Zongli

（College of Water Resources and Architectural Engineering， Northwest A&F University， Yangling 712100， P. R. China）

Abstract： Based on the analysis of characteristics of steel structure course of civil engineering specialty and current teaching situation， we put forward the reform of teaching contents and teaching methods of steel structure course to fully tap students potential， stimulate their interest in study， and improve the teaching effect.

Keywords： steel structure； teaching methods； teaching contents； teaching research

（編輯 王 宣）