高職鋼結構教學策略芻議

◆燕蘭

自20世紀90年代，我國鋼鐵產量已連續多年保持世界第一，并且遙遙領先于其他國家。2009年，中國鋼鐵產量比排名第2～8位的日本、美國、俄羅斯、韓國、印度等國家的總和還多（表1）[1]。鋼結構具有強度高、自重輕、塑性韌性好、物理力學性能可靠、抗震性能優良、施工周期短、造型優美等優點，且大部分鋼材都能回收再利用，屬于綠色環保建材。特別是近年來，鋼結構在土木建筑領域中的應用日益廣泛，我國新建的國家體育場“鳥巢”、國家游泳中心“水立方”、央視CCTV新臺址、國家大劇院等均采用了鋼結構。但是目前我國的建筑用鋼總量約占全部鋼產量的20%～25%，而工業發達的國家則占30%以上，如美國和日本，該項指標均已超過50%。由此可見，我國鋼結構行業發展潛力巨大。這使得鋼結構課程在建筑工程技術專業中的重要性不斷增強，對高職鋼結構課程的教學及人才培養也提出更高的要求。

表1 主要產鋼國近年的粗鋼產量（萬噸）

1 高職鋼結構課程現狀及教學中存在的問題

鋼結構作為建筑工程技術專業的一門重要課程，不僅涉及的理論知識多[2]，而且與工程實際結合緊密，大量的問題都是以具體、客觀的各種形象存在的，如構件的變形、破壞、穩定性，連接的構造及失效形式，各種構造關系等。但是目前的授課方式普遍采用課堂理論推演的教學方式，偏重于對理論公式的推導，忽視了實踐教學，學生在學習中沒有機會接觸到實際的鋼結構建筑物，也不知道如何進行鋼結構制作，教學效果較差。學生沒有參觀工廠，很難理解鋼結構構件制作是怎么回事，以及殘余應力產生原因。

鋼結構課程內容中包含大量的公式，計算繁瑣。由于缺乏適應教學需要的各種資料，且部分教師還不能很好地借助多媒體等先進教學手段，使得教學方法陳舊單一，課堂教學多為“板書+滿堂灌”，教學中又缺乏必要的教學模型等，很難調動學生學習的熱情，導致學生的學習積極性不高，學習效果較差[3]。

2 高職鋼結構教學改革措施

高職高專人才培養的目標是培養企業一線需要的高技能應用型人才。因此，高職院校的鋼結構教學應基于這一目標制定相應的教學方案，加強理論和實踐的聯系，采用先進的教學方法和手段，提高教學水平以滿足行業需要。

2.1 鋼結構教學要注重學科知識內在的聯系

圖1 傳統教材內容

目前高職院校的鋼結構教材大多數是按圖1所示的內容進行講解，并對基本構件的強度、剛度、整體穩定性和局部穩定性逐一講解，但是這種講述方法不利于建立各種構件之間的區別和聯系，缺乏學科知識的橫向聯系。因此，針對這部分內容，首先結合工程實際說明各種構件的實際應用，接著可以按強度、剛度、穩定性分別論述各種構件的求解方法。

如對于實腹式構件，軸心受壓構件的強度計算公式為：

受彎構件（單向受彎）的強度計算公式為：

壓彎構件的強度計算公式為：

由公式（1）～（3）不難看出，實腹式壓彎構件承受的荷載可分為兩部分，一部分用于抵抗軸向壓力N，另一部分用于抵抗彎矩M。因此，從數值上看，公式（3）是公式（1）和（2）的迭加。對于3種構件的整體穩定性計算也有類似的結論。這樣通過知識的橫向聯系，省去了復雜的公式推導，特別是簡化了拉彎和壓彎構件的計算，更便于學生理解，使學生有一個比較清晰的思路，

2.2 鋼結構教學要加強多媒體教學，注重增加工程實例分析

近年來，鋼結構建筑如雨后春筍迅速發展起來，企業需要大量具備鋼結構設計和施工能力的技術人員。首要的是要求學生會組織鋼構件加工制作，會組織鋼結構工程的施工安裝。由于鋼結構本身構造比較復雜，節點連接也很復雜，對學生的空間思維能力要求較高，所以鋼結構的教學必須革新教學方法，針對不同的教學內容實施不同的教學方法。如在講緒論時，可采用多媒體教學，給學生觀看世界著名的高層鋼結構建筑（如多倫多電視塔、上海環球金融中心、埃菲爾鐵塔等），激起學生對鋼結構甚至對建筑專業的熱愛；在講完鋼結構連接的基本內容后，可讓學生觀看央視新臺址的施工錄像，特別是對懸臂部分的處理，可增加分組討論，增強學生的理解力；可通過動畫模擬把軸心受力構件的三種失穩破壞形式（彎曲失穩、扭轉失穩和彎扭失穩）直觀地展現到學生面前。

這樣在教學中通過穿插工程實例、工程照片和動畫，不僅開闊學生的視野，彌補現場教學不足的缺陷，而且把理論知識和實踐有機地結合起來，使課堂教學更加生動，提高學生的學習興趣。

此外，應大力開發網絡教學系統，拓展教學資源。一方面，教師也可以與學生在線互動交流答疑，進行網上作業批改；另一方面對于課堂上沒有掌握的知識，學生可以通過重復觀看網絡教學錄像來溫故知新。

2.3 鋼結構教學要注重將經典案例引入課堂教學，加深對知識點的理解

鋼結構課程涉及的內容廣泛，知識點也比較多[4-5]。鋼結構的綜合性和實踐性也決定了它的教學不同于一般理科的教學。要使學生明白工程設計和施工的科學性、嚴肅性，以及培養學生良好的安全意識、工程方法，在課堂教學中引入經典案例分析不失為一個行之有效的方法。特別是對于一些較重要的知識點，在結合工程破壞實例講解后，往往能達到事半功倍的效果。

例如，在講解鋼材脆性破壞的危害性時，可引用1989年1月22日內蒙古某糖廠廢糖蜜鋼貯罐在氣溫-11.9 ℃發生斷裂的事故：破壞突然發生，整個罐體炸裂為五大部分，其沖擊力將相距4 m處的6.5 m×6.5 m兩層廢蜜罐泵房夷為平地，樓板等被推出原址21.4 m。在講解構件由于強度剛度不足導致失穩破壞時，可引用美國跨度853 m的Tacoma大橋于1940年11月7日在大約19 m/s的風速（相當于8級風）下發生劇烈的振動而垮塌。

這樣，將經典破壞實例引入教學，不但能豐富課堂的教學形式、提高學習興趣，而且能加深學生對知識點的理解，加強學生的安全和責任意識，教育學生樹立良好的職業道德和職業修養。事實上，導致一個建筑物破壞的因素是復雜的，各種各樣的工程破壞實例從反面給人以嚴謹的科學態度的教育，對未出校門的大學生來說是寶貴的、生動的一課，將使他們終生難忘，對于這些未來的工程技術人員的綜合素質培養定有益處。

2.4 鋼結構教學要加強實踐教學，充分發揮學生的主體作用

實踐教學在鋼結構教學中占有重要地位，通過實踐教學培養學生實際動手能力、分析問題和解決問題的能力，達到理論聯系實際的教學目的。教師可將鋼結構的教學引入施工現場，帶學生去鋼結構生產企業參觀鋼結構生產工藝及生產流水過程，也可以帶學生就近參觀一些具有代表性的鋼結構工程，觀察鋼結構安裝過程等，以此促進鋼結構知識的學習。同時聘請有能力的企業技術人員擔任現場指導教師，使“教”“學”“做”融為一體，從而激發學生學習的興趣，進而加深對理論知識的理解。

此外要充分發揮學生的主體作用。學生是教學活動的主體，沒有學生的積極參與，就沒有良好的學習氛圍和教學效果。高職生普遍存在力學基礎較差、空間想象力較差的問題，因此一些和力學課程連接緊密的知識點，如對受彎構件、拉彎和壓彎構件的穩定性驗算，螺栓群的受力計算等問題，就不易掌握。美國著名心理學家布魯納說：“學習者不應是信息的被動接受者，而應該是知識獲取過程中的主動參與者。”因此在課堂教學時，教師應留出時間給學生思考，并走下講臺積極和學生進行雙向互動交流。同時，還可以通過開展課堂提問與答評，放手讓學生自主探究，創設自主學習氣氛，引導學生積極思考問題，主動參與教學活動。這就要求教師必須精心設計、精心組織課堂結構，引導學生圍繞教學目標積極主動地進行思維和實踐。只有這樣，才能使學生具有更多的創新意識和獨立思考的能力，才能更好地培養企業所需要的高技能綜合型應用型人才。

3 結束語

隨著鋼結構在建筑工程領域重要性的不斷增強，急需大批具備鋼結構設計和施工能力的高技術人才，對鋼結構課程的教學提出更高的要求。在今后的教學改革中，應加強對鋼結構教學內容的優化整合，積極采用先進、靈活的現代化教學方法和手段，并不斷加強實踐教學。教師應該把握教育活動的規律，明確培養目標，通過多種方式做好學生的教育和培養工作，培養更多復合社會需要的優秀專業技術人才。

[1]潘貽芳,路林興.國內外鋼鐵工業國際競爭力分析比較[J].天津冶金,2011(1)：1-8.

[2]張磊,李忠學,趙偉.面向土木工程創新設計實驗班的鋼結構教學改革構想[J].高等建筑教育,2009(2)：110-113.

[3]付濤,嚴鈞.虛擬模型實驗在鋼結構教學中的應用[J].高等建筑教育,2006(4)：93-96.

[4]張耀春.鋼結構設計原理[M].北京：高等教育出版社,2004.

[5]夏志斌,姚諫.鋼結構：原理與設計[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.