融入實踐教學的鋼結構課程教學設計

黃玲

摘 要 鋼結構課程是土木工程重要的專業(yè)基礎課程。針對傳統(tǒng)教學中存在的問題，在當就前創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大背景下，優(yōu)化教學方案，豐富教學內容，并針對性研究了如何將理論教學與實踐教學進行有機結合，實踐證明，教學改革能明顯加強學生理論基礎和工程實踐能力，提高人才培養(yǎng)質量。

關鍵詞 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè) 鋼結構課程 教學研究

中圖分類號：G642.3文獻標識碼：A

現(xiàn)階段，鋼結構廣泛應用于高層及大跨度結構，裝配式建筑的大力推廣及建筑產業(yè)化的發(fā)展也對鋼結構人才質量提出了更高要求。鋼結構是土木工程本科階段重要的專業(yè)課程，是學生今后從事鋼結構設計和施工的重要理論基礎和實踐來源。歷來在鋼結構課程的理論教學中，學生都感覺鋼結構課程難度大，主要體現(xiàn)在力學基礎不夠扎實，結構空間概念模糊，對關鍵概念（如整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等）掌握不牢等問題上。鋼結構課程設計中，學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構教學中普遍存在的問題。鋼結構課程組以將學生培養(yǎng)成具備扎實理論基礎，較強工程實踐能力，具有開闊視野的創(chuàng)新型工程人才為目標，進行課程改革。為便于學生對知識的吸收，著力研究如何在教學過程中將理論教學與實踐教學有機融合，優(yōu)化教學方案，豐富教學內容，從而提升人才培養(yǎng)質量。

1完善理論教學，重點抓好課程立足點

扎實的理論基礎是提高學生創(chuàng)新意識的前提。理論教學遵循以基本理論為基礎，兼顧規(guī)范規(guī)程，緊跟行業(yè)發(fā)展前沿。鋼結構課程上、下兩冊概括起來就是設計理論和結構設計。鋼結構設計理論主要包括鋼材的選擇、構件的連接、構件的強度和穩(wěn)定。鋼結構設計包括的結構類型有輕鋼結構、重型工業(yè)廠房、多高層建筑結構、網架結構等，既牽涉鋼結構設計理論，又有鋼結構節(jié)點及構造，還涉及結構體型選擇、結構抗震等相關知識。面對課程內容多，知識點學科交叉廣的特點，教學中應理清思路，抓好課程立足點。首先在課程內容上，摒棄傳統(tǒng)按部就班的教學順序及教學方法，以面向工程為導向，打通原理和設計教學內容，將下冊部分工程設計內容融入原理教學中，精心編排和優(yōu)化課程教學內容，緊扣課程重點，講透疑點難點，立足培養(yǎng)學生面向工程的思維習慣。原理部分每一章的講解，都以一典型工程案例開始，步步引導學生探尋解決方案，在解決問題中引入原理，探尋問題背后的理論知識點。以第二章鋼結構材料為例，給出一實際工程為例，讓學生扮演工程師角色，講清實際工程中工程師如何考慮選材，引導學生積極思考，和學生共同分析總結選材因素，繼而引導學生探尋材料性質。在講述鋼結構材料性質時，以選材不合理導致的工程事故貫穿講解，可進一步鞏固學生對鋼結構材料性質的理解與把握。在整個教學過程中，教師負責組織編排教學思路，引領學生分析問題，把解決問題和歸納總結交由學生完成。結構構件的設計是鋼結構設計理論部分的重點和難點，包括軸心受力構件、受彎構件、拉彎和壓彎構件的強度、剛度、穩(wěn)定的計算。這部分內容理論性強，且較為抽象。在講解這部分內容時，橫向將鋼結構構件設計與混凝土結構構件設計比較講解，縱向與材料力學內容前后貫通，讓學生對結構構件的設計形成完整清晰的分析設計思路。鋼結構穩(wěn)定理論是鋼結構、大跨度空間結構的理論基礎，是鋼結構設計理論的核心內容，也是鋼結構課程的重點和難點，對學生的力學及空間想象能力有較高的要求。針對鋼結構穩(wěn)定問題較抽象的特點，從鋼結構失穩(wěn)的工程案例出發(fā)，首先增加學生的感性認識，鋼結構工程失穩(wěn)事故案例的展現(xiàn)讓學生充分認識到穩(wěn)定問題可能會出現(xiàn)在各種鋼結構形式中，是導致鋼結構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，又因為施工問題再次倒塌，這是一例失穩(wěn)破壞的典型案例。圍繞此案例，課堂上講解結構穩(wěn)定的基本方法，利用板書推導相關公式，同時通過圖片、視頻立體化“穩(wěn)定”的概念，讓學生牢固掌握結構穩(wěn)定知識，提高學生處理工程實際問題的能力。

鋼結構課程開設在第六學期，學生專業(yè)基礎課程基本已經開設完畢，在鋼結構教學過程中，結合學生在力學及結構工程知識的短板，將鋼結構課程設計中從荷載的計算，內力的分析，結構的選型等方面知識點通過例題或案例分散至構件設計的理論教中去，一方面加強學生力學及工程概念，更重要的是有意識培養(yǎng)學生的工程思維。

鋼結構課程教學中除了為學生奠定扎實的理論基礎，還應使學生具有開闊的眼界和對學科前沿的及時把握。因此在理論教學上，引導學生涉獵綠色裝配式鋼結構建筑體系現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、裝配式鋼結構建筑的設計實施過程及與傳統(tǒng)建筑的區(qū)別、工業(yè)化裝配式住宅產業(yè)化等關鍵熱點問題，將這些學科前沿新知識、新技術引入教學內容，可極大激發(fā)學生學習熱情，但由于課時關系，這部分內容采用的方法是教師課堂引導，課后由學生主動探尋、分組討論，最后由表現(xiàn)優(yōu)秀的學生將討論結果與大家共同分享，取得了較好的教學效果。

2建立工程事故案例教學庫，為學生搭建理論與實踐的橋梁

案例教學法是鋼結構課程的重要教學方法，對教師的理論實踐水平都有更高要求。從材料到構件直至結構，工程案例的選取是否得當關系到課程培養(yǎng)目標和教學意圖的實現(xiàn)。教師選擇的案例教學庫應符合教學主旨，并將經典工程案例生動引領學生。通過學生的參與分析與討論，有利于學生對基本概念、基本理論的深刻理解，同時為學生將理論與實踐聯(lián)系起來搭建橋梁，可極大提高學生分析問題，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，鋼結構疲勞破壞案例，結構穩(wěn)定案例應形像生動，直觀，讓學生通過案例與所學知識點建立聯(lián)系，搭建起理論與實踐聯(lián)系的橋梁，極大調動了學生學習的積極性。據(jù)統(tǒng)計，鋼結構事故按表現(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%，在設計階段結構計算錯誤占26.4%，結構荷載和受力情況不足占22.6%，使用階段鋼結構事故占62.3%，安裝階段占34.9%。以此為依據(jù)，可以明確事故教學重點及主要教學目標。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，接著屋架下弦嚴重下垂。半小時后整個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，屋架上弦斜梁不滿足整體穩(wěn)定性要求，屋架斜梁上、下弦桿強度不足，在施工和使用中超載等問題。此案例中涉及了結構構件的強度、剛度、整體穩(wěn)定及鋼結構施工等多方面的問題，切入性較好，符合教學目標。案例分析最后應有更高立意，應總結結構構件穩(wěn)定關鍵問題，強調在結構的整體布置時必須考慮整個體系及其組成部分的穩(wěn)定性要求，計算簡圖應與實際受力情況相符，尤其要有強節(jié)點的概念。明確強度問題通常采用一階分析，穩(wěn)定問題原則上應采用二階分析，疊加原理不適用于穩(wěn)定等關鍵問題，課程實現(xiàn)從理論到實踐，再到提升理論的升華。課程組準備了相關事故案例，讓學生課后進一步近距離接觸工程實例，強化結構穩(wěn)定的概念，同時還輔以鋼結構安裝坍塌事故案例，總結事故經驗并進行安全技術分析，給大部分今后從事結構施工的同學給以安全警示，培養(yǎng)學生對結構工程的責任感及敬畏之心。