高職鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)策略芻議

◆燕蘭

自20世紀(jì)90年代，我國鋼鐵產(chǎn)量已連續(xù)多年保持世界第一，并且遙遙領(lǐng)先于其他國家。2009年，中國鋼鐵產(chǎn)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(jié)構(gòu)具有強度高、自重輕、塑性韌性好、物理力學(xué)性能可靠、抗震性能優(yōu)良、施工周期短、造型優(yōu)美等優(yōu)點，且大部分鋼材都能回收再利用，屬于綠色環(huán)保建材。特別是近年來，鋼結(jié)構(gòu)在土木建筑領(lǐng)域中的應(yīng)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(jié)構(gòu)。但是目前我國的建筑用鋼總量約占全部鋼產(chǎn)量的20%～25%，而工業(yè)發(fā)達的國家則占30%以上，如美國和日本，該項指標(biāo)均已超過50%。由此可見，我國鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。這使得鋼結(jié)構(gòu)課程在建筑工程技術(shù)專業(yè)中的重要性不斷增強，對高職鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)及人才培養(yǎng)也提出更高的要求。

表1 主要產(chǎn)鋼國近年的粗鋼產(chǎn)量（萬噸）

1 高職鋼結(jié)構(gòu)課程現(xiàn)狀及教學(xué)中存在的問題

鋼結(jié)構(gòu)作為建筑工程技術(shù)專業(yè)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(jié)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(gòu)件的變形、破壞、穩(wěn)定性，連接的構(gòu)造及失效形式，各種構(gòu)造關(guān)系等。但是目前的授課方式普遍采用課堂理論推演的教學(xué)方式，偏重于對理論公式的推導(dǎo)，忽視了實踐教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中沒有機會接觸到實際的鋼結(jié)構(gòu)建筑物，也不知道如何進行鋼結(jié)構(gòu)制作，教學(xué)效果較差。學(xué)生沒有參觀工廠，很難理解鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制作是怎么回事，以及殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因。

鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容中包含大量的公式，計算繁瑣。由于缺乏適應(yīng)教學(xué)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(xué)手段，使得教學(xué)方法陳舊單一，課堂教學(xué)多為“板書+滿堂灌”，教學(xué)中又缺乏必要的教學(xué)模型等，很難調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果較差[3]。

2 高職鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革措施

高職高專人才培養(yǎng)的目標(biāo)是培養(yǎng)企業(yè)一線需要的高技能應(yīng)用型人才。因此，高職院校的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)應(yīng)基于這一目標(biāo)制定相應(yīng)的教學(xué)方案，加強理論和實踐的聯(lián)系，采用先進的教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)水平以滿足行業(yè)需要。

2.1 鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)要注重學(xué)科知識內(nèi)在的聯(lián)系

圖1 傳統(tǒng)教材內(nèi)容

目前高職院校的鋼結(jié)構(gòu)教材大多數(shù)是按圖1所示的內(nèi)容進行講解，并對基本構(gòu)件的強度、剛度、整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性逐一講解，但是這種講述方法不利于建立各種構(gòu)件之間的區(qū)別和聯(lián)系，缺乏學(xué)科知識的橫向聯(lián)系。因此，針對這部分內(nèi)容，首先結(jié)合工程實際說明各種構(gòu)件的實際應(yīng)用，接著可以按強度、剛度、穩(wěn)定性分別論述各種構(gòu)件的求解方法。

如對于實腹式構(gòu)件，軸心受壓構(gòu)件的強度計算公式為：

受彎構(gòu)件（單向受彎）的強度計算公式為：

壓彎構(gòu)件的強度計算公式為：

由公式（1）～（3）不難看出，實腹式壓彎構(gòu)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(shù)值上看，公式（3）是公式（1）和（2）的迭加。對于3種構(gòu)件的整體穩(wěn)定性計算也有類似的結(jié)論。這樣通過知識的橫向聯(lián)系，省去了復(fù)雜的公式推導(dǎo)，特別是簡化了拉彎和壓彎構(gòu)件的計算，更便于學(xué)生理解，使學(xué)生有一個比較清晰的思路，

2.2 鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)要加強多媒體教學(xué)，注重增加工程實例分析

近年來，鋼結(jié)構(gòu)建筑如雨后春筍迅速發(fā)展起來，企業(yè)需要大量具備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工能力的技術(shù)人員。首要的是要求學(xué)生會組織鋼構(gòu)件加工制作，會組織鋼結(jié)構(gòu)工程的施工安裝。由于鋼結(jié)構(gòu)本身構(gòu)造比較復(fù)雜，節(jié)點連接也很復(fù)雜，對學(xué)生的空間思維能力要求較高，所以鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)必須革新教學(xué)方法，針對不同的教學(xué)內(nèi)容實施不同的教學(xué)方法。如在講緒論時，可采用多媒體教學(xué)，給學(xué)生觀看世界著名的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑（如多倫多電視塔、上海環(huán)球金融中心、埃菲爾鐵塔等），激起學(xué)生對鋼結(jié)構(gòu)甚至對建筑專業(yè)的熱愛；在講完鋼結(jié)構(gòu)連接的基本內(nèi)容后，可讓學(xué)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(xué)生的理解力；可通過動畫模擬把軸心受力構(gòu)件的三種失穩(wěn)破壞形式（彎曲失穩(wěn)、扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)和彎扭失穩(wěn)）直觀地展現(xiàn)到學(xué)生面前。

這樣在教學(xué)中通過穿插工程實例、工程照片和動畫，不僅開闊學(xué)生的視野，彌補現(xiàn)場教學(xué)不足的缺陷，而且把理論知識和實踐有機地結(jié)合起來，使課堂教學(xué)更加生動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

此外，應(yīng)大力開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，拓展教學(xué)資源。一方面，教師也可以與學(xué)生在線互動交流答疑，進行網(wǎng)上作業(yè)批改；另一方面對于課堂上沒有掌握的知識，學(xué)生可以通過重復(fù)觀看網(wǎng)絡(luò)教學(xué)錄像來溫故知新。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)要注重將經(jīng)典案例引入課堂教學(xué)，加深對知識點的理解

鋼結(jié)構(gòu)課程涉及的內(nèi)容廣泛，知識點也比較多[4-5]。鋼結(jié)構(gòu)的綜合性和實踐性也決定了它的教學(xué)不同于一般理科的教學(xué)。要使學(xué)生明白工程設(shè)計和施工的科學(xué)性、嚴(yán)肅性，以及培養(yǎng)學(xué)生良好的安全意識、工程方法，在課堂教學(xué)中引入經(jīng)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(jié)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(nèi)蒙古某糖廠廢糖蜜鋼貯罐在氣溫-11.9 ℃發(fā)生斷裂的事故：破壞突然發(fā)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(gòu)件由于強度剛度不足導(dǎo)致失穩(wěn)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(fēng)速（相當(dāng)于8級風(fēng)）下發(fā)生劇烈的振動而垮塌。

這樣，將經(jīng)典破壞實例引入教學(xué)，不但能豐富課堂的教學(xué)形式、提高學(xué)習(xí)興趣，而且能加深學(xué)生對知識點的理解，加強學(xué)生的安全和責(zé)任意識，教育學(xué)生樹立良好的職業(yè)道德和職業(yè)修養(yǎng)。事實上，導(dǎo)致一個建筑物破壞的因素是復(fù)雜的，各種各樣的工程破壞實例從反面給人以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度的教育，對未出校門的大學(xué)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(shù)人員的綜合素質(zhì)培養(yǎng)定有益處。

2.4 鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)要加強實踐教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用

實踐教學(xué)在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中占有重要地位，通過實踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力、分析問題和解決問題的能力，達到理論聯(lián)系實際的教學(xué)目的。教師可將鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)引入施工現(xiàn)場，帶學(xué)生去鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)參觀鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)流水過程，也可以帶學(xué)生就近參觀一些具有代表性的鋼結(jié)構(gòu)工程，觀察鋼結(jié)構(gòu)安裝過程等，以此促進鋼結(jié)構(gòu)知識的學(xué)習(xí)。同時聘請有能力的企業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任現(xiàn)場指導(dǎo)教師，使“教”“學(xué)”“做”融為一體，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，進而加深對理論知識的理解。

此外要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。學(xué)生是教學(xué)活動的主體，沒有學(xué)生的積極參與，就沒有良好的學(xué)習(xí)氛圍和教學(xué)效果。高職生普遍存在力學(xué)基礎(chǔ)較差、空間想象力較差的問題，因此一些和力學(xué)課程連接緊密的知識點，如對受彎構(gòu)件、拉彎和壓彎構(gòu)件的穩(wěn)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(xué)家布魯納說：“學(xué)習(xí)者不應(yīng)是信息的被動接受者，而應(yīng)該是知識獲取過程中的主動參與者?！币虼嗽谡n堂教學(xué)時，教師應(yīng)留出時間給學(xué)生思考，并走下講臺積極和學(xué)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(xué)生自主探究，創(chuàng)設(shè)自主學(xué)習(xí)氣氛，引導(dǎo)學(xué)生積極思考問題，主動參與教學(xué)活動。這就要求教師必須精心設(shè)計、精心組織課堂結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)學(xué)生圍繞教學(xué)目標(biāo)積極主動地進行思維和實踐。只有這樣，才能使學(xué)生具有更多的創(chuàng)新意識和獨立思考的能力，才能更好地培養(yǎng)企業(yè)所需要的高技能綜合型應(yīng)用型人才。

3 結(jié)束語

隨著鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程領(lǐng)域重要性的不斷增強，急需大批具備鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工能力的高技術(shù)人才，對鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)提出更高的要求。在今后的教學(xué)改革中，應(yīng)加強對鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合，積極采用先進、靈活的現(xiàn)代化教學(xué)方法和手段，并不斷加強實踐教學(xué)。教師應(yīng)該把握教育活動的規(guī)律，明確培養(yǎng)目標(biāo)，通過多種方式做好學(xué)生的教育和培養(yǎng)工作，培養(yǎng)更多復(fù)合社會需要的優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才。

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

[2]張磊,李忠學(xué),趙偉.面向土木工程創(chuàng)新設(shè)計實驗班的鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)改革構(gòu)想[J].高等建筑教育,2009(2)：110-113.

[3]付濤,嚴(yán)鈞.虛擬模型實驗在鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等建筑教育,2006(4)：93-96.

[4]張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：高等教育出版社,2004.

[5]夏志斌,姚諫.鋼結(jié)構(gòu)：原理與設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2005.