“以評促教”的鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探索

焦晉峰

摘要：根據(jù)土木工程專業(yè)評估的培養(yǎng)要求，針對鋼結(jié)構(gòu)的課程特點(diǎn)和目前存在問題進(jìn)行了分析，并就課程教材的合理選取、課堂教學(xué)方法的多樣化和考核模式的寬松化提出了相應(yīng)的改革措施。

關(guān)鍵詞：土木工程專業(yè)評估；鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)改革；教學(xué)方法

中圖分類號：TU-4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）02-0036-04

1994年，住房—城鄉(xiāng)建設(shè)部和土木工程專業(yè)評估委員會(huì)聯(lián)合啟動(dòng)的土木工程專業(yè)評估，旨在提高高校土木工程專業(yè)教育水準(zhǔn)和質(zhì)量，加強(qiáng)專業(yè)教育宏觀管理，奠定中國專業(yè)注冊師制度的必要基礎(chǔ)，為注冊土木類工程師執(zhí)業(yè)資格制度的推行創(chuàng)造基本條件，從而實(shí)現(xiàn)與國際上發(fā)達(dá)國家互相承認(rèn)同類專業(yè)的學(xué)歷創(chuàng)造條件。土木工程專業(yè)評估實(shí)施以來，全國累計(jì)共有70所（截止2013年5月）設(shè)置土木工程專業(yè)的高校通過評估。實(shí)踐表明：專業(yè)評估在提高教育質(zhì)量、改革專業(yè)教育、改進(jìn)教學(xué)管理、建設(shè)師資隊(duì)伍、增加投資強(qiáng)度、加強(qiáng)教育界與工程界的聯(lián)系和合作等方面均發(fā)揮了積極的作用，為中國其他類似工程專業(yè)推廣評估制度提供了有益的參考。在當(dāng)前住建部和高校積極重視評估的形勢下，圍繞專業(yè)評估對工程師注冊要求[一般由教育（學(xué)術(shù)）要求、經(jīng)驗(yàn)（培訓(xùn)）要求和考試（考核）要求三方面組成]培養(yǎng)目標(biāo)研究，探索與之相適應(yīng)的課程教學(xué)體系，從而將土木工程專業(yè)評估的培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)到課程教學(xué)中已成為緊迫的教學(xué)改革任務(wù)。

鋼結(jié)構(gòu)作為土木工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，包括理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，課程知識點(diǎn)散而多、理解抽象且實(shí)踐性強(qiáng)為該課程的突出特點(diǎn)。過去的鋼結(jié)構(gòu)課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)二元化問題突出，傳統(tǒng)的理論教學(xué)嚴(yán)重脫離實(shí)踐，教學(xué)效果不佳，因此無法滿足土木工程專業(yè)評估的基本要求。作者在以太原理工大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院通過專業(yè)評估的基礎(chǔ)上，圍繞專業(yè)評估的基本要求，對鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)體系改革進(jìn)行積極的探索。

一、鋼結(jié)構(gòu)課程特點(diǎn)及存在問題

（一）課程教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)沖突

目前，各高校所選鋼結(jié)構(gòu)教材種類繁多，但基本上大同小異。就我校而言，過去采用全國教材現(xiàn)改為自編地方特色教材?；凇昂窕A(chǔ)、寬口徑、重素質(zhì)”的原則，對課程體系進(jìn)行改革，鋼結(jié)構(gòu)課程的課堂教學(xué)課時(shí)為36學(xué)時(shí)，另加4學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如何在有限的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)讓學(xué)生掌握大綱要求的教學(xué)內(nèi)容，成為目前教學(xué)的一大難點(diǎn)。另外，鋼結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容與建筑材料、力學(xué)等課程結(jié)合緊密，但是在現(xiàn)有的教學(xué)計(jì)劃中，前期的基礎(chǔ)課程與鋼結(jié)構(gòu)課程間隔時(shí)間較長，故在實(shí)際教學(xué)中存在知識點(diǎn)的銜接和復(fù)習(xí)等問題，給教學(xué)增加一定難度。結(jié)合作者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，60%左右的學(xué)生對前期基礎(chǔ)課程，尤其是力學(xué)課程掌握并不牢固，甚至絕大部分學(xué)生對材料力學(xué)的簡單問題，如截面的幾何特性參數(shù)不會(huì)計(jì)算。

（二）教學(xué)內(nèi)容理論與實(shí)踐性強(qiáng)，但學(xué)生動(dòng)手能力差

作為鋼結(jié)構(gòu)重要的教學(xué)內(nèi)容——結(jié)構(gòu)或板件穩(wěn)定，在教材篇幅中占據(jù)很大比例，其理論系統(tǒng)性強(qiáng)，難度大，且存在大量的公式推導(dǎo)。例如，教材內(nèi)容中的“桿系構(gòu)件”——柱、梁和梁柱構(gòu)件，每種構(gòu)件對穩(wěn)定問題的描述篇幅較大。此外，該課程與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，一般課堂教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束之后，安排2周的課程設(shè)計(jì)作為實(shí)踐環(huán)節(jié)。多年的輔導(dǎo)經(jīng)歷表明，實(shí)踐環(huán)節(jié)存在較多問題，主要有：（1）視“實(shí)踐機(jī)會(huì)”為“負(fù)擔(dān)”。部分學(xué)生態(tài)度不端正，采取網(wǎng)上購買或找槍手方式，與設(shè)計(jì)初衷大相違背。（2）理論與實(shí)踐結(jié)合能力差。部分學(xué)生理論熟練，但在運(yùn)用時(shí)錯(cuò)誤頻出。

（三）公式、圖表和規(guī)范條文，散而多

鋼結(jié)構(gòu)課程涉及相關(guān)計(jì)算內(nèi)容多，對應(yīng)的計(jì)算公式也相當(dāng)多。相對該課程的前期力學(xué)課程而言，盡管計(jì)算公式相似，但公式中存在一些基于經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)歸納總結(jié)出來的參數(shù)。其中，參數(shù)的選取部分由公式前提決定，部分由圖表獲取，故要求學(xué)生在運(yùn)用公式時(shí)能夠正確掌握圖表的使用。另外，除結(jié)構(gòu)和構(gòu)件計(jì)算之外，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的構(gòu)造也不容忽視。對這些構(gòu)造內(nèi)容，對應(yīng)的規(guī)范條文和條文說明均有明確的表述，但存在條文“多而散”的特點(diǎn)。面對大量的計(jì)算公式和構(gòu)造規(guī)定，如何讓學(xué)生準(zhǔn)確運(yùn)用，也是目前教學(xué)亟待解決的問題。從多年的學(xué)生期末測試情況可以看出，學(xué)生的計(jì)算能力表現(xiàn)不佳，失分和丟分現(xiàn)象嚴(yán)重，其主要原因?yàn)椋海?）學(xué)生在考試提供計(jì)算公式的前提下，依然不能正確運(yùn)用，緣于對公式中各項(xiàng)參數(shù)理解生硬。（2）學(xué)生對參數(shù)查詢的圖表不理解，替代以改取參數(shù)數(shù)值。

二、鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)改革探索

（一）教材選取宜合理化

目前，相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)教材眾多，既有“十二·五”規(guī)劃教材，又有地方院校聯(lián)合自編教材。各種教材水平和質(zhì)量參差不齊，且種類繁多，給教材選取帶來一定的困難。如何選取合適的教材，成為教學(xué)改革內(nèi)容中的難點(diǎn)。在此，提出以下幾點(diǎn)參考意見：（1）建議連續(xù)若干年對每屆授課對象做關(guān)于課程教材征訂的意見調(diào)查，整理并形成調(diào)查意見結(jié)論。（2）結(jié)合授課對象水平和其對應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo)選取教材。目前，一般地方院校土木類專業(yè)同時(shí)招收1A和2C類的學(xué)生，兩者之間基礎(chǔ)相差較大，盡管同處一校，其授課教材選取宜區(qū)別化。（3）考慮所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是土木行業(yè)發(fā)展的水平選取教材。例如，作者所在地區(qū)位于中國中部，經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)力處于中下游，地方建設(shè)工程規(guī)模和能力一般，學(xué)生就業(yè)以本省為主，因此教學(xué)內(nèi)容宜適當(dāng)高于本地區(qū)土木工程水平。（4）教材更新宜“動(dòng)態(tài)化”，宜5年為一個(gè)階段。

（二）教學(xué)方法應(yīng)多樣化

貫穿鋼結(jié)構(gòu)的主線為：材料—連接—構(gòu)件。三部分教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系緊密，環(huán)環(huán)相扣。章節(jié)內(nèi)容不同，其相關(guān)的理論和實(shí)踐比例也不同，故宜采取不同且適宜的教學(xué)方法。在此，主要介紹以下教學(xué)方法。

1.實(shí)物教學(xué)法

在講述某些章節(jié)內(nèi)容（如第2章和第3章）時(shí)，若在課堂上展示與課程內(nèi)容相關(guān)的實(shí)物，會(huì)讓學(xué)生近距離接觸實(shí)物的同時(shí)，提高感性認(rèn)識。例如，鋼結(jié)構(gòu)連接內(nèi)容——螺栓連接，可攜帶摩擦型高強(qiáng)度螺栓、承壓型高強(qiáng)度螺栓和普通螺栓。通過觀察實(shí)物，學(xué)生不僅分清不同螺栓的組成，對相應(yīng)的施工工藝和受力機(jī)理都能有清晰的理解。又比如講解角鋼連接時(shí)，單憑黑板或PPT上描述該連接形式，很多學(xué)生空間想象力差，比較迷茫。對此，可以在課堂上采用紙張現(xiàn)場制作角鋼，模擬角鋼連接方式，讓學(xué)生形成一定的空間想象力。類似的情況還有，鋼結(jié)構(gòu)軸心受力構(gòu)件的整體穩(wěn)定，可以取鋼尺進(jìn)行模擬等等。上述通過教材與實(shí)物相配合，不僅提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，也活躍了課堂氣氛，讓其更感受到了結(jié)構(gòu)就在身邊，只要用心，就能學(xué)好。

2.“事故”案例教學(xué)法

實(shí)際工程是工科類課程教學(xué)最鮮活的資源，引入實(shí)際工程案例，不僅可以豐富教學(xué)內(nèi)容，還可以做到理論聯(lián)系實(shí)際。成功的工程案例可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，激發(fā)其對鋼結(jié)構(gòu)的濃厚興趣，但震撼性、毀滅性、血腥性的工程事故，卻能給世人留下心理創(chuàng)傷。為加深學(xué)生對課程基本概念的理解，適當(dāng)選取典型工程事故案例進(jìn)行分析必不可少。事故分析是理論研究的有力佐證材料，事故的發(fā)生是對設(shè)計(jì)理論的又一次驗(yàn)證。將典型工程事故發(fā)生原因從基本原理角度加以分析，把所得到的結(jié)果引入課堂教學(xué)，有利于于加深學(xué)生的印象。

例如，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的概念，通過剖析下述工程事故案例后，就可以讓學(xué)生對其穩(wěn)定概念存在整體的理解。2014年9月，太原市某城中村村民擅自采用鋼結(jié)構(gòu)加層，施工過程中導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體坍塌，造成5人死亡的重大事故（圖1）。2015年4月，某網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于偶然超載等因素，導(dǎo)致支座腹桿與支座節(jié)點(diǎn)脫離，相鄰弦桿發(fā)生不同程度的整體失穩(wěn)（圖2），隨后2天內(nèi)發(fā)生網(wǎng)架局部坍塌。上述兩起代表性鋼結(jié)構(gòu)工程事故案例，其事故主要原因均與鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有關(guān)。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)法

鋼結(jié)構(gòu)是工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此，其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)非常重要。該課程實(shí)驗(yàn)課是通過實(shí)驗(yàn)手段，對抽象的理論知識進(jìn)行驗(yàn)證，并培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和動(dòng)手能力，加深對基本概念的理解。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的教學(xué)大綱，安排開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該類試驗(yàn)是以驗(yàn)證理論結(jié)果和測定參數(shù)為目的，如摩擦型高強(qiáng)度度螺栓的抗滑移系數(shù)等。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過師生協(xié)同工作，安置實(shí)驗(yàn)器材，測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生不僅加深對該課程理論知識的理解，而且對該課程的學(xué)習(xí)具有更直觀的認(rèn)識。另外，應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的興趣，鼓勵(lì)其提出問題并結(jié)合相關(guān)理論進(jìn)行思考，尋求最佳解決問題思路。

4.“模擬注冊考試”教學(xué)法

考慮到專業(yè)評估對工程師注冊要求，培養(yǎng)出的學(xué)生要求在短時(shí)間內(nèi)獲得注冊工程師資格證，這就要求鋼結(jié)構(gòu)課程的講述不能僅限于照本宣科。在此建議課堂講授基本原理后，提出歷年的注冊考試案例并給出相關(guān)現(xiàn)行的國家規(guī)范條文，要求學(xué)生結(jié)合已有的知識點(diǎn)進(jìn)行思考并進(jìn)行模擬，然后點(diǎn)評理論運(yùn)用實(shí)踐的不足。通過數(shù)次的訓(xùn)練，不僅可以幫助學(xué)生理解基本理論，而且逐步熟悉并運(yùn)用規(guī)范條文，為后續(xù)的注冊考試打下良好的基礎(chǔ)。

5.工程現(xiàn)場教學(xué)法

作為課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充，現(xiàn)場教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的有效方法。考慮到鋼結(jié)構(gòu)課程計(jì)劃學(xué)時(shí)、實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)的不足和學(xué)生安全的保障措施不完善等不利因素，可以充分利用校園內(nèi)和周邊的建筑設(shè)施，帶領(lǐng)學(xué)生現(xiàn)場觀摩教學(xué)或要求學(xué)生拍照并用電腦繪出主要構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)連接做法。就我校而言，部分建筑物采用了鋼結(jié)構(gòu)建筑，如土木試驗(yàn)中心屋頂鋼桁架結(jié)構(gòu)、校南門不銹鋼鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、綜合體育館屋頂?shù)钠桨寰W(wǎng)架結(jié)構(gòu)和行政主樓新增鋼結(jié)構(gòu)屋頂造型等；另外，存在一些形式簡單但內(nèi)容全面的結(jié)構(gòu)，如校南門外懸掛紅綠燈的鋼結(jié)構(gòu)（其柱截面采用雙肢格構(gòu)式、梁采用懸臂鋼構(gòu)件、梁柱節(jié)點(diǎn)采用螺栓連接，見圖3）；校園內(nèi)的路燈設(shè)施（典型的偏心受力鋼構(gòu)件，柱腳采用錨栓剛接，見圖4）等。上述這些結(jié)構(gòu)或構(gòu)件均可以作為課后教學(xué)的有益補(bǔ)充。

（三）考核模式宜寬松化

考慮到學(xué)生水平參差不齊，為緩解其對期末考試的恐慌，提高其對鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)的興趣，該課程考核不宜單一化，即僅采取期末考核一票否決。通過近五年來的教學(xué)改革試驗(yàn)得出：（1）卷面考核宜“注重理解、強(qiáng)調(diào)運(yùn)用”。針對考核所有計(jì)算題型均給出相關(guān)的計(jì)算公式和參數(shù)，這樣不僅打消學(xué)生做公式夾帶的想法，而且強(qiáng)制要求其理解公式及各項(xiàng)參數(shù)的含義。（2）加大平時(shí)分制。部分學(xué)生前期基礎(chǔ)差但上課積極，或平時(shí)學(xué)習(xí)扎實(shí)但考試發(fā)揮不好，針對類似學(xué)生，為避免打擊其學(xué)習(xí)的積極性，可以采取課堂回答和課后工程實(shí)踐作業(yè)等方式，加大相應(yīng)的平時(shí)分。這樣做不僅保持學(xué)生上課的激情，而且可以逐步改變其對學(xué)習(xí)的態(tài)度。

三、結(jié)語

在土木工程專業(yè)評估精神指導(dǎo)下，近五年鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)踐中，采取合理選取教材、正確運(yùn)用不同的教學(xué)方法、考核模式寬松化等措施，實(shí)踐證明教學(xué)效果良好。隨著鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的快速發(fā)展，該課程教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)不斷更新和擴(kuò)充，故仍需以動(dòng)態(tài)的眼光來完成該課程教學(xué)，探索更有效的教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢家駒.中國中國工程專業(yè)評估的過去、現(xiàn)狀和使命—以土木工程專業(yè)為例[J].高教發(fā)展與評估，2005（21）： 40-42.

[2]姚勝利.鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)方法初探[J].淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2005，4（2）： 92-92.

[3]賈玉琢，李曰兵，龔靖.鋼結(jié)構(gòu)實(shí)用性教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（27）： 34-36.

（編輯 歐陽雪梅）