橋梁工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)探討

韓科營(yíng)

摘要：高校是專業(yè)人才培養(yǎng)的第一站，其培養(yǎng)質(zhì)量直接影響專業(yè)人才的服務(wù)效率、價(jià)值及再成長(zhǎng)。然而，目前國(guó)內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)教材主要偏重于建筑結(jié)構(gòu)，其中的示例、算例集中在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，內(nèi)容也主要集中在桿系結(jié)構(gòu)。與結(jié)構(gòu)工程專業(yè)相比，橋梁工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)的授課內(nèi)容具有特殊性，應(yīng)結(jié)合鋼橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件、鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范及鋼結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)計(jì)算原理進(jìn)行講解。將鋼結(jié)構(gòu)和鋼橋內(nèi)容進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合。另外，橋梁結(jié)構(gòu)中除了常用的桁架、框架等桿系結(jié)構(gòu)外，大斷面箱梁、扁平箱梁等也是常用的結(jié)構(gòu)形式之一，但目前的鋼結(jié)構(gòu)課程較少提及。

關(guān)鍵詞：橋梁工程專業(yè);鋼結(jié)構(gòu);課程教學(xué);探討

引言

當(dāng)代大學(xué)生絕大部分為獨(dú)生子女，崇尚自由，學(xué)習(xí)狀態(tài)懶散，不少學(xué)生甚至認(rèn)為在大學(xué)是自由地學(xué)習(xí)，沒(méi)有中考高考?jí)毫?，缺乏?duì)學(xué)習(xí)重要性的認(rèn)識(shí)，缺乏學(xué)習(xí)興趣，不愿主動(dòng)學(xué)習(xí)，那么延續(xù)傳統(tǒng)教學(xué)模式會(huì)導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，難以完成教學(xué)目標(biāo)。

一、橋梁工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)現(xiàn)狀

“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的黑板板書(shū)到多媒體教學(xué)，在教學(xué)方式方法上取得了一定進(jìn)展。而這種黑板板書(shū)和多媒體課件相結(jié)合的教學(xué)方式，對(duì)于“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程而言，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如今課堂教學(xué)中理論教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容中占很高比例，學(xué)生被動(dòng)地接受理論知識(shí)，導(dǎo)致教學(xué)效率較低。如果學(xué)生不能將理論知識(shí)運(yùn)用于解決工程實(shí)際問(wèn)題，不知學(xué)為何用，則失去了教學(xué)意義。但目前大部分學(xué)生無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)，完全理解理論與實(shí)踐相結(jié)合的知識(shí)。僅利用有限的課堂講授時(shí)間，難以讓學(xué)生對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行消化及歸納總結(jié)，難以將學(xué)到的知識(shí)形成完整的知識(shí)體系，導(dǎo)致理論聯(lián)系實(shí)際的能力較差，不能在實(shí)際工程中靈活運(yùn)用。

二、科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源的必要性

科研與教學(xué)是密不可分的，而且都是為高校培養(yǎng)人才服務(wù)的。高校作為培養(yǎng)人才的主陣地，更要激勵(lì)、引導(dǎo)教師教書(shū)育人，注重知識(shí)的轉(zhuǎn)移及擴(kuò)散，及時(shí)將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量。“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程要求培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力以滿足鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)的實(shí)際需要，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。近幾年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)單位對(duì)于學(xué)生學(xué)以致用能力的要求越來(lái)越高，這就要求“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程教學(xué)更注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。因此，將教師科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源是最好的解決途徑。

三、橋梁工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)課程教學(xué)策略

（一）不同方向鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)容整合

結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)的先修課程材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)，相關(guān)課程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及后續(xù)課程橋梁工程的內(nèi)容章節(jié)，本課程在基本理論部分仍采用按構(gòu)件受力類型進(jìn)行講解，考慮到橋梁工程結(jié)構(gòu)的荷載形式及使用環(huán)境，在材料性能部分對(duì)比橋梁工程及建筑工程對(duì)鋼材的性能要求，加強(qiáng)疲勞破壞和驗(yàn)算的相關(guān)內(nèi)容，在基本理論內(nèi)容講解部分，緊密結(jié)合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、三個(gè)規(guī)范，對(duì)比不同受力構(gòu)件在不同規(guī)范中的規(guī)定。比如，在講解主平面內(nèi)受彎的實(shí)腹式受彎構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，同時(shí)展示三個(gè)規(guī)范中的相關(guān)內(nèi)容。

（二）有限單元法在教學(xué)中的應(yīng)用

對(duì)于初級(jí)有限元軟件的用戶而言，需要掌握的基本概念包括：?jiǎn)卧?、?jié)點(diǎn)、邊界條件、材料屬性。其中，邊界條件和材料屬性，在專業(yè)基礎(chǔ)課中已有講授，因此只需要學(xué)生了解單元和節(jié)點(diǎn)的概念。通俗地講，有限元分析的過(guò)程就是利用節(jié)點(diǎn)位移求取單元內(nèi)部應(yīng)變，結(jié)合材料屬性，形成剛度矩陣，計(jì)算節(jié)點(diǎn)反力，最終求解平衡方。在授課過(guò)程中，可以舉彈簧為例講解上述求解過(guò)程。而插值函數(shù)的選取、內(nèi)部變形場(chǎng)的計(jì)算、應(yīng)變能數(shù)值積分等概念和方法，可以簡(jiǎn)略，并不影響學(xué)生對(duì)于基本概念的理解。借助有限元仿真分析的方法，可以讓學(xué)生更加直觀地理解相關(guān)概念和理論公式，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)高等理論知識(shí)的興趣。本文討論了相關(guān)的教學(xué)方式和教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，并給出了教材中部分重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題的有限元建模方法，可供教師參考。作者認(rèn)為，向本科生介紹高等理論時(shí)，要做到概念清晰準(zhǔn)確，定性重于定量，以啟發(fā)為主，鼓勵(lì)實(shí)踐應(yīng)用，使得學(xué)生在不超過(guò)能力范圍的前提下，能夠了解正確的基本概念和原理，為后續(xù)升學(xué)深造或參加工作打下一定基礎(chǔ)，給社會(huì)培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代信息化生產(chǎn)技術(shù)的人才。

（三）將思政元素融入專業(yè)課程中

一般情況下，理工科課程與機(jī)器、方程式為伴，偏向呆板、冰冷、機(jī)械，課程缺乏家國(guó)情懷、人文精神、仁愛(ài)之心等思政元素。問(wèn)卷調(diào)查也表明，只有27.27%的理工生能正確回答《辛丑條約》的簽訂時(shí)間，遠(yuǎn)低于文科生。在鋼結(jié)構(gòu)工程施工課堂上，我們將思政元素有效穿插在整個(gè)課堂的教學(xué)活動(dòng)，要求學(xué)生在繪圖、標(biāo)注上注重細(xì)節(jié)，一絲不茍，做到精益求精;在講解“梁柱連接節(jié)點(diǎn)”時(shí)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外企業(yè)對(duì)節(jié)點(diǎn)處理方式的不同，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立誠(chéng)實(shí)守信、嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)的職業(yè)道德觀，例如鋼結(jié)構(gòu)連接這部分教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)聯(lián)想法，聯(lián)想榫卯連接，思政案例中可融入中國(guó)匠人智慧，并通過(guò)對(duì)比螺栓連接、焊縫連接等其他連接形式，既掌握了知識(shí)目標(biāo)，又通過(guò)自然而然的巧妙融入，讓學(xué)生感受我國(guó)古代勞動(dòng)人民的巧手慧心，樹(shù)立五千年文明史自豪感，堅(jiān)定文化自信。又如著名的鋼結(jié)構(gòu)工程工匠名師專家的生平事跡、精神品質(zhì)完全可以拿來(lái)作為引領(lǐng)學(xué)生樹(shù)立正確工科倫理價(jià)值的榜樣，老師在這方面就有意識(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行很好的引領(lǐng)和指導(dǎo)。

（四）理論與實(shí)踐想結(jié)合

通過(guò)在課堂引入最新的科學(xué)研究成果，使學(xué)生更加深刻地掌握課本上的知識(shí)模塊，活學(xué)活用，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和主動(dòng)探索的能力，具體分為以下幾方面：其一，通過(guò)課本設(shè)計(jì)基本原理、基本知識(shí)與研究前沿的結(jié)合，掌握土木工程專業(yè)所需要的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)，能夠清楚認(rèn)識(shí)建立復(fù)雜連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算模型（包括數(shù)學(xué)和力學(xué)模型）的基本前提或基本假定，并理解其局限性。其二，通過(guò)課本設(shè)計(jì)基本原理的學(xué)習(xí)，通過(guò)研究方法的拓展，將基本原理知識(shí)拓展到科學(xué)研究前沿，建立與各個(gè)知識(shí)模塊對(duì)應(yīng)的科研成果庫(kù)。從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的建立，養(yǎng)成針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行思考的習(xí)慣，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為將來(lái)工作奠定基礎(chǔ)。其三，通過(guò)系列科學(xué)研究成果的學(xué)習(xí)，達(dá)到對(duì)基本設(shè)計(jì)原理知識(shí)的升華，去蕪存精，降低學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，達(dá)到對(duì)知識(shí)的理解而非靠識(shí)記去應(yīng)付考試。其四，通過(guò)系列科學(xué)研究成果的學(xué)習(xí)，使學(xué)生徹底掌握鋼結(jié)構(gòu)連接（包括螺栓連接、焊接）、鋼構(gòu)件整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定知識(shí)模塊，掌握“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”課程的精髓。

結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)目前鋼結(jié)構(gòu)教材現(xiàn)狀及橋梁工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)，目前鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容顯然對(duì)橋梁工程專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng)，因此，應(yīng)對(duì)橋梁工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)容予以完善，具體如下：（1）對(duì)于橋梁工程專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)內(nèi)容予以補(bǔ)充，增加橋梁鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范）、鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)造和工程算例等內(nèi)容。（2）確定課堂教學(xué)中鋼結(jié)構(gòu)理論（包括構(gòu)造）與實(shí)踐的關(guān)系，合理確定各部分教學(xué)方式。（3）考慮不同層次學(xué)生需求，適當(dāng)考慮部分學(xué)生對(duì)高階內(nèi)容的需求。

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