鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

趙必大，王建東，劉代春

(1. 浙江工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，浙江 杭州 310023；2. 煙臺(tái)新天地試驗(yàn)技術(shù)有限公司，山東 煙臺(tái) 264003)

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升和工程科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料和新型結(jié)構(gòu)體系在土木工程中得到了廣泛應(yīng)用。其中，以各種鋼材建造的鋼結(jié)構(gòu)可用于各種復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)體系。當(dāng)前，鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)工程呈現(xiàn)建筑造型新穎、結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工領(lǐng)域?qū)臉I(yè)者的要求也越來越高，碩士研究生和本科畢業(yè)生正逐漸成為這兩個(gè)領(lǐng)域的中堅(jiān)力量。

從業(yè)人員的工作能力、學(xué)習(xí)并接受新技術(shù)能力及綜合素質(zhì)均與其在校期間的培養(yǎng)密切相關(guān)。然而，土木工程專業(yè)本科教育面臨的一個(gè)突出問題是畢業(yè)生的質(zhì)量越來越難以滿足用人單位實(shí)際要求，大部分用人單位反映當(dāng)前的大學(xué)生普遍存在結(jié)構(gòu)概念認(rèn)識(shí)欠缺、設(shè)計(jì)思路不清晰等問題。非985高校的碩士研究生導(dǎo)師也反映學(xué)生存在專業(yè)基本功弱、動(dòng)手能力差、創(chuàng)新意識(shí)差等問題。這不僅影響了本科教育發(fā)展，也不利于后續(xù)研究生教育，學(xué)校培養(yǎng)的本科生難以勝任工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜化背景下的設(shè)計(jì)和施工工作。很多用人單位和碩士研究生導(dǎo)師一致反映本科畢業(yè)生創(chuàng)新能力和意識(shí)差，導(dǎo)致當(dāng)前本科畢業(yè)生質(zhì)量不佳的一個(gè)重要原因是大學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)方面有所欠缺，因此，需要在課程教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是本科階段實(shí)踐能力培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，但當(dāng)前土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程教學(xué)存在一些問題，如課程內(nèi)容實(shí)用性不高、教師知識(shí)技能水平有待提高、考核方式單一等。鋼結(jié)構(gòu)是土木工程重要且相對(duì)難學(xué)的專業(yè)課程，包含理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分。理論教學(xué)的內(nèi)容包括鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件、連接節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)踐教學(xué)包括課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)。為讓學(xué)生全面掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法，畢業(yè)后能較快勝任鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工工作，已有研究從理論教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)角度，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)方法提出了一些改革建議。本文從鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的角度出發(fā)，提出其面臨的一系列問題并探討改革措施。

一、鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)及其面臨問題

浙江工業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)建筑工程方向與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的課程包括鋼結(jié)構(gòu)基本原理(48個(gè)課時(shí))和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(40個(gè)課時(shí)+1周“鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)”實(shí)踐)2門必修課，以及公共(大跨)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選修課(32個(gè)課時(shí))。根據(jù)土木工程專業(yè)認(rèn)證的要求，3門課程調(diào)整后依次安排在第5、6、7學(xué)期。與鋼結(jié)構(gòu)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)則主要安排在土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)自主試驗(yàn)這兩門課程中，與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括鋼材拉伸試驗(yàn)(材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容)、鋼梁彎曲靜力試驗(yàn)、角鋼桁架靜力試驗(yàn)、單層門式剛架靜力試驗(yàn)、小尺寸多層鋼框架的動(dòng)力性能試驗(yàn)。其中，角鋼桁架靜力試驗(yàn)和單層門式剛架靜力試驗(yàn)屬于結(jié)構(gòu)自主試驗(yàn)。然而，隨著用人單位對(duì)畢業(yè)生的要求越來越高，當(dāng)前的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)越來越難以適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要，也不利于強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(一)教學(xué)理念上依然“重理論、輕實(shí)踐”

盡管越來越多的教師已開始重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐過程，但教學(xué)時(shí)仍偏重于理論背景內(nèi)容的講解，甚至一些教師把實(shí)驗(yàn)課當(dāng)作理論教學(xué)的附屬，留給學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的時(shí)間偏少。此外，由于過于擔(dān)心學(xué)生操作不當(dāng)影響儀器的使用，教師在實(shí)驗(yàn)課中往往過多講解理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)儀器操作方法。當(dāng)前的教學(xué)理念導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課枯燥乏味。

(二)教學(xué)方法不利于培養(yǎng)學(xué)生

鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用“教師演示+學(xué)生模仿”或“學(xué)生完全復(fù)制實(shí)驗(yàn)步驟”的方式。采用這種教學(xué)方式原因是擔(dān)心學(xué)生操作不當(dāng)(不規(guī)范)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)儀器發(fā)生故障乃至破損。在實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)格高、易出故障的30年前(甚至更早時(shí)期)，這種教學(xué)方式尚可理解，然而在絕大部分本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器穩(wěn)定性較好的今天則完全沒必要，只要教學(xué)時(shí)講解好操作流程即可。從學(xué)生角度看，造成這種“復(fù)制”性實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要原因是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容感到厭倦，為盡快“順利”地完成實(shí)驗(yàn)而采取了這種最簡單、不走“彎路”的方式。然而，這種“復(fù)制”性實(shí)驗(yàn)明顯不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力，導(dǎo)致學(xué)生不能熟練掌握實(shí)驗(yàn)技能，實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的情況與教材中所述的步驟和內(nèi)容稍有不同就讓很多學(xué)生束手無策。這種方式直接造成學(xué)生動(dòng)手能力低下，不會(huì)分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，缺乏分析和解決綜合性問題的能力，甚至扼殺了學(xué)生的探索精神。

(三)鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容少且難以對(duì)理論教學(xué)起到促進(jìn)作用

一方面，鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過分注重對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和步驟的細(xì)節(jié)性描述，而關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路等講解較少，往往限制在枯燥乏味的演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。另一方面，鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)量和類型與眾多的理論教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重不匹配。眾所周知，鋼結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容非常廣泛，從鋼梁、鋼柱、組合梁、組合樓板等構(gòu)件到桁架、門式剛架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、多高層鋼結(jié)構(gòu)等整體結(jié)構(gòu)。對(duì)比之下，有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)課程的實(shí)驗(yàn)類型則較少。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要作用是促進(jìn)相關(guān)課程的理論教學(xué)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)對(duì)理論課程中一些概念的理解。比如，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(梁和偏壓柱等)試驗(yàn)就較好地加強(qiáng)了其理論課程教學(xué)效果。以鋼筋混凝土梁受彎試驗(yàn)為例，學(xué)生觀察適筋梁的開裂、鋼筋屈服、混凝土壓潰等全過程，非常直觀地了解相關(guān)的課堂理論教學(xué)內(nèi)容，再通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和編寫報(bào)告(如對(duì)比構(gòu)件承載力的試驗(yàn)值和理論計(jì)算值之間的差異)，加深了學(xué)生對(duì)鋼筋混凝土梁的破壞特征、承載力計(jì)算公式的理解。學(xué)生在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)時(shí)，可全面了解設(shè)計(jì)試件、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、加載、破壞過程中的各種現(xiàn)象，破壞性試驗(yàn)得到構(gòu)件的承載力實(shí)測(cè)值，可以用來與理論教學(xué)承載力公式計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析。

當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難起到加強(qiáng)理論教學(xué)的作用，一個(gè)重要的原因是鋼結(jié)構(gòu)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)是非破壞性的(鋼材拉伸試驗(yàn)除外)。學(xué)生通過演示性實(shí)驗(yàn)很難對(duì)鋼結(jié)構(gòu)概念有深入理解，無法給理論教學(xué)提供支撐。以鋼結(jié)構(gòu)中常見的構(gòu)件(梁或柱)失穩(wěn)問題為例，盡管教師通過圖片及動(dòng)畫演示來強(qiáng)化講解結(jié)構(gòu)構(gòu)件穩(wěn)定的概念，但由于專業(yè)基礎(chǔ)課程的課時(shí)不斷縮減，學(xué)生在鋼結(jié)構(gòu)課程學(xué)習(xí)前缺乏結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論知識(shí)，而非破壞性的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件穩(wěn)定提供輔助教學(xué)，這嚴(yán)重影響了鋼結(jié)構(gòu)課程的理論教學(xué)效果(穩(wěn)定是鋼結(jié)構(gòu)的重要內(nèi)容)。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，不少地方院校的土木工程專業(yè)因?yàn)檎n時(shí)壓縮過多而導(dǎo)致材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)課程幾乎不教授結(jié)構(gòu)穩(wěn)定部分知識(shí)(除了簡單介紹歐拉臨界力)，其中，材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)最少的分別僅48和64個(gè)課時(shí)，而20年前二本院校土木工程專業(yè)這兩門課程大多為96～120個(gè)課時(shí)。

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定相關(guān)的問題(如鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載公式)比結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題(如混凝土結(jié)構(gòu)截面承載力計(jì)算公式)更加復(fù)雜和難以理解，但鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件(梁或柱)試驗(yàn)卻是非破壞性的。這導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)脫節(jié)，比如，理論教學(xué)中強(qiáng)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的各種穩(wěn)定問題，梁的翼緣和腹板局部屈曲、梁的整體失穩(wěn)、柱的彎曲屈曲、柱子的扭轉(zhuǎn)屈曲等，而鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有關(guān)于鋼柱壓彎構(gòu)件試驗(yàn)的內(nèi)容，雖有鋼梁試驗(yàn)但被嚴(yán)格限制在非破壞條件下，沒有向?qū)W生展現(xiàn)梁的板件局部屈曲或整體屈曲。因此，大多數(shù)學(xué)生對(duì)梁(或柱)的失穩(wěn)概念往往一知半解，即使教師提供了失穩(wěn)動(dòng)畫或虛擬仿真等演示環(huán)節(jié)，學(xué)生也大多停留在表面認(rèn)知，無法徹底了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生失穩(wěn)的條件及工程設(shè)計(jì)時(shí)如何防止失穩(wěn)破壞，只能生搬硬套教材或規(guī)范給出的穩(wěn)定計(jì)算公式。

(四)實(shí)驗(yàn)設(shè)備落后

很多地方本科院校(尤其是21世紀(jì)初?？圃盒：喜⑸?jí)而來的本科院校)由于歷史原因和經(jīng)費(fèi)問題，其實(shí)驗(yàn)室設(shè)備往往比較落后和陳舊——有些甚至是20乃至30年前的，很少有能用于應(yīng)用技術(shù)研究和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的儀器。學(xué)生無法接觸新的設(shè)備和儀器，在學(xué)校學(xué)習(xí)過時(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器操作方法，畢業(yè)后無法和企業(yè)對(duì)接。這些落后時(shí)代發(fā)展的儀器設(shè)備也是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)置實(shí)用性差的原因之一。

二、鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

為滿足鋼結(jié)構(gòu)人才的社會(huì)需求，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，浙江工業(yè)大學(xué)在土木工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)教學(xué)改革方面進(jìn)行了一些嘗試，并取得了一定成果。

(一)教學(xué)方法

改變以往演示性實(shí)驗(yàn)為主的局面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性。比如：讓學(xué)生通過小組討論后設(shè)計(jì)加載位置、布置應(yīng)變片和位移計(jì)等。讓學(xué)生充分參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和教學(xué)全過程，保證學(xué)生學(xué)會(huì)并掌握必要的實(shí)驗(yàn)方法和基本技能。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師除了向?qū)W生講解當(dāng)前先進(jìn)儀器設(shè)備的功能、操作和測(cè)量方法外，更多的是引導(dǎo)學(xué)生自己查找資料并提出問題，通過師生互動(dòng)討論解決問題。比如：學(xué)生設(shè)計(jì)的位移計(jì)布置方式有沒有達(dá)到預(yù)期的目的，是否需要進(jìn)一步改進(jìn)等?？傊?，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立自主完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)注重鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生開展自主、開放、探究、合作式的學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立操作能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生和教師的相互交流基本上僅限于課堂，而借助微信、釘釘?shù)壬缃卉浖蓸?gòu)建課后師生互動(dòng)交流平臺(tái)，學(xué)生通過這些信息交流平臺(tái)向教師請(qǐng)教課堂上沒理解的問題。同時(shí)，教師通過觀察和分析社交平臺(tái)的信息反饋與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)、常見的疑惑、難懂知識(shí)點(diǎn)等，從而方便教師調(diào)整講解內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

(二)增加鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)類型

對(duì)比鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)(幾乎都是非破壞性試驗(yàn))，混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)(破壞性試驗(yàn))對(duì)強(qiáng)化理論教學(xué)效果的作用更為明顯，實(shí)驗(yàn)與教學(xué)環(huán)節(jié)密切結(jié)合，例如，適筋梁的試驗(yàn)破壞過程和課堂上的理論知識(shí)點(diǎn)形成對(duì)應(yīng)。鋼結(jié)構(gòu)破壞性試驗(yàn)很少的一個(gè)重要原因是早期鋼材價(jià)格高、試驗(yàn)成本相對(duì)較高。但進(jìn)入21世紀(jì)，尤其是2010年以來，中國鋼鐵產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的一半，鋼產(chǎn)能過剩，H型鋼等土木工程用鋼材的價(jià)格持續(xù)走低，鋼梁破壞性試驗(yàn)所需的經(jīng)費(fèi)已不是問題。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不應(yīng)再采用以前受限于鋼材價(jià)格而制定的鋼結(jié)構(gòu)非破壞試驗(yàn)，完全可考慮將鋼梁的受彎試驗(yàn)改成破壞性試驗(yàn)。同時(shí)，為調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，要求各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)課堂所學(xué)理論知識(shí)設(shè)計(jì)不同截面尺寸的H型鋼梁，不同小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)不同的破壞模式，如板件局部屈曲、構(gòu)件整體屈曲等。實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成后，各小組之間相互交流，如此能更好地讓學(xué)生全面理解整體失穩(wěn)、局部失穩(wěn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到強(qiáng)化課堂理論教學(xué)效果的作用。

此外，還可以用產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方法增加本科生參與破壞性試驗(yàn)的機(jī)會(huì)，比如，將學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心承接的科研項(xiàng)目作為實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的重要平臺(tái)。同時(shí)，還可以讓本科生參與實(shí)際工程研究項(xiàng)目的測(cè)試和分析，以及相關(guān)科研項(xiàng)目的研究工作。圖1為浙江工業(yè)大學(xué)土木工程專業(yè)本科生全程參與由學(xué)院鋼結(jié)構(gòu)研究所承接的鋼結(jié)構(gòu)加勁板軸壓穩(wěn)定性能研究項(xiàng)目。學(xué)生表示，通過參與這次實(shí)驗(yàn)(包括教師的現(xiàn)場(chǎng)解釋及與研究生的交流)，理解了鋼結(jié)構(gòu)理論課程中構(gòu)件穩(wěn)定性和屈曲模態(tài)等難懂的概念。通過鋼結(jié)構(gòu)破壞性試驗(yàn)，不僅獲得了理論課堂難以達(dá)到的教學(xué)效果，消除了學(xué)生的畏難心理，增加了學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)和測(cè)試的了解，并初步掌握了包括前期準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)、實(shí)施，以及數(shù)據(jù)分析處理方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和科研能力。

圖1 本科生參與的破壞性試驗(yàn)

除了破壞性試驗(yàn)，還要增加非破壞性試驗(yàn)。目前包括浙江工業(yè)大學(xué)在內(nèi)的大多地方高校，土木工程專業(yè)本科生的整體鋼結(jié)構(gòu)非破壞性試驗(yàn)只有角鋼屋架和單層門式剛架兩類，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生了解開展結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)所需要的各種儀器設(shè)備，學(xué)會(huì)荷載、應(yīng)變、位移等測(cè)量方法，以及數(shù)據(jù)采集方式和試驗(yàn)加載方式。通過整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，讓學(xué)生全面學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中應(yīng)用的加載裝置(加載系統(tǒng)和反力系統(tǒng))、測(cè)量和測(cè)試系統(tǒng)基本組成設(shè)備，以及加載方法、應(yīng)變和位移測(cè)點(diǎn)布置方法等內(nèi)容。此外，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)的課堂理論教學(xué)和課程設(shè)計(jì)實(shí)踐的效果，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。比如，通過測(cè)量屋架中某個(gè)桿件內(nèi)力的數(shù)值，將其與理論計(jì)算值對(duì)比；對(duì)比門式剛架柱頂側(cè)移的理論計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值，分析理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的差異。部分學(xué)習(xí)成績較好的學(xué)生可應(yīng)用有限元軟件建立模型，并將數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

圖2 本科生常見的兩類整體鋼結(jié)構(gòu)非破壞性試驗(yàn)

然而，鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系類型很多，除了門式剛架和桁架(屋架)外，工程中常見的還有網(wǎng)架、網(wǎng)殼、多高層鋼框架等。盡管教師在課堂理論教學(xué)中展示了各種工程圖片和照片，但教學(xué)效果并不理想。一個(gè)重要的原因是學(xué)生在平時(shí)生活中見到鋼結(jié)構(gòu)的工程案例較少(遠(yuǎn)少于混凝土結(jié)構(gòu))，但鋼結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造又比混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)學(xué)生空間想象力提出了更高的要求。鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)相對(duì)偏少，不像混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)有攪拌混凝土、支模、綁扎鋼筋、澆筑、養(yǎng)護(hù)等一個(gè)完整的模擬施工過程，鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏讓學(xué)生將構(gòu)件裝配成整體結(jié)構(gòu)這一施工過程。因此，當(dāng)前的鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程根本沒有讓學(xué)生體會(huì)到鋼結(jié)構(gòu)工程的最大特點(diǎn)——工廠加工制作配件和現(xiàn)場(chǎng)裝配。鋼結(jié)構(gòu)非常適合建筑工業(yè)化和裝配式，在全面推廣裝配式建筑的背景下，鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫切需要能讓學(xué)生將部件裝配成結(jié)構(gòu)再拆除的裝置系統(tǒng)。浙江工業(yè)大學(xué)即將引進(jìn)的由煙臺(tái)新天地試驗(yàn)技術(shù)有限公司開發(fā)的一種可重復(fù)拆裝的鋼桁架結(jié)構(gòu)就是這樣一套試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖3所示。通過裝配和拆解過程，讓學(xué)生更好地理解鋼結(jié)構(gòu)各構(gòu)件之間的連接構(gòu)造，達(dá)到一定的模擬現(xiàn)場(chǎng)裝配效果。

圖3 可拆卸和裝配的鋼桁架結(jié)構(gòu)試驗(yàn)系統(tǒng)

由于鋼結(jié)構(gòu)類型眾多，不可能也完全沒必要對(duì)各種結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)，完全可以通過虛擬仿真試驗(yàn)來加以補(bǔ)充，如鋼柱的彎曲屈曲和扭轉(zhuǎn)屈曲等。通過虛實(shí)結(jié)合強(qiáng)化鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，進(jìn)而獲得更好的理論教學(xué)效果和課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果，比如，學(xué)生在課程設(shè)計(jì)時(shí)能看懂教材附頁的鋼屋架施工圖，并運(yùn)用自己所學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖，而不是照葫蘆畫瓢。

(三)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程設(shè)計(jì)結(jié)合

浙江工業(yè)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)安排在第六學(xué)期結(jié)束后的暑假短學(xué)期，而與鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)主要安排在第六學(xué)期。浙江工業(yè)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為鋼屋架或一榀單層門式剛架，這兩類結(jié)構(gòu)正是工程結(jié)構(gòu)自主試驗(yàn)課程中鋼結(jié)構(gòu)部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容(安排在第六學(xué)期)。因此，可以考慮將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合，不僅能提高課程設(shè)計(jì)(專業(yè)課實(shí)踐環(huán)節(jié))的教學(xué)效果，而且能加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分內(nèi)容的理解。

(四)考評(píng)方式改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是考評(píng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。當(dāng)前，主要考評(píng)依據(jù)是學(xué)生撰寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，但這顯然無法反映學(xué)生的真實(shí)水平，也不夠準(zhǔn)確。因此，需要對(duì)考評(píng)方式進(jìn)行改革，考評(píng)不僅要看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，更應(yīng)加入對(duì)互動(dòng)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)?；?dòng)環(huán)節(jié)的考評(píng)可以通過答疑來實(shí)現(xiàn)，在答疑過程中考查學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)知識(shí)的實(shí)際掌握情況，給出評(píng)分，還可以在提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告后舉行小組答辯，教師及其他小組的學(xué)生在答辯中提出問題(如實(shí)測(cè)結(jié)果與理論值之間差異的原因)，根據(jù)答辯情況給出評(píng)分(小組內(nèi)各個(gè)成員獲得相同的評(píng)分)。小組答辯的互動(dòng)形式，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)理論概念的理解，培養(yǎng)了小組成員相互協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神。

(五)加快更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備和加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

設(shè)備儀器是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的載體，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力不可或缺的設(shè)施。先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備能讓學(xué)生更快地與社會(huì)接軌，也有助于繼續(xù)深造學(xué)生的科研能力培養(yǎng)。因此，學(xué)校應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況加大實(shí)驗(yàn)室的資金投入力度，購置新型儀器設(shè)備，替換陳舊、明顯落后時(shí)代發(fā)展的儀器設(shè)備，不能讓學(xué)生花費(fèi)時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)社會(huì)上已淘汰儀器的操作方法。此外，應(yīng)加大實(shí)驗(yàn)耗損材料(如破壞性試驗(yàn)所需鋼材等)的投入，讓更多學(xué)生親自動(dòng)手參與每個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解和掌握前沿技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供物質(zhì)保證。

提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量離不開教師隊(duì)伍建設(shè)。當(dāng)前，大多學(xué)校鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的專職教師人數(shù)少，且很多高水平教師不愿意從事本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。另外，很多教師因?yàn)檎n程繁重等原因而缺少外出培訓(xùn)，導(dǎo)致教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平難以提高，缺乏對(duì)新儀器設(shè)備的了解。這種情況下，顯然不利于培養(yǎng)高水平土木工程技術(shù)人員。鑒于此，學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)，增加專職實(shí)驗(yàn)課教師數(shù)量——專職招聘或部分教師轉(zhuǎn)崗聘用，并為實(shí)驗(yàn)課教師提供外出學(xué)習(xí)交流的機(jī)會(huì)。如有必要，可以聘請(qǐng)責(zé)任心強(qiáng)、相關(guān)業(yè)務(wù)能力強(qiáng)的專家對(duì)實(shí)驗(yàn)課教師進(jìn)行定期培訓(xùn)指導(dǎo)，提升其教學(xué)能力。通過引進(jìn)、轉(zhuǎn)崗、培訓(xùn)等管理機(jī)制，提高鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程教師隊(duì)伍水平，使其能及時(shí)掌握最新儀器設(shè)備的操作方法和技巧，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力。

三、結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的重要組成部分，不僅具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，而且起到了加強(qiáng)理論教學(xué)效果的作用。鋼結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程設(shè)計(jì)問題的能力起到重要作用。通過改革實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)生分析解決問題的能力，提高學(xué)生綜合應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，有助于實(shí)現(xiàn)“卓越工程師”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。