融入实践教学的钢结构课程教学设计

黄玲

摘 要 钢结构课程是土木工程重要的专业基础课程。针对传统教学中存在的问题，在当就前创新创业大背景下，优化教学方案，丰富教学内容，并针对性研究了如何将理论教学与实践教学进行有机结合，实践证明，教学改革能明显加强学生理论基础和工程实践能力，提高人才培养质量。

关键词 创新创业 钢結构课程 教学研究

中图分类号：G642.3文献标识码：A

现阶段，钢结构广泛应用于高层及大跨度结构，装配式建筑的大力推广及建筑产业化的发展也对钢结构人才质量提出了更高要求。钢结构是土木工程本科阶段重要的专业课程，是学生今后从事钢结构设计和施工的重要理论基础和实践来源。历来在钢结构课程的理论教学中，学生都感觉钢结构课程难度大，主要体现在力学基础不够扎实，结构空间概念模糊，对关键概念（如整体稳定、局部稳定等）掌握不牢等问题上。钢结构课程设计中，学生大多识图作图能力较差，工程意识薄弱。这些是很多高校本科钢结构教学中普遍存在的问题。钢结构课程组以将学生培养成具备扎实理论基础，较强工程实践能力，具有开阔视野的创新型工程人才为目标，进行课程改革。为便于学生对知识的吸收，着力研究如何在教学过程中将理论教学与实践教学有机融合，优化教学方案，丰富教学内容，从而提升人才培养质量。

1完善理论教学，重点抓好课程立足点

扎实的理论基础是提高学生创新意识的前提。理论教学遵循以基本理论为基础，兼顾规范规程，紧跟行业发展前沿。钢结构课程上、下两册概括起来就是设计理论和结构设计。钢结构设计理论主要包括钢材的选择、构件的连接、构件的强度和稳定。钢结构设计包括的结构类型有轻钢结构、重型工业厂房、多高层建筑结构、网架结构等，既牵涉钢结构设计理论，又有钢结构节点及构造，还涉及结构体型选择、结构抗震等相关知识。面对课程内容多，知识点学科交叉广的特点，教学中应理清思路，抓好课程立足点。首先在课程内容上，摒弃传统按部就班的教学顺序及教学方法，以面向工程为导向，打通原理和设计教学内容，将下册部分工程设计内容融入原理教学中，精心编排和优化课程教学内容，紧扣课程重点，讲透疑点难点，立足培养学生面向工程的思维习惯。原理部分每一章的讲解，都以一典型工程案例开始，步步引导学生探寻解决方案，在解决问题中引入原理，探寻问题背后的理论知识点。以第二章钢结构材料为例，给出一实际工程为例，让学生扮演工程师角色，讲清实际工程中工程师如何考虑选材，引导学生积极思考，和学生共同分析总结选材因素，继而引导学生探寻材料性质。在讲述钢结构材料性质时，以选材不合理导致的工程事故贯穿讲解，可进一步巩固学生对钢结构材料性质的理解与把握。在整个教学过程中，教师负责组织编排教学思路，引领学生分析问题，把解决问题和归纳总结交由学生完成。结构构件的设计是钢结构设计理论部分的重点和难点，包括轴心受力构件、受弯构件、拉弯和压弯构件的强度、刚度、稳定的计算。这部分内容理论性强，且较为抽象。在讲解这部分内容时，横向将钢结构构件设计与混凝土结构构件设计比较讲解，纵向与材料力学内容前后贯通，让学生对结构构件的设计形成完整清晰的分析设计思路。钢结构稳定理论是钢结构、大跨度空间结构的理论基础，是钢结构设计理论的核心内容，也是钢结构课程的重点和难点，对学生的力学及空间想象能力有较高的要求。针对钢结构稳定问题较抽象的特点，从钢结构失稳的工程案例出发，首先增加学生的感性认识，钢结构工程失稳事故案例的展现让学生充分认识到稳定问题可能会出现在各种钢结构形式中，是导致钢结构工程事故的重要因素。以1907年加拿大魁北克大桥突然倒塌为案例分析，破坏是悬臂的受压下弦失稳造成，角钢缀条截面过小是事故的主因，该桥1916年重建时，又因为施工问题再次倒塌，这是一例失稳破坏的典型案例。围绕此案例，课堂上讲解结构稳定的基本方法，利用板书推导相关公式，同时通过图片、视频立体化“稳定”的概念，让学生牢固掌握结构稳定知识，提高学生处理工程实际问题的能力。

钢结构课程开设在第六学期，学生专业基础课程基本已经开设完毕，在钢结构教学过程中，结合学生在力学及结构工程知识的短板，将钢结构课程设计中从荷载的计算，内力的分析，结构的选型等方面知识点通过例题或案例分散至构件设计的理论教中去，一方面加强学生力学及工程概念，更重要的是有意识培养学生的工程思维。

钢结构课程教学中除了为学生奠定扎实的理论基础，还应使学生具有开阔的眼界和对学科前沿的及时把握。因此在理论教学上，引导学生涉猎绿色装配式钢结构建筑体系现状及发展趋势、装配式钢结构建筑的设计实施过程及与传统建筑的区别、工业化装配式住宅产业化等关键热点问题，将这些学科前沿新知识、新技术引入教学内容，可极大激发学生学习热情，但由于课时关系，这部分内容采用的方法是教师课堂引导，课后由学生主动探寻、分组讨论，最后由表现优秀的学生将讨论结果与大家共同分享，取得了较好的教学效果。

2建立工程事故案例教学库，为学生搭建理论与实践的桥梁

案例教学法是钢结构课程的重要教学方法，对教师的理论实践水平都有更高要求。从材料到构件直至结构，工程案例的选取是否得当关系到课程培养目标和教学意图的实现。教师选择的案例教学库应符合教学主旨，并将经典工程案例生动引领学生。通过学生的参与分析与讨论，有利于学生对基本概念、基本理论的深刻理解，同时为学生将理论与实践联系起来搭建桥梁，可极大提高学生分析问题，解决问题的能力，和创新创业教育理念很好契合。例如： 材料破坏案例，钢结构疲劳破坏案例，结构稳定案例应形像生动，直观，让学生通过案例与所学知识点建立联系，搭建起理论与实践联系的桥梁，极大调动了学生学习的积极性。据统计，钢结构事故按表现形式整体倒塌占48.6%，变形事故占17.4%，脆性断裂事故占14.7%，在设计阶段结构计算错误占26.4%，结构荷载和受力情况不足占22.6%，使用阶段钢结构事故占62.3%，安装阶段占34.9%。以此为依据，可以明确事故教学重点及主要教学目标。以编排的某钢屋架失去稳定为例，厂房中工人正在浇注铁水，突然有一根屋架上弦支撑的圆钢掉落，接着屋架下弦严重下垂。半小时后整个屋盖三铰拱式轻钢屋架全部倒塌。事故原因包括屋架选型不当，屋架上弦斜梁不满足整体稳定性要求，屋架斜梁上、下弦杆强度不足，在施工和使用中超载等问题。此案例中涉及了结构构件的强度、刚度、整体稳定及钢结构施工等多方面的问题，切入性较好，符合教学目标。案例分析最后应有更高立意，应总结结构构件稳定关键问题，强调在结构的整体布置时必须考虑整个体系及其组成部分的稳定性要求，计算简图应与实际受力情况相符，尤其要有强节点的概念。明确强度问题通常采用一阶分析，稳定问题原则上应采用二阶分析，叠加原理不适用于稳定等关键问题，课程实现从理论到实践，再到提升理论的升华。课程组准备了相关事故案例，让学生课后进一步近距离接触工程实例，强化结构稳定的概念，同时还辅以钢结构安装坍塌事故案例，总结事故经验并进行安全技术分析，给大部分今后从事结构施工的同学给以安全警示，培养学生对结构工程的责任感及敬畏之心。