桥梁工程专业钢结构课程教学探讨

韩科营

摘要：高校是专业人才培养的第一站，其培养质量直接影响专业人才的服务效率、价值及再成长。然而，目前国内的钢结构教材主要偏重于建筑结构，其中的示例、算例集中在建筑结构构件，内容也主要集中在杆系结构。与结构工程专业相比，桥梁工程专业钢结构的授课内容具有特殊性，应结合钢桥结构构件、钢桥设计规范及钢结构基本设计计算原理进行讲解。将钢结构和钢桥内容进行了有机结合。另外，桥梁结构中除了常用的桁架、框架等杆系结构外，大断面箱梁、扁平箱梁等也是常用的结构形式之一，但目前的钢结构课程较少提及。

关键词：桥梁工程专业;钢结构;课程教学;探讨

引言

当代大学生绝大部分为独生子女，崇尚自由，学习状态懒散，不少学生甚至认为在大学是自由地学习，没有中考高考压力，缺乏对学习重要性的认识，缺乏学习兴趣，不愿主动学习，那么延续传统教学模式会导致教学效果不佳，难以完成教学目标。

一、桥梁工程专业钢结构课程教学现状

“钢结构设计原理”课程经历了从传统的黑板板书到多媒体教学，在教学方式方法上取得了一定进展。而这种黑板板书和多媒体课件相结合的教学方式，对于“钢结构设计原理”课程而言，很难激发学生的学习兴趣，如今课堂教学中理论教学在教学内容中占很高比例，学生被动地接受理论知识，导致教学效率较低。如果学生不能将理论知识运用于解决工程实际问题，不知学为何用，则失去了教学意义。但目前大部分学生无法在短时间内，完全理解理论与实践相结合的知识。仅利用有限的课堂讲授时间，难以让学生对理论知识进行消化及歸纳总结，难以将学到的知识形成完整的知识体系，导致理论联系实际的能力较差，不能在实际工程中灵活运用。

二、科研成果转化为教学资源的必要性

科研与教学是密不可分的，而且都是为高校培养人才服务的。高校作为培养人才的主阵地，更要激励、引导教师教书育人，注重知识的转移及扩散，及时将科研成果转化为教学资源，提高高校人才培养质量。“钢结构设计原理”课程要求培养学生的实践能力以满足钢结构行业的实际需要，提高学生解决实际问题的能力。近几年来，钢结构单位对于学生学以致用能力的要求越来越高，这就要求“钢结构设计原理”课程教学更注重理论与实践相结合。因此，将教师科研成果转化为教学资源是最好的解决途径。

三、桥梁工程专业钢结构课程教学策略

（一）不同方向钢结构内容整合

结合钢结构的先修课程材料力学、结构力学，相关课程结构设计原理及后续课程桥梁工程的内容章节，本课程在基本理论部分仍采用按构件受力类型进行讲解，考虑到桥梁工程结构的荷载形式及使用环境，在材料性能部分对比桥梁工程及建筑工程对钢材的性能要求，加强疲劳破坏和验算的相关内容，在基本理论内容讲解部分，紧密结合《钢结构设计标准》《公路钢结构桥梁设计规范》《铁路桥梁钢结构设计规范》、三个规范，对比不同受力构件在不同规范中的规定。比如，在讲解主平面内受弯的实腹式受弯构件强度验算时，同时展示三个规范中的相关内容。

（二）有限单元法在教学中的应用

对于初级有限元软件的用户而言，需要掌握的基本概念包括：单元、节点、边界条件、材料属性。其中，边界条件和材料属性，在专业基础课中已有讲授，因此只需要学生了解单元和节点的概念。通俗地讲，有限元分析的过程就是利用节点位移求取单元内部应变，结合材料属性，形成刚度矩阵，计算节点反力，最终求解平衡方。在授课过程中，可以举弹簧为例讲解上述求解过程。而插值函数的选取、内部变形场的计算、应变能数值积分等概念和方法，可以简略，并不影响学生对于基本概念的理解。借助有限元仿真分析的方法，可以让学生更加直观地理解相关概念和理论公式，激发学生自主学习高等理论知识的兴趣。本文讨论了相关的教学方式和教学的侧重点，并给出了教材中部分重点难点问题的有限元建模方法，可供教师参考。作者认为，向本科生介绍高等理论时，要做到概念清晰准确，定性重于定量，以启发为主，鼓励实践应用，使得学生在不超过能力范围的前提下，能够了解正确的基本概念和原理，为后续升学深造或参加工作打下一定基础，给社会培养适应现代信息化生产技术的人才。

（三）将思政元素融入专业课程中

一般情况下，理工科课程与机器、方程式为伴，偏向呆板、冰冷、机械，课程缺乏家国情怀、人文精神、仁爱之心等思政元素。问卷调查也表明，只有27.27%的理工生能正确回答《辛丑条约》的签订时间，远低于文科生。在钢结构工程施工课堂上，我们将思政元素有效穿插在整个课堂的教学活动，要求学生在绘图、标注上注重细节，一丝不苟，做到精益求精;在讲解“梁柱连接节点”时，结合国内外企业对节点处理方式的不同，引导学生树立诚实守信、严谨负责的职业道德观，例如钢结构连接这部分教学内容，通过联想法，联想榫卯连接，思政案例中可融入中国匠人智慧，并通过对比螺栓连接、焊缝连接等其他连接形式，既掌握了知识目标，又通过自然而然的巧妙融入，让学生感受我国古代劳动人民的巧手慧心，树立五千年文明史自豪感，坚定文化自信。又如著名的钢结构工程工匠名师专家的生平事迹、精神品质完全可以拿来作为引领学生树立正确工科伦理价值的榜样，老师在这方面就有意识地对学生进行很好的引领和指导。

（四）理论与实践想结合

通过在课堂引入最新的科学研究成果，使学生更加深刻地掌握课本上的知识模块，活学活用，培养其创新思维和主动探索的能力，具体分为以下几方面：其一，通过课本设计基本原理、基本知识与研究前沿的结合，掌握土木工程专业所需要的钢结构专业知识，能够清楚认识建立复杂连接节点计算模型（包括数学和力学模型）的基本前提或基本假定，并理解其局限性。其二，通过课本设计基本原理的学习，通过研究方法的拓展，将基本原理知识拓展到科学研究前沿，建立与各个知识模块对应的科研成果库。从而培养学生科学思维的建立，养成针对实际问题进行思考的习惯，提高解决实际问题的能力，为将来工作奠定基础。其三，通过系列科学研究成果的学习，达到对基本设计原理知识的升华，去芜存精，降低学生学习负担，提高学生学习效率，达到对知识的理解而非靠识记去应付考试。其四，通过系列科学研究成果的学习，使学生彻底掌握钢结构连接（包括螺栓连接、焊接）、钢构件整体稳定和局部稳定知识模块，掌握“钢结构设计原理”课程的精髓。

结束语

根据目前钢结构教材现状及桥梁工程专业钢结构发展趋势，目前钢结构教学内容显然对桥梁工程专业针对性不强，因此，应对桥梁工程专业钢结构内容予以完善，具体如下：（1）对于桥梁工程专业钢结构教学内容予以补充，增加桥梁钢结构标准（规范）、钢结构桥梁构造和工程算例等内容。（2）确定课堂教学中钢结构理论（包括构造）与实践的关系，合理确定各部分教学方式。（3）考虑不同层次学生需求，适当考虑部分学生对高阶内容的需求。

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