依靠科學(xué)的教育理念和方法提高鋼結(jié)構(gòu)課的本科教育水平

1、依靠科學(xué)的教育理念和方法提高鋼結(jié)構(gòu)課的本科教育水平摘要：針對鋼結(jié)構(gòu)本科教學(xué)，如何與時俱進(jìn)地提高教學(xué)水平，培養(yǎng)學(xué)生的思維方式和學(xué)習(xí)能力？本文從教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)手段出發(fā)，從注重啟發(fā)式教育；注重感性知識；注重實踐環(huán)節(jié)；注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力；注重多媒體教學(xué)手段；注重教學(xué)內(nèi)容的發(fā)展更新等各方面進(jìn)行了一些經(jīng)驗介紹和研討。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；教學(xué)；提高鋼結(jié)構(gòu)作為工業(yè)與民用建筑，交通，水工等結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用廣泛的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是我國高等院校中多個本科及研究生專業(yè)的必修課程。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，如何與時俱進(jìn)地提高這門課程的教學(xué)水平？如何培養(yǎng)學(xué)生穩(wěn)健靈活地掌握鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的思維方式和方法？如何提高學(xué)生的空間想象

2、力，研究開發(fā)能力以及創(chuàng)新能力？是值得高教戰(zhàn)線的教師學(xué)者研究和探討的。本文對此略作了一些經(jīng)驗性介紹，從教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)手段出發(fā)，就改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)課程的教育水平問題，展開了研討，以達(dá)拋磚引玉，共同提高之目的。鋼結(jié)構(gòu)課程中的基本理論和計算原則；整體結(jié)構(gòu)體系和分體系之間的力學(xué)關(guān)系；繁復(fù)的節(jié)點構(gòu)造；以及從破壞機(jī)理，試驗現(xiàn)象和工程經(jīng)驗所獲得的設(shè)計思想；都是本課程教學(xué)工作中的重點。這其中又有許多難點：如鋼結(jié)構(gòu)的整體失穩(wěn)與局部失穩(wěn)問題；空間桿件體系的超靜定分析；多跨工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)計算，等等。面對如此繁復(fù)的知識點，既要“灌輸型”地傳授知識（這是不可避免的，先“死去”才能“活來”，不能一味地見到“灌輸”二字便視為貶義詞

3、），又要鼓勵學(xué)生獨立思考、大膽質(zhì)疑，多方位、多角度地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。因此，我們從課堂和課外兩方面著手，采用了如下一些教學(xué)方法：1.注重啟發(fā)式教育：課程每一單元增設(shè)提問和答疑環(huán)節(jié)。即可由學(xué)生現(xiàn)場提問，也可由教師預(yù)設(shè)問題。預(yù)設(shè)問題本著“少而精”與“廣而新”的原則，既注重啟發(fā)培養(yǎng)學(xué)生分析問題的方式和解決問題的能力；同時，也注重及時將科學(xué)前沿和工程技術(shù)的最新發(fā)展引入教學(xué)，拓展學(xué)生的視野和增加其知識面。預(yù)設(shè)問題在形式上，可以活潑一些，不拘一格；甚至可以穿插一些歷史知識或現(xiàn)實事件，來提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。比如如下一題：德國雷馬根大橋在二戰(zhàn)中的失守，其價值被形容為“將該橋全部鋼鐵重量換成黃金才能比擬”；試從

4、超靜定鋼桁架結(jié)構(gòu)的抗震性能分析該橋為何在第一次起爆中屹立不倒？又比如下一題：911事件中世貿(mào)大廈的鋼結(jié)構(gòu)框架為何倒塌？沖擊和高溫誰是禍?zhǔn)?？如此等等，重在教師交流式地“教”，學(xué)生趣味性地“學(xué)”；引導(dǎo)學(xué)生通過探索進(jìn)行學(xué)習(xí)，既活躍了課堂氣氛，又調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了思考的能力。2.注重感性知識：空間想象力的訓(xùn)練和工程感性能力的培養(yǎng)，在整個鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)過程中，是非常重要的一環(huán)。我們發(fā)現(xiàn)：即使是城市里長大的學(xué)生，對真正的鋼結(jié)構(gòu)建筑，如重型工業(yè)廠房，化工管架等也都缺乏感性認(rèn)識，面對書本上，平面上的圖紙，常常建立不起空間概念。這就急需教研小組，針對教材上的節(jié)點詳圖，施工平面圖，補(bǔ)充增繪結(jié)構(gòu)立體圖，有條

5、件的最好還能制作模型圖，讓學(xué)生對比識圖，一目了然。教研室配備了完整的系列鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)模具，包括一整套空間網(wǎng)架模型和鋼屋架節(jié)點模型、鋼屋架支撐布置模型、鋼屋架和各種梁柱連接節(jié)點，常見柱腳節(jié)點，桁架連接節(jié)點等模型。顯著地增強(qiáng)了教學(xué)效果。3.注重實踐環(huán)節(jié)：加強(qiáng)教學(xué)實踐環(huán)節(jié)的開展和“走出去”的實踐訓(xùn)練，是非常重要的。我們結(jié)合所教課程內(nèi)容，要求學(xué)生參加12項小課題研究。此外還鼓勵一些學(xué)有余力的學(xué)生結(jié)合教師的科研、工程實際，分成小組，分工協(xié)作開展研究和承擔(dān)設(shè)計任務(wù)。為了在教學(xué)過程中能夠充分調(diào)動學(xué)生的積極性，引導(dǎo)學(xué)生由被動接受走向主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)工程實踐能力，我們還設(shè)計了不同類型、不同難度的多組課程設(shè)計題目，指

6、派能力強(qiáng)的學(xué)生為組長，規(guī)定學(xué)生利用課余時間完成。另外，組織學(xué)生到工地現(xiàn)場或?qū)嵙?xí)基地（如武漢神龍汽車重工業(yè)廠房實習(xí)基地，精工鋼構(gòu)集團(tuán)實習(xí)基地）參觀實習(xí)，組織富有實踐經(jīng)驗的專家現(xiàn)場講課；同時自己動手制作鋼結(jié)構(gòu)的施工、安裝錄像，使學(xué)生直觀地并總結(jié)性地了解復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)工程。在校內(nèi)試驗大廳，組織學(xué)生通過試驗掌握鋼構(gòu)件的試驗方法，包括試件設(shè)計、加載裝置設(shè)計、測點布置、試驗結(jié)果整理等方法，等等。通過試驗觀察不同截面軸心受壓柱的失穩(wěn)過程和失穩(wěn)模式，將理論極限承載力和實測承載力進(jìn)行對比，加深對計算公式的理解。4.注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力：引導(dǎo)學(xué)生帶著問題學(xué)是增強(qiáng)教學(xué)效果的一種有效手段，也是理論聯(lián)系實際的有效途徑。除

7、了在課堂教學(xué)中通過工程實際問題引出理論知識點，還設(shè)置了與課堂教學(xué)配套的綜合訓(xùn)練。作為課堂教學(xué)的輔助環(huán)節(jié)，支持學(xué)生參與“彎矩圖大賽”，“大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽”等活動。鼓勵能力強(qiáng)的學(xué)生采用虛擬模型實驗的方法；通過分析虛擬模型實驗中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，增加學(xué)生對抽象的彎矩作用平面、復(fù)雜的節(jié)點構(gòu)造等問題的理解，提高學(xué)生自行制作虛擬節(jié)點模型的動手能力。5.注重多媒體教學(xué)手段：考慮到鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)教學(xué)中普遍存在的內(nèi)容復(fù)雜、信息量少、平面講解不易為學(xué)生真正領(lǐng)會理解的現(xiàn)象，以教師自主開發(fā)研制的高水平多媒體課件和電子教案為核心，構(gòu)建了實習(xí)觀模（實物，模型或錄像）、多媒體課件等多位一體的教學(xué)平臺。根據(jù)課程特點，采用行之有效

8、的多媒體教學(xué)，通過文字、圖像（特別是錄像資料以及國內(nèi)外有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的實例資料）、動畫、視頻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如：我們制作的受壓構(gòu)件的“彎曲屈曲，彎扭屈曲，扭轉(zhuǎn)屈曲”的三維動畫視頻的演示，就真實生動地表現(xiàn)了三種屈曲的不同發(fā)生方式。而“普通螺栓和高強(qiáng)螺栓的破壞機(jī)理及其區(qū)別”的動畫演示，則直觀剖析了螺栓各種不同的破壞形式和產(chǎn)生原因，起到了良好的效果。同時，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，在網(wǎng)上收集和展示了大量工程實例。網(wǎng)上教學(xué)資源形式多樣、導(dǎo)航清晰、界面友好，便于安排網(wǎng)上適時答疑；符合鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)的內(nèi)容要求和對學(xué)生自學(xué)的引導(dǎo)。6.注重教學(xué)內(nèi)容的與時俱進(jìn)。作為本科生的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，鋼結(jié)構(gòu)課程的基本教學(xué)目標(biāo)始終是要為后續(xù)專業(yè)課打下一個深厚的基礎(chǔ)。但是隨著科學(xué)的發(fā)展和專業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，專業(yè)課對專業(yè)基礎(chǔ)課更新周期的要求愈來愈短，更新內(nèi)容的要求也愈來愈多，鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)方面表現(xiàn)得尤其突出。我們除保持了足夠的專業(yè)內(nèi)容以使本科生能熟練掌握基本構(gòu)件的計算外，還徹底理順了內(nèi)容的邏輯關(guān)系；不僅加強(qiáng)了傳統(tǒng)的重型廠房設(shè)計所需的基本理論，還增加了輕型門式剛架、網(wǎng)架和高層鋼結(jié)構(gòu)的一些基本設(shè)計理論。并將科技含量高的建筑鋼結(jié)構(gòu)最新工程技術(shù)成果及有價值的教學(xué)材料及時引入到課堂上。比如，用講座的形式介紹臺灣陳生金教授開發(fā)的切削式高韌性接合系耐震消能的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點接合法，將梁柱接頭之降伏區(qū)移離與柱交界面之焊接及螺栓