高职钢结构教学策略刍议

◆燕兰

自20世纪90年代，我国钢铁产量已连续多年保持世界第一，并且遥遥领先于其他国家。2009年，中国钢铁产量比排名第2～8位的日本、美国、俄罗斯、韩国、印度等国家的总和还多（表1）[1]。钢结构具有强度高、自重轻、塑性韧性好、物理力学性能可靠、抗震性能优良、施工周期短、造型优美等优点，且大部分钢材都能回收再利用，属于绿色环保建材。特别是近年来，钢结构在土木建筑领域中的应用日益广泛，我国新建的国家体育场“鸟巢”、国家游泳中心“水立方”、央视CCTV新台址、国家大剧院等均采用了钢结构。但是目前我国的建筑用钢总量约占全部钢产量的20%～25%，而工业发达的国家则占30%以上，如美国和日本，该项指标均已超过50%。由此可见，我国钢结构行业发展潜力巨大。这使得钢结构课程在建筑工程技术专业中的重要性不断增强，对高职钢结构课程的教学及人才培养也提出更高的要求。

表1 主要产钢国近年的粗钢产量（万吨）

1 高职钢结构课程现状及教学中存在的问题

钢结构作为建筑工程技术专业的一门重要课程，不仅涉及的理论知识多[2]，而且与工程实际结合紧密，大量的问题都是以具体、客观的各种形象存在的，如构件的变形、破坏、稳定性，连接的构造及失效形式，各种构造关系等。但是目前的授课方式普遍采用课堂理论推演的教学方式，偏重于对理论公式的推导，忽视了实践教学，学生在学习中没有机会接触到实际的钢结构建筑物，也不知道如何进行钢结构制作，教学效果较差。学生没有参观工厂，很难理解钢结构构件制作是怎么回事，以及残余应力产生原因。

钢结构课程内容中包含大量的公式，计算繁琐。由于缺乏适应教学需要的各种资料，且部分教师还不能很好地借助多媒体等先进教学手段，使得教学方法陈旧单一，课堂教学多为“板书+满堂灌”，教学中又缺乏必要的教学模型等，很难调动学生学习的热情，导致学生的学习积极性不高，学习效果较差[3]。

2 高职钢结构教学改革措施

高职高专人才培养的目标是培养企业一线需要的高技能应用型人才。因此，高职院校的钢结构教学应基于这一目标制定相应的教学方案，加强理论和实践的联系，采用先进的教学方法和手段，提高教学水平以满足行业需要。

2.1 钢结构教学要注重学科知识内在的联系

图1 传统教材内容

目前高职院校的钢结构教材大多数是按图1所示的内容进行讲解，并对基本构件的强度、刚度、整体稳定性和局部稳定性逐一讲解，但是这种讲述方法不利于建立各种构件之间的区别和联系，缺乏学科知识的横向联系。因此，针对这部分内容，首先结合工程实际说明各种构件的实际应用，接着可以按强度、刚度、稳定性分别论述各种构件的求解方法。

如对于实腹式构件，轴心受压构件的强度计算公式为：

受弯构件（单向受弯）的强度计算公式为：

压弯构件的强度计算公式为：

由公式（1）～（3）不难看出，实腹式压弯构件承受的荷载可分为两部分，一部分用于抵抗轴向压力N，另一部分用于抵抗弯矩M。因此，从数值上看，公式（3）是公式（1）和（2）的迭加。对于3种构件的整体稳定性计算也有类似的结论。这样通过知识的横向联系，省去了复杂的公式推导，特别是简化了拉弯和压弯构件的计算，更便于学生理解，使学生有一个比较清晰的思路，

2.2 钢结构教学要加强多媒体教学，注重增加工程实例分析

近年来，钢结构建筑如雨后春笋迅速发展起来，企业需要大量具备钢结构设计和施工能力的技术人员。首要的是要求学生会组织钢构件加工制作，会组织钢结构工程的施工安装。由于钢结构本身构造比较复杂，节点连接也很复杂，对学生的空间思维能力要求较高，所以钢结构的教学必须革新教学方法，针对不同的教学内容实施不同的教学方法。如在讲绪论时，可采用多媒体教学，给学生观看世界著名的高层钢结构建筑（如多伦多电视塔、上海环球金融中心、埃菲尔铁塔等），激起学生对钢结构甚至对建筑专业的热爱；在讲完钢结构连接的基本内容后，可让学生观看央视新台址的施工录像，特别是对悬臂部分的处理，可增加分组讨论，增强学生的理解力；可通过动画模拟把轴心受力构件的三种失稳破坏形式（弯曲失稳、扭转失稳和弯扭失稳）直观地展现到学生面前。

这样在教学中通过穿插工程实例、工程照片和动画，不仅开阔学生的视野，弥补现场教学不足的缺陷，而且把理论知识和实践有机地结合起来，使课堂教学更加生动，提高学生的学习兴趣。

此外，应大力开发网络教学系统，拓展教学资源。一方面，教师也可以与学生在线互动交流答疑，进行网上作业批改；另一方面对于课堂上没有掌握的知识，学生可以通过重复观看网络教学录像来温故知新。

2.3 钢结构教学要注重将经典案例引入课堂教学，加深对知识点的理解

钢结构课程涉及的内容广泛，知识点也比较多[4-5]。钢结构的综合性和实践性也决定了它的教学不同于一般理科的教学。要使学生明白工程设计和施工的科学性、严肃性，以及培养学生良好的安全意识、工程方法，在课堂教学中引入经典案例分析不失为一个行之有效的方法。特别是对于一些较重要的知识点，在结合工程破坏实例讲解后，往往能达到事半功倍的效果。

例如，在讲解钢材脆性破坏的危害性时，可引用1989年1月22日内蒙古某糖厂废糖蜜钢贮罐在气温-11.9 ℃发生断裂的事故：破坏突然发生，整个罐体炸裂为五大部分，其冲击力将相距4 m处的6.5 m×6.5 m两层废蜜罐泵房夷为平地，楼板等被推出原址21.4 m。在讲解构件由于强度刚度不足导致失稳破坏时，可引用美国跨度853 m的Tacoma大桥于1940年11月7日在大约19 m/s的风速（相当于8级风）下发生剧烈的振动而垮塌。

这样，将经典破坏实例引入教学，不但能丰富课堂的教学形式、提高学习兴趣，而且能加深学生对知识点的理解，加强学生的安全和责任意识，教育学生树立良好的职业道德和职业修养。事实上，导致一个建筑物破坏的因素是复杂的，各种各样的工程破坏实例从反面给人以严谨的科学态度的教育，对未出校门的大学生来说是宝贵的、生动的一课，将使他们终生难忘，对于这些未来的工程技术人员的综合素质培养定有益处。

2.4 钢结构教学要加强实践教学，充分发挥学生的主体作用

实践教学在钢结构教学中占有重要地位，通过实践教学培养学生实际动手能力、分析问题和解决问题的能力，达到理论联系实际的教学目的。教师可将钢结构的教学引入施工现场，带学生去钢结构生产企业参观钢结构生产工艺及生产流水过程，也可以带学生就近参观一些具有代表性的钢结构工程，观察钢结构安装过程等，以此促进钢结构知识的学习。同时聘请有能力的企业技术人员担任现场指导教师，使“教”“学”“做”融为一体，从而激发学生学习的兴趣，进而加深对理论知识的理解。

此外要充分发挥学生的主体作用。学生是教学活动的主体，没有学生的积极参与，就没有良好的学习氛围和教学效果。高职生普遍存在力学基础较差、空间想象力较差的问题，因此一些和力学课程连接紧密的知识点，如对受弯构件、拉弯和压弯构件的稳定性验算，螺栓群的受力计算等问题，就不易掌握。美国著名心理学家布鲁纳说：“学习者不应是信息的被动接受者，而应该是知识获取过程中的主动参与者。”因此在课堂教学时，教师应留出时间给学生思考，并走下讲台积极和学生进行双向互动交流。同时，还可以通过开展课堂提问与答评，放手让学生自主探究，创设自主学习气氛，引导学生积极思考问题，主动参与教学活动。这就要求教师必须精心设计、精心组织课堂结构，引导学生围绕教学目标积极主动地进行思维和实践。只有这样，才能使学生具有更多的创新意识和独立思考的能力，才能更好地培养企业所需要的高技能综合型应用型人才。

3 结束语

随着钢结构在建筑工程领域重要性的不断增强，急需大批具备钢结构设计和施工能力的高技术人才，对钢结构课程的教学提出更高的要求。在今后的教学改革中，应加强对钢结构教学内容的优化整合，积极采用先进、灵活的现代化教学方法和手段，并不断加强实践教学。教师应该把握教育活动的规律，明确培养目标，通过多种方式做好学生的教育和培养工作，培养更多复合社会需要的优秀专业技术人才。

[1]潘贻芳,路林兴.国内外钢铁工业国际竞争力分析比较[J].天津冶金,2011(1)：1-8.

[2]张磊,李忠学,赵伟.面向土木工程创新设计实验班的钢结构教学改革构想[J].高等建筑教育,2009(2)：110-113.

[3]付涛,严钧.虚拟模型实验在钢结构教学中的应用[J].高等建筑教育,2006(4)：93-96.

[4]张耀春.钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社,2004.

[5]夏志斌,姚谏.钢结构：原理与设计[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.