桥梁与渡河工程钢结构设计原理教学改革探讨

马磊

摘 要 文章分析桥梁与渡河工程专业学生在学习钢结构设计原理课程中存在的问题，从教学内容、教学方法和考核方式三个方面入手，提出紧紧围绕桥梁专业用钢结构构件的设计原理进行讲解，以幻灯片或视频、板书、习题课、现场参观、理论教学与课程设计同步等方法进行教学，考卷中可能涉及到的公式全部给出或“半开卷”方式进行考核等教学改革方案。

关键词 钢结构设计原理 桥梁与渡河工程 教学改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.02.048

随着钢桥和组合结构桥梁建设的不断增加，设计和施工单位急需大批熟练掌握桥梁钢结构设计和施工知识的专业人才。由于过去桥梁与渡河工程专业的本科阶段钢结构教学内容及教材侧重点与工业民用建筑专业无异，刚毕业的桥梁与渡河工程专业的大学生很难适应桥梁钢结构方面的工作，导致桥梁钢结构专业人才短缺、质量不高。一方面，钢桥和组合结构桥梁有着巨大的发展潜力和市场需求，另一方面，桥梁与渡河工程专业钢结构人才短缺，二者的矛盾造成了该领域就业空间广阔，并且在今后一个相当长的时期内该空间还将不断扩展。①为了满足社会对钢桥和组合结构桥梁人才的需求，我校桥梁与渡河工程专业“钢结构设计原理”课程在教学内容、教学方法及考核方式方面也在不断进行改革。

1 教学内容

1.1 教材

目前，国内已有的《钢结构设计原理》教材，大多基于《钢结构设计规范》（GB50017-2003）②编写，适合工业民用建筑专业的本科生进行学习。涉及公路桥涵、铁路桥梁的钢结构设计规范的《钢结构设计原理》教材极少，以至于桥梁与渡河工程专业的学生学习此类③④教材后，无法直接应用于钢桥和组合结构桥梁的钢结构构造与结构设计中。针对上述问题，我校桥梁与渡河工程专业“钢结构设计原理”课程，选用东南大学叶见曙教授编写的“结构设计原理”⑤第三版第四篇——钢结构。该书结合我国公路桥涵钢结构及木结构设计规范、钢-混凝土组合桥梁设计规范进行编写，较好地解决了教材脱离规范的问题。此外，结合钢桥、组合结构桥梁参考书籍，在授课过程中紧紧围绕桥梁专业用钢结构构件的设计原理进行讲解，使学生工作后，能够做到学以致用，更快适应工作。

1.2 侧重点

桥梁与渡河工程专业学生在进行“钢结构设计原理”课程的学习之前，材料力学、结构力学、建筑材料等专业基础课都已经进行了系统的学习。在“钢结构设计原理”课程的教学过程中，涉及到这部分的内容适当从简讲授，而增加更多针对桥梁钢结构的内容。例如在材料性能方面，将讲解的重点放在桥梁钢结构用钢材、高强钢绞线、桥梁钢结构用新材料如耐候钢、耐高温钢材等材料的性能方面，让学生了解现有桥梁用钢的现状及未来的发展趋势；结合这些材料在实际工程中的应用图片，提高学生的学习兴趣；在桥梁钢结构应用中，适当介绍索设计的内容，例如钢梁桥中的体外预应力索、斜拉桥中的拉索、悬索桥中的缆索等，以有助于学生学习后续的钢桥和组合结构桥梁课程，列出主要的参考文献，供学生在课余时间有选择地学习；桥梁钢结构尤其是铁路桥，由于受到动荷载的影响，钢结构焊接的疲劳问题不容忽视，在桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程中必须补充疲劳设计的相应内容。为拓展学生的就业面，在课程讲授过程中适当增加工业民用建筑用钢结构设计原理的知识，对其所用规范进行介绍，拓宽学生的知识面。

2 教学方法

桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程教学，应该既注重基本知识的传授，同时不断启发学生，调动他们学习的积极性和主观能动性，逐步培养出发现问题、思考问题、分析问题、最终解决问题的能力。通过对这种学习方法的传授，使学生既能掌握书本知识，又能不断创新进取，极大提高学生的学习积极性。

2.1 理论教学

针对学生对图片或视频信息的兴趣浓厚，对单纯的数字或者文字兴味索然的现实情况，对抽象的理论问题，用动画或搜集实际工程中的图片，以幻灯片或视频形式播放给学生，让学生以娱乐的方式掌握知识。例如，钢结构的连接和破坏问题，每一项钢结构的破坏或失稳现象都通过图片展现，引导学生思考这些现象背后的机理问题，诱发学生的兴趣，从而引出该节课程教授的重点，改善课堂教学的效果；同时，图片或视频的应用，还能加深学生对基本知识与基本原理的感性认识。

但对于计算原理和公式，一定要用板书演示其推导过程，让学生的思路紧随教师的演示，充分利用课堂时间，消化计算原理，提高教学效率。在计算理论讲解完成后，结合工程应用，介绍实际桥梁钢结构的细部处理及节点构造措施，让学生做到理论与实际相结合，掌握工程中处理具体问题的方法。

采用习题课、讨论课的方式，对学生作业过程中存在的问题进行深入剖析，点评解题过程中的易错点和答题错误的原因。在讲解和讨论的过程中，帮助学生理清解题思路，规范解题步骤，总结解题技巧，提高答题的正确率，同时培养学生严谨、认真、细致的工作作风。

2.2 现场教学

在桥梁与渡河工程专业的钢结构设计原理课程讲授过程中，多媒体、板书等多种手段是课堂教学的主要方法，但对于钢结构设计原理课程来说，仅有课堂教学是远远不够的。因为尽管有多媒体作为教学工具，但毕竟还是图片或短暂影片，学生难以形成一个完整的钢结构的概念，对钢结构的感性认识依旧不够具体深刻。在钢结构设计原理课程的理论教学学习期间或结束后，充分利用学校周围已建或在建钢桥与组合结构桥梁，进行现场参观、学习，便于理论知识与实际应用“接轨”，有选择性地带学生深入施工现场，进行教学实践很有必要。在进入现场之前，负责钢结构设计原理课程的教师，需要事先向学生讲解工地现场实践中所涉及的系统知识。安排好班级分组与带队教师，特别强调实习过程中的安全问题与组织纪律问题。在施工现场，让学生进一步认识真实的螺栓、焊缝、纵向和横向的加劲肋，辨别现实构件中的受拉构件、受压构件、受弯构件或压弯构件、拉弯构件，观察构件的现场连接拼装。请施工单位负责人讲解施工现场钢结构的基本概况，采用的施工方法，施工组织设计，施工质量控制要点，安全保障措施，施工过程中遇到的各种困难，出现的问题及解决的方案等。现场教学过程中，提醒学生注意观察，认真聆听讲解，将书本上的图纸和现场的实体结构充分比对，加深对书本知识的理解。同时，结合工程技术人员的讲解，学习工程中处理具体问题的方法，真正达到现场教学的目的。

2.3 实践教学

实践教学分为实验教学和课程设计两部分。学生在钢结构设计原理课程学习过程中，如果对某个问题有进一步研究的兴趣，可以通过参与大学生创新实验项目，提出自己的研究课题。设计实验方案，动手制作钢结构实验模型，通过实验结果验证自己的想法或发现自己提出的方案的不足，激发学生的创新热情，培养学生的动手能力，同时也可为今后的学习和工作提供宝贵的经验。课程设计，有助于帮助学生系统地应用理论课程学习到的知识，做到学以致用。但以往的课程设计都是在理论课讲授完毕后进行，设计效果不佳。为了改善课程设计效果，打破理论教学与课程设计的严格界限，将理论教学与课程设计同步进行。⑥在钢结构设计原理课程开始上课之时，就给定课程设计题目，随着授课进度的深入，让学生以长期大作业的方式分步骤完成。这样，在理论授课过程中，学生随时可以针对课程设计的内容进行提问，并能得到及时解答，课程设计周学生只需整理计算书、绘制图纸。这样，学生有充足的时间掌握钢结构设计原理的各项设计环节内容，遇到问题能够及时得到解决。

3 考核方式

在对钢结构设计原理课程的教学成果进行考核时，如果仅仅通过期中、期末的考试结果来评价学生的学习情况，显然将会是不全面的，也是不准确的。在钢结构设计原理的教学过程中，采用多种考核形式，例如随堂测验，课堂提问，组织学生进行小组讨论或者针对钢结构设计中存在的某一问题，让学生提交研究报告等方式进行考核。对学生的日常测验，也可以采用口试和笔试相结合的形式，或者把一次测验拆分为多次小的测验，这将有助于更加全面地评价学生的学习情况，降低一次考试所带来的偶然性。传统的考试方法大多偏重对知识的记忆，形式单一，难以客观、全面地评价教学效果，也难以调动学生自主学习的积极性。桥梁与渡河工程的钢结构设计原理课程考试，借鉴国家一级注册结构工程师的考试模式，在考卷中，可能涉及到的全部公式均给出，避免学生死记硬背。此外，可考虑“半开卷”考试，允许学生将自己认为重要的内容事先书写在一张A4纸上，考试时允许查看，考后随试卷上交。这样，学生对自己认为的重点进行总结，通过总结内容的实用性，可反映学生对课程重点的把控。

4 结语

针对桥梁与渡河工程专业学生钢结构设计原理课程学习中存在的问题，从教学内容、教学方法和考核方式三个方面，提出了一系列的改革措施。

（1）选用《结构设计原理》教材，并结合钢桥和组合结构桥梁相关参考书籍，已学过的内容适当从简讲授，紧紧围绕桥梁专业用钢结构构件的设计原理进行讲解。（2）对抽象的理论问题，用动画或搜集实际工程中的图片，以幻灯片或视频形式进行播放；但对于计算原理和公式，一定用板书演示推导过程；采用习题课、讨论课的方式，点评解题过程中的易错点，总结解题技巧。（3）在理论课学习期间，充分利用学校周围已建或在建钢与组合结构桥梁，进行现场参观、学习。（4）理论教学与课程设计同步进行，进行大学生创新实验。（5）考核中，借鉴国家一级注册结构工程师的考试模式，给出考卷中可能涉及到的全部公式；也可考虑“半开卷”考试。

注释

① 苏庆田，吴冲.钢与组合结构桥梁课程教学改革探讨[J].高等建筑教育，2013.22（4）：37-40.

② 钢结构设计规范[S].GB50017-2003.

③ 陈绍蕃.钢结构[M].北京：中国建筑出版社，2003.

④ 彭伟.钢结构设计原理[M].成都：西南交通大学出版社，2004.

⑤ 叶见曙.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2014.

⑥ 刘玉擎，辛灏辉.钢与组合结构桥梁课程设计的教学实践[J].教育教学论坛，2013.10：241-242.