基于三維視圖的鋼結構課堂教學探討

包恩和 張敏 孫凌云

摘要：隨著現代會進程的發展，都市高層建筑越來越多，也越建越高；同時，煉鋼技術的優化、鋼材在建筑行業的大量使用，使得社會對鋼結構人才的需求增加；現有鋼結構課程的教學更多地是將課堂時間花在公式的推導和計算案例的講解上，學生學習的效果并不理想；如果把三維視圖的概念融入到鋼結構知識的講解中，將是一個有益的嘗試。

關鍵詞：鋼結構；三維視圖；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0161-02

課堂教學是鋼結構教學中的一個重要環節，而傳統課堂教學主要依靠教師粉筆板書授課，學生帶著書本和筆記錄教師所授重點；基于鋼結構知識點的抽象性，需要學生心中對所涉及內容的空間三維實體圖形有比較清晰的概念才行，然而很多情況下教師根本無法用語言將某些實物講清楚，學生聽了半天也不知道教師在講什么，勢必會降低課堂效率和教學質量。

一、鋼結構課堂教學學時數偏少的現狀

我校土木工程專業本科人才培養方案中《鋼結構》作為工民建和道路橋梁與渡河工程方向的專業必修課放在第四學期開課，48學時，其中實踐4學時，配有一個鋼結構課程設計。調查其他土建類高校開課情況可知，鋼結構課程的總學時也就在50～60學時之間，這樣的學時數對于鋼結構課程來說遠遠達不到良好的教學效果。贠英偉、劉凌云等認為，目前鋼結構課程的開課情況與鋼結構的發展趨勢相背離，呼吁適當增加鋼結構的學時至90以上[1-2]。但是筆者認為，在人才培養方案總學時固定的情況下（大多高校在170～220學分），以16學時為1學分計算為2720～3520學時。稍微分析一下人才培養方案就會發現，公共必修課中《思想品德修養與法律基礎》（48學時）、《中國近現代史綱要》（32學時）、《馬克思主義基本原理》（48學時）、《毛澤東思想與中國特色社會主義理論體系概論》（96學時）、《形勢與政策》（128學時）、《安全教育》（24學時）、《國防教育》（16學時）、《就業指導》（38學時）等課程均是教育部及教育主管部門定下的，也就是不能動的；再考慮大學英語和體育課程等所占用的學時、學分數后，用于專業教學的課程學時數已經少得可憐了；而且現在提倡應用型人才的培養，要求增加實踐學時的比重，這樣一來要求增加鋼結構教學時數的建議自然也就很難實現了。

二、鋼結構課程的重要性和教學內容

鋼結構人才培養嚴重滯后，專業技術人員缺乏，這已成為目前影響整個鋼結構行業健康快速發展的“瓶頸”。[1]筆者2015年8月7日在廣西人才網www.gxrc.com內搜索“鋼結構職位”，見表1，可知僅廣西地區對鋼結構人才的需求還是很大的。

我校鋼結構教材選用武漢理工大學出版社戴國欣主編《鋼結構》，該書分為上下篇。上篇“鋼結構原理”為土木工程專業的技術基礎課，內容包括緒論（特點、概率極限狀態設計方法等）、鋼結構材料特性、鋼結構的連接、鋼結構基本構件（軸心拉桿和壓桿、受彎構件、拉彎和壓彎構件）的工作原理和設計方法；下篇“建筑鋼結構設計”為本專業建筑工程方向的專業必修課，也可作為其他專門化方向的選修課，內容包括單層廠房結構、鋼結構抗震和抗火設計要點。[3]其中大多高校僅講解《鋼結構原理》部分，至于下篇《建筑鋼結構設計》開設的高校寥寥無幾。暫且不論開設內容的多少，我們且看在有限的學時內如何有效講好、講透這些內容，讓學生能夠入門，為其后續自學和研究鋼結構打下良好的基礎。

三、基于三維視圖的鋼結構課堂教學

“鋼結構的連接”部分在《鋼結構》課程中占有相當的比重，在實際教學工程中，不論是焊縫連接還是螺栓連接真正涉及到的理論并不多，也不難，但是學生往往反映聽不懂，看不懂，更多不能識圖。以《多、高層民用建筑鋼結構節點構造詳圖》（01SG519）一節點為例，第54至56頁相關內容，圖1。[4]

當學生一看到圖1（a）時，估計大腦會一片空白，他們不知道這張圖傳遞的是什么信息，不知道哪個是梁，哪個是柱子，不知道焊縫符號是什么意思，也不清楚螺栓如何連接，更別提各自的受力計算了?，F有教材中，也沒有給學生形成空間認識的任何內容。如果此時我們附上圖1（b）的三維圖形，相信學生自會對照來理解；然后結合圖1（c）進行解釋，如表示現場安裝焊縫等， 箭頭線下的小矩形表示墊板，箭頭線上的v表示v型坡口對接焊縫。[5]

在講到鋼結構基本構件（軸心拉桿和壓桿、受彎構件、拉彎和壓彎構件）的工作原理和設計方法時，筆者認為首要的還是先給學生一個空間的整體認識，讓學生知道整體結構，然后再進入到構件的細部，設計和計算過程。這樣學生才能讀得進去，也能讀得出來，避免只見樹木不見森林的弊端。此時，建議教師給學生展示柱子兩個方向均有梁連接的三維視圖，圖2。

接著給學生解釋的時候可以設疑，比如有兩根實際長度都是6m的柱子，其中一根柱在x軸和y軸有梁連接，而另一根卻沒有任何連接時，他們的計算長度會相等嗎？等于實際長度6m嗎？學生這時自然會發現其中的不一樣。接著教師可以接著提問，如果連接梁的剛度不一樣，剛鉸接不一樣，計算長度是不是也跟著改變呢？最終教師可以告訴學生，“單層或多層框架等截面柱，在框架平面內的計算長度應等于該層柱的高度乘以計算長度系數μ”[6]。

四、結論

在鋼結構的教學中，關鍵是教會學生如何識讀鋼結構施工圖和具備一定的制圖能力，而培養學生建筑結構的空間三維觀和整體概念的把握就顯得尤為重要了。筆者以為，在講解鋼結構計算理論之前，先通過相應三維視圖的展示讓學生了解鋼結構的空間連接和細部構造必將起到事半功倍的效果，對培養真正意義上的應用性人才也是大有益處。

參考文獻：

[1]贠英偉.新形勢下鋼結構行業人才培養研究[J].教育與職業，2011，（24）：135-137.

[2]劉凌云.鋼結構課程教學改革初探[J].教育與職業，2007，（29）：190-191.

[3]戴國欣.鋼結構[M].武漢：武漢理工大學出版社，2012.

[4]中國建筑標準設計研究院.多、高層民用建筑鋼結構節點構造詳圖[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[5]陳宜虎.畫法幾何與土木工程制圖[M].武漢：武漢理工大學出版社，2014.

[6]GB50017-2003鋼結構設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2003.