以案例为主线的铁道工程专业钢结构课程教学探讨

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　　摘 要 “钢结构设计原理”是一门理论性强、计算公式较多的课程。纷繁复杂的公式使学生容易产生厌倦，也难以认识到课程的重要性。在课程教学中，采用以案例为主线的教学方法，将构件之间的连接设计（螺栓连接、焊缝连接）、各受力构件的构件设计串联起来，让学生有结构的概念，清楚该门课程的作用，激起学生的学习兴趣。从而达到教学目的。
　　关键词 铁道工程 钢结构 案例 主线
　　中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.01.059
　　Abstract "The Principles of Steel Structure Design" is a course with strong theoretical and computational formulas. The complicated formula makes students prone to boredom and the importance of the curriculum. In the course teaching， the case-based teaching method is adopted， the connection design between the components （bolt connection， weld connection） and the component design of each force component are connected in series， so that the students have the concept of structure and the door is clear. The role of the course stimulates students' interest in learning， thereby achieving the purpose of teaching.
　　Keywords railway engineering； steel structure； case； main line
　　“钢结构基本原理”是铁道工程专业一门专业基础课，该课程理论性和实践性较强，计算公式较多，如果是按照传统的教学方法，一个知识点一个知识点的教授，很难激起学生的学习兴趣，因为这时候学生还没有接触到专业课，没有结构的概念，会觉得这些知识点不连贯，也不知道有什么作用。因此，更新教学观念，改变教学方法，让学生体会到学习的目的，而不只是告诉他们学习目的，让他们参与到教学过程中。作者认为，以案例为主线的案例教学法是“钢结构基本原理”教学的一种行之有效的教学方法。
　　以案例阐述理论，让学生不仅明白“学什么”，更重要的是知道“学了干什么用”“怎么用”。减少学生单纯学习理论知识的枯燥感和迷茫感。
　　1 案例選取
　　选取好的工程案例是以案例为主线教学成功的前提和基础，是案例教学的核心和灵魂，同时也是该教学方法区别于其它教学模式的关键之处。案例选取课根据专业培养计划精心选择一个或者几个具有代表性的综合工程案例，把教学的理论寓于项目中，以工程的形式展现出来，并将各知识点通过工程串联起来。
　　对于一门工科课程，案例可以帮助学生认识并了解工程实际情况，加强学生对工程实践的体会和感受。因此，案例工程应取材于工程实际，是真是发生的，不是凭空想象和杜撰出来的。
　　“钢结构基本原理”课程的理论体系包括：材料层次——钢材的材料性能；构件层次——构件的承载力和使用性能（包括受压构件、受拉构件、受弯构件、压弯构件、拉弯构件）、构件之间的连接（螺栓连接、焊缝连接）；结构层次——铁路桥梁钢结构（钢板梁桥、钢桁梁桥）等等。针对“钢结构基本原理”的理论框架选取项目。本文根据铁道工程专业培养计划，选取了铁路桥梁中广泛采用的钢板梁桥和钢桁梁桥作为教学案例工程。
　　钢板梁桥和钢桁梁桥包括了“钢结构基本原理”课程中的“钢结构连接”、“轴心受力杆件”、“受弯构件”“压弯构件和拉弯构件”“疲劳计算”等内容。以铁路钢桥为主线，贯穿整个课程的各个章节。
　　2 教学实施
　　2.1 课前准备
　　项目教学的成功与否取决于教师和学生的共同努力，需要师生之间的互相配合。学生在学习本课程之前，教师要带学生去工地或者实验室参观项目，给学生一个感性认识，激发学生的学习兴趣。教师要熟悉工程项目，仔细研究项目与课程相关章节的内容的关系。通过项目分析，学生应该掌握哪些基本原理和知识，并如何应用到工程中，培养学生解决实际问题的能力。
　　课前准备阶段的教学目的就是，通过实际工程的观察，接收工程具体、让学生形成感性认识，激发学习兴趣，启发工程概念，提出问题，进而探求解决问题的方案。
　　比如在讲授“钢结构连接”这一章节前，让学生先观察钢桁梁桥的主桁各杆件在节点的连接，并画出节点的构造图，分析节点在各种荷载作用下的受力状态，是受剪？受压？受拉？还是受弯？还是复合受力状态这是在上课前就应该用以前学过的力学知识弄清楚的问题。然后提出如何进行节点连接计算的问题，带着这些问题进入到课堂。
　　如讲授轴心受力构件是以钢桁梁桥的主桁杆件受力为例来研究，通过力学分析，弄清楚哪些杆件是受拉哪些杆件受压，受拉杆件和受压杆件在设计上有什么不同？为什么这么设计？带着这些问题来学习，学生的积极性得到大大提高，学习变得非常主动。
　　2.2 课内教学组织与实施
　　课内的教学以实际工程案例为载体，通过老师的引导，将学生置于真实问题的情境之中，以已经学过的“结构力学”为基础分析结构的受力情况，提出本节课要讲解的理论知识，并应用本节课的理论知识要解决的问题，总结归纳出课程教学要掌握的理论知识，探讨如何解决工程实际问题。教师要通过文字、公式推导等方式，引导学生去解决实际问题，也激起学生的学习兴趣。 　　如讲授焊缝连接的时候，按课前准备时提出的问题，首先在案例中找到焊缝，然后分析焊缝的受力，从而知道焊缝有哪些受力状态，分别采用什么样的设计计算方法，计算公式又是如何？和学生们一起推导，解决实际问题，最后拿自己的设计计算结果与已经设计好的案例进行对比，这样学生会有很大的成就感，学习兴趣进一步得到提高。
　　在讲授轴心受力构件时，先根据课前准备时找到的主桁杆件，教师和同学们一起推导计算公式，轴心受力构件有轴心受拉和轴心受压，计算公式也不一样，计算内容也不一样，设计方法也不一样。上课时根据案例信息，分别计算案例中的轴心受拉和轴心受压杆件，验算是否满足设计要求？经过对比，更容易理解和记忆。
　　在讲授受弯构件时，先弄清楚受弯构件和轴心受力杆的区别，案例中哪些是轴心受力杆？哪些是受弯构件？比如钢桁梁桥中桥面的纵梁和横梁即是受弯构件，观察受弯构件的设计和轴心受力杆件的区别，分析它们的受力区别，推导设计计算公式，应用到案例中，解决实际问题。这时也可以引入一些失败的案例进行验算，让学生们明白尊重科学的重要性，明白学习的意义。
　　如讲授受弯构件的局部稳定问题时，以钢板梁桥的主梁局部稳定为例来探讨，通过观察实际工程钢板梁桥主梁加劲肋的设置位置和方式，发现加劲肋均设置在受压翼缘和腹板，然后联系起前面学过的受压构件局部稳定问题。这样的教学方式对学生的理解帮助非常大，学生不再需要硬性地记忆，也不会混淆。再通过列举一些由于加劲肋设置不合理而导致局部失稳，使得工程失败的反面实例，让学生明白钢结构稳定问题的重要性。通过对理性知识的简单运用与加深。重新审视本章节内容能够解决的工程问题，给学生以启发和引导，培养学生独立思考的习惯和解决工程问题的意识与能力，增强学生的实际工程现场意识，及其对课程理论知识的再认识。
　　“钢结构基本原理”应用以案例为主线的案例教学法，在一两个综合的案例中，包含了课程中所有的知识点，而且层次分明：材料-构件-节点连接-结构。学生可以把所有的理论知识点通过案例串联起来，形成知识体系，这样便于理解，不易混淆。钢桁梁桥的主桁杆件有受拉杆件、受压杆件，各杆件之间通过焊缝或者螺栓连接；桥面系的纵梁和横梁都是受弯构件。钢板梁桥的纵梁是由受压的上翼缘板、腹板、受拉的下翼缘板通过焊缝连接起来。
　　通过问题铺垫、理论讲解、实践应用几个环节，以良好的学习氛围、严谨的工程语言，向学生传递实际工程信息、解决工程实际问题，增强学生的工程意识、解决工程问题的责任心，集中学生的注意力。同时，让学生对一些工程概念有一个理性认识，这样更便于理解和记忆。
　　3 教学的应用效果
　　通过2013级传统教学和2014级以案例为主线的教学效果对比发现，学生的学习效果大为改观，学习兴趣得到大大地提高，不仅考试的及格率有很大上升，对实际问题的解决能力也得到大大提高。
　　以案例为主线的教学方法在“钢结构基本原理”课程中的使用，可以让学生在学习好理论基础知识的同时，也将之前比较零散的知识点系统的整合起来，有助于培养并提高学生的应用能力，同时也在很大程度上提高了学生自主分析问题和解决重难点问题的能力。
　　以案例为主线的教学方法同样可以提高教师的综合业务能力。案例教学除了对授课教师的理论基础有较高要求外，还需要授课教师具备相当丰富的工程经验。所以在实际教学过程中，授课教师应该结合自身的专业特點，对工程实践有深入的了解和体验，这样才能把工程实践充分融入到实际的教学工作当中。
　　4 结语
　　以案例为主线的教学方法的重点就是对于案例工程的选取与使用，建立的案例要能覆盖足够多的知识点。同时，要具有合适的规模，这样才能恰到好处。比如本文的案例是取钢桁梁桥和钢板梁桥，这两个案例包含了“钢结构基本原理”课程的所有知识点。
　　通过案例这条主线贯穿钢结构理论教学环节，将教师“教”和学生“学”很好地结合起来，相辅相成，实现了教学相长。该教学方法有利于学生结构概念的形成，改变学生学习过程中只见树木不见森林的局部观念，建立了整体思维观。提高了学生应用所学理论知识解决实际工程问题的能力，增强了学生的成就感。
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