“钢结构稳定”本科教学探索

第第页“钢结构稳定”本科教学探索摘要：阐述了如何在“钢结构稳定”本科课程教学实践中，加强学生的感性认识，调动学生的学习自主性，激发学生的探索创新精神。

关键词：整体稳定；局部稳定；畸变屈曲；教学探索

作者简介：罗洪光（1974-），男，湖南隆回人，三峡大学土木与建筑学院，工程师。（湖北宜昌443002）

基金项目：本文系湖南省高等学校科学研究项目（项目编号：11C1132）的研究成果。

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）10-0091-01

“钢结构稳定”课程是土木工程专业本科学生必修专业课，属于专业主干课程。与其他建筑材料结构相比，钢结构具有“高强、杆细、壁薄”的特点，这使得钢结构稳定在钢结构设计与计算中占有突出的地位，钢结构稳定问题是贯穿整个钢结构教学的重要知识点。[1]但是，钢结构稳定这一概念对于刚接触钢结构的本科学生来说，显得比较抽象，难以理解。因此，钢结构稳定在钢结构本科教学中既是重点，又是难点。笔者针对“钢结构稳定”本科教学进行了一些探索，取得了良好的教学效果。

一、加强感性认识，正确认识理论和实际

大多数学生缺乏与钢结构工程实例的接触，需加强学生对于钢结构稳定的感性认识。日益丰富的多媒体教学可以在一定程度上起到增强学生感性认识的作用。笔者通过多媒体教学向学生介绍一些钢结构稳定事故实例，如加拿大魁北克大桥工程事故、美国Hartford城体育馆钢网架事故以及我国某企业轻钢屋架屋盖会议室事故等。图片与文字相配合，增进了教学的生动性，让学生认识到忽视钢结构稳定将造成严重后果，提高学生对钢结构稳定的重视，并增强学生学习钢结构稳定的积极性。多媒体具有演示功能，在课堂教学中播放钢结构构件失稳的动画，如轴压柱弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳以及梁的整体失稳等，促进学生建立钢结构稳定的感性认识。

在学习“钢结构稳定”课程之前，学生已经学习过“材料力学”，[2]对稳定的概念有了一定的了解。笔者因势利导，引导学生回顾所学的压杆稳定力学理论知识。在学生进一步了解有关钢结构稳定的力学理论之后，对其强调理论与实际之间的区别。“材料力学”所讲述的压杆稳定是一种理想化的整体稳定，力学理论应用于工程实际，需考虑实际结构的各种缺陷。就钢结构稳定而言，实际的稳定计算尚需考虑材料缺陷和几何缺陷等。力学理论的理想化是指为了计算简便，考虑到各种实际因素影响，计算式往往是建立在试验归纳的基础上。这些讲解有助于学生正确认识理论和实际的联系和区别，也为后续课程中相关设计公式来源的讲解做了铺垫。从另一个角度来说，学生可从中领略科学的思想，形成科学的态度，建立科学的方法。

二、选取简单的课堂演示实验，调动学生的学习自主性

课堂演示实验是学生在学习中从感性认识上升到理性认识的重要环节之一，也是启发式教学的有效手段，不仅能增强学生的感性认识，而且可以激励学生主动进行思考，提升学生的观察思维能力。目前关于“钢结构稳定”的课堂演示实验不多，选取既简便又能展现多种结构稳定现象的教具是关键。笔者从实用角度出发，采用普通的纸片，模拟钢结构失稳。

对钢结构的局部失稳现象进行补充说明，笔者利用一张合适的薄纸片，做了一个简单的课堂演示实验。把纸片卷成圆柱形状，纸片只需稍微合拢就行，圆柱厚度基本上就是单张纸的厚度。纸质圆柱底部与讲台桌面相接触，用手掌按住圆柱顶部，并要求学生注意观察纸质圆柱所发生的变化。随着手掌往下施加压力，学生看到纸质圆柱外表面不再保持平整光滑，逐步出现凹凸不平的现象。这实际上是以纸代替钢材，为学生摸拟了钢结构构件发生局部失稳的现象。不过，除局部稳定以外，钢结构稳定还包括整体稳定，如何针对钢结构整体稳定进行课堂演示实验？

局部稳定的课堂演示实验活跃了课堂气氛，学生开始议论纷纷。此时笔者宣布，利用同一张薄纸片，再做一个不同的演示实验，并要求学生注意与刚才的演示实验进行比较。课堂恢复了安静，学生聚精会神地关注即将进行的课堂演示实验。笔者同样把纸片卷成圆柱形状，但是与上一个演示实验不同的是，纸片紧紧地卷了一层又一层，所形成的纸质圆柱的厚度是单张纸厚度的若干倍。同样，将纸质圆柱置于讲台桌面上，用手掌压在圆柱顶部，在手掌所施压力作用下，纸质圆柱发生突然性的整体倾斜现象。第二个演示实验是对钢结构构件整体失稳的模拟。纸质圆柱厚度增加后，相当于提高了构件的局部稳定，从而使得整体稳定起控制作用。

笔者通过课堂演示实验，引导学生观察、猜想、分析、归纳、总结，调动学生进行积极思考，帮助学生实现由表及里、从现象到本质的学习认识过程。在笔者的指点下，学生从课堂演示实验中建立了准确的钢结构稳定的第一印象。在以上两个课堂演示实验基础上，教师还可进一步引导学生熟悉“等稳性原则”等设计计算概念。通过课堂演示实验，启发学生思考演示实验所反映的力学现象及本质，增强学生的观察能力，激发学生的学习兴趣，将被动学习转化为主动思考，有助于培养学生良好的思考习惯。

为改变教师满堂灌、学生被动学习的教学状况，笔者在课堂上要求学生思考日常生活中是否还有其他类似的结构失稳现象，鼓励学生讨论，然后进行点评和总结。师生间的良性互动，不仅开拓了学生的思维视野，使学生产生积极的学习动力，而且有助于教师及时发现学生在知识认识上的偏差。

三、介绍学术新动态，激发学生的探索创新精神

国内外对钢结构稳定的研究是不断发展和变化的。随着钢材强度的提高、各种新型截面形式的出现，各种现象和问题逐步引起各国学者、工程技术人员的关注和研究，新的研究成果也不断得到推广应用。但教材的更新往往赶不上知识的更新，新成果新知识不能在教材中得到体现。教师介绍一些有关的学术新动态作为教学补充，有助于激发学生的学习热忱。有些学生的学习领悟能力强，并不满足于教材所包含的知识内容，而未来从事科研设计工作的技术人员也大多出自于这部分学生，学术新动态可以激发他们的求知欲望，探索科学真谛。虽然学术新动态所涉及的范围超出了教学大纲的界限，但是只要教师把握得当，点到为止，从长远考虑，必能收到良好的教学效果，满足不同学生的学习需求。

畸变屈曲是一种不同于整体稳定和局部稳定的结构稳定形式，[3]但当前的教材并没有相关的内容说明。笔者在课堂上对畸变屈曲做了简单的介绍，比如畸变屈曲的概念、钢结构在什么条件情况下容易发生畸变屈曲等。向学生明确表明不对畸变屈曲做学习上的要求，有兴趣想进一步了解的学生可在课外查阅相关资料。

值得一提的是，畸变屈曲的相关计算已列入国内外的设计规范和规程，[4]目前的教材还没反映出这一新变化，相信随着工程设计的发展需要，有关畸变屈曲的知识内容必将在教材中有所体现。教师向学生介绍有关畸变屈曲的知识，有助于学生形成一个较为完整的钢结构稳定概念。对于一些立志于今后从事科研工作的学生而言，在本科学习阶段所了解到的一些学术新动态，可能会影响到他们日后研究方向的选择。

四、发挥课外优势，促进课堂内外互补

理论与实践是密切相关的，若把课堂教学视为理论的传授，与此对应，应该还有教学实践活动。一般而言，课堂教学比较紧凑，很难安排多余的课堂时间用于学生的实践活动。如果教师能充分利用学生课外时间相对充裕的条件，及时引导学生运用所学理论知识解决实际问题，显然能进一步巩固课堂教学成果。在目前的“钢结构稳定”课堂教学中，学生处于相对被动的地位，教师可利用课外教学的特点，充分发挥学生的积极主动性，展示学生多姿多彩的创新能力。

笔者鼓励学生参与诸如“挑战杯”之类的活动，在实践活动中，融教于用，深化了学生对于钢结构稳定的理解。此外，围绕钢结构稳定的主题，指导学生进行各类科技创新活动，发挥学生科研上的自主创造能力，达到学以致用，学而创新的教学育才目的。

课外作业是师生之间相互沟通的一座桥梁。笔者将“谈谈你对钢结构稳定的理解”作为课外作业布置给学生，要求不要抄袭教材中现成的文字，用自己的语言回答问题，篇幅不限，不拘泥于理解是否有误以及问题本身，还可谈谈个人的想法等。通过课外作业，笔者及时了解了课堂教学的反馈信息，发现了存在于学生思想中的创新火花，促进了课堂教学的改进，加强了对学生进行创新活动的引导，推进了师生之间的良性互动。

五、结语

钢结构稳定问题在钢结构设计计算中具有举足轻重的地位。笔者在“钢结构稳定”本科教学中，参考借鉴了前人优秀的教学经验，进行了一些教学探索和研究，得到了学生和学校领导的肯定和支持。期望本文能起到抛砖引玉的作用，以促进我国“钢结构稳定”本科教学的发展。

参考文献：

[1]郭小农,罗永峰,蒋首超,等.钢结构稳定教学