“橋梁電算”課程建設(shè)與教學(xué)研究

王達(dá)?劉揚(yáng)

摘要：根據(jù)國內(nèi)部分高校土木工程專業(yè)課的教學(xué)實(shí)踐，分析了目前關(guān)于“橋梁電算”課程的建設(shè)與教學(xué)存在的一些問題，并提出了一些對(duì)策與措施，為“橋梁電算”課程的教與學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：課程建設(shè)；教學(xué)改革；土木工程

作者簡介：王達(dá)（1980-），男，湖南新邵人，長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，副教授；劉揚(yáng)（1973-），男，湖南華容人，長沙理工大學(xué)土木與建筑學(xué)院，教授。（湖南 長沙 410114）

基金項(xiàng)目：本文系2013年長沙理工大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：ZL1302）研究成果。

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）15-0067-02

橋梁工程專業(yè)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中常出現(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)度慢，設(shè)計(jì)效果不佳等現(xiàn)象，究其原因是學(xué)生對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析理論理解不深，缺少必要的練習(xí)，設(shè)計(jì)計(jì)算過程中力不從心，無從下手。雖然長沙理工大學(xué)（以下簡稱“我?！保╅_設(shè)“橋梁電算”課程，但由于學(xué)生的前修課程不足，學(xué)習(xí)起來難度大，缺少學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果不佳，課程結(jié)束時(shí)，有部分同學(xué)既沒有掌握其理論體系，也沒有熟悉程序的使用方法，感覺沒有學(xué)到知識(shí)，導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算過程中時(shí)，不能很好地進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。

隨著橋梁向更高墩、更大跨以及新工藝、新材料等方向邁進(jìn)時(shí)，“橋梁電算”課程對(duì)確保工程結(jié)構(gòu)安全性和可靠性的重要意義也日益彰顯，因此，對(duì)“橋梁電算”課程的建設(shè)和教學(xué)改革顯得迫切而重要。

一、課程建設(shè)現(xiàn)狀與改革

1.課程建設(shè)現(xiàn)狀

伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，“橋梁電算”對(duì)應(yīng)的有限元知識(shí)已成為計(jì)算機(jī)輔助工程和數(shù)值仿真的重要組成部分，在各高校中已成為必修課程，主要對(duì)該方法在橋梁結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行介紹。如何能讓學(xué)生全面細(xì)致地理解“橋梁電算”的精髓、本質(zhì)并與工程實(shí)際相結(jié)合成為本課程的主導(dǎo)思想；而部分高校針對(duì)在校本科生的有限元教材仍采用20世紀(jì)八九十年代編寫的教材，教材的內(nèi)容相對(duì)滯后，傳授方式依舊是黑板加粉筆，導(dǎo)致學(xué)生上課積極性差，很難達(dá)到理想的教學(xué)效果。

加之近年來部分高校留學(xué)生教育事業(yè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，留學(xué)生規(guī)模不斷擴(kuò)大，辦學(xué)層次也不斷提高。國內(nèi)部分高校已招收的土木工程專業(yè)的留學(xué)生，他們即將進(jìn)入專業(yè)課的學(xué)習(xí)階段，需要對(duì)他們進(jìn)行雙語教學(xué)，留學(xué)生的管理和教學(xué)培養(yǎng)走向正規(guī)化，如果依舊采用之前的傳統(tǒng)教材，既不利于教學(xué)水平的提高，也不符合國際發(fā)展趨勢(shì)；同時(shí)，對(duì)本國學(xué)生素質(zhì)的提高，培養(yǎng)國際復(fù)合型人才，也需要進(jìn)行雙語教學(xué)，因此，如何做好“橋梁電算”的雙語教學(xué)工作，加強(qiáng)課程建設(shè)，顯得十分重要?！皹蛄弘娝恪闭n程的理論推導(dǎo)和計(jì)算公式較多，目前主要采用板書式的教學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)信息量小，傳授知識(shí)有限，如何采用先進(jìn)的教學(xué)手段，提高教學(xué)效率，使學(xué)生接觸更多的知識(shí)，是本課程教學(xué)所面臨的難題，因此應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)手段和教學(xué)方法研究。

現(xiàn)今，隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的商業(yè)化程序被廣泛應(yīng)用，因此，“橋梁電算”的基礎(chǔ)與實(shí)際應(yīng)用的實(shí)例往往成為學(xué)生所關(guān)注的重點(diǎn)。但之前編寫的教材的部分內(nèi)容顯然不能滿足日益變化的教學(xué)需求，因此，切合當(dāng)前實(shí)際教學(xué)的教材亟待應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。

2.課程建設(shè)改革

關(guān)于教材的改革，可集中一批有實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師，通過廣泛閱讀對(duì)有限元方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，編寫一本深入淺出、細(xì)致全面的教材，對(duì)該方法在橋梁各種結(jié)構(gòu)形式的分析計(jì)算中的理論與應(yīng)用進(jìn)行比較綜合的敘述，力求內(nèi)容豐富，便于高校教學(xué)應(yīng)用。

“橋梁電算”的教材應(yīng)結(jié)合有限元的理論方法與實(shí)踐應(yīng)用，分別從桿系結(jié)構(gòu)、梁式結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、體結(jié)構(gòu)等方面對(duì)該方法在橋梁結(jié)構(gòu)分析計(jì)算中的理論與應(yīng)用進(jìn)行比較全面的敘述，內(nèi)容豐富，沖破以往書籍的局限。此外，還需介紹橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及動(dòng)力分析的主要內(nèi)容及相應(yīng)方法，并列舉常用的有限元軟件及其工程實(shí)例，務(wù)必要求概念清晰、簡明扼要，使研究生和相關(guān)專業(yè)人員能從原理和問題的本質(zhì)上認(rèn)識(shí)有限元方法，并能將理論方法與工程實(shí)例相互結(jié)合用以解決實(shí)際問題；同時(shí)，以中英文雙語編寫，以便適用于海外留學(xué)人員及相關(guān)人士進(jìn)行學(xué)習(xí)及查閱。

二、教學(xué)現(xiàn)狀與改革

1.教學(xué)現(xiàn)狀分析

“橋梁電算”課程的內(nèi)容從平面結(jié)構(gòu)到空間結(jié)構(gòu)，從桿單元到體單元，內(nèi)容涵蓋面廣，涉及到的內(nèi)容比較多。通過對(duì)在校畢業(yè)生的調(diào)查研究，眾多在校學(xué)生認(rèn)為這門課程學(xué)習(xí)中涉及到非常多的力學(xué)、數(shù)學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等相關(guān)內(nèi)容，如果一個(gè)方面沒有掌握好，都會(huì)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)造成較大的影響，而同學(xué)中有一部分在之前基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)中的知識(shí)掌握得并不充分，所以在“橋梁電算”的學(xué)習(xí)中比較吃力；而學(xué)校所安排的課時(shí)卻連年縮減，與之對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)與力學(xué)等基礎(chǔ)課程講解的課時(shí)也在壓縮，導(dǎo)致學(xué)生沒有形成較為扎實(shí)的基本功底。

目前，授課方式仍采用以教師為中心，針對(duì)教材內(nèi)容，以課堂灌輸為主，學(xué)生被動(dòng)接受書本知識(shí)，顯然傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代教育發(fā)展的需要，必須將以傳授知識(shí)為目的的教育觀念轉(zhuǎn)變?yōu)橹攸c(diǎn)傳授學(xué)生獲取知識(shí)的方法和手段，培養(yǎng)具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的高素質(zhì)高級(jí)人才。

“橋梁電算”內(nèi)容多較為抽象，學(xué)習(xí)起來比較枯燥，老師講述雖然不是照本宣科，由于缺乏具體的實(shí)際教學(xué)模型和例子，使得課堂氣氛略顯沉悶，所以許多同學(xué)在最開始的聚精會(huì)神慢慢走神，直到跟不上老師節(jié)奏；課堂上學(xué)生覺得乏味就不用心聽，不用心聽課理解就更加困難，長此以往就會(huì)形成惡性循環(huán)。

要在“橋梁電算”的教學(xué)過程中重視對(duì)學(xué)生有限元分析具體應(yīng)用能力的培養(yǎng)，那么對(duì)授課教師自身是否具備豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)十分重要。國內(nèi)大多數(shù)高等院校部分中青年教師畢業(yè)后直接任教，中間環(huán)節(jié)不具備實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)和施工過程不熟悉，缺乏有限元知識(shí)的具體工程應(yīng)用實(shí)例，使得教師在授課過程中底氣不足，必然影響到對(duì)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣。因此，部分高校，對(duì)中青年教師提出了“三化”的要求，即“博士化、國際化、工程化”，其中一項(xiàng)就是工程化。通過工程化，使教師與設(shè)計(jì)單位和施工單位加強(qiáng)交流合作，在課堂教學(xué)時(shí)緊密聯(lián)系工程實(shí)際，并將實(shí)際工程作為分析研究對(duì)象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.教學(xué)方法改革

促進(jìn)交流，開闊視野。作為專業(yè)授課教師不能固步自封，閉門造車，要積極參與業(yè)界學(xué)術(shù)交流會(huì)議，加強(qiáng)與同行之間的交流；同時(shí)，在本單位同事之間可采取座談、討論、教研活動(dòng)、教學(xué)觀摩、網(wǎng)上交流等形式來達(dá)到自我提高的目的；此外，還可通過學(xué)科交叉的形式，借鑒其他學(xué)科先進(jìn)的方式方法來彌補(bǔ)自身的不足，拓寬教師自身的知識(shí)面、擴(kuò)大視野。

優(yōu)化教學(xué)，突出重點(diǎn)?！皹蛄弘娝恪闭n程內(nèi)容多而雜，加上該課程本身是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的綜合性學(xué)科，需要全面地、綜合地運(yùn)用有關(guān)知識(shí)；因此，在教學(xué)過程中必須根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，刪減一些少用或不用的陳舊內(nèi)容，突出重點(diǎn)，同時(shí)補(bǔ)充一些工程上今年出現(xiàn)的新材料、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)廣大同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)相長，重在應(yīng)用。課堂教學(xué)過程中盡量增加與學(xué)生互動(dòng)的環(huán)節(jié)和方式，讓學(xué)生參與到解析和演算的過程中，讓學(xué)生體會(huì)到克服問題的快樂，從而使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)鉆研的動(dòng)力；同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐工作能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過布置工程實(shí)例的作業(yè)等形式，讓同學(xué)們?cè)诶蠋熤笇?dǎo)的前提下，在一定時(shí)間內(nèi)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，完成結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，并提交相應(yīng)的計(jì)算分析報(bào)告。通過思考問題、分析問題、解決問題等類似環(huán)節(jié)的綜合訓(xùn)練，通過上述教學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)師生之間、學(xué)生之間的雙邊、多邊交流，教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性得以充分體現(xiàn)，師生相互影響、教學(xué)相長，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)大學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)的目的。

綜上述，為使學(xué)生全面細(xì)致地掌握橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的精華并且學(xué)以致用，已成為本課程的主導(dǎo)思想。為提高“橋梁電算”課程的教學(xué)效果，促進(jìn)課程建設(shè)的發(fā)展，使之符合土木工程專業(yè)中外學(xué)生的教學(xué)要求，有必要對(duì)橋梁電算進(jìn)行課程建設(shè)和教學(xué)改革，以適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)需求。

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（責(zé)任編輯：王意琴）