以學(xué)科競賽促進(jìn)橋梁工程課程教學(xué)改革探索

汪峰　劉鴻琳　劉章軍

摘要：以參加“高教杯”成圖競賽為契機(jī)，對如何通過學(xué)科競賽促進(jìn)橋梁工程課程教學(xué)改革進(jìn)行了研究。分析了全國大學(xué)生“高教杯”成圖競賽的特點(diǎn)，從教學(xué)模式、教材選擇和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面剖析了目前橋梁工程課程存在的問題，提出了媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、注重與相關(guān)專業(yè)知識的銜接、設(shè)置教學(xué)課程互動環(huán)節(jié)、參加模型參觀、開展施工圖研讀和建立開放式實(shí)驗(yàn)室等橋梁工程課程改革的具體措施。實(shí)踐表明：課程教學(xué)模式的改革對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力具有重要意義。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；教學(xué)模式；教學(xué)改革；學(xué)科競賽

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）02-0078-04

隨著中國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的綜合型創(chuàng)新人才已成為高等教育面臨的重要課題[1]。國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）明確指出[2-3]：要努力轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)辦學(xué)理念，不斷提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。因此，在新形勢下，三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院以學(xué)科競賽為抓手，就如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等進(jìn)行了教學(xué)改革和探索。

“高教杯”全國大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽（以下簡稱“‘高教杯成圖大賽”）是教育部高等學(xué)校工程圖學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會、中國圖學(xué)學(xué)會制圖技術(shù)專業(yè)委員會、中國圖學(xué)學(xué)會產(chǎn)品信息建模專業(yè)委員會共同主辦的面向大學(xué)生的群眾性科技活動。從2008年開始每年舉辦一屆，競賽分建筑、道橋、機(jī)械和水利四個類別。該比賽通過搭建一個規(guī)范化、信息化，面向?qū)嶋H工程結(jié)構(gòu)的大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新平臺，培養(yǎng)大學(xué)生快速應(yīng)用專業(yè)知識和技能的創(chuàng)新實(shí)踐能力，促進(jìn)大學(xué)生的溝通能力、獨(dú)立思考能力和團(tuán)隊(duì)意識，同時推動高校土木工程類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革。比賽的特點(diǎn)是與高校土木工程專業(yè)的課程體系、內(nèi)容、方法改革關(guān)聯(lián)，以促進(jìn)其課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。 一、比賽介紹

“高教杯”成圖大賽的每支參賽隊(duì)最多由9名學(xué)生組成，分為5人的團(tuán)體賽和4人的個人全能賽。比賽由尺規(guī)繪圖和計(jì)算機(jī)繪圖二部分組成，競賽時間為一天。比賽期間要求學(xué)生會運(yùn)用繪圖工具和計(jì)算機(jī)完成專業(yè)結(jié)構(gòu)形體表達(dá)方法，熟悉道橋制圖標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，掌握道路、橋梁、隧洞、涵閘等建筑物施工圖的識圖與繪制。其中，尺規(guī)繪圖競賽90分鐘，滿分100分，通過繪圖工具和儀器繪制道橋類專業(yè)結(jié)構(gòu)圖（包括平、立、剖視圖）。計(jì)算機(jī)繪圖又分為計(jì)算機(jī)二維繪圖和三維繪圖。二維繪圖競賽時間為60分鐘，滿分100分，需要完成圖樣的繪制，包含結(jié)構(gòu)幾何作圖、結(jié)構(gòu)示意圖。三維繪圖競賽時間為120分鐘，滿分100分，需要完成道橋類專業(yè)結(jié)構(gòu)三維模型，能夠清晰表達(dá)其內(nèi)、外結(jié)構(gòu)模型，并對其三維模型進(jìn)行后期處理、輸出指定渲染效果圖。比賽結(jié)束時，要求提交A3鉛筆圖、CAD二維圖以及結(jié)構(gòu)三維模型圖。團(tuán)體成績?yōu)閰⒓訄F(tuán)體賽的5位參賽者的成績總和。歷屆競賽的題目大致包括橋梁、隧洞、涵閘結(jié)構(gòu)的尺規(guī)繪制和計(jì)算機(jī)繪制。要高質(zhì)量完成這些競賽題目需要綜合運(yùn)用建筑制圖、結(jié)構(gòu)CAD、結(jié)構(gòu)力學(xué)等專業(yè)知識，特別是橋梁工程知識必不可少。根據(jù)往年參賽經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，橋梁工程知識掌握的程度制約著制圖水平，影響比賽最終成績。

二、存在的問題

三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，每年派出道橋類隊(duì)伍參賽，取得過團(tuán)體一等獎和個人全能一等獎的好成績。從比賽選拔到正式競賽，師生收益頗多，但比賽中也暴露了現(xiàn)有專業(yè)教學(xué)中的不足。道橋類參賽選手主要是大二、大三學(xué)生，參賽的學(xué)生積極性高，但基礎(chǔ)知識不扎實(shí)，缺乏綜合運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際問題的能力，對橋梁工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)造原理及力學(xué)特點(diǎn)理解不清楚，影響了尺規(guī)繪圖和計(jì)算機(jī)成圖的質(zhì)量和效果。由比賽暴露的問題反映到橋梁工程課程教學(xué)中，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（一） 教學(xué)模式陳舊，教學(xué)方法單一傳統(tǒng)橋梁工程課程多為填鴨式教學(xué)[4]。教師在講臺嚴(yán)格按照橋梁結(jié)構(gòu)組成、構(gòu)件計(jì)算和施工方法等內(nèi)容進(jìn)行講授，注重課程本身的知識結(jié)構(gòu)體系，忽視了橋梁工程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，很少將橋梁知識應(yīng)用于實(shí)際。學(xué)生面對枯燥的公式推導(dǎo)和模型計(jì)算，缺乏學(xué)習(xí)興趣。所以，通過實(shí)際教學(xué)發(fā)現(xiàn)，雖然課堂上提供了大量的橋梁構(gòu)造信息，反復(fù)講述橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算原理，但很多學(xué)生仍然無法想象出橋梁結(jié)構(gòu)組成及力學(xué)特點(diǎn)，這使得大部分學(xué)生覺得課程入門十分困難，知識點(diǎn)較難掌握。

（二） 教材更新滯緩、理論與實(shí)際脫節(jié)

橋梁設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)發(fā)展日新月異，而課程教材內(nèi)容相對滯后，不能滿足新的發(fā)展需要[5-6]。目前，橋梁工程課本中介紹的一些計(jì)算理論、施工方法是針對特定時期的橋梁結(jié)構(gòu)，隨著建橋水平的發(fā)展，已被新的理論和技術(shù)替代。而學(xué)生走向橋梁建設(shè)單位時需要用到的新技術(shù)、新材料、新工藝在課本中并無介紹。此時，傳統(tǒng)課程教學(xué)大綱也制約了新技術(shù)、新知識走進(jìn)課堂，僅憑專業(yè)教師在課堂引入最新的相關(guān)科研成果顯得杯水車薪。知識更新緩慢、理論與實(shí)際脫節(jié)，嚴(yán)重影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

（三） 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)滯后

橋梁工程課程有大量的實(shí)驗(yàn)要做，需要一定的專業(yè)設(shè)備，比如位移表、應(yīng)變儀、應(yīng)力計(jì)等。由于設(shè)備比較陳舊，給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)帶來了困難，尤其是對畢業(yè)生走上工作崗位，將會帶來很大的負(fù)面影響。加之部分圖書資料匱乏，與課程配套的有關(guān)國內(nèi)外專業(yè)理論、工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范、施工規(guī)范及相關(guān)設(shè)計(jì)軟件和教輔資料較少，給日常教學(xué)帶來了一定的阻礙。

三、教學(xué)改革措施

針對橋梁工程教學(xué)中存在的問題，本著提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，以市場需求為導(dǎo)向的原則，對橋梁工程課程教學(xué)改革做了如下嘗試。

（一）多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合

三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院橋梁工程課時共64學(xué)時，傳統(tǒng)板書講授效率低、無法直觀反映橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造及其特點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受限。采用多媒體課件，可以將乏味的橋梁知識（如橋型構(gòu)造、施工方法）轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦又庇^的教學(xué)內(nèi)容，易于學(xué)生接受。同時，注重學(xué)生課堂參與，緊跟學(xué)科發(fā)展前沿，及時更新教學(xué)內(nèi)容，采用啟發(fā)式、討論式教學(xué)方法，不斷激發(fā)學(xué)生的欲望，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動，讓施工現(xiàn)場走進(jìn)課堂。

（二） 注重與相關(guān)專業(yè)知識的銜接

橋梁工程課程的學(xué)習(xí)實(shí)際上是一個與多門專業(yè)課程結(jié)合的過程。它既是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)力學(xué)等課程的后續(xù)課程，又是大跨度橋梁施工控制、橋梁電算等專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。課堂講解時應(yīng)注意與相關(guān)課程的有機(jī)銜接，如橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算部分，需要利用理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識建立結(jié)構(gòu)分析模型。對于力學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生，講授計(jì)算原理時，應(yīng)講透基本原理和方法。如求解橫向分布系數(shù)的杠桿法和偏心壓力法，要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)，上課時可先采用板書分步演算講解，隨后通過實(shí)體汽車模型和梁橋模型，講授計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)過程。在主梁截面設(shè)計(jì)時，可讓學(xué)生主動回憶混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，以便理解橋梁截面尺寸設(shè)計(jì)和配筋思路。

（三） 設(shè)置教學(xué)課程互動環(huán)節(jié)

打破滿堂灌的傳統(tǒng)教學(xué)模式，增設(shè)教師與學(xué)生的互動環(huán)節(jié)，構(gòu)建以學(xué)生為中心的創(chuàng)新教學(xué)模式。制定學(xué)生感興趣的討論題目，課堂上增設(shè)分組討論環(huán)節(jié)，通過小組討論使每位學(xué)生都參與到橋梁知識的學(xué)習(xí)之中。討論后，派組長在全班講解設(shè)計(jì)思路和方法，最后由教師點(diǎn)評，總結(jié)優(yōu)缺點(diǎn)。面對枯燥的橋梁專業(yè)知識，這樣的方式可以最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。此外，學(xué)校還可以組織具有創(chuàng)新性的大學(xué)生科技競賽活動，讓學(xué)生結(jié)合自己感興趣的專業(yè)選擇參加。如“高教杯”成圖大賽，可以動員對道路橋梁制圖規(guī)范、結(jié)構(gòu)CAD和三維繪圖軟件使用技巧感興趣的學(xué)生積極參與，培養(yǎng)其創(chuàng)新實(shí)踐能力。

（四）安排針對性的模型參觀

在學(xué)習(xí)簡支梁橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造時，一節(jié)課利用多媒體講授構(gòu)造尺寸和特點(diǎn)，另一節(jié)課則安排學(xué)生到道橋?qū)嶒?yàn)室參觀橋梁實(shí)體模型。橋梁模型有簡支梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)梁橋、上承式拱橋、中承式拱橋、桁架拱、懸索橋、斜拉橋等。通過對每種模型的構(gòu)造要求、形式和施工工法進(jìn)行講解，讓學(xué)生直觀掌握橋梁構(gòu)造特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考不同橋型的結(jié)構(gòu)形式、施工方法的差異，增加學(xué)生對橋梁工程的認(rèn)知和學(xué)習(xí)興趣。在條件許可的前提下，還可安排實(shí)地參觀。

（五）加強(qiáng)施工圖的研讀

橋梁圖紙是橋梁設(shè)計(jì)者智慧和規(guī)范應(yīng)用的具體展現(xiàn)，是橋梁施工的交流語言。注重收集相關(guān)實(shí)橋施工圖紙，在講解橋梁構(gòu)造和截面主筋設(shè)計(jì)時，指導(dǎo)學(xué)生研讀實(shí)際橋梁的設(shè)計(jì)圖紙，包括結(jié)構(gòu)尺寸大小的合理性，施工圖紙中的鋼筋符號、橋梁具體知識和圖紙線條的對應(yīng)關(guān)系，繪制圖紙的規(guī)范，等等。課后安排學(xué)生獨(dú)立用Autocad繪制橋梁構(gòu)造圖，并要求闡述構(gòu)造原理。這樣既可以有效提高學(xué)生的讀圖能力，同時也為參加“高教杯”成圖大賽、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽等競技性比賽奠定基礎(chǔ)。

（六）建立開放式實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)室提供基地、儀器設(shè)備、工具以及橋梁工程配套的工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范、施工規(guī)范以及最新工程書籍。學(xué)生可以在此瀏覽圖書，結(jié)合自己興趣擬定一種橋型方案，依據(jù)相應(yīng)規(guī)范，通過實(shí)驗(yàn)室提供的各種材料搭建模型，并測試其靜動力性能。實(shí)驗(yàn)過程中以學(xué)生為主，教師為輔。這些自主性實(shí)驗(yàn)隨時向有興趣的、準(zhǔn)備參加競賽的學(xué)生開放，以培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和思考能力。

橋梁工程課程改革是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，除了上述教學(xué)方法和教學(xué)方式的改革，還應(yīng)該完善考核評價方式。傳統(tǒng)的考核方式主要以筆試為主，忽略了學(xué)生在平時學(xué)習(xí)過程中對知識掌握程度的變化，最終出現(xiàn)了考前臨陣磨槍，疲于應(yīng)付的心態(tài)，導(dǎo)致多數(shù)學(xué)生為了拿學(xué)分草草了事。因此，為了學(xué)生更牢固地掌握專業(yè)知識，應(yīng)該注重學(xué)習(xí)過程考核，可采用分階段考核方式，促使學(xué)生一邊學(xué)習(xí)，一邊檢驗(yàn)，為參加高水平的學(xué)科競賽做好準(zhǔn)備。

四、教學(xué)效果與體會

近年來，以成圖大賽為載體，不斷深化橋梁工程課程教學(xué)改革已取得初步成效，同時也積極響應(yīng)了學(xué)院“一院一精品”的教育教學(xué)管理理念。學(xué)院道橋?qū)I(yè)學(xué)生連續(xù)參加了2013年、2014年、2015年“高教杯”成圖大賽，并屢創(chuàng)佳績。每屆都有學(xué)生獲得橋梁結(jié)構(gòu)尺規(guī)繪圖和計(jì)算三維繪圖一等獎，其中2014年還獲得了道橋類團(tuán)體一等獎。通過參加各種競賽，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性大幅提高，每年的畢業(yè)率和考研率也逐年增加。

橋梁工程課程建設(shè)是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程。學(xué)院借助各類學(xué)科競賽平臺，不斷深化專業(yè)骨干課程的教學(xué)改革，在理論和實(shí)踐教學(xué)等方面取得了較好效果，積極參與各類學(xué)科競賽有助于構(gòu)建良好的學(xué)風(fēng)，促進(jìn)教學(xué)改革，打造學(xué)院品牌，實(shí)現(xiàn)學(xué)院實(shí)踐教學(xué)的良性循環(huán)。

五、結(jié)語

橋梁工程是一門理論性和實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法、形式單一，且偏重于理論、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容缺乏自主性和創(chuàng)新性，因此轉(zhuǎn)變觀念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力勢在必行。在橋梁工程教學(xué)中，從橋梁工程的課堂教學(xué)和“高教杯”成圖大賽暴露的問題入手，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，從多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合、相關(guān)專業(yè)知識的銜接、教學(xué)課程互動環(huán)節(jié)設(shè)置、參加模型參觀、施工圖研讀和開放式實(shí)驗(yàn)室等方面展開深入探討，以期為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供更加豐富多樣的教育資源。今后，學(xué)院將繼續(xù)以學(xué)科競賽為教學(xué)改革的突破口，不斷深化橋梁工程課程改革，為社會培養(yǎng)出更多高水平、實(shí)踐能力強(qiáng)的土木工程創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才。

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（編輯 梁遠(yuǎn)華）