基于典型工程案例的工程索道類課程實(shí)踐影音教學(xué)系統(tǒng)
——以橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝為例

巫志龍，周成軍，周新年★，吳能森，沈嶸楓，馮輝榮

（福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福州350002）

工程案例是對(duì)一個(gè)實(shí)際工程情境中疑難問題和解決方法的描述[1]。工程案例來(lái)源于科研和社會(huì)實(shí)踐，高等工程教育的教學(xué)內(nèi)容融入典型案例有利于豐富教學(xué)資源和提升教學(xué)質(zhì)量。教師通過科研和社會(huì)服務(wù)實(shí)踐轉(zhuǎn)變教育教學(xué)理念，制定更合理的教學(xué)計(jì)劃。教師以科研作為堅(jiān)強(qiáng)后盾，科研能夠緊跟本學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展潮流，通過廣泛接觸和深入研究才能對(duì)教學(xué)內(nèi)容提出新的見解。教師提煉科研和工程實(shí)踐素材，不斷吸收最新科研成果和實(shí)際工程，將其作為典型案例，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，形成教學(xué)與科研互促共進(jìn)的良性循環(huán)，是提高高校教育教學(xué)質(zhì)量的重要途徑[2-3]。

影音媒體是營(yíng)造案例教學(xué)情境最有效的手段之一。工科專業(yè)課程教學(xué)注重理論聯(lián)系實(shí)際，因此需緊密結(jié)合實(shí)際才能更好地對(duì)工程案例進(jìn)行剖析。以往在進(jìn)行案例教學(xué)時(shí)采用的媒體手段主要是語(yǔ)言描述（教師宣講）和文本記錄（學(xué)生閱讀），都存在“間接性”的缺陷，學(xué)生難以重構(gòu)案例情境，缺乏身臨其境的真情實(shí)感，以及視覺和聽覺上的震蕩與沖擊。如今，隨著教學(xué)領(lǐng)域引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，工程案例與影音媒體深度融合，充分拓展時(shí)間和空間上的教學(xué)效果，生動(dòng)形象、節(jié)奏快和信息量大，使得工程案例影音教學(xué)獨(dú)具特色[4-5]。

1 工程索道類課程概況

近年來(lái)，福建農(nóng)林大學(xué)（下稱“我?！保┕こ趟鞯李愓n程圍繞課程建設(shè)與拓寬應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了一系列改革和實(shí)踐，取得了顯著成效。2010年獲國(guó)家級(jí)本科精品課程[2]，2013年獲國(guó)家級(jí)精品資源共享上線課程[3]，2017年獲福建省高校精品在線開放課程，2017年“以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心的工程索道類課程教學(xué)綜合改革與實(shí)踐”獲福建省高等教育教學(xué)成果特等獎(jiǎng)。早在1986年，工程索道實(shí)驗(yàn)室就被福建省人民政府授予福建省高校先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。2008年新建室內(nèi)工程索道特色實(shí)驗(yàn)室，先進(jìn)性和新穎性強(qiáng)，實(shí)踐教學(xué)特色突出，集中體現(xiàn)在擁有16種型式的索道絞盤機(jī)和9種型式的跑車，其中9種（臺(tái)）為全國(guó)僅有；擁有具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)研制的第3代YP1-A遙控索道，它包括最新研制的YP1-A遙控跑車和具有一軸雙卷筒獨(dú)特新穎結(jié)構(gòu)的JSD3-2絞盤機(jī)；在同一塔架上同時(shí)設(shè)計(jì)了1條實(shí)驗(yàn)教學(xué)雙跨YP1-A遙控索道和2條相向滑行的座椅式實(shí)驗(yàn)教學(xué)滑索[6]，實(shí)現(xiàn)了索道虛擬仿真[7]，2016年6月22日，福建省科學(xué)技術(shù)廳發(fā)文批準(zhǔn)依托我校組建福建省工程索道工程技術(shù)研究中心（閩科計(jì)[2016]46號(hào)）。工程索道類課程是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的專業(yè)核心課或?qū)I(yè)選修課，突出了農(nóng)林院校工科專業(yè)的辦學(xué)特色，培養(yǎng)服務(wù)新農(nóng)村和廣大林區(qū)的建設(shè)與發(fā)展的專業(yè)性人才，掌握生態(tài)優(yōu)先的輕型索道集材作業(yè)技術(shù)、旅游景區(qū)客運(yùn)索道和山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝先進(jìn)技術(shù)等[6]。我校森林工程等6個(gè)專業(yè)，以及全校公選課均開設(shè)了工程索道類課程[2-3,6]，見表1。

表1 本科專業(yè)開設(shè)“工程索道”類課程簡(jiǎn)況

纜索吊裝是用專門架設(shè)的施工索道來(lái)吊裝較大載重構(gòu)件的架空索道，屬懸索范疇。大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工中常遇到大載重預(yù)制構(gòu)件的吊裝和懸拼，因受到地形條件、施工現(xiàn)場(chǎng)要求高、無(wú)法保證施工工期等因素的影響，常規(guī)方法難以施工。纜索吊裝是一種較新穎的橋梁結(jié)構(gòu)施工方法，能應(yīng)用于各種橋型，尤其是在大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工中，可滿足橋梁預(yù)制構(gòu)件吊裝懸拼精度的要求，促進(jìn)施工進(jìn)度、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，具有高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、地形適應(yīng)性強(qiáng)、爬坡能力大等優(yōu)點(diǎn)，可直接跨越峽谷、河流等天然障礙。我校國(guó)家級(jí)精品課程和國(guó)家精品資源共享課工程索道教學(xué)與科研團(tuán)隊(duì)，堅(jiān)持發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)和特色，極大拓展在傳統(tǒng)上應(yīng)用于木材采運(yùn)的林業(yè)架空索道的應(yīng)用領(lǐng)域，在大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)施工中闖出一條新路，2010-2014年開展了福建省高校產(chǎn)學(xué)重大項(xiàng)目“橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工理論及成套技術(shù)的研究與開發(fā)”，成功實(shí)施了壽寧坪坑大橋拱肋節(jié)段的纜索吊裝施工，為湖南矮寨特大懸索橋鋼桁梁軌索滑移運(yùn)梁架設(shè)施工、福州市螺洲大橋鋼箱梁錨孔偏位和散索鞍調(diào)整，以及福州市淮安大橋建設(shè)等提供技術(shù)咨詢與社會(huì)服務(wù)，給予了技術(shù)支持，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有重要的理論和工程實(shí)用價(jià)值[3]。這些最新科研成果和工程典型案例，為橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工實(shí)踐教學(xué)影音系統(tǒng)的構(gòu)建提供了豐富的影音素材。

2 教學(xué)影音系統(tǒng)研制

高等教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，要落實(shí)“以學(xué)生為中心”的理念，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)課程資源，其中最重要的措施之一就是正確處理教學(xué)與科研之間的關(guān)系，使科研與教學(xué)互促共進(jìn)。教學(xué)改革的重要內(nèi)容就是創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和方式。教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新最主要的來(lái)源是自身的科研項(xiàng)目。教學(xué)方式方法不能一直停留在教師講學(xué)生聽的層面上，需運(yùn)用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，將影音案例納入到教學(xué)中來(lái)，營(yíng)造真實(shí)生動(dòng)的工程情境，加強(qiáng)互動(dòng)討論，提高學(xué)生辨析案例能力，提升知識(shí)轉(zhuǎn)化效率。依托工程索道教學(xué)、科研團(tuán)隊(duì)自身最新科研成果以及實(shí)際工程項(xiàng)目，在創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)方法和手段的思想指導(dǎo)下，以實(shí)際工程“拱橋纜索吊裝施工裝備與工藝”為主，兼顧懸索橋纜索吊裝施工，以及纜索吊裝的其他應(yīng)用領(lǐng)域，運(yùn)用影音媒體這一現(xiàn)代教學(xué)手段，構(gòu)建一套橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工教學(xué)影音系統(tǒng)，服務(wù)于教學(xué)，有效提高教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，開拓學(xué)生專業(yè)視野。

纜索吊裝施工工藝方法的空間概念復(fù)雜，施工過程難以用語(yǔ)言表達(dá)清楚。橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工教學(xué)影音系統(tǒng)以纜索吊裝施工全過程為“一條主線”，突出技術(shù)裝備和施工工藝的“兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)”，結(jié)合多座橋梁、多種類型橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工的典型案例，真實(shí)記錄纜索吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)和施工全過程，先分模塊后整體，全面展示纜索吊裝施工技術(shù)裝備和施工工藝的最新科研成果與技術(shù)。以山區(qū)拱橋纜索吊裝施工為例，根據(jù)施工工藝，施工過程分模塊拍攝和制作影音案例，包括工程項(xiàng)目概況及其施工方案比選、纜索吊裝系統(tǒng)的安裝和試吊、纜索吊裝跑車和卷?yè)P(yáng)機(jī)等技術(shù)裝備、施工工藝、纜索吊裝施工全過程，以及線形定位、施工監(jiān)控等。根據(jù)該施工方法的特點(diǎn)，編寫簡(jiǎn)潔的專業(yè)語(yǔ)言解說詞將施工技術(shù)與方法的關(guān)鍵點(diǎn)解釋透徹。

3 教學(xué)影音系統(tǒng)應(yīng)用

工程索道類課程理論基礎(chǔ)深，涉及高等數(shù)學(xué)、力學(xué)和機(jī)械等相關(guān)學(xué)科，知識(shí)點(diǎn)多，懸索理論、索系布置和裝備結(jié)構(gòu)認(rèn)知等都很抽象，理解難度大[8]。在課堂短時(shí)間內(nèi)依靠教師對(duì)纜索吊裝施工內(nèi)容的“滿堂灌”理論教學(xué)，缺乏先進(jìn)的教學(xué)手段，學(xué)生實(shí)踐思想認(rèn)識(shí)薄弱；工程實(shí)踐教學(xué)條件不足，無(wú)法確保讓更多的同學(xué)對(duì)纜索吊裝施工裝備和工藝、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)的理解和掌握。為此，教師采用案例影音教學(xué)，及時(shí)將最新科研成果與工程典型案例轉(zhuǎn)化為影音教學(xué)資源融入課程實(shí)踐教學(xué)，真實(shí)記錄纜索吊裝施工裝備與工藝全過程，配以恰當(dāng)?shù)慕庹f，使學(xué)生感覺致身于真實(shí)的施工現(xiàn)場(chǎng)情景之中；對(duì)纜索吊裝施工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行特寫拍攝，在影音案例中可對(duì)施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)擊暫停；教師引導(dǎo)學(xué)生互動(dòng)交流討論，解決工程實(shí)際問題，再由教師剖析、答疑、點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，對(duì)細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)還可以重播以加深理解等；學(xué)生觀看案例影音后，小組協(xié)作分工，歸納總結(jié)纜索吊裝施工工藝流程，以及纜索系統(tǒng)安裝、纜索吊裝施工監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，撰寫書面報(bào)告?；?dòng)討論和總結(jié)的考評(píng)成績(jī)作為工程索道課程實(shí)踐全過程考核成績(jī)的一部分。此外，所研制的橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工實(shí)踐教學(xué)影音系統(tǒng)，還通過中國(guó)索道科學(xué)網(wǎng)創(chuàng)建的工程索道國(guó)家精品課程網(wǎng)站、教育部“愛課程”社區(qū)、工程索道國(guó)家精品資源共享課，以及工程索道微信公眾號(hào)等網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)影音教學(xué)資源全面共享。

4 教學(xué)影音系統(tǒng)成效

4.1 有利于轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)理念

高校工科專業(yè)課的傳統(tǒng)教學(xué)方式是以教師和教材為媒介，進(jìn)行灌輸式教學(xué)，注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)和傳承，忽視對(duì)學(xué)生主觀能動(dòng)性的激發(fā)，往往導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)[9-10]。工科學(xué)生應(yīng)具備工程實(shí)踐性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作性和思維創(chuàng)新性，改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，使工科教育真正“回歸工程”迫在眉睫[11]。將橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工影音媒體引入實(shí)踐教學(xué)，營(yíng)造形象生動(dòng)的工程情境，以學(xué)生為主體，以教師為引導(dǎo)，學(xué)生主動(dòng)參與互動(dòng)交流和討論，自主運(yùn)用理論知識(shí)，解決工程實(shí)際問題，鍛煉創(chuàng)新思維和表達(dá)能力。這種案例影音教學(xué)法已不再是單向的知識(shí)傳授，而是雙向互動(dòng)，有利于促進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變。

4.2 有利于提高學(xué)生綜合能力

案例影音教學(xué)是在特定的情景中，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生參與意識(shí)、協(xié)作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，提升學(xué)生的表達(dá)能力，提高其自信心。工程索道是工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要在實(shí)踐中提高綜合分析和運(yùn)用能力。橋梁結(jié)構(gòu)纜索吊裝施工影音教學(xué)系統(tǒng)，應(yīng)用于工程索道課程實(shí)踐教學(xué)，年受益學(xué)生達(dá)到千余人。該課程作為森林工程專業(yè)核心課程，還設(shè)置了為期2周的課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)（課程實(shí)驗(yàn)、課程實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)），使學(xué)生加深理解和掌握相關(guān)理論和技術(shù)，為今后學(xué)生從事工程索道的科研、設(shè)計(jì)、架設(shè)和管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[2-3]。對(duì)于工程索道類課程作為專業(yè)選修課的專業(yè)，由于受學(xué)時(shí)限制未設(shè)置實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，案例影音教學(xué)更能使學(xué)生形象、生動(dòng)和直觀地從理論到實(shí)踐全面掌握纜索吊裝的各方面知識(shí)與技能。案例影音教學(xué)法徹底顛覆了專業(yè)課上學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，學(xué)生置身于實(shí)際案例的工程情境中，進(jìn)行互動(dòng)討論的研究性學(xué)習(xí)，學(xué)生有看得見、摸得著的感覺，課堂積極主動(dòng)性顯著提高，互動(dòng)討論氣氛更加活躍；避免了理論脫離實(shí)際，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，靈活運(yùn)用理論知識(shí)，分析實(shí)際工程案例，培養(yǎng)了學(xué)生的工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力，以及面對(duì)實(shí)際情況的分析應(yīng)變能力；案例影音互動(dòng)討論后，要求學(xué)生用自己的語(yǔ)言完成交流討論總結(jié)報(bào)告，既突出重點(diǎn)和要點(diǎn)，又簡(jiǎn)明扼要，加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，鍛煉了學(xué)生歸納總結(jié)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

影音媒體運(yùn)用是案例教學(xué)的重要組成部分。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和影音制作手段的完善，越來(lái)越多的科研成果和工程實(shí)踐等既可被實(shí)時(shí)地記錄下來(lái)，也能夠依靠強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)虛擬功能再現(xiàn)出來(lái)，這些都為案例教學(xué)提供了豐富的信息資源。影音媒體因其真實(shí)生動(dòng)的情境營(yíng)造能力受到越來(lái)越多教師的重視，也為提高學(xué)生辨析案例能力，促進(jìn)知識(shí)轉(zhuǎn)化效率，提供了強(qiáng)有力的信息環(huán)境支持[13]。當(dāng)然，影音媒體也有其局限性，應(yīng)與其他教學(xué)手段相結(jié)合，一方面以學(xué)生為主體，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，采用播講結(jié)合的方式，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，增強(qiáng)課堂中的師生互動(dòng)[14-15]，另一方面發(fā)揮學(xué)生的主體作用，要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，參與設(shè)備認(rèn)知實(shí)踐和課程實(shí)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力，加深對(duì)知識(shí)的理解。面向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，深化工程教育改革，教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)和教材的內(nèi)容必須及時(shí)更新才能與時(shí)俱進(jìn)，而科研是最有效、最便捷的途徑[16-17]?？蒲袆?chuàng)造新知識(shí)，教學(xué)傳播知識(shí)，把科研與教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，將教師的最新科研成果和實(shí)際工程項(xiàng)目以影音多媒體方式引入課程實(shí)踐，理論聯(lián)系實(shí)際，展示學(xué)科發(fā)展前沿，化抽象為具體。難以用語(yǔ)言立體的、動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的、全面的描述纜索吊裝技術(shù)裝備構(gòu)造和施工方法，且信息量大，能使之與原有的知識(shí)體系融會(huì)貫通，加深對(duì)理論的理解及應(yīng)用，接受最新的知識(shí)和技術(shù)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)了學(xué)生的理解力、想象力和創(chuàng)新思維。