“橋梁軟件+畢業(yè)設(shè)計(jì)”關(guān)聯(lián)教學(xué)模式探究與實(shí)踐

毛德均，代 艷，賈 毅，黃 云

（1.昆明學(xué)院建筑工程學(xué)院，昆明 650214；2.昆明醫(yī)科大學(xué)馬克思主義學(xué)院，昆明 650500；3.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，昆明 650500；4.云南省抗震工程技術(shù)研究中心，昆明 650500；5.華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，南昌 330013）

0 引言

關(guān)聯(lián)是一種普遍現(xiàn)象，關(guān)聯(lián)教學(xué)通常指將所學(xué)知識(shí)與原有知識(shí)結(jié)構(gòu)和生活經(jīng)歷相聯(lián)系，促進(jìn)知識(shí)的遷移與構(gòu)建，加深理解和記憶的教學(xué)方法［1］。關(guān)聯(lián)教學(xué)基于教育心理學(xué)中的學(xué)習(xí)遷移和知識(shí)遷移現(xiàn)象，是唯物辯證法的聯(lián)系觀在教學(xué)活動(dòng)中的體現(xiàn)。學(xué)習(xí)遷移指學(xué)習(xí)者將在以往通過學(xué)習(xí)或解決問題所獲得的經(jīng)驗(yàn)，用于解決之后所遇到的問題［2］。知識(shí)遷移指學(xué)習(xí)者把在一種情境中學(xué)到的知識(shí)和技能應(yīng)用于新情境的能力［3］。學(xué)習(xí)遷移和知識(shí)遷移都可以讓人更好地解決實(shí)際問題，一定程度上講，關(guān)聯(lián)教學(xué)利用了一種學(xué)習(xí)和知識(shí)對(duì)另一種學(xué)習(xí)和知識(shí)的影響。

關(guān)聯(lián)教學(xué)內(nèi)涵豐富，表現(xiàn)形式和關(guān)聯(lián)方式多樣，在表現(xiàn)形式上可分為正向關(guān)聯(lián)和負(fù)向關(guān)聯(lián)，橫向關(guān)聯(lián)和縱向關(guān)聯(lián)，特殊關(guān)聯(lián)與普遍關(guān)聯(lián)［1］；在關(guān)聯(lián)方式上有課程關(guān)聯(lián)、知識(shí)關(guān)聯(lián)、情感關(guān)聯(lián)、認(rèn)知關(guān)聯(lián)、時(shí)間關(guān)聯(lián)、行動(dòng)關(guān)聯(lián)和目標(biāo)關(guān)聯(lián)等［4］。采用關(guān)聯(lián)教學(xué)可以創(chuàng)新教學(xué)模式，河海大學(xué)的傅中秋等［4］通過讓學(xué)生查閱家鄉(xiāng)鋼橋資料進(jìn)行課堂演講情感關(guān)聯(lián)鋼橋課程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生課堂動(dòng)手折紙傘行動(dòng)關(guān)聯(lián)波紋腹板知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)等形式，對(duì)鋼橋課程進(jìn)行關(guān)聯(lián)教學(xué)，使學(xué)生將教學(xué)內(nèi)容與所聞所見所感聯(lián)系起來，從書本中的內(nèi)容聯(lián)系到生活實(shí)際。軍械工程學(xué)院的張嶺等［5］通過優(yōu)化電路分析課程教學(xué)內(nèi)容，提煉該課程與其他專業(yè)的信號(hào)系統(tǒng)、數(shù)字電子技術(shù)等相關(guān)課程的橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，對(duì)電路分析課程進(jìn)行了橫向關(guān)聯(lián)教學(xué)。上述實(shí)踐表明，關(guān)聯(lián)教學(xué)可以采用不同關(guān)聯(lián)模式，促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移和知識(shí)遷移，激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，加深和提高知識(shí)的理解、記憶和綜合運(yùn)用能力［4-5］。橋梁軟件課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)均是實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，探索關(guān)聯(lián)教學(xué)在橋梁軟件課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，對(duì)提高課程教學(xué)效果有重要價(jià)值，但目前鮮見相關(guān)研究報(bào)道。本文闡述了橋梁軟件課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性，對(duì)“橋梁軟件+畢業(yè)設(shè)計(jì)”關(guān)聯(lián)教學(xué)模式的課程教學(xué)規(guī)劃、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題和成績考核方法進(jìn)行了探索和實(shí)踐，可為相關(guān)高校開展橋梁軟件課程教學(xué)提供參考。

1 橋梁軟件課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性

1.1 橋梁軟件用于畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算是知識(shí)遷移

當(dāng)前，橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件已成為從事橋梁工程設(shè)計(jì)、施工和科學(xué)研究的重要工具，軟件應(yīng)用也成為橋梁工程專業(yè)技術(shù)人員和科研工作者的必備技能［6-10］。對(duì)設(shè)置橋梁工程方向?qū)I(yè)的高校，開設(shè)橋梁軟件課程和培養(yǎng)熟練掌握軟件應(yīng)用技能的畢業(yè)生是順應(yīng)時(shí)代的要求［11-12］。目前常用的橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件有ANSYS、ABAQUS、OPENSEES、SAP2000、MIDAS/CIVIL 和橋梁博士等，相關(guān)高校多選擇上述軟件中的一兩種來對(duì)學(xué)生開展教學(xué)［13-15］。畢業(yè)設(shè)計(jì)是橋梁工程專業(yè)方向本科教育階段最重要的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)［16］，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)少不了計(jì)算分析，但學(xué)生在其他課程中所學(xué)的計(jì)算理論，往往只能對(duì)簡單截面的梁、板、柱等基本構(gòu)件作簡單的計(jì)算分析，而橋梁是由無數(shù)基本構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系，必須進(jìn)行整體把握，僅憑基本計(jì)算理論加手算，學(xué)生將無法給出既滿足規(guī)范要求又符合工程實(shí)際的設(shè)計(jì)方案。因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)的計(jì)算工作一般都建議學(xué)生采用專業(yè)軟件完成，這樣既可避開繁瑣的手算過程節(jié)約時(shí)間，為學(xué)生自學(xué)更多課外專業(yè)知識(shí)提供可能，又能讓學(xué)生對(duì)橋梁有構(gòu)造上的理解和整體上的把握，得出的設(shè)計(jì)方案也就更加科學(xué)合理［17］。顯然，學(xué)生將在軟件課程中學(xué)到的軟件應(yīng)用技能用于解決畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析問題體現(xiàn)了知識(shí)遷移。

1.2 軟件學(xué)習(xí)與完成畢業(yè)設(shè)計(jì)存在學(xué)習(xí)遷移

對(duì)于橋梁軟件學(xué)習(xí)，在掌握橋梁結(jié)構(gòu)離散方法和軟件功能、操作方法的基礎(chǔ)上，主要涉及軟件前、后處理兩個(gè)模塊，在前處理模塊中主要學(xué)習(xí)模型建立，包括橋梁結(jié)構(gòu)的材料、尺寸、邊界條件與荷載等參數(shù)的輸入；后處理模塊中主要學(xué)習(xí)計(jì)算結(jié)果的讀取，包括反力、內(nèi)力、變形、開裂等，計(jì)算結(jié)果主要為圖形和數(shù)據(jù)兩種形式。學(xué)生首先要學(xué)會(huì)正確輸入各種結(jié)構(gòu)參數(shù)來建立符合實(shí)際的分析模型，其次還要學(xué)會(huì)分析、判斷軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，才能達(dá)到運(yùn)用軟件工具解決工程實(shí)際問題的目的。橋梁軟件學(xué)習(xí)體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、橋梁工程、力學(xué)、數(shù)學(xué)、有限元、英語和專業(yè)技術(shù)規(guī)范的相關(guān)知識(shí)的綜合運(yùn)用。橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)階段所學(xué)知識(shí)的全面鞏固和提高，需要完成的任務(wù)包括文獻(xiàn)綜述、方案比選、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)等，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要依次完成結(jié)構(gòu)尺寸擬定、內(nèi)力計(jì)算、配筋設(shè)計(jì)和驗(yàn)算4 個(gè)環(huán)節(jié)的工作，完成這些工作需要用到大量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、橋梁工程、力學(xué)、數(shù)學(xué)等課程和專業(yè)技術(shù)規(guī)范的相關(guān)知識(shí)。顯然，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)軟件所需知識(shí)存在顯著重疊，因此，軟件課程學(xué)習(xí)與完成畢業(yè)設(shè)計(jì)也就必然存在學(xué)習(xí)遷移。

2 “橋梁軟件+畢業(yè)設(shè)計(jì)”關(guān)聯(lián)教學(xué)模式探索與實(shí)踐

我校建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)本科（道路與橋梁工程方向）開設(shè)了道路橋梁軟件應(yīng)用課程（以下簡稱軟件課程），本課程作為專業(yè)教育實(shí)踐課開設(shè)在大四上學(xué)期，學(xué)分1.5，學(xué)時(shí)48，每學(xué)時(shí)45 min，每2～4學(xué)時(shí)為一次課，授課軟件為橋梁分析軟件Midas/Civil。課程教學(xué)在學(xué)院配備的專業(yè)機(jī)房內(nèi)進(jìn)行，機(jī)房內(nèi)配備了多媒體教學(xué)設(shè)備和百余臺(tái)計(jì)算機(jī)教學(xué)系統(tǒng)，可滿足軟件應(yīng)用操作和相關(guān)理論的教學(xué)需求。同時(shí)，我校對(duì)2020 屆土木工程專業(yè)畢業(yè)生實(shí)施了“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃，將本屆畢業(yè)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成時(shí)間安排于大四上學(xué)期，與軟件課程的開設(shè)時(shí)間一致，這為探索和實(shí)踐“橋梁軟件+畢業(yè)設(shè)計(jì)”關(guān)聯(lián)教學(xué)模式提供了契機(jī)。

2.1 課程教學(xué)規(guī)劃

教學(xué)規(guī)劃應(yīng)以促進(jìn)軟件課程與畢業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)遷移和學(xué)習(xí)遷移為目標(biāo)。軟件課程教學(xué)計(jì)劃與畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃見表1，我校軟件課程教學(xué)計(jì)劃與畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃存在時(shí)間關(guān)聯(lián)，軟件課程完成30 學(xué)時(shí)后，學(xué)生已具備一定的Midas/Civil軟件應(yīng)用能力，此時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)也進(jìn)行到推薦方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算階段，學(xué)生即可采用Midas/Civil 軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算分析，驗(yàn)算橋梁在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下是否滿足規(guī)范規(guī)定，這體現(xiàn)了軟件知識(shí)遷移的及時(shí)性，可以提高計(jì)算分析效率。在時(shí)間關(guān)聯(lián)背景下，軟件課程學(xué)習(xí)與完成畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的學(xué)習(xí)遷移也具有及時(shí)性，可以提高相關(guān)知識(shí)的復(fù)習(xí)、學(xué)習(xí)效率。

表1 軟件課程教學(xué)計(jì)劃與畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃

我校軟件課程教學(xué)設(shè)計(jì)見表2，先后進(jìn)行理論和實(shí)踐兩個(gè)教學(xué)模塊，采用了更加靈活、多樣教材形式。理論模塊課時(shí)安排少，由于我校未專門開設(shè)有限元理論課程，故教學(xué)內(nèi)容主要安排了有限元分析的基本原理和作用、橋梁結(jié)構(gòu)模型離散原則及方法等，這有助于學(xué)生理解有限元分析原理和正確建立分析模型。實(shí)踐模塊課時(shí)多，教學(xué)過程中充分利用了軟件幫助文件、軟件應(yīng)用手冊(cè)和工程實(shí)例資料，采用了課堂演示觀摩、跟隨練習(xí)、獨(dú)立練習(xí)相結(jié)合的方式，穿插了工程設(shè)計(jì)單位橋梁設(shè)計(jì)工程師的技術(shù)講座。在課程教學(xué)過程中，任課教師還將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源介紹給了學(xué)生，拓寬了學(xué)生的知識(shí)來源渠道，學(xué)生遇到問題的解決方式主要為任課教師指導(dǎo)、小組討論、網(wǎng)絡(luò)咨詢和軟件開發(fā)商指導(dǎo)。

表2 軟件課程教學(xué)設(shè)計(jì)

2.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)選題

選題是保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)，也是重要環(huán)節(jié)。一般畢業(yè)設(shè)計(jì)選題應(yīng)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，同時(shí)兼顧學(xué)生的專業(yè)能力和就業(yè)方向，做到難度適宜，既有基本知識(shí)的系統(tǒng)運(yùn)用，又有綜合能力的拓展提高。采用“橋梁軟件+畢業(yè)設(shè)計(jì)”關(guān)聯(lián)教學(xué)模式，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題應(yīng)為一座橋梁設(shè)計(jì)，最好有實(shí)際工程背景，如此則實(shí)戰(zhàn)氛圍濃，學(xué)生完成興趣高。畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題模式見表3，該選題模式下，學(xué)生要完成包括下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)和橋面系的整座橋梁設(shè)計(jì)任務(wù)，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段后期采用橋梁軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算分析內(nèi)容作為提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的組成部分。顯然，此種選題模式完成難度較大，但是，做難事必有所得，對(duì)學(xué)生的鍛煉效果也較好。

我校軟件課程授課班級(jí)為土木工程專業(yè)（道路橋梁工程方向），該班級(jí)學(xué)生對(duì)道路及橋梁的相關(guān)專業(yè)知識(shí)均有一定學(xué)習(xí)和掌握，指導(dǎo)教師不同，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題也比較多樣化，包括橋梁設(shè)計(jì)、道路設(shè)計(jì)和涵洞設(shè)計(jì)等，這一情況在客觀上不利于本次關(guān)聯(lián)教學(xué)模式的實(shí)施效果評(píng)價(jià)。

表3 畢業(yè)設(shè)計(jì)選題模式

2.3 成績考核方法

我校軟件課程最終成績=平時(shí)成績50% +期末成績50%，平時(shí)成績由考勤和課堂練習(xí)成果構(gòu)成，期末成績考核采用提交期末綜合成果形式。針對(duì)我校授課班級(jí)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)選題多樣化這一情況，軟件課程期末成績考核采取的具體方式為：對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)選擇題者，采用Midas/Civil軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的橋梁進(jìn)行建模分析和驗(yàn)算；對(duì)于其他選題者，由任課教師給定橋梁設(shè)計(jì)圖紙，學(xué)生采用Midas/Civil 軟件進(jìn)行建模分析；課程結(jié)束后提交的綜合成果包括軟件分析模型和計(jì)算書，計(jì)算書內(nèi)容包括設(shè)計(jì)概況、模型建立過程和計(jì)算結(jié)果分析，課程期末成績=軟件分析模型成績50% +計(jì)算書成績50%。對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)選題者，由于軟件課程提交的計(jì)算書是畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的組成部分，故軟件課程學(xué)習(xí)和完成畢業(yè)設(shè)計(jì)存在目標(biāo)關(guān)聯(lián)性，學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的強(qiáng)烈動(dòng)機(jī)可以促進(jìn)軟件課程學(xué)習(xí)。

此外，理論上還可將軟件課程期末成績納入畢業(yè)設(shè)計(jì)成績的考核范疇，可采用以下兩種操作方式：一是將軟件課程期末成績作為參考，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行打分，此種操作較為簡便；二是給予軟件課程期末成績一定權(quán)重，直接將其作為畢業(yè)設(shè)計(jì)成績的組成部分，顯然，此種操作較為復(fù)雜，且具體計(jì)算公式需經(jīng)過充分論證?？傊@種教學(xué)模式可以建立開放式、多元化的考核方式，既關(guān)注教學(xué)結(jié)果，又注重教學(xué)過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，重視考查學(xué)生專業(yè)技術(shù)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的提升情況［18］。

2.4 實(shí)施效果

根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)和課后反饋，采用“橋梁軟件+畢業(yè)設(shè)計(jì)”關(guān)聯(lián)教學(xué)模式取得了以下成效：

（1）調(diào)動(dòng)了學(xué)生軟件課程學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生到課率較高，很少出現(xiàn)缺課、遲到、早退現(xiàn)象，課堂上聽講認(rèn)真，師生互動(dòng)較多，氛圍良好。

（2）提高了專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)效率和綜合運(yùn)用能力。在軟件課程學(xué)習(xí)和完成畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，所需重疊專業(yè)知識(shí)在復(fù)習(xí)、學(xué)習(xí)后得到了及時(shí)重復(fù)運(yùn)用，強(qiáng)化了相關(guān)知識(shí)的理解、記憶和運(yùn)用。

（3）保證了畢業(yè)設(shè)計(jì)完成質(zhì)量。在授課學(xué)生中，對(duì)于橋梁設(shè)計(jì)選題者，其在采用Midas/Civil 軟件完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算過程中，遇到的軟件和畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)技術(shù)問題得到了軟件課程任課教師的及時(shí)指導(dǎo)，這在一定程度上形成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的“雙導(dǎo)師”指導(dǎo)模式，從而保證了畢業(yè)設(shè)計(jì)完成質(zhì)量。對(duì)于其他選題者，通過軟件課程掌握的Midas/Civil 軟件應(yīng)用技能雖然未能及時(shí)在其畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，但對(duì)其就業(yè)和考研深造無疑有重要幫助。

3 結(jié)語

對(duì)橋梁軟件課程采用“橋梁軟件+畢業(yè)設(shè)計(jì)”關(guān)聯(lián)教學(xué)模式理論可行，實(shí)踐可操作性強(qiáng)。采用該模式，軟件課程教學(xué)與畢業(yè)設(shè)計(jì)完成應(yīng)有時(shí)間交叉；畢業(yè)設(shè)計(jì)選題應(yīng)為一座橋梁設(shè)計(jì)；軟件課程期末考核提交的計(jì)算書應(yīng)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)提交的計(jì)算說明書組成部分。實(shí)踐表明，該模式調(diào)動(dòng)了學(xué)生軟件課程學(xué)習(xí)積極性，提高了專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)效率和運(yùn)用能力，保證了畢業(yè)設(shè)計(jì)完成質(zhì)量。該模式的課程教學(xué)規(guī)劃、畢業(yè)設(shè)計(jì)選題和成績考核方法具體實(shí)施形式可以多樣，這種模式也可應(yīng)用于土木工程專業(yè)其他方向的軟件課程教學(xué)。