以學科競賽促進橋梁工程課程教學改革探索

汪峰　劉鴻琳　劉章軍

摘要：以參加“高教杯”成圖競賽為契機，對如何通過學科競賽促進橋梁工程課程教學改革進行了研究。分析了全國大學生“高教杯”成圖競賽的特點，從教學模式、教材選擇和實驗室建設方面剖析了目前橋梁工程課程存在的問題，提出了媒體教學和傳統教學相結合、注重與相關專業知識的銜接、設置教學課程互動環節、參加模型參觀、開展施工圖研讀和建立開放式實驗室等橋梁工程課程改革的具體措施。實踐表明：課程教學模式的改革對培養學生學習興趣，提升學生的創新實踐能力具有重要意義。

關鍵詞：橋梁工程；教學模式；教學改革；學科競賽

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

隨著中國社會經濟的快速發展，培養一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的綜合型創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展規劃綱要（2010-2020年）明確指出[2-3]：要努力轉變傳統辦學理念，不斷提高學生創新實踐能力。因此，在新形勢下，三峽大學土木與建筑學院以學科競賽為抓手，就如何激發學生的創新思維、提升學生的創新實踐能力和團隊協作能力等進行了教學改革和探索。

“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽（以下簡稱“‘高教杯成圖大賽”）是教育部高等學校工程圖學教學指導委員會、中國圖學學會制圖技術專業委員會、中國圖學學會產品信息建模專業委員會共同主辦的面向大學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、機械和水利四個類別。該比賽通過搭建一個規范化、信息化，面向實際工程結構的大學生實踐創新平臺，培養大學生快速應用專業知識和技能的創新實踐能力，促進大學生的溝通能力、獨立思考能力和團隊意識，同時推動高校土木工程類學科課程體系和課程內容的改革。比賽的特點是與高校土木工程專業的課程體系、內容、方法改革關聯，以促進其課程教學和實驗室建設工作。 一、比賽介紹

“高教杯”成圖大賽的每支參賽隊最多由9名學生組成，分為5人的團體賽和4人的個人全能賽。比賽由尺規繪圖和計算機繪圖二部分組成，競賽時間為一天。比賽期間要求學生會運用繪圖工具和計算機完成專業結構形體表達方法，熟悉道橋制圖標準的相關規定，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結構圖（包括平、立、剖視圖）。計算機繪圖又分為計算機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，包含結構幾何作圖、結構示意圖。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結構三維模型，能夠清晰表達其內、外結構模型，并對其三維模型進行后期處理、輸出指定渲染效果圖。比賽結束時，要求提交A3鉛筆圖、CAD二維圖以及結構三維模型圖。團體成績為參加團體賽的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、涵閘結構的尺規繪制和計算機繪制。要高質量完成這些競賽題目需要綜合運用建筑制圖、結構CAD、結構力學等專業知識，特別是橋梁工程知識必不可少。根據往年參賽經驗發現，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

三峽大學土木與建筑學院，每年派出道橋類隊伍參賽，取得過團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有專業教學中的不足。道橋類參賽選手主要是大二、大三學生，參賽的學生積極性高，但基礎知識不扎實，缺乏綜合運用專業知識解決實際問題的能力，對橋梁工程結構和構造原理及力學特點理解不清楚，影響了尺規繪圖和計算機成圖的質量和效果。由比賽暴露的問題反映到橋梁工程課程教學中，主要表現在以下幾個方面。

（一） 教學模式陳舊，教學方法單一傳統橋梁工程課程多為填鴨式教學[4]。教師在講臺嚴格按照橋梁結構組成、構件計算和施工方法等內容進行講授，注重課程本身的知識結構體系，忽視了橋梁工程實踐性強的特點，很少將橋梁知識應用于實際。學生面對枯燥的公式推導和模型計算，缺乏學習興趣。所以，通過實際教學發現，雖然課堂上提供了大量的橋梁構造信息，反復講述橋梁結構計算原理，但很多學生仍然無法想象出橋梁結構組成及力學特點，這使得大部分學生覺得課程入門十分困難，知識點較難掌握。

（二） 教材更新滯緩、理論與實際脫節

橋梁設計理論和施工技術發展日新月異，而課程教材內容相對滯后，不能滿足新的發展需要[5-6]。目前，橋梁工程課本中介紹的一些計算理論、施工方法是針對特定時期的橋梁結構，隨著建橋水平的發展，已被新的理論和技術替代。而學生走向橋梁建設單位時需要用到的新技術、新材料、新工藝在課本中并無介紹。此時，傳統課程教學大綱也制約了新技術、新知識走進課堂，僅憑專業教師在課堂引入最新的相關科研成果顯得杯水車薪。知識更新緩慢、理論與實際脫節，嚴重影響了學生的學習熱情和積極性。

（三） 實驗室建設滯后

橋梁工程課程有大量的實驗要做，需要一定的專業設備，比如位移表、應變儀、應力計等。由于設備比較陳舊，給學生的實驗帶來了困難，尤其是對畢業生走上工作崗位，將會帶來很大的負面影響。加之部分圖書資料匱乏，與課程配套的有關國內外專業理論、工程技術標準、設計規范、施工規范及相關設計軟件和教輔資料較少，給日常教學帶來了一定的阻礙。

三、教學改革措施

針對橋梁工程教學中存在的問題，本著提高學生創新實踐能力，以市場需求為導向的原則，對橋梁工程課程教學改革做了如下嘗試。

（一）多媒體教學和傳統教學相結合

三峽大學土木與建筑學院橋梁工程課時共64學時，傳統板書講授效率低、無法直觀反映橋梁結構的構造及其特點，導致學生的學習積極性受限。采用多媒體課件，可以將乏味的橋梁知識（如橋型構造、施工方法）轉變為生動直觀的教學內容，易于學生接受。同時，注重學生課堂參與，緊跟學科發展前沿，及時更新教學內容，采用啟發式、討論式教學方法，不斷激發學生的欲望，實現教學互動，讓施工現場走進課堂。

（二） 注重與相關專業知識的銜接

橋梁工程課程的學習實際上是一個與多門專業課程結合的過程。它既是混凝土結構設計原理和結構力學等課程的后續課程，又是大跨度橋梁施工控制、橋梁電算等專業課程的重要基礎。課堂講解時應注意與相關課程的有機銜接，如橋梁結構計算部分，需要利用理論力學、結構力學的知識建立結構分析模型。對于力學基礎薄弱的學生，講授計算原理時，應講透基本原理和方法。如求解橫向分布系數的杠桿法和偏心壓力法，要求學生課前預習，上課時可先采用板書分步演算講解，隨后通過實體汽車模型和梁橋模型，講授計算方法的實現過程。在主梁截面設計時，可讓學生主動回憶混凝土結構設計理論，以便理解橋梁截面尺寸設計和配筋思路。

（三） 設置教學課程互動環節

打破滿堂灌的傳統教學模式，增設教師與學生的互動環節，構建以學生為中心的創新教學模式。制定學生感興趣的討論題目，課堂上增設分組討論環節，通過小組討論使每位學生都參與到橋梁知識的學習之中。討論后，派組長在全班講解設計思路和方法，最后由教師點評，總結優缺點。面對枯燥的橋梁專業知識，這樣的方式可以最大限度地激發學生學習的主動性。此外，學校還可以組織具有創新性的大學生科技競賽活動，讓學生結合自己感興趣的專業選擇參加。如“高教杯”成圖大賽，可以動員對道路橋梁制圖規范、結構CAD和三維繪圖軟件使用技巧感興趣的學生積極參與，培養其創新實踐能力。

（四）安排針對性的模型參觀

在學習簡支梁橋結構構造時，一節課利用多媒體講授構造尺寸和特點，另一節課則安排學生到道橋實驗室參觀橋梁實體模型。橋梁模型有簡支梁橋、懸臂梁橋、連續梁橋、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造要求、形式和施工工法進行講解，讓學生直觀掌握橋梁構造特點，引導學生思考不同橋型的結構形式、施工方法的差異，增加學生對橋梁工程的認知和學習興趣。在條件許可的前提下，還可安排實地參觀。

（五）加強施工圖的研讀

橋梁圖紙是橋梁設計者智慧和規范應用的具體展現，是橋梁施工的交流語言。注重收集相關實橋施工圖紙，在講解橋梁構造和截面主筋設計時，指導學生研讀實際橋梁的設計圖紙，包括結構尺寸大小的合理性，施工圖紙中的鋼筋符號、橋梁具體知識和圖紙線條的對應關系，繪制圖紙的規范，等等。課后安排學生獨立用Autocad繪制橋梁構造圖，并要求闡述構造原理。這樣既可以有效提高學生的讀圖能力，同時也為參加“高教杯”成圖大賽、結構設計大賽等競技性比賽奠定基礎。

（六）建立開放式實驗室

實驗室提供基地、儀器設備、工具以及橋梁工程配套的工程技術標準、設計規范、施工規范以及最新工程書籍。學生可以在此瀏覽圖書，結合自己興趣擬定一種橋型方案，依據相應規范，通過實驗室提供的各種材料搭建模型，并測試其靜動力性能。實驗過程中以學生為主，教師為輔。這些自主性實驗隨時向有興趣的、準備參加競賽的學生開放，以培養學生的探索精神，提高學生的實踐能力和思考能力。

橋梁工程課程改革是一項系統工程，除了上述教學方法和教學方式的改革，還應該完善考核評價方式。傳統的考核方式主要以筆試為主，忽略了學生在平時學習過程中對知識掌握程度的變化，最終出現了考前臨陣磨槍，疲于應付的心態，導致多數學生為了拿學分草草了事。因此，為了學生更牢固地掌握專業知識，應該注重學習過程考核，可采用分階段考核方式，促使學生一邊學習，一邊檢驗，為參加高水平的學科競賽做好準備。

四、教學效果與體會

近年來，以成圖大賽為載體，不斷深化橋梁工程課程教學改革已取得初步成效，同時也積極響應了學院“一院一精品”的教育教學管理理念。學院道橋專業學生連續參加了2013年、2014年、2015年“高教杯”成圖大賽，并屢創佳績。每屆都有學生獲得橋梁結構尺規繪圖和計算三維繪圖一等獎，其中2014年還獲得了道橋類團體一等獎。通過參加各種競賽，學生的學習主動性大幅提高，每年的畢業率和考研率也逐年增加。

橋梁工程課程建設是一項長期的系統工程。學院借助各類學科競賽平臺，不斷深化專業骨干課程的教學改革，在理論和實踐教學等方面取得了較好效果，積極參與各類學科競賽有助于構建良好的學風，促進教學改革，打造學院品牌，實現學院實踐教學的良性循環。

五、結語

橋梁工程是一門理論性和實踐性非常強的課程，傳統實踐教學方法、形式單一，且偏重于理論、實踐教學內容缺乏自主性和創新性，因此轉變觀念，培養學生的創新實踐能力勢在必行。在橋梁工程教學中，從橋梁工程的課堂教學和“高教杯”成圖大賽暴露的問題入手，以提高學生的工程實踐能力為目標，從多媒體教學與傳統教學結合、相關專業知識的銜接、教學課程互動環節設置、參加模型參觀、施工圖研讀和開放式實驗室等方面展開深入探討，以期為學生自主學習提供更加豐富多樣的教育資源。今后，學院將繼續以學科競賽為教學改革的突破口，不斷深化橋梁工程課程改革，為社會培養出更多高水平、實踐能力強的土木工程創新型、應用型人才。

參考文獻：

[1]王輝，鄭鈺瑩.結構設計競賽對學生創新能力培養作用的探討[J].中國電力教育，2013，281（22）：53-54.

[2]教育部高等教育司.高校卓越工程師教育培養計劃實施探索與國家創新工程技術人才培養方案[M].北京：高等教育出版社，2011.

[3]高等學校土木工程學科專業指導委員會.高等學校土木工程本科指導性專業規范[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4]劉均利，盧春玲，王曉峰.以工程實踐為導向的橋梁工程課程教學方法改革[J].教育教學論壇，2015，6（23）：80-81.

[5]賈杰.“周培源大學生力學競賽”對力學教學的創新[J].實驗室研究與探索，2014，33（11）：209-212.

[6]齊東春，劉章軍，雷進生，等.基于工程素養和創新能力培養的土木工程畢業設計模式探討[J].高等建筑教育，2015，25（4）：115-118.

（編輯 梁遠華）