基于典型工程案例的工程索道類課程實踐影音教學系統
——以橋梁結構纜索吊裝為例

巫志龍，周成軍，周新年★，吳能森，沈嶸楓，馮輝榮

（福建農林大學交通與土木工程學院，福州350002）

工程案例是對一個實際工程情境中疑難問題和解決方法的描述[1]。工程案例來源于科研和社會實踐，高等工程教育的教學內容融入典型案例有利于豐富教學資源和提升教學質量。教師通過科研和社會服務實踐轉變教育教學理念，制定更合理的教學計劃。教師以科研作為堅強后盾，科研能夠緊跟本學科領域的發展潮流，通過廣泛接觸和深入研究才能對教學內容提出新的見解。教師提煉科研和工程實踐素材，不斷吸收最新科研成果和實際工程，將其作為典型案例，充實教學內容，轉變教學方式，形成教學與科研互促共進的良性循環，是提高高校教育教學質量的重要途徑[2-3]。

影音媒體是營造案例教學情境最有效的手段之一。工科專業課程教學注重理論聯系實際，因此需緊密結合實際才能更好地對工程案例進行剖析。以往在進行案例教學時采用的媒體手段主要是語言描述（教師宣講）和文本記錄（學生閱讀），都存在“間接性”的缺陷，學生難以重構案例情境，缺乏身臨其境的真情實感，以及視覺和聽覺上的震蕩與沖擊。如今，隨著教學領域引入計算機技術，工程案例與影音媒體深度融合，充分拓展時間和空間上的教學效果，生動形象、節奏快和信息量大，使得工程案例影音教學獨具特色[4-5]。

1 工程索道類課程概況

近年來，福建農林大學（下稱“我校”）工程索道類課程圍繞課程建設與拓寬應用領域進行了一系列改革和實踐，取得了顯著成效。2010年獲國家級本科精品課程[2]，2013年獲國家級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“以創新能力培養為核心的工程索道類課程教學綜合改革與實踐”獲福建省高等教育教學成果特等獎。早在1986年，工程索道實驗室就被福建省人民政府授予福建省高校先進實驗室。2008年新建室內工程索道特色實驗室，先進性和新穎性強，實踐教學特色突出，集中體現在擁有16種型式的索道絞盤機和9種型式的跑車，其中9種（臺）為全國僅有；擁有具有自主知識產權研制的第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特新穎結構的JSD3-2絞盤機；在同一塔架上同時設計了1條實驗教學雙跨YP1-A遙控索道和2條相向滑行的座椅式實驗教學滑索[6]，實現了索道虛擬仿真[7]，2016年6月22日，福建省科學技術廳發文批準依托我校組建福建省工程索道工程技術研究中心（閩科計[2016]46號）。工程索道類課程是一門實踐性極強的專業核心課或專業選修課，突出了農林院校工科專業的辦學特色，培養服務新農村和廣大林區的建設與發展的專業性人才，掌握生態優先的輕型索道集材作業技術、旅游景區客運索道和山區橋梁結構纜索吊裝先進技術等[6]。我校森林工程等6個專業，以及全校公選課均開設了工程索道類課程[2-3,6]，見表1。

表1 本科專業開設“工程索道”類課程簡況

纜索吊裝是用專門架設的施工索道來吊裝較大載重構件的架空索道，屬懸索范疇。大跨徑橋梁結構施工中常遇到大載重預制構件的吊裝和懸拼，因受到地形條件、施工現場要求高、無法保證施工工期等因素的影響，常規方法難以施工。纜索吊裝是一種較新穎的橋梁結構施工方法，能應用于各種橋型，尤其是在大跨徑橋梁結構施工中，可滿足橋梁預制構件吊裝懸拼精度的要求，促進施工進度、減輕勞動強度，具有高效、經濟、節能、地形適應性強、爬坡能力大等優點，可直接跨越峽谷、河流等天然障礙。我校國家級精品課程和國家精品資源共享課工程索道教學與科研團隊，堅持發揮自身優勢和特色，極大拓展在傳統上應用于木材采運的林業架空索道的應用領域，在大跨徑橋梁結構施工中闖出一條新路，2010-2014年開展了福建省高校產學重大項目“橋梁結構纜索吊裝施工理論及成套技術的研究與開發”，成功實施了壽寧坪坑大橋拱肋節段的纜索吊裝施工，為湖南矮寨特大懸索橋鋼桁梁軌索滑移運梁架設施工、福州市螺洲大橋鋼箱梁錨孔偏位和散索鞍調整，以及福州市淮安大橋建設等提供技術咨詢與社會服務，給予了技術支持，產生了良好的經濟和社會效益，具有重要的理論和工程實用價值[3]。這些最新科研成果和工程典型案例，為橋梁結構纜索吊裝施工實踐教學影音系統的構建提供了豐富的影音素材。

2 教學影音系統研制

高等教育創新人才培養模式，提高人才培養質量，要落實“以學生為中心”的理念，為學生提供優質課程資源，其中最重要的措施之一就是正確處理教學與科研之間的關系，使科研與教學互促共進。教學改革的重要內容就是創新教學內容、教學方法和方式。教學內容的創新最主要的來源是自身的科研項目。教學方式方法不能一直停留在教師講學生聽的層面上，需運用現代多媒體技術，將影音案例納入到教學中來，營造真實生動的工程情境，加強互動討論，提高學生辨析案例能力，提升知識轉化效率。依托工程索道教學、科研團隊自身最新科研成果以及實際工程項目，在創新教學內容、更新教學方法和手段的思想指導下，以實際工程“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用領域，運用影音媒體這一現代教學手段，構建一套橋梁結構纜索吊裝施工教學影音系統，服務于教學，有效提高教學效果、激發學生學習興趣，開拓學生專業視野。

纜索吊裝施工工藝方法的空間概念復雜，施工過程難以用語言表達清楚。橋梁結構纜索吊裝施工教學影音系統以纜索吊裝施工全過程為“一條主線”，突出技術裝備和施工工藝的“兩個關鍵點”，結合多座橋梁、多種類型橋梁結構纜索吊裝施工的典型案例，真實記錄纜索吊裝施工關鍵技術和施工全過程，先分模塊后整體，全面展示纜索吊裝施工技術裝備和施工工藝的最新科研成果與技術。以山區拱橋纜索吊裝施工為例，根據施工工藝，施工過程分模塊拍攝和制作影音案例，包括工程項目概況及其施工方案比選、纜索吊裝系統的安裝和試吊、纜索吊裝跑車和卷揚機等技術裝備、施工工藝、纜索吊裝施工全過程，以及線形定位、施工監控等。根據該施工方法的特點，編寫簡潔的專業語言解說詞將施工技術與方法的關鍵點解釋透徹。

3 教學影音系統應用

工程索道類課程理論基礎深，涉及高等數學、力學和機械等相關學科，知識點多，懸索理論、索系布置和裝備結構認知等都很抽象，理解難度大[8]。在課堂短時間內依靠教師對纜索吊裝施工內容的“滿堂灌”理論教學，缺乏先進的教學手段，學生實踐思想認識薄弱；工程實踐教學條件不足，無法確保讓更多的同學對纜索吊裝施工裝備和工藝、關鍵技術要點的理解和掌握。為此，教師采用案例影音教學，及時將最新科研成果與工程典型案例轉化為影音教學資源融入課程實踐教學，真實記錄纜索吊裝施工裝備與工藝全過程，配以恰當的解說，使學生感覺致身于真實的施工現場情景之中；對纜索吊裝施工關鍵技術進行特寫拍攝，在影音案例中可對施工的重點和難點知識點擊暫停；教師引導學生互動交流討論，解決工程實際問題，再由教師剖析、答疑、點評和總結，對細節知識點和關鍵技術還可以重播以加深理解等；學生觀看案例影音后，小組協作分工，歸納總結纜索吊裝施工工藝流程，以及纜索系統安裝、纜索吊裝施工監控等關鍵技術要點，撰寫書面報告。互動討論和總結的考評成績作為工程索道課程實踐全過程考核成績的一部分。此外，所研制的橋梁結構纜索吊裝施工實踐教學影音系統，還通過中國索道科學網創建的工程索道國家精品課程網站、教育部“愛課程”社區、工程索道國家精品資源共享課，以及工程索道微信公眾號等網絡資源共享平臺，實現優質影音教學資源全面共享。

4 教學影音系統成效

4.1 有利于轉變傳統教學理念

高校工科專業課的傳統教學方式是以教師和教材為媒介，進行灌輸式教學，注重學生對知識的學習和傳承，忽視對學生主觀能動性的激發，往往導致理論與實踐脫節[9-10]。工科學生應具備工程實踐性、團隊協作性和思維創新性，改變傳統教學模式，使工科教育真正“回歸工程”迫在眉睫[11]。將橋梁結構纜索吊裝施工影音媒體引入實踐教學，營造形象生動的工程情境，以學生為主體，以教師為引導，學生主動參與互動交流和討論，自主運用理論知識，解決工程實際問題，鍛煉創新思維和表達能力。這種案例影音教學法已不再是單向的知識傳授，而是雙向互動，有利于促進傳統教學理念的轉變。

4.2 有利于提高學生綜合能力

案例影音教學是在特定的情景中，引導學生綜合運用理論知識分析和解決實際問題，培養學生參與意識、協作意識和團隊精神，提升學生的表達能力，提高其自信心。工程索道是工程實踐性很強的課程，需要在實踐中提高綜合分析和運用能力。橋梁結構纜索吊裝施工影音教學系統，應用于工程索道課程實踐教學，年受益學生達到千余人。該課程作為森林工程專業核心課程，還設置了為期2周的課程實踐教學環節（課程實驗、課程實習和課程設計），使學生加深理解和掌握相關理論和技術，為今后學生從事工程索道的科研、設計、架設和管理打下堅實的基礎[2-3]。對于工程索道類課程作為專業選修課的專業，由于受學時限制未設置實訓環節，案例影音教學更能使學生形象、生動和直觀地從理論到實踐全面掌握纜索吊裝的各方面知識與技能。案例影音教學法徹底顛覆了專業課上學生被動學習的現狀，學生置身于實際案例的工程情境中，進行互動討論的研究性學習，學生有看得見、摸得著的感覺，課堂積極主動性顯著提高，互動討論氣氛更加活躍；避免了理論脫離實際，強化學生對知識的理解和掌握，靈活運用理論知識，分析實際工程案例，培養了學生的工程應用能力、創新思維能力，以及面對實際情況的分析應變能力；案例影音互動討論后，要求學生用自己的語言完成交流討論總結報告，既突出重點和要點，又簡明扼要，加深了學生對知識的理解，鍛煉了學生歸納總結能力。

5 結束語

影音媒體運用是案例教學的重要組成部分。隨著數字技術的發展和影音制作手段的完善，越來越多的科研成果和工程實踐等既可被實時地記錄下來，也能夠依靠強大的計算機虛擬功能再現出來，這些都為案例教學提供了豐富的信息資源。影音媒體因其真實生動的情境營造能力受到越來越多教師的重視，也為提高學生辨析案例能力，促進知識轉化效率，提供了強有力的信息環境支持[13]。當然，影音媒體也有其局限性，應與其他教學手段相結合，一方面以學生為主體，發揮教師的主導作用，采用播講結合的方式，鼓勵學生積極思考，增強課堂中的師生互動[14-15]，另一方面發揮學生的主體作用，要求學生查閱文獻資料，參與設備認知實踐和課程實習，增強學生動手能力，加深對知識的理解。面向創新創業教育，深化工程教育改革，教師的知識結構和教材的內容必須及時更新才能與時俱進，而科研是最有效、最便捷的途徑[16-17]。科研創造新知識，教學傳播知識，把科研與教學有機地結合起來，將教師的最新科研成果和實際工程項目以影音多媒體方式引入課程實踐，理論聯系實際，展示學科發展前沿，化抽象為具體。難以用語言立體的、動態的、連續的、全面的描述纜索吊裝技術裝備構造和施工方法，且信息量大，能使之與原有的知識體系融會貫通，加深對理論的理解及應用，接受最新的知識和技術，極大地激發了學生的學習興趣和主觀能動性，增強了學生的理解力、想象力和創新思維。