橋梁工程專業工程軟件應用課程理論與實踐一體化教學模式探索

劉文碩

【摘要】工程軟件應用是高等院校橋梁工程專業重要的專業課程之一。本文分析了目前教學工作中存在的主要問題，概述了國內外橋梁工程軟件發展與課程建設現狀，提出從課程設置、教學內容、教學方法、考核方式以及培養學生實踐與創新能力等方面進行系列改革，探索橋梁工程軟件應用課程理論與實踐一體化教學模式，以提高學生的學習積極性，提高教學質量，積極培養學生利用工程軟件分析、解決實際工程問題的能力。

【關鍵詞】橋梁工程 ?工程軟件應用 ?理論與實踐一體化 ?教學模式探索

【基金項目】本文系2017年中南大學教學改革研究項目（項目編號：2017jy30）研究成果。

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）18-0050-02

近年來，隨著設計理念、施工技術與新材料、新工藝的飛躍發展，現代橋梁結構朝著大型化、輕型化、復雜化的趨勢大步邁進，橋梁跨徑被不斷刷新，新的橋梁體系也不斷涌現。伴隨著計算機技術的發展進步，橋梁工程結構分析軟件已成為從事橋梁結構研究、設計與施工的重要手段，熟練掌握工程軟件是工程技術人員的必備技能。對于在校學生而言，橋梁工程軟件應用課程是橋梁工程專業學生在本科階段的必修課程，課程教學一般安排在大三或者大四上學期進行。

目前，國家正大力提倡一帶一路建設，我國高速鐵路橋梁建設也取得了舉世矚目的成就。為適應中國橋梁建設的飛速發展，同時保證工程結構的安全性與可靠性，培養熟練掌握結構分析軟件的卓越橋梁工程師是時代的要求，也是中國實現從橋梁大國向橋梁強國跨越的必需。

一、橋梁工程專業工程軟件應用課程存在的問題

工程軟件應用是橋梁工程專業的重要應用型基礎課程，其教學內容與工程實際緊密相連，其教學效果的好壞不僅直接影響到學生對專業知識掌握的程度，還會影響到學生在實際工程中分析問題和解決問題的能力。然而，由于受到教育體制、傳統教學理念的影響，橋梁工程軟件應用課程目前存在以下問題：

（1）前修課程不足

本科生尚未開設有限元基本原理、靜動力分析方法等課程，學生對有限元理論缺乏基本的了解，預備知識不足，學習基礎薄弱。

（2）實踐教學缺失

可選教材少，教學內容較為單一枯燥，多偏重于理論介紹或操作講解，分析、判斷、糾錯的實踐教學嚴重缺失，與實際工程應用結合較少。

（3）教學效果不理想

教學課時少，內容多且繁雜，學習難度大，學生學習積極性不高。

（4）學習方式不合理

學習中過于依賴軟件，較多側重于建模學習，缺少對問題和原理的思考，分析問題與解決問題的能力弱，理論學習與工程實踐嚴重脫節。

（5）考核方式有待改進

題目差異性小，抄襲、照搬情況存在，學習質量難以保證。

二、國內外橋梁工程軟件發展與課程建設現狀分析

（1）橋梁結構分析軟件發展概況

國外開發橋梁結構分析軟件較早，且經過幾十年的連續研發，國外橋梁結構分析軟件已較為成熟，商業化程度較高，知名的橋梁專用軟件種類較多（如Sofistik、Lusas、TDVRm2006、MIDAS/Civil等），通用軟件（如ANSYS、ABQUS、SAP2000等）的土木工程模塊產品在橋梁結構分析中也有廣泛的應用。

國內結構分析軟件的研發起步較晚。20世紀50年代到70年代末，計算機資源稀少，且算法語言單一，雖開發了一些簡單程序，但應用范圍小，且尚未達到專業計算程序的水準。90年代，將圖形可視化應用于程序前后處理，達到橋梁專業發展的高峰。目前，國內開發的橋梁結構分析軟件已較為成熟與完善，廣泛應用于橋梁設計、施工控制、試驗檢測與災害分析，現正朝著空間梁格、系統耦合仿真、非線性動力分析、實體建模等方面發展。

（2）課程建設現狀

有限元理論是計算機輔助工程和數值仿真的基礎，也是重要組成部分。目前，國外高校土木工程專業普遍開設有限元基礎理論課程，可供本科生選修;而國內高校中，有限元理論課程一般針對研究生開設，單獨為本科生開設有限元課程的還不多見。由于前修課程不足，導致學生的學習基礎較為薄弱，增加了學習的難度，使得學習熱情不高，學習效果不佳。

此外，國外高校中，工程軟件應用課程一般融入結構分析或結構設計課程之中，要求學生根據設計要求，立足設計規范，主動掌握工程分析軟件。國內高校中，有限元基礎原理、結構設計分析、工程軟件應用課程相對比較獨立，課程間聯系性不強，不利于知識的融會貫通。

（3）教學現狀

橋梁工程軟件應用課程的內容涵蓋面廣，涉及內容多，包括平面結構與空間結構，建模方式靈活，單元種類多樣。然而，一般學校安排的教學課時都較少，與之對應的數學、力學等基礎課程的課時也不斷壓縮，導致學生沒有打好扎實的基本功。

目前，國內的授課方式主要以教師為主，針對教材內容，以課堂灌輸為主，學生被動地接受，學習的熱情和主動性大大降低。同時，由于不理解有限元分析的原理和基本思想，學生在學習過程中較多地偏重于軟件操作，而對計算原理缺少深入思考，對模型計算結果缺乏分析判斷能力。

三、課程改革措施探索

（1）課程大綱改革

調研國內外橋梁工程軟件應用相關課程的開設與教學情況，進行深入對比分析，引進吸收先進的教學理念和教學方法，堅持理論教學與實踐教學并重，制定理論與實踐一體化的橋梁工程軟件應用課程的教學大綱。

（2）教材與教學內容改革

結合有限元理論方法與實踐應用，打破以往教材的局限，分別從桿系結構、梁式結構、板殼結構、體結構等不同方面進行課堂講解。理論聯系實際，注重案例教學，建立實橋工程庫，選取典型橋梁結構進行示范教學（見圖1）。

（3）教學方法改革

改變傳統的多媒體教學加學生上機練習的教學方式，采用上機與授課同步進行，采用工程實例驅動、互動教學方式實現課堂理論教學與實踐教學的對接，利于學生根據授課進度同時熟練操作，改善課堂教學效果。同時，擴展傳統教學方式，充分 ? 利用網絡教育資源，設立相關課程網頁，布置實際橋梁結構的分析任務，引導學生主動學習。

（4）考核方式改革

該課程為應用型課程，建立合理的考核機制尤為重要。考核應分為三部分： 日常出勤與課堂學習情況占總成績的30%，理論考試占30%，實橋建模上機操作占40%，其中理論考試主要考查建模原理、建模方式、荷載組合、結構驗算項目等內容，建模上機操作限時進行，題目與計算參數隨機抽取，避免抄襲照搬。

（5）培養學生實踐與創新能力

課外組織橋梁建模比賽等培養學生的實踐與創新能力，激發學習熱情;加強與設計、施工單位聯系，增加社會實踐與參觀實習機會。

四、結論

本課題根據橋梁工程專業工程軟件應用課程的困境與存在問題，提出采用理論與實踐一體化的教學模式，從課程設置、教學內容、教學方法、考核方式以及培養學生實踐與創新能力等方面進行系列改革，將理論知識與實際橋梁結構建模分析互相融合，引導學生由被動學習轉變為主動探索，以提高學生分析、解決實際問題的能力，為繼續學習深造或工作打下牢固基礎。該課程對于復雜橋梁結構分析、橋梁精細化分析以及橋梁創新有重要意義，對其進行教學改革、探索理論與實踐一體化的教學模式十分必要，同時也是土木工程教學領域所面臨的亟需解決的重要課題。

參考文獻：

[1]張鳳榮.淺談當前電算化在橋梁工程中的作用[J].中國外資，2012（24）：96.

[2]羅玲.基于程序和實例化的橋梁結構電算教學實踐研究[J].教育教學論壇， 2013（20）： 245-246

作者簡介：

劉文碩（1985-），女， 河南商丘人，博士研究生，講師，從事橋梁工程方向教學科研工作。