建構主義理論在橋梁工程課程教學中的應用

顧箭峰 黃民水 盧海林 劉章軍

（武漢工程大學土木工程與建筑學院 湖北·武漢 430073）

橋梁工程是一門研究橋梁構造、結構設計基本理論和施工方法的課程，在我國高校土木工程專業道橋方向學生培養中具有舉足輕重的地位。首先，橋梁工程是道橋工程方向最重要的專業核心課程，是連接三大力學及“結構設計原理”等專業基礎課程與“橋梁抗震”及“橋梁結構電算”等專業課程的橋梁。同時，在實際生產中，橋梁工程涉及規劃、勘探、設計、施工、制造、監測及養護等各環節，為工程師分析和解決實際問題提供理論基礎和經驗指導。橋梁工程理論與實踐并重的特點，使其教學質量將直接影響到學生專業素質和人才質量的培養。然而，目前我國高校橋梁工程課程教學普遍呈重理論輕實踐、重指導輕啟發、重知識傳授輕能力培養的現狀，使得道橋方向高校畢業生在職業初期難以應用已有知識有效分析和解決實際工程問題。為此，本文將建構主義理論融入橋梁工程課程教學中，優化教學方式、實踐教學環節及考核機制，以培養工程應用能力強的復合型高級工程技術人才。

1 建構主義理論

建構主義（Constructivism）又稱結構主義，自上世紀80年由著名認知發展心理學家皮亞杰提出后，經布魯納、維果斯基等人的不斷推進及發展，現已成為一種全球教學領域公認的理論。建構理論基于認知學習理論，提出了“情景”、“會話”、“協作”和“意義建構”四大要素，認為學習過程非學習者被動地接受知識，而是基于學習者的信息加工活動主動建構起對客體的認識。建構理論以學習者為中心，以學習者內部的意義建構為學習過程的最核心環節，強調學習者的主動性和主體性價值，以學習者實現所學知識意義建構為最終目的。隨著經濟技術的迅猛發展，引發了教育教學的重大變革，傳統教學的接收觀飽受質疑，使得注重發揮學習者主觀能動性和創造性的建構主義逐漸受到全球教育屆的青睞。

與傳統教學模式相比，建構主義教學模式特征如下：（1）師生地位改變，傳統教學以教師為中心，而建構主義已學生為主體，教師為主導；學生由知識的灌輸對象、被動接受者轉變為信息加工的主體和知識意義的主動建構者，教師由傳統教學中知識的傳播者、運輸者轉變為學習者主動建構知識的組織者、指導者、幫助者及促進者。（2）教學方式改變，傳統教學普遍純理論化，以教師為課堂中心，呈師生間缺乏信息交流的教育堆積狀態；而建構主義注重基于現實世界知識的學習者內心知識意義的建構，注重學生興趣的激發和學習主題情景的創造。（3）教學觀改變，傳統教學常采用強制性的指導教學和權威式教學，忽視學生的主觀能動性；而建構主義基于人類認知規律，以學生已有知識經驗為基礎，通過師生互動和交流來促進學生自身知識的發展。（4）學習觀的改變，傳統教學中學生是知識的被動接受體，常呈低效的機械式信息記錄；而建構主義強調以問題為中心、合作學習的學習觀，鼓勵學生獨立思考和首創精神，提倡個性化知識結構的建立。（5）教學目標改變，傳統教學注重記憶等低層次的思維技能，學生常形成脫離死記硬背、全盤照搬的習慣；而建構主義教學重視邏輯思維和理解能力的綜合發展，利用情境式學習培養學生個體化的全面全新的知識體系的主動構建，以實現學生的全面發展。

2 橋梁工程課程教學中存在的主要問題

橋梁工程是高校土木工程專業道橋方向專業主干課程，并集理論性和實踐性于一體。旨在通過橋梁基本概念及發展動態、多種橋型基本構造、力學特點及計算方法的講授，培養學生綜合運用力學知識和專業知識解決橋梁工程在勘測、設計、施工、監測及養護等工作過程中的技術問題的能力。該課程的教學效果對道橋工程方向畢業生的專業素質和能力培養至關重要。然而，該課程知識點瑣碎、內容繁雜、結構體系復雜多變，規范條文繁多、力學計算復雜、實踐性強，使得橋梁工程教學效果偏差，學院該門課程掛科率長期偏高。

橋梁工程課程內容多，學習難度大，且課時相對不足，使得學生興趣和積極性不足，尤其力學和結構設計原理等專業基礎知識掌握不扎實的學生。并且，主要采用傳統的課堂理論教學方式，而實踐教學環節偏少，常安排在理論教學滯后，且學時較短，使得理論教學與實踐運用相脫節，學生難以將理論知識與工程實踐緊密結合起來。

橋梁工程課程涉及設計與施工規范條文較多，且規范條文隨著工程技術的發展持續更新。然而，目前橋梁工程材料的革新速度普遍滯后于規范更新速度，難以跟上橋梁工程技術發展的進程，且教材內容常重設計輕施工、重結構計算輕構造要求、重權威式指導缺輕啟發，使得學生面對新的技術難題難以開拓創新。

橋梁工程課程教學大多采用教學模式，教學形式單一，忽視學生在教學過程中的主體作用，且教材、課件和教案等傳統教學資源難以及時反映橋梁工程技術最新發展成果，更與現今信息化的大數據時代特征不匹配，導致學生積極性不高。另一方面，課程考核方式缺乏激勵性，常采用學習過程考核與期末考試成績相結合的考核方式，平時成績由出勤率及課后作業完成質量加權平均而得，占總成績的30%，期末考試成績常取以檢查學生對書本理論知識掌握程度的單一閉卷考試分數，占總成績的70%。這些都導致學生一味靠記憶掌握書本理論知識，而忽視個人實踐能力和創新能力的培養。

目前，橋梁工程課程教學普遍存在重理論輕實踐、重指導輕啟發、重知識傳授輕能力培養的問題，導致道橋工程方向畢業生普遍工程應用能力不足，難以很好地進行知識遷移來解決實際問題，無法適應當今橋梁屆的發展趨勢。為滿足行業對于復合型人才的需求，促進我國橋梁工程的發展，將提倡以學生為主體的建構主義理論融入橋梁工程課程教學勢在必行。

3 建構主義理念在橋梁工程課程教學中的應用

3.1 基于建構主義理論的教學模式優化

橋梁工程課程傳統教學模式以教師為中心，單純強調知識傳授，不僅所教內容與教材一致，并且理論知識與實踐及當前橋梁工程發展趨勢相脫節，導致學生主觀能動性和創新思維被限制，求知欲普遍不足，甚至出現部分同學課堂上手機玩游戲、聊天、看視頻直播等現象。為此，尊重學生的教學主體性，將建構主義和橋梁工程教學相結合，采取線上與線下混合式教學模式。根據橋梁工程教學內容及其相匹配的教學/學習資源，筆者采用了多媒體、板書和移動學習協同一體的教學/學習媒體。以混凝土簡支梁橋計算章節為例，將荷載橫向分布計算等理論性強知識內容及其專題研討采用多媒體與板書相結合的課堂教學講授，而將規范條文相關、基本背景、專業名詞及實踐性強的知識內容采用慕課（MOOC）、微課等線上教學，如：橋面板計算模型、撓度及預拱度計算等。同時，利用移動設備實現學習過程中師生的實時深度互動，以提高學生的認知水平。為此，武漢工程大學土木工程專業道橋方向橋梁工程課程教學由以前的72課堂學時轉變為56課堂學時與16線上學時相結合的模式，并精心設計與制作了多個微課與動畫等顆粒式資源，利用橋梁方向師生微信群和QQ群互動促進擴展性學習。

教學方法上，摒棄傳統的“填鴨式”教學方式，充分利用線上線下混合式教學突破時空限制的優勢，采用支架式、拋錨式、啟發式及討論式教學，實現“講、做、討論”的有機結合。并且，將規范條文、實際工程照片、圖紙、視頻、動畫及軟件等植入教學中，以增加實際工程內容和發展動態。例如：在簡支梁撓度和預拱度計算學習中拋出橋梁結構反拱度問題，利用2019年無錫錫港路高架橋倒塌事件創設汽車荷載標準及橋梁結構病害知識的教學情境。教師多以引導者和引路人的身份提出問題，以合作者的身份參與學生對知識意義建構的全過程，而學生成為解決問題、學習知識的主體，并鼓勵學生合作學習和小組學習。結合“課堂講解—線上擴展—課后測試”、“課前預習—課堂討論—課后總結”的授課模式，精準掌握學生的學習效果，并通過討論和總結的過程對學生構建的知識進行糾錯和鞏固。

3.2 基于建構主義理論的實踐教學環節優化

鑒于橋梁工程課程理論性和實踐性并重的要求，且工程應用能力是畢業生職業生涯的核心競爭力，基于建構主義理論，武漢工程大學道橋教研室對橋梁工程課程實踐教學環節進行了優化，途徑如下：

根據理論教學進度合理安排實踐教學環節時間，將認知實習時間由大二暑假調整為緊跟橋梁概論章節教學開展，將橋梁工程課程設計由橋梁工程課程教學結束后2周內調整為梁式橋構造與設計章節教學結束后至整個課程教學結束。讓理論知識得到直觀展示給學生，并通過課程設計中實際問題的解決帶動理論知識的內化，實現學生自身知識的建構。

提倡學生參與科技活動，學院每年的五月和十月舉辦“學術周”科技活動，邀請校外生產部門專家以講座形式介紹行業發展新技術及新動態，學生可根據個人興趣和知識背景選擇性參加。并且，鼓勵和組織學生參加校外行業科技活動，如中國國際橋梁科技論壇暨中國國際橋梁產業博覽會等，保證學生能及時接觸到最新的知識和技術，激發學生的積極性和求知欲。

保障各類賽事，積極組織學生參加世界大學生橋梁設計大賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽、結構力學競賽、結構設計大賽等競賽，以賽促學，以賽促教，開發利用Midas等軟件的電算能力，用賽事成果檢驗和提升橋梁結構課程教學的質量。

3.3 基于建構主義理論的課程考核機制優化

基于建構主義理論的課程考核機制更加注重理論知識的實踐應用，不僅考查基礎知識點的掌握和理解，而且多方位、多角度考核學生工程應用能力。為杜絕學生僅掌握課本內容，僅為考試而突擊強化記憶學習，課程考核中期末考核與過程考核占最終考核結果比重分別為40%和60%。（1）期末考核，期末考核試卷中有70%以上的題型均是以實例應用題，學生在解題過程中自主選擇應用原理及計算方法，而非傳統的概念敘述、計算方法與流程應用題。（2）過程考核中，平時作業成績和參與課堂討論所占比重較大，分別為50%和30%，而課堂考勤僅占20%。其中，平時作業和課堂討論多以小組形式分配完成，然后結合教師考評結果和小組成員互評結果得到學生得分。平時作業和課堂討論非傳統的課本上課后參考題和課堂知識點提問形式，而呈開放性和發散性，如：橋梁概論課后作業為以小論文的形式任選武漢室內一座跨江大橋進行介紹，在梁橋構造與設計課堂中討論梁橋提升跨越能力的有效途徑等。

4 結語

建構主義理論堅持以學生為中心，倡導主觀能動性。將其融入橋梁工程課程教學中，對教學方式、實踐教學環節及考核機制進行優化，以改變傳統教學重理論輕實踐、重指導輕啟發、重知識傳授輕能力培養的現狀。尊重學生的教學主體性，將大數據時代的信息技術引入橋梁工程教學中，形成線上線下混合式教學方式，借助多種建構主義教學方法，充分挖掘學生的實踐能力和學習興趣。與時俱進的實踐環節的引入，為學生架設接觸新技術和新動態的橋梁，激發學生的創造力。注學生能力和素質培養的考核機制制定，有效推動學生獨立探索和協作學習的熱情。基于建構主義理論的橋梁工程教學模式形成，不僅可有效提高橋梁工程課程的教學質量，而且利于培養工程應用能力強的復合型高級工程技術人才，促進我國橋梁行業的發展。