新工科視角下橋梁工程課程群建設(shè)與實(shí)踐

黃 信，吳 堃，張 弛

（中國(guó)民航大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300300）

為滿足新工科建設(shè)對(duì)專業(yè)人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，高校應(yīng)重視課程群建設(shè)。新工科提出要重點(diǎn)把握學(xué)與教、實(shí)踐與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、本土化與國(guó)際化三個(gè)任務(wù)，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，更加重視學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的創(chuàng)新應(yīng)用，及運(yùn)用知識(shí)開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐[1-2]，如何提高學(xué)生的工程結(jié)構(gòu)創(chuàng)新能力是目前國(guó)內(nèi)高校土木工程專業(yè)教育研究的重要方向。

2016 年我國(guó)成為國(guó)際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會(huì)員，專業(yè)認(rèn)證評(píng)估成為衡量專業(yè)辦學(xué)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)專業(yè)認(rèn)證要求，人才培養(yǎng)應(yīng)堅(jiān)持以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向，并持續(xù)改進(jìn)。開(kāi)展專業(yè)認(rèn)證可有效提升專業(yè)建設(shè)的內(nèi)涵，進(jìn)一步清晰專業(yè)辦學(xué)定位、明確專業(yè)辦學(xué)特性及目標(biāo)。為有效提高專業(yè)認(rèn)證能力，各高校應(yīng)充分理解專業(yè)認(rèn)證的內(nèi)涵及要求。

為支撐專業(yè)認(rèn)證評(píng)估，高校應(yīng)開(kāi)展課程建設(shè)和課程群建設(shè)，實(shí)現(xiàn)以評(píng)促建。課程是課程體系的基本單元，開(kāi)展課程建設(shè)和課程管理是專業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)。為提高課程建設(shè)水平，教師應(yīng)開(kāi)展教學(xué)方法改革、傳授高水平知識(shí)，不斷豐富授課內(nèi)容和教學(xué)素材，同時(shí)應(yīng)開(kāi)展有效的課堂教學(xué)組織，注重課堂教學(xué)節(jié)奏和強(qiáng)度，通過(guò)精心的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

課程群建設(shè)是指涉及三門(mén)及以上課程的建設(shè)，包括課程群體系建設(shè)、師資隊(duì)伍、教材建設(shè)等方面[3]。何明勝等[4]介紹了課程群中課程設(shè)置的原則、師資隊(duì)伍建設(shè)以及課程群建設(shè)方案和實(shí)施過(guò)程，提出了實(shí)踐和理論相融合，以工程項(xiàng)目為主線聯(lián)系的課程群建設(shè)模式。崔曉龍等[5]開(kāi)展課程群建設(shè)實(shí)踐，細(xì)化設(shè)計(jì)理論課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)，理論教學(xué)采用案例式教學(xué)，實(shí)踐環(huán)節(jié)采用模塊式實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，授課教師可以根據(jù)課程內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行組合。張文軍等[6]提出教師素養(yǎng)是課程群建設(shè)的關(guān)鍵因素，分析了目前教師素養(yǎng)方面存在的問(wèn)題，包括實(shí)踐環(huán)節(jié)缺失、忽視課程開(kāi)發(fā)等，最后提出了知行并進(jìn)、補(bǔ)充課程群系統(tǒng)知識(shí)等提高教師素養(yǎng)的路徑。石輝等[7]分析了目前課程群建設(shè)的動(dòng)因及建設(shè)的基本思路，對(duì)課程群中不同課程的定位、課程教學(xué)計(jì)劃等進(jìn)行建設(shè)。由此可知，課程群建設(shè)有利于打通不同課程之間的壁壘，強(qiáng)化課程之間的遞進(jìn)關(guān)系，所以應(yīng)充分重視課程群建設(shè)。

綜上可知，開(kāi)展橋梁工程課程群建設(shè)是提高土木工程專業(yè)認(rèn)證評(píng)估建設(shè)能力的重要途徑，也是新工科建設(shè)的必然要求。

1 橋梁工程課程群體系及存在的問(wèn)題

1.1 課程群體系

橋梁工程課程群包括橋梁工程、土木工程施工、基礎(chǔ)工程、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及橋梁工程課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐課程，課程類型有理論實(shí)驗(yàn)課和實(shí)踐課程，橋梁工程課程群架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 橋梁工程課程群架構(gòu)

1.2 課程群存在的問(wèn)題

1.2.1 教學(xué)內(nèi)容重復(fù)與課時(shí)矛盾

目前課程建設(shè)過(guò)于強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性，課程教學(xué)內(nèi)容多，從而導(dǎo)致課程群中不同課程的教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，如橋梁工程課程主要講解簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、拱橋、懸索橋等結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)授課內(nèi)容也包括荷載組合、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、橋梁施工，而基礎(chǔ)工程課程中也講解基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)，土木工程施工課程講解了工程施工原理和方法，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程也涉及荷載組合的教學(xué)內(nèi)容，橋梁工程課程群重復(fù)教學(xué)內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 橋梁工程課程群重復(fù)教學(xué)內(nèi)容

由于課程群教學(xué)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)整合，片面強(qiáng)調(diào)單門(mén)課程的系統(tǒng)性，教學(xué)內(nèi)容和有限學(xué)時(shí)的沖突愈發(fā)明顯。為了保證課程教學(xué)大綱教學(xué)內(nèi)容的講授，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容講解深度淺顯、學(xué)生學(xué)習(xí)效果差，不利于學(xué)生對(duì)教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的深入理解。

專業(yè)認(rèn)證和新工科均重視對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，課堂教學(xué)應(yīng)做到精而實(shí)，所以應(yīng)對(duì)課程群教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行有效整合，提高教學(xué)效果。

1.2.2 課程之間缺乏有效銜接

課程群建設(shè)的優(yōu)勢(shì)是整合相關(guān)聯(lián)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，然而目前橋梁工程課程群理論教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐體系均缺乏有效的銜接，主要體現(xiàn)在前序課程講授內(nèi)容無(wú)法支撐后續(xù)課程的教學(xué)要求，同時(shí)課程群教學(xué)內(nèi)容之間缺乏有效的關(guān)聯(lián)性和反饋改進(jìn)機(jī)制。

橋梁工程課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩門(mén)實(shí)踐課程均需要進(jìn)行簡(jiǎn)支混凝土梁的彎起鋼筋設(shè)計(jì)，而構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)內(nèi)容在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中進(jìn)行講解，但是該門(mén)課程偏重民用建筑構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)，而不涉及橋梁彎起鋼筋的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致橋梁工程課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)支梁彎起鋼筋配筋設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容缺失。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是提高學(xué)生從事橋梁設(shè)計(jì)等方面能力的有效手段，土木工程專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中明確提出了應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用軟件進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)的能力。土木工程專業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程主要向?qū)W生講解土木工程專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的操作，教學(xué)內(nèi)容包括制圖軟件和設(shè)計(jì)軟件的講解，而教學(xué)內(nèi)容中卻較少涉及橋梁設(shè)計(jì)軟件的講解，致使學(xué)生在開(kāi)展畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)難以利用設(shè)計(jì)軟件開(kāi)展橋梁工程的設(shè)計(jì)與分析。

同時(shí)，課程群教學(xué)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性整合不足，缺乏貫穿課程群的全過(guò)程橋梁設(shè)計(jì)和施工的教學(xué)理念和方法，如基礎(chǔ)工程和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理偏重構(gòu)件設(shè)計(jì)，而沒(méi)有體現(xiàn)構(gòu)件與橋梁主梁及橋墩等工程構(gòu)件的關(guān)系，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程偏重建筑制圖，而與橋梁結(jié)構(gòu)配筋圖的關(guān)聯(lián)性較低，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解不充分，難以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)習(xí)中普遍存在只見(jiàn)樹(shù)木、不見(jiàn)森林的碎片式知識(shí)點(diǎn)，上述弊端在大四畢業(yè)設(shè)計(jì)課程中暴露最為明顯。

2 橋梁工程課程群建設(shè)舉措

2.1 理順課程群不同課程教學(xué)內(nèi)容的關(guān)系

課程群建設(shè)應(yīng)理順教學(xué)內(nèi)容在不同課程之間的歸屬關(guān)系。課程群團(tuán)隊(duì)圍繞課程群中相關(guān)聯(lián)教學(xué)內(nèi)容的講解方法、深度及歸屬課程進(jìn)行了研討。課程群教學(xué)內(nèi)容調(diào)整主要考慮教學(xué)內(nèi)容在課程群中的講授階段，以及課程之間的學(xué)時(shí)優(yōu)化。課程群重復(fù)知識(shí)點(diǎn)的調(diào)整應(yīng)側(cè)重于優(yōu)化和整合，而不是教學(xué)內(nèi)容在課程之間的簡(jiǎn)單增減。

橋梁工程中的基礎(chǔ)主要為獨(dú)立基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)，而前期的基礎(chǔ)工程課程已涉及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容，所以該部分內(nèi)容可調(diào)整至基礎(chǔ)工程課程；橋梁工程中的施工方法由于橋梁結(jié)構(gòu)體系的不同而存在差異，對(duì)于常規(guī)橋梁施工方法及施工進(jìn)度管理等教學(xué)內(nèi)容放在土木工程施工課程中進(jìn)行講解，而對(duì)于連續(xù)梁橋施工體系轉(zhuǎn)換、拱橋轉(zhuǎn)體施工、大跨斜拉橋懸臂施工等橋梁特色施工內(nèi)容仍保留在橋梁工程課程中；考慮到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中關(guān)于荷載組合的教學(xué)內(nèi)容僅在部分習(xí)題中涉及，經(jīng)過(guò)課程組教師研討，荷載組合和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)內(nèi)容仍然放在橋梁工程課程中。

上述針對(duì)橋梁工程課程群教學(xué)內(nèi)容的融合調(diào)整，有效縮減了5 個(gè)學(xué)時(shí)的重復(fù)教學(xué)工作量，同時(shí)明確了不同知識(shí)點(diǎn)在課程群中的定位和講解深度。

2.2 強(qiáng)化課程之間的銜接

2.2.1 加強(qiáng)課程群教學(xué)內(nèi)容的銜接，強(qiáng)化深度學(xué)習(xí)和學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)

為加強(qiáng)課程群之間教學(xué)內(nèi)容的銜接，發(fā)揮課程群的整體優(yōu)勢(shì)，前序課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)對(duì)后續(xù)課程的支撐，于是課程組在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程中增加了橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件操作介紹和講解，基礎(chǔ)工程課程中增加了橋梁和民用建筑的樁基礎(chǔ)選型和設(shè)計(jì)對(duì)比的教學(xué)內(nèi)容，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理課程中補(bǔ)充了簡(jiǎn)支梁的彎起鋼筋設(shè)計(jì)內(nèi)容，同時(shí)橋梁工程課程及課設(shè)中對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)的作用進(jìn)行了有效引導(dǎo)和講解，從而實(shí)現(xiàn)了橋梁工程全過(guò)程設(shè)計(jì)知識(shí)內(nèi)容的貫通，有效提高了教學(xué)內(nèi)容的講解深度、培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維能力。

2.2.2 以注冊(cè)執(zhí)業(yè)能力提升為主線，整合課程群教學(xué)內(nèi)容我國(guó)于1997 年在建設(shè)工程領(lǐng)域?qū)嵭凶?cè)資質(zhì)準(zhǔn)入制，獲得國(guó)家注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師和國(guó)家建造師執(zhí)業(yè)資格是土木工程師成為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的必備條件[8]。于是課程組在課程群的理論教學(xué)內(nèi)容中融入注冊(cè)執(zhí)業(yè)考試內(nèi)容，如將簡(jiǎn)支梁橋主梁的荷載計(jì)算、內(nèi)力分析、荷載組合、配筋設(shè)計(jì)的全過(guò)程設(shè)計(jì)內(nèi)容安排于課程群的不同課程中，同時(shí)基于學(xué)生執(zhí)業(yè)能力掌握的反饋情況，對(duì)理論課程的教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行不斷改進(jìn)。

2.3 整合課程群實(shí)踐課程體系

橋梁工程課程群實(shí)踐課程包括土木工程施工課程設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)、橋梁工程課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)。為有效提高課程群實(shí)踐課程的融合，課程組針對(duì)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容等方面采取了下列舉措。

為達(dá)到土木工程專業(yè)認(rèn)證要求，工程實(shí)踐與畢業(yè)設(shè)計(jì)類題目占比不低于20%[9]。為培養(yǎng)學(xué)生橋梁設(shè)計(jì)與施工的實(shí)踐能力，課程組基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理念開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)[10]，鋼筋混凝土簡(jiǎn)支橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)踐內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)選型、荷載確定、橋面板設(shè)計(jì)、主梁設(shè)計(jì)、支座設(shè)計(jì)、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工組織設(shè)計(jì)，橋梁工程課程群項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)如圖3（p74）所示。為明確實(shí)踐教學(xué)在課程群中課程之間的定位及其階段性成果，經(jīng)過(guò)課程群指導(dǎo)教師討論，土木工程施工課程設(shè)計(jì)要培養(yǎng)學(xué)生完成橋梁施工方案及施工組織設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容，基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)要培養(yǎng)學(xué)生完成樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，橋梁工程課程設(shè)計(jì)需要培養(yǎng)學(xué)生完成荷載組合、橋面板設(shè)計(jì)和主梁設(shè)計(jì)，而畢業(yè)設(shè)計(jì)需要完成上述三門(mén)課程設(shè)計(jì)中的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)需要完成橋梁支座設(shè)計(jì)、橋墩設(shè)計(jì)，并強(qiáng)化施工圖的識(shí)圖和繪制能力。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中對(duì)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行過(guò)程管理和進(jìn)度把控，管控學(xué)生的項(xiàng)目執(zhí)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并給予指導(dǎo)解決。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)需要對(duì)項(xiàng)目結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)課程設(shè)計(jì)成果的分析，明確學(xué)生對(duì)項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，通過(guò)分析畢業(yè)設(shè)計(jì)成果，掌握學(xué)生對(duì)橋梁工程設(shè)計(jì)知識(shí)的綜合掌握和運(yùn)用情況。對(duì)課程群實(shí)踐課程的過(guò)程管控和成果分析，可知學(xué)生在主梁配筋設(shè)計(jì)、支座設(shè)計(jì)及圖紙繪制三部分內(nèi)容存在的問(wèn)題較多，分析其原因主要是課堂教學(xué)偏重理論計(jì)算，對(duì)圖紙繪制和主梁抗剪配筋設(shè)計(jì)的針對(duì)性講解重視不足。為提高課程群建設(shè)效果，教師應(yīng)對(duì)薄弱知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化講解，所以課程組結(jié)合實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)課程群理論課程的教學(xué)內(nèi)容提出了針對(duì)性的改進(jìn)意見(jiàn)。

圖3 基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的橋梁工程課程群實(shí)踐課程教學(xué)設(shè)計(jì)

通過(guò)整合實(shí)踐課程，明確了畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)之間的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容定位，實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化了關(guān)鍵教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，克服了由于單門(mén)課程設(shè)計(jì)過(guò)大的任務(wù)量而影響課程設(shè)計(jì)教學(xué)效果的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)理論課程教學(xué)進(jìn)行了反饋改進(jìn)。

3 結(jié)論

橋梁工程課程群建設(shè)是土木工程專業(yè)建設(shè)的基礎(chǔ)。為提高橋梁工程課程群建設(shè)效果，本文分析了課程群建設(shè)中存在的問(wèn)題，分別從理順課程間關(guān)系、強(qiáng)化課程群銜接和整合課程群實(shí)踐體系等方面提出了課程群建設(shè)舉措，從而促進(jìn)新工科建設(shè)和專業(yè)認(rèn)證的發(fā)展。