橋梁工程專業貫通式實踐教學鏈條模式探索

doi：10.11835/j.issn.1005-2909.2024.02.015

歡迎按以下格式引用：劉超，高春嵩，阮欣，等.橋梁工程專業貫通式實踐教學鏈條模式探索［J］.高等建筑教育，2024，33（2）：110-117.

摘要：實踐教學是橋梁工程專業學生從理論學習走向實際生產的橋梁，針對橋梁工程專業傳統實踐教學存在的連貫性差、效率低、效果差等問題，同濟大學土木工程學院橋梁工程課群組在多年實踐和研究基礎上，構建了針對多門實踐課程的貫通式學習鏈條新模式。該模式以需求驅動、潛能激發、創新導向為核心，形成了從學習認知到技能訓練，再到解決復雜工程問題的教學思路。在此教學鏈條中，學生的課程學習、虛擬平臺、生產實踐、論文科研層層貫通；思政教學、國情實踐、現場實習、專利申請、創新創業等環節環環相扣，從而提高橋梁工程專業實踐教學的連貫性，豐富了教學內容，提升了教學效果。

關鍵詞：實踐教學；貫通式教學；鏈條式體系；橋梁工程

中圖分類號：G642.44；TU-4 """文獻標志碼：A """文章編號：1005-2909（2024）02-0110-08

“新工科”建設的積極推進，對人才培養提出了更高的要求，需要建設高水平的人才隊伍^［1］。作為傳統工科專業，橋梁工程專業的教學模式也需要適應社會對崗位人才的需求，不斷加強對學生理論知識和實踐能力的培養，調動學生的學習積極性和創新思維，培養具有創新意識和創新能力的復合型人才。涵蓋校外實習、課程設計、學生創新創業等環節的專業實踐課程體系在培養學生動手能力、科研能力、適應能力和實踐創新能力中扮演著極為重要的角色^［2-4］。

然而，目前的橋梁工程專業傳統實踐教學模式已不能滿足人才培養的需要。李愛群等^［5］立足于土木工程全專業的角度，總結土木工程實踐教學存在的“認識不足”“體系不完善”“組織不規范”“條件保障不足”4個癥結。傳統的橋梁工程實踐模式大多為學生在指導教師或校外指導人員的帶領下，“一窩蜂”行動完成學習或者生產任務^［6］。在實踐過程中存在松散管理的問題，學生的積極性很難被充分調動，導致對實踐活動的重視程度下降。因此，傳統的實踐教學模式往往使學生“走馬觀花，淺嘗輒止”，難以真正做到學有所獲^［7］。

艾華青等^［8］提出以“學科基礎—工程技術基礎—創新實踐”為主線的融通式工程實踐教學模式，肯定了工程教育的貫通性對于人才培養的作用。孔繁森等^［9］從頂層設計的角度建立了實踐教學體系的框架模型，為實踐教學改革新模式提供了新思路。張希等^［10］將虛擬仿真實踐與建筑設計課程相結合，提高了設計基礎課程的教學效果。冒亞龍等^［11］從“教、學、評、傳”角度，提出一種多元化教學模式，豐富了實踐教學內容。李津津等^［12］在前人研究的基礎上建立了針對機械工程專業的“貫通式、項目制、研究型”綜合實踐教學模式，為傳統工科專業的“新工科”建設提供了新思路。管仲國等^［13］將貫通式思想融入橋梁工程全過程設計環節，為橋梁工程專業實踐教學改革提供了寶貴思路。

為應對橋梁工程專業傳統實踐教學難以滿足人才培養要求的問題，同濟大學土木工程學院多年來一直進行實踐教學改革。以同濟大學土木工程學院橋梁工程課群組的教學改革為例，提出橋梁工程專業貫通式實踐教學的鏈條新模式。

一、橋梁工程專業實踐教學現狀分析

（一）"實踐教學多處于邊緣地位，內涵需進一步深化

傳統的橋梁工程專業實踐教學課程簡單穿插于理論教學之中，開設的實驗課程以及工程實習的種類少、課程周期短、課程內容單一且波及面窄，很難達到提高學生綜合素質的目的。傳統的實踐教學地位不高、層次較低，教師不積極，學生不重視，課程體系難以滿足“新工科”建設對人才的培養需求。

（二）"實踐教學大多“走馬觀花”，實效有限

生產實習目前是橋梁工程專業唯一的一門長時間在現場學習的實踐課程。傳統的教學模式為大規模集中現場參觀式實習，學生往往“走馬觀花”，質量受到很大影響。傳統生產實習時間短和橋梁工程項目周期長的矛盾導致學生實習內容不系統、不全面，而且傳統的專業實踐多局限于“去現場搬磚”的場景，難以激發學生的興趣與潛力。

（三）"缺乏科學合理的精細化管理和評價體系

傳統實踐教學中，教師大多更重視前期課程安排及成果最終評價，而忽視了過程性管理和評價^［14］。在實踐教學中缺乏過程性指導與管理，學生收獲小，參與實踐活動的主觀性不強，積極性難以調動，更無法充分鍛煉學生批判性思考和自主創新的能力。因此，通過多種手段建立科學合理的實踐教學管理和評價體系對于加強教師對實踐環節的監管與評價十分重要。

（四）"實踐教學課程分離，難以形成合力

在傳統的實踐教學環節中，各課程均獨立設置教學內容，分期進行、不成系統，且部分內容存在不完整、重復、脫節等問題^［15］。學生完成單個課程設計后，無法將本課程學習的“點”與其他課程相結合，做不到“連點成線，連線成面”，無法系統性、有深度地培養學生的思考和創新能力，學生很難融會貫通，不能達到舉一反三的目的。

二、橋梁工程專業貫通式實踐教學鏈條模式構建

（一）"貫通式實踐教學鏈條模式簡介

近年來，為提高學生的創新能力，促進各學科交叉融合，優化人才培養的整體過程，同濟大學橋梁工程課群組構建了以“需求驅動、潛能激發、創新導向”為核心的橋梁工程專業貫通式實踐教學鏈條模式。該模式以“更新理念、優化結構、創新模式、保障質量”為關鍵點推進改革，推動工程教育質量持續提升。模式的核心理念如圖1所示。

該模式貫穿橋梁工程專業學生的整個培養過程，照顧每名學生的“個性化”發展，貫通實踐的各個平臺，培養學生綜合運用所學的能力和解決復雜問題的能力。“貫通式”是指在培養過程中，將各門課程緊密關聯，開展貫通式學習和研究。學生在課堂上所學的知識可用于導師制項目中，導師制項目的成果又可應用于生產實踐中，在實際生產中產生的想法又可運用于畢業設計中，甚至可以作為將來繼續深造時的研究內容。

要實現“貫通式”，就必須建立“教學過程貫通、教學平臺貫通、產學研貫通”的“鏈條式”教學體系。在實踐教學的各個環節，將學生的學習認知、技能訓練、綜合能力培養等環節有機鏈接、落到實處，將導師制項目、生產實習、各類比賽、公益實踐等教學手段作為“齒輪”，使橋梁工程專業學生的各個培養環節環環相扣，緊密連接，形成貫通式生產實踐的鏈條模式。

（1）該模式創建了從學習認知（創新創業項目、導師制項目）到技能訓練（生產實習、各類比賽、“無止橋”公益實踐）到解決復雜工程問題的綜合能力（全過程設計、畢業設計）的全過程創新實踐教學體系，如圖2所示。該模式所創建的全過程鏈條式創新實踐教學體系貫通了“卓越工程師”培養體系中的實踐環節，從而構建了“產學研”融通一體的窗口和“校企結合”的多方合力育人共享平臺。

（2）探索了實踐教學融合思政教育的路徑。橋梁工程專業實踐教學貫通式鏈條模式在廣度上拓展實踐教學的“技能體驗”，整合專業精神、職業技能、自主創新等教學目標，推進全面育人；在深度上探索課程思政有機滲透，通過課程教育來激發學生自主創新的動力與能力，培養其反哺社會、報效國家的意識（圖3）。

（3）開發橋梁智能建造虛擬仿真教學實驗平臺，與現場體驗、理論學習多場景交互貫通，滿足智能建造與學生發展需求。圖4為平臺中鋼板梁組合橋施工認知模塊的示意圖。

（二）"教學實施流程

1.學習認知——創新創業項目與導師制項目

如圖5所示，創新創業項目與本科生導師制項目是實踐教學鏈條的開端。以一年級和二年級的學生團隊為主來申請國家級、省市級和校級的“大學生創新創業項目”，由教師指導3～5個學生的小組完成為期1年的創新創業項目研究，主題可以是相關專業類，也可以是生活興趣類等。學生自三年級開始，可選擇參與導師制項目，項目為期1年。同濟大學自2014年開始實行本科生導師制，學生根據自身興趣和專長選擇適合自己的導師，實現“進實驗室”“進課題組”“進科研項目”，在導師的幫助下開展一定的科研工作^［16］。每個導師最多指導5名學生完成一定的科研項目或自主創新項目，因材施教，使學生充分了解科研內涵，掌握科研過程，培養科研與創新興趣，進行科研啟蒙。

項目的開展時間與學生專業課學習時間相重疊，學生不僅可在課堂上儲備專業知識，還可在項目中對重大工程案例進行總結，了解橋梁前沿研究，實現學習和科研的貫通。本科生導師鼓勵學生撰寫學術論文、申請專利和軟件著作權等，為培養個性化創新人才奠定基礎，力圖將實踐教學作為激發學生潛能、培養創新型人才的關鍵環節，并以此提高學生獲得感，深化實踐教學的內涵。

2.技能訓練——生產實習、各類橋梁設計比賽及“無止橋”公益實踐

以生產實習、各類橋梁設計比賽、“無止橋”公益實踐為主要內容的技能訓練是貫通式實踐教學模式的第二個重要環節。從2017年起，同濟大學土木工程學院將生產實習課程改革嵌入“雙一流”建設、卓越工程師教育培養計劃、橋梁建造智能化發展等工作中，持續深化課程內涵建設，與貫通式實踐教學鏈條模式深入融合。如圖6所示，生產實習要求學生通過深入技術一線，對現場的復雜問題進行研究，嘗試提出解決方案，應用于工程實際，引導學生學以致用。

積極鼓勵學生將創新創業項目或導師制項目的成果與實習內容相結合，既提高實踐效率，又讓學生有目的性地參與工程實踐活動。鼓勵學生參加各類橋梁設計比賽，參與“無止橋”社團活動。同濟大學“無止橋”社團活動主要是設計和建造貧困偏遠地區的公益便橋，以解決當地居民的出行問題。在世界大學生橋梁大賽、茅以升橋梁大賽等橋梁設計比賽以及“無止橋”社團活動中，學生深入體驗橋梁設計過程，在知識體系、能力構成、素質養成和思想教育等方面獲得全面成長。

本科生導師制等環節的課題研究可以激發學生對所研究方向的探索興趣，促成對生產實習場所及實習內容的選擇。在橋梁設計比賽或“無止橋”活動中，學生的橋型選擇及結構優化方向與導師制項目的研究內容有相通之處，即導師制項目會促成學生對設計橋梁內容的選擇。同時，“無止橋”社團活動也可與暑期實踐相融合，致力于為國內欠發達地區修建人行便橋（圖7）。

2021年，橋梁課群組指導教師團隊開始嘗試專業實踐和思政教育有機融合、多方協同育人的新路徑。除了進行課程思政教育外，還將鄉村振興、同濟“無止橋”鄉村公益實踐、生產實習、創新創業活動有機整合，引領青年學生紅色筑夢，通過體驗“中國智造”實踐，培養自主創新能力。

3.拓展創新綜合能力——全過程設計、畢業設計

在熟悉科研過程、提高創新能力、理論結合實踐后，學生開始基于實際工程背景開展科研實戰。大四上學期，在橋梁工程全過程設計課程中，以實際工程為背景，強調知識體系的連貫性，加強對學生學習方法、自學能力、動手能力、創新能力的培養。大四下學期，在畢業設計的選題階段，很多學生將其參與過的導師制項目或者在生產實習中尚未完成的課題或想法作為自己的研究內容。畢業設計要求學生針對復雜橋梁結構體系開展創新設計，以國內正在建造的復雜或大型橋梁為工程背景，配備校外設計經驗豐富的指導教師，校企結合，鍛煉學生解決復雜工程問題的能力，或者結合橋梁整體設計中的某一具體問題開展研究，提出創新性構造設計或采用創新性手段解決復雜工程問題。

4.學習方式變革——虛擬仿真教學實驗平臺

學生在虛擬仿真教學實驗平臺中可以充分體驗多個實際工程的建造過程，了解各種施工工藝，有效提高實習效果。以“鋼板梁組合橋施工”認知模塊為例，在橋梁工程的實際教學中，學生可通過此認知模塊認識鋼箱梁的隔板、底板、腹板、橫向加勁肋、縱向加勁肋和過焊孔等結構，了解常見的鋼板組合梁橋施工設備和常見施工方法。通過3D動態實時交互操作，輔助講解栓釘焊接、橋面板施工、負彎矩區控制措施等學生難以理解的重難點。

虛擬仿真教學實驗平臺根據不同階段、不同課程的具體要求分為多個遞進式模塊，包括背景學習、構造認知、橋梁上下部智能虛擬建造學習、在線考核等多個環節，為學生提供24小時在線、隨叫隨到的網上“指導教師”，拓寬學生實踐的深度與廣度。

虛擬仿真教學實驗平臺貫通了整個實踐教學鏈條，根據生產實踐需求設計，提供多個實際工程的施工工藝與建造過程，涵蓋全部理論知識，貫穿學生“課前預習、課上學習、課后復習、實地實踐、質量考核”各個階段，學生既可以通過其學習理論知識、拓寬視野，也可以將自己的工程創新實踐整理歸納上傳至平臺，真正實現平臺貫通，各實踐環節有機結合。

（三）"主要實施方法

1.貫通教學內容，因需而動

橋梁工程課群組將實踐教學改革嵌入同濟大學“雙一流”建設、卓越工程師教育培養計劃、橋梁建造智能化發展等工作中，供需匹配，優化實踐教學。生產實習課程作為前期專業學習和后期科研實戰的過渡環節，其主題緊密結合科技發展，“工業化建造”“復雜橋梁智能建造”“暢想未來的橋梁建造技術”“基于人工智能的橋梁建造技術暢想”等內容持續迭代，與前沿技術實踐接軌。橋梁工程課題組的核心團隊為青年教師，形成了以副教授和教授為主的教師團隊，并組建了由專業教師、思政輔導員、現場工程師、杰出校友、專利申請指導師等構成的“導師團”，協同育人貫通學生培養的各個環節，學生在各個教學階段都有相應的專業人員指導。

2.貫通學習過程，優化學習體驗

貫通學習過程各個環節，以學生發展為中心組織教學，通過團隊合作活動、成果匯報與展示、交流分享會等形式提高學生的參與感。貫通實踐教學手段，將“互聯網+”、VR、新媒體新技術運用到課程中，激發學習興趣。貫通評價系統，設置即時性評價、可視化評分、過程性評價體系，提高學生獲得感。貫通教學平臺，探索線下、線上融合的學習方式，“以學定教，先學后教”，優化學習體驗，使學生自發學習、自主拓展。

3.精細化管理，規范組織流程

建立精細化質量監控體系，提高實踐教學質量。貫通創新創業項目、導師制項目、“無止橋”公益實踐和各類比賽的參與流程，實行導師全過程管理。實踐教學環環相扣，無縫銜接。結合新媒體對學生生產實踐全過程進行管控，對出勤、每日線上討論、定期發表推文、實習展覽完成度及小組答辯情況等進行全過程鏈條式精細化的考核評價。針對學生的全過程設計和畢業設計，采用貫通式管理體系，結合設計研究主題，制訂貫通式的指導方案，采用分階段匯報和考核模式，以提高學生整個設計過程的貫通性，明確師生權責，強化過程管控。

4.對實踐課程進行鏈條式結構化組織，深化學習

以相互銜接的鏈條式培養模式，提高實踐類課程和活動的結構性。課程結構以創新創業項目及思政課程為先修環節，以大三暑期社會實踐、施工現場、“無止橋”項目等集中學習為中心環節，以虛擬平臺、專利申報、全過程設計、畢業設計等為后續環節。通過四大模塊深化實踐學習：創新創業項目和導師制項目跟進，暑期社會實踐與生產實習融合，現場學習與虛擬平臺交互，自主創新成果孵化與展示。

（四）"貫通式實踐教學鏈條模式的特點

1.多元主體協同、產學研貫通、一體化育人

橋梁工程專業貫通式實踐教學鏈條模式秉持“需求驅動、潛能激發、創新導向”理念，形成了學生實習充實、教師積極教導、實習單位踴躍的多方共贏新局面，成為貫通專業理論學習、社會公益實踐、職業體驗與生涯規劃、創新創意活動、本科畢業設計、研究生論文等“卓越工程師培養”體系的中樞環節、產學研融通一體的窗口、多方合力育人的共享平臺。

2.多場景互動、平臺貫通、精細化管理

鏈條式實踐教學模式實行線上線下混合式管理，實現多場景互動、混合式教學、精細化管理。在實踐過程中引入新技術、新方法，通過虛擬仿真教學平臺等新模式最大限度保證學生實踐活動的廣度與深度。綜合運用講授、任務驅動、直觀演示、分組討論、動手練習、自主學習與探究等方法，提高教學效率，豐富學生實踐內容。

3.以學生發展為中心，貫通培養過程，以評價促發展

在貫通式培養的各個環節中，學生以任務為目標、以問題為導向，成為學習的主體，積極主動學習。任務設計既豐富了學習內容，也讓學生鞏固和拓展了所學知識，培養了新的思維模式。通過在線評價系統，即時性評價可激發學習動力，過程性評價立足教學質量，公開評價保證結果客觀公正公平，因此，實踐教學質量得到了質的飛躍。

4.融通課程思政教育與自主創新實踐

通過偏遠地區橋梁建設的現場體驗與國情調研，激發學生投身國家“新基建”的使命感和責任感，培養學生的“高階性”能力。將學生的專業認知、動手實踐與自主創新能力有機融合，培養學生解決復雜問題的綜合能力。根據“創新性”要求，貫通創新創業大賽、生產實習、公益服務等環節，引領青年學生紅色筑夢，參與“中國智造”實踐，培養自主創新能力。

（五）"貫通式實踐教學鏈條模式的成果

學生通過參加導師制實踐課題和大學生創新創業項目，取得了如論文、專利等豐碩的成果。橋梁工程系配備經驗豐富的教師指導學生參與各項大學生競賽活動，如世界大學生橋梁設計大賽、全國大學生鋼結構設計創新競賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“茅以升公益小橋工程”創新設計大賽等，取得了優異的成績。

2017—2021年，橋梁課群組338名學生全部參加了現場生產實習，分別進入橋梁制造、預制、建造、管養、檢測等現場，實現了對橋梁全產業鏈的覆蓋。校企合作共同建設了實習基地67個，其中，42個為服務“一帶一路”建設的重點工程。學生取得了豐富的實踐成果，如微信公眾號推文、展覽海報、專利等。5年間申請發明專利41項，目前已授權發明專利15項。

三、結語

同濟大學土木工程學院橋梁工程課群組根據國家創新驅動發展戰略需求、“新基建”趨勢、行業發展與技術變革新形勢，將分散的專業實踐課程與相關教學活動進行有機整合，專業教學、創新創業、國情實踐、施工現場、虛擬平臺、畢業設計環環相扣，貫通整個實踐教學培養過程。

在“新工科”建設浪潮中，將實踐教學作為激發學生潛能、培養創新型人才的關鍵環節，深化實踐教學的內涵，提高學生獲得感。貫通式實踐教學鏈條模式助推實踐教學改革，構建卓越工程師培養的實踐教學體系，使實踐教學成為產學研融通一體的窗口和多方合力育人的共享平臺。

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Exploration on through practice teaching chain model of bridge engineering

LIU Chao，"GAO Chunsong，"RUAN Xin，"WU Peifeng

（School of Civil Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， P. R.China）

Abstract： Practical teaching is a bridge for students of bridge engineering from theoretical study to practical production. Aiming at the problems of poor coherence， low efficiency and poor effect in traditional practical teaching of bridge engineering， the bridge engineering course group of School of Civil Engineering of Tongji University explores and constructs a new model of through-learning chain for multiple practical courses on the basis of years of practice and research. The model takes demand drive， potential stimulation and innovation orientation as the core， forming a teaching idea from learning and cognition to skill training and then to solving complex engineering problems. In this teaching chain， students’"course learning， virtual platform， production practice， paper research are layer through layer. Ideological and political teaching， national conditions practice， construction site， patent application， innovation and entrepreneurship are linked together， so as to improve the consistency of practical teaching of bridge engineering specialty， enrich the teaching content and improve the teaching effect.

Key words： practice teaching; through teaching; chain system; bridge engineering

（責任編輯""周沫）

基金項目：上海高校市級重點課程

作者簡介：劉超（1977—），男，同濟大學土木工程學院副教授，博士生導師，主要從事土木工程專業相關教學和研究，（E-mail）lctj@tongji.edu.cn。