基于工程設計能力培養的《橋梁工程》課程教學改革實施與效果評價

杜斌++王濤++張玉濤

摘要：本文以貴州大學土木工程學院《橋梁工程》教學為例，提出了基于工程設計能力培養的教學改革措施，包括編制課程設計指導手冊、調整教學大綱，介紹指導手冊的使用和具體實施思路，并對其預期效果進行了評價。

關鍵詞：教學改革；指導手冊；教學大綱

【中圖分類號】U44-4

一、引言

隨著交通行業的不斷深化發展，實際生產對培養建設性人才的本科教育也提出了新的要求。在貴州大學《橋梁工程》課程教育教學改革的過程中，項目一直以提高橋梁工程方向本科學生的工程設計能力為宗旨，從課程設計改革的基本點出發，進一步探索課程改革的具體思路，從而培養出優秀合格的建設者。橋梁工程專業的畢業生在其工作的崗位上，要求其要對構造物有全面的把握，以保證設計、施工的結構合格。對于橋梁建設來說，橋梁工程設計能力主要指的是學生對橋梁構造物有足夠的設計概念，對結構構造有充分的了解，能夠完成相關工程的設計的能力。因此，培養提高學生工程設計能力與滿足橋梁建設發展的需求在一定程度上是相互統一的。此外，培養和提高學生的工程設計能力還有助于學生在畢業階段提交出優秀合格的畢業設計，在畢業后的工作中也增強了學生的工作能力。

作為一名合格的工程師，應當具備多種素質和能力，其中具有設計能力至關重要，這是衡量一名工程師是否合格的標志[1]。南京工業大學李湘健副教授在其論文中指出目前我國高等院校工科學生工程設計能力普遍下滑的現象，正確培養提高學生的工程設計能力成為了各個高校研究的熱門研究課題。作為貴州省唯一一所211高校，貴州大學也面臨著同樣的問題。針對于我校的實際情況，《橋梁工程》課程教育教學改革課題通過調整《橋梁工程》教學大綱、編制課程設計指導手冊等手段，以增強對學生工程設計能力的培養，實際改革實施內容具體如下。

二、調整教學大綱

貴州大學《橋梁工程》課程教材采用的是姚林森教授主編、人民交通出版社出版的第二版《橋梁工程》，其教學大綱也依據此教材為依據來編寫安排的。原版的教學大綱在一定程度上受該教材的制約，且培養目的不足，學時安排和分配上也是不夠的，所以建議修改和調整《橋梁工程》教學大綱。

調整后的教學大綱，以培養學生工程設計能力為教學目標，配合《橋梁工程》課程設計，同步培養學生的設計能力，具體的修改和調整如下：

1）正確定義《橋梁工程》教學目標

原版的教學大綱中對教學的目標定義為：“通過該課程的學習，使學生系統地掌握公路梁式橋、拱式橋的總體規劃、設計及施工要點，熟練掌握我國常用中、小橋梁的構造原理和設計計算方法，了解大跨徑斜拉橋、懸索橋的構造特點，獲得有關橋梁方面系統的專業訓練，并能運用自己的知識解決一般的橋梁問題。”

針對培養學生工程設計能力來說，以上對《橋梁工程》課程教學目標是不夠的。通過橋梁工程的教學，應該要使學生能夠掌握相關橋型的計算，并能獨立完成相關橋梁的設計任務。只是掌握和理解而不能運用是不行的，一定要強調培養學生的設計能力，這也對教學任務提出了新的要求。

2）增加課時，合理分配課時

原本的教學大綱為72學時，現增加為148學時，并分上下兩個學期進行，上學期為84學時，下學期為64學時。上學期主要進行理論講解，重點放在簡支梁橋、連續梁橋、剛構橋和拱橋的講解上，其余內容適當講解；下學期主要進行課程設計，配合課程設計指導手冊進行，對各種橋型給出設計任務，完成對各種橋型的初步設計，并達到對各種橋型設計計算內容、設計要點、實際流程掌握熟悉。

3）增加課程設計數量，課程設計學期制

在原本的教學安排中，只安排了“鋼筋混凝土簡支梁橋設計”作為《橋梁工程》課程設計，這是遠遠不夠的，現對課程設計數量增加為六個，分別為：鋼筋混凝土簡支梁橋設計、預應力簡支梁橋設計、預應力連續梁橋設計、預應力連續剛構橋設計、鋼筋混凝土拱橋設計和纜索承重橋設計。

4）與相關課程聯系、增加教學實踐程度

《橋梁工程》配合《橋梁電算》，在《橋梁工程》中的課程設計，再次通過電算程序進行設計計算，在對結構進行設計的同時也增加了學生對電算程序的掌握，其次還可以配合《鋼結構》、《基礎工程》等課程進行相關橋梁的設計，增加學生的知識面。

三、設計指導手冊編制與實施

3.1手冊的編制

培養學生工程設計能力是工程教育的核心目標，而課程設計則是實現此目標的重要手段[2]。但是若盲目地進行課程設計，沒有專業的指導和方法是不能夠很好地實現課程設計所要達到的目標的，為此，根據修改過的教學大綱，對所布置的課程設計任務編寫對應的指導手冊，有目的地指導學生完成課程設計，各手冊的編制情況如下。

1）鋼筋混凝土簡支梁板橋上部結構設計計算指導手冊

此冊分為四個章節，按照結構設計的一般順序劃分為：尺寸擬定和構造要求、作用效應及組合、設計計算與驗算、短暫狀況應力驗算。在內容上，除規范硬性規定的構造要求外，尺寸擬定中，如跨徑的擬定、梁高的擬定、截面的擬定等，手冊中只給出了鋼筋混凝土簡支梁橋在受力上、經上和常用的跨徑范圍，給學生留有一定的自主空間，按照規范對鋼筋混凝土梁的設計計算要求，給出相關設計計算的要點，學生可以根據手冊便可以知道此種結構要計算驗算的主要內容，且在手冊中有意識地將知識點引向專業書籍和規范，在學生使用手冊的同時也將其引向其它知識點，學習更為系統。

2）預應力混凝土簡支梁板橋上部結構設計計算指導手冊

該冊共分為五個章節，由于在結構形式上同屬于簡支結構，相關內容與上一側是相似的，但是增加了對預應力混凝土材料的介紹章節，幫助學生了解預應力混凝土的材料性質和工作特性。章節的結構為：緒論、 尺寸擬定和鋼筋（束）構造、作用效應計算及組合、結構的設計計算與驗算、預應力混凝土的發展及未來的研究方向。重點內容在結構的設計計算與驗算上，在這個章節中，除鋼筋混凝土結構中原有的內容外，根據規范對預應力混凝土結構的設計計算要求，還增加了預應力筋（束）估算、持久狀況應力驗算等內容。本冊從預應力的基本知識出發，系統地對預應力混凝土簡支梁結構的設計計算及驗算內容進行了歸納，知識相對全面。

3）預應力混凝土連續梁橋設計計算指導手冊

在本冊中，針對連續梁結構，按照前面手冊的框架給出連續梁橋設計計算的相關內容，從連續梁橋的基本概念出發，到連續梁橋的計算驗算。此處需要提出的是，由于連續梁橋屬于超靜定結構，在預應力次應力、溫度次應力和不均勻沉降次應力等上面的計算會有所增加，施工驗算時也對預拱度設置等關鍵設計做出了相關的敘述。

4）預應力混凝土連續剛構橋設計計算指導手冊

在此冊中，由于連續剛構橋和連續梁橋結構的相似性，在計算驗算的內容上也大致相同，因此只對連續剛構橋中的相關設計要點進行了詳細的說明。

5）鋼筋混凝土拱橋設計計算指導手冊

此手冊共分為五個章節，按照橋梁設計的一般順序編寫，第一章對拱橋的構造以及特點進行闡述；第二章開始介紹拱橋設計，分別對拱橋的總體設計和各細部構件的設計進行介紹，包括確定橋型、跨徑擬定、截面擬定、梁高擬定等；后面三章便進行幾種常見形式的拱橋內力計算。手冊按照《公路橋涵設計手冊—拱橋》以及拱橋相關規范，從橋梁適用跨徑、受力、經濟等層面給出了上承式拱橋的構造特點和計算引導，其他橋式需要同學們自行查閱資料，養成自學的習慣。學生可以通過手冊更快的了解所作橋型的設計及計算的大體過程，并通過手冊的指引去翻閱更多的相關書籍和規范，達到系統學習的目的，學習更為主動，更為全面。

6）纜索承重橋設計計算指導手冊

此冊共分為六個章節，考慮到本科教學中的深度，手冊中對纜索承重橋的基本概念對教材作了補充，但是在設計計算中并沒有像其他幾冊一樣給出詳細的計算，這是因為結構自身的特點決定的。纜索承重橋不管是斜拉橋還是懸索橋都屬于超高次靜定結構，手算的計算方法已經不能再滿足計算的精度，所以只給出了相關構件的設計計算的程序，考慮到初步設計的需要，在相關章節對相關構件，如索塔系統、纜索系統、加勁梁系統的近似計算做了敘述。

3.2指導手冊在課程設計中的實施

在具備專業指導手冊和充分的課時安排后，制定相關的實施方案是必要的。實施方案的主要內容是課時的分配和具體的設計任務布置，課程設計的實施如下。

1）課時的分配

按照各課程設計的難度對課程設計學期進行課時分配：①鋼筋混凝土梁板橋設計計算8學時；②預應力鋼筋混凝土設計計算12學時；③預應力連續梁橋設計計算14學時；④預應力連續剛構橋設計計算12學時；⑤鋼筋混凝土拱橋設計計算12學時；⑥纜索承重體系橋6學時。

2）具體的實施

在進行每一個課程設計時，根據相關的課程設計任務書和對應的課程設計指導手冊，自行擬定相關的橋梁結構的相關尺寸，根據指導手冊完成結構的設計、計算和驗算，在規定的課時內完成設計任務，并提交設計計算書，按設計要求提交相關設計圖紙，由教師組織查閱評判，條件允許的情況下可以組織學生進行設計答辯，充分了解學生對此次設計的掌握程度。

四、預期效果評價

通過對教學大綱的修改、指導手冊的編輯、相關課程輔助等針對性手段，對學生工程設計能力的提升效果是有預判的，在課改中涉及到的相關改革手段都在一定程度上服務于提升學生工程設計能力，各個改革手段相互促進并相互補充，在配合實施一定的時間后，學生的工程設計能力必然會有大幅度的提升。

首先，在教學大綱中規定，增加課程設計的數量，提高課程設計難度，并給出充足的學時，這讓課程改革在課程政策上有支持，在課時上有了保證，學生有機會、有時間來進行更多的實踐設計學習，這是十分重要的一點。

指導手冊的編制是本次課程改革的關鍵，制定相關的課程設計任務，同時也要指導學生如何正確地完成設計。近年來《橋梁工程》課程設計指導教材寥寥無幾，僅有的幾本都只是以相關的計算示例來作為參考，達不到發散學生思維和促進學生對結構把握的效果，甚至會讓學生產生依賴性，嚴格意義上講，類似的設計指導教材是不合格的。在本次編制的指導手冊中，內容上盡可能給學生自由思考的空間，讓其在設計結構物時能夠對結構有一個整體的構思，通過所設置的六個設計任務，學生可以基礎地掌握基于手算的六種橋型的設計程序和基本的計算內容，對于電算程序的計算也起到了打基礎的作用，進而服務學生的畢業設計。

與相關課程的聯系同時起到輔助改革的效果提升。對于橋梁工程專業的學生，與培養工程設計能力聯系的最為密切的莫過于是相關結構電算課程，一方面通過電算課程學生可以學習使用到目前行業中結構設計的軟件，另一方面，通過用電算軟件對結構的設計計算相當于對結構再進行了一次設計。

總的來說，通過三個措施的聯合使用，橋梁工程專業的學生在橋梁結構上有了系統的學習，并掌握了一定的設計基礎。從理論到實踐，從手算到電算，綜合地考慮了以現有資源情況下改革的可能性，加以一定的時間，可以肯定的是，我校橋梁工程專業的學生的設計能力會有明顯、大幅度的提升，這便是本次課改要達到的目的。

五、結論

成功的課程改革需要協調各個方面，首先是政策上要有支持，對于本次改革來說，對教學大綱的修改還需要學院培養部門予以配合。其次是資源的調配，增加相關課程和課程課時，一方面需要配備專業教師，增加了教學任務，另一方面，增加的學時會和其他的課程有沖突，還需合理的調整課程安排。改革是一個循序漸進的過程，隨著行業發展的需要，教學應該定期地進行調整。教學的成功與否是沒有標準的，但對于工科的教學來說，學不致用便是教學的失敗。本次基于工程設計能力的《橋梁工程》課程教學改革在實際中的效果需要時間和實踐的進一步驗證，屆時還需要對改革的措施進一步的修正和完善，直至盡可能滿足學生的工程設計能力的培養為止。

參考文獻：

[1] 李湘健.喬旭.加強工科高校工程設計能力培養的探索與實踐.蘇教育學院學報[J]，2009第26卷第1

期：1-3

[2]雷慶.王敏.高等工程教育研究[J]，2011年第5期：152-156.

[3]倪獻智.以工程設計為主導思想 培養學生工程設計能力。山東教育學院學報[J]，2006年第6期：

139-142.

[4]曾勇.譚紅梅.橋梁工程教學中若干能力培養的探索.高等建筑教育[J]，2014年第23卷地2期：66-69.

基金項目：貴州大學教育教學改革研究項目：基于工程設計能力培養的橋梁工程課程教學建設實踐（JG2013015）

作者簡介：杜斌（1982-），男，博士，貴州大學土木工程學院副教授，主要研究方向為大跨度橋梁結構力學行為。