基于CDIO理念的《橋梁工程》課程改革與實踐

葉元芬

(廈門大學嘉庚學院土木工程系 福建漳州 363105)

0 引言

CDIO 是21世紀初美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等4所大學工程教育改革研究團隊提出的國際工程教育與人才培養的創新模式，它以構思(Conceive)設計(Design)實施(Implement)和運作(Operate)全過程為載體，使教學活動中的基礎理論教學專業實驗和課程設計等環節都與工程實踐相結合，讓學生以主動的實踐的課程之間有機聯系的方式學習課程，培養學生的工程能力[1]。CDIO自2005年引入中國以來，已經獲得工程教育界認可，并成為目前許多高等院校對工科學生的培養指南[2]。土木工程專業為應用型學科，在“新工業革命”“一帶一路”等新形勢下，土木工程對應用型實踐型創新型及綜合型人才的需求程度更是大為增加[3-4]。為了實現新人才培養目標，需將培養理念落實到人才培養方案的每一個環節，對各專業核心課程進行深入探討分析，以實現有效教學。正是在這樣的理念支撐下，我校對土木工程專業進行了人才培養方案改革，以道路橋梁工程方向為例，以“兩套圖紙”為依托，建立道路及橋梁工程方向核心課程組內各課程間的有機聯系，實現有效教學。本文以《橋梁工程》課程為例,說明CDIO理念的貫徹過程。

1 《橋梁工程》課程定位及存在問題

1.1 課程定位

《橋梁工程》是土木工程專業道路橋梁工程方向的專業主干課，該課程內容涉及《材料力學》《結構力學》《混凝土結構設計原理》及《基礎工程》等先修課程。通過該課程的學習，要求學生理解橋梁的設計原則，掌握各種體系橋梁的構造要求受力特點計算基本理論及施工方法要點，是一門綜合性很強的橋梁方向專業課。該課程的教學質量，將直接影響學生的專業素養及就業競爭力。因此，為了培養應用型實踐型創新型及綜合型人才，需對該門課進行教學改革。

1.2 存在問題

(1)隨著很多高校“寬口徑厚基礎重能力求個性”人才培養模式的確定，進一步加強了“通識性”課程的設置，在總學時進一步減少的情況下,大幅度調整了專業技術類課程[5-6]?！稑蛄汗こ獭氛n程學分也不斷壓縮，很多高校只安排五六十個學時。由于橋梁結構各種不同類型的構造及受力特點不同，分析要點不同，加之理論計算復雜，因此壓縮學時后，教學效果一般[7]。

(2)為了提高學生的實踐能力，各院校傳統的實踐教學方式為模塊式培訓，即針對各專業課程安排相應課程設計。如《混凝土結構設計原理課程設計》，學生根據已提供的控制截面內力，對某一根梁進行截面幾何設計及結構配筋設計計算；《基礎工程課程設計》，根據已提供的上部結構傳遞至基礎頂面的荷載情況對下部基礎進行設計，包括基礎選型，確定基礎持力層，確定基礎底面尺寸等設計。但由于各課程設計隨課程開設，相對獨立，學生無法理解已提供數據的來源，無法建立課程間相互聯系，該實踐能力訓練效果一般。學生缺乏理論聯系實際能力，畢業后工作上手慢，適應過程長，競爭能力差。

(3)為了進一步達到理論聯系實際的效果，各院校設置實習環節，包括認識實習生產實習及畢業實習等。但由于實習需要以生產單位作為實習依托，雖很多院校都建立了相應的實習基地，但由于各種原因，真正的實習效果卻不盡人意[8-11]。

(4)道路橋梁工程方向包括道路工程課程組及橋梁工程課程組，兩個方向課程組課程由各自方向組教師進行教授。但是，橋梁是道路工程中的重要組成部分，橋梁在設計方案選取及設計過程中均需考慮道路選線等相關知識，可由于橋梁工程授課側重點在結構設計理論及施工要點等方面，對道路相關知識涉及較少，故部分學生對橋梁與道路的相互關系仍不甚了解，或無法將兩者知識融會貫通。

(5)目前，各高校對于土木工程人才的培養偏技術，包括設計施工等技術的訓練和培養，但相對綜合能力較弱，經濟法律管理等“軟技術”方面不足，全面性的綜合人才不多。

2 改革措施

針對已存在的問題，提出以下解決思路：

(1)在目前高校學分統一壓縮大環境無法改變的情況下，對課程知識要點進一步梳理，精準把握《橋梁工程》教學大綱重點及難點，對重點內容細致講解，對難點內容主要提方法解決思路。如，對梁橋中簡支梁部分進行詳細的介紹，因為這部分內容最簡單基礎。簡支梁的構造受力特點計算分析都需要學生熟練掌握，為其他結構類型橋梁的學習奠定基礎，并提供較好的學習方法。對于連續梁橋，同樣要求掌握其構造和受力特點，但對于連續梁橋的計算，則只需要掌握橫載作用下的內力分析；而活載和其他因素引起的內力計算過程，由于其為超靜定結構較為復雜，則不需掌握。但對于剪力滯的概念及影響，預應力等效荷載法的計算原理，徐變的概念及影響，基礎沉降計算方法等仍需學生理解。此外，可穿插部分施工圖紙工程現場照片實際工程結構成橋圖，讓學生在有限的時間內提高學習效果，幫助學生將抽象結構和感性認識結合起來，不僅可以提高學生實踐能力，還可進一步激發學生學習熱情及興趣，提高學生主動學習的能力。除了教學內容的斟酌精簡外，還需進一步優化教學方式和方法，如案例式教學方法等，舉一反三，使工程教育從原來的知識學習轉向基于知識的各種能力培養[12]。

(2)依托CDIO理念，將前后續相關課程進行串聯，實現有機聯系。將《混凝土結構設計原理課程設計》移至實踐周，與原《橋梁工程課程設計》合并，做成新《橋梁工程綜合實訓》。該環節，不僅包括原《橋梁工程課程設計》的橋梁構造設計內力分析計算等內容，還應包括《結構力學》《混凝土結構設計原理課程設計》的內容，即利用影響線進行最不利布載求主梁內力，再根據主梁內力進行預應力鋼筋的估算，預應力損失估算，各承載能力計算及驗算等內容。此外，在該綜合實訓環節，還需向學生說明前期《基礎工程課程設計》中的外荷載出處及其如何計算等。實現4門課的有機聯系，達到良好的教學效果。

(3)選擇1～2家實力較強的實習單位，進行訂單式人才培養引導。培養過程完全依照學生自主意愿，除滿足基本培養要求外，需對企業的特殊需求進行額外培養引導。如，部分設計院要求學生除掌握橋梁博士/Midas計算軟件外，還需熟練掌握Ansys有限元分析軟件。需要有自主意愿的學生額外付出更多業余時間學習較為復雜的軟件。在該過程中，教師需對學生進行一定的技術支持和指導。由于這部分學生更符合實習單位的要求，實習單位可為他們提供更好的實習就業機會。且雙方是以長久合作為目的，實習效果將大為提高。當然，即使后續學生意愿發生改變，打消進入該企業的就業預想，對于學生和企業來說也沒有損失，學生自己也通過額外的付出，有了更大的就業競爭力。

(4)為了進一步加強道路橋梁工程方向的學生全局觀，在學生學習《道橋CAD》時，可以將“一套老的完整工程施工圖” (該工程圖紙應包括路線，路基路面，至少兩種橋梁類型的圖紙涵洞隧道圖紙)呈現給學生，促使學生建立全局概念，并知曉道路橋梁工程核心主干課學什么，學完后要實現何種教學效果。而在核心課程開課時，將同一套“老圖紙”再次展示給學生進行拆分 “化整為零”，并進行詳細介紹。由于所有課程資料均來源于同一項目，各分項間的內在聯系可以促進學生更好地理解路與橋的聯系以及橋梁設計的注意事項等。再者，在進行道路勘測設計綜合實訓時，設計“一套新的工程施工圖”(該選線方案應包括橋梁涵洞等)。在相關核心課程授課完畢時，針對同一個項目進行合成“化零為整”并完成各分項設計。在“老圖紙”的化整為零和“新圖紙”化零為整的過程中，學生可以將整個專業主干課程組形成有機整體，并對相關理論知識進行實踐應用，融會貫通《橋梁工程》相關內容與實際工程，并建立良好的全局觀。此外，結合“兩套圖紙”的綜合訓練，也可一定程度上彌補實習效果不佳的現狀。

(5)在專業擴展方向課程組中，多設置綜合性選修課程，如，工程法規工程經濟與項目管理，公路工程招投標與合同管理等課程，進一步提升綜合型人才的培養。為進一步提高學生選課積極性，可在選課前開設說明會，推薦《超級工程》等系列大片，讓學生意識到綜合能力的重要性。而通過“軟技術”的進一步充實，讓學生不僅懂“橋梁工程技術”，還懂橋梁工程的方方面面，成為真正的綜合型人才。

3 結語

在新形勢下，為了進一步培養應用型實踐型創新型及綜合型人才，需從以下幾個方面對《橋梁工程》課程進行改革：

(1)調整《橋梁工程》課程授課內容，優化教學方式方法，在避免壓縮學時帶來弊端的同時，進一步提高學生主動學習的能力，實現應用型能力培養。

(2)依托CDIO理念，對《橋梁工程》上下游課程進行串聯，使《結構力學》《混凝土結構設計原理》《基礎工程》《橋梁工程》等相關內容形成有機整體，強化《橋梁工程》學習效果，進一步提高學生實踐能力。

(3)選擇1～2家實力較強的實習單位，遵照學生自主意愿，提供訂單式培養引導，進一步優化實習效果，提高學生就業競爭力。

(4)依托“兩套圖紙”，通過“老圖紙”的化整為零和“新圖紙”的化零為整，樹立全局觀，充分理解路與橋的關系，進一步提高工程項目概念，在增強實踐能力的同時，培養綜合型人才。

(5)在選修課環節中，輔助以“軟技術”類課程，引導學生不僅懂“橋梁技術”，還懂“橋梁方方面面”，實現綜合型人才培養。

綜上所述，毋庸置疑，在應用型實踐型綜合型人才培養的同時，學生的創新能力會有很大提高。但面對新形勢下的挑戰，仍有一些需要努力的地方：如土木工程對學生實踐應用能力提出了很高的要求，若想深化理論聯系實際，研發新技術新設備新工藝，需要很強的力學知識作依托，并擁有交叉學科背景，如研發新設備，而且，還需在機電電子計算機等方面具備較硬的知識技能。這是目前在本科土木工程人才培養方案中無法實現的。在本科階段，只能要求學生不斷夯實力學基礎，將力學知識學活，學以致用服務于專業課程。至于邊緣交叉學科人才的培養，只能將發展前景展示給學生，激發學生興趣，在其進一步深造時加大這個可能性。