基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的鋼橋課程教學(xué)改革初探

張志俊　張掙鑫

摘要：

根據(jù)國內(nèi)鋼橋發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢，分析中國在鋼結(jié)構(gòu)橋梁方面人才培養(yǎng)存在的不足。基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的定位，探討了鋼橋課程教學(xué)改革方法。以鋼桁梁橋章節(jié)教學(xué)為例，采用問題-啟發(fā)式教學(xué)模式，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性，讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)增強(qiáng)掌握知識的能力。

關(guān)鍵詞：鋼橋；鋼桁梁橋；應(yīng)用型人才；問題-啟發(fā)式教學(xué)；主觀能動性

中圖分類號：G6420；TU3933文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2018）02006804

一、鋼橋課程的必要性

鋼橋具有材料性能穩(wěn)定、輕質(zhì)高強(qiáng)、安全性能高等突出優(yōu)點(diǎn)（含抗震安全性能）。由于鋼材受拉塑性破斷極限應(yīng)變通常是彈性極限應(yīng)變的100倍左右，高質(zhì)量的工廠化構(gòu)件制造，快速的整體結(jié)構(gòu)裝配式架設(shè)施工，靈活的切除與連接性能便于構(gòu)件的維修與更換，提高了鋼結(jié)構(gòu)橋梁的整體耐久性能，且報廢結(jié)構(gòu)材料亦可再次熔煉利用。盡管鋼橋具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但長期以來，中國鋼橋所占比例較低，尤其是公路鋼橋比例極低[1]。

2015年中國粗鋼產(chǎn)量由10年前3.6億t增加至8.0億t，增幅122.2%；同期，全世界粗鋼產(chǎn)量由11.5億t增加至16.2億t，增幅40.9%。近年來，世界范圍內(nèi)鋼鐵行業(yè)出現(xiàn)嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩困局，導(dǎo)致鋼材價格下降，中國表現(xiàn)最為突出。2016年2月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于鋼鐵行業(yè)化解過剩產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)脫困發(fā)展的意見》。從另一個角度來看，相對低價的鋼材恰好成為加強(qiáng)公路鋼橋建設(shè)、提高公路橋梁建設(shè)質(zhì)量的契機(jī)。2016年7月，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》，不少設(shè)計、制造與施工單位已高度重視并開始了相關(guān)工作。可以預(yù)測，中國將迎來公路鋼橋的建設(shè)高潮。

但由于過去本科教育對鋼橋重視度不夠，剛畢業(yè)的大學(xué)生不能很快適應(yīng)工作，導(dǎo)致鋼橋建設(shè)的施工、設(shè)計技術(shù)人才短缺。作為人才教育和培養(yǎng)重要基地的高校，應(yīng)看到和抓住契機(jī)，對鋼橋的教學(xué)進(jìn)行改革，培養(yǎng)具有良好鋼結(jié)構(gòu)專

業(yè)素質(zhì)，為企業(yè)所歡迎的合格人才[2]。鋼橋課程是土木工程專業(yè)（道路與橋梁

工程方向）的一門專業(yè)課，課程內(nèi)容涵蓋鋼梁橋、鋼拱橋、懸索橋、鋼斜拉橋、鋼混組合梁橋以及鋼橋的制造、加工與架設(shè)。課程內(nèi)容基本涵蓋了鋼橋所涉及橋型的構(gòu)造、力學(xué)特點(diǎn)、設(shè)計思路以及制造加工技術(shù)。由此可見，鋼橋這門課程在土木工程專業(yè)道路與橋梁工程方向的教學(xué)中尤為重要。

二、人才培養(yǎng)模式定位

貴州理工學(xué)院作為省屬新建本科院校，是省委、省政府響應(yīng)實(shí)施工業(yè)強(qiáng)省戰(zhàn)略之需，為貴州與西南地區(qū)以及全國地區(qū)輸送應(yīng)用型理工類人才所創(chuàng)辦，于2013年4月成立。作為年輕的全日制普通本科院校，其教學(xué)思想理念尚未成熟構(gòu)建，缺乏辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)勢專業(yè)及教學(xué)特點(diǎn)尚未形成，辦學(xué)實(shí)力以及辦學(xué)質(zhì)量仍有待考驗(yàn)。在此背景下，基于現(xiàn)實(shí)因素考慮，培養(yǎng)“高素質(zhì)高質(zhì)量的理工類應(yīng)用型人才”成為其主要辦學(xué)目標(biāo)，也成為推動課程教學(xué)改革、探索教學(xué)新思路新方向的主要動因，以期為本科院校培養(yǎng)具有深厚理論基礎(chǔ)、適應(yīng)能力強(qiáng)、注重實(shí)踐的工科應(yīng)用型人才[3-5]。

土木工程專業(yè)（道路與橋梁工程方向）是學(xué)校為更好適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不斷調(diào)整和拓寬專業(yè)，滿足行業(yè)和地方對土木工程專業(yè)人才需求而開設(shè)的專業(yè)。通過對中國交通行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r、人才需求情況、學(xué)生就業(yè)市場等方面的調(diào)查，土木工程道路與橋梁工程方向本科教學(xué)中存在的問題主要包括：（1）課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容在一定程度上脫離實(shí)際需要；（2）學(xué)習(xí)操作目標(biāo)要求不明確，可操作性差；（3）方式單一，“以講為主”的教學(xué)方法不利于學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)；（4）學(xué)習(xí)的主要支撐材料有一定的局限性。首先，教材內(nèi)容難以適應(yīng)科技進(jìn)步的變化。其次，把文字教材看作主要的學(xué)習(xí)資源，造成其他學(xué)習(xí)資源的浪費(fèi)。此外，以教材作為重要的學(xué)習(xí)資源，在某種程度上只解決了“學(xué)什么”的問題，而沒有解決“怎么學(xué)”的問題；（5）傳統(tǒng)的教學(xué)考核評價不盡合理，以課程書面考試結(jié)果作為評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的依據(jù)，測不出學(xué)生從事工程實(shí)踐的能力，也不能激發(fā)學(xué)生參加工程實(shí)踐鍛煉的興趣。

綜上所述，為適應(yīng)社會對土木工程專業(yè)道路與橋梁工程方向的人才需求，筆者結(jié)合鋼橋課程的特點(diǎn)和貴州理工學(xué)院自身的辦學(xué)定位和辦學(xué)條件，基于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)模式存在的不足，以應(yīng)用較廣的鋼桁梁橋?yàn)槔榻B鋼橋課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐方法，分析總結(jié)教學(xué)改革過程中的經(jīng)驗(yàn)和存在的問題，提出適應(yīng)當(dāng)下形式的鋼橋教學(xué)改革內(nèi)容。

三、鋼橋課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐——以鋼桁梁橋章節(jié)教學(xué)為例

鋼橋是土木工程專業(yè)（道路與橋梁工程方向）的一門專業(yè)課，是“橋梁工程”系列主干專業(yè)拓展課程的一個重要組成部分，主要針對道路與橋梁工程方向大四學(xué)生開設(shè)，需要以結(jié)構(gòu)力學(xué)、橋梁工程、鋼結(jié)構(gòu)基本原理、橋梁施工等先修課程為基礎(chǔ)[6]。鋼橋中的鋼桁梁橋是由位于多個平面內(nèi)的鋼桁架連接形成的整體空間結(jié)構(gòu)。鋼桁架在橋梁工程領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，既可形成鋼桁梁橋的主要承重結(jié)構(gòu)，又可作為懸索橋和斜拉橋的主梁、拱橋的拱肋等結(jié)構(gòu)[7]。本節(jié)主要以鋼桁梁橋章節(jié)的教學(xué)為例介紹鋼橋課程改革的探索與實(shí)踐。

根據(jù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，鋼桁梁橋部分的課程內(nèi)容主要包括以下方面：（1）桁梁橋的組成及受力特點(diǎn)；（2）主桁架的分類及尺寸確定；（3）桁梁橋的構(gòu)造設(shè)計；（4）桁梁節(jié)點(diǎn)及其他構(gòu)造；（5）桁梁橋的計算方法；（6）桁梁橋的穩(wěn)定與疲勞問題；（7）簡支鋼桁梁橋空間模型的建立及自振特性計算分析。

（一） 課程教學(xué)方法簡介

多年來高校形成了以教師為中心的教學(xué)模式，即教師通過講授把課程內(nèi)容灌輸或傳遞給學(xué)生。這樣的教學(xué)模式中教師是整個過程的主宰，學(xué)生則處于被動地位[8]，

學(xué)生的參與度不高，單純地被動接收知識。在鋼橋課程改革中，筆者嘗試采用以學(xué)生為主體的問題-啟發(fā)式教學(xué)方法。概括地講，課程主要采用教師提供知識網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)路線，學(xué)生帶著問題提前搜集相關(guān)資料自學(xué)，課上分組進(jìn)行專題匯報，教師針對學(xué)生匯報情況提問點(diǎn)評，最后師生自由研討。問題-啟發(fā)式教學(xué)是以提問與思維啟發(fā)為基礎(chǔ)的一種科學(xué)有效的教學(xué)方法，能充分調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生對未知領(lǐng)域的探索欲望。在此過程中，教師需要對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，同時也要考慮如何調(diào)動學(xué)生積極性的問題。基于上述考慮，問題-啟發(fā)式教學(xué)方法共包括5個教學(xué)環(huán)節(jié)。

（1）教師首先對上課學(xué)生進(jìn)行分組。由于上課人數(shù)較多，不可能讓每個學(xué)生都在上課時間做匯報，一般以小組為單位搜集資料、自學(xué)，并將學(xué)習(xí)成果進(jìn)行整理，準(zhǔn)備10～12分鐘的匯報，每組指定一名組長，任務(wù)的安排和分工由組長協(xié)調(diào)。但最后課上匯報則由教師臨時指定，小組成員都要學(xué)習(xí)、理解并掌握課程內(nèi)容。

（2）分完組后，教師需發(fā)布課程規(guī)劃和要求。如前所述，鋼桁梁橋章節(jié)包含7個方面的學(xué)習(xí)內(nèi)容，對每個學(xué)習(xí)內(nèi)容的要求也不盡相同，分為“了解”“理解”“掌握”和“應(yīng)用”四類。通常教師需提前介紹課程規(guī)劃，告知學(xué)生各學(xué)習(xí)內(nèi)容的要求程度，以引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。

（3）對鋼桁梁橋?qū)ｎ}，共規(guī)劃6學(xué)時的課堂講授。學(xué)生根據(jù)課程要求，自主收集資料、查閱文獻(xiàn)，最終制作形成PPT匯報文檔。針對鋼桁梁橋?qū)ｎ}的7個學(xué)習(xí)內(nèi)容，前6個學(xué)習(xí)內(nèi)容要求學(xué)生在教師所安排的6個學(xué)時內(nèi)完成，第7個學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及

建模計算，以大作業(yè)的形式安排給學(xué)生。每個學(xué)生所建簡支鋼桁梁橋的跨度不同，旨在要求每個學(xué)生都參與其中，動手建模得到實(shí)踐鍛煉。前6個學(xué)習(xí)內(nèi)容需要在PPT中得以體現(xiàn)，匯報文檔的內(nèi)容包括基本的知識體系、學(xué)習(xí)過程中遇到的困惑、對此產(chǎn)生的想法及發(fā)現(xiàn)的問題。通過學(xué)生課下的自主學(xué)習(xí)[9-10]，對鋼桁梁橋章節(jié)的知識體系有了較為全面的掌握，提高了獨(dú)立思考和分析問題能力。

（4）通過學(xué)生課下學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備，在課堂教學(xué)過程中，每個小組由教師臨時指定一人進(jìn)行PPT匯報，匯報時間為10～12分鐘。不同學(xué)生對相同知識點(diǎn)的認(rèn)知程度和解決問題的視角不同，因此學(xué)生匯報相當(dāng)于提供了理解知識點(diǎn)的不同思路，這樣有利于豐富授課內(nèi)容，活躍課堂氣氛，提高專業(yè)素質(zhì)，開拓學(xué)生視野。

（5）教師點(diǎn)評，對匯報內(nèi)容進(jìn)行提問及研討，通過學(xué)生的演講以及對問題的回答考察學(xué)生知識體系是否完整，對學(xué)生不理解的問題進(jìn)行講解，提出一些讓學(xué)生現(xiàn)場思考的深層次問題等。同時也要求一個小組做完匯報后，其他小組針對已匯報內(nèi)容至少提出一個問題，相互探討，旨在督促學(xué)生認(rèn)真聽取匯報內(nèi)容并加入自己的思考。通過點(diǎn)評完善學(xué)生的知識體系，通過提問及學(xué)生回答提高學(xué)生對問題的認(rèn)知層次，通過研討增強(qiáng)學(xué)生的理解，帶動學(xué)生主動思考，增強(qiáng)課堂的互動性。此外，這樣的教學(xué)模式能鍛煉學(xué)生表達(dá)自己觀點(diǎn)和看法的勇氣以及公開演講的膽量。

（6）匯報、點(diǎn)評、提問和研討后，留下1個學(xué)時的時間，教師總結(jié)各組的表現(xiàn)。此外，教師還需針對專題內(nèi)容歸納、梳理知識點(diǎn)，同時引入一些工程案例，拓展學(xué)生的思維，加深學(xué)生的理解。

通過問題-啟發(fā)式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力和自主學(xué)習(xí)能力，增強(qiáng)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣，獲得成就感與滿足感。所謂“授之以魚不如授之以漁”，這樣的教學(xué)模式不僅讓學(xué)生學(xué)到知識，同時還鍛煉了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的能力和方法。

（二）實(shí)踐能力培養(yǎng)

鋼橋課程教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生在鋼橋設(shè)計、施工等方面的實(shí)踐能力。如前所述，對于鋼桁梁橋章節(jié)，最后一個學(xué)習(xí)內(nèi)容要求學(xué)生動手建立簡支鋼桁梁橋的空間模型，這就需要學(xué)生自學(xué)橋梁專業(yè)有限元軟件。主要推薦學(xué)生采用MIDAS CIVIL軟件建立鋼桁梁橋三維桿系模型，分析模型自振特性，提取前10階自振頻率結(jié)果。根據(jù)學(xué)生所建模型的跨度和模型的自振頻率，教師可迅速判斷學(xué)生所建模型是否正確，及時將模型信息反饋給學(xué)生。當(dāng)然，在鋼桁梁橋章節(jié)學(xué)習(xí)中并未安排鋼橋施工的內(nèi)容，主要是因?yàn)殇摌蛑圃炫c施工的內(nèi)容在鋼橋教材的最后一章單獨(dú)列出。筆者在鋼橋制造與施工部分的教學(xué)中，主要通過工程案例，并結(jié)合施工視頻講解，讓學(xué)生更為直觀地了解、學(xué)習(xí)鋼橋的制造與施工工藝和技術(shù)。

（三） 現(xiàn)存問題

盡管如此，在教學(xué)過程中，筆者也發(fā)現(xiàn)一些客觀存在的問題。首先，學(xué)生缺乏有限元計算基礎(chǔ)，在建立鋼桁梁橋三維有限元模型時，一部分學(xué)生顯得非常吃力，不知如何下手。這就需要教師補(bǔ)充講解一些有限元的理論和有限元軟件的應(yīng)用知識。其次，學(xué)校缺乏與施工密切相關(guān)的實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)基地，教學(xué)中缺少到施工現(xiàn)場觀摩的條件，缺少培養(yǎng)學(xué)生動手能力的機(jī)會。這些限制條件在一定程度上阻礙了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的進(jìn)一步開展。此外，由于課程設(shè)置在大四上學(xué)期，學(xué)生面臨就業(yè)與考研的壓力，常常無法保證到課率，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)上花費(fèi)的時間很有限，教學(xué)效果遠(yuǎn)比不上前幾學(xué)期。

四、教學(xué)模式的成效

問題-啟發(fā)式教學(xué)模式受到了貴州理工學(xué)院土木工程學(xué)院2013級土木工程專業(yè)（道路與橋梁工程方向）學(xué)生的普遍好評。從2016—2017學(xué)年第一學(xué)期參與鋼橋課程學(xué)習(xí)的約200名學(xué)生

的反饋信息中可知，采用問題-啟發(fā)式教學(xué)模式學(xué)生收獲更多。這門課讓學(xué)生感受到較大的學(xué)習(xí)壓力，為完成教師布置的任務(wù)，課下需投入大量時間和精力自學(xué)知識點(diǎn)、搜集資料并形成匯報文檔。問題—啟發(fā)式教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，

需要付出更多精力，但學(xué)習(xí)收獲頗豐。所謂收獲，不僅指對知識點(diǎn)的掌握和學(xué)習(xí)，還包括以下幾點(diǎn)。

（一）培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識

大四學(xué)生經(jīng)過前三年的學(xué)習(xí)，一般來說有了基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識儲備，具備了一定的獨(dú)立學(xué)習(xí)能力。課程的實(shí)施過程旨在培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，比如，學(xué)生課下針對教師提供的學(xué)習(xí)大綱進(jìn)行文獻(xiàn)資料搜集，對知識點(diǎn)的整理匯總從而形成匯報文檔的過程均培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識。教師預(yù)留學(xué)習(xí)提綱時應(yīng)難易得當(dāng)、層次分明、區(qū)分度強(qiáng)，并具有可操作性。讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況自主選擇，增強(qiáng)該教學(xué)模式的可行性。

（二）提高學(xué)生演講表達(dá)能力

卡耐基說過：“一個人的成功15%取決于知識和技術(shù)，85%取決于溝通——發(fā)表自己意見的能力和激發(fā)他人熱忱的能力。”因此，演講匯報能力應(yīng)成為當(dāng)下大學(xué)生的一項必備綜合素質(zhì)。課程的專題匯報為學(xué)生提供了演講交流平臺，使學(xué)生能自由交流所思所學(xué)。匯報PPT內(nèi)容要求思路清晰、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、邏輯層次分明，PPT頁面上不得出現(xiàn)完整長句，只能以提綱形式表達(dá)自己的觀點(diǎn)。這就要求學(xué)生對所匯報內(nèi)容真正理解并掌握，學(xué)會將知識“內(nèi)化”。通過PPT匯報的方式鍛煉學(xué)生的口頭表達(dá)能力、演說能力和臨場思辨能力。

（三）加強(qiáng)知識掌握的牢固程度

通過自主學(xué)習(xí)和匯報演講可加強(qiáng)學(xué)生對知識體系掌握的牢固程度。采用問題-啟發(fā)式教學(xué)模式充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，變被動學(xué)習(xí)為積極探索，最終要將自學(xué)的內(nèi)容通過PPT展示，學(xué)生只有對知識體系掌握得足夠牢固才能順利完成PPT匯報。

五、結(jié)語

鋼橋和鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁在中國的應(yīng)用將越來越廣泛，對鋼橋和鋼混組合結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)用型人才的需求也不斷擴(kuò)大。高校作為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的重要基地，應(yīng)根據(jù)社會發(fā)展的需要和人才市場的需求調(diào)整教學(xué)模式和方法，培養(yǎng)滿足社會需求的合格應(yīng)用型人才。筆者根據(jù)鋼橋課程的特點(diǎn)和社會對土木工程專業(yè)道路與橋梁工程方向應(yīng)用型人才的需求，在鋼橋課程中嘗試了問題-啟發(fā)式教學(xué)模式。通過這樣的教學(xué)模式，能充分啟發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性和自主學(xué)習(xí)能力，鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)知識的能力。教學(xué)過程中通過讓學(xué)生采用MIDAS CIVIL軟件建立簡支鋼桁梁橋的三維有限元模型，鍛煉學(xué)生設(shè)計計算的實(shí)踐能力。盡管教學(xué)過程中仍存在諸多問題有待進(jìn)一步解決，但通過對鋼橋課程改革的初步探索，教學(xué)效果得到了明顯提升，為鋼橋?qū)I(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了可借鑒的教學(xué)方法。參考文獻(xiàn)：

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Abstract：

Based on the current situation and development tendency of the steel bridge in China， the current teaching state and shortage of the steel bridge course were analyzed. On the basis of the cultivating mode of applied talents， the preliminary discussion and practice method aiming at the teaching reform of steel bridge course has been put forward. With the example of steel truss bridge teaching， using the questionheuristic teaching mode， learning initiative and selfdirected learning ability of the students can then be motivated. With this teaching mode， the students can achieve knowledge by selfdirected learning， and at the same time， can enhance their abilities to learn things.

Keywords： steel bridge； steel truss bridge； applied talents； questionheuristic teaching； subjective initiative

（編輯周沫）