“橋梁軟件+畢業設計”關聯教學模式探究與實踐

毛德均，代 艷，賈 毅，黃 云

（1.昆明學院建筑工程學院，昆明 650214；2.昆明醫科大學馬克思主義學院，昆明 650500；3.昆明理工大學建筑工程學院，昆明 650500；4.云南省抗震工程技術研究中心，昆明 650500；5.華東交通大學土木建筑學院，南昌 330013）

0 引言

關聯是一種普遍現象，關聯教學通常指將所學知識與原有知識結構和生活經歷相聯系，促進知識的遷移與構建，加深理解和記憶的教學方法［1］。關聯教學基于教育心理學中的學習遷移和知識遷移現象，是唯物辯證法的聯系觀在教學活動中的體現。學習遷移指學習者將在以往通過學習或解決問題所獲得的經驗，用于解決之后所遇到的問題［2］。知識遷移指學習者把在一種情境中學到的知識和技能應用于新情境的能力［3］。學習遷移和知識遷移都可以讓人更好地解決實際問題，一定程度上講，關聯教學利用了一種學習和知識對另一種學習和知識的影響。

關聯教學內涵豐富，表現形式和關聯方式多樣，在表現形式上可分為正向關聯和負向關聯，橫向關聯和縱向關聯，特殊關聯與普遍關聯［1］；在關聯方式上有課程關聯、知識關聯、情感關聯、認知關聯、時間關聯、行動關聯和目標關聯等［4］。采用關聯教學可以創新教學模式，河海大學的傅中秋等［4］通過讓學生查閱家鄉鋼橋資料進行課堂演講情感關聯鋼橋課程學習，讓學生課堂動手折紙傘行動關聯波紋腹板知識點的學習等形式，對鋼橋課程進行關聯教學，使學生將教學內容與所聞所見所感聯系起來，從書本中的內容聯系到生活實際。軍械工程學院的張嶺等［5］通過優化電路分析課程教學內容，提煉該課程與其他專業的信號系統、數字電子技術等相關課程的橫向關聯教學知識點，對電路分析課程進行了橫向關聯教學。上述實踐表明，關聯教學可以采用不同關聯模式，促進學習遷移和知識遷移，激發和調動學生的學習興趣和積極性，加深和提高知識的理解、記憶和綜合運用能力［4-5］。橋梁軟件課程與畢業設計均是實踐性較強的教學環節，探索關聯教學在橋梁軟件課程與畢業設計中的應用，對提高課程教學效果有重要價值，但目前鮮見相關研究報道。本文闡述了橋梁軟件課程與畢業設計的關聯性，對“橋梁軟件+畢業設計”關聯教學模式的課程教學規劃、畢業設計選題和成績考核方法進行了探索和實踐，可為相關高校開展橋梁軟件課程教學提供參考。

1 橋梁軟件課程與畢業設計的關聯性

1.1 橋梁軟件用于畢業設計計算是知識遷移

當前，橋梁結構分析軟件已成為從事橋梁工程設計、施工和科學研究的重要工具，軟件應用也成為橋梁工程專業技術人員和科研工作者的必備技能［6-10］。對設置橋梁工程方向專業的高校，開設橋梁軟件課程和培養熟練掌握軟件應用技能的畢業生是順應時代的要求［11-12］。目前常用的橋梁結構分析軟件有ANSYS、ABAQUS、OPENSEES、SAP2000、MIDAS/CIVIL 和橋梁博士等，相關高校多選擇上述軟件中的一兩種來對學生開展教學［13-15］。畢業設計是橋梁工程專業方向本科教育階段最重要的綜合性實踐教學環節［16］，完成畢業設計少不了計算分析，但學生在其他課程中所學的計算理論，往往只能對簡單截面的梁、板、柱等基本構件作簡單的計算分析，而橋梁是由無數基本構件組成的結構體系，必須進行整體把握，僅憑基本計算理論加手算，學生將無法給出既滿足規范要求又符合工程實際的設計方案。因此，畢業設計的計算工作一般都建議學生采用專業軟件完成，這樣既可避開繁瑣的手算過程節約時間，為學生自學更多課外專業知識提供可能，又能讓學生對橋梁有構造上的理解和整體上的把握，得出的設計方案也就更加科學合理［17］。顯然，學生將在軟件課程中學到的軟件應用技能用于解決畢業設計的結構計算分析問題體現了知識遷移。

1.2 軟件學習與完成畢業設計存在學習遷移

對于橋梁軟件學習，在掌握橋梁結構離散方法和軟件功能、操作方法的基礎上，主要涉及軟件前、后處理兩個模塊，在前處理模塊中主要學習模型建立，包括橋梁結構的材料、尺寸、邊界條件與荷載等參數的輸入；后處理模塊中主要學習計算結果的讀取，包括反力、內力、變形、開裂等，計算結果主要為圖形和數據兩種形式。學生首先要學會正確輸入各種結構參數來建立符合實際的分析模型，其次還要學會分析、判斷軟件計算結果的準確性，才能達到運用軟件工具解決工程實際問題的目的。橋梁軟件學習體現了結構設計原理、橋梁工程、力學、數學、有限元、英語和專業技術規范的相關知識的綜合運用。橋梁工程畢業設計是對大學階段所學知識的全面鞏固和提高，需要完成的任務包括文獻綜述、方案比選、結構設計、施工圖設計和施工組織設計等，其中結構設計是重點和難點，需要依次完成結構尺寸擬定、內力計算、配筋設計和驗算4 個環節的工作，完成這些工作需要用到大量結構設計原理、橋梁工程、力學、數學等課程和專業技術規范的相關知識。顯然，完成畢業設計和學習軟件所需知識存在顯著重疊，因此，軟件課程學習與完成畢業設計也就必然存在學習遷移。

2 “橋梁軟件+畢業設計”關聯教學模式探索與實踐

我校建筑工程學院土木工程專業本科（道路與橋梁工程方向）開設了道路橋梁軟件應用課程（以下簡稱軟件課程），本課程作為專業教育實踐課開設在大四上學期，學分1.5，學時48，每學時45 min，每2～4學時為一次課，授課軟件為橋梁分析軟件Midas/Civil。課程教學在學院配備的專業機房內進行，機房內配備了多媒體教學設備和百余臺計算機教學系統，可滿足軟件應用操作和相關理論的教學需求。同時，我校對2020 屆土木工程專業畢業生實施了“卓越工程師”培養計劃，將本屆畢業生的畢業設計完成時間安排于大四上學期，與軟件課程的開設時間一致，這為探索和實踐“橋梁軟件+畢業設計”關聯教學模式提供了契機。

2.1 課程教學規劃

教學規劃應以促進軟件課程與畢業設計的知識遷移和學習遷移為目標。軟件課程教學計劃與畢業設計進度計劃見表1，我校軟件課程教學計劃與畢業設計進度計劃存在時間關聯，軟件課程完成30 學時后，學生已具備一定的Midas/Civil軟件應用能力，此時畢業設計也進行到推薦方案的結構設計驗算階段，學生即可采用Midas/Civil 軟件對所設計的橋梁結構進行建模計算分析，驗算橋梁在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下是否滿足規范規定，這體現了軟件知識遷移的及時性，可以提高計算分析效率。在時間關聯背景下，軟件課程學習與完成畢業設計存在的學習遷移也具有及時性，可以提高相關知識的復習、學習效率。

表1 軟件課程教學計劃與畢業設計進度計劃

我校軟件課程教學設計見表2，先后進行理論和實踐兩個教學模塊，采用了更加靈活、多樣教材形式。理論模塊課時安排少，由于我校未專門開設有限元理論課程，故教學內容主要安排了有限元分析的基本原理和作用、橋梁結構模型離散原則及方法等，這有助于學生理解有限元分析原理和正確建立分析模型。實踐模塊課時多，教學過程中充分利用了軟件幫助文件、軟件應用手冊和工程實例資料，采用了課堂演示觀摩、跟隨練習、獨立練習相結合的方式，穿插了工程設計單位橋梁設計工程師的技術講座。在課程教學過程中，任課教師還將網絡學習資源介紹給了學生，拓寬了學生的知識來源渠道，學生遇到問題的解決方式主要為任課教師指導、小組討論、網絡咨詢和軟件開發商指導。

表2 軟件課程教學設計

2.2 畢業設計選題

選題是保證畢業設計質量的首要環節，也是重要環節。一般畢業設計選題應具有較強的實踐性，同時兼顧學生的專業能力和就業方向，做到難度適宜，既有基本知識的系統運用，又有綜合能力的拓展提高。采用“橋梁軟件+畢業設計”關聯教學模式，畢業設計選題應為一座橋梁設計，最好有實際工程背景，如此則實戰氛圍濃，學生完成興趣高。畢業設計的選題模式見表3，該選題模式下，學生要完成包括下部結構、上部結構和橋面系的整座橋梁設計任務，并在結構設計階段后期采用橋梁軟件對所設計的橋梁結構進行計算分析，計算分析內容作為提交的畢業設計計算說明書的組成部分。顯然，此種選題模式完成難度較大，但是，做難事必有所得，對學生的鍛煉效果也較好。

我校軟件課程授課班級為土木工程專業（道路橋梁工程方向），該班級學生對道路及橋梁的相關專業知識均有一定學習和掌握，指導教師不同，學生的畢業設計選題也比較多樣化，包括橋梁設計、道路設計和涵洞設計等，這一情況在客觀上不利于本次關聯教學模式的實施效果評價。

表3 畢業設計選題模式

2.3 成績考核方法

我校軟件課程最終成績=平時成績50% +期末成績50%，平時成績由考勤和課堂練習成果構成，期末成績考核采用提交期末綜合成果形式。針對我校授課班級學生畢業設計選題多樣化這一情況，軟件課程期末成績考核采取的具體方式為：對于橋梁設計選擇題者，采用Midas/Civil軟件對所設計的橋梁進行建模分析和驗算；對于其他選題者，由任課教師給定橋梁設計圖紙，學生采用Midas/Civil 軟件進行建模分析；課程結束后提交的綜合成果包括軟件分析模型和計算書，計算書內容包括設計概況、模型建立過程和計算結果分析，課程期末成績=軟件分析模型成績50% +計算書成績50%。對于橋梁設計選題者，由于軟件課程提交的計算書是畢業設計計算說明書的組成部分，故軟件課程學習和完成畢業設計存在目標關聯性，學生完成畢業設計的強烈動機可以促進軟件課程學習。

此外，理論上還可將軟件課程期末成績納入畢業設計成績的考核范疇，可采用以下兩種操作方式：一是將軟件課程期末成績作為參考，對畢業設計成果進行打分，此種操作較為簡便；二是給予軟件課程期末成績一定權重，直接將其作為畢業設計成績的組成部分，顯然，此種操作較為復雜，且具體計算公式需經過充分論證。總之，這種教學模式可以建立開放式、多元化的考核方式，既關注教學結果，又注重教學過程中學生的學習表現，重視考查學生專業技術知識綜合運用能力的提升情況［18］。

2.4 實施效果

根據學生課堂表現和課后反饋，采用“橋梁軟件+畢業設計”關聯教學模式取得了以下成效：

（1）調動了學生軟件課程學習積極性。學生到課率較高，很少出現缺課、遲到、早退現象，課堂上聽講認真，師生互動較多，氛圍良好。

（2）提高了專業知識的學習效率和綜合運用能力。在軟件課程學習和完成畢業設計過程中，所需重疊專業知識在復習、學習后得到了及時重復運用，強化了相關知識的理解、記憶和運用。

（3）保證了畢業設計完成質量。在授課學生中，對于橋梁設計選題者，其在采用Midas/Civil 軟件完成畢業設計的結構計算過程中，遇到的軟件和畢業設計相關專業技術問題得到了軟件課程任課教師的及時指導，這在一定程度上形成了畢業設計的“雙導師”指導模式，從而保證了畢業設計完成質量。對于其他選題者，通過軟件課程掌握的Midas/Civil 軟件應用技能雖然未能及時在其畢業設計中得到應用，但對其就業和考研深造無疑有重要幫助。

3 結語

對橋梁軟件課程采用“橋梁軟件+畢業設計”關聯教學模式理論可行，實踐可操作性強。采用該模式，軟件課程教學與畢業設計完成應有時間交叉；畢業設計選題應為一座橋梁設計；軟件課程期末考核提交的計算書應作為畢業設計提交的計算說明書組成部分。實踐表明，該模式調動了學生軟件課程學習積極性，提高了專業知識的學習效率和運用能力，保證了畢業設計完成質量。該模式的課程教學規劃、畢業設計選題和成績考核方法具體實施形式可以多樣，這種模式也可應用于土木工程專業其他方向的軟件課程教學。