應用型高校港航專業畢業設計新教法研究

馬騰飛 李珍珍 楊明杰 鄧天賜 周澤凱

（1.皖江工學院港口建設優化與航道治理升級工程研究中心，安徽 馬鞍山 243031；2.皖江工學院，安徽 馬鞍山 243031）

畢業設計是高校實現應用型人才培養目標的重要實踐性教學環節，也是學生深化、拓寬、綜合運用所學知識解決工程問題的必要過程。畢業設計教學質量的好壞，對學生獨立工作能力、組織管理和社交能力的培養以及工作態度及作風的形成都具有較大影響。

目前，關于應用型高校水利類專業畢業設計教學方法的研究取得了一定的成果：徐芳[1]等提出了互助探討式教學法在港口航道與海岸工程專業畢業設計中的應用，加強了學生在畢業設計中的互助互學，交流探討，減弱了學生對導師的依賴性；李文杰[2]等提出產學研相結合的港口航道與海岸工程專業畢業設計教學模式，研究了“三位一體”的畢業設計模式，三位即指產學研相互結合、多學科相互滲透、多學生相互融合的組織模式，一體是指畢業設計過程和質量一體化的管理模式；馬騰飛[3]等以河海大學文天學院港口航道與海岸工程專業為例，通過收集、整理、統計5屆畢業生的畢業設計相關資料及數據，分析民辦高校工科專業畢業設計教學過程中存在的共性問題，提出了適用于民辦高校實際情況的教學方法改革建議；余萍[4]等采用“模擬設計院”模式對水利類專業畢業設計教學方法進行改革，且在指導環節中加入企業導師的參與，在考核環節邀請行業專家參與評價，提高了學生畢業設計的完成質量。

不過，現有研究多是針對畢業設計整體結構、教育模式的改革、調整進行了探討，對教師指導學生完成具體設計、計算環節的教法研究相對較少，而學生們普遍存在過度依賴畢設模板設計各分段結構，而對所設計的水工建筑物（如高樁碼頭）的整體布置、各結構間的位置關系、以及為什么這樣設計等問題，往往不能透徹掌握。至于碼頭結構設計中關于水、土等外界因素產生的荷載的空間分布想象，以及港口航道與海岸工程專業畢業設計的重點和難點問題——結構鋼筋配置設計，學生們大多不知其所以然，只是按照模板照葫蘆畫瓢計算和設計。而現有的畢業設計教學方法多以理論指導為主，以實踐教學為輔（施工現場教學由于各種條件限制，無法長時間、全覆蓋開展），對于學生由于缺乏工程建設經驗而存在的各種設計問題的答疑，指導老師常常“無物可依”，只能進行理論講解。因此，為了進一步提高應用型高校港航專業畢業設計的教學質量，增強學生對畢設課題的整體理解和掌握，亟須研究一種創新性教學方法。

針對學生在完成畢業設計過程中存在的實際問題，本文以皖江工學院港口航道與海岸工程專業為例，采用工程實體模擬技術改進教學方法，通過指導學生設計、制作可重復利用的水工建筑物模型，使學生“在校施工”。學生根據自己所選課題，邊設計邊“施工”，直接參與所選課題的模型制作，變抽象的計算為直觀的建設，有利于培養學生的工程建設理念與分析解決實際問題的能力，對提高畢業設計的完成質量具有促進意義。

1 研究內容

港航專業畢業設計新教法的研究內容主要為：指導學生根據所選課題計算、設計水工建筑物，并將其制作成工程模型的科學有效的教學措施；制作可重復利用的工程模型的技術手段；在所制作的工程模型中直觀反映建筑物受力空間分布特征、結構鋼筋配置情況等畢業設計重點難點問題的模型設計方法；新教法在提高學生畢業設計完成質量上的實際效果。

2 新教法實施步驟

（1）采用工程實體模擬技術，使用有機玻璃板、氯仿、混凝土、鋼筋等工程材料，指導學生根據畢業設計所繪制的圖紙按一定縮放比例制作工程模型，并在模型中直觀反映建筑物受力空間分布特征、結構鋼筋配置情況等畢業設計關鍵技術問題。

（2）按是否根據畢業設計制作工程模型，將學生分為對比組次（新教法組與傳統教法組），通過對分組學生的畢業設計完成情況、畢設答辯表現、指導老師評價以及學生畢業參加工作后針對畢業設計教學效果的問卷調查結果等指標數據的收集整理，分析新教法在提高學生畢業設計完成質量上的實際效果。

3 新教法研究成果

以高樁碼頭畢設課題為例，該課題的重點和難點為水工結構初步設計、面板施工圖設計、橫梁施工圖設計。學生須詳細分析結構間受力情況，通過作用效應組合獲得面板、橫梁的最大內力，進而進行構件強度設計、耐久性設計，確定結構尺寸，并繪制碼頭結構三視圖，包括平面圖、立面圖、斷面圖、梁板布置圖和樁位圖。針對以上內容，新教法采用工程實體模擬技術對學生進行指導。

工程實體模擬的關鍵指標之一為比尺，即工程原型與模型對應的物理量之比。由于高樁碼頭工程模擬的重點內容為尺寸相似，模型各結構間的拼接要與原型完全一致，故須保證工程原型與模型間幾何相似。幾何相似是指原型與模型間，所有相應線段的長度都維持一定的比例關系，即長度比尺為λ=原型長度/模型長度。幾何相似的必然結果是原型、模型相應部位的面積A、體積V也維持一定的比例關系；工程實體模擬的另一個關鍵問題為模型類型的選擇。模型按水平長度比尺和垂直長度比尺是否相同分為正態模型和變態模型。正態模型的水平和垂直長度比尺相同，模型與原型完全幾何相似。變態模型的水平和垂直長度比尺不同，模型與原型在幾何上并不完全相似。模型長度比尺與模型類型的確定，受到多種因素影響，如：實驗室場地面積、材料成本等。

經研究討論，確定高樁碼頭水工建筑物的長度比尺為10，采用正態模型。新教法組學生通過初步計算后繪制圖紙，并根據圖紙制作模型。該模型長227 cm、寬76 cm、高60 cm，高樁碼頭的主要組成部分（磨耗層、面板、管溝梁、海側軌道梁、中縱梁、陸側軌道梁、邊縱梁、上橫梁、下橫梁、直樁、叉樁）均進行分塊制作、組裝，各結構間可靈活拆卸。學生通過工程實體模擬建設，對所設計的圖紙的理解更為透徹，指導老師也可直接利用模型為學生講解各結構間銜接、荷載分布等高樁碼頭畢設課題的重難點問題。

在畢設答辯環節，新教法組學生根據碼頭實體模型，對各自的畢設成果進行介紹，通過圖紙展示、單個結構模型介紹（如面板結構、橫梁結構、縱梁結構、樁基介紹）、整體結構模型介紹（如橫向排架介紹）、板書計算方法等環節，全面地對畢設內容的重點與難點問題進行闡述。由于碼頭模型較為直觀，新教法組學生對高樁碼頭畢設課題關鍵內容的理解和掌握程度相對更優，課題完成質量相對更高，達到了預期效果。學生畢業后，對從事施工、設計等工作的港航專業學生進行了問卷調查。調查結果顯示，畢業生均對新教法予以較高的評價，認為新教法將理論聯系實際，增強了學生解決實際問題的能力以及對畢設課題重點、難點的掌握，培養了學生的專業素養和工程思維，使其能夠更快地適應和解決實際工程問題。

4 結語

本文以皖江工學院港口航道與海岸工程專業為例，研究了一種應用型高校港航專業畢業設計創新性教學方法。該教法不僅能夠增強學生對畢業設計的整體理解和掌握以及解決實際問題的能力，提高畢業設計的完成質量，也可使畢業設計指導老師通過水工建筑物實體模型直觀地向學生講解畢業設計中的各種重點難點問題，提高畢業設計的教學質量。通過兩年的實踐，該教法的實際效果較為良好，可供國內應用型高校相近專業改革畢業設計教學方法時參考。