“新工科”背景下土木工程專業課程教學探析——以橋梁工程為例

葉元芬 （廈門大學嘉庚學院土木工程學院，福建 漳州 363105）

“新工科”自2016年提出后，先后奏響了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”。至此，“新工科”建設正式進入實質性推進階段。土木工程作為傳統行業也面臨著標準化、工廠化、機械化、信息化等新型化工業變革；海綿城市、地下管廊等新興產業挑戰以及“一帶一路”背景下的國際市場新機遇。因此，培養符合“新工科”發展需求的具有創新性、動態適應能力及“大工程觀”的高素質土木工程人才也成為學科建設迫在眉睫的任務。為此，本校已在廣泛調研市場需求的前提下，將人才培養方案進行科學調整，但將“新工科”人才培養方案落實到位仍在進行。在2020年3月頒布的《第二批新工科研究與實踐項目指南》中提到要進一步完善新工科建設的理論體系和實施路徑。即進一步抓政策落地，確保在教學各環節全過程踐行“學生中心、產出導向、持續改進”的質量理念?！靶鹿た啤比瞬排囵B不是一個教師的單打獨斗，是整個學科體系的聯合機動。但落實到具體教學過程中，針對每門專業核心課程建設應如何操作，本文將以橋梁工程課程為例進行探討。

橋梁工程是土木工程道路與橋梁工程方向的專業主干課。但在實際教學工作中存在以下問題：①課時少，內容多；②各知識點整體聯系不足，相互孤立；③學生被動聽講，課堂教學枯燥；④實踐教學不足，且學生尚未接觸實際工程，知識帶入感差；⑤學生前沿知識接觸不多，缺乏與時俱進；⑥部分學生責任意識較弱；⑦專業割裂，學科交叉融合能力較弱。其中，問題①、②、③直接導致學生理論知識不扎實、學習能力弱，無法實現創新及動態適應能力培養。問題④、⑤將導致所學與所用脫節，未實現產出導向，無法很好地服務社會。問題⑥、⑦將導致綜合能力缺乏，無法實現“大工程觀”人才培養。為此，提出以下教改措施。

1 剔除落后知識，與時俱進

隨著科學技術的進步和發展，橋梁工程的理論研究不斷深入，施工方法和施工工藝不斷更新提升。在教學內容安排時，需將經典理論及重要知識進行升華，而一些不適宜的內容可以剔除或者弱化，從而實現與時俱進，持續創新。比如：在梁式橋介紹時，考慮到實際工程中懸臂梁橋因掛梁牛腿處或鉸處施工復雜及受力不合理已慢慢退出歷史舞臺，該部分內容可簡要介紹說明結構特點即可。在橋面鋪裝中，目前主要以瀝青混凝土及水泥混凝土橋面為主，瀝青泥結碎石等橋面鋪裝類型由于行車安全性和舒適性的考慮也慢慢退出歷史舞臺，可剔除該部分內容；在伸縮縫部分關于橋面簡易連續介紹時，因接縫位置很容易出現開裂等實際問題，慢慢也不再使用該處理方法，也只需簡要介紹其特點即可。教學過程的推陳出新，有利于學生感受時代律動，主動與時俱進，提高創新能力及自我動態適應能力。

2 精心設計，以實際工程為導向

學生學習過程中往往容易將橋梁工程課程內各相關知識點割裂及無法建立橋梁工程與前續課程的聯系。為此，倡導進行以實際工程為導向的綜合能力訓練。如關于橋梁概述部分的內容，可以通過研讀一張《橋型一般布置圖》（如圖1所示）即可實現。在該圖中，會涉及橋梁的基本組成（橋跨結構、支座、橋墩、橋臺、基礎及其他附屬設施，如橋面鋪裝、欄桿等），橋梁設計的內容：平面設計（平面圖展示的內容）、縱斷面設計（立面圖展示的內容）、橫斷面設計（剖面圖展示的內容），橋梁設計荷載等級（公路—I級，公路—II級及相關取值，如何加載），抗震設防要求等。除實際工程施工圖紙外，還可輔以實際工程照片、視頻，并帶領學生實地參觀考察，更能讓學生深刻理解相關知識。

圖1 橋型一般布置圖

通過實際工程為導向不僅可以串聯橋梁工程內部知識點，還可以幫助建立橋梁工程與前序課程間的聯系，將邊緣交叉內容進一步聯合。如：引入《橋位平面圖》（如圖2所示），讓學生將道路勘測設計中的路線設計相關內容與橋梁平面設計相結合，繼而在《橋型一般布置圖》中完成橋梁關鍵信息表（里程樁號、高程及平豎曲線設計等）（如圖1左下角所示）。引入《地質縱斷面圖》（如圖3所示），讓學生將工程地質中關于工程

圖2 橋位平面圖

圖3 地質縱斷面圖

地質報告的內容與橋梁設計中關于橋位選取及下部基礎計算中所需工程力學性質指標相結合。引入《下部結構一般構造圖》，將墩臺基礎關于基礎的各項特點及力學計算方法與橋梁的墩臺構造及計算相結合，繼而結合上部結構計算結果、工程地質資料及墩臺構造等實現對基礎的驗算。將混凝土結構設計原理中關于預應力結構/普通鋼筋混凝土結構設計的要點與橋梁的幾何構造相結合，確定上部結構的配筋情況，完成《上部結構預應力鋼束布置圖/普通鋼筋布置圖》。

以實際工程為導向，才能更好地理論聯系實際，認清目前實際工程存在的問題，并提出解決方案，進一步提高創新能力及動態適應能力。

3 以學生為中心，引入“翻轉”理念

產出為導向在土木工程人才培養中即以實際工程為導向。該教學理念無疑是實現學科內各專業主干課及課程內部各知識點有效聯系的先進教學理念。實際工程項目的建設過程包括前期可行性研究階段、初期設計階段、后期施工及運營管理階段等。不同階段工作重點重心不盡相同。但就目前而言，這些工作均需依托實際工程圖紙進行開展?！皩嶋H工程圖紙”是土木工程工作者的表達載體。因此，在教學過程中，除可直接帶領學生參觀已建或在建橋梁工程項目、項目照片及相關視頻外，最易實現全面認識、分析項目信息的莫過于工程施工圖紙。當然，因一個完整工程項目的圖紙非常繁多，學生在識圖過程中仍有較多困難。為此，提出以下幾點解決方法。

3.1 抓重點，找經典案例

一個完整的公路項目中有眾多的子項目。一套完整的工程設計施工圖紙往往包括總體設計、路線、路基路面、橋梁涵洞、隧道、路線交叉、交通工程及沿線設施、環境保護與景觀設計、其他工程、筑路材料、施工組織計劃、設計預算及工程地勘資料等內容，通常有數千頁A3圖紙。如果全部翻閱，一是時間不允許；二是容易引起困頓，繼而影響指導效果。為確保學生愿意看，且看了有效果，一定要精選工程項目。最終教研室選取了《麗水市生態產業集聚區水閣至臘口公路工程兩階段施工圖設計》圖紙，該項目囊括的子項目內容豐富，且案例典型、有代表性。考慮到目前中小跨徑橋梁仍較多采用簡支——連續預應力混凝土T梁橋設計，因此橋梁工程課程授課時，選用該項目中包含胡洋大橋的路線設計圖紙、胡洋大橋設計圖紙及通用圖（包括上部結構標準通用圖及各類橋梁附屬設施相關圖紙，圖紙數量60頁A3）進行教學。其他圖紙作為課后選讀內容分享給學習意愿更強、自我要求更高的學生繼續深入學習。

3.2 求自主，引入“翻轉”理念

“翻轉”課堂蘊藏著課堂互動、交往、合作與探究的理念。目前，土木工程專業課程因理論知識難度較大，學時較緊等原因，除部分院校的計算機繪圖及實驗類課程采用“翻轉”課堂外，基本采用老師講基本理論知識要點，課后完成作業的方式進行，與傳統教育方式并無實質性變化，學生實踐能力并無得到強化訓練。但土木工程和所有的工科一樣，實踐性強，對學生實踐應用能力要求高。人才培養現狀和需求的矛盾日益凸顯。所以本次橋梁工程的教學改革倡導引入“翻轉”理念，進一步提高學生的主動參與程度，繼而達到訓練學生實踐能力和創新能力的目的。主要執行方式為：首先，選擇部分適合“翻轉”的教學內容。在課前，進行實際工程相關內容接觸：圖紙識圖或各類超級工程視頻等（注意此處需要老師布置提出部分問題，讓學生帶著問題學習，效果更佳），并鼓勵學生自行提出問題；課堂上，同學們進行分享，老師對要點進行總結，對難點進一步深入解讀并引導學生舉一反三，讓學生真正讀懂實際工程設計圖紙或視頻資料及隱藏的相關理論知識信息；課后，針對目前實際工程項目存在的問題，要求學生提出改進方案，進一步激發學生主動發現問題，解決實際問題的能力。

其中，“翻轉”教學內容選擇時有三點需要注意：①盡量難度適宜，讓學生參與度更高，更好實現“學生為中心”。②需與實際工程聯系緊密，更好實現“產出導向”。③需有一定的交叉性?？梢允菢蛄汗こ膛c道路勘測設計、路基路面工程、墩臺基礎等的學科內交叉，也可以是橋梁工程與美學、機械、電子等學科間的交叉。進而，進一步促進“大工程觀”人才的培養。通過“翻轉”，進一步提高學生學習能力，提高其動態適應能力、創新意識及實踐能力。具體的翻轉知識點以第一篇總論為例，如表1所示。

《橋梁工程》教材內容與實際工程案例對應關系 表1

4 多管齊下，促“大工程觀”人才培養

4.1 大綜合訓練找不足，勤總結

通過引入“翻轉”理念，以實際工程為導向，做到了化整為零各個擊破，讓學生將相關知識點牢牢掌握。但效果到底如何，還需進一步驗證。因此，在課程的后續，要求學生完成一座橋梁的綜合設計，通過化零為整讓學生形成一項完整的橋梁工程，并在實踐中進一步提高實踐能力和創新能力，培養“大工程觀”。從2017級道路橋梁工程方向的學生提交成果看，部分同學對邊緣交叉性內容的掌握還不到位，對上部結構掌握較好，但下部計算相對偏弱，還需進一步加強，也為后續的教學工作指明了方向。

4.2 多學科聯動，促“大工程觀”人才培養

為了培養高素質綜合性人才，我校人才培養方案中已安排大量通識類課程（21學分通識必修課+12學分通識選修課）以及大量技能類課程（22學分技能必修課+8學分技能選修課），讓學生能對感興趣的學科進一步深入學習。此外，在大一新生人才培養方案解讀時，就將今后專業學習可能涉及的交叉邊緣學科和同學們分享，如與橋梁方案選定相關的美學和環境科學、與橋梁制造和健康監控相關的計算機、機械、電子等。鼓勵學生將個人興趣與所學專業有機結合，進一步促進多學科融合，繼而實現“大工程觀”人才培養。

5 結語

為主動應對新一輪科技革命和產業變革的挑戰，服務國家戰略和區域發展需求，推動新工科建設再深化、再拓展、再突破、再出發，務必要踐行“學生中心、產出導向、持續改進”。為了進一步培養符合“新工科”發展需求的具有創新性、動態適應能力及“大工程觀”的高素質土木工程人才，本文以橋梁工程為例，在以下幾個方面提出要求：

①剔除落后知識，與時俱進，培養學生動態適應能力；

②精心進行教學設計，以實際工程為導向，實現產教融合；

③以學生為中心，引入“翻轉”理念，進一步培養學生學習能力，并提高其動態適應能力；

④多管齊下，不僅注重學科內課程間交叉，還加強學科間融合，促進“大工程觀”人才培養。