橋梁工程課程設(shè)計(jì)“金課”建設(shè)實(shí)踐

易壯鵬，曾有藝，粟淼，李學(xué)文

（長(zhǎng)沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410114）

我國(guó)高校本科教育步入了嶄新的階段，近年來，教育部印發(fā)了一系列文件，以打造適用于新時(shí)代高校教育教學(xué)改革要求的“金課”。作為一流本科課程建設(shè)的核心，“金課”的內(nèi)涵可以歸結(jié)為高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度[1-3]。土木工程是長(zhǎng)沙理工大學(xué)“雙一流”建設(shè)主干專業(yè)，我國(guó)土木工程建設(shè)已進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段，以港珠澳大橋等為代表的重大工程更是國(guó)家形象的代表。于是，本文在高校“金課”建設(shè)背景下對(duì)橋梁工程課程設(shè)計(jì)[4-6]課程的教學(xué)創(chuàng)新探索和實(shí)踐進(jìn)行探討，闡述以該課程為代表的土木類課程[7-9]教學(xué)創(chuàng)新過程中的“金課”內(nèi)涵。

1 橋梁工程課程設(shè)計(jì)“金課”建設(shè)概況

1.1 “金課”建設(shè)面對(duì)的問題

（1）專業(yè)知識(shí)缺乏連貫性。運(yùn)用已學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)出現(xiàn)了碎片化現(xiàn)象，本應(yīng)相互聯(lián)系的知識(shí)點(diǎn)脫節(jié)，承前啟后的概念割裂，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)識(shí)事物片面，綜合處理問題能力得不到提升。

（2）對(duì)相關(guān)規(guī)范的內(nèi)容理解不夠。學(xué)生在橋梁工程課程設(shè)計(jì)階段存在不能熟練掌握所涉規(guī)范中一些相關(guān)概念的現(xiàn)象，對(duì)知識(shí)不熟悉且難以靈活運(yùn)用，這是在“金課”建設(shè)過程中需直面的問題之一[9-11]。

（3）不能熟練借助軟件提升設(shè)計(jì)效率。計(jì)算、辦公、繪圖等軟件運(yùn)用十分廣泛，可大幅提升設(shè)計(jì)的效率，但部分學(xué)生在這方面能力不足，是“金課”建設(shè)過程中需要解決的問題之一。

1.2 “金課”建設(shè)的教學(xué)目標(biāo)

（1）將所學(xué)橋梁的設(shè)計(jì)、構(gòu)造等知識(shí)與方案擬定、分析驗(yàn)算進(jìn)行聯(lián)系和實(shí)際應(yīng)用。

（2）在工程實(shí)踐中通過組織、配合，相互合作共同完成任務(wù)，具備團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

（3）綜合運(yùn)用橋梁工程中的設(shè)計(jì)、構(gòu)造等知識(shí)，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力。

1.3 “金課”建設(shè)的典型案例

典型案例1：各種類型橋梁發(fā)展的概況和總結(jié)。對(duì)近10 年來新建/在建各類橋梁（按受力體系分類：梁式橋、斜拉橋、拱橋、懸索橋）進(jìn)行進(jìn)一步分類總結(jié)，每3～4 位學(xué)生一組，按照該類型橋梁的跨徑、材料、結(jié)構(gòu)體系、施工方法等進(jìn)行細(xì)化歸類，概述其發(fā)展規(guī)律并預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)。

典型案例2：裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T 型梁橋設(shè)計(jì)。分組完成裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T 型梁橋的設(shè)計(jì)，按標(biāo)準(zhǔn)跨徑、橋?qū)挕⑵嚭奢d等級(jí)與人群荷載選擇不同的參數(shù)，給定材料參數(shù)、橋面系參數(shù)。在給定參數(shù)條件下完成主梁間距與主梁片數(shù)確定、主梁截面尺寸、橫截面沿跨長(zhǎng)的變化以及橫隔梁設(shè)置等工作，然后依據(jù)規(guī)范進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，完成設(shè)計(jì)計(jì)算后繪制主梁一般構(gòu)造圖。

典型案例3：懸鏈線等截面無鉸箱形拱橋設(shè)計(jì)。分組完成懸鏈線等截面無鉸箱形拱橋設(shè)計(jì)，按凈跨徑、凈矢跨比、橋面寬度、汽車荷載等級(jí)、人群荷載選擇不同的參數(shù)，給定材料參數(shù)、橋面系參數(shù)。在給定參數(shù)條件下完成截面幾何特性計(jì)算，通過五點(diǎn)重合法確定拱軸系數(shù)，計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力并依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行組合，在完成設(shè)計(jì)與計(jì)算工作的基礎(chǔ)上繪制拱上建筑及主拱圈斷面圖。

2 橋梁工程課程設(shè)計(jì)的“金課”實(shí)踐

2.1 多樣化的教學(xué)內(nèi)容具有時(shí)代性、挑戰(zhàn)性

（1）設(shè)計(jì)過程承前啟后，夯實(shí)了本科階段基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)的連貫性。典型案例的設(shè)計(jì)需用到結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理等已修課程的知識(shí)，也是橋梁施工、橋梁電算等后續(xù)課程乃至橋梁畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)橋設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，具有重要的承前啟后功能。在設(shè)計(jì)時(shí)大量回顧和調(diào)用已有知識(shí)，使得本科階段知識(shí)具有系統(tǒng)性并形成整體，這是一種能力提升，對(duì)學(xué)生發(fā)展大有裨益。典型案例設(shè)計(jì)是畢業(yè)設(shè)計(jì)、實(shí)橋設(shè)計(jì)的預(yù)演，設(shè)計(jì)思想貫穿其中，鍛煉了學(xué)生整體思維能力、舉一反三能力[12-14]。

（2）貼近工程實(shí)踐的典型案例具有時(shí)代性特征。按受力體系總結(jié)近10 年來新建及正建橋概況，由于橋梁發(fā)展日新月異，按跨徑、材料、施工方法等細(xì)化統(tǒng)計(jì)并預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì)的過程必將具有鮮明的時(shí)代特征，反映了該類橋梁近年發(fā)展概況，統(tǒng)計(jì)報(bào)告以類似綜述論文的形式提交，對(duì)每位學(xué)生都是新課題。裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T 梁橋與懸鏈線無鉸箱拱橋的設(shè)計(jì)參數(shù)源于實(shí)橋，依據(jù)的規(guī)范為不斷演化和完善的最新版本，學(xué)生到工程師的角色轉(zhuǎn)變?cè)跐撘颇型瓿伞?/p>

（3）基于典型案例獲取知識(shí)的途徑具有挑戰(zhàn)性。加強(qiáng)熟練使用計(jì)算機(jī)的能力，借助各種軟件及多媒體平臺(tái)可大大提高效率。典型案例需用AutoCAD、Office 辦公軟件、Flash 音視頻等教學(xué)輔助軟件以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、QQ、Wechat 等工具，文獻(xiàn)調(diào)研則包括CNKI、Baidu 等搜索渠道，以及網(wǎng)絡(luò)圖片資源、視頻資源。以上素材的順利獲取需要花費(fèi)一定的精力，要跳一跳才能達(dá)到目的，這方面的挑戰(zhàn)與“金課”內(nèi)涵十分契合。

2.2 多樣化的教學(xué)形式具有先進(jìn)性、前沿性

（1）開發(fā)小程序協(xié)助計(jì)算，加強(qiáng)了計(jì)算機(jī)的運(yùn)用。典型案例中不同參數(shù)具有類似的設(shè)計(jì)過程，基于此特點(diǎn)，通過Excel 編譯計(jì)算小程序，在輸入基本參數(shù)的情況下可以迅速獲得計(jì)算結(jié)果，可提高計(jì)算效率、方便檢查結(jié)果，鍛煉編程思路和借助計(jì)算機(jī)解決問題的能力。對(duì)于懸鏈線拱橋的設(shè)計(jì)[5]，還可通過Excel 計(jì)算任意m值對(duì)應(yīng)的彈性中心、截面內(nèi)力等參數(shù)，計(jì)算效率提升明顯。這種教學(xué)形式具有顯著的先進(jìn)性，符合“金課”的要求，值得大力推廣。

（2）錘煉出以規(guī)范為基準(zhǔn)解決橋梁設(shè)計(jì)問題的思維。土木類專業(yè)課程教學(xué)突出應(yīng)用特點(diǎn)，課程設(shè)置與行業(yè)規(guī)范息息相關(guān)，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)需結(jié)合規(guī)范進(jìn)行專門講解，其難度適當(dāng)高于教學(xué)大綱，使教師的教和學(xué)生的學(xué)均具有一定的挑戰(zhàn)度，達(dá)到“金課”建設(shè)的目的。現(xiàn)行規(guī)范中荷載取值、內(nèi)力組合均是橋梁工程課程設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)這些概念在規(guī)范中的處理方法。深刻理解規(guī)范，可以錘煉出以規(guī)范為基準(zhǔn)解決橋梁設(shè)計(jì)問題的思維。

（3）典型案例教學(xué)可以鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題能力。傳統(tǒng)教學(xué)方法從教師主觀愿望出發(fā)，完成認(rèn)識(shí)性任務(wù)即可，而典型案例教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生把注意力集中到分析問題、解決問題上。在典型案例的分析討論過程中，師生之間的關(guān)系是平等的，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇等問題直接進(jìn)行面對(duì)面討論。于是，學(xué)生成為學(xué)習(xí)主體，激發(fā)了主觀能動(dòng)性，教師成為引導(dǎo)者，幫助學(xué)生提高了分析問題能力和解決問題能力，這也是課程的特色，體現(xiàn)了“金課”的創(chuàng)新性。

（4）課程設(shè)計(jì)過程中的dialogue-criticaldebate。在大學(xué)課堂教學(xué)的五重境界[1]中，典型案例的教學(xué)主要存在dialogue 和critical。開始階段師生之間討論設(shè)計(jì)全過程、注意事項(xiàng)，設(shè)計(jì)中途會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)方案提出質(zhì)疑，該方案是否合理、是否最優(yōu)，設(shè)計(jì)完成階段會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)方案提出更優(yōu)化建議。這種氛圍中學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性被完全激發(fā)，能力得到鍛煉，“金課”的創(chuàng)新性得到充分體現(xiàn)，這些為大學(xué)課堂教學(xué)通向最終層次的debate 境界打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3 多樣化的考核方式體現(xiàn)探究性、個(gè)性化

采用五級(jí)計(jì)分制評(píng)價(jià)橋梁工程課程設(shè)計(jì)的成果。平時(shí)成績(jī)?cè)诒ＷC出勤的前提下著重對(duì)設(shè)計(jì)過程的dialogue 與critical 進(jìn)行考核，要求學(xué)生參與師生之間的討論，能夠提出質(zhì)疑及優(yōu)化建議的學(xué)生成績(jī)?yōu)閮?yōu)秀。所提交的計(jì)算書、圖紙或報(bào)告中除內(nèi)容、格式的基本要求外，對(duì)標(biāo)“金課”高階性、創(chuàng)新性重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)規(guī)范的理解和計(jì)算機(jī)的使用，要求規(guī)范版本及引用正確，提供Excel 計(jì)算過程。這樣的考核方式充分體現(xiàn)了“金課”探究性、個(gè)性化的特點(diǎn)，受到師生一致好評(píng)，具有很好的效果。

3 結(jié)束語

橋梁工程課程設(shè)計(jì)針對(duì)“金課”建設(shè)過程中面對(duì)的問題，以“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和考核方式等方面進(jìn)行了改革實(shí)踐，注重知識(shí)連貫性，貼近實(shí)踐選取典型案例，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，錘煉基于規(guī)范解決問題的思維，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)過程的dialogue 與critical。未來將上述“金課”內(nèi)涵進(jìn)一步落到實(shí)處，將橋梁工程課程設(shè)計(jì)打造為真正的“金課”。