吳文朋 趙少杰 唐盛華 王智超

[摘? ? ? ? ? ?要]? 隨著近年來工程教育認證理念逐漸在國內本科教學中的推廣，如何結合我國工程實際情況構建滿足工程教育認證“以學生為中心、產出導向、持續(xù)改進”三大教育理念的課程教學模式是值得探討的問題。橋梁結構電算課程是一門近年來得到高校重視且理論和實踐性都很強的課程。課程要求學生充分利用計算機的優(yōu)勢來解決實際工程問題，內容符合新時代發(fā)展的趨勢和潮流。嘗試從課程目標設計、教學方法、考核方式三個方面，對橋梁結構電算課程的教學提出建議。

[關? ? 鍵? ?詞]? 工程教育認證;橋梁電算;教改

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）15-0104-02

一、前言

中國于2016年6月2日起已正式成為《華盛頓協議》成員[1]，但對于中國國內目前規(guī)模如此巨大的高等學校教育體系而言，能夠完全滿足工程專業(yè)認正要求并取得國際高度認可的高校其實并不是很多。由于《華盛頓協議》倡導以學生為中心、以產出導向、持續(xù)改進的大教育理念[2，3]，學生的培養(yǎng)目標必是非?；A的，因此培養(yǎng)目標的制訂必須首先符合當前本科教學教育的基本定位。對于土木工程專業(yè)的學生而言，由于現代大型復雜橋梁工程，在施工過程中需要進行多次的結構體系轉換，從而使得橋梁正式通車之前往往存在多個中間結構狀態(tài)，施工過程復雜導致計算量巨大[4，5]，很難通過傳統的手算完成橋梁的設計和施工階段模擬。然而，采用有限元設計軟件代替手算內容可大幅度降低工作量并增加工作效率[6]。由此可見，開設橋梁電算課程或橋梁設計軟件課程，對橋梁工程相關的教學，尤其是本科生畢業(yè)設計環(huán)節(jié)具有重要的促進作用，讓本科生通過橋梁電算解決實際問題，大大增加學生對即將從事本職工作的自豪感。

然而，與傳統理論課程教學不同的是，橋梁結構電算課程實踐性很強，要求學生有充分利用計算機高效計算的優(yōu)勢來解決實際問題。然而，一方面結構有限元基本原理是橋梁電算理論基礎之一，但目前國內大多數院校本科生沒有開設結構有限元課程，造成學生理解橋梁結構電算有相當難度，電算軟件對學生而言是一個黑匣子。另一方面科學合理的考核方式不僅可以客觀公正地評定學生的學習情況，對于橋梁電算這種實踐操作類課程，如何基于工程教育理念進行教學落實和成績評定，進而合理評價與反饋的持續(xù)改進措施，也是當前面臨的一個難點。我校土木工程專業(yè)自2017年開始申請認證并按工程教育認證理念的要求重新修訂了培養(yǎng)計劃、課程體系和教學大綱。本文將針對橋梁電算課程的教學大綱以及過去3年來的教學實踐，對基于工程教育理念的橋梁電算課程目標設計、教學方法及考核方式的改革進行討論，并給出了相應的建議。

二、橋梁電算課程目標設計改革建議

圍繞土木工程專業(yè)評估（認證）的要求，我校土木工程專業(yè)充分考慮了課程體系對培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的支撐作用，將每一項畢業(yè)要求分解到各門課程及其教學環(huán)節(jié)中，制訂每門課程的教學大綱和課程目標。在最新版本的培養(yǎng)方案中，橋梁電算課對土木工程專業(yè)學生畢業(yè)要求的支撐主要體現在以下三個方面：（1）能夠選擇和使用恰當的測試、監(jiān)測和檢測等現代工程工具分析土木工程領域的復雜工程問題，并理解其局限性。（2）能夠選擇、使用或開發(fā)數據庫、計算機輔助設計與計算等信息技術工具分析土木工程領域的復雜工程問題，并理解其局限性。（3）能夠就專業(yè)中的復雜工程問題進行有效的書面表達。由此可見，橋梁電算是橋梁結構基礎知識與專業(yè)知識和設計技能的紐帶，屬性上被歸類于工具類課程，主要承擔著對工程問題進行分析計算和驗算的作用，基于此可以制訂橋梁電算課程的培養(yǎng)目標：①能夠了解橋梁工程結構設計軟件所必要的基本理論、專業(yè)基礎知識和設計理論，從而能理解設計軟件在復雜工程問題預測與模擬中的作用，并能夠理解其在解決問題時的局限性;②能夠掌握橋梁電算軟件進行橋梁設計的基本理論和基本操作方法，并能結合國內的各種規(guī)范與設計習慣，進行橋梁建模、分析和設計;③能通過軟件來實現橋梁施工過程的模擬和有限元分析，掌握規(guī)范條文在橋梁電算軟件中的設置方法，并根據軟件計算結果和相應的規(guī)范撰寫出完整的橋梁設計分析報告。可見，以上三個目標與本課程對畢業(yè)要求的支撐有很好的對應關系。

三、橋梁電算課程教學方法改革建議

所謂“以學生為中心”其實就是要考慮學生的實際情況來組織相應的教學方法，由于土木工程專業(yè)課程系統設置中并沒有安排有限元理論相關的基礎課程，因此，首先在選擇教學軟件時最好選擇本科生較容易上手的商業(yè)橋梁設計軟件，而不是根據老師個人的科研需求來采用精細化通用有限元分析軟件。例如，MIDAS軟件和橋梁博士V4軟件的界面也很友好，尤其是其菜單式界面和操作，建模時的渲染效果可視化，對于有一定CAD基礎的本科生來說，理解起來相對容易。

此外，在當今互聯網技術發(fā)達的時代，只要學生想學習和探索，網絡上能找到他所需要的知識。因此，在橋梁電算的課堂上盡量不講詳細的基本理論及相關知識，而主要借用設計軟件的界面菜單，將橋梁電算需要用到的相關理論，從橋梁工程結構設計全過程的角度，通過講故事的形式把已學知識以及仍需進一步學習、值得探索的知識串聯起來，重點說明不同專業(yè)知識點之間的關系，讓學生在實踐操作中尋找學習的樂趣，同時更好地掌握橋梁結構電算的基本理論，以提升實踐中對已學專業(yè)和基本理論的理解，使他們可以更清晰、更全面地把握不同類型橋梁結構有限元建模的原則和方法，從而達到由被動地記憶和接受有限元軟件的操作規(guī)則轉變?yōu)橹鲃诱莆蘸吞剿饔邢拊浖墓δ芎驮?，以適應市場經濟對專業(yè)人才、技能的需求，提高學生的就業(yè)競爭力和未來職業(yè)發(fā)展的適應能力。

具體教學實施過程中，橋梁電算課程涉及的教學方法有課堂講授、在線演示法、課程練習等，具體實施可通過以下幾個方面展開：（1）本課程以課堂演示和學生實操為主，首先要通過講解有限單元法的基礎知識與橋梁設計軟件之間的關系，例如：從結構力學中“位移法”到“矩陣位移法”，最后引出有限單元法的基本概念，讓學生認識到本課程與前面所學課程的聯系，同時了解本課程的難點，從而更加自主地進行專業(yè)知識的補充和學習。（2）在課程中結合實際橋梁工程設計的案例，在課堂上通過教學軟件對設計過程的電算方法實現進行詳細的演示和講解，要求學生在電腦上實時的跟蹤操作，并通過課堂提問和討論的方式，使學生養(yǎng)成主動思考的習慣。同時，在教學中引入“項目式”的教學方法，讓學生自主選擇感興趣的橋梁結構形式，橋型如簡支梁、連續(xù)梁橋、斜拉橋等。教師在講授時與學生互動，以提問的方式有針對性地檢查學生自主學習的效果，并讓學生提出自己在實際操作過程中的疑問，以此實現有目的地“傳道”和有針對性地“解惑”。（3）考慮到課堂課時較少，在實際課教學中，教師主要以講授基本原理和基本操作為主，在課堂之外則要留出足夠的課時，讓學生討論和動手操作，以掌握具體橋型的詳細建模過程。如果時間充足的話，學生對所掌握橋梁型的建模方法進行PPT匯報和討論。最后由教師對學生講解中的謬誤和遺漏進行修正。后面兩個環(huán)節(jié)可以借助當前在線會議和在線課堂的模式進行展開，以節(jié)省線下課堂的教學資源，總的來說，橋梁結構電算課程具體的教學方法要結合學習的反饋情況不斷地持續(xù)改進，形成有效的反饋改進機制。

四、橋梁電算考核方式改革建議

科學合理的考核方式不僅可以客觀公正地評定學生的學習情況，而且可以引導學生有所側重，更重要的是，有效的考核能通過學生成績來反饋教學效果，從而不斷改進教學方法，進一步提高教學質量，實現持續(xù)改進的閉環(huán)。橋梁結構電算課程屬于“上機課”，在土木工程專業(yè)課程體系中是介于理論課程與實踐課程之間的一門課，其考核與傳統課程有一定的區(qū)別，不僅要進一步提升學生的專業(yè)知識水平，還要讓學生有實際動手進行橋梁設計的能力，如何合理地設計考核環(huán)節(jié)顯得十分重要。通過我院近三年來的實踐教學經驗表明，橋梁電算課程的最終考核可以把學生的學習成績分成三個部分：（1）平時成績。（2）橋梁建模實操成績。（3）分析報告撰寫能力成績。其中，平時成績考查學生課堂參加度以及平時作業(yè)完成情況，以督促學生學習;橋梁建模實際操作能力考核部分，要求學生在課程教學結束以后，以教師提前準備好的實際工程和相關資料為背景，在規(guī)定的時間內、指定的計算機教室里建立橋梁結構電算模型并進行驗證，任課教師通過現場巡查，批閱學生提交的成果，客觀公正地給出實操成績。分析報告則需要學生課外進行規(guī)范和專業(yè)基礎知識的調研梳理，體現學生今后從事具體工作時的繼續(xù)學習能力。

參考文獻：

[1]華爾天，計偉榮，吳向明.中國加入《華盛頓協議》背景下工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索與實踐[J].中國高教研究，2017（1）：82-85.

[2]林健.如何理解和解決復雜工程問題：基于《華盛頓協議》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016（5）：17-26，38.

[3]李志義.對我國工程教育專業(yè)認證十年的回顧與反思之一：我們應該堅持和強化什么[J].中國大學教學，2016（11）：10-16.

[4]林建平.實際工程案例在“橋梁結構電算”課程教學中的應用[J].科教文匯（上旬刊），2017（5）：40-42.

[5]徐略勤.橋梁結構電算課程理論與實踐一體化教學模式探索[J].高等建筑教育，2015，24（1）：75-78.

[6]趙金鋼，賈宏宇，王學敏，等.基于畢業(yè)設計的橋梁電算課程教學方法探索[J].高教學刊，2020（31）：100-103.

◎編輯 魯翠紅

Discussion on Teaching of Bridge Structure Computing Course Based on the Concept of

Engineering Education Accreditation

Wu Wen-peng，Zhao Shao-jie，Tang Sheng-hua，Wang Zhi-chao

Abstract：In recent years，the concept of engineering education accreditation has been gradually popularized in domestic undergraduate education. It is worth discussing how to build a curriculum teaching mode that meets the three educational concepts of “student-centered，production-oriented and continuous improvement” for engineering education certification based on the actual situation of engineering in China. Bridge computing course is a course that has been paid attention to by colleges and universities in recent years，and it has strong theoretical and practical significance. It requires students to make full use of the advantages of the efficient computing to solve the practical engineering problems，which is in line with the trend of the development of the new era. This study tries to give some suggestions on the teaching of bridge structure computing course from three aspects that including the curriculum goal design，teaching methods，examining ways.

Key words：engineering education accreditation;bridge computer calculation;educational reform