1. 实践教学现状分析
1.1. 新大纲对桥梁工程课程任务的要求
该课程理论教学的基本任务:使学生掌握桥梁的基本力学原理、组成、分类、荷载设计;掌握常用桥梁结构的构造、设计和内力计算,为将来从事桥梁的设计、施工、管理和科研打好必要的理论基础,随着社会对本科毕业生解决工程实际问题的要求越来越高,各院校在制定课程大纲时都越来越注重学生分析问题、解决问题的能力培养。
表1为2019年新编制的南通大学《桥梁工程课程大纲》中的部分内容。
Table 1. Objectives of course syllabus of bridge engineering
表1. 《桥梁工程课程大纲》课程目标
1.2. 实际授课过程中实践教学课时不足
在传统桥梁工程课程中,理论课时所占总课时的比重较高,实践课时所占比重较小,难以保证实践教学效果 [1] 。下面以本校的桥梁工程课时安排为例进行分析,如表2所示。由表2可以看出,桥梁工程总课时为64,实践教学部分的课时仅占全部课时的18%。
Table 2. Schedule of Bridge Engineering Courses in our school
表2. 本校桥梁工程课程的课时安排
1.3. 实践教学内容陈旧
桥梁工程课程的实践教学内容更新速度慢、枯燥无味,并且与实际桥梁工程发展现状相脱节,无法达到培养学生专业技能的要求 [2] 。下面以某高校的桥梁工程实践教学内容为例进行分析,如表3所示。
Table 3. Defects of bridge engineering practice teaching contents
表3. 桥梁工程实践教学内容缺陷情况表
1.4. 实训条件落后
桥梁工程课程的实践教学需要实训设备设施作为物质支撑,但是大部分院校的实训场地建设落后,不能模拟实际的工程施工环境,未能向学生提供充足的仪器设备,使得学生的实践活动只停留在观摩阶段,降低了实训效果 [3] 。
2. 实践教学法的有效运用
2.1. 运用CSIBridge开展实践教学
2.1.1. 明确建模步骤
CSIBridge是一款功能非常强大的桥梁设计分析软件,在桥梁工程课程教学中,运用该软件能够使教学效率得到大幅度提升 [4] 。该软件为学生提供一个方便、快捷的桥梁结构建模向导,当学生掌握软件的使用后,便可快速创建出各种结构复杂的桥梁模型。在模型中,学生可以对相关的参数进行修改,从而掌控整个设计过程。利用该软件进行桥梁建模的具体步骤如图1所示。在课堂教学中,教师可按照图1中的建模步骤,为学生演示桥梁结构的具体设计方法。
Figure 1. Schematic diagram of CSI Bridge modeling steps
图1. CSIBridge建模步骤示意图
2.1.2. 教学实践
教师可在教学过程中,为学生提供实际案例,借此来使学生掌握CSIBridge软件在桥梁结构设计中的应用。如跨径分布为57.5 + 105 + 57.5米的预应力混凝土连续刚构桥,单箱单室。桥梁下部结构为钢混实体墩,群桩基础,主墩长8.0 m,宽3.5 m。通过CSIBridge软件,可以快速建立该桥的模型。
当桥梁模型构建完毕后,利用CSIBridge软件的分析功能,对整个桥梁结构进行分析,具体包括以下内容:桥梁结构的内力与应力、结构变形等。将桥梁结构的相关参数带入到软件当中后,软件会自行完成计算,并显示桥梁结构在恒载作用下的变形情况。
CSIBridge软件当中,自带桥梁内力/应力菜单,通过该菜单,能够对桥梁对象的响应情况进行直观显示。恒载作用下,正常使用极限状态得到的弯矩包络图如图2所示。
Figure 2. Internal force diagram of each girder M3 in the bridge section under constant load
图2. 恒载作用下桥截面各主梁M3内力示意图
从图2中可以清楚地看到,各主梁截面的内力之和,等于桥截面的内力。为进一步分析,可利用CSIBridge软件,将绘图参数输出到Excel表格当中。
通过CSIBridge软件辅助教学,能够使课堂讲授的知识点,与工程实际紧密联系到一起,从而使学生在掌握基础理论的同时,锻炼动手操作能力。
2.2. 借助多媒体开展实践教学
桥梁工程实践教学要更新实践内容,结合实际工程进行案例分析,建立起理论与实践之间的联系,确保实践教学紧密贴合于桥梁工程发展现状 [5] 。教师可利用PPT向学生展示桥梁工程实例,提供桥梁的具体资料,让学生根据图片内容分析桥梁规划、设计和施工各个环节,引导学生对建桥过程形成整体认知。同时,在借助多媒体教学手段开展实践教学时,要将桥梁破坏与损伤作为案例分析重点,向学生展示桥梁检测图片,如图3所示,让学生掌握桥梁工程的重点部位以及重点构件的设计方法。
Figure 3. Bridge point inspection diagram
图3. 桥梁点检图
2.3. 借助桥梁设计开展实践教学
桥梁工程实践教学要重点培养学生桥梁的设计和计算能力,所以在实践教学中,教师可围绕课程内容开展桥梁设计活动,培养学生对课程知识的综合运用能力。基于桥梁设计的实践教学流程如表4所示。
Table 4. Practical teaching flow table based on bridge design
表4. 基于桥梁设计的实践教学流程表
2.4. 考核方式和考核指标的改进
以桥梁结构基本力学原理、设计计算、施工工艺为考试重点,考核学生运用课程知识分析问题、解决问题的能力,同时检查学生对桥梁工程设计工作掌握程度。而这些考核内容是传统闭卷考试很难衡量的,所以在新大纲中加入了实践环节的考核内容,考核方式可以采用答辩和施工方案设计等多种方法进行综合评估。
3. 结论
桥梁工程课程作为工程专业的核心课程,必须要以培养学生桥梁构造设计、施工和组织管理能力为核心,提高实践教学在人才培养中的重视程度。各工程专业要适当增加实践教学所占总课时的比重,借助多媒体教学手段、CSIBridge软件以及桥梁设计活动开展实践教学,不断创新实践教学方法,建立起理论知识与工程实践之间的联系,进而不断提高学生的专业知识和专业技能水平。培养出能够在工程实践中全面体现健全人格、人文素养、社会责任感和职业道德等素质;能够综合运用土木工程领域相关的基础理论与专业知识,具有分析和解决土木工程领域复杂工程问题的能力;具有团队领导能力和创新意识,能够及时跟踪国际国内本专业领域的发展动态并应用于工程实际,能胜任建筑、道路、桥梁等土木工程设施的设计、施工与管理及技术开发的应用型高层次人才。
基金项目
1) 南通大学2018年度教学改革研究课题,项目编号:2018B50。
2) 南通大学2019年度教学改革研究课题,项目名称:基于创新创业竞赛的实践教学体系研究与实践。