賈麗君+阮欣+肖汝誠(chéng)

摘要：隨著行業(yè)發(fā)展，復(fù)合型卓越人才是工程人才培養(yǎng)的重要發(fā)展趨勢(shì)和方向。目前，國(guó)內(nèi)各大高校開(kāi)展的橋梁工程教學(xué)主要側(cè)重于各專(zhuān)業(yè)課程的設(shè)置，而缺乏對(duì)工程概念設(shè)計(jì)的整體性把握，為此，同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系開(kāi)設(shè)了橋梁概念設(shè)計(jì)課。文章介紹橋梁概念設(shè)計(jì)課程的教學(xué)思想和理念、教學(xué)具體設(shè)計(jì)方案以及教學(xué)內(nèi)容，分析課程對(duì)提升學(xué)生能力素質(zhì)的作用，為提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果提供借鑒。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；設(shè)計(jì)理念；概念生成；課程改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G6423；TU997 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2909（2017）04-0079-04

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是貫徹落實(shí)國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃的重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)中國(guó)由工程教育大國(guó)邁進(jìn)工程教育強(qiáng)國(guó)的重要舉措。其宗旨是強(qiáng)化大學(xué)本科教育階段學(xué)生實(shí)際工程能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生工程意識(shí)、工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的優(yōu)秀工程師，以滿(mǎn)足科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)工程型人才的需求。

同濟(jì)大學(xué)從1998年開(kāi)始實(shí)施寬口徑人才培養(yǎng)措施，土木工程專(zhuān)業(yè)本科生前兩年進(jìn)行公共基礎(chǔ)課及專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)。第三學(xué)年根據(jù)個(gè)人意愿以及擇優(yōu)錄取的原則，進(jìn)入橋梁工程課群組進(jìn)行更為專(zhuān)業(yè)的橋梁方向?qū)W習(xí)[1]。在前期的公共專(zhuān)業(yè)課中，更為強(qiáng)調(diào)的是具體學(xué)科知識(shí)的掌握與運(yùn)用，缺乏對(duì)橋梁工程的宏觀(guān)把握。

工程中常因橋梁結(jié)構(gòu)體系選擇不當(dāng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷，造成投資浪費(fèi)或橋梁壽命縮短甚至倒塌等災(zāi)難性后果；常因缺乏橋梁結(jié)構(gòu)體系理論指導(dǎo)，缺少參數(shù)優(yōu)化而不能實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)構(gòu)性能；常因創(chuàng)新不足，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形式單一，或者為了標(biāo)新立異，作畫(huà)蛇添足之舉[2]。而橋梁概念設(shè)計(jì)作為土木工程專(zhuān)業(yè)橋梁課群組的新設(shè)專(zhuān)業(yè)課，在前期專(zhuān)業(yè)知識(shí)積累的基礎(chǔ)上，旨在培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新思維，運(yùn)用創(chuàng)新技術(shù)的理念，增強(qiáng)整體認(rèn)識(shí)，避免“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的弊端，培養(yǎng)本科生設(shè)計(jì)橋梁的綜合能力。

一、教學(xué)思想和教學(xué)理念

（一）國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

在20世紀(jì)50至60 年代，工科教材大都使用從蘇聯(lián)翻譯過(guò)來(lái)的實(shí)用性教材，講授按規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。改革開(kāi)放后，開(kāi)始按學(xué)科設(shè)系，逐漸向國(guó)際體制轉(zhuǎn)變，但行業(yè)的影響力依舊存在。新版《橋梁工程》教材，除按新頒布的規(guī)范

作了必要修改外，篇、章、節(jié)安排上基本還是沿襲老教材體系，并沒(méi)有本質(zhì)上的改變，在教學(xué)理念和方法上也沒(méi)有完全擺脫蘇聯(lián)工科教學(xué)模式的影響。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法使學(xué)生易形成思維定式，限制了學(xué)生的創(chuàng)新思維[3]。

（二）國(guó)際先進(jìn)理念

橋梁工程在學(xué)科上屬土木工程的分支，在功能上是交通工程的咽喉[4]。2006年，德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)土木系的M. Schlaich教授曾在國(guó)際橋協(xié)布達(dá)佩斯年會(huì)上作了題為《對(duì)教育的挑戰(zhàn)——概念和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》的報(bào)告，介紹了柏林工業(yè)大學(xué)正在進(jìn)行的土木工程教育改革，將傳統(tǒng)按材料劃分的“鋼結(jié)構(gòu)”教研室和“混凝土”教研室合并更名為“概念和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”教研室，不再分別講授鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析方法和設(shè)計(jì)方法，改為面對(duì)所有建筑材料按結(jié)構(gòu)類(lèi)型（橋梁、高層建筑和空間結(jié)構(gòu)）講授概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新理念和能力的培養(yǎng)，不僅訓(xùn)練結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本功，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)造能力[5]。

（三） 課程理念改革與探索

近幾年來(lái)，對(duì)“錢(qián)學(xué)森之問(wèn)——為什么我們的學(xué)校總是培養(yǎng)不出杰出人才”這一命題的熱議說(shuō)明中國(guó)工程教育改革的緊迫性和必要性。同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系配合“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃，為本科生開(kāi)設(shè)了橋梁概念設(shè)計(jì)這一門(mén)全新的課程，以培養(yǎng)新一代橋梁工程師的概念設(shè)計(jì)能力，克服中國(guó)橋梁在創(chuàng)新理念、工程質(zhì)量和美學(xué)考慮三方面的不足，為中國(guó)在21世紀(jì)通過(guò)自主創(chuàng)新，從橋梁大國(guó)走向橋梁強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)一份力量。

二、教學(xué)具體設(shè)計(jì)方案

（一）知識(shí)講授

改變以往“教師講，學(xué)生聽(tīng)”的單向教學(xué)模式，推行探究式、討論式、案例式、參與式、小班制等教學(xué)方式。保留部分課堂講授內(nèi)容，作為專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹與引導(dǎo)，結(jié)合小組討論

深入講解。整個(gè)課程中，結(jié)合概念設(shè)計(jì)習(xí)題，將專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程，并鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新，使學(xué)生獲得更為真實(shí)的工程實(shí)踐體驗(yàn)，對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)理解更為透徹。

（1）課堂講授。橋梁概念設(shè)計(jì)的概念、創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體布置方法以及結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)證。

（2）小組討論。分組討論，加深對(duì)概念設(shè)計(jì)的理解，探討給定建橋條件和功能情況下的方案構(gòu)思與比選。

（3）習(xí)題練習(xí)。根據(jù)具體建橋的條件和功能要求，開(kāi)展設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體布置，力求技術(shù)創(chuàng)新。

（二） 能力培養(yǎng)

在課程中，通過(guò)習(xí)題練習(xí)等，精心設(shè)計(jì)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，如學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、表達(dá)能力、交流能力、溝通能力等。通過(guò)學(xué)生完成作業(yè)或習(xí)題等提高對(duì)知識(shí)的掌握程度。在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題。在課堂教學(xué)中引入系統(tǒng)思維和創(chuàng)造性思維的概念，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，通過(guò)科學(xué)的思維方式，引導(dǎo)學(xué)生解決抽象和復(fù)雜問(wèn)題。

（三）人格養(yǎng)成

面對(duì)現(xiàn)在規(guī)模日益龐大的工程項(xiàng)目，除了扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)外，工程倫理、團(tuán)隊(duì)配合及工程管理日益成為工程能否順利實(shí)施的重要影響因素。在課程中，授課教師以專(zhuān)業(yè)的知識(shí)、精彩的授課內(nèi)容感染學(xué)生、影響學(xué)生的同時(shí)，以理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)結(jié)合構(gòu)建專(zhuān)業(yè)知識(shí)框架，組成實(shí)踐訓(xùn)練體系，讓學(xué)生體驗(yàn)更為真實(shí)的工程環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神與責(zé)任心。

（四）考核方式

在考核方式上，改變了以往以試卷評(píng)價(jià)為主的單一形式，將綜合能力和人格養(yǎng)成作為評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，建立多元化評(píng)價(jià)制度。采用平時(shí)訓(xùn)練、專(zhuān)題設(shè)計(jì)結(jié)合的形式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，注重學(xué)生知識(shí)、能力、人格等方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。

三、 教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配endprint

（一） 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容包括概論、建橋的自然條件和功能要求、設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)證、橋梁概念設(shè)計(jì)實(shí)例以及習(xí)題練習(xí)6個(gè)方面。

（1）概論部分首先從橋梁的基本組成和分類(lèi)，發(fā)展動(dòng)態(tài)，概念設(shè)計(jì)目的、意義、基本原則以及創(chuàng)新理念的建立等角度進(jìn)行綜合闡述。在學(xué)習(xí)開(kāi)始之初即引導(dǎo)學(xué)生形成整體且較為全面的認(rèn)識(shí)。

（2）建橋的自然條件和功能要求部分著重介紹河勢(shì)、水文、氣候氣象、地形地貌、地質(zhì)水質(zhì)等自然條件，并通過(guò)工程實(shí)例闡述如何分析、運(yùn)用這些資料，使概念設(shè)計(jì)適合、滿(mǎn)足這些基礎(chǔ)條件。

概念設(shè)計(jì)階段，一方面，在理解、消化這些資料的基礎(chǔ)上抓住其核心控制要素和控制性條件，從而有助于學(xué)生形成整體的構(gòu)思。另一方面，可以用于總體和關(guān)鍵構(gòu)件的計(jì)算和分析，驗(yàn)證和調(diào)整先前的構(gòu)思和布置。

（3）設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體布置主要包括以下幾個(gè)方面：各種橋型的適用范圍和極限，橋式創(chuàng)新構(gòu)思和分孔布局，橋梁平、縱、橫斷面設(shè)計(jì)，各種基礎(chǔ)形式的特點(diǎn)和適用條件，影響經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的技術(shù)因素，橋梁美學(xué)設(shè)計(jì)以及橋梁設(shè)計(jì)方案的比選。

這部分內(nèi)容中，各種橋型的基礎(chǔ)知識(shí)，無(wú)論適用范圍和極限，還是平、縱、橫斷面設(shè)計(jì)，都是整個(gè)課程的基礎(chǔ)。各種橋型有其發(fā)展歷史、受力特點(diǎn)以及適用性等，只有通過(guò)不斷學(xué)習(xí)、積累，才能保證學(xué)生對(duì)各類(lèi)橋型有正確認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。概念設(shè)計(jì)必須符合經(jīng)濟(jì)性要求，經(jīng)濟(jì)合理的創(chuàng)新才是真正有意義的創(chuàng)新。在之前了解各種橋型發(fā)展歷史、受力特點(diǎn)等基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)會(huì)用經(jīng)濟(jì)的觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和選擇。在上述基礎(chǔ)上，綜合考慮美學(xué)設(shè)計(jì)等方面，從而達(dá)到橋梁設(shè)計(jì)各方面的統(tǒng)一。

（4）結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)證包含從設(shè)計(jì)到施工直至管養(yǎng)全過(guò)程的安全性驗(yàn)證。在設(shè)計(jì)階段，要求對(duì)橋梁承受的荷載種類(lèi)、大小以及相應(yīng)的重要力學(xué)驗(yàn)算手段有較為宏觀(guān)全面的把握。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，橋梁工程規(guī)模越來(lái)越大，系統(tǒng)功能也相應(yīng)越來(lái)越復(fù)雜，因此，除了常規(guī)的荷載外，強(qiáng)風(fēng)、地震、海嘯以及恐怖襲擊等對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響成為必須重點(diǎn)關(guān)注的因素。

本部分的學(xué)習(xí)通過(guò)介紹各種災(zāi)害對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)可能造成的損傷和破壞以及耐久性問(wèn)題，使學(xué)生掌握橋梁結(jié)構(gòu)抵抗各種災(zāi)害設(shè)計(jì)和耐久性設(shè)計(jì)的基本原則、基本方法和有效手段，在概念設(shè)計(jì)階段預(yù)先準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)防災(zāi)和耐久性方案與措施。

（5）橋梁概念設(shè)計(jì)實(shí)例部分不同于上述的基礎(chǔ)知識(shí)介紹，采用課堂講授結(jié)合小組討論的方式。在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)初步了解的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的橋梁工程項(xiàng)目討論分析，從而更為直觀(guān)、深入地理解理論知識(shí)。

（6）習(xí)題練習(xí)與討論部分實(shí)現(xiàn)了整個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的全過(guò)程閉合——從學(xué)習(xí)了解基礎(chǔ)知識(shí)到討論分析已有工程，最終完成設(shè)計(jì)工作。這一過(guò)程既是學(xué)習(xí)過(guò)程，在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)知識(shí)掌握薄弱環(huán)節(jié)，在查漏補(bǔ)缺中完善對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，也是考核過(guò)程，通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中展示實(shí)際方案，考量學(xué)生對(duì)課程的掌握程度和理解水平，相較于單純的考試，更能反映學(xué)生真實(shí)情況和水平。

（二）學(xué)時(shí)分配

針對(duì)大多數(shù)課程偏重理論學(xué)習(xí)、忽略設(shè)計(jì)訓(xùn)練的弊端，課程將兩部分結(jié)合，學(xué)時(shí)分配如表1所示。

四、 教學(xué)實(shí)例與分析

概念設(shè)計(jì)習(xí)題：某橋由于不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的交通功能需求，需拆除老橋，建新橋。原橋?yàn)轱w鳥(niǎo)式拱橋，橋面為兩車(chē)道，要求新建橋梁與兩側(cè)道路同寬，雙向六車(chē)道，并設(shè)置人行道。新建橋除滿(mǎn)足通航要求外，還需具有優(yōu)美造型，滿(mǎn)足城市景觀(guān)要求，是一座集交通與景觀(guān)功能于一體的城市景觀(guān)橋梁。

題目依據(jù)真實(shí)工程狀況設(shè)定，并提供了該橋梁的基本資料，包括項(xiàng)目概況、設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)條件以及橋位信息等（圖1）。在給定上述實(shí)際條件的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生完成概念設(shè)計(jì)。通過(guò)真實(shí)的橋梁建設(shè)實(shí)例進(jìn)行模擬，有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程實(shí)際的把握，對(duì)課程學(xué)習(xí)和未來(lái)職業(yè)生涯的開(kāi)展都能提供較大幫助。

概念設(shè)計(jì)主要分為兩大階段，從不同方面檢驗(yàn)了學(xué)生對(duì)概念設(shè)計(jì)全過(guò)程的理解。

1.概念設(shè)計(jì)比選階段

通過(guò)對(duì)技術(shù)指標(biāo)和建設(shè)條件分析，運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行概念生成或方案構(gòu)思，形成多種設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，綜合“3E準(zhǔn)則”——功效（Efficiency）、經(jīng)濟(jì)（Economy）、美觀(guān)（Elegance），結(jié)合創(chuàng)新要求，進(jìn)行概念選擇或方案比選，并形成推薦方案。

2.推薦方案介紹階段

推薦方案部分包括所設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)、施工方法、關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題以及安全性認(rèn)定四方面。要求學(xué)生從上述四方面入手，綜合闡述所選擇方案的整體特點(diǎn)和情況，完成概念設(shè)計(jì)。此外，要注重和先修主干課相聯(lián)系，學(xué)生根據(jù)所選橋型結(jié)構(gòu)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，如混凝土結(jié)構(gòu)基本原理、鋼結(jié)構(gòu)基本原理等，對(duì)所選橋型結(jié)構(gòu)初步分析，并利用橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，如橋梁博士、Midas Civil等進(jìn)行初步模擬計(jì)算，驗(yàn)證方案可行性和合理性，鍛煉學(xué)生的思辨能力，使其全面把握橋梁結(jié)構(gòu)。

五、 結(jié)語(yǔ)

橋梁概念設(shè)計(jì)課程目的在于使學(xué)生了解橋梁概念設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體布置方法，形成對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)宏觀(guān)、整體的把握。在概念設(shè)計(jì)中了解建橋條件和功能要求，開(kāi)展設(shè)計(jì)構(gòu)思和總體布置，將創(chuàng)新技術(shù)的認(rèn)識(shí)提前到概念設(shè)計(jì)。加強(qiáng)對(duì)創(chuàng)新的激勵(lì)，使中國(guó)橋梁設(shè)計(jì)盡快克服不足，走出誤區(qū)，也使中國(guó)高校的橋梁工程教育盡早擺脫傳統(tǒng)教材和方法的束縛，跟上國(guó)際工程教育改革的步伐，培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)過(guò)硬的卓越工程師。

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Abstract：With the development of civil engineering industry， cultivating excellent engineers with comprehensive abilities is an important trend and direction. Currently， universities mostly focus on specialized curriculum， but lack overall grasp of design concept. For this purpose， Tongji University offers bridge conceptual design course for undergraduate students. This paper introduced the teaching characteristics and ideas of bridge conceptual design. Teaching strategy and content are also illustrated. Moreover， analysis of professional quality improvement for the students provides a reference for teaching effect.

Keywords： bridge engineering； design concept； concept generalization； curriculum reform

（編輯 周 沫）endprint