黃海云 周軍勇 李寧寧 呂金浩

【摘要】橋梁工程是土木工程學科橋梁工程方向的一門專業(yè)主干課程。課程以公路橋梁的基本理論和方法為研究對象，綜合性、實踐性較強，對培養(yǎng)學生從事橋梁工程的工作能力具有重要作用。但是，作為一門綜合性、實踐性較強的工程學科專業(yè)課程，在傳統(tǒng)教學模式的選擇和課堂教學中還存在著亟待解決的問題，因此本文從探究式教學模式下出發(fā)，闡釋了存在的問題，提出不同探究方法，并進行了相關(guān)探索和嘗試，改進了課堂教學存在的問題，取得了較好的教學效果。

【關(guān)鍵詞】探究式教學 ?橋梁工程 ?模型制作

【基金項目】2018年廣州大學教育教學研究項目（黃海云，《橋梁工程》課程探究式教學方法的研究）;2016年度廣東省本科高校高等教育教學改革項目（孫卓，基于“卓越計劃”高級工程人才培養(yǎng)的《橋梁工程》教學改革研究）;2017年度廣州市高等學校第八批教育教學改革項目（葉錫鈞，“基于卓越計劃《橋梁工程》的‘理論+工程+創(chuàng)新高級工程人才培養(yǎng)教學改革研究” ）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）18-0030-02

一、教學現(xiàn)狀分析

橋梁工程作為土木工程學科的一門主干課程，是一門綜合性強的課程，涉及到結(jié)構(gòu)力學、材料力學、建筑材料以及結(jié)構(gòu)設計原理等本科基礎課程，需要學生主動融會貫通各科課程知識。同時具有工程學科實踐性和應用性較強的特點，需要結(jié)合實際工程或?qū)嵺`活動才能真正理解和掌握。

傳統(tǒng)教學方式常以教材為中心、課堂理論教學為主、缺少相關(guān)的實踐環(huán)節(jié)作配合，評價方式單一，導致課程知識過于枯燥、難于理解和掌握。近年來，隨著我國橋梁建設事業(yè)的蓬勃發(fā)展，卓越的建設實踐大力促進了橋梁工程的設計計算理論、建造工法、工程材料等各方面的長足進展，雖然這些最新發(fā)展并未能及時寫入教科書中。

在大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展、創(chuàng)新的新時代，社會對于人才的需求不僅僅滿足于有扎實的基本功，同時還要富有創(chuàng)新能力、開放性的邏輯思維。這就需要教師運用靈活的教學手段激發(fā)、引導學生對橋梁工程的興趣。對于高校理論課程教學的而言，則需要考慮教學研究的重心從知識傳授向能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從重視結(jié)果向重視過程轉(zhuǎn)變，鼓勵指導學生多發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，逐步培養(yǎng)創(chuàng)新意識;需要教師根據(jù)教學實際采用適應差異、注意個性發(fā)展的多樣化教學形式，以彌補傳統(tǒng)教學模式的不足 [1-4] 。

如何將當前橋梁發(fā)展建設新進理論、實踐融入到高校橋梁工程的課程教學之中？如何根據(jù)現(xiàn)階段高等教育的新要求進行教學方法的改進？這是新時代對橋梁工程課程教學提出的新問題。

二、探究式教學法的內(nèi)涵

最早提出在教學中使用探究式教學的是杜威，他認為，科學教育不僅僅是要讓學生學習大量的知識，更重要的是要學習的過程或方法，“思維起源于疑難”，應用在教學上，便是“從做中學”。從1950年到1960年，探索作為一種教學方法的合理性變得越來越明確了。

探究式教學（Inquiry Teaching），又稱發(fā)現(xiàn)法、研究法，是指學生在學習概念和原理，教師只是給他們一些事例和問題，讓學生自己通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應的原理和結(jié)論的一種方法。指導思想是在教師的指導下，以學生為主體，讓學生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的概念。主要過程包括：給予問題、提出假設、組織探究、形成結(jié)論、進行反思。

可見，在探究式教學的過程中，學生的主體地位、自主能力都得到了加強。探究式教學方法目前已逐漸應用到國內(nèi)外的中學、高校的某些與實踐相關(guān)性較大的理論課程教學中[5-7]。

三、運用探究式教學模式改進課程教學（探究式教學模式策略）

根據(jù)橋梁工程的教學內(nèi)容、教學大綱及教學目標，綜合考慮深入圍繞探究式教學方法的各個相關(guān)環(huán)節(jié)，進行探究式教學模式的設計，提出適宜學生獨自或小組探究的工作內(nèi)容和方式，最后通過總結(jié)和評價達到教學相長的效果。主要嘗試和探索包括以下方面：小組橋梁模型制作、校外主題活動、有限元建模分析等。

（一）橋梁模型制作

1.布置任務

給定模型橋梁的基本設計指標（標準跨徑、橋面寬度）和基本材料（木棒、木片、木板、有機玻璃棒、塑膠棒、竹簽、卡紙等），結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)截面形式均不限制。目標是制作一個符合要求、結(jié)構(gòu)合理、且具有一定的承載能力的橋梁模型。模型完成后采用砝碼和沙包進行加載測試，承載重量與模型自重比值較高而且結(jié)構(gòu)合理者為優(yōu)勝。

2.分組探究

全班約按每5人一組分組進行探究，每組制作一個橋梁模型。各小組推薦一名組長負責主管和組織工作。各小組的任務包括：討論模型設計方案、模型材料的選擇和購買、模型制作、模型預測試、以及最后提交一份橋梁制作活動的總結(jié)報告。任務下達后，各組圍繞以下問題集體進行熱烈的討論、探索和研究，這是一個小組探究的環(huán)節(jié)。

1）橋型的比選。從承載能力大、穩(wěn)定性好、自重輕、美觀、易于制作，以及模型橋梁固有特點多維度考慮，選擇合理的橋梁模型設計選型。

2）總體布置參數(shù)的比選。橋型方案確定后，主要總體布置參數(shù)，包括主梁的高跨比、拱橋的矢跨比、斜拉橋橋塔的高跨比、懸索橋的垂跨比等比值，均需參考現(xiàn)行橋梁的參數(shù)范圍，合理取值。

3）材料的比選。結(jié)構(gòu)受力和自重性能均與材料相關(guān)，結(jié)合橋型、各構(gòu)件的受力特點，在給定的模型材料中，通過嘗試比選出合適的模型制作材料和連接材料。

4）細部構(gòu)造的比選。雖然是模型橋梁，也是一個空間受力結(jié)構(gòu)，各受力構(gòu)件如何設計和連接，才能最好地發(fā)揮材料和結(jié)構(gòu)的受力性能，就需要進行細部構(gòu)造的探究和比選，如：主梁中縱橫梁的組合與連接、橋塔與主梁的連接、支座及橋塔的穩(wěn)定性、繩索如何與塔梁相連接等等。

學生往往通過查閱專業(yè)書籍、網(wǎng)絡電子資料，到實際橋梁獲得靈感，或者利用Midas有限元程序進行建模分析，了解不同橋型、各部件的受力特點，最終通過小組討論的方式比選出解決方案。

3.現(xiàn)場加載試驗

待橋梁模型制作完成后，各組一起進行橋梁模型現(xiàn)場展示和測試，這是一個集體探究的環(huán)節(jié)。內(nèi)容包括各組橋梁模型的特點介紹、橋梁模型參數(shù)（自重、寬度、跨度）測量、利用沙包和砝碼的分級加載測試、記錄加載重量、橋面的下?lián)隙鹊仁芰χ笜艘约胺治鲈囼灁?shù)據(jù)等方面。優(yōu)勝規(guī)則由全班集體通過，主要由結(jié)構(gòu)能否符合設計任務要求、結(jié)構(gòu)受力與其自重的比值、橋梁專家針對模型橋梁受力性能的點評三方面綜合的評定。

這是個共同學習的機會，各組同學在了解本組橋梁模型承載能力的同時，也感受到其他組橋梁模型的設計思路、受力特點和性能。最后通過專家的點評和意見，更深刻地理解各模型存在的問題和不足。

4.小結(jié)和反思

經(jīng)過模型的設計、制作和測試后，各組提交一份總結(jié)性的報告，這是一個形成結(jié)論和進行反思的環(huán)節(jié)。從各組的報告可歸納出以下幾點：

1）橋梁模型的設計與制作必須符合實際受力要求和結(jié)構(gòu)設計基本原理。

2）橋型與材料選擇、細部構(gòu)造、連接方式、整體與各部件間協(xié)調(diào)、合理的制作流程等都是非常的重要方面，直接影響橋梁的受力性能。

3）實際操作過程中能將之前所學橋梁知識具體化，深入掌握了更多專業(yè)知識，完善知識空缺，且提高了個人制作模型的動手能力、強化計劃任務與大局觀的能力。

4）集體探究問題時、遇到爭議時同學間各抒己見、擇優(yōu)擇良，經(jīng)過團隊的協(xié)作努力最終商討出最滿意的解決方案。增進了同學之間的團隊協(xié)作能力、思維創(chuàng)作能力、以及增長同學之間的友誼和信任。

（二）校外主題探究活動

為了讓同學們更形象生動地了解橋梁的歷史和當前的發(fā)展情況，以“橋梁的發(fā)展與創(chuàng)新”為探究活動的主題，組織了走出校園到實際中去的課外活動，活動內(nèi)容包括以下方面。

1.實地參觀附近不同時期建造的、具有技術(shù)創(chuàng)新意義的獲獎橋梁

通過現(xiàn)場參觀講解和查閱資料，可以印象深刻地了解橋梁的實際環(huán)境、實際構(gòu)造和其他設計布置特點。

2.參觀橋梁博物館

博物館通常系統(tǒng)地設有不同主題的展覽廳，展示各種各樣的著名的橋梁模型、部件等相關(guān)資料。如我國橋梁發(fā)展的著名橋梁模型展、世界著名橋梁模型展、本土著名橋梁模型展、施工技術(shù)模型展等等。通過這些參觀展示模型，傾聽講解員的詳細講解，如游走于歷史的時間長廊，經(jīng)歷橋梁建設的變遷。

3.專家講座

邀請本土資深的橋梁設計師，開設“橋梁史話和發(fā)展”的專題講座。該講座從橋梁設計師的角度，更廣博、更深入地剖析橋梁的不同時代、不同橋型的發(fā)展情況及其橋梁技術(shù)發(fā)展特點。設計師能結(jié)合眾多工程實際橋梁，形象、生動地講解課本沒能涉及的諸多方面和問題，大大拓寬了學生們的視野和知識面。

通過以上活動，圍繞活動主題，每個學生需結(jié)合個人的關(guān)注點，完成一份探究報告。相對于課堂教學，這種面對真實橋梁、橋梁模型以及設計師，身臨其境、耳聞目睹、相互交流的經(jīng)歷，更容易激發(fā)學生們的好奇心和學習興趣。

（三）有限元建模分析

橋梁工程課程通常圍繞課本，對知識的講解以基本理論和基本方法為主，以致一些贅余自由度較多的復雜橋型（如拱橋）不便運用的手算方法進行橋梁結(jié)構(gòu)的受力分析。為了讓學生更好地把握復雜橋型的受力性能，布置了結(jié)合橋梁有限元分析軟件進行建模計算的課外探究作業(yè)。確定了每人一題的基本設計指標，要求完成橋梁在主要荷載作用下的受力圖。這需要學生探究的方面包括：著實理解橋梁的結(jié)構(gòu)形式，如何使用有限元軟件，如何建模進行分析，如何判斷計算結(jié)構(gòu)的正確性等等。最后由老師批改和做點評，明確受力規(guī)律。通過這種練習和訓練，不僅提高了結(jié)構(gòu)分析的技能，而且也提高了學生解決、分析和判斷問題的能力，讓深奧的理論知識更加形象和生動化了。

三、結(jié)論

通過以上探究式的課程教學探索和實踐，得到以下結(jié)論。

1）采用靈活多樣的方式，考慮選題、難易度及可實現(xiàn)度等方面的因素，探究式教學能讓學生成為學習的主動參與者，充分調(diào)動學生自主學習和主動學習的積極性。

2）圍繞教材及教學內(nèi)容，課程探究的主題可選擇對難點問題的剖析，也可適當進行拓展，如引入本行業(yè)領域的工程設計標準、前沿科技、最新發(fā)展動態(tài)、最新分析軟件，重視與工程實踐接軌，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，體現(xiàn)工程教育的本質(zhì)和特色。

3）動手制作、操作等試驗類的探討活動，不僅能加深學生對理論知識的理解，而且訓練了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題的能力以及分工合作的團隊精神。

4）工程學科的知識源于實際工程，回到實際工程中去，讓學生親自去了解和思考，有助于知識的理解和學以致用。

探究式教學寓教于樂，在構(gòu)建融洽的師生關(guān)系的同時，構(gòu)建了良好學習氛圍，可推廣到其他應用型課程的教學中。但同時也受到教學條件和資源的限制，如何將探究式教學人性化、合理化的運用于課程教學有待進一步探索和研究。

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作者簡介：

黃海云（1972—），女，廣東省廣州市人，廣州大學土木工程學院副教授，碩士，從事橋梁新結(jié)構(gòu)研究。