管仲國, 阮 欣

(同濟大學 橋梁工程系， 上海 200092)

0 引 言

各種梁式橋設(shè)計曾一度成為土木工程專業(yè)橋梁工程方向本科生畢業(yè)設(shè)計的標準設(shè)計題目。自上世紀90年代以來，我國開始了大規(guī)模的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，目前已成為世界上公路橋梁最多的國家，各種斜拉橋、懸索橋和拱橋等復(fù)雜現(xiàn)代橋梁技術(shù)不斷發(fā)展，工程應(yīng)用也日漸增多。為適應(yīng)這一變化情況，本科畢業(yè)設(shè)計選題也越來越多地涉及斜拉橋、懸索橋和拱橋等復(fù)雜橋式。然而，復(fù)雜橋式設(shè)計難度大、內(nèi)容多，在有限的本科畢業(yè)設(shè)計時間段內(nèi)很難完整地完成。或者淺嘗輒止，收獲甚小，或者過分偏重于某一關(guān)鍵問題的分析和計算，導致畢業(yè)設(shè)計論文化[1-2]。本科畢業(yè)設(shè)計是本科生培養(yǎng)體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是一次難得的工程實踐完整過程的訓練機會，對學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)起著重要的作用[3]。如此，則難以達到本科畢業(yè)設(shè)計的培養(yǎng)目標。此外，這種選題變化也導致本科生在其培養(yǎng)歷程中缺乏一次系統(tǒng)性的針對量大面廣的梁式橋的設(shè)計實踐機會。畢業(yè)設(shè)計論文化也使得本科生對橋梁設(shè)計從路線規(guī)劃、分孔布跨、橋型方案選擇、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計及施工方案選擇與施工組織計劃等橋梁規(guī)劃、設(shè)計、建造的全過程缺乏清晰的認識，從而導致專業(yè)視野窄、專業(yè)基礎(chǔ)不全面等問題，甚至還在一定程度上導致“設(shè)計即是計算”的認知誤區(qū)[4-5]。若將本科畢業(yè)設(shè)計選題重新回歸到梁式橋設(shè)計上，又會造成與現(xiàn)代橋梁技術(shù)的嚴重脫節(jié)，不符合社會與時代的發(fā)展要求[6]。為此，我校土木工程專業(yè)在重新梳理本科生培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上，提出在第7學期開展各專業(yè)方向的全過程設(shè)計課程建設(shè)，從項目規(guī)劃、方案設(shè)計、施工建造的全過程實踐培養(yǎng)學生的專業(yè)綜合能力，同時調(diào)整畢業(yè)設(shè)計方案，允許和鼓勵學生根據(jù)不同的興趣和需要，針對復(fù)雜橋式的關(guān)鍵設(shè)計問題開展深入的技術(shù)研究與設(shè)計[7]。本文重點介紹全過程橋梁設(shè)計課程的建設(shè)實踐與實施效果。

1 培養(yǎng)目標與課程建設(shè)原則

全過程橋梁設(shè)計課程的培養(yǎng)目標是熟悉橋梁工程的設(shè)計全過程，掌握基于現(xiàn)行橋梁設(shè)計規(guī)范進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本計算理論和方法，具有橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的初步能力。在此過程中，通過融匯和梳理已學過的各門專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程的相關(guān)知識，提升專業(yè)綜合素養(yǎng)，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計以及今后工作中遇到各種交通工程結(jié)構(gòu)物的設(shè)計奠定必要的基礎(chǔ)。

基于上述培養(yǎng)目標，在課程的具體建設(shè)上重點堅持3個原則：

(1) 強調(diào)“全過程”的課程本質(zhì)。重點為路線規(guī)劃、分孔布跨、橋型方案選擇、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計以及施工方案選擇與施工組織計劃等的全過程，不糾結(jié)包含全部的橋型方案，學生可自由選擇混凝土橋梁、組合結(jié)構(gòu)橋梁和鋼結(jié)構(gòu)橋梁的一種或兩種[8-9]。

(2) 強調(diào)“設(shè)計”，弱化“計算”。降低計算部分的內(nèi)容和標準要求，不強調(diào)手算的內(nèi)容，由同學自行根據(jù)實際需要選用合適的計算手段[10]。

(3) 強調(diào)“能力”培養(yǎng)[11-12]。依據(jù)從主到次，重點培養(yǎng)邏輯能力、設(shè)計表達、計算能力、溝通交流和創(chuàng)新能力。適當弱化課程設(shè)計中對最終“設(shè)計作品”的要求，切實提高學生的設(shè)計能力。

2 課程設(shè)計內(nèi)容與組織實施方案

2.1 課程設(shè)計內(nèi)容

課程設(shè)計總長約為400～800 m的接線橋梁，跨越既有道路和一條河流。提供的基礎(chǔ)設(shè)計資料包括：兩端道路接線點，道路規(guī)劃建設(shè)紅線范圍，既有道路斷面和建筑界限，河流通航要求，擬建道路等級和橫斷面、新建道路車道數(shù)和荷載等級。要求：① 確定道路合理豎曲線，確定合理橋跨分孔，選擇合理跨河橋、跨線橋和引橋橋型方案；② 基于交通部標準圖復(fù)核引橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計，任選跨線橋或跨河橋開展主橋結(jié)構(gòu)主要尺寸擬定，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算，配筋(束)設(shè)計(預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu))或加勁方案設(shè)計(組合結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu))，進行結(jié)構(gòu)各階段各項性能驗算；③施工方案選擇，編制施工計劃進度。

通過適當變化基本設(shè)計參數(shù)，確?！懊咳艘活}”，獨立開展設(shè)計。

2.2 課時計劃安排

課時安排采用7+7課時方案，即每周7個課內(nèi)課時和約7個課后課時。7個課內(nèi)課時采用3+4的組織方案，即3個授課課時和4個討論與輔導課時。3個授課課時根據(jù)設(shè)計計劃內(nèi)容和要求，有針對性地補充有關(guān)線路規(guī)劃、橋梁總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)建模與分析、結(jié)構(gòu)配筋與調(diào)束、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計和規(guī)范制圖等內(nèi)容。這些課時內(nèi)容要避免與已修課程內(nèi)容重復(fù)，如結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、橋梁工程等，重點介紹原理課與設(shè)計規(guī)范之間的銜接。4個討論與輔導課時安排輔導老師，根據(jù)每周的計劃進度檢查學生們的設(shè)計進展，同時發(fā)現(xiàn)共性問題，開展針對性的討論和輔導。7個課后課時由學生自行根據(jù)設(shè)計實際進展狀況自行安排。

2.3 指導與答疑

討論與輔導采用分班組和責任教師相結(jié)合的方式，每20個左右的學生劃分為1個班組，每個班組包括4名指導教師，由具有不同專業(yè)專長的老師共同組成。同時，為明確指導責任，每名學生選擇1名指導老師，全程督促學生的設(shè)計進度，并有義務(wù)親自或者安排合適的老師解答學生在設(shè)計中遇到的各種疑難問題。對學生提出的問題，宜引導其通過文獻檢索或者工程案例閱讀等自主尋找相應(yīng)的解決方案。

2.4 考核與評價

橋梁全過程設(shè)計的考評采用分階段考核和最終成果考核的綜合總評方案。如表1所示，共分4次考核，前3次為階段性考核，分別針對總體設(shè)計、引橋復(fù)核計算和主橋設(shè)計進行考核，以班組為單位，班組內(nèi)全部指導老師共同參加，階段性考核的成績占總成績的50%；第4次為成果總評，同樣以班組為單位，但計入指導老師的考評結(jié)果，成果總評成績占總成績的50%，其中班組考評占40%，指導教師考評占10%。采用分階段考核方案，主要是為促進學生設(shè)計工作按預(yù)定計劃開展，避免出現(xiàn)“前松后緊”的拖沓問題。此外，之所以在整個考評體系中主要以班組為單位進行考評，減小指導教師部分的考評權(quán)重，也是為減輕指導教師的考評壓力，并使考評的結(jié)果更加趨向公平[13-14]。

表1 總體考核評價表

由于全過程橋梁設(shè)計課程著重強調(diào)對學生設(shè)計能力的培養(yǎng)[15]，故針對不同考核階段的工作內(nèi)容及特點，分別對邏輯能力、設(shè)計表達、計算能力、溝通交流和挑戰(zhàn)創(chuàng)新賦予不同的考評權(quán)重，如圖1所示。在不同考核階段，對各項能力的考核重點各有不同。在總體設(shè)計階段，更強調(diào)邏輯能力和設(shè)計表達；在引橋復(fù)核階段，注重考察計算能力；在主橋設(shè)計階段，偏重設(shè)計表達；在成果總評階段，則重點考察溝通交流。4個階段，對挑戰(zhàn)創(chuàng)新的權(quán)重都較小，這主要是因為通過全過程橋梁設(shè)計培養(yǎng)學生基本的、完整的橋梁設(shè)計能力，而不是追求某種技術(shù)上的突破[16]。

圖1 階段考核能力權(quán)重分布

3 課程實施效果評價

為考察全過程橋梁設(shè)計課程的實施效果，圍繞全過程橋梁設(shè)計的總體方案和一些關(guān)鍵問題，設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷，面向參加全過程橋梁設(shè)計課程的全體學生開展了匿名問卷調(diào)查，有效樣本反饋53個。

(1) 總體評價。問題1：開展全過程教學對于提高個人的專業(yè)能力的作用？79.25%的學生認為作用很大，對既往的知識學習起到系統(tǒng)的梳理和提升，18.87%的學生認為作用一般，僅是對既有知識的梳理而已；1.89%的學生認為無作用，個人專業(yè)能力無提升。問題2：認為開展全過程橋梁設(shè)計與已開設(shè)專業(yè)課之間的關(guān)系評價結(jié)果為71.70%的學生認為有良好的互補作用，可以較好地在設(shè)計實踐中進一步深化專業(yè)能力，24.53%的學生認為互補作用不明顯，與其他專業(yè)課聯(lián)系不大，3.77%的學生認為有較大的重復(fù)，沒有提高。由此可見，開展全過程橋梁設(shè)計積極作用非常明顯，對提升學生的專業(yè)能力有較大幫助。

(2) 課程組織實施。對課后學生自覺投入課程設(shè)計的時間統(tǒng)計結(jié)果顯示，最大值為每周42學時，最小值為0，平均值為10.81學時。在設(shè)計題目上，77.36%的學生認為有合適的橋型方案選擇空間，86.79%的學生認為達到了“一人一題”的效果。對分班組和責任教師相結(jié)合的的指導機制上，96.23%的學生表示滿意，98.11%的學生認為指導教師的數(shù)量合適，不宜增減。由此可見，學生對課程組織實施方案的總體反饋較好。

(3) 考核方式。對于分階段考核，75.47%的學生認為積極作用明顯，有助于督促全過程設(shè)計進度，15.09%的學生認為作用不明顯，9.43%的學生認為作用消極，增加學生負擔。對于強化以班組為單位進行集體考核，弱化指導教師考評權(quán)重，67.92%的學生認為滿意，有助于統(tǒng)一標準和公平，26.42%的學生認為無影響，5.66%的學生不滿意，認為班組集體考核不能充分反映個人的平時表現(xiàn)。

此外，對于全過程橋梁設(shè)計最重要的能力培養(yǎng)認知方面，選擇邏輯能力、設(shè)計表達、計算能力、溝通交流和挑戰(zhàn)創(chuàng)新的占比依次為71.70%、15.09%、9.43%、1.89%和1.89%?？梢?，學生選擇的能力重要性排序與最初的設(shè)計目標基本一致，對邏輯能力的充分肯定也充分反映了“設(shè)計”的重要性，而不是“計算”。從整個全過程設(shè)計的教學實踐反饋上看，學生在“總體設(shè)計”階段有明顯的迷茫性，表現(xiàn)出明顯的“無從下手”的狀態(tài)，而在第2、第3階段的建模計算中，則相對從容很多。

(4) 問題與建議。對于每周3課時的授課內(nèi)容，原設(shè)計的教學方案是“注重結(jié)合規(guī)范，闡述橋梁工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的前述課程中的原理問題在規(guī)范中具體如何落實”。但從問卷的結(jié)果來看，僅21.15%的學生肯定了這一方案，59.62%的學生選擇“結(jié)合某個實際工程案例，進行選型、構(gòu)造、計算分析方面的演示，所選的橋型可以僅是簡直變連續(xù)的梁式橋，主橋部分由學生自己舉一反三”。后期的教學方案，可根據(jù)這一情況適當?shù)匦薷?，強化案例教學。

此外，71.15%的學生認為最初選擇的橋型方案工

作量適中，23.08%的學生認為工作量遠超預(yù)期，5.77%的學生認為可以選擇更具有挑戰(zhàn)性的橋型。從實際的課程設(shè)計來看，約13.6%的學生主橋選擇了斜拉橋或拱橋等復(fù)雜橋型，但從實際的設(shè)計效果和完成度上看并不好，因此建議全過程橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)選型宜以梁式橋為主。

4 結(jié) 語

全過程橋梁設(shè)計課程建設(shè)，是我校為適應(yīng)現(xiàn)代橋梁技術(shù)的時代發(fā)展背景，面向2014屆土木工程專業(yè)橋梁工程方向本科生，調(diào)整土木工程專業(yè)本科生培養(yǎng)方案，開展全過程橋梁設(shè)計課程的首次改革嘗試。針對現(xiàn)行培養(yǎng)方案中存在問題，通過針對性的改革設(shè)計，明確課程建設(shè)的培養(yǎng)目標和建設(shè)原則。在具體的組織實施方案上，有針對性地設(shè)計橋梁選題，做到“一人一題”；在課時安排上，采用課堂授課、集中指導和課后靈活補充的方案；在指導方案上，采用班組和責任教師相結(jié)合的方式；在考核和評價機制上，采用分階段考核和重點面向能力培養(yǎng)的評價體系。從實際的教學效果上看，學生對全過程橋梁設(shè)計課程的積極意義給予了充分肯定，對課程具體組織方式中的改革和嘗試也給予了正面的評價。下一步將根據(jù)調(diào)研結(jié)果進一步完善教學方案，提升課程的教學質(zhì)量，為新的培養(yǎng)方案改革提供直接支持。