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        “新工科”背景下土木工程專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)探析——以橋梁工程為例

        2021-11-30 12:20:46葉元芬廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程學(xué)院福建漳州363105
        安徽建筑 2021年11期
        關(guān)鍵詞:新工科工科橋梁工程

        葉元芬 (廈門(mén)大學(xué)嘉庚學(xué)院土木工程學(xué)院,福建 漳州 363105)

        “新工科”自2016年提出后,先后奏響了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”。至此,“新工科”建設(shè)正式進(jìn)入實(shí)質(zhì)性推進(jìn)階段。土木工程作為傳統(tǒng)行業(yè)也面臨著標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化、機(jī)械化、信息化等新型化工業(yè)變革;海綿城市、地下管廊等新興產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)以及“一帶一路”背景下的國(guó)際市場(chǎng)新機(jī)遇。因此,培養(yǎng)符合“新工科”發(fā)展需求的具有創(chuàng)新性、動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力及“大工程觀”的高素質(zhì)土木工程人才也成為學(xué)科建設(shè)迫在眉睫的任務(wù)。為此,本校已在廣泛調(diào)研市場(chǎng)需求的前提下,將人才培養(yǎng)方案進(jìn)行科學(xué)調(diào)整,但將“新工科”人才培養(yǎng)方案落實(shí)到位仍在進(jìn)行。在2020年3月頒布的《第二批新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》中提到要進(jìn)一步完善新工科建設(shè)的理論體系和實(shí)施路徑。即進(jìn)一步抓政策落地,確保在教學(xué)各環(huán)節(jié)全過(guò)程踐行“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的質(zhì)量理念?!靶鹿た啤比瞬排囵B(yǎng)不是一個(gè)教師的單打獨(dú)斗,是整個(gè)學(xué)科體系的聯(lián)合機(jī)動(dòng)。但落實(shí)到具體教學(xué)過(guò)程中,針對(duì)每門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課程建設(shè)應(yīng)如何操作,本文將以橋梁工程課程為例進(jìn)行探討。

        橋梁工程是土木工程道路與橋梁工程方向的專(zhuān)業(yè)主干課。但在實(shí)際教學(xué)工作中存在以下問(wèn)題:①課時(shí)少,內(nèi)容多;②各知識(shí)點(diǎn)整體聯(lián)系不足,相互孤立;③學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)講,課堂教學(xué)枯燥;④實(shí)踐教學(xué)不足,且學(xué)生尚未接觸實(shí)際工程,知識(shí)帶入感差;⑤學(xué)生前沿知識(shí)接觸不多,缺乏與時(shí)俱進(jìn);⑥部分學(xué)生責(zé)任意識(shí)較弱;⑦專(zhuān)業(yè)割裂,學(xué)科交叉融合能力較弱。其中,問(wèn)題①、②、③直接導(dǎo)致學(xué)生理論知識(shí)不扎實(shí)、學(xué)習(xí)能力弱,無(wú)法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新及動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力培養(yǎng)。問(wèn)題④、⑤將導(dǎo)致所學(xué)與所用脫節(jié),未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出導(dǎo)向,無(wú)法很好地服務(wù)社會(huì)。問(wèn)題⑥、⑦將導(dǎo)致綜合能力缺乏,無(wú)法實(shí)現(xiàn)“大工程觀”人才培養(yǎng)。為此,提出以下教改措施。

        1 剔除落后知識(shí),與時(shí)俱進(jìn)

        隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,橋梁工程的理論研究不斷深入,施工方法和施工工藝不斷更新提升。在教學(xué)內(nèi)容安排時(shí),需將經(jīng)典理論及重要知識(shí)進(jìn)行升華,而一些不適宜的內(nèi)容可以剔除或者弱化,從而實(shí)現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn),持續(xù)創(chuàng)新。比如:在梁式橋介紹時(shí),考慮到實(shí)際工程中懸臂梁橋因掛梁牛腿處或鉸處施工復(fù)雜及受力不合理已慢慢退出歷史舞臺(tái),該部分內(nèi)容可簡(jiǎn)要介紹說(shuō)明結(jié)構(gòu)特點(diǎn)即可。在橋面鋪裝中,目前主要以瀝青混凝土及水泥混凝土橋面為主,瀝青泥結(jié)碎石等橋面鋪裝類(lèi)型由于行車(chē)安全性和舒適性的考慮也慢慢退出歷史舞臺(tái),可剔除該部分內(nèi)容;在伸縮縫部分關(guān)于橋面簡(jiǎn)易連續(xù)介紹時(shí),因接縫位置很容易出現(xiàn)開(kāi)裂等實(shí)際問(wèn)題,慢慢也不再使用該處理方法,也只需簡(jiǎn)要介紹其特點(diǎn)即可。教學(xué)過(guò)程的推陳出新,有利于學(xué)生感受時(shí)代律動(dòng),主動(dòng)與時(shí)俱進(jìn),提高創(chuàng)新能力及自我動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。

        2 精心設(shè)計(jì),以實(shí)際工程為導(dǎo)向

        學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中往往容易將橋梁工程課程內(nèi)各相關(guān)知識(shí)點(diǎn)割裂及無(wú)法建立橋梁工程與前續(xù)課程的聯(lián)系。為此,倡導(dǎo)進(jìn)行以實(shí)際工程為導(dǎo)向的綜合能力訓(xùn)練。如關(guān)于橋梁概述部分的內(nèi)容,可以通過(guò)研讀一張《橋型一般布置圖》(如圖1所示)即可實(shí)現(xiàn)。在該圖中,會(huì)涉及橋梁的基本組成(橋跨結(jié)構(gòu)、支座、橋墩、橋臺(tái)、基礎(chǔ)及其他附屬設(shè)施,如橋面鋪裝、欄桿等),橋梁設(shè)計(jì)的內(nèi)容:平面設(shè)計(jì)(平面圖展示的內(nèi)容)、縱斷面設(shè)計(jì)(立面圖展示的內(nèi)容)、橫斷面設(shè)計(jì)(剖面圖展示的內(nèi)容),橋梁設(shè)計(jì)荷載等級(jí)(公路—I級(jí),公路—II級(jí)及相關(guān)取值,如何加載),抗震設(shè)防要求等。除實(shí)際工程施工圖紙外,還可輔以實(shí)際工程照片、視頻,并帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地參觀考察,更能讓學(xué)生深刻理解相關(guān)知識(shí)。

        圖1 橋型一般布置圖

        通過(guò)實(shí)際工程為導(dǎo)向不僅可以串聯(lián)橋梁工程內(nèi)部知識(shí)點(diǎn),還可以幫助建立橋梁工程與前序課程間的聯(lián)系,將邊緣交叉內(nèi)容進(jìn)一步聯(lián)合。如:引入《橋位平面圖》(如圖2所示),讓學(xué)生將道路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的路線設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容與橋梁平面設(shè)計(jì)相結(jié)合,繼而在《橋型一般布置圖》中完成橋梁關(guān)鍵信息表(里程樁號(hào)、高程及平豎曲線設(shè)計(jì)等)(如圖1左下角所示)。引入《地質(zhì)縱斷面圖》(如圖3所示),讓學(xué)生將工程地質(zhì)中關(guān)于工程

        圖2 橋位平面圖

        圖3 地質(zhì)縱斷面圖

        地質(zhì)報(bào)告的內(nèi)容與橋梁設(shè)計(jì)中關(guān)于橋位選取及下部基礎(chǔ)計(jì)算中所需工程力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)相結(jié)合。引入《下部結(jié)構(gòu)一般構(gòu)造圖》,將墩臺(tái)基礎(chǔ)關(guān)于基礎(chǔ)的各項(xiàng)特點(diǎn)及力學(xué)計(jì)算方法與橋梁的墩臺(tái)構(gòu)造及計(jì)算相結(jié)合,繼而結(jié)合上部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果、工程地質(zhì)資料及墩臺(tái)構(gòu)造等實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)的驗(yàn)算。將混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理中關(guān)于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)/普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)與橋梁的幾何構(gòu)造相結(jié)合,確定上部結(jié)構(gòu)的配筋情況,完成《上部結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖/普通鋼筋布置圖》。

        以實(shí)際工程為導(dǎo)向,才能更好地理論聯(lián)系實(shí)際,認(rèn)清目前實(shí)際工程存在的問(wèn)題,并提出解決方案,進(jìn)一步提高創(chuàng)新能力及動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力。

        3 以學(xué)生為中心,引入“翻轉(zhuǎn)”理念

        產(chǎn)出為導(dǎo)向在土木工程人才培養(yǎng)中即以實(shí)際工程為導(dǎo)向。該教學(xué)理念無(wú)疑是實(shí)現(xiàn)學(xué)科內(nèi)各專(zhuān)業(yè)主干課及課程內(nèi)部各知識(shí)點(diǎn)有效聯(lián)系的先進(jìn)教學(xué)理念。實(shí)際工程項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程包括前期可行性研究階段、初期設(shè)計(jì)階段、后期施工及運(yùn)營(yíng)管理階段等。不同階段工作重點(diǎn)重心不盡相同。但就目前而言,這些工作均需依托實(shí)際工程圖紙進(jìn)行開(kāi)展?!皩?shí)際工程圖紙”是土木工程工作者的表達(dá)載體。因此,在教學(xué)過(guò)程中,除可直接帶領(lǐng)學(xué)生參觀已建或在建橋梁工程項(xiàng)目、項(xiàng)目照片及相關(guān)視頻外,最易實(shí)現(xiàn)全面認(rèn)識(shí)、分析項(xiàng)目信息的莫過(guò)于工程施工圖紙。當(dāng)然,因一個(gè)完整工程項(xiàng)目的圖紙非常繁多,學(xué)生在識(shí)圖過(guò)程中仍有較多困難。為此,提出以下幾點(diǎn)解決方法。

        3.1 抓重點(diǎn),找經(jīng)典案例

        一個(gè)完整的公路項(xiàng)目中有眾多的子項(xiàng)目。一套完整的工程設(shè)計(jì)施工圖紙往往包括總體設(shè)計(jì)、路線、路基路面、橋梁涵洞、隧道、路線交叉、交通工程及沿線設(shè)施、環(huán)境保護(hù)與景觀設(shè)計(jì)、其他工程、筑路材料、施工組織計(jì)劃、設(shè)計(jì)預(yù)算及工程地勘資料等內(nèi)容,通常有數(shù)千頁(yè)A3圖紙。如果全部翻閱,一是時(shí)間不允許;二是容易引起困頓,繼而影響指導(dǎo)效果。為確保學(xué)生愿意看,且看了有效果,一定要精選工程項(xiàng)目。最終教研室選取了《麗水市生態(tài)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)水閣至臘口公路工程兩階段施工圖設(shè)計(jì)》圖紙,該項(xiàng)目囊括的子項(xiàng)目?jī)?nèi)容豐富,且案例典型、有代表性??紤]到目前中小跨徑橋梁仍較多采用簡(jiǎn)支——連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋設(shè)計(jì),因此橋梁工程課程授課時(shí),選用該項(xiàng)目中包含胡洋大橋的路線設(shè)計(jì)圖紙、胡洋大橋設(shè)計(jì)圖紙及通用圖(包括上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)通用圖及各類(lèi)橋梁附屬設(shè)施相關(guān)圖紙,圖紙數(shù)量60頁(yè)A3)進(jìn)行教學(xué)。其他圖紙作為課后選讀內(nèi)容分享給學(xué)習(xí)意愿更強(qiáng)、自我要求更高的學(xué)生繼續(xù)深入學(xué)習(xí)。

        3.2 求自主,引入“翻轉(zhuǎn)”理念

        “翻轉(zhuǎn)”課堂蘊(yùn)藏著課堂互動(dòng)、交往、合作與探究的理念。目前,土木工程專(zhuān)業(yè)課程因理論知識(shí)難度較大,學(xué)時(shí)較緊等原因,除部分院校的計(jì)算機(jī)繪圖及實(shí)驗(yàn)類(lèi)課程采用“翻轉(zhuǎn)”課堂外,基本采用老師講基本理論知識(shí)要點(diǎn),課后完成作業(yè)的方式進(jìn)行,與傳統(tǒng)教育方式并無(wú)實(shí)質(zhì)性變化,學(xué)生實(shí)踐能力并無(wú)得到強(qiáng)化訓(xùn)練。但土木工程和所有的工科一樣,實(shí)踐性強(qiáng),對(duì)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力要求高。人才培養(yǎng)現(xiàn)狀和需求的矛盾日益凸顯。所以本次橋梁工程的教學(xué)改革倡導(dǎo)引入“翻轉(zhuǎn)”理念,進(jìn)一步提高學(xué)生的主動(dòng)參與程度,繼而達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目的。主要執(zhí)行方式為:首先,選擇部分適合“翻轉(zhuǎn)”的教學(xué)內(nèi)容。在課前,進(jìn)行實(shí)際工程相關(guān)內(nèi)容接觸:圖紙識(shí)圖或各類(lèi)超級(jí)工程視頻等(注意此處需要老師布置提出部分問(wèn)題,讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí),效果更佳),并鼓勵(lì)學(xué)生自行提出問(wèn)題;課堂上,同學(xué)們進(jìn)行分享,老師對(duì)要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié),對(duì)難點(diǎn)進(jìn)一步深入解讀并引導(dǎo)學(xué)生舉一反三,讓學(xué)生真正讀懂實(shí)際工程設(shè)計(jì)圖紙或視頻資料及隱藏的相關(guān)理論知識(shí)信息;課后,針對(duì)目前實(shí)際工程項(xiàng)目存在的問(wèn)題,要求學(xué)生提出改進(jìn)方案,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

        其中,“翻轉(zhuǎn)”教學(xué)內(nèi)容選擇時(shí)有三點(diǎn)需要注意:①盡量難度適宜,讓學(xué)生參與度更高,更好實(shí)現(xiàn)“學(xué)生為中心”。②需與實(shí)際工程聯(lián)系緊密,更好實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)出導(dǎo)向”。③需有一定的交叉性??梢允菢蛄汗こ膛c道路勘測(cè)設(shè)計(jì)、路基路面工程、墩臺(tái)基礎(chǔ)等的學(xué)科內(nèi)交叉,也可以是橋梁工程與美學(xué)、機(jī)械、電子等學(xué)科間的交叉。進(jìn)而,進(jìn)一步促進(jìn)“大工程觀”人才的培養(yǎng)。通過(guò)“翻轉(zhuǎn)”,進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力,提高其動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力、創(chuàng)新意識(shí)及實(shí)踐能力。具體的翻轉(zhuǎn)知識(shí)點(diǎn)以第一篇總論為例,如表1所示。

        《橋梁工程》教材內(nèi)容與實(shí)際工程案例對(duì)應(yīng)關(guān)系 表1

        4 多管齊下,促“大工程觀”人才培養(yǎng)

        4.1 大綜合訓(xùn)練找不足,勤總結(jié)

        通過(guò)引入“翻轉(zhuǎn)”理念,以實(shí)際工程為導(dǎo)向,做到了化整為零各個(gè)擊破,讓學(xué)生將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)牢牢掌握。但效果到底如何,還需進(jìn)一步驗(yàn)證。因此,在課程的后續(xù),要求學(xué)生完成一座橋梁的綜合設(shè)計(jì),通過(guò)化零為整讓學(xué)生形成一項(xiàng)完整的橋梁工程,并在實(shí)踐中進(jìn)一步提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)“大工程觀”。從2017級(jí)道路橋梁工程方向的學(xué)生提交成果看,部分同學(xué)對(duì)邊緣交叉性內(nèi)容的掌握還不到位,對(duì)上部結(jié)構(gòu)掌握較好,但下部計(jì)算相對(duì)偏弱,還需進(jìn)一步加強(qiáng),也為后續(xù)的教學(xué)工作指明了方向。

        4.2 多學(xué)科聯(lián)動(dòng),促“大工程觀”人才培養(yǎng)

        為了培養(yǎng)高素質(zhì)綜合性人才,我校人才培養(yǎng)方案中已安排大量通識(shí)類(lèi)課程(21學(xué)分通識(shí)必修課+12學(xué)分通識(shí)選修課)以及大量技能類(lèi)課程(22學(xué)分技能必修課+8學(xué)分技能選修課),讓學(xué)生能對(duì)感興趣的學(xué)科進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)。此外,在大一新生人才培養(yǎng)方案解讀時(shí),就將今后專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)可能涉及的交叉邊緣學(xué)科和同學(xué)們分享,如與橋梁方案選定相關(guān)的美學(xué)和環(huán)境科學(xué)、與橋梁制造和健康監(jiān)控相關(guān)的計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子等。鼓勵(lì)學(xué)生將個(gè)人興趣與所學(xué)專(zhuān)業(yè)有機(jī)結(jié)合,進(jìn)一步促進(jìn)多學(xué)科融合,繼而實(shí)現(xiàn)“大工程觀”人才培養(yǎng)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn),服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需求,推動(dòng)新工科建設(shè)再深化、再拓展、再突破、再出發(fā),務(wù)必要踐行“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”。為了進(jìn)一步培養(yǎng)符合“新工科”發(fā)展需求的具有創(chuàng)新性、動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力及“大工程觀”的高素質(zhì)土木工程人才,本文以橋梁工程為例,在以下幾個(gè)方面提出要求:

        ①剔除落后知識(shí),與時(shí)俱進(jìn),培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力;

        ②精心進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),以實(shí)際工程為導(dǎo)向,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合;

        ③以學(xué)生為中心,引入“翻轉(zhuǎn)”理念,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力,并提高其動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力;

        ④多管齊下,不僅注重學(xué)科內(nèi)課程間交叉,還加強(qiáng)學(xué)科間融合,促進(jìn)“大工程觀”人才培養(yǎng)。

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