摘? 要：橋梁工程是道路橋梁渡河工程專業(yè)的一門必修課，其具有課程綜合性較強(qiáng)、實(shí)踐要求較高、研究范圍較廣的學(xué)科特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以滿足培養(yǎng)具備現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)能力的工程師的教學(xué)要求，亟需教學(xué)方式的改革及研究手段的深化。以此為切入點(diǎn)，該文提出一種基于課堂教學(xué)、軟件滲透、工程項(xiàng)目相結(jié)合的多維度橋梁工程教學(xué)手段，構(gòu)建理論-仿真-實(shí)踐的多層次學(xué)科研究體系。該文所建立的橋梁工程教學(xué)研究方法可全方位地提升課堂教學(xué)的理論性和應(yīng)用性效果，大范圍地拓展學(xué)生處理橋梁工程相關(guān)問題的思路邏輯，為其日后的科研工作夯實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：教學(xué)研究方法；橋梁工程；多維度教學(xué)設(shè)計(jì)；工程實(shí)踐；理論-仿真-實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）32-0040-04

Abstract： Bridge Engineering is a compulsory course for the specialty of road， bridge and river-crossing engineering， which has the disciplinary characteristics of strong course comprehensiveness， high practical requirements， and wide range of research. The traditional teaching method is difficult to meet the teaching requirements of cultivating engineers with modern engineering design ability， and there is a great need for the reform of the teaching method as well as deepening of the research means. Taking this as an entry point， this paper proposes a multi-dimensional Bridge Engineering teaching means based on classroom teaching， software penetration， engineering projects， and builds a multi-level disciplinary research system of theory-simulation-practice. The Bridge Engineering teaching and research method established in this paper can enhance the theoretical and applied effect of classroom teaching in an all-round way， expand the students' thinking logic in dealing with bridge engineering related problems in a wide range， and lay a solid foundation for their future scientific research work.

Keywords： teaching research methods; Bridge Engineering; multidimensional instructional design; engineering practice; theory-simulation-practice

基金項(xiàng)目：陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“考慮高溫、腐蝕及疲勞耦合作用下鋼-混組合梁力學(xué)性能研究”（2022JZ-32）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“鋼-纖維MPC混凝土疊合板組合梁負(fù)彎矩力學(xué)性能研究”（300102212212）

作者簡(jiǎn)介：武芳文（1980-），男，漢族，河北邯鄲人，工學(xué)博士，副教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)楦咝阅芑炷两Y(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)理論。

橋梁工程作為道路橋梁渡河工程專業(yè)必修課，該課程的教學(xué)目標(biāo)包括卻不限于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)各類橋型及組成部分受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)認(rèn)知，掌握大跨、中小型橋梁及新型橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理，熟悉常見施工方法的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。作為大基建、智能交通背景下交通特色高校的核心課程，其課堂教學(xué)效果對(duì)于學(xué)生工程技術(shù)能力的培養(yǎng)具有深遠(yuǎn)的影響。然而，考慮到該類課程具有應(yīng)用范圍廣、橋型復(fù)雜多變、設(shè)計(jì)規(guī)范條文煩瑣和計(jì)算內(nèi)容難度較大的教學(xué)特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)方法僅針對(duì)于理論知識(shí)的講解，往往忽視了橋梁學(xué)科相關(guān)軟件技術(shù)及工程項(xiàng)目實(shí)踐的穿插結(jié)合，造成學(xué)生們的課堂積極性及參與性下降，教學(xué)效率大幅度折減。因此，對(duì)于橋梁教學(xué)研究方法的探索與變通顯得尤為重要。

已有教學(xué)工作者對(duì)橋梁工程課程的教學(xué)研究方法展開了如下探討：賀紹華、李笑芳等[1-2]通過深入剖析道路橋梁與渡河工程專業(yè)的教學(xué)改革特點(diǎn)，提出了基于專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀課程教學(xué)改革新方向。張菊輝、林智敏等[3-4]認(rèn)為實(shí)踐學(xué)科教學(xué)中需要融入課程思政元素，全方面地梳理了如何在“橋梁工程”中實(shí)施課程思政，從而實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)與德育的融合。石雪飛、彭衛(wèi)等[5-6]基于新工科強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生復(fù)合交叉、實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，提出淡化傳統(tǒng)的工程科學(xué)體系，圍繞橋梁工程特點(diǎn)安排教學(xué)總體思路，并認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)應(yīng)放在現(xiàn)有橋梁設(shè)計(jì)與施工方法的形成過程上。黃信等[7]結(jié)合橋梁工程課程的教學(xué)實(shí)踐，基于強(qiáng)化工程應(yīng)用能力的目標(biāo)對(duì)橋梁工程的課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出了以工程項(xiàng)目全過程設(shè)計(jì)為主線的課堂教學(xué)新思路。周明等[8]針對(duì)應(yīng)用型本科高校土木工程道路與橋梁方向?qū)I(yè)教學(xué)中存在的問題，基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)方法，開展了橋梁博士軟件應(yīng)用教學(xué)研究，文章認(rèn)為有限元軟件可有效地提升學(xué)生們對(duì)于橋梁課程的研究興趣。布占宇[9]提出了翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)合在線課程的橋梁工程教學(xué)新模式，這種新型教學(xué)模式充分利用了“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，可大幅度提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、自主性。張夏[10]融合中國(guó)橋梁維護(hù)與加固發(fā)展和現(xiàn)狀，認(rèn)為教師在教學(xué)中可結(jié)合學(xué)科特征與學(xué)生學(xué)情基于多方面展開分析，培養(yǎng)學(xué)生成為集文化知識(shí)與良好思想道德品質(zhì)于一身的高質(zhì)量、高水平人才。

盡管教學(xué)工作者們對(duì)橋梁工程的教學(xué)研究方法提出了針對(duì)性強(qiáng)且有效的革新意見，但教學(xué)研究重點(diǎn)仍集中于理論或?qū)嵺`的某一固定角度，教學(xué)改革方法未能實(shí)現(xiàn)理論-仿真-實(shí)踐的多維度融合。因此，本文提出基于課堂教學(xué)、軟件滲透、工程項(xiàng)目相結(jié)合的多維度橋梁工程教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)多元化理論課堂、有限元仿真技術(shù)及橋梁項(xiàng)目實(shí)踐的多體系交叉融合。教學(xué)革新旨在大幅提升學(xué)生們的理論接受效率，幫助其構(gòu)建理論-仿真-實(shí)踐的多角度學(xué)習(xí)體系，為其走向科研工作崗位奠定牢固基礎(chǔ)。

一? 橋梁工程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)橋梁工程課程的教學(xué)內(nèi)容較為固定，主要分為橋梁上下部結(jié)構(gòu)的介紹及受力特點(diǎn)、常見橋梁施工方法的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)、橋梁設(shè)計(jì)過程及考慮原則和橋涵水文相關(guān)規(guī)范等。部分高校會(huì)結(jié)合自身的優(yōu)勢(shì)學(xué)科，針對(duì)研究較為深入的橋型進(jìn)行教學(xué)與探討。如長(zhǎng)安大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等公路優(yōu)勢(shì)高校，橋梁工程的教學(xué)點(diǎn)主要集中在公路橋梁及大跨徑索橋的特征分析及建造上，北京交通大學(xué)及西南交通大學(xué)則側(cè)重于鐵路橋梁的建設(shè)過程，教學(xué)內(nèi)容的分流及教學(xué)方法的定式務(wù)必造成學(xué)生們對(duì)于部分橋型的了解程度不夠深入。同時(shí)隨著大跨橋梁建設(shè)的崛起，許多新興的橋梁建設(shè)技術(shù)也被運(yùn)用進(jìn)來。如2016年建成的貴州北盤江第一橋（圖1），設(shè)計(jì)師利用云技術(shù)，研發(fā)建立一個(gè)集“建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)”于一體的橋梁管養(yǎng)綜合信息化平臺(tái)。通過安裝在橋上的傳感器，把橋梁的索塔、橋面等數(shù)據(jù)傳送到橋梁基礎(chǔ)信息云和橋梁監(jiān)測(cè)養(yǎng)護(hù)信息云，然后分析決策云對(duì)前面?zhèn)魉偷臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析。該橋的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)涉及橋梁工程與計(jì)算機(jī)專業(yè)的交叉融合，傳統(tǒng)的橋梁工程教學(xué)方法無法使學(xué)生完全熟悉該項(xiàng)技術(shù)，突出了教學(xué)方法更新的重要性。

新材料的崛起使得部分大跨徑橋梁橋面板真正意義上做到了輕質(zhì)高強(qiáng)，超高性能混凝土（UHPC）因其優(yōu)異的耐久性及抗裂增韌性能，在許多橋梁上得到了運(yùn)用。如2018年建成通車的湖南杭瑞洞庭大橋（圖2），該橋采用了超高性能混凝土組合鋼橋面，該橋采用的板桁結(jié)合結(jié)構(gòu)，開展薄鋼橋面板與超高性能混凝土形成組合橋面板，在保證橋面承載能力的同時(shí)，大大提高了橋面板剛度，從根本上解決了鋼橋面板疲勞開裂這個(gè)世界性技術(shù)難題。傳統(tǒng)的橋梁工程教學(xué)內(nèi)容并未涉及新材料的介紹，考慮到高強(qiáng)材料結(jié)構(gòu)必將成為日后橋梁建設(shè)的研究設(shè)計(jì)熱點(diǎn)，只有對(duì)橋梁教學(xué)研究方法進(jìn)行革新，才能真正意義上使學(xué)生了解橋梁發(fā)展的趨勢(shì)。橋梁科普視頻教學(xué)及有限元仿真技術(shù)的融合，可使學(xué)生在了解新型高強(qiáng)材料力學(xué)特性的同時(shí)，掌握該類橋梁的力學(xué)結(jié)構(gòu)及受力特點(diǎn)。

綜上所述，只有對(duì)傳統(tǒng)的橋梁工程教學(xué)研究方法進(jìn)行革新，才能適應(yīng)橋梁建設(shè)技術(shù)的飛速發(fā)展，使學(xué)生全面掌握新興的橋梁設(shè)計(jì)方法及工程技術(shù)運(yùn)用。本文提出的多維度橋梁教學(xué)方法，可有效解決傳統(tǒng)橋梁工程教學(xué)研究方法的弊端，下面本文將分述這種教學(xué)方法的構(gòu)建重點(diǎn)及過程。

二? 多維度橋梁教學(xué)研究方法的構(gòu)建

（一）? 多元化理論課堂的形成

橋梁工程相關(guān)理論具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，單純且枯燥的課本知識(shí)教學(xué)無法提高學(xué)生們的研究興趣。因此引入多媒體技術(shù)，形成多媒體+課本的雙向教學(xué)體系，可有效提升學(xué)生們的理解效率，也是構(gòu)建多元化理論課堂的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的黑板教學(xué)很難做到理論細(xì)節(jié)的全方位滲透，造成學(xué)生們對(duì)知識(shí)點(diǎn)了解不具體、不深刻、不形象。例如橋梁施工方法的教學(xué)，這類內(nèi)容工程性較強(qiáng)，對(duì)于未經(jīng)歷過工程項(xiàng)目實(shí)踐的本科生而言，理論知識(shí)較為晦澀難懂。如已有橋梁教材中對(duì)于頂推施工法的描述，其專業(yè)術(shù)語及工法細(xì)節(jié)占大部分介紹比例，學(xué)生們很難即時(shí)地對(duì)該施工技術(shù)建立形象的認(rèn)知體系。多媒體技術(shù)可高效解決這一弊端，借助目前國(guó)內(nèi)外已比較成熟的橋梁施工渲染動(dòng)畫配合理論教學(xué)（圖3），可對(duì)理論細(xì)節(jié)形成實(shí)時(shí)解釋的效果。兩種教學(xué)方法相結(jié)合，可在激發(fā)學(xué)生們研究興趣的同時(shí)，改善教學(xué)效果，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方法所帶來的理論知識(shí)接受缺陷。

橋梁工程課程并不是孤立的學(xué)科，其涉及專業(yè)基礎(chǔ)課較多，如結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、材料力學(xué)等。因此，良好的教學(xué)研究效果離不開其余課程的相關(guān)聯(lián)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理作為橋梁工程非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在講授橋梁工程教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，需注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理的講解與拓展，從而使學(xué)生們能夠更快、更全面地掌握橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，理解及熟悉運(yùn)用各類橋涵規(guī)范。與其余土木理論課程相比較，橋梁工程更注重某一工程技術(shù)的運(yùn)用與創(chuàng)新，教學(xué)點(diǎn)應(yīng)著重于學(xué)生橋梁設(shè)計(jì)方法及時(shí)間應(yīng)用能力的培養(yǎng)，這就需要給學(xué)生建立橋梁工程組成結(jié)構(gòu)的力學(xué)理論基礎(chǔ)。因此，教學(xué)研究過程應(yīng)注意各類力學(xué)理論課程與橋梁工程的銜接與聯(lián)系，幫助學(xué)生構(gòu)筑理論基礎(chǔ)-實(shí)踐能力的多元邏輯體系。同時(shí)，軟件工程學(xué)科、材料科學(xué)學(xué)科也是如今橋梁工程教學(xué)研究?jī)?nèi)容所交叉融合的重點(diǎn)。如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該信息理論可對(duì)一系列的橋梁結(jié)構(gòu)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，從而得到準(zhǔn)確性較高的橋梁損傷、開裂預(yù)測(cè)結(jié)果。在如今橋梁病害難以被外觀檢測(cè)的情況下，該項(xiàng)技術(shù)可有效提升橋梁健康檢測(cè)模塊的運(yùn)行效率，大幅度降低工程成本。高性能材料更能有效解決橋面板開裂的工程難題，延長(zhǎng)橋梁服役壽命。因此，在橋梁工程教學(xué)研究過程中，應(yīng)多注意與其他大類學(xué)科進(jìn)行交叉講解，使學(xué)生掌握最全面、最新穎、最有效的橋梁設(shè)計(jì)與建造方法。

（二）? 有限元仿真技術(shù)的培養(yǎng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，有限元模擬軟件也得到了不斷升級(jí)。有限元仿真技術(shù)可在降低科研成本的同時(shí)，驗(yàn)證所開展模型試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)的參數(shù)化分析，提升橋梁結(jié)構(gòu)的計(jì)算精準(zhǔn)度。因此，培養(yǎng)學(xué)生有限元仿真技術(shù)的應(yīng)用能力是橋梁工程教學(xué)研究工作的關(guān)鍵內(nèi)容。橋梁工程中常見的有限元分析軟件包括ANSYS、ABAQUS、MIDAS等，在對(duì)課本理論教學(xué)的同時(shí)，穿插有限元仿真技術(shù)的介紹與應(yīng)用方法，可有效拓展學(xué)生結(jié)構(gòu)分析思維，激發(fā)其探究積極性。以大型結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS為例，該軟件可實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)某一局部構(gòu)建的應(yīng)力應(yīng)變分析，具有高度的精確性。預(yù)制拼裝接縫的ANSYS應(yīng)力分析結(jié)果如圖4所示，從圖4中可以準(zhǔn)確判斷出結(jié)構(gòu)損傷部位及應(yīng)力分布，學(xué)生們可以更加深入地了解橋梁細(xì)部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，從而加深其對(duì)于橋梁工程理論知識(shí)的理解，為其日后的科研工作及論文撰寫積累經(jīng)驗(yàn)。

荷載試驗(yàn)是橋梁方向本科生專業(yè)課程涉及的重要試驗(yàn)之一，是構(gòu)成學(xué)生們橋梁工程專業(yè)基礎(chǔ)體系不可或缺的一部分。該部分教學(xué)內(nèi)容需要大量的試驗(yàn)器材、加載設(shè)備及人力成本，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無法重現(xiàn)。即使學(xué)生們參與了現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)工作，考慮到荷載試驗(yàn)較大的體量，學(xué)生們也無法全面掌握相關(guān)知識(shí)，形成深入、全面的認(rèn)知體系。然而，借助有限元仿真技術(shù)，運(yùn)用橋梁工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)等專業(yè)知識(shí)，對(duì)荷載試驗(yàn)進(jìn)行精細(xì)化建模，即可對(duì)現(xiàn)實(shí)中的橋梁動(dòng)靜載試驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬。MIDAS分析的某一連續(xù)剛構(gòu)橋抗震計(jì)算結(jié)果如圖5所示，該類軟件可高效運(yùn)用在大型結(jié)構(gòu)的模態(tài)及受力分析中，同時(shí)結(jié)合CDN軟件可對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算，保證分析精確度。對(duì)于結(jié)構(gòu)體量較大的橋型，可結(jié)合該類軟件輔佐教學(xué)研究，為學(xué)生建立生動(dòng)且透徹的理論知識(shí)接受體系。同時(shí)，該類軟件也是學(xué)生們今后從事橋梁設(shè)計(jì)工作的必備技術(shù)，理論知識(shí)與仿真技術(shù)融合的教學(xué)方法，可在提高橋梁工程教學(xué)研究效率的同時(shí)，為學(xué)生們?nèi)蘸蟮脑O(shè)計(jì)工作奠定技術(shù)儲(chǔ)備。

（三）? 工程項(xiàng)目全流程的融入

橋梁工程的關(guān)鍵教學(xué)研究目標(biāo)是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才，將工程實(shí)踐環(huán)節(jié)融入到理論知識(shí)的課堂教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)理論-實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，可最大限度地提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)與實(shí)踐之間相互關(guān)系的認(rèn)知。同時(shí)，理論教學(xué)服務(wù)于工程設(shè)計(jì)，利用課堂教學(xué)最大限度地促進(jìn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的課堂教學(xué)內(nèi)容改革或設(shè)計(jì)工作，使學(xué)生掌握橋梁設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，理解橋梁設(shè)計(jì)的基本構(gòu)造措施，并能夠進(jìn)行常規(guī)橋梁設(shè)計(jì)，這是高等工程教育的初衷。因此，本文提出一種基于工程項(xiàng)目全流程的教學(xué)研究，將橋梁工程設(shè)計(jì)、橋梁施工過程、橋梁運(yùn)維管養(yǎng)技術(shù)融合于基礎(chǔ)理論知識(shí)的教學(xué)方式，該模式將工程項(xiàng)目的重要階段分散于相關(guān)的基礎(chǔ)理論部分，提升學(xué)生的研究目標(biāo)性及工程項(xiàng)目全流程參與感。

該教學(xué)模式需以工程項(xiàng)目為主線開展橋梁理論教學(xué)，在講授某一部分基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，聯(lián)系到工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工及管養(yǎng)，以實(shí)際工程案例詳解基礎(chǔ)橋梁結(jié)構(gòu)理論的應(yīng)用與變式，做到理論指導(dǎo)工程、工程解釋理論的有機(jī)結(jié)合。例如在關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)針對(duì)特定荷載工況的結(jié)構(gòu)計(jì)算教學(xué)中，同時(shí)應(yīng)聯(lián)系介紹橋梁基礎(chǔ)方案必選及實(shí)際施工案例的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，從而拓寬學(xué)生的橋梁設(shè)計(jì)知識(shí)和思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。實(shí)地工程學(xué)習(xí)也是該教學(xué)模式的重要部分，通過實(shí)地項(xiàng)目考察，學(xué)生可以更快速、更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)橋梁理論知識(shí)的對(duì)應(yīng)及運(yùn)用。讓學(xué)生站在工程師的角度對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行思考，并按照能夠滿足施工單位進(jìn)行施工的要求，對(duì)課程中所學(xué)施工圖設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深化與鞏固。

三? 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)橋梁教學(xué)研究方法的弊端，本文提出基于課堂教學(xué)、軟件滲透、工程項(xiàng)目相結(jié)合的多維度橋梁工程教學(xué)手段，構(gòu)建理論-仿真-實(shí)踐的多層次學(xué)科研究體系，旨在為國(guó)家培養(yǎng)工程應(yīng)用型、創(chuàng)新型橋梁工程設(shè)計(jì)人才。本文所建立的教學(xué)研究方法可高效改善橋梁課堂教學(xué)效果，提高學(xué)生們的應(yīng)用技術(shù)能力，加深其對(duì)于工程項(xiàng)目全流程的設(shè)計(jì)認(rèn)知，為培養(yǎng)面向工程應(yīng)用型人才的橋梁工程教學(xué)研究提供了借鑒和參考。因此，面向工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是高等工程教育的本質(zhì)，教學(xué)中應(yīng)強(qiáng)化理論知識(shí)與應(yīng)用能力同步提高。結(jié)合橋梁工程的基礎(chǔ)理論、仿真技術(shù)及工程實(shí)踐，幫助學(xué)生構(gòu)筑多層次的思維邏輯體系，建立全面的工程設(shè)計(jì)應(yīng)用能力。

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