［摘 要］ 如何立足新工科思維，開展針對“橋梁工程”的探索性教學改革成為道橋?qū)I(yè)人才亟須解決的關鍵問題。在結(jié)合學科特點和當代大學生特征的基礎上，深入分析當前橋梁課程教學方式的不足?；诳平倘诤侠砟?，以“創(chuàng)新工程教育模式”為指引，提出了將工程實踐引入教學內(nèi)容、將科研成果引入教學過程、將科研思維引入教學組織的教改實施路徑，并給出“課堂教學催生問題提出”“實踐教學推動科研進展”“學科競賽提升科研質(zhì)量”等創(chuàng)新理念。成果可為同類課程教學改革提供借鑒。

［關鍵詞］ 新工科；科教融合；橋梁工程；工程實踐

［基金項目］ 2021年度中國建設教育協(xié)會教研項目“基于Kolb體驗式學習的橋梁工程專業(yè)多元化協(xié)同育人體系研究”（2021039）；2019年度北京建筑大學校設教研立項計劃重點項目“新工科背景下建筑類高?？平倘诤蟿?chuàng)新研究”（Y19-33）

［作者簡介］ 焦馳宇（1980—），男，陜西蒲城人，博士，北京建筑大學古橋研究院教授，主要從事橋梁抗震和古橋保護研究；龍佩恒（1964—），男，北京人，博士，北京建筑大學土木與交通工程學院教授，主要從事橋梁結(jié)構分析和橋梁安全評定研究；喬 宏（1989—），女，河北唐山人，博士，北京建筑大學土木與交通工程學院講師，主要從事車橋耦合振動研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）03-0069-04 ［收稿日期］ 2022-12-16

一、背景

中國是橋梁大國，目前正在向橋梁強國邁進?！爸袊鴺颉钡慕ㄔ煨枰嗟摹按髧そ场?。新工科建設作為培養(yǎng)“大國工匠”的重要手段，是21世紀工程教育界中國智慧、中國貢獻的集中體現(xiàn)。自2017年5月教育部持續(xù)推進新工科建設以來，“復旦共識”“天大行動”“北京指南”吹響了新工科建設的號角。其以新理念、新模式、新方法、新內(nèi)容、新質(zhì)量等“五新”體系為指引［1-3］，以推進實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（2.0版）為推動力，提出一系列重要舉措。正如“天大行動”綱領提出的：問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)，構建工科專業(yè)新結(jié)構；問技術發(fā)展改內(nèi)容，更新工程人才知識體系；問學生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段。為了進一步落實和推動這些理念和構想，亟須對高校工作進行深入反思，以“科教融合”的方式推動教學改革［4-5］。

“橋梁工程”是土木工程專業(yè)城市道路與橋梁工程方向的重要專業(yè)課。北京建筑大學橋梁工程教學團隊長期以來堅持“道橋并重，注重實踐”的思路，基于科教融合理念，以解析知識體系、變革教學方法、服務工程特征、追溯工程本源為宗旨，開展了一系列課程教學改革探索，旨在培養(yǎng)適應現(xiàn)代工程發(fā)展趨勢的道橋人才。

二、“橋梁工程”課程特點

“橋梁工程”是介紹橋梁勘測、設計、施工、養(yǎng)護和檢定等工作過程的專業(yè)課程，是土木工程（道橋方向）、土木工程（橋梁方向）、道路橋梁與渡河工程等專業(yè)的專業(yè)核心課程。雖然國內(nèi)外學者對“橋梁工程”教學內(nèi)容已有相關的優(yōu)化與整合，但在長期教學實踐當中，仍存在以下問題：（1）涉及理論知識多、學科交叉性強，亟須深入梳理。橋型結(jié)構往往涉及理論力學、材料力學、結(jié)構力學、彈性力學、塑性力學的相關知識，涉及內(nèi)容廣泛，需要系統(tǒng)化梳理前述知識，并以新體系重新闡釋，才能有利于基本概念的深入講授。（2）施工技術復雜，實踐性強，既有工程經(jīng)驗總結(jié)，也有設計施工規(guī)范的介紹。因此，如何將典型橋梁的施工工藝，以通俗易懂、活潑多樣的方式展示出來，需要深入思考。（3）按照“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的培養(yǎng)目標，目前橋梁工程課內(nèi)講授時間仍然存在不足，一般高校以48～64學時為主，極少的高校能夠達到80學時。因此，難以在有限的課堂時間內(nèi)全面深刻地講授學習內(nèi)容。（4）傳統(tǒng)工程教育多以課堂教授為主，忽略了學生在知識傳授中的學習興趣、知識創(chuàng)新，因而存在學生理解和掌握不深、動手能力培養(yǎng)不足等問題。

正是基于以上種種原因，亟須在備課和講授等多個環(huán)節(jié)，將“科教融合”理念引入教學環(huán)節(jié)當中，服務和推動學生的知識水平與創(chuàng)新能力的系統(tǒng)性提升。

三、科教融合在“橋梁工程”教學改革中的實施路徑

（一）工程實踐引入教學內(nèi)容

現(xiàn)有教材因編輯時間長，改版和再版速度相對較慢，很多先進的工程技術難以引入課堂。近年來，我國體現(xiàn)出極其強大的工程創(chuàng)新潛力，在全國范圍內(nèi)修建了許多大跨徑、新技術的橋梁結(jié)構體系，如主跨1 860 m的燕磯長江大橋是目前世界上在建最大跨度雙層懸索橋，其不同垂度四主纜雙層公路懸索體系是世界首創(chuàng)；又如主跨2 300 m的江蘇張靖皋長江大橋，是中國首座邁入“2 000米俱樂部”的大橋。這些在建的世界級大橋代表了最先進的工藝技術，應該讓學生了解、學習，開拓其視野，啟發(fā)其智慧。北京建筑大學作為北京唯一的建筑類特色高校，在服務京津冀城市建設方面做出了突出貢獻，北京地區(qū)的很多橋梁工程都是相關校友的杰出成果。為此，針對新首鋼大橋（主跨280 m、橋?qū)?7 m的無背索剛構斜拉組合Y體系橋，其為復雜造型的剛構—斜拉組合體系橋，異形鋼斜塔是其建造的核心難點）、北關大道跨北運河大橋（主橋長213 m、寬39.6 m～61.6 m的異形鋼拱組合體系橋，施工建造工藝復雜）、三元橋大修工程（該橋為主跨55 m、橋?qū)?4.8 m的V型墩剛構組合體系結(jié)構，國內(nèi)首次實現(xiàn)在大城市重要交通節(jié)點采用主梁置換工法實現(xiàn)了43小時快速換新技術）等極具特色的北京橋梁工程，教學團隊進行了重新梳理和詳細展示，讓學生了解和認識了更多的工程實踐的創(chuàng)新知識，啟發(fā)了創(chuàng)造性思維。

（二）科研成果引入教學過程

北京建筑大學橋梁學科主要涉及橋梁抗震減震與振動控制、橋梁監(jiān)測檢測與養(yǎng)護加固、新材料及新技術在鋼和組合結(jié)構橋梁中的應用、大跨復雜橋梁設計與施工關鍵技術、地下工程與橋梁相互影響、古舊橋梁維修加固新技術等六大研究方向。經(jīng)過多年的研究積累，相關方向均取得了一定的成績，部分成果也逐步轉(zhuǎn)化為專業(yè)課堂理論知識的延伸：課題組將曲線橋梁抗震相關研究成果轉(zhuǎn)化為“曲線和斜交橋梁受力”的相關教學內(nèi)容，將無損檢測技術取得的相關成果轉(zhuǎn)化為“橋梁養(yǎng)護與管理”的相關教學內(nèi)容進行講解等。通過科研成果向課堂知識的轉(zhuǎn)化，學生視野更加開闊，思維更加活躍。

（三）科研思維方式引入教學組織

科研思維是科研活動中最為關鍵的組成要素，也是創(chuàng)新人才培養(yǎng)密不可分的一環(huán)，整體而言，科研思維包括提出科學問題、構建科學假說、設計實驗、分析結(jié)果、再構科學假說等方面。在橋梁工程教學環(huán)節(jié)中，結(jié)合社會廣泛關注的橋梁熱點問題，如何利用課堂教學環(huán)節(jié)創(chuàng)造科研機會，進而完成學生的科研思維方式鍛煉，顯得尤為重要。一些典型環(huán)節(jié)如圖1所示。

四、科教融合在“橋梁工程”教學中的創(chuàng)新理念

（一）課堂教學催生科學問題提出

在線教學、翻轉(zhuǎn)課堂、互動課堂是近年來高校推動課程教學改革的主要方向［6-8］。經(jīng)過多年積累，教學團隊逐步建立“橋梁科普大講堂”品牌活動，活動中學生作為主講嘉賓，就課堂中的知識點、生活中的熱點問題、家鄉(xiāng)的典型橋梁，通過做課件、做調(diào)研、搭模型等方式展示自己對所學知識的理解，通過課外學習彌補課堂知識的不足，并在演講中提高自身綜合素質(zhì)。部分學生通過科研鍛煉，提出了科學問題，為日后進入教師團隊開展科學研究奠定了基礎。

（二）實踐教學推動科研工作進展

“教學相長”，很多教師通過多年的授課經(jīng)驗明確了自身科研方向，通過與行業(yè)發(fā)展需求的深度融合，形成了針對一些關鍵科學問題的科研項目，例如：在教學過程中發(fā)現(xiàn)曲線橋梁地震受力破壞機理有待深入研究，教師申請并獲批了國家基金項目“多維激勵下小半徑變墩高城市曲線橋地震破壞機理研究”；在教學中通過講解懸索橋概念與構造，發(fā)現(xiàn)實際工程中的自錨式懸索橋恒載索形及受力性能有待深入研究，因此教師承擔了企業(yè)委托項目“自錨式懸索橋靜動力性能研究”。通過承擔上述相關科研項目活動，為生產(chǎn)提供了技術支持，也進一步加深了對科學問題的認識，在此基礎上將相關成果轉(zhuǎn)化為具有創(chuàng)新知識的課堂教學內(nèi)容，有助于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

（三）學科競賽提升科研工作質(zhì)量

通過課堂討論、校外授課、實地參觀、親身參與等活動，橋梁方向本科生通過專業(yè)知識吸取、自主提升學習，“橋梁工程”課程取得了良好的教學成績。在此基礎上，通過教學，師生形成了配合默契的團隊，教師帶領學生參加了國內(nèi)外多項橋梁設計競賽，獲得國家級、省部級以上競賽獎勵8項，其中包括近兩年國際大學生建筑設計與數(shù)字建模競賽一、二等獎各1項，第四屆“茅以升公益橋—小橋工程”創(chuàng)新設計大賽一、二等獎各1項，第十四屆全國大學生結(jié)構設計競賽二等獎1項，北京市大學生建筑結(jié)構設計競賽一、二等獎3項等。在此過程中，學生的綜合素質(zhì)得到了充分的提升和鍛煉，很多優(yōu)秀的畢業(yè)生在本科期間就投稿并發(fā)表了優(yōu)秀的學術論文，部分學生考取了名校的碩士生或去市屬行業(yè)龍頭企業(yè)工作，這些都充分證明了基于新工科背景開展科教融合理念的整體提升，以及對科研工作質(zhì)量的提升，乃至人才培養(yǎng)都具有重要意義。

結(jié)語

本文基于科教融合理念，結(jié)合橋梁學科特點和當代大學生特征，深入剖析了當前課堂教學存在的不足，提出了以下實施路徑：（1）將工程實踐引入教學內(nèi)容，促使學生快速掌握動態(tài)、了解技術前沿，從而開闊學生視野、啟發(fā)智慧。（2）將科研成果引入教學過程，將已取得的科研技術成果的核心內(nèi)容轉(zhuǎn)化為知識點、教學課件等，加深對科學知識理解的深度和廣度。（3）將科研思維引入教學組織，將提出問題—構建假說—設計實驗—分析結(jié)果—完善假說等科學思維模式引入課堂，形成翻轉(zhuǎn)課堂，調(diào)動學生積極性，完成學生科學思維訓練。

在上述理念的基礎上，提出了“課堂教學催生科學問題提出”“實踐教學推動科研工作進展”“學科競賽提升科研工作質(zhì)量”等創(chuàng)新理念。本文相關教學改革方法和技術實施路徑可為同類專業(yè)的課程建設提供借鑒。

參考文獻

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［8］郭冬梅，周艷，亓興軍.基于智慧樹共享課混合式教學的改革與實踐：以“橋梁工程”課程為例［J］.教育教學論壇，2022（32）：9-12.

The Teaching Reform of Bridge Engineering Based on the Concept of Science and Education

Integration under the Background of the Emerging Engineering Education

JIAO Chi-yua， LONG Pei-hengb， QIAO Hongb

（a. Ancient Bridge Research Institute， b. School of Civil and Transportation Engineering， Beijing University of Civil Engineering and Architecture， Beijing 100044， China）

Abstract： How to base on the thinking of the Emerging Engineering Education and carry out exploratory teaching reform for “bridge engineering” has become the key problem that needs to be solved urgently for road and bridge professionals. Based on the characteristics of the subject and the characteristics of contemporary college students， this paper deeply analyzes the shortcomings of the current teaching methods of bridge courses. Based on the concept of integration of science and education， guided by the “innovative engineering education model”， this paper puts forward the implementation path of teaching reform by introducing engineering practice into the teaching content， introducing scientific research achievements into the teaching process， and introducing scientific research thinking into the teaching organization. It also puts forward such innovative concepts as “classroom teaching promotes problem posing”， “practical teaching promotes scientific research progress”， and “discipline competition improves the quality of scientific research”. The results of this paper can provide reference for the teaching reform of similar courses.

Key words： the emerging engineering education; integration of science and education; Bridge Engineering; engineering practice