本站原创摘 要：针对目前工程教育存在的问题,以CDIO工程教育理念为指导,围绕“厚基础、强能力、重实践、倡创新”的改革思路,构建了以工程能力培养为目标、多样化教学和实践为途径、多元化考核方式为保障的桥梁工程课程立体化教学模式.实践证明,新的教学模式对培养学生的工程实践能力和创新能力有积极作用.
关 键 词：桥梁工程；教学改革；CDIO；工程能力
作者简介：梁晓飞（1978-）,女,吉林九台人,山东理工大学建筑工程学院,讲师；师郡（1966-）,男,山东淄博人,山东理工大学建筑工程学院,教授.（山东淄博255049）
基金项目：本文系山东理工大学校级教学研究项目的研究成果.
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）13-0114-02
根据高等学校土木工程本科指导性专业规范的要求,高校要以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心,重构课程体系和优化教学内容.[1]“桥梁工程”课程作为道路与桥梁工程方向的专业核心课程,是一门实践与理论并重的专业技术课,能体现材料力学、结构力学、结构设计原理等专业技术基础课在桥梁工程中的综合应用,其教学效果将直接影响到人才的培养质量,因此对其进行教学改革具有重要的现实意义.
CDIO是当前国内外先进的教育教学理念,CDIO即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）,它注重学生工程基础知识、实践能力、团队能力和工程系统能力的培养.[2-3]“桥梁工程”课程改革以CDIO工程教育理念和高等学校土木工程本科指导性专业规范为指导,整合课程体系、优化教学内容、改进教学方法、调整学生考核方式,使本课程教学适应行业发展的需要,为本专业培养创新能力强、适应企业发展需要的应用型土木工程师搭建平台.
一、课程教学改革背景
“桥梁工程”课程内容多、概念多、构造要求多、计算多、规范条文多、涉及到前期课程多,实践性、综合性强,学生在缺乏实际工程经验的情况下,难于掌握.教学形式单一,主要以灌输式和知识传授为主,忽视了学生在课程中的主体作用,使得学生缺乏自主学习的积极性.
受到“厚基础,宽口径”人才培养理念的影响,学校开设的课程要求多样化,重视自然科学知识和人文社会科学知识,突出英语教学和计算机技术应用,因此,在专业总的授课学时不能变更的前提下,专业课程的授课学时就被大幅度精简.鉴于授课学时有限,本课程的授课内容着重讲授简支梁桥和拱桥的构造与计算,对连续刚构、钢管混凝土拱桥、混凝土斜拉桥和悬索桥等大跨度桥梁则以简介兼自学为主,这种授课安排与我国迅速发展的桥梁建设事业不相适应.“桥梁工程”教学既要重视基本理论、基本方法和基本技能的培养,更应该重视新桥型、新技术、新材料和新方法在桥梁工程中的应用.
长期以来,“桥梁工程”课程的教学模式主要是课堂教学+1周课程设计+2周生产实习.实习时间较短,学生在实习中多为静态的参观.因桥梁建设周期较长,认识实习只能了解其中的部分工程或某个工序,无法全面了解整个设计、施工过程,更无法参与其中,达到理论与实践相结合的实习目的.对此,学生普遍反映所学的理论知识无法在生产实习中应用,对于桥梁建设从设计到施工的全过程没有清晰的思路.桥梁工程的课程设计在手算的前提下,设计的桥型被限定在混凝土简支桥,这也显然是远远落后于桥梁建设发展需求的.
二、教学改革思路
山东理工大学（以下简称“我校”）以往6届道路与桥梁方向毕业的本科生就业情况如图1所示,可以看出我校输送出的学生接近80%在施工、监理、管理等部门就业,继续深造学业和在设计单位工作的仅占17%.由此可知,“桥梁工程”课程的改革目标应该集中在培养学生从事桥梁工程技术及管理工作的基本能力和社会急需的实践能力上.其总体思路是以实际工程为背景,以工程技术为主线,改革课程体系、知识学习方式、考核方式和评价标准,加强实践教学及能力培养方式等关键环节,提高学生的工程意识和工程实践能力,培养出创新能力强、适应企业发展需要的应用型土木工程师.
三、课程改革的具体措施
1.基础教学
选用国家规划教材,以“精、宽、新”的理念整合教学内容.精：以一种桥型的桥梁建设过程为主线,由点到面、深入浅出把繁杂的内容讲活、讲透,使学生举一反三,即可对其他结构形式采用粗讲.建立以“学生为主体,以教师为主导”的教学模式,将工程实例（最基础的混凝土梁桥、拱桥）引入课程教学.通过实施一个完整的项目来组织教学活动,采用类似科学研究与实践的方法,促进学生主动学习.具体做法是将5～6名学生分成一个小组,给每个小组下发一份既有实际工程的设计图纸,抓住桥梁建设过程主线,讲授桥梁设计基本原则、平纵横断面设计内容、桥梁建设程序和方案比选、桥梁上的作用、桥面布置与构造、上部结构的设计计算、支座、下部结构的设计计算和施工技术.对其他结构类型桥梁则以课上简介课下大作业的方式学习.宽：采用国家新标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）教学,对连续刚构、钢管混凝土拱桥、斜拉桥和悬索桥等大跨度桥梁进行类比性、归纳性讲解,使学生适应我国迅速发展的桥梁建设事业.新：利用三维动画模拟、电视录像片和纪录片等教学手段,把本专业最新动态和发展、科研成果、施工技术引进课堂,拓宽学生视野.
依据CDIO教学模式,实施多样化教学方法.
（1）引导性教学和自主性学习相结合.树立学生为主体的教学思想,组建学习小组,开展课堂互助讨论教学,随着课程进展预留联系工程实例的“大作业”,这些“大作业”可以是课程的重点难点、行业的动态或综合性的知识,作业以小组提交.这种教学方法能调动学生学习的主动性,增加学生之间的相互交流,在锻炼学生的独立分析能力的同时加强团队合作精神培养,以课外补课内来提高教学效果.（2）项目教学法教学.教学全过程中充分突出实践、强化应用,以实际工程项目为背景,将行业规范、现场案例、施工图纸和录像融入教学,培养学生的工程素质和工程能力.
（3）网络化和信息化教学.通过课程网站建立网上互动平台,学生可以在网站上查看并下载教学大纲、教学课件、各章习题、课程设计的任务书和指导书、工程实例、行业动态等,也可以在网站上留下自己的心得和疑问,由师生进行开放性讨论,从而提高学生的学习自主性.
2.实践教学
基于应用型土木工程人才培养目标的定位特点,构建以能力培养为核心,多模块、相对独立、相互衔接的实践教学体系,该体系由计算机辅助设计软件学习、课程设计、模型制作、专题讲座和认识实习等部分组成.
鼓励并引导学生使用桥梁博士、桥梁通等桥梁工程计算机辅助设计软件,改变课程设计、毕业设计完全手算及手工绘图的现状,邀请设计院技术负责骨干进行专题讲座,依托实际工程进行课程设计,在“做中学,做中教”,培养学生的工程设计能力.[4]利用课程设计的成果,以学习小组为单位按比例制作桥梁的上部结构模型,结合工程已有的其他部分图纸补充下部结构、支座、桥面铺装、栏杆、排水和照明完成全桥模型.在建造过程中,要求严格按照设计图纸施工,不能随意变更设计,在课程结束时提交实体模型和设计说明书,利用PPT演示建桥的全过程并对成果进行答辩,通过熟悉设计图纸→课程设计→制作模型→成果答辩使理论知识具体化、实体化,不知不觉中培养学生的工程能力.
3.考核方法
为鼓励学生个性化发展,打破应试教育的桎梏,采取多元化考核模式,在强调测试理论知识的同时注重工程实践能力和工程设计能力的评价与考核.在考核方式上,采用闭卷笔试、小论文、大作业、模型制作、答辩、互评、自评相结合的形式.
4.课程教学体系建设
毕业设计是教学过程最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节,要求学生综合应用所学各种理论知识和技能.桥梁工程课程的改革建立的“课堂教学、课程设计、认识实习”三元一体模式实质上是对毕业设计环节的基本训练,因此改革后的桥梁工程教学模式可和其他教学环节构成如图2所示的教学体系.
四、桥梁工程课程改革效果
经过两级六个自然班的课程实践,桥梁工程课程改革取得了显著的成效,主要表现在：
第一,构建了以学生工程能力培养为主线,分层次（基础教学→课程设计→桥梁模型）、多模块（认识实习—课程教学—专题讲座—毕业设计）、全过程、递进式的实践教学课程体系,通过连续渐进的典型工程项目设计,培养学生的工程素质、工程能力和设计能力.
第二,实施多元化考核评价方式,增加小组讨论、大作业、模型制作、答辩等环节,激发了学生学习主动性,提高了学生学习能力、研究能力和工程实践能力.在后续的生产实习中,教学培养基地企业反映该批次学生较之往届“上手快,操作能力强”.
第三,课程设计和毕业设计成果质量提高显著.将项目教学法纳入课程,使学生对现行规范的把握、识图、画图能力加强,将计算机辅助设计软件应用于设计验算,在内容难度加大的情况下学生的成绩没有出现下降趋势.
五、结语
“桥梁工程”课程教学改革以实际工程为背景,以工程技术为主线,完成了课程体系、知识学习方式和考核方式的革新,两届学生实践的良好效果证明本次教改构建的分层次、多模块、全过程、递进式教学课程体系能够加强学生实践教学及能力培养,提高学生的工程意识、工程素养和工程实践能力.