基于應用型人才培養的鋼橋課程教學改革初探

張志俊　張掙鑫

摘要：

根據國內鋼橋發展現狀以及未來的發展趨勢，分析中國在鋼結構橋梁方面人才培養存在的不足?；趹眯腿瞬排囵B模式的定位，探討了鋼橋課程教學改革方法。以鋼桁梁橋章節教學為例，采用問題-啟發式教學模式，充分激發了學生的學習能動性，讓學生通過自主學習增強掌握知識的能力。

關鍵詞：鋼橋；鋼桁梁橋；應用型人才；問題-啟發式教學；主觀能動性

中圖分類號：G6420；TU3933文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2018）02006804

一、鋼橋課程的必要性

鋼橋具有材料性能穩定、輕質高強、安全性能高等突出優點（含抗震安全性能）。由于鋼材受拉塑性破斷極限應變通常是彈性極限應變的100倍左右，高質量的工廠化構件制造，快速的整體結構裝配式架設施工，靈活的切除與連接性能便于構件的維修與更換，提高了鋼結構橋梁的整體耐久性能，且報廢結構材料亦可再次熔煉利用。盡管鋼橋具有諸多優點，但長期以來，中國鋼橋所占比例較低，尤其是公路鋼橋比例極低[1]。

2015年中國粗鋼產量由10年前3.6億t增加至8.0億t，增幅122.2%；同期，全世界粗鋼產量由11.5億t增加至16.2億t，增幅40.9%。近年來，世界范圍內鋼鐵行業出現嚴重的產能過剩困局，導致鋼材價格下降，中國表現最為突出。2016年2月，國務院印發《關于鋼鐵行業化解過剩產能實現脫困發展的意見》。從另一個角度來看，相對低價的鋼材恰好成為加強公路鋼橋建設、提高公路橋梁建設質量的契機。2016年7月，交通運輸部發布了《關于推進公路鋼結構橋梁建設的指導意見》，不少設計、制造與施工單位已高度重視并開始了相關工作?？梢灶A測，中國將迎來公路鋼橋的建設高潮。

但由于過去本科教育對鋼橋重視度不夠，剛畢業的大學生不能很快適應工作，導致鋼橋建設的施工、設計技術人才短缺。作為人才教育和培養重要基地的高校，應看到和抓住契機，對鋼橋的教學進行改革，培養具有良好鋼結構專

業素質，為企業所歡迎的合格人才[2]。鋼橋課程是土木工程專業（道路與橋梁

工程方向）的一門專業課，課程內容涵蓋鋼梁橋、鋼拱橋、懸索橋、鋼斜拉橋、鋼混組合梁橋以及鋼橋的制造、加工與架設。課程內容基本涵蓋了鋼橋所涉及橋型的構造、力學特點、設計思路以及制造加工技術。由此可見，鋼橋這門課程在土木工程專業道路與橋梁工程方向的教學中尤為重要。

二、人才培養模式定位

貴州理工學院作為省屬新建本科院校，是省委、省政府響應實施工業強省戰略之需，為貴州與西南地區以及全國地區輸送應用型理工類人才所創辦，于2013年4月成立。作為年輕的全日制普通本科院校，其教學思想理念尚未成熟構建，缺乏辦學經驗，優勢專業及教學特點尚未形成，辦學實力以及辦學質量仍有待考驗。在此背景下，基于現實因素考慮，培養“高素質高質量的理工類應用型人才”成為其主要辦學目標，也成為推動課程教學改革、探索教學新思路新方向的主要動因，以期為本科院校培養具有深厚理論基礎、適應能力強、注重實踐的工科應用型人才[3-5]。

土木工程專業（道路與橋梁工程方向）是學校為更好適應市場經濟的發展，不斷調整和拓寬專業，滿足行業和地方對土木工程專業人才需求而開設的專業。通過對中國交通行業的發展狀況、人才需求情況、學生就業市場等方面的調查，土木工程道路與橋梁工程方向本科教學中存在的問題主要包括：（1）課程設置和教學內容在一定程度上脫離實際需要；（2）學習操作目標要求不明確，可操作性差；（3）方式單一，“以講為主”的教學方法不利于學生綜合素質和能力的培養；（4）學習的主要支撐材料有一定的局限性。首先，教材內容難以適應科技進步的變化。其次，把文字教材看作主要的學習資源，造成其他學習資源的浪費。此外，以教材作為重要的學習資源，在某種程度上只解決了“學什么”的問題，而沒有解決“怎么學”的問題；（5）傳統的教學考核評價不盡合理，以課程書面考試結果作為評價學生學習效果的依據，測不出學生從事工程實踐的能力，也不能激發學生參加工程實踐鍛煉的興趣。

綜上所述，為適應社會對土木工程專業道路與橋梁工程方向的人才需求，筆者結合鋼橋課程的特點和貴州理工學院自身的辦學定位和辦學條件，基于應用型人才的培養目標和教學模式存在的不足，以應用較廣的鋼桁梁橋為例，介紹鋼橋課程教學改革的探索與實踐方法，分析總結教學改革過程中的經驗和存在的問題，提出適應當下形式的鋼橋教學改革內容。

三、鋼橋課程教學改革的探索與實踐——以鋼桁梁橋章節教學為例

鋼橋是土木工程專業（道路與橋梁工程方向）的一門專業課，是“橋梁工程”系列主干專業拓展課程的一個重要組成部分，主要針對道路與橋梁工程方向大四學生開設，需要以結構力學、橋梁工程、鋼結構基本原理、橋梁施工等先修課程為基礎[6]。鋼橋中的鋼桁梁橋是由位于多個平面內的鋼桁架連接形成的整體空間結構。鋼桁架在橋梁工程領域的應用十分廣泛，既可形成鋼桁梁橋的主要承重結構，又可作為懸索橋和斜拉橋的主梁、拱橋的拱肋等結構[7]。本節主要以鋼桁梁橋章節的教學為例介紹鋼橋課程改革的探索與實踐。

根據應用型人才的培養目標，鋼桁梁橋部分的課程內容主要包括以下方面：（1）桁梁橋的組成及受力特點；（2）主桁架的分類及尺寸確定；（3）桁梁橋的構造設計；（4）桁梁節點及其他構造；（5）桁梁橋的計算方法；（6）桁梁橋的穩定與疲勞問題；（7）簡支鋼桁梁橋空間模型的建立及自振特性計算分析。

（一） 課程教學方法簡介

多年來高校形成了以教師為中心的教學模式，即教師通過講授把課程內容灌輸或傳遞給學生。這樣的教學模式中教師是整個過程的主宰，學生則處于被動地位[8]，

學生的參與度不高，單純地被動接收知識。在鋼橋課程改革中，筆者嘗試采用以學生為主體的問題-啟發式教學方法。概括地講，課程主要采用教師提供知識網絡和學習路線，學生帶著問題提前搜集相關資料自學，課上分組進行專題匯報，教師針對學生匯報情況提問點評，最后師生自由研討。問題-啟發式教學是以提問與思維啟發為基礎的一種科學有效的教學方法，能充分調動學生的自主學習興趣，激發學生對未知領域的探索欲望。在此過程中，教師需要對學生進行引導，同時也要考慮如何調動學生積極性的問題?；谏鲜隹紤]，問題-啟發式教學方法共包括5個教學環節。

（1）教師首先對上課學生進行分組。由于上課人數較多，不可能讓每個學生都在上課時間做匯報，一般以小組為單位搜集資料、自學，并將學習成果進行整理，準備10～12分鐘的匯報，每組指定一名組長，任務的安排和分工由組長協調。但最后課上匯報則由教師臨時指定，小組成員都要學習、理解并掌握課程內容。

（2）分完組后，教師需發布課程規劃和要求。如前所述，鋼桁梁橋章節包含7個方面的學習內容，對每個學習內容的要求也不盡相同，分為“了解”“理解”“掌握”和“應用”四類。通常教師需提前介紹課程規劃，告知學生各學習內容的要求程度，以引導學生自學。

（3）對鋼桁梁橋專題，共規劃6學時的課堂講授。學生根據課程要求，自主收集資料、查閱文獻，最終制作形成PPT匯報文檔。針對鋼桁梁橋專題的7個學習內容，前6個學習內容要求學生在教師所安排的6個學時內完成，第7個學習內容涉及

建模計算，以大作業的形式安排給學生。每個學生所建簡支鋼桁梁橋的跨度不同，旨在要求每個學生都參與其中，動手建模得到實踐鍛煉。前6個學習內容需要在PPT中得以體現，匯報文檔的內容包括基本的知識體系、學習過程中遇到的困惑、對此產生的想法及發現的問題。通過學生課下的自主學習[9-10]，對鋼桁梁橋章節的知識體系有了較為全面的掌握，提高了獨立思考和分析問題能力。

（4）通過學生課下學習和準備，在課堂教學過程中，每個小組由教師臨時指定一人進行PPT匯報，匯報時間為10～12分鐘。不同學生對相同知識點的認知程度和解決問題的視角不同，因此學生匯報相當于提供了理解知識點的不同思路，這樣有利于豐富授課內容，活躍課堂氣氛，提高專業素質，開拓學生視野。

（5）教師點評，對匯報內容進行提問及研討，通過學生的演講以及對問題的回答考察學生知識體系是否完整，對學生不理解的問題進行講解，提出一些讓學生現場思考的深層次問題等。同時也要求一個小組做完匯報后，其他小組針對已匯報內容至少提出一個問題，相互探討，旨在督促學生認真聽取匯報內容并加入自己的思考。通過點評完善學生的知識體系，通過提問及學生回答提高學生對問題的認知層次，通過研討增強學生的理解，帶動學生主動思考，增強課堂的互動性。此外，這樣的教學模式能鍛煉學生表達自己觀點和看法的勇氣以及公開演講的膽量。

（6）匯報、點評、提問和研討后，留下1個學時的時間，教師總結各組的表現。此外，教師還需針對專題內容歸納、梳理知識點，同時引入一些工程案例，拓展學生的思維，加深學生的理解。

通過問題-啟發式教學培養學生解決問題能力和自主學習能力，增強學生對學習的興趣，獲得成就感與滿足感。所謂“授之以魚不如授之以漁”，這樣的教學模式不僅讓學生學到知識，同時還鍛煉了學生學習知識的能力和方法。

（二）實踐能力培養

鋼橋課程教學要培養學生在鋼橋設計、施工等方面的實踐能力。如前所述，對于鋼桁梁橋章節，最后一個學習內容要求學生動手建立簡支鋼桁梁橋的空間模型，這就需要學生自學橋梁專業有限元軟件。主要推薦學生采用MIDAS CIVIL軟件建立鋼桁梁橋三維桿系模型，分析模型自振特性，提取前10階自振頻率結果。根據學生所建模型的跨度和模型的自振頻率，教師可迅速判斷學生所建模型是否正確，及時將模型信息反饋給學生。當然，在鋼桁梁橋章節學習中并未安排鋼橋施工的內容，主要是因為鋼橋制造與施工的內容在鋼橋教材的最后一章單獨列出。筆者在鋼橋制造與施工部分的教學中，主要通過工程案例，并結合施工視頻講解，讓學生更為直觀地了解、學習鋼橋的制造與施工工藝和技術。

（三） 現存問題

盡管如此，在教學過程中，筆者也發現一些客觀存在的問題。首先，學生缺乏有限元計算基礎，在建立鋼桁梁橋三維有限元模型時，一部分學生顯得非常吃力，不知如何下手。這就需要教師補充講解一些有限元的理論和有限元軟件的應用知識。其次，學校缺乏與施工密切相關的實習和實訓基地，教學中缺少到施工現場觀摩的條件，缺少培養學生動手能力的機會。這些限制條件在一定程度上阻礙了應用型人才培養的進一步開展。此外，由于課程設置在大四上學期，學生面臨就業與考研的壓力，常常無法保證到課率，學生在課程學習上花費的時間很有限，教學效果遠比不上前幾學期。

四、教學模式的成效

問題-啟發式教學模式受到了貴州理工學院土木工程學院2013級土木工程專業（道路與橋梁工程方向）學生的普遍好評。從2016—2017學年第一學期參與鋼橋課程學習的約200名學生

的反饋信息中可知，采用問題-啟發式教學模式學生收獲更多。這門課讓學生感受到較大的學習壓力，為完成教師布置的任務，課下需投入大量時間和精力自學知識點、搜集資料并形成匯報文檔。問題—啟發式教學模式與傳統教學模式相比，

需要付出更多精力，但學習收獲頗豐。所謂收獲，不僅指對知識點的掌握和學習，還包括以下幾點。

（一）培養學生自主學習意識

大四學生經過前三年的學習，一般來說有了基礎課程和專業基礎課程的知識儲備，具備了一定的獨立學習能力。課程的實施過程旨在培養學生的自主學習意識，比如，學生課下針對教師提供的學習大綱進行文獻資料搜集，對知識點的整理匯總從而形成匯報文檔的過程均培養了學生的自主學習意識。教師預留學習提綱時應難易得當、層次分明、區分度強，并具有可操作性。讓學生根據自己的實際情況自主選擇，增強該教學模式的可行性。

（二）提高學生演講表達能力

卡耐基說過：“一個人的成功15%取決于知識和技術，85%取決于溝通——發表自己意見的能力和激發他人熱忱的能力?！币虼?，演講匯報能力應成為當下大學生的一項必備綜合素質。課程的專題匯報為學生提供了演講交流平臺，使學生能自由交流所思所學。匯報PPT內容要求思路清晰、結構嚴密、邏輯層次分明，PPT頁面上不得出現完整長句，只能以提綱形式表達自己的觀點。這就要求學生對所匯報內容真正理解并掌握，學會將知識“內化”。通過PPT匯報的方式鍛煉學生的口頭表達能力、演說能力和臨場思辨能力。

（三）加強知識掌握的牢固程度

通過自主學習和匯報演講可加強學生對知識體系掌握的牢固程度。采用問題-啟發式教學模式充分調動了學生的主觀能動性，變被動學習為積極探索，最終要將自學的內容通過PPT展示，學生只有對知識體系掌握得足夠牢固才能順利完成PPT匯報。

五、結語

鋼橋和鋼混組合結構橋梁在中國的應用將越來越廣泛，對鋼橋和鋼混組合結構專業應用型人才的需求也不斷擴大。高校作為培養高素質應用型人才的重要基地，應根據社會發展的需要和人才市場的需求調整教學模式和方法，培養滿足社會需求的合格應用型人才。筆者根據鋼橋課程的特點和社會對土木工程專業道路與橋梁工程方向應用型人才的需求，在鋼橋課程中嘗試了問題-啟發式教學模式。通過這樣的教學模式，能充分啟發學生的學習能動性和自主學習能力，鍛煉學生學習知識的能力。教學過程中通過讓學生采用MIDAS CIVIL軟件建立簡支鋼桁梁橋的三維有限元模型，鍛煉學生設計計算的實踐能力。盡管教學過程中仍存在諸多問題有待進一步解決，但通過對鋼橋課程改革的初步探索，教學效果得到了明顯提升，為鋼橋專業應用型人才培養提供了可借鑒的教學方法。參考文獻：

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Abstract：

Based on the current situation and development tendency of the steel bridge in China， the current teaching state and shortage of the steel bridge course were analyzed. On the basis of the cultivating mode of applied talents， the preliminary discussion and practice method aiming at the teaching reform of steel bridge course has been put forward. With the example of steel truss bridge teaching， using the questionheuristic teaching mode， learning initiative and selfdirected learning ability of the students can then be motivated. With this teaching mode， the students can achieve knowledge by selfdirected learning， and at the same time， can enhance their abilities to learn things.

Keywords： steel bridge； steel truss bridge； applied talents； questionheuristic teaching； subjective initiative

（編輯周沫）