桥梁工程专业工程软件应用课程理论与实践一体化教学模式探索
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【摘要】工程软件应用是高等院校桥梁工程专业重要的专业课程之一。本文分析了目前教学工作中存在的主要问题，概述了国内外桥梁工程软件发展与课程建设现状，提出从课程设置、教学内容、教学方法、考核方式以及培养学生实践与创新能力等方面进行系列改革，探索桥梁工程软件应用课程理论与实践一体化教学模式，以提高学生的学习积极性，提高教学质量，积极培养学生利用工程软件分析、解决实际工程问题的能力。
【关键词】桥梁工程 工程软件应用 理论与实践一体化 教学模式探索
【基金项目】本文系2017年中南大学教学改革研究项目（项目编号：2017jy30）研究成果。
【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）18-0050-02
近年来，随着设计理念、施工技术与新材料、新工艺的飞跃发展，现代桥梁结构朝着大型化、轻型化、复杂化的趋势大步迈进，桥梁跨径被不断刷新，新的桥梁体系也不断涌现。伴随着计算机技术的发展进步，桥梁工程结构分析软件已成为从事桥梁结构研究、设计与施工的重要手段，熟练掌握工程软件是工程技术人员的必备技能。对于在校学生而言，桥梁工程软件应用课程是桥梁工程专业学生在本科阶段的必修课程，课程教学一般安排在大三或者大四上学期进行。
目前，国家正大力提倡一带一路建设，我国高速铁路桥梁建设也取得了举世瞩目的成就。为适应中国桥梁建设的飞速发展，同时保证工程结构的安全性与可靠性，培养熟练掌握结构分析软件的卓越桥梁工程师是时代的要求，也是中国实现从桥梁大国向桥梁强国跨越的必需。
一、桥梁工程专业工程软件应用课程存在的问题
工程软件应用是桥梁工程专业的重要应用型基础课程，其教学内容与工程实际紧密相连，其教学效果的好坏不仅直接影响到学生对专业知识掌握的程度，还会影响到学生在实际工程中分析问题和解决问题的能力。然而，由于受到教育体制、传统教学理念的影响，桥梁工程软件应用课程目前存在以下问题：
（1）前修课程不足
本科生尚未开设有限元基本原理、静动力分析方法等课程，学生对有限元理论缺乏基本的了解，预备知识不足，学习基础薄弱。
（2）实践教学缺失
可选教材少，教学内容较为单一枯燥，多偏重于理论介绍或操作讲解，分析、判断、纠错的实践教学严重缺失，与实际工程应用结合较少。
（3）教学效果不理想
教学课时少，内容多且繁杂，学习难度大，学生学习积极性不高。
（4）学习方式不合理
学习中过于依赖软件，较多侧重于建模学习，缺少对问题和原理的思考，分析问题与解决问题的能力弱，理论学习与工程实践严重脱节。
（5）考核方式有待改进
题目差异性小，抄袭、照搬情况存在，学习质量难以保证。
二、国内外桥梁工程软件发展与课程建设现状分析
（1）桥梁结构分析软件发展概况
国外开发桥梁结构分析软件较早，且经过几十年的连续研发，国外桥梁结构分析软件已较为成熟，商业化程度较高，知名的桥梁专用软件种类较多（如Sofistik、Lusas、TDVRm2006、MIDAS/Civil等），通用软件（如ANSYS、ABQUS、SAP2000等）的土木工程模块产品在桥梁结构分析中也有广泛的应用。
国内结构分析软件的研发起步较晚。20世纪50年代到70年代末，计算机资源稀少，且算法语言单一，虽开发了一些简单程序，但应用范围小，且尚未达到专业计算程序的水准。90年代，将图形可视化应用于程序前后处理，达到桥梁专业发展的高峰。目前，国内开发的桥梁结构分析软件已较为成熟与完善，广泛应用于桥梁设计、施工控制、试验检测与灾害分析，现正朝着空间梁格、系统耦合仿真、非线性动力分析、实体建模等方面发展。
（2）课程建设现状
有限元理论是计算机辅助工程和数值仿真的基础，也是重要组成部分。目前，国外高校土木工程专业普遍开设有限元基础理论课程，可供本科生选修;而国内高校中，有限元理论课程一般针对研究生开设，单独为本科生开设有限元课程的还不多见。由于前修课程不足，导致学生的学习基础较为薄弱，增加了学习的难度，使得学习热情不高，学习效果不佳。
此外，国外高校中，工程软件应用课程一般融入结构分析或结构设计课程之中，要求学生根据设计要求，立足设计规范，主动掌握工程分析软件。国内高校中，有限元基础原理、结构设计分析、工程软件应用课程相对比较独立，课程间联系性不强，不利于知识的融会贯通。
（3）教学现状
桥梁工程软件应用课程的内容涵盖面广，涉及内容多，包括平面结构与空间结构，建模方式灵活，单元种类多样。然而，一般学校安排的教学课时都较少，与之对应的数学、力学等基础课程的课时也不断压缩，导致学生没有打好扎实的基本功。
目前，国内的授课方式主要以教师为主，针对教材内容，以课堂灌输为主，学生被动地接受，学习的热情和主动性大大降低。同时，由于不理解有限元分析的原理和基本思想，学生在学习过程中较多地偏重于软件操作，而对计算原理缺少深入思考，对模型计算结果缺乏分析判断能力。
三、课程改革措施探索
（1）课程大纲改革
调研国内外桥梁工程软件应用相关课程的开设与教学情况，进行深入对比分析，引进吸收先进的教学理念和教学方法，坚持理论教学与实践教学并重，制定理论与实践一体化的桥梁工程软件应用课程的教学大纲。
（2）教材与教学内容改革
结合有限元理论方法与实践应用，打破以往教材的局限，分别从杆系结构、梁式结构、板壳结构、体结构等不同方面进行课堂讲解。理论联系实际，注重案例教学，建立实桥工程库，选取典型桥梁结构进行示范教学（见图1）。
（3）教学方法改革
改变传统的多媒体教学加学生上机练习的教学方式，采用上机与授课同步进行，采用工程实例驱动、互动教学方式实现课堂理论教学与实践教学的对接，利于学生根据授课进度同时熟练操作，改善课堂教学效果。同时，扩展传统教学方式，充分 利用网络教育资源，设立相关课程网页，布置实际桥梁结构的分析任务，引导学生主动学习。
（4）考核方式改革
该课程为应用型课程，建立合理的考核机制尤为重要。考核应分为三部分： 日常出勤与课堂学习情况占总成绩的30%，理论考试占30%，实桥建模上机操作占40%，其中理论考试主要考查建模原理、建模方式、荷载组合、结构验算项目等内容，建模上机操作限时进行，题目与计算参数随机抽取，避免抄袭照搬。
（5）培养学生实践与创新能力
课外组织桥梁建模比赛等培养学生的实践与创新能力，激发学习热情;加强与设计、施工单位联系，增加社会实践与参观实习机会。
四、结论
本课题根据桥梁工程专业工程软件应用课程的困境与存在问题，提出采用理论与实践一体化的教学模式，从课程设置、教学内容、教学方法、考核方式以及培养学生实践与创新能力等方面进行系列改革，将理论知识与实际桥梁结构建模分析互相融合，引导学生由被动学习转变为主动探索，以提高学生分析、解决实际问题的能力，为继续学习深造或工作打下牢固基础。该课程对于复杂桥梁结构分析、桥梁精细化分析以及桥梁创新有重要意义，对其进行教学改革、探索理论与实践一体化的教学模式十分必要，同时也是土木工程教学领域所面临的亟需解决的重要课题。
参考文献：
[1]张凤荣.浅谈当前电算化在桥梁工程中的作用[J].中国外资，2012（24）：96.
[2]罗玲.基于程序和实例化的桥梁结构电算教学实践研究[J].教育教学论坛， 2013（20）： 245-246
作者简介：
劉文硕（1985-），女， 河南商丘人，博士研究生，讲师，从事桥梁工程方向教学科研工作。
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