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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

作者:未知

  【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。
论文来源:《课程教育研究》 2019年18期
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