桥梁电算课程教学研究

韩艳 李悦

摘要：针对桥梁工程方向毕业设计进度缓慢、质量不佳的实际情况，本文分析了目前桥梁电算课程的内容建设与教学中存在的一些问题，提出了一些改进对策与方法，为桥梁电算课程的教学提供参考。

关键词：桥梁电算；课程内容；教学方式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）13-0142-02

随着我国交通基础建设的飞速发展，桥梁结构形式日益多样，桥梁结构设计施工周期不断缩短，熟练运用专业软件进行桥梁电算已成为从事桥梁设计、施工、检测以及科研人员必备的能力之一。为了培养毕业生就业的核心竞争能力，在大多数的土木工程院校中都开设了桥梁电算专业课程。然而，从反馈的信息来看，大多教学效果不佳，导致在课程设计及毕业设计时进度缓慢、设计质量不高。这主要与课时连年缩减导致的学生先修课程不足以及“大众教育、严进宽出”环境下学生整体学习热情不高有关，但也对桥梁电算的课程建设提出了更高的要求，迫切需要研究适合目前形势发展的教学内容和教学模式。

一、桥梁电算课程的特点与教学现状

1.课程特点。桥梁电算课程主要讲授采用有限元方法建立桥梁结构数值分析模型的原理和计算方法，并应熟练掌握一种有限元软件的使用[1]，是一门实践性较强的专业课，需要综合运用理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、有限元分析原理、高等数学、线性代数、概率论、混凝土结构设计原理、桥梁工程、桥梁施工、地基基础等课程的相关知识，并与各种桥梁规范联系紧密。课程既属于结构设计类课程的范畴，又兼有实践教学环节的特点，具有很强的综合性。

2.课程现状。开设桥梁电算课程的目的是为了加强学生专业工程知识与计算机技术的紧密结合，以深化专业基础理论、拓展专业知识和延伸专业技能[2]，更好地服务于桥梁工程的实际。然而，由于目前国家对于桥梁电算课程尚没有统编教材，实际教学中极易出现以下两种极端情况：一种是过于强调限元分析原理、力学概念、结构分析方法、数值求解技术等理论知识学习的重要性，而忽视了实践能力的培养；另一种是过于重视实践教学而忽视了对基本力学的概念，基本专业理论的传授、理解与运用。前者由于有限元理论涉及力学、数学等多个学科的知识，基础较差的学生对理论教学觉得枯燥乏味、难懂、听不进去，继而产生厌烦、畏惧心理；基础较好的学生则感到茫然，不知道这些知识该如何运用。后者让学生专注于计算软件的使用操作，学生只会机械的使用软件，对计算流程不甚理解，对于电算的数值结果盲目信任，由于力学概念模糊，对现行桥梁规范不熟悉，不能用概念设计方法来判断电算结果的正确性，知其然不知其所以然。

二、桥梁电算的教学改革

1.课程内容改革。桥梁电算实质上是基础知识（如高等数学、线性代数、概率论等数学知识，理论力学、材料力学、结构力学、弹性力等力学知识）、专业基础知识（如结构设计原理）以及专业知识（如桥梁工程）等在有限元软件中的具体应用，起到了将理论知识应用于工程实际的桥梁作用。相应地，理论教学与实践教学应是紧密联系而非对立的教学体系[1]，两者都各有其无法替代的作用。理论教学依据完整的理论知识体系，向学生传授理论知识，培养学生的理性思维能力；而实践教学着重于学生解决实际工程问题能力的培养，是对理论教学的补充和升华，可以帮助学生加深理解和掌握核心的理论知识，引导学生从认识走向应用。由此可见，理论教学与实践教学是相互补充、彼此促进的关系，任何一方的减弱都会直接影响另一方的教学效果。理想的桥梁电算课程设置应当理论与实践并重，使学生既全面系统地掌握桥梁结构计算分析的基本理论知识，又能与工程实际相结合、学以致用。由于桥梁结构形式多样，施工方法各异，桥梁电算涉及到的内容非常多，在有限的学时内教师不可能一一讲授，因此必须优化教学内容以达到良好的教学效果。在制订教学计划、编制教学大纲时，应当坚持理论教学和与实践教学并重的理念，在教学课时分配上应基本相当。本科阶段的桥梁电算教学以掌握常用桥梁结构形式的设计、施工的电算方法、操作流程、能定性判断计算结果合理性为主。可以选择Midas/Civil软件作为桥梁电算课程的教学平台，通过有代表性的工程实例，形成桥梁结构电算分析模型，讲解桥梁结构电算的建模和计算分析流程，将理论知识穿插于桥梁建模方法和上机实践操作的教学之中来讲授。通过形象化的实例模型讲解，让学生了解软件的特点、基本功能和操作步骤，掌握采用软件计算分析时，如何进行材料特性的定义、单元类型的选取、边界条件的施加、结构计算分析的控制，并能对电算结果进行定性的合理分析判断以及依据规范进行荷载组合，进行钢筋混凝土结构或预应力混凝土结构的验算，若验算不通过，还要重新进行配筋设计甚至修改构件尺寸直至满足要求为止。通过这样的课堂教学，既可以使学生在理论学习中掌握它在结构建模中的运用，又可以使学生在实际操作中升华对理论知识的理解掌握。

2.授课方式改革。在确定了理论与实践并重的教学内容后，在课堂教学时，避免采用以教师为中心、以课堂灌输为主的传统授课方式，充分发挥教师的主导性和学生的主体性[3]，不断提高学生的实践能力和工程素质。首先，向学生阐明电算虽然能大大减轻计算的工作量，但只是辅助计算分析的工具，永远不能取代人的作用，因此可以通过简单的结构分析，比如对同一根悬臂梁，分别采用梁单元、板单元、实体单元模拟时，得到的截面应力是不同的，以此让学生明白人在电算中所起的决定性主导作用，应当重视基础理论知识和专业知识的学习与运用，应该对软件的计算原理及适用范围做深入的了解，避免盲目、过分依赖电算分析结果，要养成用自己掌握的力学知识定性判断电算结果的习惯，培养校核能力。通过理论与实践并重的教学模式，将理论知识的讲授穿插于结构建模方法和上机实践操作的教学之中，将抽象化的理论融于形象、生动的实例化学习之中，使理论知识与工程实际紧密地结合起来。通过选择结构简单、传力明确、有代表性的实际桥梁工程示例，使学生加深对专业概念的理解，增强分析、解决问题的能力，逐步建立正确、科学的建模思维方法，掌握不同桥型结构（简支梁、连续梁桥、拱桥、斜拉桥、连续刚构等）的建模思路，能够解决常规桥梁结构的设计计算及施工问题，不断提高工程实践能力和创新能力。讲解实际桥梁结构例题时，应当结合规范来讲解，结合其中涉及的力学、专业基础理论知识，加深对规范的理解，使学生不仅知其然，还知其所以然。

课堂教学中尽量增加与学生互动的环节，活跃课堂气氛，充分调动学生的积极性，让学生参与到分析问题、计算求解、发现问题、解决问题的过程中，从中体会到克服问题的快乐，进而产生强烈的求知欲望，促使学生主动学习钻研桥梁电算的基本理论和方法，学会熟练地使用软件，在实践中升华对基本理论的理解，从而更清晰、更全面地把握不同类型桥梁结构的有限元建模原则和方法。

三、结论

桥梁电算是联系桥梁基础理论知识和桥梁专业知识、技能的纽带，为了达到良好的教学效果，应当坚持理论与实践并重的教学理念，不断优化教学内容，将抽象化的理论教学尽可能转化成形象、生动的实例化教学，课堂教学中充分发挥教师的主导性和学生的主体性，使学生不仅会熟练使用软件进行结构设计、施工的全过程分析操作，而且能对电算结果进行定性地分析判断，为毕业设计及就业打下坚实的基础。

参考文献：

[1]徐略勤.桥梁结构电算课程理论与实践一体化教学模式探索[J].高等建筑教育，2015，24（1）：75-78.

[2]李永梅.《建筑結构电算》创新实践课程的教学探索[J].教育教学论坛，2013，（33）：44-45.

[3]王达，刘扬.“桥梁电算”课程建设与教学研究[J].中国电力教育，2014，310（15）：66-67.