基于典型工程案例的工程索道类课程实践影音教学系统——以桥梁结构缆索吊装为例

巫志龙，周成军，周新年★，吴能森，沈嵘枫，冯辉荣

（福建农林大学交通与土木工程学院，福州350002）

工程案例是对一个实际工程情境中疑难问题和解决方法的描述[1]。工程案例来源于科研和社会实践，高等工程教育的教学内容融入典型案例有利于丰富教学资源和提升教学质量。教师通过科研和社会服务实践转变教育教学理念，制定更合理的教学计划。教师以科研作为坚强后盾，科研能够紧跟本学科领域的发展潮流，通过广泛接触和深入研究才能对教学内容提出新的见解。教师提炼科研和工程实践素材，不断吸收最新科研成果和实际工程，将其作为典型案例，充实教学内容，转变教学方式，形成教学与科研互促共进的良性循环，是提高高校教育教学质量的重要途径[2-3]。

影音媒体是营造案例教学情境最有效的手段之一。工科专业课程教学注重理论联系实际，因此需紧密结合实际才能更好地对工程案例进行剖析。以往在进行案例教学时采用的媒体手段主要是语言描述（教师宣讲）和文本记录（学生阅读），都存在“间接性”的缺陷，学生难以重构案例情境，缺乏身临其境的真情实感，以及视觉和听觉上的震荡与冲击。如今，随着教学领域引入计算机技术，工程案例与影音媒体深度融合，充分拓展时间和空间上的教学效果，生动形象、节奏快和信息量大，使得工程案例影音教学独具特色[4-5]。

1 工程索道类课程概况

近年来，福建农林大学（下称“我校”）工程索道类课程围绕课程建设与拓宽应用领域进行了一系列改革和实践，取得了显著成效。2010年获国家级本科精品课程[2]，2013年获国家级精品资源共享上线课程[3]，2017年获福建省高校精品在线开放课程，2017年“以创新能力培养为核心的工程索道类课程教学综合改革与实践”获福建省高等教育教学成果特等奖。早在1986年，工程索道实验室就被福建省人民政府授予福建省高校先进实验室。2008年新建室内工程索道特色实验室，先进性和新颖性强，实践教学特色突出，集中体现在拥有16种型式的索道绞盘机和9种型式的跑车，其中9种（台）为全国仅有；拥有具有自主知识产权研制的第3代YP1-A遥控索道，它包括最新研制的YP1-A遥控跑车和具有一轴双卷筒独特新颖结构的JSD3-2绞盘机；在同一塔架上同时设计了1条实验教学双跨YP1-A遥控索道和2条相向滑行的座椅式实验教学滑索[6]，实现了索道虚拟仿真[7]，2016年6月22日，福建省科学技术厅发文批准依托我校组建福建省工程索道工程技术研究中心（闽科计[2016]46号）。工程索道类课程是一门实践性极强的专业核心课或专业选修课，突出了农林院校工科专业的办学特色，培养服务新农村和广大林区的建设与发展的专业性人才，掌握生态优先的轻型索道集材作业技术、旅游景区客运索道和山区桥梁结构缆索吊装先进技术等[6]。我校森林工程等6个专业，以及全校公选课均开设了工程索道类课程[2-3,6]，见表1。

表1 本科专业开设“工程索道”类课程简况

缆索吊装是用专门架设的施工索道来吊装较大载重构件的架空索道，属悬索范畴。大跨径桥梁结构施工中常遇到大载重预制构件的吊装和悬拼，因受到地形条件、施工现场要求高、无法保证施工工期等因素的影响，常规方法难以施工。缆索吊装是一种较新颖的桥梁结构施工方法，能应用于各种桥型，尤其是在大跨径桥梁结构施工中，可满足桥梁预制构件吊装悬拼精度的要求，促进施工进度、减轻劳动强度，具有高效、经济、节能、地形适应性强、爬坡能力大等优点，可直接跨越峡谷、河流等天然障碍。我校国家级精品课程和国家精品资源共享课工程索道教学与科研团队，坚持发挥自身优势和特色，极大拓展在传统上应用于木材采运的林业架空索道的应用领域，在大跨径桥梁结构施工中闯出一条新路，2010-2014年开展了福建省高校产学重大项目“桥梁结构缆索吊装施工理论及成套技术的研究与开发”，成功实施了寿宁坪坑大桥拱肋节段的缆索吊装施工，为湖南矮寨特大悬索桥钢桁梁轨索滑移运梁架设施工、福州市螺洲大桥钢箱梁锚孔偏位和散索鞍调整，以及福州市淮安大桥建设等提供技术咨询与社会服务，给予了技术支持，产生了良好的经济和社会效益，具有重要的理论和工程实用价值[3]。这些最新科研成果和工程典型案例，为桥梁结构缆索吊装施工实践教学影音系统的构建提供了丰富的影音素材。

2 教学影音系统研制

高等教育创新人才培养模式，提高人才培养质量，要落实“以学生为中心”的理念，为学生提供优质课程资源，其中最重要的措施之一就是正确处理教学与科研之间的关系，使科研与教学互促共进。教学改革的重要内容就是创新教学内容、教学方法和方式。教学内容的创新最主要的来源是自身的科研项目。教学方式方法不能一直停留在教师讲学生听的层面上，需运用现代多媒体技术，将影音案例纳入到教学中来，营造真实生动的工程情境，加强互动讨论，提高学生辨析案例能力，提升知识转化效率。依托工程索道教学、科研团队自身最新科研成果以及实际工程项目，在创新教学内容、更新教学方法和手段的思想指导下，以实际工程“拱桥缆索吊装施工装备与工艺”为主，兼顾悬索桥缆索吊装施工，以及缆索吊装的其他应用领域，运用影音媒体这一现代教学手段，构建一套桥梁结构缆索吊装施工教学影音系统，服务于教学，有效提高教学效果、激发学生学习兴趣，开拓学生专业视野。

缆索吊装施工工艺方法的空间概念复杂，施工过程难以用语言表达清楚。桥梁结构缆索吊装施工教学影音系统以缆索吊装施工全过程为“一条主线”，突出技术装备和施工工艺的“两个关键点”，结合多座桥梁、多种类型桥梁结构缆索吊装施工的典型案例，真实记录缆索吊装施工关键技术和施工全过程，先分模块后整体，全面展示缆索吊装施工技术装备和施工工艺的最新科研成果与技术。以山区拱桥缆索吊装施工为例，根据施工工艺，施工过程分模块拍摄和制作影音案例，包括工程项目概况及其施工方案比选、缆索吊装系统的安装和试吊、缆索吊装跑车和卷扬机等技术装备、施工工艺、缆索吊装施工全过程，以及线形定位、施工监控等。根据该施工方法的特点，编写简洁的专业语言解说词将施工技术与方法的关键点解释透彻。

3 教学影音系统应用

工程索道类课程理论基础深，涉及高等数学、力学和机械等相关学科，知识点多，悬索理论、索系布置和装备结构认知等都很抽象，理解难度大[8]。在课堂短时间内依靠教师对缆索吊装施工内容的“满堂灌”理论教学，缺乏先进的教学手段，学生实践思想认识薄弱；工程实践教学条件不足，无法确保让更多的同学对缆索吊装施工装备和工艺、关键技术要点的理解和掌握。为此，教师采用案例影音教学，及时将最新科研成果与工程典型案例转化为影音教学资源融入课程实践教学，真实记录缆索吊装施工装备与工艺全过程，配以恰当的解说，使学生感觉致身于真实的施工现场情景之中；对缆索吊装施工关键技术进行特写拍摄，在影音案例中可对施工的重点和难点知识点击暂停；教师引导学生互动交流讨论，解决工程实际问题，再由教师剖析、答疑、点评和总结，对细节知识点和关键技术还可以重播以加深理解等；学生观看案例影音后，小组协作分工，归纳总结缆索吊装施工工艺流程，以及缆索系统安装、缆索吊装施工监控等关键技术要点，撰写书面报告。互动讨论和总结的考评成绩作为工程索道课程实践全过程考核成绩的一部分。此外，所研制的桥梁结构缆索吊装施工实践教学影音系统，还通过中国索道科学网创建的工程索道国家精品课程网站、教育部“爱课程”社区、工程索道国家精品资源共享课，以及工程索道微信公众号等网络资源共享平台，实现优质影音教学资源全面共享。

4 教学影音系统成效

4.1 有利于转变传统教学理念

高校工科专业课的传统教学方式是以教师和教材为媒介，进行灌输式教学，注重学生对知识的学习和传承，忽视对学生主观能动性的激发，往往导致理论与实践脱节[9-10]。工科学生应具备工程实践性、团队协作性和思维创新性，改变传统教学模式，使工科教育真正“回归工程”迫在眉睫[11]。将桥梁结构缆索吊装施工影音媒体引入实践教学，营造形象生动的工程情境，以学生为主体，以教师为引导，学生主动参与互动交流和讨论，自主运用理论知识，解决工程实际问题，锻炼创新思维和表达能力。这种案例影音教学法已不再是单向的知识传授，而是双向互动，有利于促进传统教学理念的转变。

4.2 有利于提高学生综合能力

案例影音教学是在特定的情景中，引导学生综合运用理论知识分析和解决实际问题，培养学生参与意识、协作意识和团队精神，提升学生的表达能力，提高其自信心。工程索道是工程实践性很强的课程，需要在实践中提高综合分析和运用能力。桥梁结构缆索吊装施工影音教学系统，应用于工程索道课程实践教学，年受益学生达到千余人。该课程作为森林工程专业核心课程，还设置了为期2周的课程实践教学环节（课程实验、课程实习和课程设计），使学生加深理解和掌握相关理论和技术，为今后学生从事工程索道的科研、设计、架设和管理打下坚实的基础[2-3]。对于工程索道类课程作为专业选修课的专业，由于受学时限制未设置实训环节，案例影音教学更能使学生形象、生动和直观地从理论到实践全面掌握缆索吊装的各方面知识与技能。案例影音教学法彻底颠覆了专业课上学生被动学习的现状，学生置身于实际案例的工程情境中，进行互动讨论的研究性学习，学生有看得见、摸得着的感觉，课堂积极主动性显著提高，互动讨论气氛更加活跃；避免了理论脱离实际，强化学生对知识的理解和掌握，灵活运用理论知识，分析实际工程案例，培养了学生的工程应用能力、创新思维能力，以及面对实际情况的分析应变能力；案例影音互动讨论后，要求学生用自己的语言完成交流讨论总结报告，既突出重点和要点，又简明扼要，加深了学生对知识的理解，锻炼了学生归纳总结能力。

5 结束语

影音媒体运用是案例教学的重要组成部分。随着数字技术的发展和影音制作手段的完善，越来越多的科研成果和工程实践等既可被实时地记录下来，也能够依靠强大的计算机虚拟功能再现出来，这些都为案例教学提供了丰富的信息资源。影音媒体因其真实生动的情境营造能力受到越来越多教师的重视，也为提高学生辨析案例能力，促进知识转化效率，提供了强有力的信息环境支持[13]。当然，影音媒体也有其局限性，应与其他教学手段相结合，一方面以学生为主体，发挥教师的主导作用，采用播讲结合的方式，鼓励学生积极思考，增强课堂中的师生互动[14-15]，另一方面发挥学生的主体作用，要求学生查阅文献资料，参与设备认知实践和课程实习，增强学生动手能力，加深对知识的理解。面向创新创业教育，深化工程教育改革，教师的知识结构和教材的内容必须及时更新才能与时俱进，而科研是最有效、最便捷的途径[16-17]。科研创造新知识，教学传播知识，把科研与教学有机地结合起来，将教师的最新科研成果和实际工程项目以影音多媒体方式引入课程实践，理论联系实际，展示学科发展前沿，化抽象为具体。难以用语言立体的、动态的、连续的、全面的描述缆索吊装技术装备构造和施工方法，且信息量大，能使之与原有的知识体系融会贯通，加深对理论的理解及应用，接受最新的知识和技术，极大地激发了学生的学习兴趣和主观能动性，增强了学生的理解力、想象力和创新思维。