建构主义理论在桥梁工程课程教学中的应用

顾箭峰 黄民水 卢海林 刘章军

（武汉工程大学土木工程与建筑学院 湖北·武汉 430073）

桥梁工程是一门研究桥梁构造、结构设计基本理论和施工方法的课程，在我国高校土木工程专业道桥方向学生培养中具有举足轻重的地位。首先，桥梁工程是道桥工程方向最重要的专业核心课程，是连接三大力学及“结构设计原理”等专业基础课程与“桥梁抗震”及“桥梁结构电算”等专业课程的桥梁。同时，在实际生产中，桥梁工程涉及规划、勘探、设计、施工、制造、监测及养护等各环节，为工程师分析和解决实际问题提供理论基础和经验指导。桥梁工程理论与实践并重的特点，使其教学质量将直接影响到学生专业素质和人才质量的培养。然而，目前我国高校桥梁工程课程教学普遍呈重理论轻实践、重指导轻启发、重知识传授轻能力培养的现状，使得道桥方向高校毕业生在职业初期难以应用已有知识有效分析和解决实际工程问题。为此，本文将建构主义理论融入桥梁工程课程教学中，优化教学方式、实践教学环节及考核机制，以培养工程应用能力强的复合型高级工程技术人才。

1 建构主义理论

建构主义（Constructivism）又称结构主义，自上世纪80年由著名认知发展心理学家皮亚杰提出后，经布鲁纳、维果斯基等人的不断推进及发展，现已成为一种全球教学领域公认的理论。建构理论基于认知学习理论，提出了“情景”、“会话”、“协作”和“意义建构”四大要素，认为学习过程非学习者被动地接受知识，而是基于学习者的信息加工活动主动建构起对客体的认识。建构理论以学习者为中心，以学习者内部的意义建构为学习过程的最核心环节，强调学习者的主动性和主体性价值，以学习者实现所学知识意义建构为最终目的。随着经济技术的迅猛发展，引发了教育教学的重大变革，传统教学的接收观饱受质疑，使得注重发挥学习者主观能动性和创造性的建构主义逐渐受到全球教育届的青睐。

与传统教学模式相比，建构主义教学模式特征如下：（1）师生地位改变，传统教学以教师为中心，而建构主义已学生为主体，教师为主导；学生由知识的灌输对象、被动接受者转变为信息加工的主体和知识意义的主动建构者，教师由传统教学中知识的传播者、运输者转变为学习者主动建构知识的组织者、指导者、帮助者及促进者。（2）教学方式改变，传统教学普遍纯理论化，以教师为课堂中心，呈师生间缺乏信息交流的教育堆积状态；而建构主义注重基于现实世界知识的学习者内心知识意义的建构，注重学生兴趣的激发和学习主题情景的创造。（3）教学观改变，传统教学常采用强制性的指导教学和权威式教学，忽视学生的主观能动性；而建构主义基于人类认知规律，以学生已有知识经验为基础，通过师生互动和交流来促进学生自身知识的发展。（4）学习观的改变，传统教学中学生是知识的被动接受体，常呈低效的机械式信息记录；而建构主义强调以问题为中心、合作学习的学习观，鼓励学生独立思考和首创精神，提倡个性化知识结构的建立。（5）教学目标改变，传统教学注重记忆等低层次的思维技能，学生常形成脱离死记硬背、全盘照搬的习惯；而建构主义教学重视逻辑思维和理解能力的综合发展，利用情境式学习培养学生个体化的全面全新的知识体系的主动构建，以实现学生的全面发展。

2 桥梁工程课程教学中存在的主要问题

桥梁工程是高校土木工程专业道桥方向专业主干课程，并集理论性和实践性于一体。旨在通过桥梁基本概念及发展动态、多种桥型基本构造、力学特点及计算方法的讲授，培养学生综合运用力学知识和专业知识解决桥梁工程在勘测、设计、施工、监测及养护等工作过程中的技术问题的能力。该课程的教学效果对道桥工程方向毕业生的专业素质和能力培养至关重要。然而，该课程知识点琐碎、内容繁杂、结构体系复杂多变，规范条文繁多、力学计算复杂、实践性强，使得桥梁工程教学效果偏差，学院该门课程挂科率长期偏高。

桥梁工程课程内容多，学习难度大，且课时相对不足，使得学生兴趣和积极性不足，尤其力学和结构设计原理等专业基础知识掌握不扎实的学生。并且，主要采用传统的课堂理论教学方式，而实践教学环节偏少，常安排在理论教学滞后，且学时较短，使得理论教学与实践运用相脱节，学生难以将理论知识与工程实践紧密结合起来。

桥梁工程课程涉及设计与施工规范条文较多，且规范条文随着工程技术的发展持续更新。然而，目前桥梁工程材料的革新速度普遍滞后于规范更新速度，难以跟上桥梁工程技术发展的进程，且教材内容常重设计轻施工、重结构计算轻构造要求、重权威式指导缺轻启发，使得学生面对新的技术难题难以开拓创新。

桥梁工程课程教学大多采用教学模式，教学形式单一，忽视学生在教学过程中的主体作用，且教材、课件和教案等传统教学资源难以及时反映桥梁工程技术最新发展成果，更与现今信息化的大数据时代特征不匹配，导致学生积极性不高。另一方面，课程考核方式缺乏激励性，常采用学习过程考核与期末考试成绩相结合的考核方式，平时成绩由出勤率及课后作业完成质量加权平均而得，占总成绩的30%，期末考试成绩常取以检查学生对书本理论知识掌握程度的单一闭卷考试分数，占总成绩的70%。这些都导致学生一味靠记忆掌握书本理论知识，而忽视个人实践能力和创新能力的培养。

目前，桥梁工程课程教学普遍存在重理论轻实践、重指导轻启发、重知识传授轻能力培养的问题，导致道桥工程方向毕业生普遍工程应用能力不足，难以很好地进行知识迁移来解决实际问题，无法适应当今桥梁届的发展趋势。为满足行业对于复合型人才的需求，促进我国桥梁工程的发展，将提倡以学生为主体的建构主义理论融入桥梁工程课程教学势在必行。

3 建构主义理念在桥梁工程课程教学中的应用

3.1 基于建构主义理论的教学模式优化

桥梁工程课程传统教学模式以教师为中心，单纯强调知识传授，不仅所教内容与教材一致，并且理论知识与实践及当前桥梁工程发展趋势相脱节，导致学生主观能动性和创新思维被限制，求知欲普遍不足，甚至出现部分同学课堂上手机玩游戏、聊天、看视频直播等现象。为此，尊重学生的教学主体性，将建构主义和桥梁工程教学相结合，采取线上与线下混合式教学模式。根据桥梁工程教学内容及其相匹配的教学/学习资源，笔者采用了多媒体、板书和移动学习协同一体的教学/学习媒体。以混凝土简支梁桥计算章节为例，将荷载横向分布计算等理论性强知识内容及其专题研讨采用多媒体与板书相结合的课堂教学讲授，而将规范条文相关、基本背景、专业名词及实践性强的知识内容采用慕课（MOOC）、微课等线上教学，如：桥面板计算模型、挠度及预拱度计算等。同时，利用移动设备实现学习过程中师生的实时深度互动，以提高学生的认知水平。为此，武汉工程大学土木工程专业道桥方向桥梁工程课程教学由以前的72课堂学时转变为56课堂学时与16线上学时相结合的模式，并精心设计与制作了多个微课与动画等颗粒式资源，利用桥梁方向师生微信群和QQ群互动促进扩展性学习。

教学方法上，摒弃传统的“填鸭式”教学方式，充分利用线上线下混合式教学突破时空限制的优势，采用支架式、抛锚式、启发式及讨论式教学，实现“讲、做、讨论”的有机结合。并且，将规范条文、实际工程照片、图纸、视频、动画及软件等植入教学中，以增加实际工程内容和发展动态。例如：在简支梁挠度和预拱度计算学习中抛出桥梁结构反拱度问题，利用2019年无锡锡港路高架桥倒塌事件创设汽车荷载标准及桥梁结构病害知识的教学情境。教师多以引导者和引路人的身份提出问题，以合作者的身份参与学生对知识意义建构的全过程，而学生成为解决问题、学习知识的主体，并鼓励学生合作学习和小组学习。结合“课堂讲解—线上扩展—课后测试”、“课前预习—课堂讨论—课后总结”的授课模式，精准掌握学生的学习效果，并通过讨论和总结的过程对学生构建的知识进行纠错和巩固。

3.2 基于建构主义理论的实践教学环节优化

鉴于桥梁工程课程理论性和实践性并重的要求，且工程应用能力是毕业生职业生涯的核心竞争力，基于建构主义理论，武汉工程大学道桥教研室对桥梁工程课程实践教学环节进行了优化，途径如下：

根据理论教学进度合理安排实践教学环节时间，将认知实习时间由大二暑假调整为紧跟桥梁概论章节教学开展，将桥梁工程课程设计由桥梁工程课程教学结束后2周内调整为梁式桥构造与设计章节教学结束后至整个课程教学结束。让理论知识得到直观展示给学生，并通过课程设计中实际问题的解决带动理论知识的内化，实现学生自身知识的建构。

提倡学生参与科技活动，学院每年的五月和十月举办“学术周”科技活动，邀请校外生产部门专家以讲座形式介绍行业发展新技术及新动态，学生可根据个人兴趣和知识背景选择性参加。并且，鼓励和组织学生参加校外行业科技活动，如中国国际桥梁科技论坛暨中国国际桥梁产业博览会等，保证学生能及时接触到最新的知识和技术，激发学生的积极性和求知欲。

保障各类赛事，积极组织学生参加世界大学生桥梁设计大赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、结构力学竞赛、结构设计大赛等竞赛，以赛促学，以赛促教，开发利用Midas等软件的电算能力，用赛事成果检验和提升桥梁结构课程教学的质量。

3.3 基于建构主义理论的课程考核机制优化

基于建构主义理论的课程考核机制更加注重理论知识的实践应用，不仅考查基础知识点的掌握和理解，而且多方位、多角度考核学生工程应用能力。为杜绝学生仅掌握课本内容，仅为考试而突击强化记忆学习，课程考核中期末考核与过程考核占最终考核结果比重分别为40%和60%。（1）期末考核，期末考核试卷中有70%以上的题型均是以实例应用题，学生在解题过程中自主选择应用原理及计算方法，而非传统的概念叙述、计算方法与流程应用题。（2）过程考核中，平时作业成绩和参与课堂讨论所占比重较大，分别为50%和30%，而课堂考勤仅占20%。其中，平时作业和课堂讨论多以小组形式分配完成，然后结合教师考评结果和小组成员互评结果得到学生得分。平时作业和课堂讨论非传统的课本上课后参考题和课堂知识点提问形式，而呈开放性和发散性，如：桥梁概论课后作业为以小论文的形式任选武汉室内一座跨江大桥进行介绍，在梁桥构造与设计课堂中讨论梁桥提升跨越能力的有效途径等。

4 结语

建构主义理论坚持以学生为中心，倡导主观能动性。将其融入桥梁工程课程教学中，对教学方式、实践教学环节及考核机制进行优化，以改变传统教学重理论轻实践、重指导轻启发、重知识传授轻能力培养的现状。尊重学生的教学主体性，将大数据时代的信息技术引入桥梁工程教学中，形成线上线下混合式教学方式，借助多种建构主义教学方法，充分挖掘学生的实践能力和学习兴趣。与时俱进的实践环节的引入，为学生架设接触新技术和新动态的桥梁，激发学生的创造力。注学生能力和素质培养的考核机制制定，有效推动学生独立探索和协作学习的热情。基于建构主义理论的桥梁工程教学模式形成，不仅可有效提高桥梁工程课程的教学质量，而且利于培养工程应用能力强的复合型高级工程技术人才，促进我国桥梁行业的发展。