“桥梁软件+毕业设计”关联教学模式探究与实践

毛德均，代 艳，贾 毅，黄 云

（1.昆明学院建筑工程学院，昆明 650214；2.昆明医科大学马克思主义学院，昆明 650500；3.昆明理工大学建筑工程学院，昆明 650500；4.云南省抗震工程技术研究中心，昆明 650500；5.华东交通大学土木建筑学院，南昌 330013）

0 引言

关联是一种普遍现象，关联教学通常指将所学知识与原有知识结构和生活经历相联系，促进知识的迁移与构建，加深理解和记忆的教学方法［1］。关联教学基于教育心理学中的学习迁移和知识迁移现象，是唯物辩证法的联系观在教学活动中的体现。学习迁移指学习者将在以往通过学习或解决问题所获得的经验，用于解决之后所遇到的问题［2］。知识迁移指学习者把在一种情境中学到的知识和技能应用于新情境的能力［3］。学习迁移和知识迁移都可以让人更好地解决实际问题，一定程度上讲，关联教学利用了一种学习和知识对另一种学习和知识的影响。

关联教学内涵丰富，表现形式和关联方式多样，在表现形式上可分为正向关联和负向关联，横向关联和纵向关联，特殊关联与普遍关联［1］；在关联方式上有课程关联、知识关联、情感关联、认知关联、时间关联、行动关联和目标关联等［4］。采用关联教学可以创新教学模式，河海大学的傅中秋等［4］通过让学生查阅家乡钢桥资料进行课堂演讲情感关联钢桥课程学习，让学生课堂动手折纸伞行动关联波纹腹板知识点的学习等形式，对钢桥课程进行关联教学，使学生将教学内容与所闻所见所感联系起来，从书本中的内容联系到生活实际。军械工程学院的张岭等［5］通过优化电路分析课程教学内容，提炼该课程与其他专业的信号系统、数字电子技术等相关课程的横向关联教学知识点，对电路分析课程进行了横向关联教学。上述实践表明，关联教学可以采用不同关联模式，促进学习迁移和知识迁移，激发和调动学生的学习兴趣和积极性，加深和提高知识的理解、记忆和综合运用能力［4-5］。桥梁软件课程与毕业设计均是实践性较强的教学环节，探索关联教学在桥梁软件课程与毕业设计中的应用，对提高课程教学效果有重要价值，但目前鲜见相关研究报道。本文阐述了桥梁软件课程与毕业设计的关联性，对“桥梁软件+毕业设计”关联教学模式的课程教学规划、毕业设计选题和成绩考核方法进行了探索和实践，可为相关高校开展桥梁软件课程教学提供参考。

1 桥梁软件课程与毕业设计的关联性

1.1 桥梁软件用于毕业设计计算是知识迁移

当前，桥梁结构分析软件已成为从事桥梁工程设计、施工和科学研究的重要工具，软件应用也成为桥梁工程专业技术人员和科研工作者的必备技能［6-10］。对设置桥梁工程方向专业的高校，开设桥梁软件课程和培养熟练掌握软件应用技能的毕业生是顺应时代的要求［11-12］。目前常用的桥梁结构分析软件有ANSYS、ABAQUS、OPENSEES、SAP2000、MIDAS/CIVIL 和桥梁博士等，相关高校多选择上述软件中的一两种来对学生开展教学［13-15］。毕业设计是桥梁工程专业方向本科教育阶段最重要的综合性实践教学环节［16］，完成毕业设计少不了计算分析，但学生在其他课程中所学的计算理论，往往只能对简单截面的梁、板、柱等基本构件作简单的计算分析，而桥梁是由无数基本构件组成的结构体系，必须进行整体把握，仅凭基本计算理论加手算，学生将无法给出既满足规范要求又符合工程实际的设计方案。因此，毕业设计的计算工作一般都建议学生采用专业软件完成，这样既可避开繁琐的手算过程节约时间，为学生自学更多课外专业知识提供可能，又能让学生对桥梁有构造上的理解和整体上的把握，得出的设计方案也就更加科学合理［17］。显然，学生将在软件课程中学到的软件应用技能用于解决毕业设计的结构计算分析问题体现了知识迁移。

1.2 软件学习与完成毕业设计存在学习迁移

对于桥梁软件学习，在掌握桥梁结构离散方法和软件功能、操作方法的基础上，主要涉及软件前、后处理两个模块，在前处理模块中主要学习模型建立，包括桥梁结构的材料、尺寸、边界条件与荷载等参数的输入；后处理模块中主要学习计算结果的读取，包括反力、内力、变形、开裂等，计算结果主要为图形和数据两种形式。学生首先要学会正确输入各种结构参数来建立符合实际的分析模型，其次还要学会分析、判断软件计算结果的准确性，才能达到运用软件工具解决工程实际问题的目的。桥梁软件学习体现了结构设计原理、桥梁工程、力学、数学、有限元、英语和专业技术规范的相关知识的综合运用。桥梁工程毕业设计是对大学阶段所学知识的全面巩固和提高，需要完成的任务包括文献综述、方案比选、结构设计、施工图设计和施工组织设计等，其中结构设计是重点和难点，需要依次完成结构尺寸拟定、内力计算、配筋设计和验算4 个环节的工作，完成这些工作需要用到大量结构设计原理、桥梁工程、力学、数学等课程和专业技术规范的相关知识。显然，完成毕业设计和学习软件所需知识存在显著重叠，因此，软件课程学习与完成毕业设计也就必然存在学习迁移。

2 “桥梁软件+毕业设计”关联教学模式探索与实践

我校建筑工程学院土木工程专业本科（道路与桥梁工程方向）开设了道路桥梁软件应用课程（以下简称软件课程），本课程作为专业教育实践课开设在大四上学期，学分1.5，学时48，每学时45 min，每2～4学时为一次课，授课软件为桥梁分析软件Midas/Civil。课程教学在学院配备的专业机房内进行，机房内配备了多媒体教学设备和百余台计算机教学系统，可满足软件应用操作和相关理论的教学需求。同时，我校对2020 届土木工程专业毕业生实施了“卓越工程师”培养计划，将本届毕业生的毕业设计完成时间安排于大四上学期，与软件课程的开设时间一致，这为探索和实践“桥梁软件+毕业设计”关联教学模式提供了契机。

2.1 课程教学规划

教学规划应以促进软件课程与毕业设计的知识迁移和学习迁移为目标。软件课程教学计划与毕业设计进度计划见表1，我校软件课程教学计划与毕业设计进度计划存在时间关联，软件课程完成30 学时后，学生已具备一定的Midas/Civil软件应用能力，此时毕业设计也进行到推荐方案的结构设计验算阶段，学生即可采用Midas/Civil 软件对所设计的桥梁结构进行建模计算分析，验算桥梁在承载能力极限状态和正常使用极限状态下是否满足规范规定，这体现了软件知识迁移的及时性，可以提高计算分析效率。在时间关联背景下，软件课程学习与完成毕业设计存在的学习迁移也具有及时性，可以提高相关知识的复习、学习效率。

表1 软件课程教学计划与毕业设计进度计划

我校软件课程教学设计见表2，先后进行理论和实践两个教学模块，采用了更加灵活、多样教材形式。理论模块课时安排少，由于我校未专门开设有限元理论课程，故教学内容主要安排了有限元分析的基本原理和作用、桥梁结构模型离散原则及方法等，这有助于学生理解有限元分析原理和正确建立分析模型。实践模块课时多，教学过程中充分利用了软件帮助文件、软件应用手册和工程实例资料，采用了课堂演示观摩、跟随练习、独立练习相结合的方式，穿插了工程设计单位桥梁设计工程师的技术讲座。在课程教学过程中，任课教师还将网络学习资源介绍给了学生，拓宽了学生的知识来源渠道，学生遇到问题的解决方式主要为任课教师指导、小组讨论、网络咨询和软件开发商指导。

表2 软件课程教学设计

2.2 毕业设计选题

选题是保证毕业设计质量的首要环节，也是重要环节。一般毕业设计选题应具有较强的实践性，同时兼顾学生的专业能力和就业方向，做到难度适宜，既有基本知识的系统运用，又有综合能力的拓展提高。采用“桥梁软件+毕业设计”关联教学模式，毕业设计选题应为一座桥梁设计，最好有实际工程背景，如此则实战氛围浓，学生完成兴趣高。毕业设计的选题模式见表3，该选题模式下，学生要完成包括下部结构、上部结构和桥面系的整座桥梁设计任务，并在结构设计阶段后期采用桥梁软件对所设计的桥梁结构进行计算分析，计算分析内容作为提交的毕业设计计算说明书的组成部分。显然，此种选题模式完成难度较大，但是，做难事必有所得，对学生的锻炼效果也较好。

我校软件课程授课班级为土木工程专业（道路桥梁工程方向），该班级学生对道路及桥梁的相关专业知识均有一定学习和掌握，指导教师不同，学生的毕业设计选题也比较多样化，包括桥梁设计、道路设计和涵洞设计等，这一情况在客观上不利于本次关联教学模式的实施效果评价。

表3 毕业设计选题模式

2.3 成绩考核方法

我校软件课程最终成绩=平时成绩50% +期末成绩50%，平时成绩由考勤和课堂练习成果构成，期末成绩考核采用提交期末综合成果形式。针对我校授课班级学生毕业设计选题多样化这一情况，软件课程期末成绩考核采取的具体方式为：对于桥梁设计选择题者，采用Midas/Civil软件对所设计的桥梁进行建模分析和验算；对于其他选题者，由任课教师给定桥梁设计图纸，学生采用Midas/Civil 软件进行建模分析；课程结束后提交的综合成果包括软件分析模型和计算书，计算书内容包括设计概况、模型建立过程和计算结果分析，课程期末成绩=软件分析模型成绩50% +计算书成绩50%。对于桥梁设计选题者，由于软件课程提交的计算书是毕业设计计算说明书的组成部分，故软件课程学习和完成毕业设计存在目标关联性，学生完成毕业设计的强烈动机可以促进软件课程学习。

此外，理论上还可将软件课程期末成绩纳入毕业设计成绩的考核范畴，可采用以下两种操作方式：一是将软件课程期末成绩作为参考，对毕业设计成果进行打分，此种操作较为简便；二是给予软件课程期末成绩一定权重，直接将其作为毕业设计成绩的组成部分，显然，此种操作较为复杂，且具体计算公式需经过充分论证。总之，这种教学模式可以建立开放式、多元化的考核方式，既关注教学结果，又注重教学过程中学生的学习表现，重视考查学生专业技术知识综合运用能力的提升情况［18］。

2.4 实施效果

根据学生课堂表现和课后反馈，采用“桥梁软件+毕业设计”关联教学模式取得了以下成效：

（1）调动了学生软件课程学习积极性。学生到课率较高，很少出现缺课、迟到、早退现象，课堂上听讲认真，师生互动较多，氛围良好。

（2）提高了专业知识的学习效率和综合运用能力。在软件课程学习和完成毕业设计过程中，所需重叠专业知识在复习、学习后得到了及时重复运用，强化了相关知识的理解、记忆和运用。

（3）保证了毕业设计完成质量。在授课学生中，对于桥梁设计选题者，其在采用Midas/Civil 软件完成毕业设计的结构计算过程中，遇到的软件和毕业设计相关专业技术问题得到了软件课程任课教师的及时指导，这在一定程度上形成了毕业设计的“双导师”指导模式，从而保证了毕业设计完成质量。对于其他选题者，通过软件课程掌握的Midas/Civil 软件应用技能虽然未能及时在其毕业设计中得到应用，但对其就业和考研深造无疑有重要帮助。

3 结语

对桥梁软件课程采用“桥梁软件+毕业设计”关联教学模式理论可行，实践可操作性强。采用该模式，软件课程教学与毕业设计完成应有时间交叉；毕业设计选题应为一座桥梁设计；软件课程期末考核提交的计算书应作为毕业设计提交的计算说明书组成部分。实践表明，该模式调动了学生软件课程学习积极性，提高了专业知识的学习效率和运用能力，保证了毕业设计完成质量。该模式的课程教学规划、毕业设计选题和成绩考核方法具体实施形式可以多样，这种模式也可应用于土木工程专业其他方向的软件课程教学。