“新工科”背景下土木工程专业课程教学探析——以桥梁工程为例

叶元芬 （厦门大学嘉庚学院土木工程学院，福建 漳州 363105）

“新工科”自2016年提出后，先后奏响了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”。至此，“新工科”建设正式进入实质性推进阶段。土木工程作为传统行业也面临着标准化、工厂化、机械化、信息化等新型化工业变革；海绵城市、地下管廊等新兴产业挑战以及“一带一路”背景下的国际市场新机遇。因此，培养符合“新工科”发展需求的具有创新性、动态适应能力及“大工程观”的高素质土木工程人才也成为学科建设迫在眉睫的任务。为此，本校已在广泛调研市场需求的前提下，将人才培养方案进行科学调整，但将“新工科”人才培养方案落实到位仍在进行。在2020年3月颁布的《第二批新工科研究与实践项目指南》中提到要进一步完善新工科建设的理论体系和实施路径。即进一步抓政策落地，确保在教学各环节全过程践行“学生中心、产出导向、持续改进”的质量理念。“新工科”人才培养不是一个教师的单打独斗，是整个学科体系的联合机动。但落实到具体教学过程中，针对每门专业核心课程建设应如何操作，本文将以桥梁工程课程为例进行探讨。

桥梁工程是土木工程道路与桥梁工程方向的专业主干课。但在实际教学工作中存在以下问题：①课时少，内容多；②各知识点整体联系不足，相互孤立；③学生被动听讲，课堂教学枯燥；④实践教学不足，且学生尚未接触实际工程，知识带入感差；⑤学生前沿知识接触不多，缺乏与时俱进；⑥部分学生责任意识较弱；⑦专业割裂，学科交叉融合能力较弱。其中，问题①、②、③直接导致学生理论知识不扎实、学习能力弱，无法实现创新及动态适应能力培养。问题④、⑤将导致所学与所用脱节，未实现产出导向，无法很好地服务社会。问题⑥、⑦将导致综合能力缺乏，无法实现“大工程观”人才培养。为此，提出以下教改措施。

1 剔除落后知识，与时俱进

随着科学技术的进步和发展，桥梁工程的理论研究不断深入，施工方法和施工工艺不断更新提升。在教学内容安排时，需将经典理论及重要知识进行升华，而一些不适宜的内容可以剔除或者弱化，从而实现与时俱进，持续创新。比如：在梁式桥介绍时，考虑到实际工程中悬臂梁桥因挂梁牛腿处或铰处施工复杂及受力不合理已慢慢退出历史舞台，该部分内容可简要介绍说明结构特点即可。在桥面铺装中，目前主要以沥青混凝土及水泥混凝土桥面为主，沥青泥结碎石等桥面铺装类型由于行车安全性和舒适性的考虑也慢慢退出历史舞台，可剔除该部分内容；在伸缩缝部分关于桥面简易连续介绍时，因接缝位置很容易出现开裂等实际问题，慢慢也不再使用该处理方法，也只需简要介绍其特点即可。教学过程的推陈出新，有利于学生感受时代律动，主动与时俱进，提高创新能力及自我动态适应能力。

2 精心设计，以实际工程为导向

学生学习过程中往往容易将桥梁工程课程内各相关知识点割裂及无法建立桥梁工程与前续课程的联系。为此，倡导进行以实际工程为导向的综合能力训练。如关于桥梁概述部分的内容，可以通过研读一张《桥型一般布置图》（如图1所示）即可实现。在该图中，会涉及桥梁的基本组成（桥跨结构、支座、桥墩、桥台、基础及其他附属设施，如桥面铺装、栏杆等），桥梁设计的内容：平面设计（平面图展示的内容）、纵断面设计（立面图展示的内容）、横断面设计（剖面图展示的内容），桥梁设计荷载等级（公路—I级，公路—II级及相关取值，如何加载），抗震设防要求等。除实际工程施工图纸外，还可辅以实际工程照片、视频，并带领学生实地参观考察，更能让学生深刻理解相关知识。

图1 桥型一般布置图

通过实际工程为导向不仅可以串联桥梁工程内部知识点，还可以帮助建立桥梁工程与前序课程间的联系，将边缘交叉内容进一步联合。如：引入《桥位平面图》（如图2所示），让学生将道路勘测设计中的路线设计相关内容与桥梁平面设计相结合，继而在《桥型一般布置图》中完成桥梁关键信息表（里程桩号、高程及平竖曲线设计等）（如图1左下角所示）。引入《地质纵断面图》（如图3所示），让学生将工程地质中关于工程

图2 桥位平面图

图3 地质纵断面图

地质报告的内容与桥梁设计中关于桥位选取及下部基础计算中所需工程力学性质指标相结合。引入《下部结构一般构造图》，将墩台基础关于基础的各项特点及力学计算方法与桥梁的墩台构造及计算相结合，继而结合上部结构计算结果、工程地质资料及墩台构造等实现对基础的验算。将混凝土结构设计原理中关于预应力结构/普通钢筋混凝土结构设计的要点与桥梁的几何构造相结合，确定上部结构的配筋情况，完成《上部结构预应力钢束布置图/普通钢筋布置图》。

以实际工程为导向，才能更好地理论联系实际，认清目前实际工程存在的问题，并提出解决方案，进一步提高创新能力及动态适应能力。

3 以学生为中心，引入“翻转”理念

产出为导向在土木工程人才培养中即以实际工程为导向。该教学理念无疑是实现学科内各专业主干课及课程内部各知识点有效联系的先进教学理念。实际工程项目的建设过程包括前期可行性研究阶段、初期设计阶段、后期施工及运营管理阶段等。不同阶段工作重点重心不尽相同。但就目前而言，这些工作均需依托实际工程图纸进行开展。“实际工程图纸”是土木工程工作者的表达载体。因此，在教学过程中，除可直接带领学生参观已建或在建桥梁工程项目、项目照片及相关视频外，最易实现全面认识、分析项目信息的莫过于工程施工图纸。当然，因一个完整工程项目的图纸非常繁多，学生在识图过程中仍有较多困难。为此，提出以下几点解决方法。

3.1 抓重点，找经典案例

一个完整的公路项目中有众多的子项目。一套完整的工程设计施工图纸往往包括总体设计、路线、路基路面、桥梁涵洞、隧道、路线交叉、交通工程及沿线设施、环境保护与景观设计、其他工程、筑路材料、施工组织计划、设计预算及工程地勘资料等内容，通常有数千页A3图纸。如果全部翻阅，一是时间不允许；二是容易引起困顿，继而影响指导效果。为确保学生愿意看，且看了有效果，一定要精选工程项目。最终教研室选取了《丽水市生态产业集聚区水阁至腊口公路工程两阶段施工图设计》图纸，该项目囊括的子项目内容丰富，且案例典型、有代表性。考虑到目前中小跨径桥梁仍较多采用简支——连续预应力混凝土T梁桥设计，因此桥梁工程课程授课时，选用该项目中包含胡洋大桥的路线设计图纸、胡洋大桥设计图纸及通用图（包括上部结构标准通用图及各类桥梁附属设施相关图纸，图纸数量60页A3）进行教学。其他图纸作为课后选读内容分享给学习意愿更强、自我要求更高的学生继续深入学习。

3.2 求自主，引入“翻转”理念

“翻转”课堂蕴藏着课堂互动、交往、合作与探究的理念。目前，土木工程专业课程因理论知识难度较大，学时较紧等原因，除部分院校的计算机绘图及实验类课程采用“翻转”课堂外，基本采用老师讲基本理论知识要点，课后完成作业的方式进行，与传统教育方式并无实质性变化，学生实践能力并无得到强化训练。但土木工程和所有的工科一样，实践性强，对学生实践应用能力要求高。人才培养现状和需求的矛盾日益凸显。所以本次桥梁工程的教学改革倡导引入“翻转”理念，进一步提高学生的主动参与程度，继而达到训练学生实践能力和创新能力的目的。主要执行方式为：首先，选择部分适合“翻转”的教学内容。在课前，进行实际工程相关内容接触：图纸识图或各类超级工程视频等（注意此处需要老师布置提出部分问题，让学生带着问题学习，效果更佳），并鼓励学生自行提出问题；课堂上，同学们进行分享，老师对要点进行总结，对难点进一步深入解读并引导学生举一反三，让学生真正读懂实际工程设计图纸或视频资料及隐藏的相关理论知识信息；课后，针对目前实际工程项目存在的问题，要求学生提出改进方案，进一步激发学生主动发现问题，解决实际问题的能力。

其中，“翻转”教学内容选择时有三点需要注意：①尽量难度适宜，让学生参与度更高，更好实现“学生为中心”。②需与实际工程联系紧密，更好实现“产出导向”。③需有一定的交叉性。可以是桥梁工程与道路勘测设计、路基路面工程、墩台基础等的学科内交叉，也可以是桥梁工程与美学、机械、电子等学科间的交叉。进而，进一步促进“大工程观”人才的培养。通过“翻转”，进一步提高学生学习能力，提高其动态适应能力、创新意识及实践能力。具体的翻转知识点以第一篇总论为例，如表1所示。

《桥梁工程》教材内容与实际工程案例对应关系 表1

4 多管齐下，促“大工程观”人才培养

4.1 大综合训练找不足，勤总结

通过引入“翻转”理念，以实际工程为导向，做到了化整为零各个击破，让学生将相关知识点牢牢掌握。但效果到底如何，还需进一步验证。因此，在课程的后续，要求学生完成一座桥梁的综合设计，通过化零为整让学生形成一项完整的桥梁工程，并在实践中进一步提高实践能力和创新能力，培养“大工程观”。从2017级道路桥梁工程方向的学生提交成果看，部分同学对边缘交叉性内容的掌握还不到位，对上部结构掌握较好，但下部计算相对偏弱，还需进一步加强，也为后续的教学工作指明了方向。

4.2 多学科联动，促“大工程观”人才培养

为了培养高素质综合性人才，我校人才培养方案中已安排大量通识类课程（21学分通识必修课+12学分通识选修课）以及大量技能类课程（22学分技能必修课+8学分技能选修课），让学生能对感兴趣的学科进一步深入学习。此外，在大一新生人才培养方案解读时，就将今后专业学习可能涉及的交叉边缘学科和同学们分享，如与桥梁方案选定相关的美学和环境科学、与桥梁制造和健康监控相关的计算机、机械、电子等。鼓励学生将个人兴趣与所学专业有机结合，进一步促进多学科融合，继而实现“大工程观”人才培养。

5 结语

为主动应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，服务国家战略和区域发展需求，推动新工科建设再深化、再拓展、再突破、再出发，务必要践行“学生中心、产出导向、持续改进”。为了进一步培养符合“新工科”发展需求的具有创新性、动态适应能力及“大工程观”的高素质土木工程人才，本文以桥梁工程为例，在以下几个方面提出要求：

①剔除落后知识，与时俱进，培养学生动态适应能力；

②精心进行教学设计，以实际工程为导向，实现产教融合；

③以学生为中心，引入“翻转”理念，进一步培养学生学习能力，并提高其动态适应能力；

④多管齐下，不仅注重学科内课程间交叉，还加强学科间融合，促进“大工程观”人才培养。