桥梁工程课程设计“金课”建设实践

易壮鹏，曾有艺，粟淼，李学文

（长沙理工大学 土木工程学院，湖南长沙 410114）

我国高校本科教育步入了崭新的阶段，近年来，教育部印发了一系列文件，以打造适用于新时代高校教育教学改革要求的“金课”。作为一流本科课程建设的核心，“金课”的内涵可以归结为高阶性、创新性和挑战度[1-3]。土木工程是长沙理工大学“双一流”建设主干专业，我国土木工程建设已进入了一个崭新的阶段，以港珠澳大桥等为代表的重大工程更是国家形象的代表。于是，本文在高校“金课”建设背景下对桥梁工程课程设计[4-6]课程的教学创新探索和实践进行探讨，阐述以该课程为代表的土木类课程[7-9]教学创新过程中的“金课”内涵。

1 桥梁工程课程设计“金课”建设概况

1.1 “金课”建设面对的问题

（1）专业知识缺乏连贯性。运用已学知识进行设计出现了碎片化现象，本应相互联系的知识点脱节，承前启后的概念割裂，导致学生认识事物片面，综合处理问题能力得不到提升。

（2）对相关规范的内容理解不够。学生在桥梁工程课程设计阶段存在不能熟练掌握所涉规范中一些相关概念的现象，对知识不熟悉且难以灵活运用，这是在“金课”建设过程中需直面的问题之一[9-11]。

（3）不能熟练借助软件提升设计效率。计算、办公、绘图等软件运用十分广泛，可大幅提升设计的效率，但部分学生在这方面能力不足，是“金课”建设过程中需要解决的问题之一。

1.2 “金课”建设的教学目标

（1）将所学桥梁的设计、构造等知识与方案拟定、分析验算进行联系和实际应用。

（2）在工程实践中通过组织、配合，相互合作共同完成任务，具备团队意识。

（3）综合运用桥梁工程中的设计、构造等知识，培养发现问题与解决问题的能力。

1.3 “金课”建设的典型案例

典型案例1：各种类型桥梁发展的概况和总结。对近10 年来新建/在建各类桥梁（按受力体系分类：梁式桥、斜拉桥、拱桥、悬索桥）进行进一步分类总结，每3～4 位学生一组，按照该类型桥梁的跨径、材料、结构体系、施工方法等进行细化归类，概述其发展规律并预测其发展趋势。

典型案例2：装配式预应力混凝土简支T 型梁桥设计。分组完成装配式预应力混凝土简支T 型梁桥的设计，按标准跨径、桥宽、汽车荷载等级与人群荷载选择不同的参数，给定材料参数、桥面系参数。在给定参数条件下完成主梁间距与主梁片数确定、主梁截面尺寸、横截面沿跨长的变化以及横隔梁设置等工作，然后依据规范进行内力计算，完成设计计算后绘制主梁一般构造图。

典型案例3：悬链线等截面无铰箱形拱桥设计。分组完成悬链线等截面无铰箱形拱桥设计，按净跨径、净矢跨比、桥面宽度、汽车荷载等级、人群荷载选择不同的参数，给定材料参数、桥面系参数。在给定参数条件下完成截面几何特性计算，通过五点重合法确定拱轴系数，计算结构内力并依据现行规范进行组合，在完成设计与计算工作的基础上绘制拱上建筑及主拱圈断面图。

2 桥梁工程课程设计的“金课”实践

2.1 多样化的教学内容具有时代性、挑战性

（1）设计过程承前启后，夯实了本科阶段基础知识、专业知识的连贯性。典型案例的设计需用到结构力学、结构设计原理等已修课程的知识，也是桥梁施工、桥梁电算等后续课程乃至桥梁毕业设计、实桥设计的基础，具有重要的承前启后功能。在设计时大量回顾和调用已有知识，使得本科阶段知识具有系统性并形成整体，这是一种能力提升，对学生发展大有裨益。典型案例设计是毕业设计、实桥设计的预演，设计思想贯穿其中，锻炼了学生整体思维能力、举一反三能力[12-14]。

（2）贴近工程实践的典型案例具有时代性特征。按受力体系总结近10 年来新建及正建桥概况，由于桥梁发展日新月异，按跨径、材料、施工方法等细化统计并预测其发展趋势的过程必将具有鲜明的时代特征，反映了该类桥梁近年发展概况，统计报告以类似综述论文的形式提交，对每位学生都是新课题。装配式预应力混凝土简支T 梁桥与悬链线无铰箱拱桥的设计参数源于实桥，依据的规范为不断演化和完善的最新版本，学生到工程师的角色转变在潜移默化中完成。

（3）基于典型案例获取知识的途径具有挑战性。加强熟练使用计算机的能力，借助各种软件及多媒体平台可大大提高效率。典型案例需用AutoCAD、Office 办公软件、Flash 音视频等教学辅助软件以及网络教学平台、QQ、Wechat 等工具，文献调研则包括CNKI、Baidu 等搜索渠道，以及网络图片资源、视频资源。以上素材的顺利获取需要花费一定的精力，要跳一跳才能达到目的，这方面的挑战与“金课”内涵十分契合。

2.2 多样化的教学形式具有先进性、前沿性

（1）开发小程序协助计算，加强了计算机的运用。典型案例中不同参数具有类似的设计过程，基于此特点，通过Excel 编译计算小程序，在输入基本参数的情况下可以迅速获得计算结果，可提高计算效率、方便检查结果，锻炼编程思路和借助计算机解决问题的能力。对于悬链线拱桥的设计[5]，还可通过Excel 计算任意m值对应的弹性中心、截面内力等参数，计算效率提升明显。这种教学形式具有显著的先进性，符合“金课”的要求，值得大力推广。

（2）锤炼出以规范为基准解决桥梁设计问题的思维。土木类专业课程教学突出应用特点，课程设置与行业规范息息相关，课程设计内容及对应的知识点需结合规范进行专门讲解，其难度适当高于教学大纲，使教师的教和学生的学均具有一定的挑战度，达到“金课”建设的目的。现行规范中荷载取值、内力组合均是桥梁工程课程设计的知识点，强调这些概念在规范中的处理方法。深刻理解规范，可以锤炼出以规范为基准解决桥梁设计问题的思维。

（3）典型案例教学可以锻炼学生分析问题和解决问题能力。传统教学方法从教师主观愿望出发，完成认识性任务即可，而典型案例教学方法引导学生把注意力集中到分析问题、解决问题上。在典型案例的分析讨论过程中，师生之间的关系是平等的，对设计参数的选择等问题直接进行面对面讨论。于是，学生成为学习主体，激发了主观能动性，教师成为引导者，帮助学生提高了分析问题能力和解决问题能力，这也是课程的特色，体现了“金课”的创新性。

（4）课程设计过程中的dialogue-criticaldebate。在大学课堂教学的五重境界[1]中，典型案例的教学主要存在dialogue 和critical。开始阶段师生之间讨论设计全过程、注意事项，设计中途会对设计方案提出质疑，该方案是否合理、是否最优，设计完成阶段会对设计方案提出更优化建议。这种氛围中学生的学习主观能动性被完全激发，能力得到锻炼，“金课”的创新性得到充分体现，这些为大学课堂教学通向最终层次的debate 境界打下了良好的基础。

2.3 多样化的考核方式体现探究性、个性化

采用五级计分制评价桥梁工程课程设计的成果。平时成绩在保证出勤的前提下着重对设计过程的dialogue 与critical 进行考核，要求学生参与师生之间的讨论，能够提出质疑及优化建议的学生成绩为优秀。所提交的计算书、图纸或报告中除内容、格式的基本要求外，对标“金课”高阶性、创新性重点考查学生对规范的理解和计算机的使用，要求规范版本及引用正确，提供Excel 计算过程。这样的考核方式充分体现了“金课”探究性、个性化的特点，受到师生一致好评，具有很好的效果。

3 结束语

桥梁工程课程设计针对“金课”建设过程中面对的问题，以“两性一度”标准在教学内容、教学形式和考核方式等方面进行了改革实践，注重知识连贯性，贴近实践选取典型案例，强调计算机的运用，锤炼基于规范解决问题的思维，鼓励设计过程的dialogue 与critical。未来将上述“金课”内涵进一步落到实处，将桥梁工程课程设计打造为真正的“金课”。