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桥梁施工课程在构建桥梁专业知识体系及培训学生施工实践技能方面均扮演着重要角色。但由于该课程知识结构的特殊性、教学条件及传统教学手段的不足,使得桥梁施工课程的教学效果不尽如人意,主要表现在以下几个方面。第一、桥梁施工技术与材料发展、施工机械及设计理论等方面的发展密切相关。目前随着新材料、大型专业设备及新结构体系的不断应用,使得桥梁施工技术的发展“日新月异”,但现在的桥梁施工课程教材知识更新严重滞后,因此,在教学实践中及时跟踪前沿技术尤为重要。
第二、桥梁施工实践性强,但桥梁施工课程知识体系主要围绕着实际工程中具体的施工方法、流程、设备使用等方面展开。因此,对于没有经过专业实习的学生而言往往觉得形象模糊、概念空洞。
第三、桥梁施工课程内容涉及面广。桥梁施工涉及到桥梁类型、施工方法、设备、材料、自然环境、社会环境及组织管理等各个方面,知识点繁杂众多,且知识点之间的逻辑性及关联性不强,使得学生对知识体系的梳理和掌握难度加大。针对桥梁施工及组织管理课程特点,为提高该课程的教学质量、实现学生综合能力培养目标,对课堂教学方法及实践性教学模式进行探讨。
一、灵活多样的课堂教学方法
(一)逆序三“W”教学法
三“W”教学法是一般目标教学的传统方法,所谓三“W”即what、where、why。针对某一知识元素,首先介绍概念,即wha,t在清楚概念基础上再介绍它的应用,即where;最后讲解该知识元素的应用条件及存在的问题,即why。三“W”教学法具有思路清晰、目标明确等特点,易于教学实施和学生的掌握,但如果多次重复应用也存在着形式单一、内容枯燥等问题,影响教学质量。结合桥梁施工知识特点,在传统三“W”教学法的基础上,适当调整三“W”的教学次序(见图1),可以达到激发学生学习热情和加深知识元素记忆的目的。以下介绍两种逆序三“W”教学法的案例。
图1逆序三“W”教学法示意图
以桥梁施工临时设备的强度、刚度、稳定性要求知识点为例。普通方法为首先介绍强度、刚度、稳定性的概念,然后介绍哪些施工设备需要满足这些条件,最后讲解为什么要满足这些条件。针对这一知识点,将三“W”的次序调整为why、what、where,即先介绍近年来国内外大型桥梁的施工事故,配合多媒体图片播放,同时,特别强调事故原因、损失情况及事故处理。当学生兴趣激发起来后,再回过头来介绍造成事故根本原因的设备强度、刚度、稳定性概念及应用等问题。
以前支点施工挂篮知识点为例,教学实践中将三“W”的次序调整为where、why、what。首先回顾三角挂篮、梁式挂篮等普通梁桥悬臂施工挂篮结构形式、作用原理等,然后提出问题让学生为斜拉桥设计挂篮,以此引出前支点施工挂篮知识点的适用条件(where)。根据以往的教学经验学生由于不清楚前支点施工挂篮概念,往往会错误的选择三角挂篮、梁式挂篮等。通过故意引导学生“犯错”的方式,激发学生探知答案的热情,然后解释为什么(why)普通挂篮不合理、斜拉桥结构特点,最后提出前支点施工挂篮结构构造、工作原理及使用条件(what)。通过对于三“W”的次序调整及灵活应用,改变传统的教学模式,克服顺序教学法的僵化呆板,激发学生的主动参与及学习热情。使得在每个知识点的教与学的过程中,学生都有思考、理解和探知的环节,进而加深对知识点的理解和掌握。
(二)情景教学模式实践
情景教学模式通过在课堂上形成自由宽松的教学气氛,激发学生的参与热情。使学生在身临其境的模拟环境下论文从知识的接受者转变为知识的探索者。让学生在探索式学习中,激起求知欲望,敢于质疑,训练思维内力及实践技能。根据桥梁施工课程实践性及参与性强的特点,结合工程实践选取典型案例,设置情景教学模式。情景教学模式可以采用分组式或集中式两种形式。所谓分组形式即先由教师介绍知识元素及相关工程背景,然后将学生分组并扮演相应角色,进而展开自由的分析讨论,最后再由教师讲评。而集中情景形式中,教师与学生共同成为角色的双方,由教师的提问引导学生的思考及讨论,最后在教师的启发下形成正确结论。以下为情景教学模式下的两个教学案例。
在讲授扩大基础基坑开挖验收知识点时,相关内容包括基坑验收内容、检测手段、质量标准、施工单位需提交的资料及相关单位等。该知识点信息量大、内容繁杂,采用一般教学方法难以达到较好的教学效果。采用分组式情景教学模式时,将学生分为5人一组,分别扮演参建单位的建设、施工、监理、设计、质检单位代表,虚拟召开某桥扩大基础的基坑验收会。按照真实会议流程,由扮演监理的学生主持会议,有扮演施工方代表的学生介绍坑验收内容、检测手段及需提交的资料,而其他人根据该学生汇报情况及质量标准进行讨论评判,最终得出验收结论。由于所扮演的角色很可能是自己未来的职业或相关行业,可以此激发学生的参与热情。在学生的介绍、讨论中,实现书本知识与实践能力的联合,在完成教学目标的同时,实现了对学生解决实际问题和创新思维能力的培养。
集中式情景模式将教材知识要点投射到实际工程背景中,形成施工案例,在师生共同思辨气氛中得到最终结论。在讲授采用冷却水管控制大体积混凝土水化热知识点时,要让学生明白大体积混凝土水化热的产生原理及冷却水管的作用机理。采用集中式情景模式时,教师以施工方作为自身角色向学生提问:“为节约建设成本,是否可采用PVC管材作为冷却水管?”让学生从监理及设计角度对该问题进行思考和讨论。在此过程中,教师可通过启发引导学生对知识点的理解和掌握。在集中式情景模式中,师生关系由传统的教与学关系转变为可以平等对话的施工与监理角色关系,极大地活跃了课堂气氛,调动了学生的主观能动性。
(三)图文并茂的多媒体教学
制作精良、图文并茂的多媒体课件是桥梁施工课程中重要的教学手段。通过大量图片展示,可以使学生了解实际的施工情况,对机具设备、施工方法及材料等形成清晰直观的感性认识。对流程复杂、概念抽象的施工方法、施工设备的工作过程等,可以通过动画的形式加以展示,如钻孔灌装桩的施工流程、移动模架的工作原理等。施工动画的类型主要包括:简单的flash图形动画以及大型3D动画。图形动画具有制作简单、生动直观、概念清楚等特点,一般播放时长3~5分钟;大型3D动画一般制作精美、效果震憾,多为具体桥梁的施工建设全过程,时间为10~20分钟,在实际教学中可采用剪辑播放或集中播放形式来控制播放时间。
多媒体教学方法的正确运用及与传统教学手段的恰当结合是确保桥梁施工课程教学质量的重要保证。多媒体教学方法作为传统课堂教学方式的补充和发展,具有信息量大、直观清晰、易于接受等特点,但如果使用不当往往适得其反,产生所谓的信息化“填鸭式”教学效果。因此在桥梁施工课程教学实践中应注意以下几个问题。
第一、多媒体教学方法与传统教学手段的相结合,加强师生交流与互动,恰当的配合板书和简单图形,避免形成“报告式”教学模式。
第二、多媒体教学方法适度运用,控制好信息传递的量及速度,留给学生足够的时间及空间理解认识信息,并及时地回应反馈信息。
第三、多媒体课件的艺术性,在满足课件内容的结构性及系统性要求同时,需注重课件设计如幻灯片平面布局、图文比例、颜色搭配等问题,确保信息的传递及接受过程中线路畅通,避免造成学生学习过程中视觉及心理疲劳。
二、实践性教学模式探索
桥梁施工课程是与工程实践贴合得最为紧密的课程之一,在培养学生基本施工技术理论的同时,还应注重培养学生解决实际工程问题的能力和未来职业角色所面临的组织协调能力等。但仅通过课堂教学方式,对学生的实践能力培养效果并不理想。有人认为读了一学期的桥梁施工,还不如在工地呆一星期学的东西多,这样的看法虽然片面,却也发人深省。桥梁施工课程合理引入教学实践环节是提高教学质量和学生综合素质培养的重要途径。在现有教学条件下,施工课程教学实践环节的实施模式及质量控制措施,是实现实践性教学的前提和保证。
施工课程教学实践环节必须具有可操作性,且便于管理。考虑到课程安排、工程环境及学生个人安全等方面的问题,集中组织学生大规模的参观实习难以实施,而且实习效果并不理想。因此必须转变传统工地实习的组织形式,结合学校现有条件,探索灵活多样、便于实施的课程教学实践途径。
第一、充分利用学校在交通建设领域的地缘优势,建立多个实习基地,学生可以利用寒、暑假或节假日参与内业资料整理、测量等相关工作。
第二、以本校本科生导师制度及班主任制度为平台,引导学生参加与工程实践密切联系的科研项目如施工控制、桥梁检测等。
第三、鼓励学生利用寒、暑期参加桥梁建设项目的实地调研。另外还应加强学生的安全教育,采取有效手段,避免在实习过程中可能出现的安全事故。施工课程教学实践环节必须引入约束评价机制,便于质量控制。实践环节作为桥梁施工课堂教学的重要补充,对提升课堂教学质量、发展学生实际动手能力具有重要作用。而激发学生的参与热情、提高实习质量,需要从约束评价机制入手。在以往单一的课业考试评价方法基础上,增加实际环节评价指标,综合考察学生施工理论及实践操作能力。
关键词:案例教学;应用;实践;可行性
案例教学法是一种以案例为基础的教学法,即教师根据教学目的组织学生调查、阅读、思考、分析、讨论和交流案例等活动,教给学生分析问题和解决问题的方法,提高学生分析问题和解决问题的能力,加深学生对基本原理和概念的理解的一种特定的教学方法。
一、桥梁工程施工课教学实施案例教学法的必要性
1.案例教学法的特点
案例教学法不同于常规的教学方式,它可以通过案例更好地培养学生运用知识解决实际问题的能力。这就要求案例本身具有真实性、完整性、典型性和启发性。在案例教学中,教师需要组织学生进行自我学习。案例教学的目的是把学生放在实际的环境中,让他们通过对周围环境和事件本身的分析、讨论,作出正确的判断和决策,从而提高学生分析问题和解决问题的能力。
2.案例的结构组成
案例的结构控制着案例的功能。课堂教学案例的结构由它的内在结构与外在结构组成。内在结构包含4个基本要素:案例教学的核心内容,即师生在教学活动中所面临的主要问题或主要任务;案例教学的主体,即学生和教师;案例教学的过程;案例教学的结果,包括学生在学习活动中的感受、发现和自己的见解,任课教师教学理念的提升和经验教训的总结。案例的外在结构包含3个部分:案例背景的概述,案例运行过程的描述和案例运行结果的总结。
3.在桥梁工程施工课教学中实施案例教学法的必要性
由于桥梁工程施工课的实践性较强,而且与学生将来从事的工作联系较紧密,单纯按照教学大纲安排进行授课,教师与学生的互动相对较少,难以调动学生学习的积极性。所以,很有必要在桥梁工程施工课中实施案例教学法。
二、案例教学法在桥梁工程专业中的实施
1.案例的引入
在案例教学过程中,案例的选取至关重要。好的案例既能融相关知识,又能调动学生学习的积极性。具体来说,桥梁工程施工方面案例的选取应遵循以下4个原则。
第一,理论联系实际。一是每个案例都要以教材理论知识为指导,要有利于学生思考;二是必须从大量的第一手资料中结合实际选取,不能凭空臆造。
第二,典型性。根据桥梁工程施工课的特点,案例的选取应当考虑案例的主要特征是什么,要解决什么问题,如何能够引起学生积极思考及讨论等。所以,我们要从收集到的大量的原始桥梁施工资料中,分门别类地整理出具有代表性的案例。一个有代表性的案例能够引导学生充分运用已学的基本理论分析问题、解决问题。
第三,针对性。选取案例时,要考虑应用该案例具体是解决什么问题的,可以有针对性地激发学生进行深入细致的调查研究和分析评价,更好地提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
第四,与我国经济环境相适应。应该注意,不同国家的经济环境是不一样的,国外的桥梁工程施工方面的案例未必都适合我国当前的经济环境,因此,我们应结合我国的国情,多选取国内的典型案例进行分析和讨论。
2.案例的讨论
案例的讨论主要从以下几个方面展开:①案例中要解决的关键问题是什么?②哪些信息至关重要?③解决问题的方法有哪些?④作出决策的标准是什么?⑤什么样的决策是最适宜的?⑥应制订怎样的实施计划?⑦什么时候将计划付诸行动以及如何行动?⑧如何进行整体评价?
许多学生喜欢在开始时就讲出自己的决定,所以课堂讨论不一定按①~⑧的顺序展开。讨论可分4个不同阶段:开始,讨论疑难问题,提供备选方案,讨论如何实施。
上课时,教师将班上学生平均分成6个小组,让每个小组成员分别担任其中的一个角色:施工方、建设方、委托方、监理人员。案例教学法的实施具体分以下几个步骤。
第一,学生准备。在正式开始集中讨论前一到两周,教师就要把案例材料发给学生。让学生阅读案例材料,查阅指定的资料和读物,收集必要的信息,并积极思索,初步形成关于案例中的问题的原因分析和解决方案。
第二,小组讨论。由于小组成员思想不同,他们在准备和讨论时,表达不同意见的机会就多些,学生对案例的理解也就更深刻,加上之前学生已经查阅了相关的一些材料,课堂气氛比较活跃。
第三,代表发言。各个小组派出自己的代表,发表本小组对于案例中存在问题的分析和处理意见。发言时间一般应该控制在20分钟以内,发言完毕之后,发言人要接受其他小组成员的提问并作出解释。此时,发言小组的其他成员可以协助发言人回答问题。小组集中讨论的过程是学生创新的过程。此时,教师充当的是组织者和主持人的角色。此时的发言和讨论是用来扩展和深化学生对案例的理解程度的。最后,教师提出几个意见比较集中的问题和处理方式,组织各个小组对这些问题和处理方式进行重点讨论。这样做,有利于将学生的注意力引导到方案的合理解决上来。
第四,归纳总结。在小组集中讨论完成之后,首先要留出一定的时间让学生自己进行思考和总结。既总结规律和经验,也总结获取这些知识和经验的方式。其次,让各个小组以书面形式对该门课程的案例教学法作出评价,分析这种教学方式的优点与不足以及存在哪些需要改进的方面,并提出他们的个人建议。再次,对参与案例教学的全体学生的意见及建议进行汇总,从中找出学生提出问题的共同点和不同点,并对这种分歧产生的原因进行分析,最终分析桥梁工程施工课采用案例教学法的可行性。
课堂教学结束后,进一步总结,揭示案例中包含的理论,强化以前讨论的内容,提示后续案例,给学生以鼓舞。从案例讨论中引申出一定的结论,为后续的教学做准备。
3.概括总结
本项目采用调研与实践相结合的方式进行研究。在完成理论教学任务的基础上,加入一些案例,让学生从桥梁施工的一些细节方面进行讨论,效果良好。
第一,能够实现教学相长。一方面,教师是整个教学活动的主导者,掌握着教学进程,可引导学生思考、组织讨论研究,进行总结、归纳;另一方面,在教学中通过共同研讨,教师不但可以发现自己的不足,而且可以从学生那里了解到大量的感性材料。
第二,调动学生学习的主动性。教师在教学中不断变换教学形式,可以持续激发学生的学习兴趣,有利于学生始终保持最佳的学习状态。
第三,生动具体、直观易学。案例教学法的最大特点是它的真实性。教学内容是具体的事例,加之采用形象、直观、生动的形式,给人以身临其境之感,便于学生掌握理解。
第四,能够集思广益。教师在课堂上和学生一起讨论、思考,学生在课堂上也不是忙于记笔记,而是共同探讨问题,调动了集体的智慧和力量,开阔了学生的思路,收到了良好的教学效果。
第五,能够培养学生的创新精神和解决实际问题的能力。学生通过案例教学学到的知识是内化了的知识,并且可以在很大程度上整合那些“不确定性”的知识。案例的运用也可以促使学生很好地掌握理论知识。
三、小结
桥梁工程专业的大多数毕业生将走向施工管理岗位,实施案例教学法可使他们提前了解自己工作的性质、意义及责任,为学生将来走上工作岗位奠定良好的理论和实践基础。
参考文献:
[1]鲁书喜.多媒体技术课程案例教学法探索与实践[J].计算机教育,2007,(4).
[2]程宜康,吴景松.高等技术应用性人才培养实践教学模式及教学解决方案[J].职业技术教育,2004,(34).
【关键词】桥梁工程;项目化教学;任务驱动;项目导向
随着中国经济社会转型升级的不断推进,市场人才需求对高等专科院校的学生教学培养提出了更高要求。项目化教学法使学生真实地参与项目全过程,在项目实施过程中实现教学目的[1]。与以前“以课堂、教师和教材为中心”的教学方法形成鲜明对比,突出了学生应拥有的实用技能和知识创新,将课堂与社会现实生活紧密联系,充分体现了现代校园中“素质教育为本”的培养目标[2]。
1.《桥梁工程》课程
《桥梁工程》是由桥梁设计原理和桥梁施工两部分组成[3]。《桥梁工程》是铁道工程技术专业的一门核心专业课。该课程的设置旨在《工程制图》、《工程测量》、《工程力学》、《结构力学》和《建筑材料》的等前续课程基础上,培养学生能在施工技术员岗位按施工图完成实际施工、实现施工全过程组织与管理的基本职业能力,培养学生在企业中发挥高技能、高素养。
2.项目化教学
《桥梁工程》课程非常注重工程实际性、十分紧密结合理论知识与工程实际,是铁道工程技术专业学生胜任“桥隧工”工作岗位最基础、最紧密的专业课程[4]。课程设计依据为《铁道工程技术专业人才培养方案》和《“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校项目建设任务书》,基于施工过程的项目教学设计,建立起以真实施工项目为载体,能够实施“教学做”的“理论实践一体化”项目课程。
2.1项目化教学前期调研
为了保证《桥梁工程》教学能够满足于行业市场的人才需求标准,使学生在学校就能够顺利掌握到相应工作岗位所需的职业能力,学校桥梁专业教师团队深入郑州铁路局郑州桥工段,进行企业调研。调研的主要内容有:2.1.1“桥隧工”岗位的主要工作任务及职业岗位对学生在《桥梁工程》专业课程方面的知识储备、能力素养、专业素质的要求等情况进行具体调研;2.1.2对工作岗位关于职业资格、职业道德要求、团队协作等方面的要求等进行详细调研;2.1.3对《桥梁工程》开设内容的合理性、针对性和适用性进行细致调研。
2.2任务驱动法课程设置
《桥梁工程》课程设置采用任务驱动的教学模式,根据所调研的行业市场需要和完成“桥隧工”岗位实际工作任务所需要的专业素养要求,按照岗位工作内容设置了14个学习项目。分别为:绪论、桥面布置与桥面构造、梁式桥的设计与构造、简支梁桥的计算、拱桥的构造和特点、其它体系桥梁、桥梁支座、桥梁墩台、涵洞、桥梁施工概述、装配式梁桥的制作与安装、拱桥的施工、涵洞与墩台的施工、悬臂施工技术。每个学习项目都进行具体的教学设计,仅对《装配式梁桥的构件制作与安装》学习项目进行详述,具体教学设计如下:2.2.1学习任务:装配式构件的预制工艺、构件的移运与堆放、装配式简支梁桥的安装、现场学习装配式梁桥的安装过程;2.2.2学习目标:理解装配式梁桥的特点和施工要点、掌握装配式构件的预制工艺、构件的移运与堆放要点、掌握装配式简支梁桥的安装工艺;2.2.3教师知识能力要求:具有扎实的《工程制图》、《工程力学》、《工程测量》、《建筑材料》和《钢筋混凝土结构》的知识,具备该专业全面丰富的理论知识,具有娴熟的教学组织与管理能力;2.2.4教学材料:课本资料,图片和多媒体资料;2.2.5教学设计与组织:2.2.5.1装配式梁桥预制工艺、堆放和移运——借助图片介绍梁厂的占地、设备、材料等情况、阅读梁桥的钢筋图、主梁的配筋特点、介绍钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁的制作,并比较二者的区别、学习成品梁的堆放要点、移运设备需求等、课后学生讨论梁桥的预工艺;2.2.5.2装配式梁桥的安装——播放梁桥的安装录像、讲解梁桥的安装过程;③检查评估——编制梁桥安装测量设计书、梁桥安装施工组织的编写。
2.3项目导向法教学设计
《桥梁工程》课程采用项目导向的教学模式,共设计了5个学习情景,分别是桥梁结构熟知、钢筋混凝土受弯构件设计、钢筋混凝土受压构件设计、预应力混凝土受弯构件设计、圬工结构的材料要求及设计。每个学习情景均做具体教学设计。以预应力混凝土受弯构件设计为例,其具体教学设计如下:2.3.1计划学时38:理论教学时间18、实践教学时间20;2.3.2教学目标:2.3.2.1知识目标——熟练掌握预应力混凝土构件的概念、材料要求和构造要求,了解预应力混凝土受弯构件的设计原理及步骤;2.3.2.2能力目标——能够熟练计算先张法预应力混凝土构件和后张法预应力混凝土构件的预应力损失、掌握预应力钢束张拉控制应力的施工方法;2.3.3教学内容:预应力混凝土构件的概念及材料要求和构造要求、预应力混凝土构件的施工工艺及质量控制、钢束预应力损失的计算方法、预应力混凝土受弯构件的设计原理及步骤;2.3.4教学媒体:图纸、设计规范、施工规范、多媒体、影像资料;2.3.5考核方式:学习态度10%、笔试40%、实践技能40%、口试10%。
结论
项目教学、多媒体教学,理论教学与实践训练并重,采用以真实工作任务和岗位项目为载体的项目化教学方法,融“教、学、做”为一体,建立课堂与实训一体化的行动导向、工学结合和校企合作的教学模式,突出教学过程的实践性、实用性和职业性。
参考文献:
[1]芮雪,杨琴.“项目教学+任务驱动”教学模式的应用研究[J].现代计算机,2013,(6):41-43.
[2]徐朔.项目教学法的内涵、教育追求和教学特征[J].职业技术教育,2008,29:5~7.
[3]邵旭东.《桥梁工程》[M].北京:人民交通出版社,2007:1~58.
关键词:桥梁工程;CDIO;问题链
作者简介:杜建文(1985-),男,山东临沂人,南京理工大学泰州科技学院,助教;李十泉(1985-),男,江苏南通人,南京理工大学泰州科技学院,助教。(江苏 泰州 225300)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)19-0119-02
CDIO作为工程教育的创新工具,是面向学生的教育,即强调在构思(Conceive)-设计(Design)-实施(Implement)-运行(Operate)现实世界的系统和产品过程中,来学习工程的理论和实践[1-2]。“桥梁工程”是土木工程交通土建方向一门重要的专业必修课。通过对它的学习可以使学生理解桥梁的基本构造,掌握桥梁上部结构和下部结构的设计方法,为其今后的工作打下良好的基础。
一、“桥梁工程”的教学内容
桥梁是为了跨越各种障碍(如河流、沟谷或其他线路等)而修建的建筑物,是陆路交通运输中重要的组成部分,称为交通运输的咽喉。“桥梁工程”课程主要讲授桥梁的设计和桥梁常见的施工方法。本次教学实践主要针对桥梁设计进行,桥梁设计主要包括上部结构设计、支座设计和下部结构设计。
桥梁设计是依据“安全、经济、适用、美观”的基本原则进行的,主要包括以下具体内容[3]:桥梁结构的组成、分类和结构体系;桥梁平面设计;桥梁纵断面设计;桥梁横断面设计;桥梁的设计荷载,包括恒载和活载;主梁内力计算,包括恒载内力计算和活载内力计算,并进行作用效应组合;上部结构正截面承载力计算、斜截面承载力计算和变形计算;桥台和桥墩的尺寸拟定和构造要求;桥墩桥台的承载力验算;基础类型的选择和承载力计算。
桥梁在设计过程中,其截面构造尺寸应符合桥梁设计规范的相关规定,不能随意设置。桥梁设计中常用的规范有:JTG D60-2004,公路桥涵设计通用规范;JTG D61-2005,公路圬工桥涵设计规范;JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范;JTG D63—2007,公路桥涵地基与基础设计规范。
因为规范中的条文规定在讲授时比较繁琐,比较枯燥,而且学生在学习时不知道该构造规定的作用,从而学习积极性较差,造成教学效果较差。为了改变这种消极的状态,将在实践环节安排的《桥梁工程课程设计》融入到教学当中,即以实际桥梁的设计贯穿整个“桥梁工程”教学,从而实现在“做中学”。
二、“桥梁工程”教学实践流程
在“桥梁工程”授课过程中,以实际桥梁的设计为主线,采用问题链的形式引导学生思考,从而激发学生学习的兴趣,主动学习。教师在第一次授课时,就将学生将要完成的桥梁设计课题布置给学生,也就是给学生一个桥梁的设计任务。以“3×13m钢筋混凝土简支空心板桥设计”课题为例,阐述如何实现桥梁工程的教学实践。
问题链指的是一些系列问题所组成的问题组。桥梁工程中的问题链是以桥梁设计的流程为主线进行设计的,由浅入深,由上部结构延伸至下部结构,层层递进,进而包含桥梁工程设计的主要内容。
问题1:设计题目中的“13m”表示什么含义?
提出问题后,首先请学生进行回答,同时给予学生适当的引导,通常教师给学生几个备选答案,以选择的形式进行提问。比如,13m表示的是标准跨径、计算跨径还是桥梁全长?让学生来进行选择,当学生回答完毕后,可以顺着其的回答进行延伸。
当学生回答是标准跨径时,首先给予肯定,然后问其标准跨径的概念,就可以引出桥梁构造的基本概念,进而讲授桥梁结构的专有名词等相关内容。
当学生回答是其他答案时,如计算跨径。可以幽默地让其重新选择,直至选到标准跨径,此时可以活跃课堂气氛。然后,引出标准跨径的概念,讲授桥梁构造的概念,进而弄清楚相近概念的区别。
问题2:设计题目中3×13m表示什么含义?
通过这个问题,引出桥梁分孔的内容。从桥梁分孔的切入,讲授桥梁纵断面设计和平面设计。当对桥梁纵断面的相关内容讲授完成后,结合学生的桥梁设计课题进行提问,明确3×13m的含义,即桥梁为3跨,标准跨径为13m的桥梁。
问题3:该桥梁的结构形式是简支板桥,它是从哪个角度进行分类的,还包括哪些常见的结构类型?
通过这个问题,引出桥梁的分类。桥梁从受力角度分为梁桥、拱桥、悬索桥、刚构桥和组合体系桥等。分别阐述梁桥、拱桥、悬索桥的受力特点和相互之间的区别,让学生对桥梁的体系有系统性的认识。通过提问学生明白其设计课题的类型即简支梁桥,属于梁桥的一种。
同时,梁桥还包括连续梁桥。那么,简支梁桥和连续梁桥在受力上的最大区别是什么?
利用这个问题可以促使学生回忆在“混凝土结构设计原理”里面所学习的相关内容,从而掌握连续梁和简支梁的区别,即连续梁在中间支点处有负弯矩,而简支梁没有。
问题4:该桥梁的主梁是什么形式?
通过该问题引出横截面设计的相关内容。该主梁为装配式钢筋混凝土空心板,进而就可以讲授空心板的相关构造要求。
然后让学生结合实际桥梁课题,初步拟定空心板的截面尺寸。待尺寸拟定完成后,让学生将其设计的尺寸进行讲述,同时让其进行评判,是否符合规范的相关要求,是否合理可行。通过相互评价,可以促进学生对空心板构造知识的应用和掌握,加深对规范中构造要求的理解。
问题5:空心板上面有哪些荷载作用?
通过这个问题引出作用的分类。《公路桥涵设计通用规范》(JTJD60-2004)对作用按照时间变异性可以分为永久作用、可变作用和偶然作用。
然后,分别列举永久作用、可变作用和偶然作用包含的内容,介绍每一项作用的相关计算,尤其是汽车荷载的计算。
最后,讲述规范中对这些作用如何进行作用效应组合,主要包括承载能力极限状态下的基本组合,正常使用极限状态下的长期效应组合和正常使用极限状态下的短期效应组合。这三种组合的计算公式和相应系数的取值。
问题6:简支梁桥跨中和支点处的弯矩和剪力如何计算?恒载和活载的计算有什么区别?
通过这个问题引出空心板梁的内力计算,再分别叙述恒载和活载的内力计算。恒载计算可以直接利用结构力学中关于均布荷载的情况下的内力计算就可以得到。活载内力计算主要包括汽车荷载和人群荷载,必要时还要计算风荷载等。汽车集中力作用在主梁上,求其内力的计算属于空间力学问题,求解非常麻烦,在工程实际中,引入了荷载横向分布系数的概念。
然后,阐述荷载横向分布系数根据横向刚度不同有5种不同的计算方法,说明这些方法的各自的基本假定和计算步骤。
让学生结合其各自的桥梁设计课题,采用杠杆原理法计算空心板支点处的荷载横向分布系数,采用铰接板梁法计算1/4跨至跨中处的荷载横向分布系数,对于支点至1/4跨采用线性内插的方法获得,并绘制荷载横向分布系数沿纵向的分布。接着利用影响线法求出汽车荷载和人群荷载在主梁中的内力。[3]
安排一次课时,让学生来讲述自己的主梁内力计算,教师对其讲述过程要进行控制,当其完成一个重要步骤时,就进行评价,如正确就加以肯定,如出现错误,及时进行纠正。
问题7:桥梁内力计算完成后,应进行作用效应组合,并进行承载力计算。那么,承载力计算包括哪些内容?
通过这个问题,让学生回忆“混凝土结构设计原理”的相关内容。空心板进行承载力计算时是根据面积相等和惯性矩相等,换算成工字型截面,在进行计算时采用T形梁的相关公式进行计算。
空心板承载力计算主要包括正截面抗弯承载力计算,斜截面抗剪承载力计算和正常使用极限状态下的变形计算。通过承载力的计算可以和前续课程“混凝土结构设计原理”[4]有效进行联系。
问题8:桥梁上部结构和下部结构的连接部件是什么?
通过这个问题,引出支座的作用,进而讲授支座的类型、分类和常见的支座形式。
结合钢筋混凝土空心板桥设计,详细阐述板式橡胶支座的工作原理和设计流程,即:确定支座的平面尺寸,计算形状系数;确定支座的高度;验算支座的偏转和压缩变形;验算支座抗滑性。
问题9:桥梁下部结构主要包括哪些部分?它们有哪些形式,如何进行设计?
通过这个问题,引出桥台、桥墩和基础的概念。根据不同的地质情况和结构形式,对于桥台部分,重点讲授重力式桥台和桩柱式桥台;对于桥墩部分,重点讲授重力式桥墩和桩柱式桥墩。
问题10:桥梁上部结构和桥墩(台)的荷载通过什么部分传递到地基上?
通过这个问题,引出基础的作用。结合所给的地质情况,重点讲述浅基础和桩基础,从而和“桥梁工程”的相关内容联系起来。[5]
三、结论
本文主要阐述了如何将实际桥梁设计以课程设计的形式贯穿于“桥梁工程”的教学中。采用递进的问题链,不断引出桥梁设计的相关内容,并且通过提问的方式与学生之间产生互动,进而提高教学效果。
参考文献:
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作者简介:高燕梅(1974-),女,重庆交通大学土木建筑学院讲师、硕士,主要从事桥梁教学及桥梁结构行为与新技术研究,(e-mail)362639258@qq.com。
摘要:桥梁工程课程是工科院校土木工程专业道桥方向一门重要的专业课程。文章在探讨该课程的特点、教学现状、影响因素的基础上,结合现代化教学手段和丰富的网络资源,提出了扩展式、参与式、讨论式等多元化的教学方式,以激发学生学习的积极性和参与性,提高桥梁工程课程教学效果。
关键词:桥梁工程;现代化教学及网络资源;多元化教学;教学研究
中图分类号:g6424文献标志码:a文章编号:10052909(2013)05006204桥梁工程课程是土木工程专业道路桥梁方向一门必修的专业课程,在土木工程类院校的教学中占有非常重要的地位,该门课程的教学质量直接影响着学生专业素质和能力的培养。鉴于现代社会对桥梁工程专业人才的要求,对该门课程的教学方式进行改革具有十分重要的现实意义。
一、桥梁工程课程特点
(1)课程内容繁杂。该课程比较系统地阐述了各类桥梁的计算理论、构造原理及施工方法,所涉及的知识点多,难点多,空间问题多,专业性强。
(2)课程综合性强。该课程以“材料力学”、“结构力学”、“结构设计原理”、“桥涵水文”、“工程地质”、“基础工程”等先修课程为基础,涉及知识面广,是对基础课程的综合、深化和具体应用。
(3)该课程内容以实际桥梁工程项目为背景,集理论与实践为一体。
二、桥梁工程课程的教学目标
桥梁工程课程的教学目的是通过课堂讲授和课外作业等教学环节,使学生掌握桥梁工程的基本理论,熟悉施工方法与设计理论,为学生毕业后从事专业相关工作打下必要的基础。
三、桥梁工程课程的教学现状
桥梁工程课程对土木工程类道桥专业人才培养具有十分重要的作用。初学时,学生的学习兴趣和热情都很高,也很重视。但随着课程的推进,学生学习的兴趣和热情逐渐减弱,进而影响到整个课程的教学效果和教学质量。经分析发现,其原因主要集中在以下几个方面。(1)桥梁工程课程特点决定了该课程的学习难度较大,综合性强,要求学生具备较扎实的力学和结构设计原理基础,以及较强的空间想象力。如果学生理论基础较差,又缺乏重新学习的意识,就会越学越糊涂,以致丧失兴趣,影响学习效果。
此外,学生对专业的发展历史和前沿动态知之甚少,往往导致学习范围偏窄,局限性较大,实际运用所学知识时比较被动,不利于学生创新能力的培养。
高等建筑教育2013年第22卷第5期
高燕梅,刘东现代工科院校桥梁工程课程多元化教学方式探讨
(2)重教轻学,学生参与性不高[1]。传统的由教师独占课堂的教学模式,极大地抑制了学生学习的积极性和主动性,不利于学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力的培养,影响了学生自学能力、实践能力和创新能力的形成。
(3)随着高校教学改革的推进,很多课程的教学学时都在缩减,这就要求学生利用课外时间巩固已学知识,查阅文献,扩展知识面,激发学生学习的自觉性、自主性和创造性,提高学生的综合素质。但实际上很多学生缺乏这种意识,觉得自己已经听懂了课堂上的知识,完成了布置的作业,考试可以及格,就没有必要再进一步的学习。也有学生对课程虽有相当的兴趣,但缺乏有效的引导,不懂得如何将课堂上学到的知识深化利用,自学时漫无目的,不知如何下手,自主学习的效果不理想。
(4)桥梁工程课程是一门实践性较强的专业课,学生在学习过程中需要将理论知识和工程实践密切结合起来,才能牢固地掌握所学知识,增强学习效果[2-3]。而目前的生产实习课时量较少,导致学生不能带着问题去观察和学习,对实际工程还停留在感性认识的阶段;而教师在教学过程中一般也偏重于理论知识而忽视工程实践的教学,导致教学效果不尽人意。
四、教学方式的改革探索
上述教学过程中存在的问题严重影响了桥梁工程课程的教学效果,《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确要求:“深化教育教学改革,创新教育教学方法,探索多种培养方式……倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学,帮助学生学会学习。”针对教学中存在的若干问题,笔者主要从以下几方面进
行教学方式的改革探索。
(一)多媒体+黑板教学
在桥梁构造和桥梁施工教学中,多媒体教学是一种必要且重要的教学方式。教师可以把大量的文本、视频、声音、动画、图片等教学信息全部融合在一个课件中,相比传统教学方式的一支粉笔、一块黑板、一张嘴,大大增加了课堂的信息量,强化了学生的理解力[4]。
教学案例1:简支t梁空间构造。传统的教学方式是绘出简支t梁构造三视图:立面图、横断面图及平面图(如图1~2),然后根据图来讲解,这种方法要求学生有较强的空间想象力,难度较大。但采用多媒体教学后,教师可以利用程序生成空间模型展示结构构造(如图3),甚至利用动画显示的方法逐一分析结构细部,使学生感性认识大大增强,学习效果明显提升。
图1简t梁半立面构造课件图2简单t梁横断面构造课件
图3简支t梁空间构造课件桥梁计算和分析理论教学以采用传统黑板教学方式为宜。教师一边板书一边讲解,学生在此过程中才会有时间思考、理解,乃至掌握。如果采用多媒体教学,一下演示出众多公式,即使教师慢慢讲解,效果仍不如前者好。
但不管是多媒体教学还是黑板教学,现今高校课程的教学方式仍以灌输式教学为主,教师以黑板、多媒体为载体,在讲台上教授课程,这是一种学生完全处于被动状态的教学方式。在这种教学方式下学生很难发挥自己的主观能动性,教师是知识的传播器,学生则成为一味接纳知识的容器。容器貌似被装得很满,但随着时间的推移,容器内的水分被慢慢增发,最终所剩无几。这种教学惯性直接影响创新人才的培养和专业人才创新品质的形成,因此对灌输式教学方式进行更深入的多元化改革十分必要。 (二)扩展式教学
利用现代先进的网络系统、学校的图书资源(包括电子资源),引导学生查阅文献,收集资料,然后组织课堂讨论,调动学生学习的积极性和自主性。例如,在讲述桥梁工程绪论时,布置的第一个课外作业是观看“十九世纪七大工业奇迹——布鲁克林桥”,目的不但是要学生了解桥梁的发展史,更要学生学习桥梁专家们兢兢业业、刻苦钻研的敬业精神。
此外,教材的内容通常都是比较成熟、已成共识的知识,但对专业前沿动态的介绍相对较少,所以可以让学生利用课余时间,查阅资料,了解掌握桥梁最新发展动态。例如,查阅中国杭州湾大桥、苏通长江大桥以及在建的港珠澳大桥的发展动态,对课本知识加以补充扩展,也是对学生自学能力和文献查阅能力的培养。同时这些要求简单明了,操作性强,学生易于接受,学习兴趣也高。
(三)参与式教学
要提高学生学习的参与性,培养其独立思考问题、分析问题、解决问题的能力,作业的设计就显得尤为重要。课程的知识点多、综合性强,仅靠一些问答题很难达到作业练习的目的,所以在课程作业中可提供一些小的设计题目,将各个需要掌握的知识点串联起来。例如,讲述桥梁方案比选时,选择典型地形、地质及水位条件的桥位,布置方案设计作业(如图4)。但实际上此时学生无法进行真正桥梁设计,因为具体桥梁的构造方面的知识学生还未接触,他们只能绘出基本地形,初步了解一些概念,如该地形适合修建哪种桥型:连续梁桥、拱桥或者悬索桥等。
图4桥梁方案设计资料
在学习桥梁分跨及梁式桥构造相关知识后,学生才能根据书本知识,结合规范和已建桥梁资料,绘制出合理可行的梁式桥方案图(如图5)。同理,待学习拱式桥构造有关知识后,才能绘制出拱桥方案图(如图6)。在此过程中,很多零碎的知识点被串联起来,且操作性强,容易激发学生的兴趣。
图5梁式桥方案设计(学生完成)
图6桥梁方案设计(学生完成)
(四)多种教学方式的结合
扩展式教学法与案例教学法的结合。教师需要选择典型的、有启发性的、与教学内容相呼应的以及难度适中的案例,帮助学生阅读案例资料,了解该案例方案及设计要点,并对方案进行评价和分析。在对案例充分讨论之后,即可对案例作出总结,写出评析报告。教师需根据学生的具体学习状况,作出全面总结,肯定正确的观点,指出错误及存在的问题,以引导学生准确把握教学内容。这种方法既激发了学生的学习积极性,又增强了学生的感性认识,有助于提高学习效果。例如,在讲述桥梁设计作用以及极限承载能力时,发生了哈尔滨阳明滩大桥超载导致垮桥事故(如图7),于
是布置课外作业,要求学生自己查阅分析垮桥原因,由此掌握现行桥梁通用规范,了解现行桥梁设计中汽车载重以及垮桥时桥上汽车的载重。最初学生对四辆卡车就能压垮一座大桥很不能理解,但了解到在中国现行规范公路-i级的活载作用下,该桥的设计极限承载力为197.3t ,而阳明滩大桥垮桥时桥上的汽车总重已经达到485.185t,超出设计极限承载力的2.45倍,进而提问:如此超重的车辆为何会同时作用在桥上?管理方有何责任?显然,学生对该问题的理解更加深入,并且该问题难度不大,操作性强。
图7哈尔滨阳明滩大桥超载垮桥图片
扩展式教学法与案例教学法也可结合应用在桥梁施工教学中。桥梁施工课程是实践性较强的课程,理想的施工教学方式是实践教学,实地实习。但此方法难度较大,原因有三:(1)实践课时有限;(2)寻找多种桥型及多种施工方法的实习工地,难度非常大;(3)施工单位从安全考虑,不愿意一次性接收大量的实习学生。因此桥梁施工课仍处于纸上谈兵式的课堂教学状态。但怎样让学生掌握复杂的施工知识呢?办法是利用网络资料,利用已有桥梁施工录像,以及各种桥型、各种施工方法的三维动态资料。选取其中质量较好的让学生观看,或者在课堂上分节段观看和讲解,这样能大大提高学生对施工的认识,对其学习施工知识很有帮助。
参与式教学法与讨论式教学法的结合。针对课程重点、难点问题设计讨论主题,主题应具备可操作性、时代性及开放性,并能激发学生的兴趣,培养学生的发散性思维。教师与学生应在课外作好充分准备,课堂上学生在教师的引导下,有序开展课堂讨论[5]。例如,在悬索桥与斜拉桥学习中提出疑问:同样是缆索承重体系桥梁,但为何目前跨越能力最大的桥梁是悬索桥而不是斜拉桥?针对这个问题,首先请学生查阅已成桥文献,证实悬索桥是否真的是跨越能力最大的桥梁;然后查阅悬索桥与斜拉桥的体系特点、建材和构造特点及施工方法,最后进行讨论。讨论时首先请学生例证跨越能力最大的桥梁是悬索桥,然后引导学生了解其体系特点、建材和构造特点及施工方法与桥梁结构的内力变化紧密相关,即使采用相同的建材,但悬索桥因为其构造和施工特点,决定了其跨越能力优于斜拉桥。
参与式教学与实践教学的结合。例如举办桥模竞赛,培养学生的学习兴趣以及动手能力和创新能力,使学生对桥梁结构形式、受力、整体性、稳定性及细部构造有更进一步的理解和掌握,巩固和加深包括材料力学和结构力学在内多方面的基础知识。桥梁结构模型除了在设计上要求有合理的受力形式并考虑材料特性之外,在制作过程中还要考虑结构的制作工艺以及对结构的细部构件、节点处理,以保证结构的受力与计算模型一致。制作工艺就是考查学生对桥梁结构受力性能的掌握,同时也加深学生对桥梁结构构造的理解,提高学生对课程的学习兴趣。
五、结语
桥梁工程课程体系繁杂、综合性强、集理论与实践为一体的特点,决定了该课程教学要获得理想的效果,只能采取多元化的教学方式。但任何教学方式都不应该是对峙、排斥的关系,而是共存、互补的关系;并且教学方式的外延是非常广泛的,应该积极努力地去探索更多的教学方式,如影视教学法、网络教学法等等。根据不同专业、不同课程的需要有选择地将其应用到教学中,提高教学效果及效率。实践证明在桥梁工程课程教学中采取多元化的教学方式能取得良好的教学效果。 参考文献:
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diversified teaching methods for bridge engineering course in modern
engineering colleges
gao yanmei, liu dong
(school of civil engineering, architecture and construction, chongqing jiaotong university,
r>
chongqing 400074, p. r. china)
abstract: the bridge engineering course is an important professional course in civil engineering especially in road and bridge specialty. to improve the teaching effect of bridge engineering course and stimulate students’ enthusiasm and participation activity, diversified teaching methods including the expansion method, the participation method and the discussion method were proposed combined with modern teaching methods and extensive network resources.