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中图分类号:G712 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2012)33-0090-03
随着我国公路建设的快速发展,桥梁建设数量和规模不断增加。2012年3月22日,交通运输部新闻发言人何建中分析指出,我国国家高速公路网目前还有将近40%的路段没有建成:国家批准的8.6万公里的国家高速公路网,目前只完成了5.87万公里;规划的34条主线,目前只有京哈、京港澳等7条线实现全线贯通,省际之间的断头路还有6000多公里。从发展需求来看,至少还需要10年的集中建设时期,才能够比较好地适应适度超前的原则和经济社会发展的需求。
面对如此巨大的公路工程建设规模,需要大量既有理论知识又有实际能力的道路桥梁工程专业技术人才作为支撑。在这样的背景下,南京交通职业技术学院路桥工程系对道路桥梁工程技术专业中原开设的桥梁施工技术课程进行了改革尝试,主要是围绕培养学生高素质技能型人才这一高等职业教育目标,对桥梁施工技术的教学模式进行认真的思考和探索。本文根据这两年来对该门课程的教学改革的实际情况,从提高桥梁施工技术的教学质量和效果的角度,对教学模式进行探讨。
1 图文并茂的多媒体教学
桥梁施工技术教学过程与工程实际施工联系非常紧密,桥梁常用的设备及施工过程很难在短时间内用板书形式在黑板上表示出来,同时学生由于没有现场实际施工的经验,对桥梁施工过程没有立体的认识,所以即使教师费时费力在黑板上画出相关图形,学生也较难理解其中意义。因此,要求在本门课程之前的桥梁结构与识图教学中要加强对桥梁的认知实习,让学生能在空间上对桥梁的各个组成部分有深刻的认识。这样在进行桥梁施工技术学习过程中就比较容易建立立体的概念。在此基础上应用多媒体教学,由于多媒体教学可以将现场图片、建模图片、录像、动画直观地体现在学生眼前,在很大程度上解决了学生对学习施工过程比较抽象和难以理解这一问题。
采用多媒体课件,用动画的形式来演示桩基施工、架桥机工作等过程,学生感觉很新奇,注意力集中,学习兴趣高且学习效果很好,同时学生对桥梁施工过程也有了较直观的认识和理解。一些需要展示内部结构的情况,通过建模合成图片,使学生能够直观地看到结构内部的情况,加深认识的同时也大大缩短教学时间,改善教学效果。
多媒体教学的应用,使过去书本中比较抽象难以讲解的内容可以让学生在课堂有限的时间内建立直观的认识,同时增加部分趣味图片和动画,使学生在学习中觉到学习桥梁施工技术课程是一个轻松加愉快的过程。同样的教学内容在采用多媒体教学后可以在更短的时间内学习掌握,这样就极大地提高了教学效率,在有限的课程时间可以让学生接触到更多的知识。
总之,多媒体教学方法的使用使原本有些抽象、枯燥甚至略显乏味的知识点变得更加有趣和生动,提高了学生学习的积极性,增强了课堂互动。多媒体教学方法的引入,改变了教学形式,并使整个教学效果得到很大的增强。
2 热情主动的互动式教学
旧的教学模式为教师讲学生听,教师忙于完成教学任务,学生忙于记听课笔记,教师讲什么学生就记什么,大部分学生很少动脑筋去问一问为什么,甚至对教师的口误也当作真理进行记录和学习。学习处于被动接受状态,缺少主观能动性,学习热情不高,学习效果较差,创新性思维和实际动手能力得不到锻炼。学生在上课前不预习课后不复习,就等着期末复习时划重点,所以这样的学习方式学生只是教条地死记硬背,学生的实际能力并没有得到提高。
针对这种状况,在学习过程中采用互动式教学。强调课堂上的师生互动,要求学生在上课前对本次课待讲内容要先进行预习和必要的拓展学习,这样对课堂上教师提出的问题才能进行互动交流。在教学过程中教师会在课程讲解的过程中穿插一些提问,对于回答不出来的学生允许其求助于同学,或与周边的同学讨论后回答,这样就会调动所有学生的注意力和积极性来参与到问题的解决过程中来。而且对于多次回答不出问题的学生来说,他也不会感到有压力,无论是课前预习还是课堂上听讲的认真程度都大大得到提高。通过鼓励学生发表自己的观点,不管学生的观点是对还是错都加以鼓励,激发学生学习的主动性,营造一种轻松的课堂气氛,通过师生自由的交流,提高学生对桥梁施工技术的认识,这就提高了学生学习的积极性和在课堂中的参与度,锻炼了学生主动思维的学习惯,同时也提高了学生发现问题解决问题的能力。
3 系统全面的案例教学
工程案例教学是桥梁施工技术教学过程中重要的一环。结合教学的不同阶段,在一个单元或项目教学完成后,通过真实工程案例对已学习过的专业知识时行综合性应用检验,加深学生对知识的掌握,同时也进一步锻炼其发现问题解决问题的能力。在工程案例教学过程中,结合阶段教学进度选取有代表性的案例,教师布置一些教学内容相关的问题让学生分组对案例进行讨论并得出结论,先是组内讨论,然后是组间讨论,这样在相互的讨论和交流中加深认识和理解。由于桥梁施工技术教学内容比较丰富,因此,教师根据不同阶段的教学内容,为学生寻找代表性的真实工程实例作为教学内容。目前主要是选取南京周边有代表性的桥梁施工案例进行教学,结合后期的实践教学环节,让学生在实践教学中能够实地对案例教学中的桥梁进行学习,加深对这一桥型的认识。
4 真实高效的实践教学
实践教学是学生在学习了一定的理论知识的基础上对施工现场的实际施工过程进行认识和学习的过程,是理论知识与实践相联系的重要途径,是学中做、做中学的体现。桥梁施工技术具有工程规模较大、工序多且复杂、现场杂乱、工期较长等特点,一两周的实习时间常常很难参观学习到桥梁施工的整个过程。由于实习时间和实习经费原因,实习也不可能到较远且有针对性的工地实习,使得有些实习变成认识性的实习,只能是走马观花,流于形式。
针对这种状况,结合桥梁施工技术课程的特点,进行改革探索。1)建立校内桥梁仿真实训室和校内桥梁综合实训基地,使学生不出校门即可完成对道路和桥梁施工中常规的道路和桥梁的实习任务。2)建立学校周边的校外实训基地。校外实训基地在建设之初就考虑到学生实习的特殊要求——需要距离近、施工规范的工地进行实习,在校外实训教学基地建设方面,充分利用地域位置,与南京城投集团、南京交通控股集团等在南京路桥施工领域规模较大的业主单位建立合作关系,以便学生能够到其南京周边的施工现场进行现场实习。3)在实践教学师资队伍方面,学院聘请校外紧密型实训基地的实践经验丰富、专业技术水平高的高级工程师和专家参与指导学生实践,保证整个实践教学环节的质量。4)实行双导师指导制度。在聘请校外指导教师的同时,安排校内有过企业一线施工经验的教师对学生进行指导,校内、校外教师共同指导学生。双导师的对口指导与培养,可以使两位指导教师实现优势互补,拓展学生的知识面,同时可以使学生在课上、课下随时通过不同的途径向校内外指导教师进行请教,高质量地完成规定的学习与实践任务。
5 平等友好的师生沟通
当前学生接受信息的渠道较多,思维活跃,对于生活及学习中所遇到的问题有自己理性的认识和想法。在教学过程中应注意观察不同学生对桥梁施工技术这门课的不同认识:有一部分学生认为桥梁施工现场条件比较脏、较危险、施工环境恶劣、工作艰苦,今后不打算从事路桥施工方面的工作,其学习目的通常以完成学习任务为主,能通过考试、拿到学分,因此对桥梁施工技术的学习兴趣较低;部分学生对桥梁施工技术有极大的兴趣,并表示今后将以桥梁施工作为自己的首选就业岗位;少部分学生对该课程不够重视,认为课堂上不认真听讲没关系,下课后通过自己学习或者考前的突击能够赶回来。
针对一些学生错误的学习态度,利用课间和课余时间,主动与学生交流,听听他们的想法,及时指出他们在认识上的误区,指出桥梁施工技术这门课的特点和特殊性,强调课堂认真听讲的重要性,帮助学生端正学习态度,提高学习积极性。对于那些对桥梁施工技术有浓厚学习兴趣的学生,则积极引导,鼓励他们把专业基础理论知识掌握好,培养其创新能力。
6 紧贴前沿的教师实践
桥梁施工技术是实践性很强的课程,如果教师只是对着书本讲解,学生会感到所学内容比较枯燥,很难激发学习兴趣。同时桥梁施工技术发展十分迅速,新技术、新工艺、新材料、新方法层出不穷。在进行传统桥梁施工技术内容教学的基础上,应将施工现场实际应用的“四新”内容及时引入课堂教学中,这不仅能够激发学生的学习兴趣,同时能培养学生独立思考和创新的精神,更重要的是使学生了解到本门学科发展的前沿,做到教学与就业岗位知识能力目标相一致,达到“零距离”上岗。同时使学生扩展视野,扩大知识面和学习思路,培养和锻炼学生的科研意识和创新能力。
而要想了解施工一线的具体技术应用情况,最直接的方法就是教师通过假期下企业实践活动,获得桥梁施工技术的新知识,提高教师自身综合素质,开阔视野,加深对桥梁施工技术教学内容的理解。同时,将平时接触到的科研成果与探索体会融入教学中,提高教学的理论水平起点,深化教学内容,使课程教学跟上桥梁施工技术学科新进展的步伐,并紧密联系施工一线的实际施工情况,促进教学和科研水平的提高。
7 结束语
随着我国交通基础设施建设的进一步快速发展,桥梁工程建设的投资规模和数量将不断增加,这将迫切需要大量的桥梁施工和管理等方面的高级技能人才。桥梁施工技术作为道路桥梁工程技术专业群的主干课程之一,积极探索科学合理、高效可行的教学方法和手段,对于激发广大热爱路桥施工的学生的学习主动性、改善教学效果及促进高技能人才的培养,都有重要意义。
参与文献
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[关键词] 高职教育;“桥梁工程施工技术”课程;实训教学
[DOI] 10.13939/ki.zgsc.2016.28.218
1 实训教学环节的重要作用
课程的实训环节一直是高职教育的一个重要教学内容,如何安排实训内容,并进行科学的开展是提高实训教学成效的重要保证。
总体来说,实训环节在教学中的作用主要有以下几个方面:
(1)激发学生的动手能力,引发学生的学习兴趣。
(2)培养学生分析问题,解决问题的能力。实训环节在设置时,都是带着学习任务进行的。在任务面前,学生们为了解决它,通常会采取各种应对措施,如找各种资料,设计规范、施工规范、视频资料等,然后进行分析,找到解决问题的办法。在实训环节的进行过程中,学生们通过自己动手寻求答案,增加了学生自主学习的兴趣和自信心,培养了他们分析问题和解决问题的能力。从教学角度来说,动手做获得的效果也远比老师讲要来得好。
(3)实训教学培养了学生们的团体合作精神,提高学生学习的主观能动性。对于一些实操性的实训内容,如搭设脚手架项目,必须要小组成员共同努力,协同工作才能完成。通过实训培养学生们的团体意识,合作精神,以及不怕吃苦的精神等,这些非专业素质能力的培养对今后的工作也是极其有利的。
“桥梁工程施工技术”课程,作为道桥工程技术专业的一门应用型核心课程,在专业课程中起着举足轻重的作用,在教学过程中更应抓好实训环节的应用,发挥其作用,推动教学的进行。
2 实训环节的类型分析
2.1 室内设计型实训
“桥梁工程施工技术”课程为一门应用型专业课程,但教学内容上还是存在大量理论教学内容,这些内容相应的实训项目可在室内进行。如各种桥梁结构、构造的学习,这些内容要求学生掌握一定的读图能力和工程量计算能力。另外,还可根据桥梁结构、地域环境特点等,要求学生进行桥梁施工方案设计等。这些实训内容,只需在室内,给出特定的桥梁图纸及其他设定条件即可进行。
2.2 室外操作型实训
“桥梁工程施工技术”课程中还有大量的设计桥梁施工的内容,如施工放样、工艺流程的学习,质量检测等内容,仅给出图纸也是无法完成的,必须到实际的施工现场,结合具体的工程实体来进行。当然,如模板的设计及拼装;支架及脚手架的设计及搭设;混凝土的搅拌、振捣、养护等内容也可在实训室内进行,但这需要学校有配套的综合实训室才能进行。
3 实训教学项目的设计与实施
3.1 实训教学项目的设计
课程的教学一定要切合桥梁建筑市场的能力需求来进行,在教学上应该与时俱进,多讲新技术、新工艺、新设备、新材料、新方法等,而对市场逐渐淘汰的施工方法、工艺等,则可少讲或不讲,在实训教学项目的设计上也应符合此要求。因此,课程实训项目在内容设计上,教师应精心挑选题目进行设计,以便将实训所获能较多地应用于实际工程。
根据桥梁建设市场的需求,对用人要求有识图、算量、放样、施工管理、质量检测等技能。根据这些要求,分别进行实训教学项目的设计。
在课程教学中,可以进行的实训项目主要包括以下几种:
(1)结合具体桥梁构造图(如板桥的梁板构造图,轻型桥墩构造图或重力式桥台构造图等),进行工程量的计算。要求学生正确计算混凝土、钢筋、砌体等工程量,以考核学生的识图、工程量计算能力。
(2)结合具体上部结构布置图(如一定跨径和宽度的梁桥或拱桥结构布置图),进行模板、支架的计算及设计,或进行桥跨结构施工方案设计。前者要求学生能掌握模板、支架荷载计算方法,并能进行模板和支架结构设计,并完成模板的拼装,支架的搭设及拆除等工作。后者要求学生能掌握桥梁的各种施工方法,并在不同外部条件下灵活选用适宜的施工方法。
(3) 结合具体钢筋结构图,进行梁体钢筋绑扎任务。要求学生能正确识读钢筋结构图,正确计算钢筋下料长度,熟悉梁体的钢筋构造,并完成钢筋骨架的绑扎任务。
(4)结合具体桥梁施工项目,进行桥梁结构的施工放样,施工过程管理控制及成品质量检测等。要求学生具有桥梁放样能力,基本的施工管理能力,并熟悉桥梁各部位的检测要点,检测方法及质量标准等。此实训任务相对来说最难完成,因为桥梁工程总是不断完成的,要找到一个符合学生实训项目难度,并具可操作性的项目实体对教学来说是一大难题。若有配套的实训建设基地,能够不间断提供工程实体供学生进行实践操作则是最好的。
3.2 实训教学项目的实施
以“钢管扣件式脚手架搭设实训项目”为例,介绍实训项目的实施步骤。
首先,由教师写出内容翔实可行的实训项目任务书和指导书,这是实训项目能顺利实施的前提和保证。任务书应写明实训目的,内容,要求,提交成果,考核方法等。指导书应写明实训的具体操作步骤,操作要点,应注意事项等。
其次,在任务实施前,教师需将实训任务书和指导书下发给学生,进行任务交底和安全交底,将实训的目的、内容、要求、考评方法等一并交代给学生,确保每位学生能明确自己的实训任务,操作步骤和要点,以及操作的注意事项、安全问题等。
再次,要求学生按照实训任务书做一定的相关准备。例如:学习《脚手架搭设的构造规范》《脚手架安全技术规范》知识,进行脚手架构造图设计,绘出脚手架构造详图等。
最后,指导学生进行脚手架的搭设和拆除。脚手架搭设和完成后,还要分别组织学生对搭设过程和拆除过程进行总结,找出不足之处,并将正确做法进行总结和积累,以便今后使用。
“钢管扣件式脚手架搭设实训项目”按照上述方法进行操作后,在学生中取得一定好评,感觉受益颇多。通过学生自己动手,掌握了扣件的类型及使用方法,学习了脚手架的构造要求,搭设要点及安全技术。通过该实训项目,同学们之间建立了良好的协同工作氛围。在实训项目完成后,同学们也对自己的成果进行分析,找到其中的问题和不足,以及解决和避免办法等。
4 实训教学项目的评价
实训的评价方法采用自评、同学之间互评和教师评价三者相结合,综合得分。
学生在完成实训后,对自己的成果进行评价,总结自己成功和不足之处,形成总结意见。然后,同学们之间互评。通过学生们的讨论交流,得出结论,对于该实训项目应如何操作才能做得更好。最后,由老师对结果进行总结评价,并给出成绩。
实训成果的评价是实训教学的一个重要内容,一定要从实训过程中有所反思,有所体会,并从中总结出经验,才能有所收获,才能达到本次实训的最终目的。
1.将已学基础课程系统化,与专业课程相互融合桥梁工程是一门专业课程,需要很多基础课程的支撑,如结构力学、结构设计原理、建筑材料等等。要调动学生对该课程主动学习的积极性,提高学习实效,必须首先将此类基础知识进行梳理,使其系统化。在教学时也应精心设计各个教学内容的讲授方法,使专业课与基础课的知识点融合起来,帮助学生了解基础课程与桥梁工程课程的联系,而且在以后的学习中遇到问题时也能独立解决问题。将基础知识融入专业课程教学中,还提高了学习实效,促进学生主动学习。结构力学课程讲授的是简化的结构受力图式在各种力的作用下的受力和变形,与实际结构有很大的差别,很多学生很难将其与桥梁工程课程中的每种桥梁相联系。因此讲授桥梁工程课程概述中的桥梁分类时(桥梁分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥以及组合体系桥梁5大体系)先展示各类桥梁照片,然后绘出每种桥型的简化受力图式,再在相同位置作用竖向力,分析其支点反力和截面内力,最后强调实际的每类桥梁与结构力学课程中的各种受力结构的对应关系,使学生理解其中道理,同时也把自己原来学的结构力学课程中的抽象知识与实体桥梁工程相联系,将理论与实际结合起来。
2.精心设计教学课题要提高学习实效,激发学生的学习主动性、积极性,讨论题目的选择非常重要。笔者认为应该重点关注以下四点:学生感兴趣的课题;教材的重点难点;实际的工程事件;结合学生专业情况。精心设计教学讨论课题,使学生有兴趣参与讨论,也有能力分析解决问题。在桥梁工程课程教学中,由于缺乏工地实践经验,各种桥梁施工方法是学生较难理解的知识。现在网络上各种桥梁施工图片、视频很多,可选取一种桥梁施工方法如较难理解的预应力混凝土连续刚构桥对称悬臂施工法,布置题目和问题:对称悬臂施工法的适用场合;对称悬臂施工法的构造组成;对称悬臂施工法施工工序;对称悬臂施工法如何行走。推荐制作较好的施工视频,让学生在课外带着题目自学,然后课堂组织讨论其中未理解的问题,以此引导学生积极思考,在讨论中互帮互助,最终解决问题。
3.各种有效的课堂讨论方法的综合应用组织课堂讨论时,必须考虑讨论的实效性,最初可以采取学生与教师讨论的方法,请学习比较积极的学生如学习委员等先参与,再带动其他学生参加,后期也可采用学生分小组自己讨论的方法,力求满意的效果。根据实施情况,改进课堂讨论方法由于学生已习惯了填鸭式教学,最初的课堂讨论效果也许并不太好,很容易出现冷场,教师必须适时针对讨论时出现的问题和情况做出课题和方法的调整。方法如下:一是改进课堂讨论方法。学生之间的讨论、学生与教师的讨论或学生与专家的讨论可轮换进行。二是提高学生参与的积极性,优化课堂讨论形式,可以是全班讨论、小组讨论,也可以同桌之间进行讨论。无论选择哪种讨论方式,教师都要及时关注学生参与的范围,力求做到人人参与。同时,讨论过程中要及时归纳小结,对学生的不同见解进行归类分析,纠正错误认识,肯定合理意见,保护学生的积极性。三是加强教师在讨论中的指导和调控作用,不要让讨论无序和漫无目的地进行。教师以“平等中的首席”身份参与到学生的讨论中,及时了解学生的实际情况,分析学生的发言,适时提出学生尚未觉察或需要进一步深入思考的问题;对讨论中有争执的重要问题要及时有效地引导和解决,使课堂讨论顺利开展,取得实效。
二、结语
【关键词】桥梁工程 多媒体 探讨 实践
一、多媒体辅助《桥梁工程》课程教学的必要性
《桥梁工程》课程是走进桥梁世界的入门课,大部分中职学生在初学时头脑中未完全形成“桥梁”的概念,空间想象力不足,因此对桥梁的整体结构缺乏感性认识。在实际教学过程中发现传统的教学方法使学生在理解桥梁的构造原理和施工要点时难度较大。桥梁构造知识是经人们长期实践经验积累与力学理论分析的结果,而传统的教学方法比较适合于力学分析、公式推导。对于很多桥梁的施工方法及施工工艺的教学仅通过文字或静态图片的讲解效果不佳,如果能在施工现场进行讲解则效果显著。然而,桥梁施工的长周期及多形式使得现场教学的组织比较困难,这种现状势必使理论教学与工程实践相脱节,大大影响了教学效果和质量。但是,一旦运用工程图片、施工动画和视频制作的多媒体课件辅助教学,就能将桥梁构造与施工方面的内容反映得形象直观、生动逼真,这不仅降低了学生的学习难度,而且还调动了他们学习的积极性。因此,运用丰富的图文和影音资料制作多媒体课件来弥补中职《桥梁工程》课程实践教学环节的不足是十分必要的。
二、多媒体辅助《桥梁工程》实际教学的效果初探
多媒体课件注重图文并茂,笔者根据不同授课阶段分别制作了多媒体课件辅助教学,并取得了较好的教学效果。例如:在运用多媒体课件讲授桥梁建筑概况的过程中,向学生展示大量源于世界各国具有代表性的桥梁图片,发现学生在欣赏这些精美的桥梁图片后兴趣大增,不仅活跃了课堂气氛而且使学生对各类桥型产生了深刻的印象,为后续内容的学习奠定了基础。又例如:在讲解T型简支梁桥主梁构造特点时,在课件中向学生展示T梁结构示意图,然后对照该图跟学生分析T型梁桥的梁肋、翼板、横隔梁、马蹄形加宽以及加宽渐变段等细部构造知识,发现大部分学生能够较快地掌握。再如:向学生展示预制简支梁桥施工过程动画,每一施工步骤都配有相应的文字说明,对简支 T 梁桥的吊装成桥过程表达得十分清楚,这不仅节省了授课时间,而且促进了学生的理解,提高了教学效率。施工视频能反映施工现场桥梁的建造过程,笔者在讲授装配式混凝土简支T型梁桥时,除了介绍国内一些很好的案例外,还给学生播放了同济大学桥梁工程系与电教中心联合制作的装配式预应力混凝土简支T型梁桥施工工艺(后张法)的影音文件,从架设模板、绑扎钢筋到浇筑混凝土、张拉预应力筋,以及最后的养生整个过程,都让学生有身临其境般的感受,学生观后很快熟悉了施工中所有的机具、施工工艺及流程等,教学效果不逊于施工现场参观。
三、注重《桥梁工程》课程多媒体课件的整合与优化
中职《桥梁工程》课程与《结构力学》《工程地质与桥涵文》 《结构设计原理》《基础工程》这几门先行课程是相互影响、互动有序的,其相互之间构成了完整教学内容的有机整体。但一直以来,这几门课程的教学自成一体,教学内容缺乏整体优化,造成课程与课程之间部分内容脱节,使学生综合运用所学知识分析问题、 解决问题的能力得不到强化,以致毕业生走上工作岗位后不能很快地适应市场变化和工程开发的需要。例如,笔者在讲解桥梁墩台这一章节的时候不仅给学生播放了各种桥梁墩台的图片及其施工视频,还添加了《基础工程》课程中关于钻孔灌注桩施工、水中围堰施工的动画,这将桥梁的整个下部结构的施工有机地结合起来,形成了一个完整的施工过程,再适时地给学生提示、讲解,发现学生也能够很快地将之前所学的专业基础课程融会贯通起来,效果良好。因此,制作桥梁工程多媒体教学课件时应重新制订桥梁工程系列结构类课程新的教学大纲,优化教学内容与学时安排,尤其是关于桥梁结构内力计算方面内容在多媒体课件中还可做适当删减,使桥梁工程多媒体课件达到真正优化的目的。
四、结束语
《桥梁工程》课程所讲授的内容具有较强的直观性,传统的教学方法往往不形象、不直接,容易导致理论与实践脱节,而且有些专业术语、结构构造、施工方法的讲解很枯燥、很抽象,也很难激发学生的学习兴趣。在讲授理论知识时多与工程实际相结合,并运用好多媒体辅助中职《桥梁工程》课程教学,从而激发学生学习的积极性、主动性和创造性,提高教学质量。
【参考资料】
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关键词:桥梁工程;教学改革;CDIO;工程能力
作者简介:梁晓飞(1978-),女,吉林九台人,山东理工大学建筑工程学院,讲师;师郡(1966-),男,山东淄博人,山东理工大学建筑工程学院,教授。(山东 淄博 255049)
基金项目:本文系山东理工大学校级教学研究项目的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)13-0114-02
根据高等学校土木工程本科指导性专业规范的要求,高校要以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心,重构课程体系和优化教学内容。[1]“桥梁工程”课程作为道路与桥梁工程方向的专业核心课程,是一门实践与理论并重的专业技术课,能体现材料力学、结构力学、结构设计原理等专业技术基础课在桥梁工程中的综合应用,其教学效果将直接影响到人才的培养质量,因此对其进行教学改革具有重要的现实意义。
CDIO是当前国内外先进的教育教学理念,CDIO即构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate),它注重学生工程基础知识、实践能力、团队能力和工程系统能力的培养。[2-3]“桥梁工程”课程改革以CDIO工程教育理念和高等学校土木工程本科指导性专业规范为指导,整合课程体系、优化教学内容、改进教学方法、调整学生考核方式,使本课程教学适应行业发展的需要,为本专业培养创新能力强、适应企业发展需要的应用型土木工程师搭建平台。
一、课程教学改革背景
“桥梁工程”课程内容多、概念多、构造要求多、计算多、规范条文多、涉及到前期课程多,实践性、综合性强,学生在缺乏实际工程经验的情况下,难于掌握。教学形式单一,主要以灌输式和知识传授为主,忽视了学生在课程中的主体作用,使得学生缺乏自主学习的积极性。
受到“厚基础,宽口径”人才培养理念的影响,学校开设的课程要求多样化,重视自然科学知识和人文社会科学知识,突出英语教学和计算机技术应用,因此,在专业总的授课学时不能变更的前提下,专业课程的授课学时就被大幅度精简。鉴于授课学时有限,本课程的授课内容着重讲授简支梁桥和拱桥的构造与计算,对连续刚构、钢管混凝土拱桥、混凝土斜拉桥和悬索桥等大跨度桥梁则以简介兼自学为主,这种授课安排与我国迅速发展的桥梁建设事业不相适应。“桥梁工程”教学既要重视基本理论、基本方法和基本技能的培养,更应该重视新桥型、新技术、新材料和新方法在桥梁工程中的应用。
长期以来,“桥梁工程”课程的教学模式主要是课堂教学+1周课程设计+2周生产实习。实习时间较短,学生在实习中多为静态的参观。因桥梁建设周期较长,认识实习只能了解其中的部分工程或某个工序,无法全面了解整个设计、施工过程,更无法参与其中,达到理论与实践相结合的实习目的。对此,学生普遍反映所学的理论知识无法在生产实习中应用,对于桥梁建设从设计到施工的全过程没有清晰的思路。桥梁工程的课程设计在手算的前提下,设计的桥型被限定在混凝土简支桥,这也显然是远远落后于桥梁建设发展需求的。
二、教学改革思路
山东理工大学(以下简称“我校”)以往6届道路与桥梁方向毕业的本科生就业情况如图1所示,可以看出我校输送出的学生接近80%在施工、监理、管理等部门就业,继续深造学业和在设计单位工作的仅占17%。由此可知,“桥梁工程”课程的改革目标应该集中在培养学生从事桥梁工程技术及管理工作的基本能力和社会急需的实践能力上。其总体思路是以实际工程为背景,以工程技术为主线,改革课程体系、知识学习方式、考核方式和评价标准,加强实践教学及能力培养方式等关键环节,提高学生的工程意识和工程实践能力,培养出创新能力强、适应企业发展需要的应用型土木工程师。
三、课程改革的具体措施
1.基础教学
选用国家规划教材,以“精、宽、新”的理念整合教学内容。精:以一种桥型的桥梁建设过程为主线,由点到面、深入浅出把繁杂的内容讲活、讲透,使学生举一反三,即可对其他结构形式采用粗讲。建立以“学生为主体,以教师为主导”的教学模式,将工程实例(最基础的混凝土梁桥、拱桥)引入课程教学。通过实施一个完整的项目来组织教学活动,采用类似科学研究与实践的方法,促进学生主动学习。具体做法是将5~6名学生分成一个小组,给每个小组下发一份既有实际工程的设计图纸,抓住桥梁建设过程主线,讲授桥梁设计基本原则、平纵横断面设计内容、桥梁建设程序和方案比选、桥梁上的作用、桥面布置与构造、上部结构的设计计算、支座、下部结构的设计计算和施工技术。对其他结构类型桥梁则以课上简介课下大作业的方式学习。宽:采用国家新标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)教学,对连续刚构、钢管混凝土拱桥、斜拉桥和悬索桥等大跨度桥梁进行类比性、归纳性讲解,使学生适应我国迅速发展的桥梁建设事业。新:利用三维动画模拟、电视录像片和纪录片等教学手段,把本专业最新动态和发展、科研成果、施工技术引进课堂,拓宽学生视野。
依据CDIO教学模式,实施多样化教学方法。
(1)引导性教学和自主性学习相结合。树立学生为主体的教学思想,组建学习小组,开展课堂互助讨论教学,随着课程进展预留联系工程实例的“大作业”,这些“大作业”可以是课程的重点难点、行业的动态或综合性的知识,作业以小组提交。这种教学方法能调动学生学习的主动性,增加学生之间的相互交流,在锻炼学生的独立分析能力的同时加强团队合作精神培养,以课外补课内来提高教学效果。
(2)项目教学法教学。教学全过程中充分突出实践、强化应用,以实际工程项目为背景,将行业规范、现场案例、施工图纸和录像融入教学,培养学生的工程素质和工程能力。
(3)网络化和信息化教学。通过课程网站建立网上互动平台,学生可以在网站上查看并下载教学大纲、教学课件、各章习题、课程设计的任务书和指导书、工程实例、行业动态等,也可以在网站上留下自己的心得和疑问,由师生进行开放性讨论,从而提高学生的学习自主性。
2.实践教学
基于应用型土木工程人才培养目标的定位特点,构建以能力培养为核心,多模块、相对独立、相互衔接的实践教学体系,该体系由计算机辅助设计软件学习、课程设计、模型制作、专题讲座和认识实习等部分组成。
鼓励并引导学生使用桥梁博士、桥梁通等桥梁工程计算机辅助设计软件,改变课程设计、毕业设计完全手算及手工绘图的现状,邀请设计院技术负责骨干进行专题讲座,依托实际工程进行课程设计,在“做中学,做中教”,培养学生的工程设计能力。[4]利用课程设计的成果,以学习小组为单位按比例制作桥梁的上部结构模型,结合工程已有的其他部分图纸补充下部结构、支座、桥面铺装、栏杆、排水和照明完成全桥模型。在建造过程中,要求严格按照设计图纸施工,不能随意变更设计,在课程结束时提交实体模型和设计说明书,利用PPT演示建桥的全过程并对成果进行答辩,通过熟悉设计图纸课程设计制作模型成果答辩使理论知识具体化、实体化,不知不觉中培养学生的工程能力。
3.考核方法
为鼓励学生个性化发展,打破应试教育的桎梏,采取多元化考核模式,在强调测试理论知识的同时注重工程实践能力和工程设计能力的评价与考核。在考核方式上,采用闭卷笔试、小论文、大作业、模型制作、答辩、互评、自评相结合的形式。
4.课程教学体系建设
毕业设计是教学过程最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节,要求学生综合应用所学各种理论知识和技能。桥梁工程课程的改革建立的“课堂教学、课程设计、认识实习”三元一体模式实质上是对毕业设计环节的基本训练,因此改革后的桥梁工程教学模式可和其他教学环节构成如图2所示的教学体系。
四、桥梁工程课程改革效果
经过两级六个自然班的课程实践,桥梁工程课程改革取得了显著的成效,主要表现在:
第一,构建了以学生工程能力培养为主线,分层次(基础教学课程设计桥梁模型)、多模块(认识实习—课程教学—专题讲座—毕业设计)、全过程、递进式的实践教学课程体系,通过连续渐进的典型工程项目设计,培养学生的工程素质、工程能力和设计能力。
第二,实施多元化考核评价方式,增加小组讨论、大作业、模型制作、答辩等环节,激发了学生学习主动性,提高了学生学习能力、研究能力和工程实践能力。在后续的生产实习中,教学培养基地企业反映该批次学生较之往届“上手快,操作能力强”。
第三,课程设计和毕业设计成果质量提高显著。将项目教学法纳入课程,使学生对现行规范的把握、识图、画图能力加强,将计算机辅助设计软件应用于设计验算,在内容难度加大的情况下学生的成绩没有出现下降趋势。
五、结语
“桥梁工程”课程教学改革以实际工程为背景,以工程技术为主线,完成了课程体系、知识学习方式和考核方式的革新,两届学生实践的良好效果证明本次教改构建的分层次、多模块、全过程、递进式教学课程体系能够加强学生实践教学及能力培养,提高学生的工程意识、工程素养和工程实践能力。
参考文献:
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[3]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究,2009,
道路桥梁工程技术专业对学生的专业理论与实践能力有着很高的要求,学校在进行实习实训教学时不仅要注重完成专业的教学任务,还要重视教学内容与实际接轨,让学生积累足够的实践经验便于未来更好的发展。在进行该专业的实习实训教学过程,学校应始终将重视学生实践经验的累积,重视实习实训环境与实际工作环境接轨作为实习实训教学改革的核心。
1 传统实习实训教学方式的不足
道路桥梁工程技术专业主要培养掌握道路与桥梁工程基本理论和知识,具备道路与桥梁工程现场的施工技术和工程管理能力,从事道路与桥梁工程生产一线技术与管理工作的高级技术应用性专门人才的专业性人才,由此可见道路桥梁工程技术专业对于学生的专业理论知识和实践能力有着较高的要求[1]。
学校组织进行学生统一实习实训的教学方式主要存在学校缺乏足够的教学资源,学校实习经费有限及实习实训教学内容不全面等问题。道路桥梁工程技术专业没有一个专门固定的实习场所,并且大型的道路桥梁工程现场基本上都处于城市的偏远地区,交通及实习实训都非常不便利。学校的实习经费有限,不可能为学生提供一个相对便利的实习环境。即便学校组织学生去往现场参观,可道路桥梁工程单位也经常出于学生的安全问题及相关的管理问题的考虑,一般是不愿意接受学生来实地参观实习的。
学校的实习参观多为毕业前半年或者一年,但道路桥梁工程工期时间长,学生不可能在规定的时间内完成所有的实习内容。而且需要实习的学生数量较多,带队的专业教师及管理人员数量较少,致使学校组织的实习参观最后往往流于形式。
如果学生自己联系实习单位完成实习的方式也存在学生实习单位散,专业教师没有办法进行统一有效的管理与指导等方面的缺陷。
2 实习实训教学的改革方法
2.1 确认实习实训教学的目标
高职院校道路工程技术专业的教学目标是为道路桥梁工程单位和企业提供合格的道路桥梁工程专业人才,因此在计划实习实训教学时学校一定要注重培养学生对道路桥梁专业的理论知识与实践能力相结合,重视提高学生的就业能力。在组织道路桥梁工程技术专业实习时,学校要以企业对人才的具体要求为导向,努力提升学生的专业理论知识和应用能力,提升学生的实践经验,培养写生的创新能力[2]。
2.2 实习实训课程内容与企业要求相结合
教师可以对企业进行实习考察,了解企业岗位真正需求。教师在设计实习实训课程内容时可以与将企业的具体要求相结合,让实习实训课程内容更贴近学生未来工作环境的要求。如此既保证了实习实训教学课程专业性、开放性和实践性,也提升了实习实训教学效率,让学生在实习实训教学中真正得到了锻炼的机会,积累了专业实践经验。
2.3 建立完善的实习实训教学管理办法
实习实训教学与传统的教学方式不一样,学生需要进入到实习现场进行实践操作,因此良好的实习实训教学管理办法就显得尤为重要。它不仅能保证学生安全完成实习实训教学,也直接影响着实习实训教学的质量。
在制定实习实训教学管理办法时,学校应注意四个方面:①细致全面的规定实习实训教师及相关管理人员的管理工作内容,做到权责分明;②监督检验实习实训教学每一阶段的教学成果,保证实习实训教学的整体效果;③对实习实训期间所使用的设备均要做好记录,制定完善的申请使用与归还验收制度,为实习实训教学提供良好的硬件支持;④完善实习实训教学的监督管理体制,保证学生在非集中式实习实训教学质量[3]。
2.4 建立完善的实习实训基地
学校应学校应加大建设力度,建立完善的实习实训基地。室内实训室配备成套的仪器设备,基于常规试验及检测的相关项目,编制出更适合教学的实训项目,使学生们不出校门就能进行相关的试验及检测;室外实训基地建设模拟施工现场情况及可能出现的各种病害情况,让学生们能进行相关的路基路面检测、桥隧外观和内部检测、桥梁桩基检测等,并判断出各病害类型及应采取的处理方法。建立完善的实训基地的同时,系统的设置实训项目,使“工学”有机地结合在一起,使同学们能更快地适应施工现场工作。
2.5 建立有质量的实习实训教学团队
道路桥梁工程技术专业是一个专业性与实践性都非常强的专业,需要专业教师在掌握足够的专业理论知识的同时,也能对学生的进行有建设性的实践指导。学校要有意识地建立起专业理论知识过硬,又能对学生实习实训学习进行有效的指导的实习实训教学团队,以保证实习实训教学的教学质量和教学效率。在建立实习实训教学团队时,学校及相关部门要重视以下几点:①为该类型教师制定详细的准入制度与任职标准;②对现有专业教师进行培训,提升现有教师的专业实践能力;③推进高职院校人事管理制度,加大对教学人才的重视[4]。
国务院《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》,明确要求创新人才培养机制、改革教学方法和考核方式,以提高学生的创新能力和增强创新精神。教师如何采用创新教育模式,改革教学方法,在以培养创新人才为目标的指导下,突出学生的自主学习能力,提高?W生的工程能力和创新能力,是工科专业需要深入解决的问题。PBL(Problem―Based Learning)模式作为国际上先进的教学方法之一,其理念正好和我国当前教育改革的目标一致,在于激发学生的自主学习意识,培养学生的创造性思维,提高学生的综合素质。为适应新形势下的人才培养要求,我们将PBL模式应用到“桥梁工程”课程教学改革中,结合近几年的“桥梁工程”课程的教学实践,对教学方法进行了改革探索。
一、桥梁工程教学现状
“桥梁工程”课程是土木工程专业的一门重要专业课,除了课堂理论教学之外,还包括课程设计实践环节。传统的桥梁工程教学存在以下问题。
(一)理论课和课程设计单独完成
通常桥梁工程教学将理论课和课程设计作为两门单独的课程,课程设计一般安排在理论课程结束后,在学期末1―2周内一人一题单独完成。这种设置任务重且时间紧,学生往往是单纯地模仿,对课堂上已经讲授的理论知识不能很好地运用和掌握,设计成果不理想,分析问题和解决问题的能力并未得到很大的提高,且团队合作和创新精神得不到培养[1]。
(二)教学方法单一
传统的课堂教学,以教师为主体,通过教师的讲授来传授知识,学生被动接受,大部分学生缺乏学习的主动性和积极性,学习效果不理想。教学过程中,缺乏理论知识与工程实践的有效结合,学生的专业知识实际应用能力较差。教师普遍注重专业知识的传授,而对学生的沟通表达能力、合作意识和创新能力不够重视[2]。
(三)考核存在局限性
一般采用考试成绩+平时成绩的形式考核学生的学习效果,注重期末理论笔试成绩,虽然能反映学生对基本知识的掌握程度和学生的学习态度,但对学生平时的学习过程和效果难以考核,不能全面反映学生综合运用知识的能力,不利于培养学生的自学能力、工程应用能力和创新能力。
二、PBL模式应用于桥梁工程设计课程的意义
PBL模式是“以学生为主体、以问题为起点、以项目工作为重要环节,将知识获得与知识应用相结合的探究型学习模式”[3]。PBL 教学模式强调学生的主动学习,以培养学生的创新能力和提高综合素质为目标,学生以小组讨论的形式共同解决问题,提升学生的团队意识和实践能力[4]。PBL 模式下的课程教学注重教学方法的改革,以学生为本设计各个教学环节,将项目贯穿于教学始终,改进了传统教学中的弊端,提高了学生的创新能力。“桥梁工程”课程强调学生的理论学习与实践应用的结合,PBL 教学模式符合桥梁工程设计课程教学的需求,应用PBL模式的桥梁工程设计教学,更能激发学生的学习兴趣和创新思维能力,提高学生的综合素质。
三、PBL模式下的桥梁工程教学改革措施
“桥梁工程”课程教学改革以课程设计任务带动理论学习,以设计任务为载体,以问题为导向,实行项目引导、任务驱动式的教学;以提高学生工程能力和综合素质为教学目标,改革教学方法,改变考核方式,培养适合企业需求的应用型人才。
(一)优化课程设计
依托工程项目结合理论知识进行课程设计,采用 “边学边做,边做边学”的模式,培养学生的分析问题、解决问题的能力和创新能力。选定实际工程项目作为课程设计内容贯穿在整个教学过程中,由传统的理论讲授为主、以课程设计为辅的模式转换为以课程设计为主、以理论讲授为辅的新模式[5]。
基于实际项目的课程设计任务书从理论课开始开始就下发给学生,让学生先熟悉任务,查找资料,理清思路,在理论课讲授的同时完成各阶段的任务。课程设计的具体安排如下。
1.在开学第1周,以自愿组合的形式组成小组,一般4人一组,最多不超过5人,每组选定1名组长,组长任务分工并协调各成员工作。除课程设计之外,调查报告和案例分析等任务都以小组的形式完成任务。
2.教师根据工程常用的简支梁桥截面形式提供4
大类设计题目和任务,根据不同的跨径和桥面净宽,各小组自选题目。要求各组内成员的题目具有可对比性,每班一人一题,不得重复,选题在第2周内完成。
3.查找和自己设计题目相似的桥梁通用图,看懂构造设计,根据理论授课知识和规范要求自己设计构造,小组讨论分析形成初步的构造设计方案,经教师修改后定稿构造设计方案。结合课堂的简支梁计算知识点完成主梁的内力计算,复习“混凝土结构设计原理”课程完成主梁的配筋及验算,参考通用图的绘图标准完成图纸的绘制。课程设计过程中,随机抽查学生的完成情况,在自愿的原则上,要求学生在课堂上讲解自己在设计中遇到的问题、解决方法和收获。课程设计穿插在整个教学过程中。
4.课程设计答辩阶段,每组在15分钟内完成课程设计的PPT汇报并回答其他学生的提问,其他组的组长检查该组的课程设计并对答辩评分,教师对每组的答辩进行点评。
5.课程设计计算书和图纸的修改和完善,以小组提交课程设计总结报告,教师对课程设计进行评定。
(二)创新教学方法
在理论教学中,以课程设计项目为驱动、以问题为导向、辅以典型工程案例,在课堂上坚持“教师是主导,学生是主体”的教学原则,充分调动学生的主动性,激发学生的学习积极性,培养学生的自主学习能力和创新能力。
授课内容不拘泥于教材的章节编排,以项目为核心设计教学内容。本课程要求学生掌握的主要桥型是简支梁桥,课程设计的内容也是简支梁桥的上部结构,授课中提供给学生一套桥梁图纸,包括常用的各种截面形式的上部构造图和下部结构图,始终以桥梁的图纸为主线,讲解桥梁的规划设计、梁桥的上部结构和下部结构等理论知识点。PBL模式在“?蛄汗こ獭崩砺劢萄е械木咛遄龇ㄈ缦隆?
1.提出问题。授课方式上,将知识点以问题形式提出,引导学生分析问题并解决问题,调动学生自主学习的积极性,让学生了解所学知识与实际工程的关系,增加学习兴趣。在讲授新的知识点前,先将问题以课后思考题布置给学生,课堂上学生回答问题,教师点评并补充讲解知识点。问题的设计尽可能紧密结合工程实际,难度不宜太大,让学生思考出问题有成就感,充分调动学生的学习热情。
2.小组讨论。组长协调好组内各成员的分工,搜集资料,分析问题,解决问题后形成课程论文、调查报告和案例分析报告。
3.课堂PPT汇报。课堂上每组分别派代表讲解调查报告和案例分析内容,并回答其他学生的提问,组内其他学生可以补充回答,其他组的学生给该组学生打分,教师点评学生发言,对学生讨论有疑问的问题进行指点和补充回答,并启发学生开拓思维和深入思考。
(三)变革考核方式
新的考核方法注重引导学生从“考试结果”向“学习效果”转变,在重视理论知识、专业知识考核的同时,也着重考核学生的学习过程、自学能力、分析能力、应用能力和创新能力,尽可能反映学生的综合素质。考核分为基础能力考核和创新能力考核两部分,基础能力的考核主要包括课堂表现、作业和理论考试、课程设计等考查学生对课程基础知识的掌握程度,创新能力考核主要包括课程论文、调查报告等考核学生的知识运用能力、分析能力和创新能力[6]。
在“桥梁工程”课程成绩评定方法中,在平时成绩的考核中除了课堂表现、作业外,还将课程论文、调查报告、案例分析等方面纳入考核范围,其中课堂表现占平时成绩的20%,作业完成情况占40%,调查报告占20%,课程论文占10%,案例分析占10%。试卷考试成绩含理论课考试成绩(占50%)和课程设计成绩(占50%)。课程的最后成绩由平时成绩(占30%)和理论考试成绩(占70%)组成。
【关键词】桥梁施工 课程 BIM 改革
2015年度陕西高等教育教学改革研究项目(重点),项目名称:BIM技术在道路桥梁工程技术专业教学改革中的应用研究与实践,项目编号:15Z31。
中图分类号:G712
引 言
2015年7月1日,住房城乡建设部了《推进建筑信息模型应用指导意见》,要求到2020年末,特级、一级房屋建筑工程施工企业应掌握并实现BIM与企业管理系统和其他信息技术的一体化集成应用。BIM即建筑信息模型(Building Information Modeling)的简称。近两年,我国BIM技术的发展可谓是日新月异,不仅仅在房屋建筑领域,而且在公路及铁路领域的发展也非常快。在这种形势下,促使从事高职教育的工作者们开始思考BIM技术对于教学工作有什么帮助?《桥梁施工》课程对于高职层次的学生而言是接受比较困难的一门课程,如果在《桥梁施工》课程中引入建筑信息模型将会是该课程一次非常大的变革。
二维多媒体教学资源的局限性
1.桥梁结构种类非常多,包括梁桥、拱桥、刚架桥、悬索桥、组合体系桥五种基本桥型,每种桥型下又分为好多种类型,如梁桥又可以分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥,仅仅依靠二维多媒体资源很容易使学生在各种相似桥型之间造成混淆。
2.桥梁的各种零构件非常多,大的方面来分有五大部件和五小部件,再细化部件数不胜数,如伸缩缝、防撞挡块、箱型梁等,仅仅利用多媒体资源使学生的认知片面化,对结构的三维造型不能够全面掌握。
3.桥梁结构中的钢筋布置非常复杂,有构造钢筋、受力钢筋,受力钢筋中又包含普通受力钢筋和预应力钢筋,这其中预应力钢筋的布置是非常复杂的,绝大多数都是呈曲线布置的,与其他钢筋的相对位置利用二维多媒体资源很难展现清楚。
桥梁三维多媒体资源的开发
BIM技术在建设工程各种领域的应用越来越广泛,BIM技术的载体就是各种各样的三维实体模型。将结构物(如房屋、厂房、轨道板、隧道、桥梁)根据图纸在建模软件中按照1:1的比例构建起来,可以720°无死角地对结构物各个部位的构造进行展示,可以依据模型提取指定部位的工程量,可以给指定部位模型添加相应的施工信息,成为名副其实的建筑信息模型。满足课程所有要求功能的桥梁三维多媒体资源如图1所示。它的优越性主要表现在以下几个方面:
⑴可以实现各个桥梁构件全方位无死角的展示,比如桥梁桥面铺装中的伸缩缝,不仅可以通过视角的切换展示伸缩缝的整体外观,另外对于伸缩缝中的弹条、钢构件等零件通过隐藏/显示功能可以单独或一起全面展示。
⑵可以通过三维模型进行二维出图,展示桥梁的立面、侧面和横断面,与传统的施工图纸有效对应。
⑶以往在教学中常用的施工动画或者视频多数是施工单位与动画公司合作制作的某个工程项目的施工动画,着重于施工工艺的完整性,而对教学工作的针对性满足不了教学的需求。利用三维模型可以开发三维施工动画,如法国达索公司的建模软件CATIA就可以与动画制作软件DELMIA实现无缝对接,这是二维多媒体资源无法办到的。
BIM技术在《桥梁施工》课程中的应用
1.建模软件的选用
通过BIM技术对《桥梁施工》课程进行改革,必须合理选择相应的建模软件。目前市场上还没有专门针对桥梁工程开发的建模软件,只能通过其他行业的建模软件对桥梁工程进行建模。常用的桥梁建模软件有Autodesk公司出品的Revit和Dassault公司出品的Catia。要求建模软件具备以下功能:
⑴具有良好的表现能力,可以完成对于不同桥型的桥梁的建模工作。
⑵有利于进一步开发三维动画。
⑶有利于进一步进行施工管理工作,如进度管理、材料管理。
2.依靠桥梁建筑信息模型的课程改革
⑴教师可以根据教学内容以不同的模型作为载体完成教学任务,教学任务设计及教学手段更加多样化。如桥台的构造一直是教学过程中学生难以理解的一个知识点,引入建筑信息模型,不仅可以展示桥台整体模型,而且还可以展示桥台各个部件,如图2所示。利用桥梁建筑信息模型,教师可以布置相应的教学任务,如某个部位工程量的复核,学生计算出来的量可以直接与模型提取的量进行对比,大大缩短了教师的备课时间。
⑵可以通过桥梁建筑新模型在教室就进行施工技术交底,大大缩短了学生阅读施工资料的时间,各种施工情况、地质、结构等一目了然,如图3。相当于在施工现场给学生交代施工步骤,而且随着讲解进度相应的结构实体也是按照真实施工进度逐步完成的,给学生提供了一种真实的体验,不仅使学生掌握相应的施工方法而且可以让学生验证这种施工方法的准确性,并能够提出合理化的施工建议,是传统教学办不到的,身临其境才能行知合一。图4展示了连续梁悬臂施工所划分的施工阶段,可以按照施工过程让不同的阶段先后出现。
⑶钢筋的构造一直是学生学习的难点,引入桥梁信息模型,将其变成一件很简单的事情,如图5所示。
结论及展望
BIM技术在工程领域的推进势不可当,同样作为与工程行业密切相关的高职课程在BIM技术的引导下的改革也是势在必行。通过改革,《桥梁施工》课程的学习更加适合高职层次的学生,将以往大量花在该课程上的时间可以用于培养其他技能,使课堂与工地真正地实现零对接,学生毕业以后就是一位很有施工经验的桥梁技术人员。但是同时也对教授《桥梁施工》课程的教师提出了更高的要求,教师不仅要具备更高更全面的专业素养,而且还要懂得建模软件的应用及开发。目前《桥梁施工》课程的改革紧紧依托于Catia软件,基于动画软件Delmia的课程改革还需要进一步推进。
参考文献:
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关键词:土木工程;道桥方向;课程体系;实际工程;整合优化
中图分类号:TU-4 文献标志码:A 文章编号:
10052909(2015)04008103
1996年国家教委进行改革,把建筑工程、桥梁与隧道工程、岩土工程、道路与铁路工程4个专业合并成为一个大专业,称为“土木工程专业”。一般高校在土木工程专业上设置建筑工程和道桥两个方向。如何保证学生在学习了大量为拓宽就业口径而设置的专业基础课程后,还能保质保量完成主攻方向的专业课程,既对大土木“通”又对小方向“精”,是许多高校力争解决的一个难题。如何根据学校的人才培养目标并结合社会需求制定适合的课程体系,是高校在制定专业教学计划时需解决的另一个难题。土木工程专业平台课程的拓宽是可能的,但拓宽的方向和步伐需考虑国内目前
的情况,取决于社会需求的迫切感和校内条件的创造[1]。土木工程专业道桥方向的实践性极强,与实际应用联系紧密,然而多数院校仍然沿用传统的教学手段和方法,偏重理论轻实践,不利于学生对知识的理解和应用。
文章立足于面向实际工程的课程体系建设思想,以道桥工程课程体系作为对象,着力于研究实际工程与课程体系的有机结合;对毕业设计、课程设计等实践环节进行统一规划,力争提高学生的实践能力和创新能力,以期培养适应社会需求的高素质应用型专业人才。
一、 道桥工程课程体系设置情况
不同高校相同专业课程设置略有不同,不同教学目标下的课程教学内容也有一定差异。华中科技大学武昌分校土木工程专业下的道桥专业课程体系包含8门课程,即桥梁工程、预应力混凝土桥梁结构、桥梁施工、桥梁电算、路基路面工程、道路CAD、道路施工和道路勘测设计。8门课程之间联系紧密,均属于知识链上不可缺少的组成部分。
课程体系实践环节包含桥梁工程课程设计、道路勘测设计课程设计、路基路面工程课程设计以及桥梁方向毕业设计、道路方向毕业设计。
二、道桥工程课程体系改革措施
文章列举部分主干课程的改革措施,研究其与土木工程专业其他方向课程及专业基础课程的相互关联和渗透关系。
(一)桥梁工程、预应力混凝土桥梁结构课程改革措施
1.桥梁工程、预应力混凝土桥梁结构课程特点
桥梁工程作为土木工程专业道路桥梁方向的一门专业必修课程,在教学中占有非常重要的地位。桥梁工程是预应力混凝土桥梁结构、桥梁施工、桥梁电算等课程的基础,具有知识点多、教学难度大的特点[2];还需兼顾由于大土木平台课未顾及到的相关桥梁知识点,如桥梁设计荷载等课程本身需要在知识点设置上结合工程实际来安排;还需要考虑与混凝土结构设计原理及力学等专业基础课程相关知识点的回顾、搭接和深化。
对于预应力混凝土桥梁结构,一方面,随着人们对大跨度桥梁的追求,预应力的应用越来越普及,课程内容就显得十分重要;另一方面,该课程有其独立的知识体系,然而在其知识构成里,部分内容与混凝土结构设计原理(基础专业课程)重复,课程安排上与桥梁工程产生矛盾:预应力混凝土桥梁结构应在桥梁工程之后开设,桥梁工程课程设计却需要预应力
混凝土桥梁结构的知识才能完成,而学生进行课程设计时,预应力混凝土桥梁结构可能由于受到教学学时安排限制并未开设或未学完。
因此,需要对以上课程进行系统的内容整合,在遵循科学的专业教学体系完整性和连贯性的同时,提高教学效率,减少不必要的重复,形成完善的适应社会需求的教学体系。
2.教学内容改革措施
为提高教学效率,在有限的课堂教学课时内教授更多的专业知识,避免出现多门课程教学内容的交叉和重复,学校在新版人才培养计划中,将预应力混凝土桥梁结构并入桥梁工程,课时由“56+32”并为72学时,使其在教学内容和学时分布上更合理,不同课程分工明确,形成稳定的教学体系。
同时,对桥梁工程的教学内容进行整合优化,增加课内实践环节,如在简支梁桥相关内容介绍完后,增加简支梁桥施工图识图环节,为学生提供工程实际案例的施工图纸或标准图集,使其能够看懂图纸,提高识图能力,并了解施工图的规范布局和制图标准;在连续梁桥理论知识讲解完后,增加连续梁施工图识图环节,向学生展示不同施工方法下的连续梁桥施工图纸,使其熟悉不同施工方法下的连续梁钢筋构造的区别,通过识图的训练提高实践能力,增加实践经验,以适应现代社会对应用型人才的需求。
3.教学方法改革措施
在教学方法和手段上,改变传统教学模式,突出实践性,通过引入实际工程案例教学、事故案例教学、多媒体教学、课堂教学+现场教学等丰富的教学手段,使专业知识立体化呈现给学生。
为增强学生工程意识、提高学生工程实践能力,在新构建的教学体系中加大实践教学的比重,以提高学生综合实践能力,使应用型人才培养真正实现知识结构、实践能力和综合素质的协调发展[3]。除认识实习、生产实习、毕业设计等实践环节外,为增强学生实践能力,在理论知识的讲授过程中,穿行课堂外教学,例如结合学校“卓越土木工程师实践教学基地”的桥梁结构实体模型进行现场讲解,结合施工图纸让学生了解连续梁桥采用悬臂施工法的构造和配筋特点、熟悉预应力材料及设备等,甚至让学生亲自体验绑扎钢筋、浇筑混凝土等,
有如亲临施工现场,有助于其对理论知识的理解。
当前一些国家级、省级及高校组织举办的结构模型竞赛活动对专业课教学有促进作用,可以作为桥梁工程教学中一种开放的实践环节[4]。学校每年定期举办结构模型设计竞赛,并多次组织学生参加省级、中南地区结构设计竞赛。在2015年举办的“中辰杯”中南地区第四届大学生结构设计竞赛中,由学生独立设计计算并制作的桥梁结构模型承受住了荷载考验,获得二等奖。类似的活动对学生的学习积极性和实践能力的提高有促进作用,对教师的实践教学水平的提高亦有促进作用。
(二)路基路面工程课程改革措施
路基路面工程是土木工程专业路桥方向的一门专业必修课。设有理论教学、实验和上机三大环节,特点是知识点繁杂、难度大,与前期多门专业基础课联系紧密,同时对后期的施工课程有重要影响。
对于该课程的教学改革,除了对理论教学环节进行知识点梳理以外,重点对实验环节进行改革,以实验室为基地,加强实验大纲要求中的基础实验部分教学,并通过增加新型演示性实验内容,丰富学生的工程实践观。研究该课程的考试环节,建立适应课程需要的新型考试形式。
该课程理论教学与实践教学相结合,尤其重视学生工程实践能力和创新能力的培养。大多数院校将教学内容体系分为理论教学与实践教学两部分,制作可视化操作模型,并辅之以图片、视频等教学手段,在有限的课时中尽可能地增加课堂教学的信息量,提高学生学习兴趣,让其有一定的感性认识[5]。然而看似立体的图片和视频展示,却不能完全达到路基路面实体结构带给学生的视觉冲击。为此,学校在土木工程专业 “专业综合改革试点”项目下的“卓越土木工程师实践教学基地”建设时,特开辟路基路面工程专区,设置一批与施工现场高度一致的路基路面模型和材料设备,提供给学生参观学习。
(三)桥梁施工、道路施工和桥梁电算、道路CAD课程改革措施
这些课程分别为以施工企业和设计企业为就业去向的学生设置,致力于提高其专业核心能力中的“设计基本能力”和“施工基本能力”。前者偏重施工,仅靠课堂上的理论教学不足以满足学生对施工知识的学习要求,需进行教学方法、手段上的改进。施工类课程在教学内容上以工程实例和施工图纸为载体,理论知识由实际案例引出,加强学生识图能力培养的同时,让其积累工程经验,提高就业竞争力。后者以纬地、桥梁博士和MIDAS等市场上常用的设计软件为工具,以建成的各类型道路、桥梁实际设计案例为向导,使学生具备常规道桥设计软件应用能力。
(四) 课程设计、毕业设计改革措施
本科毕业设计是本科教学计划的重要组成部分,然而由于种种原因,这一教学环节仅流于形式,毕业设计质量急剧下滑,学生未能通过毕业设计真正提高实践能力,严重影响了人才培养的质量[6]。
为解决这一共性问题,利用学校所在城市拥有多家大型设计、施工企业这一有利条件,将企业的实际工程引入设计环节,真题真做,突出面向工程实际的主旨。
同时,本环节还致力于使课程设计与毕业设计形成由浅入深、循序渐进的关联体,改变原来实践环节独立分离的局面。以桥梁方向为例,课程设计、毕业设计按“钢筋混凝土结构―预应力混凝土结构”或“简支体系―连续体系”两种方案进行关联性规划。
另外,学生在毕业设计期间还要忙于考研或就业实习等工作,难以专心做设计。若能将课程设计作为毕业设计的演练,按毕业设计的深度来要求课程设计,则学生在进行毕业设计时,由于对设计内容已十分熟悉,论文质量上有所保障,不至于因时间不足而降低标准。
为提供更好的毕业设计指导,2013年初,学校已建成功能全面的土木工程专业毕业设计网站,涵盖结构工程、道路工程、桥梁工程三方向。网站内容包括相关专业技术规范、设计指导书、优秀范例等,并设置互动师生平台、网上答疑等功能。该网站已用于学校近两届学生的毕业设计,符合毕业阶段学生的学习特点,效果良好。
三、 结语
通过一系列的整合优化措施,优化教学内容和教学手段,建立面向工程实际的道桥课程体系,使其与社会需求和就业趋势挂钩;优化实践环节,在实践中加强理论基础教学,围绕土木工程专业的核心能力中的“设计基本能力”和“施工基本能力”,提高学生的实践和创新能力;优化专业结构、加强专业内涵建设、创新人才培养模式、提升人才培养水平,一方面顺应国家“大土木”的方针和“卓越工程师”培养计划,另一方面培养和锻炼专业教师队伍,提高其专业素养,适应高校对“双师型”人才的需求。参考文献:
[1]陈以一.需要与可能:土木工程专业平台课程的宽度[J].高等工程教育研究,2002(2):19-22.
[2]汪时机,李贤,蒋运忠.《桥梁工程》课程教学存在的问题与对策[J].西南师范大学学报:自然科学版,2010,35(2):273-276.
[3] 金生吉,白泉,徐金花,鲍文博.地方院校土木工程专业实践教学培养方案改革与实践[J].高等建筑教育,2013,22(2):109-113.
[4] 林春姣.浅谈桥梁结构模型竞赛对桥梁工程教学的促进[J].广西大学学报:自然科学版,2006(31):34-35.