基于工程设计能力培养的《桥梁工程》课程教学改革实施与效果评价

摘要：本文以贵州大学土木工程学院《桥梁工程》教学为例，提出了基于工程设计能力培养的教学改革措施，包括编制课程设计指导手册、调整教学大纲，介绍指导手册的使用和具体实施思路，并对其预期效果进行了评价。

关键词：教学改革；指导手册；教学大纲

【中图分类号】U44-4

一、引言

随着交通行业的不断深化发展，实际生产对培养建设性人才的本科教育也提出了新的要求。在贵州大学《桥梁工程》课程教育教学改革的过程中，项目一直以提高桥梁工程方向本科学生的工程设计能力为宗旨，从课程设计改革的基本点出发，进一步探索课程改革的具体思路，从而培养出优秀合格的建设者。桥梁工程专业的毕业生在其工作的岗位上，要求其要对构造物有全面的把握，以保证设计、施工的结构合格。对于桥梁建设来说，桥梁工程设计能力主要指的是学生对桥梁构造物有足够的设计概念，对结构构造有充分的了解，能够完成相关工程的设计的能力。因此，培养提高学生工程设计能力与满足桥梁建设发展的需求在一定程度上是相互统一的。此外，培养和提高学生的工程设计能力还有助于学生在毕业阶段提交出优秀合格的毕业设计，在毕业后的工作中也增强了学生的工作能力。

作为一名合格的工程师，应当具备多种素质和能力，其中具有设计能力至关重要，这是衡量一名工程师是否合格的标志[1]。南京工业大学李湘健副教授在其论文中指出目前我国高等院校工科学生工程设计能力普遍下滑的现象，正确培养提高学生的工程设计能力成为了各个高校研究的热门研究课题。作为贵州省唯一一所211高校，贵州大学也面临着同样的问题。针对于我校的实际情况，《桥梁工程》课程教育教学改革课题通过调整《桥梁工程》教学大纲、编制课程设计指导手册等手段，以增强对学生工程设计能力的培养，实际改革实施内容具体如下。

二、调整教学大纲

贵州大学《桥梁工程》课程教材采用的是姚林森教授主编、人民交通出版社出版的第二版《桥梁工程》，其教学大纲也依据此教材为依据来编写安排的。原版的教学大纲在一定程度上受该教材的制约，且培养目的不足，学时安排和分配上也是不够的，所以建议修改和调整《桥梁工程》教学大纲。

调整后的教学大纲，以培养学生工程设计能力为教学目标，配合《桥梁工程》课程设计，同步培养学生的设计能力，具体的修改和调整如下：

1）正确定义《桥梁工程》教学目标

原版的教学大纲中对教学的目标定义为：“通过该课程的学习，使学生系统地掌握公路梁式桥、拱式桥的总体规划、设计及施工要点，熟练掌握我国常用中、小桥梁的构造原理和设计计算方法，了解大跨径斜拉桥、悬索桥的构造特点，获得有关桥梁方面系统的专业训练，并能运用自己的知识解决一般的桥梁问题。”

针对培养学生工程设计能力来说，以上对《蛄汗こ獭房纬探萄目标是不够的。通过桥梁工程的教学，应该要使学生能够掌握相关桥型的计算，并能独立完成相关桥梁的设计任务。只是掌握和理解而不能运用是不行的，一定要强调培养学生的设计能力，这也对教学任务提出了新的要求。

2）增加课时，合理分配课时

原本的教学大纲为72学时，现增加为148学时，并分上下两个学期进行，上学期为84学时，下学期为64学时。上学期主要进行理论讲解，重点放在简支梁桥、连续梁桥、刚构桥和拱桥的讲解上，其余内容适当讲解；下学期主要进行课程设计，配合课程设计指导手册进行，对各种桥型给出设计任务，完成对各种桥型的初步设计，并达到对各种桥型设计计算内容、设计要点、实际流程掌握熟悉。

3）增加课程设计数量，课程设计学期制

在原本的教学安排中，只安排了“钢筋混凝土简支梁桥设计”作为《桥梁工程》课程设计，这是远远不够的，现对课程设计数量增加为六个，分别为：钢筋混凝土简支梁桥设计、预应力简支梁桥设计、预应力连续梁桥设计、预应力连续刚构桥设计、钢筋混凝土拱桥设计和缆索承重桥设计。

4）与相关课程联系、增加教学实践程度

《桥梁工程》配合《桥梁电算》，在《桥梁工程》中的课程设计，再次通过电算程序进行设计计算，在对结构进行设计的同时也增加了学生对电算程序的掌握，其次还可以配合《钢结构》、《基础工程》等课程进行相关桥梁的设计，增加学生的知识面。

三、设计指导手册编制与实施

3.1手册的编制

培养学生工程设计能力是工程教育的核心目标，而课程设计则是实现此目标的重要手段[2]。但是若盲目地进行课程设计，没有专业的指导和方法是不能够很好地实现课程设计所要达到的目标的，为此，根据修改过的教学大纲，对所布置的课程设计任务编写对应的指导手册，有目的地指导学生完成课程设计，各手册的编制情况如下。

1）钢筋混凝土简支梁板桥上部结构设计计算指导手册

此册分为四个章节，按照结构设计的一般顺序划分为：尺寸拟定和构造要求、作用效应及组合、设计计算与验算、短暂状况应力验算。在内容上，除规范硬性规定的构造要求外，尺寸拟定中，如跨径的拟定、梁高的拟定、截面的拟定等，手册中只给出了钢筋混凝土简支梁桥在受力上、经上和常用的跨径范围，给学生留有一定的自主空间，按照规范对钢筋混凝土梁的设计计算要求，给出相关设计计算的要点，学生可以根据手册便可以知道此种结构要计算验算的主要内容，且在手册中有意识地将知识点引向专业书籍和规范，在学生使用手册的同时也将其引向其它知识点，学习更为系统。

2）预应力混凝土简支梁板桥上部结构设计计算指导手册

该册共分为五个章节，由于在结构形式上同属于简支结构，相关内容与上一侧是相似的，但是增加了对预应力混凝土材料的介绍章节，帮助学生了解预应力混凝土的材料性质和工作特性。章节的结构为：绪论、 尺寸拟定和钢筋（束）构造、作用效应计算及组合、结构的设计计算与验算、预应力混凝土的发展及未来的研究方向。重点内容在结构的设计计算与验算上，在这个章节中，除钢筋混凝土结构中原有的内容外，根据规范对预应力混凝土结构的设计计算要求，还增加了预应力筋（束）估算、持久状况应力验算等内容。本册从预应力的基本知识出发，系统地对预应力混凝土简支梁结构的设计计算及验算内容进行了归纳，知识相对全面。

3）预应力混凝土连续梁桥设计计算指导手册

在本册中，针对连续梁结构，按照前面手册的框架给出连续梁桥设计计算的相关内容，从连续梁桥的基本概念出发，到连续梁桥的计算验算。此处需要提出的是，由于连续梁桥属于超静定结构，在预应力次应力、温度次应力和不均匀沉降次应力等上面的计算会有所增加，施工验算时也对预拱度设置等关键设计做出了相关的叙述。

4）预应力混凝土连续刚构桥设计计算指导手册

在此册中，由于连续刚构桥和连续梁桥结构的相似性，在计算验算的内容上也大致相同，因此只对连续刚构桥中的相关设计要点进行了详细的说明。

5）钢筋混凝土拱桥设计计算指导手册

此手册共分为五个章节，按照桥梁设计的一般顺序编写，第一章对拱桥的构造以及特点进行阐述；第二章开始介绍拱桥设计，分别对拱桥的总体设计和各细部构件的设计进行介绍，包括确定桥型、跨径拟定、截面拟定、梁高拟定等；后面三章便进行几种常见形式的拱桥内力计算。手册按照《公路桥涵设计手册―拱桥》以及拱桥相关规范，从桥梁适用跨径、受力、经济等层面给出了上承式拱桥的构造特点和计算引导，其他桥式需要同学们自行查阅资料，养成自学的习惯。学生可以通过手册更快的了解所作桥型的设计及计算的大体过程，并通过手册的指引去翻阅更多的相关书籍和规范，达到系统学习的目的，学习更为主动，更为全面。

6）缆索承重桥设计计算指导手册

此册共分为六个章节，考虑到本科教学中的深度，手册中对缆索承重桥的基本概念对教材作了补充，但是在设计计算中并没有像其他几册一样给出详细的计算，这是因为结构自身的特点决定的。缆索承重桥不管是斜拉桥还是悬索桥都属于超高次静定结构，手算的计算方法已经不能再满足计算的精度，所以只给出了相关构件的设计计算的程序，考虑到初步设计的需要，在相关章节对相关构件，如索塔系统、缆索系统、加劲梁系统的近似计算做了叙述。

3.2指导手册在课程设计中的实施

在具备专业指导手册和充分的课时安排后，制定相关的实施方案是必要的。实施方案的主要内容是课时的分配和具体的设计任务布置，课程设计的实施如下。

1）课时的分配

按照各课程设计的难度对课程设计学期进行课时分配：①钢筋混凝土梁板桥设计计算8学时；②预应力钢筋混凝土设计计算12学时；③预应力连续梁桥设计计算14学时；④预应力连续刚构桥设计计算12学时；⑤钢筋混凝土拱桥设计计算12学时；⑥缆索承重体系桥6学时。

2）具体的实施

在进行每一个课程设计时，根据相关的课程设计任务书和对应的课程设计指导手册，自行拟定相关的桥梁结构的相关尺寸，根据指导手册完成结构的设计、计算和验算，在规定的课时内完成设计任务，并提交设计计算书，按设计要求提交相关设计图纸，由教师组织查阅评判，条件允许的情况下可以组织学生进行设计答辩，充分了解学生对此次设计的掌握程度。

四、预期效果评价

通过对教学大纲的修改、指导手册的编辑、相关课程辅助等针对性手段，对学生工程设计能力的提升效果是有预判的，在课改中涉及到的相关改革手段都在一定程度上服务于提升学生工程设计能力，各个改革手段相互促进并相互补充，在配合实施一定的时间后，学生的工程设计能力必然会有大幅度的提升。

首先，在教学大纲中规定，增加课程设计的数量，提高课程设计难度，并给出充足的学时，这让课程改革在课程政策上有支持，在课时上有了保证，学生有机会、有时间来进行更多的实践设计学习，这是十分重要的一点。

指导手册的编制是本次课程改革的关键，制定相关的课程设计任务，同时也要指导学生如何正确地完成设计。近年来《桥梁工程》课程设计指导教材寥寥无几，仅有的几本都只是以相关的计算示例来作为参考，达不到发散学生思维和促进学生对结构把握的效果，甚至会让学生产生依赖性，严格意义上讲，类似的设计指导教材是不合格的。在本次编制的指导手册中，内容上尽可能给学生自由思考的空间，让其在设计结构物时能够对结构有一个整体的构思，通过所设置的六个设计任务，学生可以基础地掌握基于手算的六种桥型的设计程序和基本的计算内容，对于电算程序的计算也起到了打基础的作用，进而服务学生的毕业设计。

与相关课程的联系同时起到辅助改革的效果提升。对于桥梁工程专业的学生，与培养工程设计能力联系的最为密切的莫过于是相关结构电算课程，一方面通过电算课程学生可以学习使用到目前行业中结构设计的软件，另一方面，通过用电算软件对结构的设计计算相当于对结构再进行了一次设计。

总的来说，通过三个措施的联合使用，桥梁工程专业的学生在桥梁结构上有了系统的学习，并掌握了一定的设计基础。从理论到实践，从手算到电算，综合地考虑了以现有资源情况下改革的可能性，加以一定的时间，可以肯定的是，我校桥梁工程专业的学生的设计能力会有明显、大幅度的提升，这便是本次课改要达到的目的。

五、结论

成功的课程改革需要协调各个方面，首先是政策上要有支持，对于本次改革来说，对教学大纲的修改还需要学院培养部门予以配合。其次是资源的调配，增加相关课程和课程课时，一方面需要配备专业教师，增加了教学任务，另一方面，增加的学时会和其他的课程有冲突，还需合理的调整课程安排。改革是一个循序渐进的过程，随着行业发展的需要，教学应该定期地进行调整。教W的成功与否是没有标准的，但对于工科的教学来说，学不致用便是教学的失败。本次基于工程设计能力的《桥梁工程》课程教学改革在实际中的效果需要时间和实践的进一步验证，届时还需要对改革的措施进一步的修正和完善，直至尽可能满足学生的工程设计能力的培养为止。

参考文献：

[1] 李湘健.乔旭.加强工科高校工程设计能力培养的探索与实践.苏教育学院学报[J]，2009第26卷第1

期：1-3

[2]雷庆.王敏.高等工程教育研究[J]，2011年第5期：152-156.

[3]倪献智.以工程设计为主导思想 培养学生工程设计能力。山东教育学院学报[J]，2006年第6期：

139-142.

[4]曾勇.谭红梅.桥梁工程教学中若干能力培养的探索.高等建筑教育[J]，2014年第23卷地2期：66-69.

基金项目：贵州大学教育教学改革研究项目：基于工程设计能力培养的桥梁工程课程教学建设实践（JG2013015）

作者简介：杜斌（1982-），男，博士，贵州大学土木工程学院副教授，主要研究方向为大跨度桥梁结构力学行为。