韓艷 李悅

摘要：針對橋梁工程方向畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度緩慢、質(zhì)量不佳的實際情況，本文分析了目前橋梁電算課程的內(nèi)容建設(shè)與教學(xué)中存在的一些問題，提出了一些改進(jìn)對策與方法，為橋梁電算課程的教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁電算；課程內(nèi)容；教學(xué)方式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）13-0142-02

隨著我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)形式日益多樣，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計施工周期不斷縮短，熟練運(yùn)用專業(yè)軟件進(jìn)行橋梁電算已成為從事橋梁設(shè)計、施工、檢測以及科研人員必備的能力之一。為了培養(yǎng)畢業(yè)生就業(yè)的核心競爭能力，在大多數(shù)的土木工程院校中都開設(shè)了橋梁電算專業(yè)課程。然而，從反饋的信息來看，大多教學(xué)效果不佳，導(dǎo)致在課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計時進(jìn)度緩慢、設(shè)計質(zhì)量不高。這主要與課時連年縮減導(dǎo)致的學(xué)生先修課程不足以及“大眾教育、嚴(yán)進(jìn)寬出”環(huán)境下學(xué)生整體學(xué)習(xí)熱情不高有關(guān)，但也對橋梁電算的課程建設(shè)提出了更高的要求，迫切需要研究適合目前形勢發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。

一、橋梁電算課程的特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀

1.課程特點(diǎn)。橋梁電算課程主要講授采用有限元方法建立橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)值分析模型的原理和計算方法，并應(yīng)熟練掌握一種有限元軟件的使用[1]，是一門實踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，需要綜合運(yùn)用理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、有限元分析原理、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、橋梁工程、橋梁施工、地基基礎(chǔ)等課程的相關(guān)知識，并與各種橋梁規(guī)范聯(lián)系緊密。課程既屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計類課程的范疇，又兼有實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的綜合性。

2.課程現(xiàn)狀。開設(shè)橋梁電算課程的目的是為了加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)工程知識與計算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，以深化專業(yè)基礎(chǔ)理論、拓展專業(yè)知識和延伸專業(yè)技能[2]，更好地服務(wù)于橋梁工程的實際。然而，由于目前國家對于橋梁電算課程尚沒有統(tǒng)編教材，實際教學(xué)中極易出現(xiàn)以下兩種極端情況：一種是過于強(qiáng)調(diào)限元分析原理、力學(xué)概念、結(jié)構(gòu)分析方法、數(shù)值求解技術(shù)等理論知識學(xué)習(xí)的重要性，而忽視了實踐能力的培養(yǎng)；另一種是過于重視實踐教學(xué)而忽視了對基本力學(xué)的概念，基本專業(yè)理論的傳授、理解與運(yùn)用。前者由于有限元理論涉及力學(xué)、數(shù)學(xué)等多個學(xué)科的知識，基礎(chǔ)較差的學(xué)生對理論教學(xué)覺得枯燥乏味、難懂、聽不進(jìn)去，繼而產(chǎn)生厭煩、畏懼心理；基礎(chǔ)較好的學(xué)生則感到茫然，不知道這些知識該如何運(yùn)用。后者讓學(xué)生專注于計算軟件的使用操作，學(xué)生只會機(jī)械的使用軟件，對計算流程不甚理解，對于電算的數(shù)值結(jié)果盲目信任，由于力學(xué)概念模糊，對現(xiàn)行橋梁規(guī)范不熟悉，不能用概念設(shè)計方法來判斷電算結(jié)果的正確性，知其然不知其所以然。

二、橋梁電算的教學(xué)改革

1.課程內(nèi)容改革。橋梁電算實質(zhì)上是基礎(chǔ)知識（如高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論等數(shù)學(xué)知識，理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力等力學(xué)知識）、專業(yè)基礎(chǔ)知識（如結(jié)構(gòu)設(shè)計原理）以及專業(yè)知識（如橋梁工程）等在有限元軟件中的具體應(yīng)用，起到了將理論知識應(yīng)用于工程實際的橋梁作用。相應(yīng)地，理論教學(xué)與實踐教學(xué)應(yīng)是緊密聯(lián)系而非對立的教學(xué)體系[1]，兩者都各有其無法替代的作用。理論教學(xué)依據(jù)完整的理論知識體系，向?qū)W生傳授理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力；而實踐教學(xué)著重于學(xué)生解決實際工程問題能力的培養(yǎng)，是對理論教學(xué)的補(bǔ)充和升華，可以幫助學(xué)生加深理解和掌握核心的理論知識，引導(dǎo)學(xué)生從認(rèn)識走向應(yīng)用。由此可見，理論教學(xué)與實踐教學(xué)是相互補(bǔ)充、彼此促進(jìn)的關(guān)系，任何一方的減弱都會直接影響另一方的教學(xué)效果。理想的橋梁電算課程設(shè)置應(yīng)當(dāng)理論與實踐并重，使學(xué)生既全面系統(tǒng)地掌握橋梁結(jié)構(gòu)計算分析的基本理論知識，又能與工程實際相結(jié)合、學(xué)以致用。由于橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣，施工方法各異，橋梁電算涉及到的內(nèi)容非常多，在有限的學(xué)時內(nèi)教師不可能一一講授，因此必須優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容以達(dá)到良好的教學(xué)效果。在制訂教學(xué)計劃、編制教學(xué)大綱時，應(yīng)當(dāng)堅持理論教學(xué)和與實踐教學(xué)并重的理念，在教學(xué)課時分配上應(yīng)基本相當(dāng)。本科階段的橋梁電算教學(xué)以掌握常用橋梁結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計、施工的電算方法、操作流程、能定性判斷計算結(jié)果合理性為主?？梢赃x擇Midas/Civil軟件作為橋梁電算課程的教學(xué)平臺，通過有代表性的工程實例，形成橋梁結(jié)構(gòu)電算分析模型，講解橋梁結(jié)構(gòu)電算的建模和計算分析流程，將理論知識穿插于橋梁建模方法和上機(jī)實踐操作的教學(xué)之中來講授。通過形象化的實例模型講解，讓學(xué)生了解軟件的特點(diǎn)、基本功能和操作步驟，掌握采用軟件計算分析時，如何進(jìn)行材料特性的定義、單元類型的選取、邊界條件的施加、結(jié)構(gòu)計算分析的控制，并能對電算結(jié)果進(jìn)行定性的合理分析判斷以及依據(jù)規(guī)范進(jìn)行荷載組合，進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的驗算，若驗算不通過，還要重新進(jìn)行配筋設(shè)計甚至修改構(gòu)件尺寸直至滿足要求為止。通過這樣的課堂教學(xué)，既可以使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)中掌握它在結(jié)構(gòu)建模中的運(yùn)用，又可以使學(xué)生在實際操作中升華對理論知識的理解掌握。

2.授課方式改革。在確定了理論與實踐并重的教學(xué)內(nèi)容后，在課堂教學(xué)時，避免采用以教師為中心、以課堂灌輸為主的傳統(tǒng)授課方式，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性[3]，不斷提高學(xué)生的實踐能力和工程素質(zhì)。首先，向?qū)W生闡明電算雖然能大大減輕計算的工作量，但只是輔助計算分析的工具，永遠(yuǎn)不能取代人的作用，因此可以通過簡單的結(jié)構(gòu)分析，比如對同一根懸臂梁，分別采用梁單元、板單元、實體單元模擬時，得到的截面應(yīng)力是不同的，以此讓學(xué)生明白人在電算中所起的決定性主導(dǎo)作用，應(yīng)當(dāng)重視基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識的學(xué)習(xí)與運(yùn)用，應(yīng)該對軟件的計算原理及適用范圍做深入的了解，避免盲目、過分依賴電算分析結(jié)果，要養(yǎng)成用自己掌握的力學(xué)知識定性判斷電算結(jié)果的習(xí)慣，培養(yǎng)校核能力。通過理論與實踐并重的教學(xué)模式，將理論知識的講授穿插于結(jié)構(gòu)建模方法和上機(jī)實踐操作的教學(xué)之中，將抽象化的理論融于形象、生動的實例化學(xué)習(xí)之中，使理論知識與工程實際緊密地結(jié)合起來。通過選擇結(jié)構(gòu)簡單、傳力明確、有代表性的實際橋梁工程示例，使學(xué)生加深對專業(yè)概念的理解，增強(qiáng)分析、解決問題的能力，逐步建立正確、科學(xué)的建模思維方法，掌握不同橋型結(jié)構(gòu)（簡支梁、連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋、連續(xù)剛構(gòu)等）的建模思路，能夠解決常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算及施工問題，不斷提高工程實踐能力和創(chuàng)新能力。講解實際橋梁結(jié)構(gòu)例題時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合規(guī)范來講解，結(jié)合其中涉及的力學(xué)、專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，加深對規(guī)范的理解，使學(xué)生不僅知其然，還知其所以然。

課堂教學(xué)中盡量增加與學(xué)生互動的環(huán)節(jié)，活躍課堂氣氛，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生參與到分析問題、計算求解、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程中，從中體會到克服問題的快樂，進(jìn)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)鉆研橋梁電算的基本理論和方法，學(xué)會熟練地使用軟件，在實踐中升華對基本理論的理解，從而更清晰、更全面地把握不同類型橋梁結(jié)構(gòu)的有限元建模原則和方法。

三、結(jié)論

橋梁電算是聯(lián)系橋梁基礎(chǔ)理論知識和橋梁專業(yè)知識、技能的紐帶，為了達(dá)到良好的教學(xué)效果，應(yīng)當(dāng)堅持理論與實踐并重的教學(xué)理念，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，將抽象化的理論教學(xué)盡可能轉(zhuǎn)化成形象、生動的實例化教學(xué)，課堂教學(xué)中充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性，使學(xué)生不僅會熟練使用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工的全過程分析操作，而且能對電算結(jié)果進(jìn)行定性地分析判斷，為畢業(yè)設(shè)計及就業(yè)打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐略勤.橋梁結(jié)構(gòu)電算課程理論與實踐一體化教學(xué)模式探索[J].高等建筑教育，2015，24（1）：75-78.

[2]李永梅.《建筑結(jié)構(gòu)電算》創(chuàng)新實踐課程的教學(xué)探索[J].教育教學(xué)論壇，2013，（33）：44-45.

[3]王達(dá)，劉揚(yáng).“橋梁電算”課程建設(shè)與教學(xué)研究[J].中國電力教育，2014，310（15）：66-67.