[摘 要] 随着近年来工程教育认证理念逐渐在国内本科教学中的推广,如何结合我国工程实际情况构建满足工程教育认证“以学生为中心、产出导向、持续改进”三大教育理念的课程教学模式是值得探讨的问题。桥梁结构电算课程是一门近年来得到高校重视且理论和实践性都很强的课程。课程要求学生充分利用计算机的优势来解决实际工程问题,内容符合新时代发展的趋势和潮流。尝试从课程目标设计、教学方法、考核方式三个方面,对桥梁结构电算课程的教学提出建议。
[关 键 词] 工程教育认证;桥梁电算;教改
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603(2021)15-0104-02
一、前言
中国于2016年6月2日起已正式成为《华盛顿协议》成员[1],但对于中国国内目前规模如此巨大的高等学校教育体系而言,能够完全滿足工程专业认正要求并取得国际高度认可的高校其实并不是很多。由于《华盛顿协议》倡导以学生为中心、以产出导向、持续改进的大教育理念[2,3],学生的培养目标必是非常基础的,因此培养目标的制订必须首先符合当前本科教学教育的基本定位。对于土木工程专业的学生而言,由于现代大型复杂桥梁工程,在施工过程中需要进行多次的结构体系转换,从而使得桥梁正式通车之前往往存在多个中间结构状态,施工过程复杂导致计算量巨大[4,5],,很难通过传统的手算完成桥梁的设计和施工阶段模拟。然而,采用有限元设计软件代替手算内容可大幅度降低工作量并增加工作效率[6]。由此可见,开设桥梁电算课程或桥梁设计软件课程,对桥梁工程相关的教学,尤其是本科生毕业设计环节具有重要的促进作用,让本科生通过桥梁电算解决实际问题,大大增加学生对即将从事本职工作的自豪感。
然而,与传统理论课程教学不同的是,桥梁结构电算课程实践性很强,要求学生有充分利用计算机高效计算的优势来解决实际问题。然而,一方面结构有限元基本原理是桥梁电算理论基础之一,但目前国内大多数院校本科生没有开设结构有限元课程,造成学生理解桥梁结构电算有相当难度,电算软件对学生而言是一个黑匣子。另一方面科学合理的考核方式不仅可以客观公正地评定学生的学习情况,对于桥梁电算这种实践操作类课程,如何基于工程教育理念进行教学落实和成绩评定,进而合理评价与反馈的持续改进措施,也是当前面临的一个难点。我校土木工程专业自2017年开始申请认证并按工程教育认证理念的要求重新修订了培养计划、课程体系和教学大纲。本文将针对桥梁电算课程的教学大纲以及过去3年来的教学实践,对基于工程教育理念的桥梁电算课程目标设计、教学方法及考核方式的改革进行讨论,并给出了相应的建议。
二、桥梁电算课程目标设计改革建议
围绕土木工程专业评估(认证)的要求,我校土木工程专业充分考虑了课程体系对培养目标和毕业要求的支撑作用,将每一项毕业要求分解到各门课程及其教学环节中,制订每门课程的教学大纲和课程目标。在最新版本的培养方案中,桥梁电算课对土木工程专业学生毕业要求的支撑主要体现在以下三个方面:(1)能够选择和使用恰当的测试、监测和检测等现代工程工具分析土木工程领域的复杂工程问题,并理解其局限性。(2)能够选择、使用或开发数据库、计算机辅助设计与计算等信息技术工具分析土木工程领域的复杂工程问题,并理解其局限性。(3)能够就专业中的复杂工程问题进行有效的书面表达。由此可见,桥梁电算是桥梁结构基础知识与专业知识和设计技能的纽带,属性上被归类于工具类课程,主要承担着对工程问题进行分析计算和验算的作用,基于此可以制订桥梁电算课程的培养目标:①能够了解桥梁工程结构设计软件所必要的基本理论、专业基础知识和设计理论,从而能理解设计软件在复杂工程问题预测与模拟中的作用,并能够理解其在解决问题时的局限性;②能够掌握桥梁电算软件进行桥梁设计的基本理论和基本操作方法,并能结合国内的各种规范与设计习惯,进行桥梁建模、分析和设计;③能通过软件来实现桥梁施工过程的模拟和有限元分析,掌握规范条文在桥梁电算软件中的设置方法,并根据软件计算结果和相应的规范撰写出完整的桥梁设计分析报告。可见,以上三个目标与本课程对毕业要求的支撑有很好的对应关系。
三、桥梁电算课程教学方法改革建议
所谓“以学生为中心”其实就是要考虑学生的实际情况来组织相应的教学方法,由于土木工程专业课程系统设置中并没有安排有限元理论相关的基础课程,因此,首先在选择教学软件时最好选择本科生较容易上手的商业桥梁设计软件,而不是根据老师个人的科研需求来采用精细化通用有限元分析软件。例如,MIDAS软件和桥梁博士V4软件的界面也很友好,尤其是其菜单式界面和操作,建模时的渲染效果可视化,对于有一定CAD基础的本科生来说,理解起来相对容易。
此外,在当今互联网技术发达的时代,只要学生想学习和探索,网络上能找到他所需要的知识。因此,在桥梁电算的课堂上尽量不讲详细的基本理论及相关知识,而主要借用设计软件的界面菜单,将桥梁电算需要用到的相关理论,从桥梁工程结构设计全过程的角度,通过讲故事的形式把已学知识以及仍需进一步学习、值得探索的知识串联起来,重点说明不同专业知识点之间的关系,让学生在实践操作中寻找学习的乐趣,同时更好地掌握桥梁结构电算的基本理论,以提升实践中对已学专业和基本理论的理解,使他们可以更清晰、更全面地把握不同类型桥梁结构有限元建模的原则和方法,从而达到由被动地记忆和接受有限元软件的操作规则转变为主动掌握和探索有限元软件的功能和原理,以适应市场经济对专业人才、技能的需求,提高学生的就业竞争力和未来职业发展的适应能力。
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本文标题:基于工程教育认证理念的桥梁结构电算课程教学探讨
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