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摘要：工程应用能力是工程师的核心竞争力，是其应具备的最重要、最基本的素质之一，却也是当前高等工程教育的薄弱环节所在。当代高等工程教育应以科学的教育理念为指导，传授理论知识，提供实践训练，着力培养学生的工程应用能力。本文首先介绍了CDIO工程教育理念，阐述了工程应用能力的内涵，在此基础上，针对桥梁工程课程教学中存在的一些问题，从教学方法、教材选用、实践环节及考核机制等方面提出了基于工程应用能力培养的课程教学模式改革思路并进行了教学实践。本文建议增加课程中的工程内容，将启发式、讨论式教学方法引入教学过程中，多方面增强实践教学环节，建立一种更为注重学习过程的综合考核评价机制，以指引学生应用理论知识解决工程问题，多角度培养学生的工程应用能力。
关键词：桥梁工程；CDIO；工程应用能力；教学改革
本文引用格式：李志华等.基于工程应用能力培养的桥梁工程教学方法[J].教育现代化，2020，7（39）：82-85.
Teaching Method for Bridge Engineering Course Based on the Cultivation of Engineering Application Ability
LI Zhi-hua*,GUO Xuan
（Building Science and Engineering College,Yangzhou University,Yangzhou,Jiangsu）
Abstract:Engineering application ability is the core competitiveness of engineers and one of the essential qualities they should have.However,it is also the weak link of higher engineering education at present.Contemporary higher engineering education should be guided by scientific educational concept to impart theoretical knowledge,provide practical training,and focus on training students'engineering application ability.This paper firstly introduced CDIO engineering education concept and expounded the connotation of engineering application ability.On this basis,the problems existing in the teaching of Bridge Engineering were discussed,and then the teaching reform measures were explored and practiced for improving the teaching quality of Bridge Engineering from the aspects of teaching method,textbook selection,practical training and assessment mechanism.In order to guide students to apply theoretical knowledge to solve engineering problems and cultivate students'engineering application ability from multiple perspectives,this paper suggests that project content should be added to the course,that heuristic and discussion teaching methods should be applied in the teaching process,that practical training link should be strengthened in many ways,and that a comprehensive assessment mechanism which focuses on the learning process should be establised.
Key words:bridge engineering;CDIO;engineering application ability;teaching reform.
桥梁工程是土木工程本科专业交通土建方向的一门专业核心课程，它既是“理论力学”“材料力学”“结构力学”和“结构设计原理”等专业基础课程的后续课程，又是“基础工程”“桥梁抗震”“桥梁结构电算”及“工程概预算”等专业课程的重要基础。通过本门课程的学习，学生应了解桥梁设计工作的全貌，掌握常用梁桥和拱桥的构造原理、设计计算理论以及施工方法，熟悉《公路桥涵设计通用规范》等行业规范的相关内容和规定，并具有在教师（或工程师）指导下能独立进行桥梁初步设计的能力[1-4]。这门课程的教学质量将直接影响到学生专业素质的培养，影响到人才质量的培养。
进入21世纪，国家之间的竞争更加激烈，竞争的焦点已更多地体现在高素质人才的竞争上。在这样的时代背景下，我们在桥梁工程的教学中，如何培养学生的工程应用能力和创新能力，如何培养具有团队精神的土木工程相关领域的复合型高级工程技术人才，都是值得探索和研究的教学课题。CDIO工程教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果，它的大纲定义了培养学生的具体指标，12条标准对整个教育模式的实施和检验进行了系统全面的指引[5]。本文基于当代工程教育的特点，结合CDIO工程教育理念，在桥梁工程的课程教学中，对如何培养学生的工程应用能力作了一些探索和实践。
一CDIO工程教育理念及当代工程能力
在经济全球化的背景下，培养与国际接轨的工程科技人才以适应日益频繁的国际经济交流和日益激烈的国际竞争，是目前我国高等工程教育的迫切任务。现代企业需要的工程技术人才不仅要具备较高的专业理论知识水平，还应兼具有较强的系统分析能力、实际动手能力与良好的团队协作精神。大学工程课程既需要教授学生专业知识和技能，又需要培养学生的职业道德、组织管理能力、实践能力、创新能力、协作能力、沟通交流能力及终身学习的能力。学生应在规定的学制内，除扎实掌握本学科领域的知识和技能外，同时还需要获得广泛的个人、人际交流与系统构建的能力。
CDIO是近年来国际工程教育改革的最新成果，由麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等四所大学组成的研究团队，经过四年的探索研究，提出、并持续发展和倡导的工程教育模式。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate），这是现代工业产品从构思研发到运行乃至终结废弃的全生命过程。CDIO工程教育理念就是利用大学学科齐全、资源丰富的条件，以尽可能接近实际工程的团队综合设计项目为载体，结合本学科专业课程的教学，培养学生的工程能力，使学生在此全过程中掌握理论知识和专业技能，获得终生学习能力、团队交流能力和大系统调控能力。
所谓工程应用能力[6]，就是在充分掌握自然规律的基础上，合理合法地开发利用自然条件，去完成某项工程的能力。它包含实践能力、研究能力、创新能力、团队能力、沟通能力、管理能力、学习能力和道德能力等诸多方面。若工程技术人员具备其中一种或几种能力而缺乏其它方面能力，则不能称其具备工程应用能力。工程应用能力是现代工程师应该具备的最重要、最基本的素质之一，却也是当代高等工程教育的薄弱环节所在。由于在工程实践中遇到的实际问题具有不确定性，甚至有些问题包含未知的科学，无法应用目前已有的知识解决，需要工程技术人员针对遇到的问题开展科学研究，因此，当代高等工程教育必须加强培养学生的工程应用能力，使其面对实际工程问题的时候，能够独立思考，抓住问题的关键，进而提出解决问题的方案。
工程应用能力的形成不是一蹴而就的，而是一个长期积累的过程。学生们在迈进高校大门的那一刻起，就开始接触、学习相关的专业知识。此时的他们正处于人生中最善于接受新事物、新思想的时期，可塑性很强，如果教师能够深刻认识到工程应用能力培养的重要性和必要性，在授课过程中注重工程应用能力的培养，势必会在他们心灵深处种下工程素质的种子。经过大学四年的培养，学生们在毕业时不仅具备一定的工程应用能力，还将形成自身的工程素质优势，为今后的发展奠定坚实的基础。
二 桥梁工程课程教学中存在的主要问题
桥梁工程是一门集理论性和实践性于一体的课程，它以实际工程为背景，综合运用力学知识和专业基础知识，解决桥梁工程在勘测、设计、施工、养护和检定等工作过程中的问题。这门课程涉及的内容广泛、概念较多、结构体系复杂多变、规范条文繁多、力学计算复杂、实践性强。
“理论力学”“材料力学”“结构力学”和“结构设计原理”等课程的知识贯穿于桥梁工程的计算理论、计算方法及构造措施等核心内容。如果学生在学习《桥梁工程》课程前不具备扎实的力学、结构设计原理等相关专业基础知识，将很难理解和掌握桥梁的计算理论、计算方法和构造原理。实际情况往往是大部分学生没有牢固掌握这些专业基础知识，影响了桥梁工程的学习效果。此外，学生在缺乏工程实践经验的情况下，即使有扎实的先修课程基础，也难以很好地掌握课程内容。
桥梁工程课本中的规范条文较多，而规范条文是随着工程技术的发展不断更新的。相对于规范的更新速度，《桥梁工程》教材的革新速度通常是滞后的，教材中的部分知识是陈旧的、落后的，跟不上桥梁工程技术发展的进程，这将影响学生对相关知识的理解和掌握。而且教材内容大多缺乏启发性，学生只是被动的接受知识，难以起到开拓学生思维、引导学生创新的作用。
目前我国的大学教育普遍重视课堂理论教学，理论教学与实践运用相脱节，不能将理论知识和工程实践紧密联系起来，即使结合一些工程案例讲解理论知识，学生由于缺乏实践经验，对实际工程的理解浮于表面，无法客观认知和了解，难以将理论和实践相对应。然而，桥梁工程中有关现场实践和构造要求的内容仅仅依靠理论授课很难达到较好的教学效果，实践教学可以帮助学生深入理解理论知识、掌握桥梁的结构构造、熟悉桥梁的施工工艺和施工方法。实践性的教学环节一般安排在桥梁工程课程之后，且时间较短，这并不能充分发挥实践教学的优势，也不会显著提高学生利用理论知识解决实际工程问题的能力。
桥梁工程的课堂教学大多采用“老师讲，学生听”的教学模式，教学形式单一，忽视了学生在教学过程中的主体作用，且教学中使用的教材、课件和教学案例难以及时反映桥梁发展的最新成果，这容易导致学生的学习积极性不高，不利于培养学生的自主学习能力和创新能力。此外，专业教师队伍丰富的实践经验和较高的实践能力，是培养学生工程能力的必要条件，然而年轻教师大多从校门到校门，虽具有较高的理论水平，但往往缺乏足够的工程实践经验和能力，难以达到培养学生工程能力的要求。
学生大多只对桥梁的外部结构有基本的认识，其头脑中尚未完全形成“桥梁”的概念，这容易造成学生的空间想象力不足，理解桥梁的构造原理及施工要点时比较吃力；对前期专业基础知识的掌握不够牢固，这增大了他们理解和掌握桥梁计算理论和计算方法的难度，降低了学习兴趣。学生还普遍存在重设计轻施工、重结构分析轻构造要求的思想，这在一定程度上降低了学生提升工程应用能力的积极性。另外，学生的研究能力、创新能力、团队能力、沟通能力和管理能力较弱，工程意识、质量意识和效益意识不强。
目前我院的桥梁工程课程采用学习过程考查与期末闭卷考试相结合的考核方式。该课程的最终成绩包括平时成绩和期末考试成绩两部分，其中平时成绩占总成绩的30%，主要考核出勤率、作业完成质量，期末考试成绩占总成绩的70%。这种考核方式重点考察学生对理论知识的掌握程度，要求学生以学习书本知识为主，难以考核学生的实践能力和创新能力，无法达到培养应用型人才的目标。
三 以工程应用能力培养为导向的教学实践
（一）课程教学方法
就桥梁工程这门课程的教学而言，笔者认为，教学过程应充分体现工程特色，突出实践，强化应用，教学内容要能反应工程实际，以利于培养学生的工程应用能力。基于本门课程教学中存在的问题，结合CDIO理念，在课堂教学中，笔者大量采用案例教学法、项目教学法等方法，增加教学中的工程内容，引导学生面向工程、以解决工程问题为目标进行理论知识的学习，培养学生的工程意识和工程思维方式。建立工程资料数据库，包括工程图片、工程规范、工程图纸、工程视频、工程三维动画、工程软件等，并将其穿插应用于理论教学过程中，突出课堂教学的工程特色。通过介绍近期桥梁工程的发展动态，激发学生学习本门课程的兴趣和对桥梁专业的热爱。
笔者遵循现代教育“以人为本”的教育理念，在教学过程中引入并提倡启发式、讨论式教学方法，改变过去的“填鸭式”教学模式，向“以学生为主题、教师为主导”的新型模式转变，提高教学质量。在教学过程中，充分利用现代技术手段，将“讲、做、讨论”有机结合，由教师提出若干与实际工程相关的“小课题”，引导学生思考，鼓励合作学习、小组学习，并组织学生展开课堂讨论，让学生在合作学习中交流经验，在讨论中获得较为全面的知识。这种教学方式不仅培养了学生独立思考的能力、分析解决问题的能力，还锻炼了学生的团队协作能力、沟通表达能力，培育了工程实践能力。此外，笔者也十分注重自身工程应用能力的培养，积极地参与当地桥梁建设的规划设计、施工方案论证等环节，加强实践锻炼，提升业务水平并使之服务于教学。学生的道德-诚信-职业修养教育也被引进课堂，结合当前工程上的一些热点问题，培养学生良好的职业道德观和科学理性的工程观。
（二）选择合适的教材
由于《桥梁工程》课本中含有大量的规范条文，如果教材的更新速度滞后于规范的更新速度，就会造成学生所学的知识与现行规范不一致，这将增加学生在工程实践中应用专业知识解决实际问题的难度，甚至会误导学生使其难以找到解决问题的正确方法。所以，教师在选择教材的时候要认真核查教材的内容是否与现行规范一致，尽可能选择已按照现行规范条文修改过的最新版教材。此外，目前的《桥梁工程》教材有多个版本，每本教材的侧重点不同，教师应根据学院的专业培养目标及学生自身的特点，选择合适的教材。
（三）增强实践教学环节
任课教师要充分认识到实践教学在桥梁工程授课过程中的重要性，注重将实践教学与课堂理论教学密切结合。教师可根据理论教学的进度合理安排时间并选择有代表性的已建或在建桥梁工程，组织学生外出实习，让理论知识更加生动形象地展现在学生面前，便于学生深刻地理解相应的知识，有助于提高学生的工程素质。如果受条件限制，无法在教学过程中安排学生去工程现场实习，可以鼓励学生借助计算机辅助设计软件建立桥梁模型，或者动手制作桥梁模型，进而加深对桥梁结构构造的理解。课程设计也是实践教学的重要方式，教师在选题时应注意控制题目的难易程度，让不同层次的学生都能利用所学的理论知识进行桥梁结构的设计，掌握桥梁结构的设计方法，加深对相关规范的理解，提升识图和制图能力。
（四）提升教师工程素质
教师的专业知识素养和能力水平对课程的教学效果具有决定性作用。作为讲授桥梁工程的工科教师，不仅要具备扎实的专业理论知识，还应具备丰富的工程实践经验。否则，教师很难切身体会到桥梁工程行业的工作特点，也就无法在教学过程中体现桥梁工程的特色，这对于培养学生的工程应用能力是不利的。因此，笔者自己十分注重自身工程应用能力的培养，积极地参与当地桥梁建设的规划设计、施工方案论证等环节，加强实践锻炼，提升业务水平并使之服务于教学。
（五）课程考核机制
为适应应用型人才培养目标的要求，桥梁工程课程的考核方式应摒弃以往重分数而轻能力的单一的闭卷考试方式，由注重“考试结果”向注重“学习过程”转变，建立一种开放的、综合的考核评价机制。在考核中强调多元化的评价标准，既关注学生对理论知识的掌握程度，也注重对学生的学习过程、学习态度、工程应用能力及创新能力进行评价。课程最终成绩包括期末考试成绩与平时成绩，其中平时成绩由四部分组成：出勤成绩、平时作业成绩、参与课堂讨论的成绩、参加科技活动的成绩。科技活动可以是学生听取桥梁工程专题讲座或相关专业讲座，参加桥梁结构设计大赛，就感兴趣的桥梁问题查阅文献并书写读书报告等活动。在总成绩中所占的的比重分别为：期末考试成绩50%，出勤成绩10%，平时作业成绩20%，参与课堂讨论的成绩10%，参加科技活动的成绩10%。这种考核模式有利于学生构建合理的知识结构，重视理论联系实际，提升解决工程问题的能力；也有助于由以往的封闭式教学向开放式教学转化，由过去的知识型教育向创新型教育转化[6-8]。
四结语
工程应用能力是工程师的核心竞争力，当代高等工程教育应以科学的教育理念为指导，传授理论知识，提供实践训练，着力培养学生的工程应用能力。桥梁工程是一门理论与实践并重、工程性很强的课程，笔者在教学过程中以CDIO教学理念为指导，优化了教学内容，改进了教学方法，改革了成绩评定方法，指引学生应用理论知识解决工程问题，多角度培养学生的工程应用能力。教学实践结果表明，本门课程实现了“收集工程资料、建立工程概念、培养工程能力、突出工程特色”的教学目标，取得了良好的教学效果，为桥梁工程的课程教学改革积累了经验。
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