“桥梁电算”课程建设与教学研究

       作者简介：王达（1980-），男，湖南新邵人，长沙理工大学土木与建筑学院，副教授；刘扬（1973-），男，湖南华容人，长沙理工大学土木与建筑学院，教授。（湖南 长沙 410114）
　　基金项目：本文系2013年长沙理工大学教学改革研究项目（项目编号：ZL1302）研究成果。
　　中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0067-02
　　桥梁工程专业本科生毕业设计过程中常出现设计进度慢，设计效果不佳等现象，究其原因是学生对桥梁结构有限元分析理论理解不深，缺少必要的练习，设计计算过程中力不从心，无从下手。虽然长沙理工大学（以下简称“我校”）开设“桥梁电算”课程，但由于学生的前修课程不足，学习起来难度大，缺少学习热情，教学效果不佳，课程结束时，有部分同学既没有掌握其理论体系，也没有熟悉程序的使用方法，感觉没有学到知识，导致毕业设计计算过程中时，不能很好地进行桥梁结构计算分析。
　　随着桥梁向更高墩、更大跨以及新工艺、新材料等方向迈进时，“桥梁电算”课程对确保工程结构安全性和可靠性的重要意义也日益彰显，因此，对“桥梁电算”课程的建设和教学改革显得迫切而重要。
　　一、课程建设现状与改革
　　1.课程建设现状
　　伴随着计算机科学和技术的快速发展，“桥梁电算”对应的有限元知识已成为计算机辅助工程和数值仿真的重要组成部分，在各高校中已成为必修课程，主要对该方法在桥梁结构领域的应用进行介绍。如何能让学生全面细致地理解“桥梁电算”的精髓、本质并与工程实际相结合成为本课程的主导思想；而部分高校针对在校本科生的有限元教材仍采用20世纪八九十年代编写的教材，教材的内容相对滞后，传授方式依旧是黑板加粉笔，导致学生上课积极性差，很难达到理想的教学效果。
　　加之近年来部分高校留学生教育事业实现了跨越式发展，留学生规模不断扩大，办学层次也不断提高。国内部分高校已招收的土木工程专业的留学生，他们即将进入专业课的学习阶段，需要对他们进行双语教学，留学生的管理和教学培养走向正规化，如果依旧采用之前的传统教材，既不利于教学水平的提高，也不符合国际发展趋势；同时，对本国学生素质的提高，培养国际复合型人才，也需要进行双语教学，因此，如何做好“桥梁电算”的双语教学工作，加强课程建设，显得十分重要。“桥梁电算”课程的理论推导和计算公式较多，目前主要采用板书式的教学，导致教学信息量小，传授知识有限，如何采用先进的教学手段，提高教学效率，使学生接触更多的知识，是本课程教学所面临的难题，因此应进行相应的教学手段和教学方法研究。
　　现今，随着计算机的飞速发展，针对桥梁结构计算分析的商业化程序被广泛应用，因此，“桥梁电算”的基础与实际应用的实例往往成为学生所关注的重点。但之前编写的教材的部分内容显然不能满足日益变化的教学需求，因此，切合当前实际教学的教材亟待应用于教学实践。
　　2.课程建设改革
　　关于教材的改革，可集中一批有实践教学经验的教师，通过广泛阅读对有限元方法的研究现状进行分析，在现有教材的基础上总结其优缺点，编写一本深入浅出、细致全面的教材，对该方法在桥梁各种结构形式的分析计算中的理论与应用进行比较综合的叙述，力求内容丰富，便于高校教学应用。
　　“桥梁电算”的教材应结合有限元的理论方法与实践应用，分别从杆系结构、梁式结构、板壳结构、体结构等方面对该方法在桥梁结构分析计算中的理论与应用进行比较全面的叙述，内容丰富，冲破以往书籍的局限。此外，还需介绍桥梁结构稳定性分析及动力分析的主要内容及相应方法，并列举常用的有限元软件及其工程实例，务必要求概念清晰、简明扼要，使研究生和相关专业人员能从原理和问题的本质上认识有限元方法，并能将理论方法与工程实例相互结合用以解决实际问题；同时，以中英文双语编写，以便适用于海外留学人员及相关人士进行学习及查阅。
　　二、教学现状与改革
　　1.教学现状分析
　　“桥梁电算”课程的内容从平面结构到空间结构，从杆单元到体单元，内容涵盖面广，涉及到的内容比较多。通过对在校毕业生的调查研究，众多在校学生认为这门课程学习中涉及到非常多的力学、数学、结构设计原理等相关内容，如果一个方面没有掌握好，都会对该课程的学习造成较大的影响，而同学中有一部分在之前基础课的学习中的知识掌握得并不充分，所以在“桥梁电算”的学习中比较吃力；而学校所安排的课时却连年缩减，与之对应的数学与力学等基础课程讲解的课时也在压缩，导致学生没有形成较为扎实的基本功底。
　　目前，授课方式仍采用以教师为中心，针对教材内容，以课堂灌输为主，学生被动接受书本知识，显然传统的教学模式已经不能适应现代教育发展的需要，必须将以传授知识为目的的教育观念转变为重点传授学生获取知识的方法和手段，培养具有较强的实践能力、创新能力的高素质高级人才。
　　“桥梁电算”内容多较为抽象，学习起来比较枯燥，老师讲述虽然不是照本宣科，由于缺乏具体的实际教学模型和例子，使得课堂气氛略显沉闷，所以许多同学在最开始的聚精会神慢慢走神，直到跟不上老师节奏；课堂上学生觉得乏味就不用心听，不用心听课理解就更加困难，长此以往就会形成恶性循环。
　　要在“桥梁电算”的教学过程中重视对学生有限元分析具体应用能力的培养，那么对授课教师自身是否具备丰富的工程实践经验十分重要。国内大多数高等院校部分中青年教师毕业后直接任教，中间环节不具备实际工程经验，对结构工程设计和施工过程不熟悉，缺乏有限元知识的具体工程应用实例，使得教师在授课过程中底气不足，必然影响到对学生对该课程的学习兴趣。因此，部分高校，对中青年教师提出了“三化”的要求，即“博士化、国际化、工程化”，其中一项就是工程化。通过工程化，使教师与设计单位和施工单位加强交流合作，在课堂教学时紧密联系工程实际，并将实际工程作为分析研究对象，激发学生的学习兴趣。

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