寬口徑人才培養(yǎng)模式下橋梁工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革

李曉莉，王東升，張?zhí)铮斗f芳，楊剛，趙穎華

(大連海事大學(xué) 交通運(yùn)輸裝備與海洋工程學(xué)院，遼寧 大連 116026)

寬口徑人才培養(yǎng)模式下橋梁工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)改革

李曉莉，王東升，張?zhí)?，范穎芳，楊剛，趙穎華

(大連海事大學(xué) 交通運(yùn)輸裝備與海洋工程學(xué)院，遼寧 大連 116026)

結(jié)合大連海事大學(xué)橋梁工程方向畢業(yè)生特點(diǎn)，考慮設(shè)計(jì)、施工及讀研學(xué)生的不同需求，以“橋梁電算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析”為核心載體，以寬口徑人才培養(yǎng)模式為目標(biāo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，通過(guò)指導(dǎo)教師間的協(xié)作指導(dǎo)和學(xué)生的共同參與，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)“施工、設(shè)計(jì)和科學(xué)研究”的全面認(rèn)知和具體實(shí)踐，塑造完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)，也力圖在這種寬口徑人才培養(yǎng)模式下提升學(xué)生的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。

橋梁工程；畢業(yè)設(shè)計(jì)；寬口徑；培養(yǎng)模式

一、引言

橋梁工程屬于交通運(yùn)輸工程一級(jí)學(xué)科下的二級(jí)分支學(xué)科，其發(fā)展速度取決于交通的需要。大連海事大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)以培養(yǎng)橋梁工程畢業(yè)生為主要方向。目前畢業(yè)生以設(shè)計(jì)、施工及考研等作為畢業(yè)出路方式居多，呈現(xiàn)寬口徑的態(tài)勢(shì)[1]。橋梁工程作為“強(qiáng)基礎(chǔ)、寬口徑、高能力”的大土木教學(xué)模式[2]指導(dǎo)下土木工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，主要講述鐵路、公路橋梁各種橋跨結(jié)構(gòu)，墩臺(tái)及各種形式基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、施工、管理方法。其目的是使學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)了解橋梁設(shè)計(jì)、施工的基本方法和關(guān)鍵技術(shù)，初步具有制訂橋梁設(shè)計(jì)、施工和管理方案的能力，掌握設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、施工組織計(jì)劃、工程管理的基本知識(shí)，為畢業(yè)后從事橋梁工程科研、設(shè)計(jì)、施工與管理等工作奠定基礎(chǔ)。橋梁工程本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是，不僅要使學(xué)生融會(huì)貫通所學(xué)的知識(shí)和技能，而且還要將其運(yùn)用于實(shí)際橋梁工程中，培養(yǎng)創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力。本文結(jié)合近年來(lái)筆者對(duì)橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)情況及同類(lèi)院校土木工程的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)寬口徑人才培養(yǎng)模式下橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)新模式進(jìn)行探索。

二、畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在的不足

1.設(shè)計(jì)題目零散

每個(gè)學(xué)年的第一學(xué)期期末，學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)網(wǎng)上選題。在這之前，通常指導(dǎo)教師已經(jīng)將畢業(yè)設(shè)計(jì)題目和任務(wù)書(shū)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)。以往的流程是，指導(dǎo)教師個(gè)人擬定畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，彼此沒(méi)有相互溝通，因此題目大多零散，多種橋梁體系彼此之間的聯(lián)系、難易程度無(wú)法構(gòu)成完整的結(jié)構(gòu)體系，學(xué)生選題往往很被動(dòng)，積極性不高、效果不理想。因此，科學(xué)選題對(duì)順利開(kāi)展畢業(yè)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

2.指導(dǎo)模式單一

傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)采用指導(dǎo)教師獨(dú)立指導(dǎo)的模式。以往畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)模式通常是一個(gè)教師指導(dǎo)幾個(gè)學(xué)生，指導(dǎo)教師之間基本不溝通，學(xué)生僅認(rèn)知并完成一種橋型的設(shè)計(jì)。如果教師學(xué)術(shù)能力有限，那么學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)水平直接受到影響[3]，在畢業(yè)設(shè)計(jì)最后的答辯中，整體排名靠后。這種指導(dǎo)模式下，學(xué)生并不能受到良好的培訓(xùn)。寬口徑人才的培養(yǎng)需要尋求更加完善合理的培養(yǎng)模式。

3.理論水平薄弱

施行寬口徑人才培養(yǎng)模式后，學(xué)生在第二年開(kāi)始學(xué)習(xí)“理論力學(xué)”“材料力學(xué)”“結(jié)構(gòu)力學(xué)”“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”“鋼結(jié)構(gòu)”等基礎(chǔ)課程，在第三年進(jìn)入橋梁工程課群組后，接著學(xué)習(xí)“橋梁工程”“基礎(chǔ)工程”等必修課和一些更有針對(duì)性的選修課。但這些課程之間關(guān)于理論計(jì)算方面的知識(shí)點(diǎn)仍是較為分散的、不成體系的[4]。因此，在畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)中需強(qiáng)化理論基礎(chǔ)。

4.電算能力缺失

橋梁結(jié)構(gòu)多為超靜定體系，求解多借助有限元來(lái)完成，這就要求以橋梁電算作為工具，輔助完成整個(gè)橋梁的設(shè)計(jì)、研究。橋梁工程方向的本科生在畢業(yè)時(shí)必須要掌握一門(mén)工程應(yīng)用軟件，這是未來(lái)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)的一個(gè)基本要求[5]。而學(xué)生在前三年的相關(guān)課程學(xué)習(xí)中，未能系統(tǒng)掌握一門(mén)軟件。學(xué)校因?qū)I(yè)課時(shí)總量的限制，不能開(kāi)設(shè)“橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算”專(zhuān)業(yè)課程，因此，軟件的熟練使用是畢業(yè)設(shè)計(jì)階段必須要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

三、寬口徑模式下的畢業(yè)設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，橋梁工程這一學(xué)科的外延和內(nèi)涵都發(fā)生了很大的變化，其所涉獵的領(lǐng)域原來(lái)越廣泛，主要包含橋梁設(shè)計(jì)、橋梁施工、工程管理、健康監(jiān)測(cè)等，而且畢業(yè)方向也呈現(xiàn)多元趨勢(shì)，原有的“專(zhuān)才”培養(yǎng)模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足橋梁工程發(fā)展的時(shí)代要求，“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的橋梁工程人才是與時(shí)俱進(jìn)的橋梁工程人才的最佳培養(yǎng)目標(biāo), 是面向世界、面向未來(lái)、面向現(xiàn)代化的人才培養(yǎng)模式[6]。

在2015年，包括筆者在內(nèi)的5位指導(dǎo)教師針對(duì)寬口徑模式下的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了初步探索。針對(duì)2011級(jí)土木工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生，將橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容劃分為“橋梁設(shè)計(jì)”和“橋梁科研”兩大部分，前者涉及簡(jiǎn)支梁橋、連續(xù)梁橋、大跨度斜拉橋等全部橋型，后者涉及“抗震、抗風(fēng)和復(fù)雜設(shè)計(jì)”等3個(gè)科研專(zhuān)題，由團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了集體指導(dǎo)，學(xué)生可以同時(shí)學(xué)到MIDAS/CIVIL、ANSYS和橋梁博士3種工程核心軟件，同時(shí)對(duì)不同橋型設(shè)計(jì)、科學(xué)研究中的共性和非共性問(wèn)題獲得全面認(rèn)知，取得了比較理想的指導(dǎo)效果。其中一名學(xué)生獲得了校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文(全系共兩人)稱(chēng)號(hào)，并且團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的學(xué)生畢業(yè)答辯的整體排名靠前，二答爭(zhēng)優(yōu)學(xué)生人數(shù)占比大大提高，效果顯著。在寬口徑人才培養(yǎng)模式下的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)過(guò)程中，針對(duì)不足采取以下措施。

1.因材施教，科學(xué)命題

科學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)命題是保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的基本前提。橋梁方向畢業(yè)設(shè)計(jì)命題需統(tǒng)一規(guī)劃。橋梁工程的畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及大部分橋型的計(jì)算和分析。每種體系橋梁受力特點(diǎn)不同、設(shè)計(jì)的難易程度也不同，因此需要科學(xué)選題，形成有機(jī)、完整的橋梁結(jié)構(gòu)體系。指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)首先將命題統(tǒng)一進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)的規(guī)劃，命題范圍涉及簡(jiǎn)支T梁、簡(jiǎn)支箱梁、簡(jiǎn)支桁梁，連續(xù)箱梁、連續(xù)T梁、連續(xù)剛構(gòu)以及大跨度斜拉橋等各種橋梁體系，命題來(lái)源于實(shí)際工程，有完整的施工圖紙作為設(shè)計(jì)分析的參照，且做到每人一題。相同橋型采用不同施工方法，如先簡(jiǎn)支后連續(xù)、懸臂施工、頂推施工等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，也從源頭避免了抄襲等現(xiàn)象的發(fā)生。指導(dǎo)教師結(jié)成團(tuán)隊(duì)，題目擬定不會(huì)出現(xiàn)交叉重復(fù)的情況，每種橋型由一位老師負(fù)責(zé)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)可以資源共享，大大擴(kuò)展了學(xué)生的視野，在主攻一類(lèi)橋型的同時(shí)，也可以學(xué)到其他橋型的設(shè)計(jì)和施工相關(guān)的知識(shí)。而且每年的命題都會(huì)根據(jù)上年的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)效果進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，逐漸形成科學(xué)、系統(tǒng)、規(guī)范的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)命題。

目前，學(xué)校橋梁專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生面臨去施工單位、檢測(cè)單位、設(shè)計(jì)院以及研究生深造等多種選擇。對(duì)于去設(shè)計(jì)、施工單位的畢業(yè)生，可以選擇一些與其相關(guān)的題目，如施工階段的橋梁設(shè)計(jì)；對(duì)于畢業(yè)后讀研的學(xué)生，可以指導(dǎo)他們對(duì)本學(xué)科的某一熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析研究，如程序開(kāi)發(fā)、模型試驗(yàn)等方面的學(xué)術(shù)型研究課題。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)選題與學(xué)生畢業(yè)后的工作聯(lián)系緊密，可大大激發(fā)學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的積極性。

選題要切合學(xué)生自身的特點(diǎn)，選擇適合的題目。首先是學(xué)生自由選題，然后根據(jù)選題結(jié)果，將畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文題目加以區(qū)分。最后，依據(jù)學(xué)生成績(jī)和綜合素質(zhì)落實(shí)題目。大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)理論復(fù)雜，可以分配給成績(jī)較好、學(xué)有余力的學(xué)生來(lái)做；連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)是常規(guī)橋型，可以由成績(jī)中等、素質(zhì)良好的學(xué)生完成；簡(jiǎn)支梁基本理論相對(duì)簡(jiǎn)單，適合基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生；科研論文由保研和考上研究生的學(xué)生嘗試，確保每位學(xué)生都能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。

2.橋梁結(jié)構(gòu)基本理論與工程電算軟件的結(jié)合與實(shí)踐

橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)基本理論的滲透始終是畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)核心，整個(gè)指導(dǎo)過(guò)程不能偏離這個(gè)核心。在整座橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要將相關(guān)理論、計(jì)算方法有機(jī)整合，融會(huì)貫通，才能順利完成設(shè)計(jì)和研究任務(wù)。因此，指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)擬定了橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論的授課綱要，綱要包括：各種體系橋梁力學(xué)分析、荷載組合相關(guān)理論和組合方法、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本流程、鋼筋混凝土橋梁預(yù)應(yīng)力損失的原理、預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置方法、結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的基本理論、橋梁基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算等，安排團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師輪流授課，強(qiáng)化基本理論，使學(xué)生盡快適應(yīng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的節(jié)奏，有的放矢開(kāi)展設(shè)計(jì)和研究。

將橋梁基本理論與電算軟件有機(jī)結(jié)合，通過(guò)軟件工具實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)。在電算技術(shù)迅速發(fā)展并日趨成熟的同時(shí)[7]，人在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的主導(dǎo)地位仍是不可替代的。橋梁建模的思路正確與否，橋梁電算結(jié)果的取用和把握等內(nèi)容都需要設(shè)計(jì)主體——人對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)基本原理的透徹掌握。因此，有必要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)基本原理在橋梁工程中的作用，避免出現(xiàn)迷信電算工具、成為電算工具的奴隸而非主導(dǎo)者等現(xiàn)象。若可以通過(guò)手算實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)求解，則可以輔以電算驗(yàn)證手算的正確性，比如簡(jiǎn)支梁；超靜定次數(shù)高的連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋和大跨度斜拉橋，可以通過(guò)電算求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形。但連續(xù)梁設(shè)計(jì)中的偏載系數(shù)手算工作量大而且較為復(fù)雜，可以借助電算求解部分結(jié)果，以基本概念為指導(dǎo)，充分利用電算工具，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的高效。在大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)中，以梁格法理論為指導(dǎo)，建立斜拉橋的空間數(shù)值模型，可以考慮汽車(chē)荷載的空間效應(yīng)。預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)，以強(qiáng)度理論為指導(dǎo)，通過(guò)電算工具實(shí)現(xiàn)快速配筋?；诖?，指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)以基本理論為主線，結(jié)合電算軟件擬定了專(zhuān)題講座，通過(guò)算例將二者結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了以軟件作為工具，服務(wù)于結(jié)構(gòu)計(jì)算、分析的目的。例如，在簡(jiǎn)支梁的授課中，后張法和先張法如何通過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，在橋梁博士和MIDAS/CIVIL中實(shí)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力損失如何通過(guò)程序計(jì)算，都能一一解決。在連續(xù)梁的設(shè)計(jì)中，先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工方法和懸臂施工方法對(duì)結(jié)構(gòu)成橋內(nèi)力的影響是不同的，學(xué)生通過(guò)理論授課能夠接受。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)在程序中如何簡(jiǎn)化、兩種施工方法在程序中如何實(shí)現(xiàn)，類(lèi)似問(wèn)題都需要結(jié)合基本理論，通過(guò)軟件演示才能使使學(xué)生真正掌握。在斜拉橋的設(shè)計(jì)中，需要通過(guò)MIDAS/CIVIL建立空間模型，空間模型和平面模型的區(qū)別、建立空間模型的必要性、梁格法的原理等，都需要在演示前先交代清楚，在軟件算例演示過(guò)程中，可以對(duì)比分析不同的結(jié)構(gòu)建模方法對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，究竟哪種方法更接近實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的受力等等，如此，才能讓學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、結(jié)構(gòu)分析過(guò)程有深刻領(lǐng)悟。

基于橋梁基本理論，結(jié)合電算軟件的應(yīng)用，將始終貫徹于橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)的始末。強(qiáng)調(diào)基本概念原則下電算能力的培養(yǎng)作為主線，以主流電算軟件作為工具，將先行修完的各門(mén)課程中涉及的橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，作為基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐能力間的重要紐帶。

3.基于團(tuán)隊(duì)協(xié)作的寬口徑人才培養(yǎng)新模式

課題組在2015年的橋梁工程方向畢業(yè)設(shè)計(jì)中，嘗試了團(tuán)隊(duì)協(xié)作指導(dǎo)的新模式。橋梁方向的畢業(yè)設(shè)計(jì)人數(shù)每年占比在60%～70%之間，由5位指導(dǎo)教師組成橋梁指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，協(xié)作指導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計(jì)的命題已經(jīng)通過(guò)彼此溝通和科學(xué)、合理的規(guī)劃，命題有橋梁設(shè)計(jì)、施工、加固以及與橋梁相關(guān)的科研論題。相關(guān)的指導(dǎo)教師制定分組畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，上傳至共享郵箱。各分組的任務(wù)書(shū)采用統(tǒng)一格式，依據(jù)橋型不同，內(nèi)容上有所區(qū)分。由團(tuán)隊(duì)教師共同制定授課時(shí)間表、中期答辯內(nèi)容、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度表等上傳至共享郵箱中。采取集中指導(dǎo)、集中答疑、集中授課的形式。協(xié)作團(tuán)隊(duì)的每位指導(dǎo)教師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間都要輪流“上大課”，上課的PPT上傳至共享郵箱中。每位學(xué)生可以共享其他指導(dǎo)教師的資源，獲取知識(shí)量增加，滿(mǎn)足學(xué)生就業(yè)、考研的不同要求，人才競(jìng)爭(zhēng)力提高，拓寬了知識(shí)面，符合寬口徑人才的需求。

四、結(jié)語(yǔ)

在交通運(yùn)輸一級(jí)學(xué)科大土木的工程背景下，寬口徑人才培養(yǎng)模式勢(shì)在必行。針對(duì)橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，從科學(xué)選題、基本理論和電算有機(jī)結(jié)合、團(tuán)隊(duì)協(xié)作指導(dǎo)新模式三方面闡述了寬口徑土木工程人才培養(yǎng)模式下橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)改革的思路和方法。經(jīng)過(guò)初步實(shí)踐，取得了良好效果。在橋梁工程方向畢業(yè)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)“施工、設(shè)計(jì)和科學(xué)研究”的全面認(rèn)知和具體實(shí)踐，塑造了完整的知識(shí)體系，提升了學(xué)生的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，指導(dǎo)教師需要時(shí)時(shí)關(guān)注學(xué)生需求，有效調(diào)整指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)方法和內(nèi)容；畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程管理對(duì)提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量也是至關(guān)重要的。如何將橋梁工程畢業(yè)設(shè)計(jì)改革進(jìn)一步深化，切實(shí)提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的效果, 加強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。

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2016-08-14

教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃項(xiàng)目(NCET-12-0751)；2016年大連海事大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目(2016Y30)

李曉莉(1977-)，女，講師，博士，主要從事橋梁工程的教學(xué)與研究。

G642.77

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1006-8724(2017)01-0082-04