宽口径人才培养模式下桥梁工程专业毕业设计改革

李晓莉，王东升，张田，范颖芳，杨刚，赵颖华

(大连海事大学 交通运输装备与海洋工程学院，辽宁 大连 116026)

宽口径人才培养模式下桥梁工程专业毕业设计改革

李晓莉，王东升，张田，范颖芳，杨刚，赵颖华

(大连海事大学 交通运输装备与海洋工程学院，辽宁 大连 116026)

结合大连海事大学桥梁工程方向毕业生特点，考虑设计、施工及读研学生的不同需求，以“桥梁电算及结构设计分析”为核心载体，以宽口径人才培养模式为目标，在毕业设计阶段，通过指导教师间的协作指导和学生的共同参与，实现对桥梁结构“施工、设计和科学研究”的全面认知和具体实践，塑造完整的知识结构，也力图在这种宽口径人才培养模式下提升学生的综合竞争能力。

桥梁工程；毕业设计；宽口径；培养模式

一、引言

桥梁工程属于交通运输工程一级学科下的二级分支学科，其发展速度取决于交通的需要。大连海事大学土木工程专业以培养桥梁工程毕业生为主要方向。目前毕业生以设计、施工及考研等作为毕业出路方式居多，呈现宽口径的态势[1]。桥梁工程作为“强基础、宽口径、高能力”的大土木教学模式[2]指导下土木工程专业的核心课程，主要讲述铁路、公路桥梁各种桥跨结构，墩台及各种形式基础的设计、施工、管理方法。其目的是使学生通过学习了解桥梁设计、施工的基本方法和关键技术，初步具有制订桥梁设计、施工和管理方案的能力，掌握设计、施工技术、施工组织计划、工程管理的基本知识，为毕业后从事桥梁工程科研、设计、施工与管理等工作奠定基础。桥梁工程本科毕业设计的目的是，不仅要使学生融会贯通所学的知识和技能，而且还要将其运用于实际桥梁工程中，培养创新能力与工程实践能力。本文结合近年来笔者对桥梁工程毕业设计的指导情况及同类院校土木工程的经验，针对宽口径人才培养模式下桥梁工程毕业设计新模式进行探索。

二、毕业设计中存在的不足

1.设计题目零散

每个学年的第一学期期末，学生进行毕业设计网上选题。在这之前，通常指导教师已经将毕业设计题目和任务书通过网络下达。以往的流程是，指导教师个人拟定毕业设计题目，彼此没有相互沟通，因此题目大多零散，多种桥梁体系彼此之间的联系、难易程度无法构成完整的结构体系，学生选题往往很被动，积极性不高、效果不理想。因此，科学选题对顺利开展毕业设计至关重要。

2.指导模式单一

传统的毕业设计采用指导教师独立指导的模式。以往毕业设计的指导模式通常是一个教师指导几个学生，指导教师之间基本不沟通，学生仅认知并完成一种桥型的设计。如果教师学术能力有限，那么学生的毕业设计水平直接受到影响[3]，在毕业设计最后的答辩中，整体排名靠后。这种指导模式下，学生并不能受到良好的培训。宽口径人才的培养需要寻求更加完善合理的培养模式。

3.理论水平薄弱

施行宽口径人才培养模式后，学生在第二年开始学习“理论力学”“材料力学”“结构力学”“钢筋混凝土结构设计”“钢结构”等基础课程，在第三年进入桥梁工程课群组后，接着学习“桥梁工程”“基础工程”等必修课和一些更有针对性的选修课。但这些课程之间关于理论计算方面的知识点仍是较为分散的、不成体系的[4]。因此，在毕业设计指导中需强化理论基础。

4.电算能力缺失

桥梁结构多为超静定体系，求解多借助有限元来完成，这就要求以桥梁电算作为工具，辅助完成整个桥梁的设计、研究。桥梁工程方向的本科生在毕业时必须要掌握一门工程应用软件，这是未来卓越工程师培养目标的一个基本要求[5]。而学生在前三年的相关课程学习中，未能系统掌握一门软件。学校因专业课时总量的限制，不能开设“桥梁结构计算”专业课程，因此，软件的熟练使用是毕业设计阶段必须要解决的一个关键问题。

三、宽口径模式下的毕业设计

随着社会的不断进步和我国经济建设的不断发展，桥梁工程这一学科的外延和内涵都发生了很大的变化，其所涉猎的领域原来越广泛，主要包含桥梁设计、桥梁施工、工程管理、健康监测等，而且毕业方向也呈现多元趋势，原有的“专才”培养模式已经不能满足桥梁工程发展的时代要求，“厚基础、宽口径”的桥梁工程人才是与时俱进的桥梁工程人才的最佳培养目标, 是面向世界、面向未来、面向现代化的人才培养模式[6]。

在2015年，包括笔者在内的5位指导教师针对宽口径模式下的毕业设计进行了初步探索。针对2011级土木工程专业毕业生，将桥梁工程毕业设计内容划分为“桥梁设计”和“桥梁科研”两大部分，前者涉及简支梁桥、连续梁桥、大跨度斜拉桥等全部桥型，后者涉及“抗震、抗风和复杂设计”等3个科研专题，由团队进行了集体指导，学生可以同时学到MIDAS/CIVIL、ANSYS和桥梁博士3种工程核心软件，同时对不同桥型设计、科学研究中的共性和非共性问题获得全面认知，取得了比较理想的指导效果。其中一名学生获得了校级优秀毕业论文(全系共两人)称号，并且团队指导的学生毕业答辩的整体排名靠前，二答争优学生人数占比大大提高，效果显著。在宽口径人才培养模式下的毕业设计指导过程中，针对不足采取以下措施。

1.因材施教，科学命题

科学的毕业设计命题是保证毕业设计质量的基本前提。桥梁方向毕业设计命题需统一规划。桥梁工程的毕业设计涉及大部分桥型的计算和分析。每种体系桥梁受力特点不同、设计的难易程度也不同，因此需要科学选题，形成有机、完整的桥梁结构体系。指导教师团队首先将命题统一进行科学、系统的规划，命题范围涉及简支T梁、简支箱梁、简支桁梁，连续箱梁、连续T梁、连续刚构以及大跨度斜拉桥等各种桥梁体系，命题来源于实际工程，有完整的施工图纸作为设计分析的参照，且做到每人一题。相同桥型采用不同施工方法，如先简支后连续、悬臂施工、顶推施工等，充分调动学生的积极性，也从源头避免了抄袭等现象的发生。指导教师结成团队，题目拟定不会出现交叉重复的情况，每种桥型由一位老师负责，团队内可以资源共享，大大扩展了学生的视野，在主攻一类桥型的同时，也可以学到其他桥型的设计和施工相关的知识。而且每年的命题都会根据上年的毕业设计(论文)指导效果进行调整、优化，逐渐形成科学、系统、规范的毕业设计(论文)命题。

目前，学校桥梁专业毕业生面临去施工单位、检测单位、设计院以及研究生深造等多种选择。对于去设计、施工单位的毕业生，可以选择一些与其相关的题目，如施工阶段的桥梁设计；对于毕业后读研的学生，可以指导他们对本学科的某一热点问题进行分析研究，如程序开发、模型试验等方面的学术型研究课题。由于毕业设计选题与学生毕业后的工作联系紧密，可大大激发学生进行毕业设计的积极性。

选题要切合学生自身的特点，选择适合的题目。首先是学生自由选题，然后根据选题结果，将毕业设计和毕业论文题目加以区分。最后，依据学生成绩和综合素质落实题目。大跨度斜拉桥结构理论复杂，可以分配给成绩较好、学有余力的学生来做；连续梁和连续刚构是常规桥型，可以由成绩中等、素质良好的学生完成；简支梁基本理论相对简单，适合基础薄弱的学生；科研论文由保研和考上研究生的学生尝试，确保每位学生都能顺利完成毕业设计任务。

2.桥梁结构基本理论与工程电算软件的结合与实践

桥梁工程毕业设计相关基本理论的渗透始终是毕业设计的指导核心，整个指导过程不能偏离这个核心。在整座桥梁的设计过程中，需要将相关理论、计算方法有机整合，融会贯通，才能顺利完成设计和研究任务。因此，指导教师团队拟定了桥梁工程毕业设计基础理论的授课纲要，纲要包括：各种体系桥梁力学分析、荷载组合相关理论和组合方法、桥梁结构设计的基本流程、钢筋混凝土桥梁预应力损失的原理、预应力钢筋的配置方法、结构验算的基本理论、桥梁基础工程的设计和验算等，安排团队指导教师轮流授课，强化基本理论，使学生尽快适应毕业设计的节奏，有的放矢开展设计和研究。

将桥梁基本理论与电算软件有机结合，通过软件工具实现毕业设计的指导。在电算技术迅速发展并日趋成熟的同时[7]，人在桥梁结构设计中的主导地位仍是不可替代的。桥梁建模的思路正确与否，桥梁电算结果的取用和把握等内容都需要设计主体——人对桥梁结构基本原理的透彻掌握。因此，有必要向学生强调基本原理在桥梁工程中的作用，避免出现迷信电算工具、成为电算工具的奴隶而非主导者等现象。若可以通过手算实现结构求解，则可以辅以电算验证手算的正确性，比如简支梁；超静定次数高的连续梁、连续刚构桥和大跨度斜拉桥，可以通过电算求解结构内力及变形。但连续梁设计中的偏载系数手算工作量大而且较为复杂，可以借助电算求解部分结果，以基本概念为指导，充分利用电算工具，实现设计的高效。在大跨度斜拉桥的设计中，以梁格法理论为指导，建立斜拉桥的空间数值模型，可以考虑汽车荷载的空间效应。预应力混凝土主梁的预应力筋设计，以强度理论为指导，通过电算工具实现快速配筋。基于此，指导教师团队以基本理论为主线，结合电算软件拟定了专题讲座，通过算例将二者结合起来，实现了以软件作为工具，服务于结构计算、分析的目的。例如，在简支梁的授课中，后张法和先张法如何通过结构简化，在桥梁博士和MIDAS/CIVIL中实现，预应力损失如何通过程序计算，都能一一解决。在连续梁的设计中，先简支后连续的施工方法和悬臂施工方法对结构成桥内力的影响是不同的，学生通过理论授课能够接受。连续梁结构在程序中如何简化、两种施工方法在程序中如何实现，类似问题都需要结合基本理论，通过软件演示才能使使学生真正掌握。在斜拉桥的设计中，需要通过MIDAS/CIVIL建立空间模型，空间模型和平面模型的区别、建立空间模型的必要性、梁格法的原理等，都需要在演示前先交代清楚，在软件算例演示过程中，可以对比分析不同的结构建模方法对计算结果的影响，究竟哪种方法更接近实际桥梁结构的受力等等，如此，才能让学生对结构简化、结构分析过程有深刻领悟。

基于桥梁基本理论，结合电算软件的应用，将始终贯彻于桥梁工程毕业设计的始末。强调基本概念原则下电算能力的培养作为主线，以主流电算软件作为工具，将先行修完的各门课程中涉及的桥梁结构计算知识点进行整合，作为基础知识和实践能力间的重要纽带。

3.基于团队协作的宽口径人才培养新模式

课题组在2015年的桥梁工程方向毕业设计中，尝试了团队协作指导的新模式。桥梁方向的毕业设计人数每年占比在60%～70%之间，由5位指导教师组成桥梁指导团队，协作指导。毕业设计的命题已经通过彼此沟通和科学、合理的规划，命题有桥梁设计、施工、加固以及与桥梁相关的科研论题。相关的指导教师制定分组毕业设计任务书，上传至共享邮箱。各分组的任务书采用统一格式，依据桥型不同，内容上有所区分。由团队教师共同制定授课时间表、中期答辩内容、毕业设计进度表等上传至共享邮箱中。采取集中指导、集中答疑、集中授课的形式。协作团队的每位指导教师在毕业设计期间都要轮流“上大课”，上课的PPT上传至共享邮箱中。每位学生可以共享其他指导教师的资源，获取知识量增加，满足学生就业、考研的不同要求，人才竞争力提高，拓宽了知识面，符合宽口径人才的需求。

四、结语

在交通运输一级学科大土木的工程背景下，宽口径人才培养模式势在必行。针对桥梁工程毕业设计存在的问题，从科学选题、基本理论和电算有机结合、团队协作指导新模式三方面阐述了宽口径土木工程人才培养模式下桥梁工程毕业设计改革的思路和方法。经过初步实践，取得了良好效果。在桥梁工程方向毕业设计中实现了对桥梁结构“施工、设计和科学研究”的全面认知和具体实践，塑造了完整的知识体系，提升了学生的综合竞争能力。实践中发现，指导教师需要时时关注学生需求，有效调整指导毕业设计的相关方法和内容；毕业设计的过程管理对提高毕业设计的质量也是至关重要的。如何将桥梁工程毕业设计改革进一步深化，切实提高毕业设计的效果, 加强学生的独立设计能力和综合素质的培养，还有待于进一步的改进和完善。

[1] 曾彦，赵洋，赵顺波.基于应用型人才培养的桥梁工程毕业设计[J].高等建筑教育，2011(6)：125-128.

[2] 朱劲松.面向卓越工程师培养的桥梁施工课程教学改革与实践[J].高等建筑教育，2012(3)：71-75.

[3] 王光辉，刘小燕，李青.“桥梁工程”毕业设计教学效果的影响因素研究[J].中国电力教育，2014(14)：201-202.

[4] 涂光亚，刘小燕，易壮鹏.桥梁工程专业毕业设计中创新能力培养的研究与实践[J].中国电力教育，2013(4)：158-159.

[5] 赵秋，陈友杰.桥梁工程方向毕业设计存在问题与探讨[J].高等建筑教育，2014(5)：119-122.

[6] 刘晓丹，张同伟，张国侠，等.宽口径大土木背景下道路与桥梁方向培养方案的修订[J].中国电力教育，2010(1)：28-29.

[7] 程进，许骏，肖汝诚，等.桥梁工程方向本科生基于电算的毕业设计教学改革探索[J].教育教学论坛，2013(33)：42-43.

2016-08-14

教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-12-0751)；2016年大连海事大学校级教改项目(2016Y30)

李晓莉(1977-)，女，讲师，博士，主要从事桥梁工程的教学与研究。

G642.77

A

1006-8724(2017)01-0082-04