应用型高校港航专业毕业设计新教法研究

马腾飞 李珍珍 杨明杰 邓天赐 周泽凯

（1.皖江工学院港口建设优化与航道治理升级工程研究中心，安徽 马鞍山 243031；2.皖江工学院，安徽 马鞍山 243031）

毕业设计是高校实现应用型人才培养目标的重要实践性教学环节，也是学生深化、拓宽、综合运用所学知识解决工程问题的必要过程。毕业设计教学质量的好坏，对学生独立工作能力、组织管理和社交能力的培养以及工作态度及作风的形成都具有较大影响。

目前，关于应用型高校水利类专业毕业设计教学方法的研究取得了一定的成果：徐芳[1]等提出了互助探讨式教学法在港口航道与海岸工程专业毕业设计中的应用，加强了学生在毕业设计中的互助互学，交流探讨，减弱了学生对导师的依赖性；李文杰[2]等提出产学研相结合的港口航道与海岸工程专业毕业设计教学模式，研究了“三位一体”的毕业设计模式，三位即指产学研相互结合、多学科相互渗透、多学生相互融合的组织模式，一体是指毕业设计过程和质量一体化的管理模式；马腾飞[3]等以河海大学文天学院港口航道与海岸工程专业为例，通过收集、整理、统计5届毕业生的毕业设计相关资料及数据，分析民办高校工科专业毕业设计教学过程中存在的共性问题，提出了适用于民办高校实际情况的教学方法改革建议；余萍[4]等采用“模拟设计院”模式对水利类专业毕业设计教学方法进行改革，且在指导环节中加入企业导师的参与，在考核环节邀请行业专家参与评价，提高了学生毕业设计的完成质量。

不过，现有研究多是针对毕业设计整体结构、教育模式的改革、调整进行了探讨，对教师指导学生完成具体设计、计算环节的教法研究相对较少，而学生们普遍存在过度依赖毕设模板设计各分段结构，而对所设计的水工建筑物（如高桩码头）的整体布置、各结构间的位置关系、以及为什么这样设计等问题，往往不能透彻掌握。至于码头结构设计中关于水、土等外界因素产生的荷载的空间分布想象，以及港口航道与海岸工程专业毕业设计的重点和难点问题——结构钢筋配置设计，学生们大多不知其所以然，只是按照模板照葫芦画瓢计算和设计。而现有的毕业设计教学方法多以理论指导为主，以实践教学为辅（施工现场教学由于各种条件限制，无法长时间、全覆盖开展），对于学生由于缺乏工程建设经验而存在的各种设计问题的答疑，指导老师常常“无物可依”，只能进行理论讲解。因此，为了进一步提高应用型高校港航专业毕业设计的教学质量，增强学生对毕设课题的整体理解和掌握，亟须研究一种创新性教学方法。

针对学生在完成毕业设计过程中存在的实际问题，本文以皖江工学院港口航道与海岸工程专业为例，采用工程实体模拟技术改进教学方法，通过指导学生设计、制作可重复利用的水工建筑物模型，使学生“在校施工”。学生根据自己所选课题，边设计边“施工”，直接参与所选课题的模型制作，变抽象的计算为直观的建设，有利于培养学生的工程建设理念与分析解决实际问题的能力，对提高毕业设计的完成质量具有促进意义。

1 研究内容

港航专业毕业设计新教法的研究内容主要为：指导学生根据所选课题计算、设计水工建筑物，并将其制作成工程模型的科学有效的教学措施；制作可重复利用的工程模型的技术手段；在所制作的工程模型中直观反映建筑物受力空间分布特征、结构钢筋配置情况等毕业设计重点难点问题的模型设计方法；新教法在提高学生毕业设计完成质量上的实际效果。

2 新教法实施步骤

（1）采用工程实体模拟技术，使用有机玻璃板、氯仿、混凝土、钢筋等工程材料，指导学生根据毕业设计所绘制的图纸按一定缩放比例制作工程模型，并在模型中直观反映建筑物受力空间分布特征、结构钢筋配置情况等毕业设计关键技术问题。

（2）按是否根据毕业设计制作工程模型，将学生分为对比组次（新教法组与传统教法组），通过对分组学生的毕业设计完成情况、毕设答辩表现、指导老师评价以及学生毕业参加工作后针对毕业设计教学效果的问卷调查结果等指标数据的收集整理，分析新教法在提高学生毕业设计完成质量上的实际效果。

3 新教法研究成果

以高桩码头毕设课题为例，该课题的重点和难点为水工结构初步设计、面板施工图设计、横梁施工图设计。学生须详细分析结构间受力情况，通过作用效应组合获得面板、横梁的最大内力，进而进行构件强度设计、耐久性设计，确定结构尺寸，并绘制码头结构三视图，包括平面图、立面图、断面图、梁板布置图和桩位图。针对以上内容，新教法采用工程实体模拟技术对学生进行指导。

工程实体模拟的关键指标之一为比尺，即工程原型与模型对应的物理量之比。由于高桩码头工程模拟的重点内容为尺寸相似，模型各结构间的拼接要与原型完全一致，故须保证工程原型与模型间几何相似。几何相似是指原型与模型间，所有相应线段的长度都维持一定的比例关系，即长度比尺为λ=原型长度/模型长度。几何相似的必然结果是原型、模型相应部位的面积A、体积V也维持一定的比例关系；工程实体模拟的另一个关键问题为模型类型的选择。模型按水平长度比尺和垂直长度比尺是否相同分为正态模型和变态模型。正态模型的水平和垂直长度比尺相同，模型与原型完全几何相似。变态模型的水平和垂直长度比尺不同，模型与原型在几何上并不完全相似。模型长度比尺与模型类型的确定，受到多种因素影响，如：实验室场地面积、材料成本等。

经研究讨论，确定高桩码头水工建筑物的长度比尺为10，采用正态模型。新教法组学生通过初步计算后绘制图纸，并根据图纸制作模型。该模型长227 cm、宽76 cm、高60 cm，高桩码头的主要组成部分（磨耗层、面板、管沟梁、海侧轨道梁、中纵梁、陆侧轨道梁、边纵梁、上横梁、下横梁、直桩、叉桩）均进行分块制作、组装，各结构间可灵活拆卸。学生通过工程实体模拟建设，对所设计的图纸的理解更为透彻，指导老师也可直接利用模型为学生讲解各结构间衔接、荷载分布等高桩码头毕设课题的重难点问题。

在毕设答辩环节，新教法组学生根据码头实体模型，对各自的毕设成果进行介绍，通过图纸展示、单个结构模型介绍（如面板结构、横梁结构、纵梁结构、桩基介绍）、整体结构模型介绍（如横向排架介绍）、板书计算方法等环节，全面地对毕设内容的重点与难点问题进行阐述。由于码头模型较为直观，新教法组学生对高桩码头毕设课题关键内容的理解和掌握程度相对更优，课题完成质量相对更高，达到了预期效果。学生毕业后，对从事施工、设计等工作的港航专业学生进行了问卷调查。调查结果显示，毕业生均对新教法予以较高的评价，认为新教法将理论联系实际，增强了学生解决实际问题的能力以及对毕设课题重点、难点的掌握，培养了学生的专业素养和工程思维，使其能够更快地适应和解决实际工程问题。

4 结语

本文以皖江工学院港口航道与海岸工程专业为例，研究了一种应用型高校港航专业毕业设计创新性教学方法。该教法不仅能够增强学生对毕业设计的整体理解和掌握以及解决实际问题的能力，提高毕业设计的完成质量，也可使毕业设计指导老师通过水工建筑物实体模型直观地向学生讲解毕业设计中的各种重点难点问题，提高毕业设计的教学质量。通过两年的实践，该教法的实际效果较为良好，可供国内应用型高校相近专业改革毕业设计教学方法时参考。