橋梁電算課程教學(xué)研究

1、橋梁電算課程教學(xué)研究隨著我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的飛速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)形式日益多 樣，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工周期不斷縮短， 熟練運(yùn)用專業(yè)軟件進(jìn)行橋 梁電算已成為從事橋梁設(shè)計(jì)、 施工、 檢測以及科研人員必備的能 力之一。 為了培養(yǎng)畢業(yè)生就業(yè)的核心競爭能力， 在大多數(shù)的土木 工程院校中都開設(shè)了橋梁電算專業(yè)課程。 然而，從反饋的信息來 看，大多教學(xué)效果不佳， 導(dǎo)致在課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)度緩慢、 設(shè)計(jì)質(zhì)量不高。 這主要與課時(shí)連年縮減導(dǎo)致的學(xué)生先修課程不足 以及“大眾教育、嚴(yán)進(jìn)寬出”環(huán)境下學(xué)生整體學(xué)習(xí)熱情不高有 關(guān)，但也對橋梁電算的課程建設(shè)提出了更高的要求， 迫切需要研 究適合目前形勢發(fā)展的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式。一、橋

2、梁電算課程的特點(diǎn)與教學(xué)現(xiàn)狀 1.課程特點(diǎn)。橋梁電算課程主要講授采用有限元方法建立橋 梁結(jié)構(gòu)數(shù)值分析模型的原理和計(jì)算方法， 并應(yīng)熟練掌握一種有限 元軟件的使用 1 ，是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的專業(yè)課，需要綜合運(yùn)用 理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、有限元分析原理、 高等數(shù)學(xué)、 線性代數(shù)、 概率論、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、 橋梁工程、 橋梁施工、 地基基礎(chǔ)等課程的相關(guān)知識， 并與各種橋梁規(guī)范聯(lián)系 緊密。課程既屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類課程的范疇， 又兼有實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié) 的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的綜合性。2.課程現(xiàn)狀。開設(shè)橋梁電算課程的目的是為了加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)工程知識與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合， 以深化專業(yè)基礎(chǔ)理論、 拓展 專業(yè)知識

3、和延伸專業(yè)技能 2 ，更好地服務(wù)于橋梁工程的實(shí)際。 然而，由于目前國家對于橋梁電算課程尚沒有統(tǒng)編教材， 實(shí)際教 學(xué)中極易出現(xiàn)以下兩種極端情況：一種是過于強(qiáng)調(diào)限元分析原 理、力學(xué)概念、結(jié)構(gòu)分析方法、數(shù)值求解技術(shù)等理論知識學(xué)習(xí)的 重要性， 而忽視了實(shí)踐能力的培養(yǎng)； 另一種是過于重視實(shí)踐教學(xué) 而忽視了對基本力學(xué)的概念， 基本專業(yè)理論的傳授、 理解與運(yùn)用。 前者由于有限元理論涉及力學(xué)、 數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識， 基礎(chǔ)較 差的學(xué)生對理論教學(xué)覺得枯燥乏味、難懂、聽不進(jìn)去，繼而產(chǎn)生 厭煩、畏懼心理；基礎(chǔ)較好的學(xué)生則感到茫然，不知道這些知識 該如何運(yùn)用。 后者讓學(xué)生專注于計(jì)算軟件的使用操作， 學(xué)生只會 機(jī)械的使

4、用軟件， 對計(jì)算流程不甚理解， 對于電算的數(shù)值結(jié)果盲 目信任，由于力學(xué)概念模糊，對現(xiàn)行橋梁規(guī)范不熟悉，不能用概 念設(shè)計(jì)方法來判斷電算結(jié)果的正確性，知其然不知其所以然。二、橋梁電算的教學(xué)改革1.課程內(nèi)容改革。 橋梁電算實(shí)質(zhì)上是基礎(chǔ)知識 （如高等數(shù)學(xué)、 線性代數(shù)、 概率論等數(shù)學(xué)知識， 理論力學(xué)、 材料力學(xué)、 結(jié)構(gòu)力學(xué)、 彈性力等力學(xué)知識）、專業(yè)基礎(chǔ)知識（如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理）以及專 業(yè)知識（如橋梁工程）等在有限元軟件中的具體應(yīng)用，起到了將 理論知識應(yīng)用于工程實(shí)際的橋梁作用。 相應(yīng)地， 理論教學(xué)與實(shí)踐 教學(xué)應(yīng)是緊密聯(lián)系而非對立的教學(xué)體系 1 ，兩者都各有其無法 替代的作用。 理論教學(xué)依據(jù)完整的理論知識體系

5、， 向?qū)W生傳授理 論知識， 培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力； 而實(shí)踐教學(xué)著重于學(xué)生解決 實(shí)際工程問題能力的培養(yǎng)， 是對理論教學(xué)的補(bǔ)充和升華， 可以幫 助學(xué)生加深理解和掌握核心的理論知識， 引導(dǎo)學(xué)生從認(rèn)識走向應(yīng) 用。由此可見，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)是相互補(bǔ)充、彼此促進(jìn)的關(guān) 系，任何一方的減弱都會直接影響另一方的教學(xué)效果。 理想的橋 梁電算課程設(shè)置應(yīng)當(dāng)理論與實(shí)踐并重， 使學(xué)生既全面系統(tǒng)地掌握 橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的基本理論知識， 又能與工程實(shí)際相結(jié)合、 學(xué) 以致用。由于橋梁結(jié)構(gòu)形式多樣，施工方法各異，橋梁電算涉及 到的內(nèi)容非常多， 在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)教師不可能一一講授， 因此必 須優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

6、在制訂教學(xué)計(jì)劃、 編制 教學(xué)大綱時(shí)， 應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持理論教學(xué)和與實(shí)踐教學(xué)并重的理念， 在教 學(xué)課時(shí)分配上應(yīng)基本相當(dāng)。 本科階段的橋梁電算教學(xué)以掌握常用 橋梁結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)、施工的電算方法、操作流程、能定性判斷 計(jì)算結(jié)果合理性為主。 可以選擇 Midas/Civil 軟件作為橋梁電算 課程的教學(xué)平臺， 通過有代表性的工程實(shí)例， 形成橋梁結(jié)構(gòu)電算 分析模型， 講解橋梁結(jié)構(gòu)電算的建模和計(jì)算分析流程， 將理論知 識穿插于橋梁建模方法和上機(jī)實(shí)踐操作的教學(xué)之中來講授。 通過 形象化的實(shí)例模型講解， 讓學(xué)生了解軟件的特點(diǎn)、 基本功能和操 作步驟，掌握采用軟件計(jì)算分析時(shí)，如何進(jìn)行材料特性的定義、 單元類型的選取、邊

7、界條件的施加、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的控制，并能 對電算結(jié)果進(jìn)行定性的合理分析判斷以及依據(jù)規(guī)范進(jìn)行荷載組 合，進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算， 若驗(yàn)算不 通過，還要重新進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)甚至修改構(gòu)件尺寸直至滿足要求為 止。通過這樣的課堂教學(xué)， 既可以使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)中掌握它在 結(jié)構(gòu)建模中的運(yùn)用， 又可以使學(xué)生在實(shí)際操作中升華對理論知識 的理解掌握。2.授課方式改革。在確定了理論與實(shí)踐并重的教學(xué)內(nèi)容后， 在課堂教學(xué)時(shí)， 避免采用以教師為中心、 以課堂灌輸為主的傳統(tǒng) 授課方式，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性 3 ，不斷提 高學(xué)生的實(shí)踐能力和工程素質(zhì)。 首先， 向?qū)W生闡明電算雖然能大 大減輕計(jì)算的工

8、作量， 但只是輔助計(jì)算分析的工具， 永遠(yuǎn)不能取 代人的作用， 因此可以通過簡單的結(jié)構(gòu)分析， 比如對同一根懸臂 梁，分別采用梁單元、板單元、實(shí)體單元模擬時(shí)，得到的截面應(yīng) 力是不同的，以此讓學(xué)生明白人在電算中所起的決定性主導(dǎo)作 用，應(yīng)當(dāng)重視基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識的學(xué)習(xí)與運(yùn)用， 應(yīng)該對軟 件的計(jì)算原理及適用范圍做深入的了解， 避免盲目、 過分依賴電 算分析結(jié)果， 要養(yǎng)成用自己掌握的力學(xué)知識定性判斷電算結(jié)果的 習(xí)慣，培養(yǎng)校核能力。通過理論與實(shí)踐并重的教學(xué)模式，將理論 知識的講授穿插于結(jié)構(gòu)建模方法和上機(jī)實(shí)踐操作的教學(xué)之中， 將 抽象化的理論融于形象、 生動的實(shí)例化學(xué)習(xí)之中， 使理論知識與 工程實(shí)際緊密地

9、結(jié)合起來。通過選擇結(jié)構(gòu)簡單、傳力明確、有代 表性的實(shí)際橋梁工程示例， 使學(xué)生加深對專業(yè)概念的理解， 增強(qiáng) 分析、解決問題的能力，逐步建立正確、科學(xué)的建模思維方法， 掌握不同橋型結(jié)構(gòu)（簡支梁、連續(xù)梁橋、拱橋、斜拉橋、連續(xù)剛 構(gòu)等）的建模思路，能夠解決常規(guī)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算及施工問 題，不斷提高工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。 講解實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)例題 時(shí)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合規(guī)范來講解，結(jié)合其中涉及的力學(xué)、專業(yè)基礎(chǔ)理論 知識，加深對規(guī)范的理解，使學(xué)生不僅知其然，還知其所以然。課堂教學(xué)中盡量增加與學(xué)生互動的環(huán)節(jié)，活躍課堂氣氛，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，讓學(xué)生參與到分析問題、計(jì)算求解、發(fā)現(xiàn) 問題、解決問題的過程中，從中體會到克服問題的快樂，進(jìn)而產(chǎn) 生強(qiáng)烈的求知欲望，促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)鉆研橋梁電算的基本理論 和方法，學(xué)會熟練地使用軟件，在實(shí)踐中升華對基本理論的理解， 從而更清晰、更全面地把握不同類型橋梁結(jié)構(gòu)的有限元建模原則 和方法。三、結(jié)論橋梁電算是聯(lián)系橋梁基礎(chǔ)理論知識和橋梁專業(yè)知識、技能的紐帶，為了達(dá)到良好的