新工科下基于科教融合的“桥梁工程”教学改革

［摘 要］ 如何立足新工科思维，开展针对“桥梁工程”的探索性教学改革成为道桥专业人才亟须解决的关键问题。在结合学科特点和当代大学生特征的基础上，深入分析当前桥梁课程教学方式的不足。基于科教融合理念，以“创新工程教育模式”为指引，提出了将工程实践引入教学内容、将科研成果引入教学过程、将科研思维引入教学组织的教改实施路径，并给出“课堂教学催生问题提出”“实践教学推动科研进展”“学科竞赛提升科研质量”等创新理念。成果可为同类课程教学改革提供借鉴。

［关键词］ 新工科；科教融合；桥梁工程；工程实践

［基金项目］ 2021年度中国建设教育协会教研项目“基于Kolb体验式学习的桥梁工程专业多元化协同育人体系研究”（2021039）；2019年度北京建筑大学校设教研立项计划重点项目“新工科背景下建筑类高校科教融合创新研究”（Y19-33）

［作者简介］ 焦驰宇（1980—），男，陕西蒲城人，博士，北京建筑大学古桥研究院教授，主要从事桥梁抗震和古桥保护研究；龙佩恒（1964—），男，北京人，博士，北京建筑大学土木与交通工程学院教授，主要从事桥梁结构分析和桥梁安全评定研究；乔 宏（1989—），女，河北唐山人，博士，北京建筑大学土木与交通工程学院讲师，主要从事车桥耦合振动研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）03-0069-04 ［收稿日期］ 2022-12-16

一、背景

中国是桥梁大国，目前正在向桥梁强国迈进。“中国桥”的建造需要更多的“大国工匠”。新工科建设作为培养“大国工匠”的重要手段，是21世纪工程教育界中国智慧、中国贡献的集中体现。自2017年5月教育部持续推进新工科建设以来，“复旦共识”“天大行动”“北京指南”吹响了新工科建设的号角。其以新理念、新模式、新方法、新内容、新质量等“五新”体系为指引［1-3］，以推进实施“卓越工程师教育培养计划”（2.0版）为推动力，提出一系列重要举措。正如“天大行动”纲领提出的：问产业需求建专业，构建工科专业新结构；问技术发展改内容，更新工程人才知识体系；问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段。为了进一步落实和推动这些理念和构想，亟须对高校工作进行深入反思，以“科教融合”的方式推动教学改革［4-5］。

“桥梁工程”是土木工程专业城市道路与桥梁工程方向的重要专业课。北京建筑大学桥梁工程教学团队长期以来坚持“道桥并重，注重实践”的思路，基于科教融合理念，以解析知识体系、变革教学方法、服务工程特征、追溯工程本源为宗旨，开展了一系列课程教学改革探索，旨在培养适应现代工程发展趋势的道桥人才。

二、“桥梁工程”课程特点

“桥梁工程”是介绍桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等工作过程的专业课程，是土木工程（道桥方向）、土木工程（桥梁方向）、道路桥梁与渡河工程等专业的专业核心课程。虽然国内外学者对“桥梁工程”教学内容已有相关的优化与整合，但在长期教学实践当中，仍存在以下问题：（1）涉及理论知识多、学科交叉性强，亟须深入梳理。桥型结构往往涉及理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学的相关知识，涉及内容广泛，需要系统化梳理前述知识，并以新体系重新阐释，才能有利于基本概念的深入讲授。（2）施工技术复杂，实践性强，既有工程经验总结，也有设计施工规范的介绍。因此，如何将典型桥梁的施工工艺，以通俗易懂、活泼多样的方式展示出来，需要深入思考。（3）按照“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的培养目标，目前桥梁工程课内讲授时间仍然存在不足，一般高校以48～64学时为主，极少的高校能够达到80学时。因此，难以在有限的课堂时间内全面深刻地讲授学习内容。（4）传统工程教育多以课堂教授为主，忽略了学生在知识传授中的学习兴趣、知识创新，因而存在学生理解和掌握不深、动手能力培养不足等问题。

正是基于以上种种原因，亟须在备课和讲授等多个环节，将“科教融合”理念引入教学环节当中，服务和推动学生的知识水平与创新能力的系统性提升。

三、科教融合在“桥梁工程”教学改革中的实施路径

（一）工程实践引入教学内容

现有教材因编辑时间长，改版和再版速度相对较慢，很多先进的工程技术难以引入课堂。近年来，我国体现出极其强大的工程创新潜力，在全国范围内修建了许多大跨径、新技术的桥梁结构体系，如主跨1 860 m的燕矶长江大桥是目前世界上在建最大跨度双层悬索桥，其不同垂度四主缆双层公路悬索体系是世界首创；又如主跨2 300 m的江苏张靖皋长江大桥，是中国首座迈入“2 000米俱乐部”的大桥。这些在建的世界级大桥代表了最先进的工艺技术，应该让学生了解、学习，开拓其视野，启发其智慧。北京建筑大学作为北京唯一的建筑类特色高校，在服务京津冀城市建设方面做出了突出贡献，北京地区的很多桥梁工程都是相关校友的杰出成果。为此，针对新首钢大桥（主跨280 m、桥宽47 m的无背索刚构斜拉组合Y体系桥，其为复杂造型的刚构—斜拉组合体系桥，异形钢斜塔是其建造的核心难点）、北关大道跨北运河大桥（主桥长213 m、宽39.6 m～61.6 m的异形钢拱组合体系桥，施工建造工艺复杂）、三元桥大修工程（该桥为主跨55 m、桥宽44.8 m的V型墩刚构组合体系结构，国内首次实现在大城市重要交通节点采用主梁置换工法实现了43小时快速换新技术）等极具特色的北京桥梁工程，教学团队进行了重新梳理和详细展示，让学生了解和认识了更多的工程实践的创新知识，启发了创造性思维。

（二）科研成果引入教学过程

北京建筑大学桥梁学科主要涉及桥梁抗震减震与振动控制、桥梁监测检测与养护加固、新材料及新技术在钢和组合结构桥梁中的应用、大跨复杂桥梁设计与施工关键技术、地下工程与桥梁相互影响、古旧桥梁维修加固新技术等六大研究方向。经过多年的研究积累，相关方向均取得了一定的成绩，部分成果也逐步转化为专业课堂理论知识的延伸：课题组将曲线桥梁抗震相关研究成果转化为“曲线和斜交桥梁受力”的相关教学内容，将无损检测技术取得的相关成果转化为“桥梁养护与管理”的相关教学内容进行讲解等。通过科研成果向课堂知识的转化，学生视野更加开阔，思维更加活跃。

（三）科研思维方式引入教学组织

科研思维是科研活动中最为关键的组成要素，也是创新人才培养密不可分的一环，整体而言，科研思维包括提出科学问题、构建科学假说、设计实验、分析结果、再构科学假说等方面。在桥梁工程教学环节中，结合社会广泛关注的桥梁热点问题，如何利用课堂教学环节创造科研机会，进而完成学生的科研思维方式锻炼，显得尤为重要。一些典型环节如图1所示。

四、科教融合在“桥梁工程”教学中的创新理念

（一）课堂教学催生科学问题提出

在线教学、翻转课堂、互动课堂是近年来高校推动课程教学改革的主要方向［6-8］。经过多年积累，教学团队逐步建立“桥梁科普大讲堂”品牌活动，活动中学生作为主讲嘉宾，就课堂中的知识点、生活中的热点问题、家乡的典型桥梁，通过做课件、做调研、搭模型等方式展示自己对所学知识的理解，通过课外学习弥补课堂知识的不足，并在演讲中提高自身综合素质。部分学生通过科研锻炼，提出了科学问题，为日后进入教师团队开展科学研究奠定了基础。

（二）实践教学推动科研工作进展

“教学相长”，很多教师通过多年的授课经验明确了自身科研方向，通过与行业发展需求的深度融合，形成了针对一些关键科学问题的科研项目，例如：在教学过程中发现曲线桥梁地震受力破坏机理有待深入研究，教师申请并获批了国家基金项目“多维激励下小半径变墩高城市曲线桥地震破坏机理研究”；在教学中通过讲解悬索桥概念与构造，发现实际工程中的自锚式悬索桥恒载索形及受力性能有待深入研究，因此教师承担了企业委托项目“自锚式悬索桥静动力性能研究”。通过承担上述相关科研项目活动，为生产提供了技术支持，也进一步加深了对科学问题的认识，在此基础上将相关成果转化为具有创新知识的课堂教学内容，有助于学生创新思维的培养。

（三）学科竞赛提升科研工作质量

通过课堂讨论、校外授课、实地参观、亲身参与等活动，桥梁方向本科生通过专业知识吸取、自主提升学习，“桥梁工程”课程取得了良好的教学成绩。在此基础上，通过教学，师生形成了配合默契的团队，教师带领学生参加了国内外多项桥梁设计竞赛，获得国家级、省部级以上竞赛奖励8项，其中包括近两年国际大学生建筑设计与数字建模竞赛一、二等奖各1项，第四届“茅以升公益桥—小桥工程”创新设计大赛一、二等奖各1项，第十四届全国大学生结构设计竞赛二等奖1项，北京市大学生建筑结构设计竞赛一、二等奖3项等。在此过程中，学生的综合素质得到了充分的提升和锻炼，很多优秀的毕业生在本科期间就投稿并发表了优秀的学术论文，部分学生考取了名校的硕士生或去市属行业龙头企业工作，这些都充分证明了基于新工科背景开展科教融合理念的整体提升，以及对科研工作质量的提升，乃至人才培养都具有重要意义。

结语

本文基于科教融合理念，结合桥梁学科特点和当代大学生特征，深入剖析了当前课堂教学存在的不足，提出了以下实施路径：（1）将工程实践引入教学内容，促使学生快速掌握动态、了解技术前沿，从而开阔学生视野、启发智慧。（2）将科研成果引入教学过程，将已取得的科研技术成果的核心内容转化为知识点、教学课件等，加深对科学知识理解的深度和广度。（3）将科研思维引入教学组织，将提出问题—构建假说—设计实验—分析结果—完善假说等科学思维模式引入课堂，形成翻转课堂，调动学生积极性，完成学生科学思维训练。

在上述理念的基础上，提出了“课堂教学催生科学问题提出”“实践教学推动科研工作进展”“学科竞赛提升科研工作质量”等创新理念。本文相关教学改革方法和技术实施路径可为同类专业的课程建设提供借鉴。

参考文献

［1］吴岩.新工科：高等工程教育的未来：对高等教育未来的战略思考［J］.高等工程教育研究，2018（6）：1-3.

［2］钟登华.新工科建设的内涵与行动［J］.高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

［3］吴岩.勇立潮头，赋能未来：新工科建设领跑高等教育变革［J］.高等工程教育研究，2020（2）：1-5.

［4］解志文，高旭，冯永军.新工科背景下“三结合”科教融合育人模式的探索与研究［J］.山西青年，2022（15）：4-6.

［5］张大良.提高人才培养质量 做实“三个融合”［J］.中国高教研究，2020（3）：1-3.

［6］邹云峰，何旭辉，杨孟刚，等.“互联网+”背景下“桥梁工程”课程教学改革的实践探究［J］.教育教学论坛，2021（5）：61-64.

［7］王其昂，闫佳茹，关霈暄，等.创新创业背景下翻转课堂在桥梁工程全英文教学中的应用［J］.西部素质教育，2022，8（6）：113-115.

［8］郭冬梅，周艳，亓兴军.基于智慧树共享课混合式教学的改革与实践：以“桥梁工程”课程为例［J］.教育教学论坛，2022（32）：9-12.

The Teaching Reform of Bridge Engineering Based on the Concept of Science and Education

Integration under the Background of the Emerging Engineering Education

JIAO Chi-yua， LONG Pei-hengb， QIAO Hongb

（a. Ancient Bridge Research Institute， b. School of Civil and Transportation Engineering， Beijing University of Civil Engineering and Architecture， Beijing 100044， China）