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摘要：“桥梁工程”是土木工程专业的一门重要的专业必修课。结合CDIO的工程教育理念，将实际桥梁的设计过程和“桥梁工程”的教学过程相结合。通过多个递进问题链的形式，激发学生的学习兴趣，进而不断引出桥梁工程的相关内容，取得较好的教学效果。
关键词：桥梁工程；CDIO；问题链
作者简介：杜建文（1985-），男，山东临沂人，南京理工大学泰州科技学院，助教；李十泉（1985-），男，江苏南通人，南京理工大学泰州科技学院，助教。（江苏 泰州 225300）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）19-0119-02
CDIO作为工程教育的创新工具，是面向学生的教育，即强调在构思（Conceive）-设计（Design）-实施（Implement）-运行（Operate）现实世界的系统和产品过程中，来学习工程的理论和实践[1-2]。“桥梁工程”是土木工程交通土建方向一门重要的专业必修课。通过对它的学习可以使学生理解桥梁的基本构造，掌握桥梁上部结构和下部结构的设计方法，为其今后的工作打下良好的基础。
一、“桥梁工程”的教学内容
桥梁是为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路等）而修建的建筑物，是陆路交通运输中重要的组成部分，称为交通运输的咽喉。“桥梁工程”课程主要讲授桥梁的设计和桥梁常见的施工方法。本次教学实践主要针对桥梁设计进行，桥梁设计主要包括上部结构设计、支座设计和下部结构设计。
桥梁设计是依据“安全、经济、适用、美观”的基本原则进行的，主要包括以下具体内容[3]：桥梁结构的组成、分类和结构体系；桥梁平面设计；桥梁纵断面设计；桥梁横断面设计；桥梁的设计荷载，包括恒载和活载；主梁内力计算，包括恒载内力计算和活载内力计算，并进行作用效应组合；上部结构正截面承载力计算、斜截面承载力计算和变形计算；桥台和桥墩的尺寸拟定和构造要求；桥墩桥台的承载力验算；基础类型的选择和承载力计算。
桥梁在设计过程中，其截面构造尺寸应符合桥梁设计规范的相关规定，不能随意设置。桥梁设计中常用的规范有：JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范；JTG D61-2005，公路圬工桥涵设计规范；JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；JTG D63—2007，公路桥涵地基与基础设计规范。
因为规范中的条文规定在讲授时比较繁琐，比较枯燥，而且学生在学习时不知道该构造规定的作用，从而学习积极性较差，造成教学效果较差。为了改变这种消极的状态，将在实践环节安排的《桥梁工程课程设计》融入到教学当中，即以实际桥梁的设计贯穿整个“桥梁工程”教学，从而实现在“做中学”。
二、“桥梁工程”教学实践流程
在“桥梁工程”授课过程中，以实际桥梁的设计为主线，采用问题链的形式引导学生思考，从而激发学生学习的兴趣，主动学习。教师在第一次授课时，就将学生将要完成的桥梁设计课题布置给学生，也就是给学生一个桥梁的设计任务。以“3×13m钢筋混凝土简支空心板桥设计”课题为例，阐述如何实现桥梁工程的教学实践。
问题链指的是一些系列问题所组成的问题组。桥梁工程中的问题链是以桥梁设计的流程为主线进行设计的，由浅入深，由上部结构延伸至下部结构，层层递进，进而包含桥梁工程设计的主要内容。
问题1：设计题目中的“13m”表示什么含义？
提出问题后，首先请学生进行回答，同时给予学生适当的引导，通常教师给学生几个备选答案，以选择的形式进行提问。比如，13m表示的是标准跨径、计算跨径还是桥梁全长？让学生来进行选择，当学生回答完毕后，可以顺着其的回答进行延伸。
当学生回答是标准跨径时，首先给予肯定，然后问其标准跨径的概念，就可以引出桥梁构造的基本概念，进而讲授桥梁结构的专有名词等相关内容。
当学生回答是其他答案时，如计算跨径。可以幽默地让其重新选择，直至选到标准跨径，此时可以活跃课堂气氛。然后，引出标准跨径的概念，讲授桥梁构造的概念，进而弄清楚相近概念的区别。
问题2：设计题目中3×13m表示什么含义？
通过这个问题，引出桥梁分孔的内容。从桥梁分孔的切入，讲授桥梁纵断面设计和平面设计。当对桥梁纵断面的相关内容讲授完成后，结合学生的桥梁设计课题进行提问，明确3×13m的含义，即桥梁为3跨，标准跨径为13m的桥梁。
问题3：该桥梁的结构形式是简支板桥，它是从哪个角度进行分类的，还包括哪些常见的结构类型？
通过这个问题，引出桥梁的分类。桥梁从受力角度分为梁桥、拱桥、悬索桥、刚构桥和组合体系桥等。分别阐述梁桥、拱桥、悬索桥的受力特点和相互之间的区别，让学生对桥梁的体系有系统性的认识。通过提问学生明白其设计课题的类型即简支梁桥，属于梁桥的一种。
同时，梁桥还包括连续梁桥。那么，简支梁桥和连续梁桥在受力上的最大区别是什么？
利用这个问题可以促使学生回忆在“混凝土结构设计原理”里面所学习的相关内容，从而掌握连续梁和简支梁的区别，即连续梁在中间支点处有负弯矩，而简支梁没有。
问题4：该桥梁的主梁是什么形式？
通过该问题引出横截面设计的相关内容。该主梁为装配式钢筋混凝土空心板，进而就可以讲授空心板的相关构造要求。
然后让学生结合实际桥梁课题，初步拟定空心板的截面尺寸。待尺寸拟定完成后，让学生将其设计的尺寸进行讲述，同时让其进行评判，是否符合规范的相关要求，是否合理可行。通过相互评价，可以促进学生对空心板构造知识的应用和掌握，加深对规范中构造要求的理解。
问题5：空心板上面有哪些荷载作用？
通过这个问题引出作用的分类。《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）对作用按照时间变异性可以分为永久作用、可变作用和偶然作用。 然后，分别列举永久作用、可变作用和偶然作用包含的内容，介绍每一项作用的相关计算，尤其是汽车荷载的计算。
最后，讲述规范中对这些作用如何进行作用效应组合，主要包括承载能力极限状态下的基本组合，正常使用极限状态下的长期效应组合和正常使用极限状态下的短期效应组合。这三种组合的计算公式和相应系数的取值。
问题6：简支梁桥跨中和支点处的弯矩和剪力如何计算？恒载和活载的计算有什么区别？
通过这个问题引出空心板梁的内力计算，再分别叙述恒载和活载的内力计算。恒载计算可以直接利用结构力学中关于均布荷载的情况下的内力计算就可以得到。活载内力计算主要包括汽车荷载和人群荷载，必要时还要计算风荷载等。汽车集中力作用在主梁上，求其内力的计算属于空间力学问题，求解非常麻烦，在工程实际中，引入了荷载横向分布系数的概念。
然后，阐述荷载横向分布系数根据横向刚度不同有5种不同的计算方法，说明这些方法的各自的基本假定和计算步骤。
让学生结合其各自的桥梁设计课题，采用杠杆原理法计算空心板支点处的荷载横向分布系数，采用铰接板梁法计算1/4跨至跨中处的荷载横向分布系数，对于支点至1/4跨采用线性内插的方法获得，并绘制荷载横向分布系数沿纵向的分布。接着利用影响线法求出汽车荷载和人群荷载在主梁中的内力。[3]
安排一次课时，让学生来讲述自己的主梁内力计算，教师对其讲述过程要进行控制，当其完成一个重要步骤时，就进行评价，如正确就加以肯定，如出现错误，及时进行纠正。
问题7：桥梁内力计算完成后，应进行作用效应组合，并进行承载力计算。那么，承载力计算包括哪些内容？
通过这个问题，让学生回忆“混凝土结构设计原理”的相关内容。空心板进行承载力计算时是根据面积相等和惯性矩相等，换算成工字型截面，在进行计算时采用T形梁的相关公式进行计算。
空心板承载力计算主要包括正截面抗弯承载力计算，斜截面抗剪承载力计算和正常使用极限状态下的变形计算。通过承载力的计算可以和前续课程“混凝土结构设计原理”[4]有效进行联系。
问题8：桥梁上部结构和下部结构的连接部件是什么？
通过这个问题，引出支座的作用，进而讲授支座的类型、分类和常见的支座形式。
结合钢筋混凝土空心板桥设计，详细阐述板式橡胶支座的工作原理和设计流程，即：确定支座的平面尺寸，计算形状系数；确定支座的高度；验算支座的偏转和压缩变形；验算支座抗滑性。
问题9：桥梁下部结构主要包括哪些部分？它们有哪些形式，如何进行设计？
通过这个问题，引出桥台、桥墩和基础的概念。根据不同的地质情况和结构形式，对于桥台部分，重点讲授重力式桥台和桩柱式桥台；对于桥墩部分，重点讲授重力式桥墩和桩柱式桥墩。
问题10：桥梁上部结构和桥墩（台）的荷载通过什么部分传递到地基上？
通过这个问题，引出基础的作用。结合所给的地质情况，重点讲述浅基础和桩基础，从而和“桥梁工程”的相关内容联系起来。[5]
三、结论
本文主要阐述了如何将实际桥梁设计以课程设计的形式贯穿于“桥梁工程”的教学中。采用递进的问题链，不断引出桥梁设计的相关内容，并且通过提问的方式与学生之间产生互动，进而提高教学效果。
参考文献：
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）.
[2]王刚.CDIO工程教育的模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009，（5）.
[3]汪莲.桥梁工程[M].合肥：合肥工业大学出版社，2011.
[4]叶见曙.结构设计原理[M].第二版.北京：人民交通出版社，
2005.
[5]张光永，刘爽平.基础工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，
2011.
（责任编辑：刘辉）
关键词：桥梁工程；CDIO；问题链
作者简介：杜建文（1985-），男，山东临沂人，南京理工大学泰州科技学院，助教；李十泉（1985-），男，江苏南通人，南京理工大学泰州科技学院，助教。（江苏 泰州 225300）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）19-0119-02
CDIO作为工程教育的创新工具，是面向学生的教育，即强调在构思（Conceive）-设计（Design）-实施（Implement）-运行（Operate）现实世界的系统和产品过程中，来学习工程的理论和实践[1-2]。“桥梁工程”是土木工程交通土建方向一门重要的专业必修课。通过对它的学习可以使学生理解桥梁的基本构造，掌握桥梁上部结构和下部结构的设计方法，为其今后的工作打下良好的基础。
一、“桥梁工程”的教学内容
桥梁是为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路等）而修建的建筑物，是陆路交通运输中重要的组成部分，称为交通运输的咽喉。“桥梁工程”课程主要讲授桥梁的设计和桥梁常见的施工方法。本次教学实践主要针对桥梁设计进行，桥梁设计主要包括上部结构设计、支座设计和下部结构设计。
桥梁设计是依据“安全、经济、适用、美观”的基本原则进行的，主要包括以下具体内容[3]：桥梁结构的组成、分类和结构体系；桥梁平面设计；桥梁纵断面设计；桥梁横断面设计；桥梁的设计荷载，包括恒载和活载；主梁内力计算，包括恒载内力计算和活载内力计算，并进行作用效应组合；上部结构正截面承载力计算、斜截面承载力计算和变形计算；桥台和桥墩的尺寸拟定和构造要求；桥墩桥台的承载力验算；基础类型的选择和承载力计算。
桥梁在设计过程中，其截面构造尺寸应符合桥梁设计规范的相关规定，不能随意设置。桥梁设计中常用的规范有：JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范；JTG D61-2005，公路圬工桥涵设计规范；JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；JTG D63—2007，公路桥涵地基与基础设计规范。
因为规范中的条文规定在讲授时比较繁琐，比较枯燥，而且学生在学习时不知道该构造规定的作用，从而学习积极性较差，造成教学效果较差。为了改变这种消极的状态，将在实践环节安排的《桥梁工程课程设计》融入到教学当中，即以实际桥梁的设计贯穿整个“桥梁工程”教学，从而实现在“做中学”。
二、“桥梁工程”教学实践流程
在“桥梁工程”授课过程中，以实际桥梁的设计为主线，采用问题链的形式引导学生思考，从而激发学生学习的兴趣，主动学习。教师在第一次授课时，就将学生将要完成的桥梁设计课题布置给学生，也就是给学生一个桥梁的设计任务。以“3×13m钢筋混凝土简支空心板桥设计”课题为例，阐述如何实现桥梁工程的教学实践。
问题链指的是一些系列问题所组成的问题组。桥梁工程中的问题链是以桥梁设计的流程为主线进行设计的，由浅入深，由上部结构延伸至下部结构，层层递进，进而包含桥梁工程设计的主要内容。
问题1：设计题目中的“13m”表示什么含义？
提出问题后，首先请学生进行回答，同时给予学生适当的引导，通常教师给学生几个备选答案，以选择的形式进行提问。比如，13m表示的是标准跨径、计算跨径还是桥梁全长？让学生来进行选择，当学生回答完毕后，可以顺着其的回答进行延伸。
当学生回答是标准跨径时，首先给予肯定，然后问其标准跨径的概念，就可以引出桥梁构造的基本概念，进而讲授桥梁结构的专有名词等相关内容。
当学生回答是其他答案时，如计算跨径。可以幽默地让其重新选择，直至选到标准跨径，此时可以活跃课堂气氛。然后，引出标准跨径的概念，讲授桥梁构造的概念，进而弄清楚相近概念的区别。
问题2：设计题目中3×13m表示什么含义？
通过这个问题，引出桥梁分孔的内容。从桥梁分孔的切入，讲授桥梁纵断面设计和平面设计。当对桥梁纵断面的相关内容讲授完成后，结合学生的桥梁设计课题进行提问，明确3×13m的含义，即桥梁为3跨，标准跨径为13m的桥梁。
问题3：该桥梁的结构形式是简支板桥，它是从哪个角度进行分类的，还包括哪些常见的结构类型？
通过这个问题，引出桥梁的分类。桥梁从受力角度分为梁桥、拱桥、悬索桥、刚构桥和组合体系桥等。分别阐述梁桥、拱桥、悬索桥的受力特点和相互之间的区别，让学生对桥梁的体系有系统性的认识。通过提问学生明白其设计课题的类型即简支梁桥，属于梁桥的一种。
同时，梁桥还包括连续梁桥。那么，简支梁桥和连续梁桥在受力上的最大区别是什么？
利用这个问题可以促使学生回忆在“混凝土结构设计原理”里面所学习的相关内容，从而掌握连续梁和简支梁的区别，即连续梁在中间支点处有负弯矩，而简支梁没有。
问题4：该桥梁的主梁是什么形式？
通过该问题引出横截面设计的相关内容。该主梁为装配式钢筋混凝土空心板，进而就可以讲授空心板的相关构造要求。
然后让学生结合实际桥梁课题，初步拟定空心板的截面尺寸。待尺寸拟定完成后，让学生将其设计的尺寸进行讲述，同时让其进行评判，是否符合规范的相关要求，是否合理可行。通过相互评价，可以促进学生对空心板构造知识的应用和掌握，加深对规范中构造要求的理解。
问题5：空心板上面有哪些荷载作用？
通过这个问题引出作用的分类。《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）对作用按照时间变异性可以分为永久作用、可变作用和偶然作用。 然后，分别列举永久作用、可变作用和偶然作用包含的内容，介绍每一项作用的相关计算，尤其是汽车荷载的计算。
最后，讲述规范中对这些作用如何进行作用效应组合，主要包括承载能力极限状态下的基本组合，正常使用极限状态下的长期效应组合和正常使用极限状态下的短期效应组合。这三种组合的计算公式和相应系数的取值。
问题6：简支梁桥跨中和支点处的弯矩和剪力如何计算？恒载和活载的计算有什么区别？
通过这个问题引出空心板梁的内力计算，再分别叙述恒载和活载的内力计算。恒载计算可以直接利用结构力学中关于均布荷载的情况下的内力计算就可以得到。活载内力计算主要包括汽车荷载和人群荷载，必要时还要计算风荷载等。汽车集中力作用在主梁上，求其内力的计算属于空间力学问题，求解非常麻烦，在工程实际中，引入了荷载横向分布系数的概念。
然后，阐述荷载横向分布系数根据横向刚度不同有5种不同的计算方法，说明这些方法的各自的基本假定和计算步骤。
让学生结合其各自的桥梁设计课题，采用杠杆原理法计算空心板支点处的荷载横向分布系数，采用铰接板梁法计算1/4跨至跨中处的荷载横向分布系数，对于支点至1/4跨采用线性内插的方法获得，并绘制荷载横向分布系数沿纵向的分布。接着利用影响线法求出汽车荷载和人群荷载在主梁中的内力。[3]
安排一次课时，让学生来讲述自己的主梁内力计算，教师对其讲述过程要进行控制，当其完成一个重要步骤时，就进行评价，如正确就加以肯定，如出现错误，及时进行纠正。
问题7：桥梁内力计算完成后，应进行作用效应组合，并进行承载力计算。那么，承载力计算包括哪些内容？
通过这个问题，让学生回忆“混凝土结构设计原理”的相关内容。空心板进行承载力计算时是根据面积相等和惯性矩相等，换算成工字型截面，在进行计算时采用T形梁的相关公式进行计算。
空心板承载力计算主要包括正截面抗弯承载力计算，斜截面抗剪承载力计算和正常使用极限状态下的变形计算。通过承载力的计算可以和前续课程“混凝土结构设计原理”[4]有效进行联系。
问题8：桥梁上部结构和下部结构的连接部件是什么？
通过这个问题，引出支座的作用，进而讲授支座的类型、分类和常见的支座形式。
结合钢筋混凝土空心板桥设计，详细阐述板式橡胶支座的工作原理和设计流程，即：确定支座的平面尺寸，计算形状系数；确定支座的高度；验算支座的偏转和压缩变形；验算支座抗滑性。
问题9：桥梁下部结构主要包括哪些部分？它们有哪些形式，如何进行设计？
通过这个问题，引出桥台、桥墩和基础的概念。根据不同的地质情况和结构形式，对于桥台部分，重点讲授重力式桥台和桩柱式桥台；对于桥墩部分，重点讲授重力式桥墩和桩柱式桥墩。
问题10：桥梁上部结构和桥墩（台）的荷载通过什么部分传递到地基上？
通过这个问题，引出基础的作用。结合所给的地质情况，重点讲述浅基础和桩基础，从而和“桥梁工程”的相关内容联系起来。[5]
三、结论
本文主要阐述了如何将实际桥梁设计以课程设计的形式贯穿于“桥梁工程”的教学中。采用递进的问题链，不断引出桥梁设计的相关内容，并且通过提问的方式与学生之间产生互动，进而提高教学效果。
参考文献：
[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）.
[2]王刚.CDIO工程教育的模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009，（5）.
[3]汪莲.桥梁工程[M].合肥：合肥工业大学出版社，2011.
[4]叶见曙.结构设计原理[M].第二版.北京：人民交通出版社，
2005.
[5]张光永，刘爽平.基础工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，
2011.
（责任编辑：刘辉）