劉福壽 董峰輝

摘要：《橋梁抗震與抗風(fēng)》是土木工程專業(yè)一門理論性很強(qiáng)同時又緊密結(jié)合工程實踐的課程。作者結(jié)合自身的教學(xué)工作，通過教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)方法改進(jìn)等方面對本課程的教學(xué)方法進(jìn)行探討，以進(jìn)一步提升本課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橋梁抗震與抗風(fēng);教學(xué)方法;案例教學(xué);實踐環(huán)節(jié);課程設(shè)計

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）41-0188-02

一、引言

隨著我國綜合國力和經(jīng)濟(jì)實力的提升，我國在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面取得了飛速的發(fā)展。橋梁結(jié)構(gòu)作為交通基礎(chǔ)設(shè)施中的樞紐工程，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)和保證人民生命財產(chǎn)安全中起到至關(guān)重要的作用。然而，近年來地震與風(fēng)災(zāi)導(dǎo)致的橋梁結(jié)構(gòu)破壞時有發(fā)生，2008年汶川大地震造成了重大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，橋梁的安全直接關(guān)系到整個交通生命線的暢通與否，進(jìn)而直接影響抗震救災(zāi)和災(zāi)后重建工作的大局[1]，2018年即將通車的港珠澳大橋就經(jīng)受了17級臺風(fēng)“山竹”的考驗。因此，對于現(xiàn)代的橋梁設(shè)計師和工程師而言，掌握一定的橋梁抗震與抗風(fēng)設(shè)計的理念和方法十分必要。

《橋梁抗震與抗風(fēng)》課程是培養(yǎng)橋梁設(shè)計師的一門必修課程，本課程的學(xué)習(xí)對學(xué)生今后從事橋梁結(jié)構(gòu)的抗震與抗風(fēng)設(shè)計及相關(guān)施工工作具有重要意義[2]。由于本課程理論性強(qiáng)，同時又緊密聯(lián)系工程實踐的特點，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生基本上很難單純依靠課本上的理論知識來了解抗震與抗風(fēng)設(shè)計的細(xì)則和掌握具體的計算方法。這就要求主講教師具備相當(dāng)?shù)氖谡n技巧，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和思考能力，使他們真正掌握橋梁抗震與抗風(fēng)設(shè)計的要領(lǐng)。鑒于本課程的上述特點，為了更好地提高教學(xué)質(zhì)量，我們有必要在傳統(tǒng)教學(xué)方法上進(jìn)行一些思考和改進(jìn)。筆者根據(jù)自身的教學(xué)經(jīng)歷，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)現(xiàn)狀、教學(xué)方法改進(jìn)等方面對本課程的教學(xué)方法進(jìn)行探討。

二、教學(xué)目標(biāo)

《橋梁抗震與抗風(fēng)》作為土木工程專業(yè)（交通土建工程方向）的一門專業(yè)課程，是培養(yǎng)橋梁設(shè)計師和工程師的必修課程，該課程包含理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、橋梁工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理等一系列專業(yè)課程的基礎(chǔ)知識，是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)課程。

本課程首先要求學(xué)生掌握地震基本知識、橋梁震害的特點、橋梁抗震與抗風(fēng)的基礎(chǔ)知識、計算理論和分析方法，其次要求學(xué)生掌握橋梁抗震與抗風(fēng)的發(fā)展歷程與最新研究成果，熟悉橋梁抗震與抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范，初步具備橋梁結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)設(shè)計的能力，在提出解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)或環(huán)境下橋梁抗震與抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范時有創(chuàng)新意識。

三、教學(xué)現(xiàn)狀

（一）課程理論較深，學(xué)生感覺難學(xué)

《橋梁抗震與抗風(fēng)》課程以結(jié)構(gòu)動力學(xué)作為理論基礎(chǔ)，綜合了橋梁工程、力學(xué)、地震工程和風(fēng)工程等多個學(xué)科的理論知識。專門從事橋梁抗震與抗風(fēng)的研究人員需要掌握結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模、偏微分方程求解、有限元分析以及數(shù)值計算等多種分析方法和計算手段。作為一門本科生的專業(yè)課程，《橋梁抗震與抗風(fēng)》理論較深，而通常學(xué)時又相對較少，導(dǎo)致學(xué)生覺得自己在很短的時間內(nèi)“被灌輸”了大量理論知識，感覺“這門課程很難學(xué)”，失去了學(xué)習(xí)的信心和興趣，影響了教學(xué)效果。

（二）學(xué)生理論與實踐結(jié)合不夠

《橋梁抗震與抗風(fēng)》不僅理論性強(qiáng)，同時又是一門實踐性很強(qiáng)的課程。本課程培養(yǎng)目標(biāo)中的重要一條就是要讓學(xué)生具備橋梁結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)設(shè)計的能力。但是，由于本課程理論深、學(xué)時少，課堂上教師要將大部分學(xué)時放在基本原理和方法的講解上。盡管有一些工程案例的講解，但學(xué)生參與實踐的程度不夠，缺乏獨立進(jìn)行橋梁抗震抗風(fēng)計算與設(shè)計的鍛煉，導(dǎo)致學(xué)生很難單純依靠課本上的理論知識來理解和掌握抗震與抗風(fēng)設(shè)計的細(xì)節(jié)和完成相關(guān)計算，難以達(dá)到獨立進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)設(shè)計的要求。

四、教學(xué)方法改進(jìn)措施

（一）明確教學(xué)目標(biāo)，把握教學(xué)重點

本課程涉及橋梁抗震與抗風(fēng)計算中的許多理論推導(dǎo)過程，且計算公式較為復(fù)雜，對于本科生來說，短時間內(nèi)完全掌握十分困難。因此，在教學(xué)過程中需要明確教學(xué)目標(biāo)，把握教學(xué)重點。具體來說，首先是注重學(xué)生對基本概念和基本原理的理解和掌握。以橋梁抗震設(shè)計計算中反應(yīng)譜法為例，從單自由度體系的振動方程出發(fā)，將反應(yīng)譜的推導(dǎo)過程作為基本原理重點講解，使學(xué)生能夠準(zhǔn)確地理解和掌握反應(yīng)譜的概念和反應(yīng)譜法的基本原理。又例如，橋梁抗風(fēng)設(shè)計涉及顫振、馳振、抖振和渦激振動幾個比較相似的概念，在教學(xué)中教師宜從原理出發(fā)，深入地剖析這幾個概念之間的區(qū)別與聯(lián)系，加深學(xué)生的理解，不至于使學(xué)生混淆概念。其次，在講課過程中注重書本知識與抗震抗風(fēng)設(shè)計規(guī)范之間的聯(lián)系。這樣既能使學(xué)生以書本理論為基礎(chǔ)，更好地理解設(shè)計規(guī)范中的具體細(xì)則，又能使學(xué)生通過設(shè)計規(guī)范進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)書本理論知識的重要性，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）增加案例式教學(xué)的運用

橋梁抗震與抗風(fēng)課程分為兩大部分，一部分是基本理論和計算方法，另一部分則是圍繞實際工程進(jìn)行抗震設(shè)計和分析。由于該課程理論較難，傳統(tǒng)教學(xué)方法效果不甚理想。實踐結(jié)果表明，案例教學(xué)法更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性，提高課堂效率。在案例教學(xué)過程中，案例的選取至關(guān)重要，教師應(yīng)根據(jù)本課程的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)目的，選擇既能體現(xiàn)相關(guān)專業(yè)知識，又能增加學(xué)生的感性認(rèn)識、提高其分析問題和解決問題能力的案例，分不同的階段引入課堂教學(xué)。

本課程案例主要有兩大類：一是實際橋梁結(jié)構(gòu)的震害和風(fēng)毀破壞;二是實際橋梁抗震和抗風(fēng)設(shè)計的案例[3，4]。在介紹橋梁震害和風(fēng)毀案例時，采用圖片和視頻等方式為學(xué)生直觀地展示橋梁在地震和風(fēng)荷載作用下的各種破壞形式，并引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課堂所學(xué)知識對不同震害的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析、討論，為學(xué)生營造工程現(xiàn)場氛圍，啟發(fā)學(xué)生自主思考，激發(fā)學(xué)生的探索意識。在進(jìn)行實際橋梁抗震和抗風(fēng)設(shè)計的案例教學(xué)時，以實際橋梁的抗震設(shè)計為案例，從橋梁圖紙和地質(zhì)資料的讀取，到應(yīng)用有限元軟件進(jìn)行實橋的模型建立、參數(shù)確定、邊界條件施加，以及地震荷載輸入等方方面面入手，使學(xué)生能夠較快掌握橋梁結(jié)構(gòu)抗震計算的一般性方法，增強(qiáng)學(xué)生解決實際問題的能力。另外，對于本課程中一些較為抽象的概念，宜采用圖像和視頻等方式進(jìn)行講解，使學(xué)生易于理解和掌握。例如，塔科馬大橋在風(fēng)振下的破壞視頻，可以讓學(xué)生很容易理解什么是橋梁顫振。

（三）增加學(xué)生實踐環(huán)節(jié)

針對本課程中學(xué)生參與實踐的程度不夠的問題，首先建議增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)，以實際工程為背景，讓學(xué)生進(jìn)行橋梁的抗震或抗風(fēng)設(shè)計。在課程設(shè)計過程中，學(xué)生需要綜合運用結(jié)構(gòu)計算分析軟件、工程制圖軟件，與老師討論和交流設(shè)計方案，分工完成具體計算、施工圖繪制，以及設(shè)計說明書的編寫等工作。課程設(shè)計環(huán)節(jié)不僅增強(qiáng)學(xué)生對于軟件的運用和規(guī)范的掌握，也加強(qiáng)了學(xué)生和老師之間、學(xué)生和學(xué)生之間的協(xié)調(diào)與合作，培養(yǎng)了學(xué)生的合作意識。

另外，建立與橋梁抗震抗風(fēng)有關(guān)的教學(xué)實習(xí)基地，提供學(xué)生認(rèn)識與實踐的機(jī)會。通過與橋梁設(shè)計、施工以及橋梁設(shè)備制造企業(yè)合作，建立橋梁抗震與抗風(fēng)教學(xué)實習(xí)基地，使學(xué)生能夠更多地接觸到橋梁在設(shè)計、施工以及設(shè)備制造過程中與抗震和抗風(fēng)有關(guān)的細(xì)節(jié)和實物，真正做到理論與實踐相結(jié)合。

五、結(jié)語

《橋梁抗震與抗風(fēng)》是土木工程專業(yè)一門理論性很強(qiáng)，同時又緊密結(jié)合工程實踐的課程。在教學(xué)過程中存在理論較深、學(xué)生難學(xué)，以及學(xué)生理論與實踐聯(lián)系不足的問題。針對上述問題，筆者認(rèn)為首先應(yīng)該明確教學(xué)目標(biāo)、把握教學(xué)重點，提高課堂教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的效率;其次，通過增加案例式教學(xué)的運用，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識、啟發(fā)學(xué)生主動思考，提高其分析和解決問題的能力;最后，建議增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)，使學(xué)生在實踐中加深對理論知識的理解和掌握。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉愛君，管仲國.橋梁抗震（第三版）[M].北京：人民交通出版社，2017.

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[4]許福友，張麗娜.案例式教學(xué)方法在《橋梁抗風(fēng)》課程中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇，2015，（50）：152-153.