橋梁概念設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法探討

劉振宇

摘要：由于橋梁美學(xué)越來(lái)越受重視，而橋梁工程課程只解決結(jié)構(gòu)計(jì)算問(wèn)題，因此需要設(shè)置一門新的課程來(lái)講授橋梁的造型和景觀設(shè)計(jì)。文章介紹了橋梁概念設(shè)計(jì)的三個(gè)組成部分，介紹了課程的授課時(shí)間、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式，強(qiáng)調(diào)了橋梁史的教學(xué)在培養(yǎng)創(chuàng)新思維過(guò)程中的重要作用，并探討了課程設(shè)計(jì)和平時(shí)作業(yè)對(duì)教學(xué)的輔助功能。

關(guān)鍵詞：橋梁概念設(shè)計(jì)；教學(xué)方法；橋梁史；課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G64241；U441 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：

10052909（2015）04008403

橋梁不僅能夠滿足人們跨越障礙、到達(dá)彼岸的心理需求，同時(shí)也是生活環(huán)境中使人印象深刻的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)物，常常成為審美對(duì)象和文化遺產(chǎn)[1]。橋梁具有結(jié)構(gòu)物和藝術(shù)品兩種屬性，傳統(tǒng)的橋梁工程教學(xué)因受時(shí)代所限，只關(guān)注結(jié)構(gòu)物這一屬性，教材多為從蘇聯(lián)翻譯過(guò)來(lái)的實(shí)用性教材，教育學(xué)生按規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，其影響延續(xù)至今[2]，致使學(xué)生形成思維定式，嚴(yán)重限制了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。教學(xué)內(nèi)容重在材料選擇、構(gòu)造設(shè)計(jì)、內(nèi)力計(jì)算，主要解決的是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的問(wèn)題。隨著技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，橋梁，特別是城市橋梁的美觀越來(lái)越受到重視，設(shè)計(jì)人員開始注重造型的表現(xiàn)力和隱喻，造型概念設(shè)計(jì)也應(yīng)運(yùn)而生。在關(guān)注造型設(shè)計(jì)的同時(shí)，還要考慮橋梁與周邊環(huán)境（自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、人文環(huán)境）的關(guān)系。因此，橋梁概念設(shè)計(jì)宏觀上包含了結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、造型概念設(shè)計(jì)、橋梁景觀設(shè)計(jì)三個(gè)部分。這三者在設(shè)計(jì)中同時(shí)進(jìn)行、相互融合。在教學(xué)中，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)通常由橋梁工程課程來(lái)解決，其它兩項(xiàng)則由橋梁概念設(shè)計(jì)課程來(lái)解決。

一、課程設(shè)置

橋梁概念設(shè)計(jì)課程適用于高等學(xué)校土木工程專業(yè)道路、橋梁方向和道路橋梁與渡河工程專業(yè)，屬于專業(yè)選修課，通常在學(xué)完材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理之后開設(shè)，使學(xué)生有能力對(duì)所設(shè)計(jì)橋型的結(jié)構(gòu)桿件進(jìn)行力學(xué)分析和計(jì)算。該課程原來(lái)安排在橋梁工程課程之后，此時(shí)學(xué)生均已掌握了橋梁的規(guī)范設(shè)計(jì)法，從上交的概念草圖作業(yè)中可以看出，學(xué)生的思維定勢(shì)已經(jīng)形成，在規(guī)范規(guī)定橋型基礎(chǔ)上微調(diào)的較多，充滿創(chuàng)造性的橋型較少。后將該課程提到橋梁工程課程之前，這時(shí)上交的概念草圖作業(yè)出現(xiàn)了很多優(yōu)秀方案，既有創(chuàng)新又有可行性。由于課程安排在橋梁工程課程之前，必然會(huì)擔(dān)負(fù)起橋梁工程概論的教

學(xué)任務(wù)，介紹五種基本橋型及其構(gòu)造特點(diǎn)，占用學(xué)時(shí)較少，滿足該課程基本需要即可。隨著課程的推進(jìn)，有些學(xué)生會(huì)對(duì)原始設(shè)計(jì)產(chǎn)生懷疑，因?yàn)榕c規(guī)范橋型差距較大，此時(shí)盡量建議學(xué)生保留原始的設(shè)計(jì)形式，無(wú)論造型繁雜，還是夸張，甚至是造型荒謬都沒有關(guān)系，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的一切力學(xué)知識(shí)和結(jié)構(gòu)知識(shí)，動(dòng)用一切工程手段，解決原始設(shè)計(jì)出現(xiàn)的新問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)意圖，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高解決工程問(wèn)題的能力。

二、教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)主要包括橋梁概念設(shè)計(jì)綜述、橋梁史、橋梁造型設(shè)計(jì)與橋例、橋梁規(guī)范分類與適用范圍、橋梁景觀設(shè)計(jì)、橋梁色彩與夜景設(shè)計(jì)、綜合應(yīng)用、方案比選和評(píng)價(jià)方法等。在這些內(nèi)容中，橋梁史是經(jīng)常被教師簡(jiǎn)略介紹而在這里要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的。由于傳統(tǒng)教育內(nèi)容過(guò)于保守，容易養(yǎng)成工程師循規(guī)蹈矩的習(xí)氣，缺少創(chuàng)新精神，培養(yǎng)出的許多工程師并不清楚他們?cè)跇蛄涸O(shè)計(jì)和施工中所采用的技術(shù)大多是發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)50～70年代所創(chuàng)造發(fā)明的。我們雖然在規(guī)模和跨徑上有所超越，但技術(shù)并沒有新的突破。這種滿足于跟蹤和模仿的習(xí)慣，正是中國(guó)工程教育不重視培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新理念的結(jié)果[3]。要想明確我們現(xiàn)在所處的位置，回顧知識(shí)的層次和增長(zhǎng)過(guò)程將有助于我們找到現(xiàn)時(shí)的理念是在何時(shí)首次出現(xiàn)，又在何處被采用[4]。因此，介紹橋梁史，特別是現(xiàn)代橋梁工程發(fā)展史上的那些重大創(chuàng)新就顯得尤為重要。通過(guò)詳細(xì)介紹這些創(chuàng)新得以提出的原因、實(shí)現(xiàn)的條件、應(yīng)用的過(guò)程和造成的影響，讓學(xué)生更加全面地了解何為創(chuàng)新、如何創(chuàng)新。如果再介紹創(chuàng)新者及其性格，就會(huì)形成立體形象，加深教學(xué)印象。例如著名的橋梁設(shè)計(jì)師萊昂哈特（Fritz Leonhardt），除了設(shè)計(jì)了很多造型優(yōu)美的橋梁之外，他還是各向異性鋼橋面板的發(fā)明人，并首創(chuàng)斜拉橋倒退分析法、下層移動(dòng)托架施工法和頂推施工法，他對(duì)橋梁工程的探索精神讓人敬佩。馬拉爾（Robert Maillart）的坎坷人生和對(duì)板結(jié)構(gòu)的執(zhí)著，梅恩（Christian Menn）的堅(jiān)強(qiáng)性格和對(duì)矮塔斜拉橋的貢獻(xiàn)[5]，這些都能促使學(xué)生去深入這些橋梁大師們的世界，并且以他們的眼光來(lái)看待他們的工作，避免思維僵化，更好地理解橋梁絕非只是“按規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)”，而是有很多種設(shè)計(jì)思路，有非常豐富的處理方法，有廣闊的創(chuàng)新空間。這就是為什么要突出橋梁史這部分內(nèi)容重要性的原因，它可以很好地承接“橋梁造型設(shè)計(jì)與橋例”部分的教學(xué)，體現(xiàn)造型設(shè)計(jì)的靈活性和多樣性。

三、教學(xué)方式

對(duì)于橋梁概念設(shè)計(jì)這種綜合性較強(qiáng)的課程，采用多元教學(xué)方式是必然的趨勢(shì)，每一種教學(xué)手段都要與教學(xué)內(nèi)容相匹配 [6]。橋梁概念設(shè)計(jì)綜述和橋梁史這兩部分多采用媒體輔助教學(xué)，通過(guò)介紹大量工程實(shí)例，讓學(xué)生加深理解，加深印象[7]。

橋梁規(guī)范分類與適用范圍部分采用多重解釋性多媒體課件教學(xué)，也就是通過(guò)精選橋例串起多個(gè)知識(shí)點(diǎn)（包含景觀、色彩、夜景等），使同樣一套課件在講授一遍主要知識(shí)點(diǎn)之后，還可以進(jìn)行多次解釋，每一次解釋都換一種思考方式。比如在介紹拱橋分類這個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，橋例不但要考慮拱橋各種類型的對(duì)比，而且還要反映出夜間景觀的設(shè)計(jì)規(guī)律，或者橋體色與景觀色之間的關(guān)系，這樣在第一次課上講完拱橋分類，在第二次課剛開始進(jìn)行簡(jiǎn)要的復(fù)習(xí)，然后啟發(fā)學(xué)生重新看待橋例，發(fā)現(xiàn)這些橋例中體現(xiàn)出來(lái)的新的規(guī)律。如果綜合了三個(gè)知識(shí)點(diǎn)，就可以對(duì)同樣的課件進(jìn)行三次解釋，讓學(xué)生養(yǎng)成多視角多觀點(diǎn)看問(wèn)題的習(xí)慣。幾次課后，學(xué)生就會(huì)主動(dòng)思考首次出現(xiàn)的眾多橋例中是否蘊(yùn)含著其它的原則或規(guī)律，學(xué)習(xí)自主性得到了有效調(diào)動(dòng)。

其它的教學(xué)內(nèi)容則采用多媒體教學(xué)輔以模塊化課程設(shè)計(jì)。在講授橋梁造型設(shè)計(jì)與橋例這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生開始進(jìn)行概念草圖構(gòu)思和繪制，隨著課程的進(jìn)展，不斷豐富完善自己的造型設(shè)計(jì)。比如在講授橋梁規(guī)范分類與適用范圍時(shí)，學(xué)生就根據(jù)所學(xué)的新知識(shí)論證所構(gòu)思橋型的可行性，并相應(yīng)地作出修改。教師在這個(gè)過(guò)程中的指導(dǎo)要謹(jǐn)慎，

盡量保留學(xué)生的原始設(shè)計(jì)思路，

不要輕易否定任何設(shè)計(jì)的可能性，引導(dǎo)學(xué)生思考解決措施；也不要直接給出建設(shè)性意見，而是提供多樣的參考資料，由學(xué)生自主選擇具體的處理辦法。到了橋梁景觀設(shè)計(jì)部分，學(xué)生要在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)，并對(duì)橋梁造型做進(jìn)一步修正。課程結(jié)束，學(xué)生要提交一份詳盡的課程設(shè)計(jì)過(guò)程記錄，把課程設(shè)計(jì)每一階段的所思所想以及所作出的修改仔細(xì)記錄整理，同時(shí)提交最后的橋型方案。通過(guò)課程設(shè)計(jì)、課堂學(xué)習(xí)和討論，學(xué)生可以把所學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，更好地理解知識(shí)要點(diǎn)，教師也能及時(shí)地把握學(xué)生在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并隨時(shí)調(diào)整教學(xué)方案

。

四、考核方式

考核分過(guò)程記錄和橋型方案、平時(shí)作業(yè)、期末考試三部分。各自的權(quán)重可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況作出調(diào)整。其中，平時(shí)作業(yè)和教學(xué)內(nèi)容相互配合，比如在“橋梁規(guī)范分類與適用范圍”部分，要求學(xué)生分組提交調(diào)查報(bào)告，調(diào)查校園周邊的人行橋的結(jié)構(gòu)、細(xì)部、使用情況等。在講授橋梁景觀設(shè)計(jì)時(shí)，要求每組學(xué)生反復(fù)調(diào)查其周邊環(huán)境，并提出景觀設(shè)計(jì)意見。這種類似于項(xiàng)目教學(xué)法的作業(yè)形式能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。雖然作業(yè)在課程開始前就已經(jīng)提前設(shè)計(jì)，但是在實(shí)際操作的過(guò)程中還會(huì)遇到一些新問(wèn)題，比如有的作業(yè)可操作性差，或由于特殊情況無(wú)法完成，也可以取消、合并，或者更改。

五、結(jié)語(yǔ)

由于中國(guó)對(duì)橋梁概念設(shè)計(jì)的研究起步較晚，國(guó)外研究成果的譯介和國(guó)內(nèi)的探索與實(shí)踐是同步進(jìn)行的，這就要求教師要密切關(guān)注學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)更新自己的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)還要學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷摸索適合某一教學(xué)內(nèi)容的教學(xué)方法，以確保高效的知識(shí)傳遞和人才培養(yǎng)。概念設(shè)計(jì)是橋梁之魂，也是工程區(qū)別于科學(xué)的關(guān)鍵，更是現(xiàn)代工程教育的核心內(nèi)容[3]，因此要意識(shí)到該課程的重要性，在教學(xué)中體現(xiàn)出創(chuàng)新思維的應(yīng)用，及時(shí)反思教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題，為培養(yǎng)出新一代的橋梁工程人員貢獻(xiàn)出自己的一份力量。參考文獻(xiàn)：

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