案例式教學方法在《橋梁抗風》課程中的應用

許福友 張麗娜

摘要：國內有多所高校為橋梁工程專業研究生開設《橋梁抗風》課程。由于該課理論較難，傳統教學方法效果不甚理想。筆者結合親身經驗和體會，以其親自參與過的四座大跨度橋梁抗風研究報告作為藍本，設計制作四種大跨橋型的抗風教學案例。另外，將國際上最著名的抗風專家的經歷及其學術貢獻也做成案例。在大連理工大學，嘗試將這些案例引入到《橋梁抗風》課程的課堂教學。實踐結果表明，案例教學方法更能激發學生的學習興趣，調動其學習積極性，提高了課堂效率，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：橋梁抗風；傳統教學；案例式教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0152-02

一、《橋梁抗風》課程開設的必要性

近年來，橋梁向著大跨輕柔方向發展。目前，世界上已建成的最大跨徑拱橋為主跨達552m重慶朝天門大橋，俄羅斯島大橋作為目前世界上跨度最大斜拉橋，其主跨已達到1104m，日本明石海峽懸索橋主跨為1991m。世界跨度最大的10座拱橋、斜拉橋和懸索橋，分別有7、7、6座建在中國，而且都是近20年內建成的。而風荷載又是很多大跨徑橋梁的設計控制荷載。因此，大跨橋梁抗風設計的重要性不言而喻。

21世紀經濟和技術競爭更為激烈，在這個時代我們要在國際上有競爭力，最需要有一支高度創新素質的人才隊伍，因此必須注重研究生的培養和教育。為了使橋梁工程專業研究生了解橋梁工程抗風設計相關專業知識，提高競爭力，勝任今后的工作，為國家培養橋梁專業的全面人才，開設《橋梁抗風》這門課程非常必要。目前國內已有多所高校橋梁工程專業為研究生開設了《橋梁抗風》課程，如：同濟大學、西南交通大學、湖南大學、大連理工大學等。

二、《橋梁抗風》傳統教學存在的問題

目前，《橋梁抗風》課程在多所高校主要采用傳統教學授課方式。傳統教學方式通常有其固定的模式：課前，教師根據教材和教學大綱，確定教學目標和方法，設計一系列相關的問題。課堂上，教師循序漸進地不斷講授教學內容、提問相關問題來吸引學生的注意力，調動學生的積極性。課后，教師通常會留一些與課程相關的問題讓學生自己理解和學習。然而，橋梁抗風課程涉及面較廣，如數學、流體力學、結構動力學、空氣動力學、風洞試驗技術、計算流體動力學等，理論比較深奧，接受較難。教學課時一般在24～32之間。傳統教學方式主要以教師講授為主，教師是中心，學生只是被動接受，課堂氣氛可能比較沉悶、壓抑，很多內容學生不容易理解和接受，不能很好地激發學生學習的興趣。這種“填鴨式”的傳統教學方式，忽視了學生的主體作用及學生在學習過程中的主動學習[1]。具體而言，傳統教學方式主要存在以下幾個方面的問題：（1）以教材和教師為中心，以“講”代“學”忽視了學生在教學中的主體地位；（2）注重理論知識傳授，輕實踐技能培訓；（3）教學方法單一，直觀性較低，形象化差[2]。

三、案例式教學方法的優點

所謂“案例式教學”，就是在精心提煉主要教學要義和旨歸的基礎上，課堂教學時以專題為單位設計教師講授內容，并綜合運用多媒體等多種教學方法和手段，尤其是與案例教學法融合的教學模式。案例式教學主要是以對案例的講解和分析為主線，設置相關教學問題，以此來激發學生的興趣和求知欲，調動學生的積極性，使學生真正參與到教學活動中來。具體而言，這種教學模式具有以下幾個優點：（1）目的明確，打破傳統編教材的章節體系，立足于實際問題。（2）注重教師講授和學生參與雙向互動的問題域的拓寬、問題情景的建構等教學設計。（3）摒棄過去“一言堂”完全灌輸式的教法，綜合運用案例教學、多媒體課件和專題式教學，形成立體的、多方位的教學動態體系和整體化解決方案[3]。

案例教學方式現已被成功地運用到世界各國大學的法學、醫學、工商管理教育等學科，并取得了顯著的成果[4]。橋梁工程專業作為實踐性很強的專業，將理論知識與工程實踐相結合至關重要。工程案例來源于工程實踐，促進了理論知識的理解，避免了單純的理論教學的短板，凸顯了專業的實踐性，非常有必要在橋梁程專業中實施案例教學。對于《橋梁抗風課程》，為了提高課堂上學生的積極性，使課堂變得生動活潑，培養學生自主學習和創新的能力，提高授課效率，將那些比較經典大跨橋型的抗風工程實例與基本知識相結合，應用到課堂教學具有較好效果。案例式教學并非將所有的知識點都通過案例來講解，在講案例之前也需要介紹一些基本理論和概念。注重教師講授和學生參與雙向互動問題域的拓寬、發散性思維的誘導、問題情景的建構等教學設計，力避從理論到理論。

四、案例教學法在《橋梁抗風》課程中的實踐

2014年，大連理工大學嘗試了將案例式教學法應用于研究生《橋梁抗風》課程，該課程學時為24，其中案例教學14課時，傳統課堂授課8課時，風洞實驗室參觀、試驗教學、風洞儀器設備介紹2課時。

對于案例的選取，第一個案例即為舊塔科馬的風毀事故。

首先對該橋的相關背景進行介紹，讓人不可思議的是，主跨800多米的懸索橋在建成只有幾個月，在不到20m/s風速下就發生了完全倒塌事故。然后，在講解過程中，配以真實風毀照片和錄像，形象直觀，身臨其境，具有很強的視覺沖擊和心理震撼力。最后交代相關的研究結論及仍然存在的問題，并指出那種大幅振動的確切機理直到目前都沒有得到很好的揭示。學生的好奇心和興趣也會調動起來。在介紹該橋風毀過程中，會涉及到一些概念，如風級、振動模態、渦激振動、顫振、顫振后狀態、大幅非線性振動、振動控制、設計風速、氣動外形、風洞試驗、現場實測、數值模擬、機理解釋等概念，了解了歷史上國內外比較著名的風工程專家，風工程研究中心。學生聽起來也沒有那么抽象和晦澀。學生還會問很多的問題，由此學到了很多知識?？此埔粋€非常簡單的例子，也不涉及復雜的計算分析理論，但可以起到“引人入勝”的效果。興趣是最好的老師，讓學生對這門課不排斥，不是被動地去學，2個課時很快就會愉快地過去了。舊塔科馬橋的風毀開啟了現代橋梁抗風研究的新紀元，自此以后，橋梁風工程發展迅速，并取得了一系列的研究成果。

常見的大跨橋梁主要有四種類型：連續梁橋（連續剛構）、斜拉橋、懸索橋、拱橋。這些大跨度橋型更需要進行抗風研究。授課教師結合教學要點，針對每種橋型分別選取一座橋的抗風作為案例進行講解，分別是蘇通長江大橋輔橋、蘇通長江大橋、大連星海灣跨海大橋、大連市普灣新區16號路跨海大橋。這四座橋都由授課教師親自負責或參與完成橋梁抗風研究工作，對內容非常熟悉，而且也相對更有感情。這樣可以設計制作四個案例，每種案例的講解重點和傳達的知識要點有所不同，所占課時也不盡相同，總計10個課時。

每個橋型案例基本都涉及到的內容和問題包括：（1）橋梁簡介，包括橋名、橋型、橋跨、橋位等；（2）基本風速、設計基準風速、陣風風速、顫振檢驗風速等；（3）結構有限元分析，包括建模方法、模態分析、等效質量計算等；（4）模型設計制作，節段模型、氣彈模型設計方法、原則、加工制作、調試等；（5）風洞試驗，包括風場模擬方法、常用儀器設備、測力、測壓、測速、測振，靜三分力試驗、顫振導數試驗、渦振試驗、抖振試驗、顫振試驗、馳振試驗等；（6）數值模擬方法，數值建模、計算分析；（7）理論分析，靜風、顫振、馳振、抖振、渦振、時域方法、頻域方法；（8）振動控制方法，氣動措施、機械措施、結構措施。另外還涉及到斜拉索風雨振問題，風洞試驗、數值模擬、理論分析、現場實測。成橋狀態和施工狀態關注點可能有所不同，不同橋型驗算的抗風內容也有或多或少的差異。橋塔、拱肋、主纜、吊桿的抗風問題。以上所有內容有的在基本理論已經講授，有的在案例中重點講解。但都是實際橋梁抗風中遇到的問題，并給出實際是如何解決的，不抽象、接地氣。通過講解這四座大跨橋梁的抗風實例，一方面激發了學生學習的興趣，另一方面學生更容易接受，提高了課堂效率。在學習中學生不僅學到了橋梁抗風的基本知識和理論，而且了解了實際橋梁抗風研究的具體過程和涉及的內容，做到理論與實際相結合。

最后案例就是風工程研究的最著名的專家，加拿大Davenport教授和美國Scanlan教授的生平事跡和學術貢獻，2課時。主要內容包括：個人簡介、發表的主要論文、主要研究領域、學術貢獻、人格魅力、逸事、研究思想、榜樣力量、成功要素、奮斗經歷。主要目的是讓學生了解兩位大師的成才之路、發展軌跡，起到開闊思路、帶動鞭策的作用，而且在介紹過程中，會涉及到大量的專業詞匯的理解和研究方法。

五、結語

為了提高教學效率，保證教學質量，教師應根據所教授的課程的特點，選取適當的教學方式?！稑蛄嚎癸L》課程由于理論較難，使用傳統教學方法學生難以理解，接受效果不好。大連理工大學在《橋梁抗風》課程教學中打破傳統教材的章節體系，結合實際問題，綜合運用多種能夠激發學生興趣的案例進行教學，取得了較好的實踐效果，可以為兄弟院校課程教學提供參考借鑒作用。

參考文獻：

[1]徐冰.關于傳統教學方式的一點思考[J].陶瓷研究與職業教育，2009，（12）：58-59.

[2]劉慧娟.傳統教學的弊端與學生主體參與教學的優勢[J].漯河職業技術學院學報，2010，（9）：123-124.

[3]楊惠民，洪曉楠.“馬克思主義基本原理概論”課案例式專題教學教師用書[M].中國人民大學出版社，2008.

[4]楊光富，張宏菊.案例教學：從哈佛走向世界—案例教學發展歷史研究[J].外國中小學教育，2008，（6）：1-5.