案例教學在土木工程專業基礎課中的應用

陳旭東

【摘 要】為了加強學生應用理論知識解決實際問題的能力，本文基于學生的具體特點及教學實際情況，研究了在土木工程專業基礎課中加入案例教學的途徑和方法。通過具體的教學實踐，將經典的及最新的土木工程案例穿插于相應的理論學習中。研究表明，學生不僅掌握了相應的知識，還提高了工程分析的能力。

【關鍵詞】理論教學;案例教學;土木工程;專業基礎課

中圖分類號： TU-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）20-0103-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.048

0 前言

為了加強學生靈活應用所學理論知識解決實際問題的能力，培養學生對具體工程問題進行分析，變得勢在必行。教育部早在2001年《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》中，明確提出了提高學生解決實際問題能力的培養要求。目前，國內一流大學已基本實現了這一目標。然而，由于師資力量弱，學生基礎差等原因，一些院校在實際教學中還面臨著不少困難，或者所采取的方式方法，對提升學生實際能力非常有限。而在土木工程專業絕大多數的實踐性環節中，學生只是僵硬地照搬規范的要求，進行相應的設計工作，而不去考慮背后的科學依據，這不利于他們的全面教育。因此，如何結合實際，切實提高學生在實踐中的理論應用水平，具有特殊重要的意義。

案例教學圍繞一個具體的案例，應用相關的理論知識，進行分析解讀，是一種先進的教學方法[1-4]。本文以土木工程專業基礎課程為對象，提出一種不同于傳統的案例教學方法。該方法易于為學生所接受，可較好地提高學生的學習興趣，培養本科生理論應用能力。由于專業基礎課授課較早，采用相應的案例教學后，對學生后續的專業課學習，也有很大的幫助。實踐證明，該方法是切實可行的。

1 土木工程專業基礎課教學現狀

專業基礎課是高等學校中設置的一種為專業課學習奠定必要基礎的課程，它是學生掌握專業知識、技能而必修的重要課程。與純專業課不同，專業基礎課是有專業背景的基礎課，理論性和通用性比較強。學習同一門專業基礎課的學生，今后可能會在同一大專業的不同小方向學習（如建工、橋梁、交通），也有可能在不同的專業學習（如土木和力學）。因此，專業基礎課受眾量大，是本科生在學習過程中從公共課到專業課的過渡。常見的土木工程專業基礎課有結構力學、土力學、建筑抗震設計基礎等，學分多在2～5分之間。

土木工程專業基礎課一般都是理論教學，以教師講授為主。在講授的過程中，形式相對固定，一般都是側重于對理論知識的講解，同時伴以一定量的習題，以使學生掌握相應的知識點。這種傳統的教學方法，可以達到教學大綱所要求的效果，但對學生來說，未免單調，難以提起主動學習的興趣。同時，有些力學類課程還有相當的難度，一旦學得不好，容易滋生畏難情緒，不利于后續課程的學習。

2 案例教學的相關介紹

本節介紹作者開展案例教學的相關方法。為了讓學生拓展知識面，同時又考慮到學生的實際能力，作者聯系自身在英國University of Birmingham擔任助教時的工作經歷，并結合近年來在國內高校任教的實際情況，提出一種針對土木工程專業基礎課的案例教學法。該方法包含以下幾個方面：（1）引入歷史上著名的工程案例;（2）引入最新發生的工程或地質事件;（3）引入科學史上的典故。以下逐一展開介紹。

2.1 引入歷史上著名的工程案例

將歷史上一些著名的土木工程案例拿到課堂上進行講解、討論。在講授《荷載與結構設計方法》這門課的時候，其中有一節講到風的脈動作用。這一部分涉及到空氣動力學的內容，理論難度大，較為抽象，不易理解。在講解了基本理論之后，為了加深風的脈動作用對結構可能造成的危害，以美國著名的塔科馬跨海大橋為例，給學生做了一次案例教學。1940年11月7日華盛頓州的塔科馬大橋在一次八級的海風中發生共振，橋體扭曲，最終倒塌。當時這一幕正好被一支攝影隊拍攝下來，留下了珍貴的影像資料。在授課時，作者向學生展示了這些影像資料，進而引導學生應用所學的理論知識對該橋的倒塌進行定性判斷。為了取得更好的效果，將學生分成若干個學習小組，并鼓勵他們相互之間進行討論。最后，沿用國際流行的方法，要求每個小組將分析過程整理好，全組一起上臺，向全班同學作匯報展示。類似的案例還有渡橋電站冷卻塔的倒塌等等。

2.2 引入最新發生的地質事件

在授課中，密切關注相關的新聞報導，將有土木工程背景的案例拿到課堂進行討論學習。美國阿拉斯加州位于太平洋火山地震帶上，美洲板塊和太平洋板塊的交界處，是地震活躍區域。當地時間2018年11月30日上午8：29，美國阿拉斯加州首府安克雷奇發生7.2級地震，地面道路因地震發生塌陷。當時作者正在講授《工程結構抗震設計原理》，為了讓學生提高認識水平，強化理論聯系實際的能力，作者第一時間組織了案例學習。先是觀看了當地監控攝像頭拍攝到的事發時的震動畫面，以及地震對基礎設施造成破壞的圖像資料;接著，鼓勵學生自己查閱資料，找出相關的專業數據，如震級、震中距、震源深度等;最后，以這次地震事件為例，向學生提出了一系列的專業問題，讓大家思考討論。在這一系列的問題中，又穿插了理論知識的應用，如：

這是一次淺源、中源還是深源地震？（地震性質與震源深度的關系）

為什么距離震中距相同的地點，破壞情況不一樣？（烈度的概念）

為什么會發生地面道路的塌陷？（土壤液化的危害）

這種對實際生活中剛剛發生的事件的學習，提高了學生的學習熱情和應用理論知識的能力。

2.3 引入科學史上的典故

《結構力學》是土木工程一門重要而有趣的專業基礎課，不少學生覺得困難，漸漸失去了學習動力。為了提升學習熱情，作者在這門課的教學過程中，適當地引入了一些力學史上的典故，以加深印象。比如“靜定結構在荷載作用下的位移計算”這部分，在求解位移的時候，先是介紹了積分法，學生實踐之后，無不表示極其繁瑣。其后介紹圖乘法，使得計算大為簡化。但現有的教科書，專注于科學方法的介紹，鮮有交代相關的發明背景。作者利用這個機會，向學生們介紹了圖乘法是在1925年由Vereshagin（韋列夏金）提出的，當時他是蘇聯莫斯科鐵路運輸學院的一名學生。學生聽了這個典故之后，興趣一下子提起來了。于是，進一步讓學生查閱資料，找尋圖乘法背后的故事。學生因為對圖乘法印象深刻，對靜定結構的位移計算及后續的力法分析，一直掌握得較好。

3 案例教學效果分析

上述案例教學方法在蘇州科技大學土木工程學院土木D1711班、土木國際1711班的《荷載與結構設計方法》以及土木國際1611班的《工程結構抗震設計原理》課程中進行了實踐，取得了良好的效果。根據調查問卷（土木D1711、土木國際1711、土木國際1611分別發放問卷48、38、39份，收回有效問卷46、37、38份）的反饋結果，通過開設案例教學，學生表示對該課程的興趣提高了，原來覺得一般或沒意思的人數所占百分比大為減少（圖1）。

對實行案例教學課程的期末總評成績進行分析發現，大多數學生都取得了比較好的成績。除D1711有一位學生因曠考未通過外，未出現不及格現象。土木D1711和土木國際1711相應課程的優良率分別達到了56.3%和60.5%。絕大多數學生表示認可這種案例教學方式，覺得受益匪淺。

4 結語

本文作者結合自身在國外擔任助教的工作經歷，以及在國內高校工作的教學實際情況，從土木工程專業本科生的實際能力出發，提出了啟發式、參與式的土木工程專業基礎課案例教學法。這種方法靈活方便，能夠根據正常的課堂教學進度穿插，以一種學生喜聞樂見的形式，在潛移默化中提高了學生應用理論知識分析解決實際問題的能力。結果表明，接受了該案例教學方法的學生在相應課程中取得了較好的成績，且對所學課程更加感興趣?？梢?，作者所提出的土木工程專業基礎課程的案例教學是完全可行的。

【參考文獻】

[1]李壽科，禹見達.案例教學與傳統教學效果比較——以土木工程專業為例[J].新課程研究，2015，4：8-9.

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[3]孫龍漫.工程案例教學在土木工程專業的應用分析[J]. 建筑技術開發，2017，44：114-115.

[4]袁立群，崔詩才，趙慶雙.新工科背景下土力學案例教學研究[J].高等建筑教育，2019，28（2）：58-62.