預應力技術在“智慧軌道交通”課程中的教學 案例探討

朱爾玉 劉磊 朱力 白正偉

[摘 要] 案例教學的主要目的是通過案例來引導學生獨立思考，既可以激發學生的學習熱情，又可以緩解教師的教學壓力。學生普遍反映預應力技術在“智慧軌道交通”課程學習中，知識點多、內容復雜、難以理解，重點結合目前案例教學中存在的問題和發展現狀，本著一切以教學為中心的目的，通過案例教學的方式，詳細地介紹了預應力技術在“智慧軌道交通”課程中的具體內容，并得出結論：案例教學在預應力技術教學中是完全適用的。

[關鍵詞] 案例教學;預應力技術;案例庫建設;智慧軌道交通

[基金項目] 2018年度國家自然科學基金重大科研儀器研制項目“高能X射線CT混凝土結構測試系統”（51727813）

[作者簡介] 朱爾玉（1963—），男，山東萊蕪人，工學博士，北京交通大學土木建筑工程學院教授，博士生導師，主要從事現代預應力結構研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）15-0129-04? ?[收稿日期] 2020-12-17

一、引言

案例教學是一種開放式、互動式的新型教學方式[1]。這種新型教學方式可以最大限度地激發學生學習的積極性和主觀能動性，對一些難以理解或難以表述清楚的理論，通過指定案例的形式，提前指導學生閱讀相關文獻和開展課前討論，形成反復的互動和交流，可以增加學生對理論知識的印象[2]。理論知識印象加深后，教師的講解可以起到四兩撥千斤的效果，通過對各種信息、知識、經驗和觀點進行整合，來啟發學生思維，最大限度地激發學生的課堂積極性[3]。預應力技術在“智慧軌道交通”課程的講解過程中，很多知識點難以用語言表述，因此給學生留下了這門課枯燥、乏味的印象，這不利于教師教學工作的開展及學生對知識的學習。如何將預應力技術應用在“智慧軌道交通”課程中，通過結合案例教學的理念，將課程中涉及的知識點生動形象地傳遞給學生，是本文的研究重點。

二、案例教學發展現狀與問題

（一）案例教學發展現狀

案例教學法最早可以追溯到古希臘、羅馬時代，但它真正作為一種教學方法的形成和運用，是在1870年由美國哈佛法學院和企管研究所推廣，并從美國迅速傳播到世界許多地方[4]。案例教學最早用于醫學教學中，主要目的是為了啟發學生學習掌握對各種病癥的診斷和治療。20世紀初，哈佛商學院出現了工商管理案例[5]。案例教學在實際課堂中的表現已經引起了人們的廣泛關注，其作為一種行之有效的教學理念備受青睞[6]，主要有以下幾方面特點。

1.鼓勵學生獨立思考。在鼓勵學生獨立思考方面，傳統教學是有明顯缺點的，而且傳統教學內容在實踐中往往不夠實用，難以激發學生的學習興趣。通過對實際工程經驗總結的教學案例可以更為生動的鼓勵學生去思考、創造和發揮，使得枯燥、無聊的理論知識傳授變成一種探索式的研究工作，這種轉變可以極大地鼓舞學生的學習熱情。

2.意識自身的不足，激發學習積極性。在案例教學過程中，會有經驗交流環節，在交流過程中，大家往往可以及時地發現自己的不足，取長補短，從而有利于學習進步。

3.引導學生重視自身能力的思想轉變。在知識的傳授過程中，傳統教學理念很少考慮到知識轉換為能力的過程，同時一味地通過對書本知識進行死記硬背也不利于將來對知識的深層次理解。而在案例教學中，這種忽視實際能力的培養是不存在的，學生可以直接從案例中汲取知識，從而正視自己的學習實踐。

4.重視雙向交流。傳統教學中，學生往往被動地聽課，學習主動性差，有時到最后的測試環節才知道知識點掌握得不足。在案例教學中，學生可以主動跟教師或其他同學進行交流，同時對于問題的思考隨時都有教師引導，并提出解決方案，這有利于教師掌握學生對知識點的理解情況，并對癥下藥，提高課堂效率。

（二）案例教學現有問題

1.案例缺乏針對性，內容不夠具體。為了覆蓋更多的知識，現有案例多是把重點放在了內容上，范圍寬，覆蓋面大，直接導致案例缺乏針對性，不夠具體。

2.案例來源渠道狹窄，可操作性不強。教學案例按照不同的分類標準也有不同的分類，主要集中在評述案例和討論案例兩個方面[7]。目前大多數高校均沒有建立關于案例共享的平臺，相反更多的是采取案例庫知識產權保護，這也導致教師在開展案例工作的時候積極性不高，無法參照已有的案例資料，同時在一定程度上也不利于案例的開發。

3.案例教學有待進一步推廣。隨著近年來高校對案例教學的逐步推廣，案例教學法得到了大家的普遍認可。案例庫的建設是阻礙推廣的一個重要原因之一，目前案例庫的建設制度并未得到規范化的約束，也未建立一致的共享機制[8]。

案例的采集和采編往往是個人行為，因此案例的使用率比較低，尤其是在預應力技術的使用方面。因為理論知識涉及的范圍比較廣，內容比較專業，因此案例教學法很難通過單一的案例將具體的內容講解清楚，案例內容需要交叉設置，這也直接導致了案例教學法推廣比較困難[9]。

三、預應力技術在“智慧軌道交通”中的案例教學授課理論分析

（一）“智慧軌道交通”預應力混凝土簡支梁

預應力技術在單軌交通預應力混凝土簡支梁中的應用，講解內容主要包括：橫截面設計、荷載內力分析、預應力設計和軌道梁扭轉配筋分析等四個方面。案例教學過程中主要有重慶軌道交通2號線、韓國大邱市軌道交通3號線、重慶單軌3號線、日本大阪單軌交通線、東京單軌電車羽田線和日本多摩都市單軌線共計7個案例。講解內容主要圍繞上文提及的四個方面內容展開，首先是工程概述，其次是軌道梁截面設計和跨徑選取，再次是預應力筋及普通鋼筋的設計，最后是預應力相關內容的計算。通過這7個案例可以很清楚地將單軌交通預應力混凝土簡支梁的內容講述完畢。

（二）教學計劃

本教學案例的適用對象是有一定實踐經驗和理論素養的應用型專業碩士研究生，對于沒有實踐經驗的學生，應該將其分散到各個組中，避免他們的集中而影響整體案例的教學效果。多元背景學生之間的交流啟發性意義更大，對于案例講解內容在經驗、觀點、知識和信息方面的交流會更多些，這也是案例教學的設立初衷。通過充分考慮學生之間能力的差異，在一定程度上緩解了學生之間知識面的差距，從而起到案例教學的教育目的。教學對應的團體是小班組成的課堂，最多40人，小班課堂有利于教師對每個學生知識理解的把握[ 10 ]。

（三）案例備課

案例備課工作安排在了課前，通過教師對案例的進一步溫習，標出案例關鍵知識點轉折處的理論知識，同時對案例中人物、事件、結構、問題、背景、數據、觀點、結論、懸念等也要做進一步的熟悉，并做好解答問題及引導學生思考的工作。案例的備課工作直接影響教師在課堂上的表現，一名優秀的教師應該提前熟悉案例的各個環節，以及常見的知識點、疑難點的講解。在案例教學過程中，有時同一個案例會涉及多方面的理論知識，在不同案例中又會體現理論知識的不同方面，這些內容教師在課前備課階段應該梳理完成。

（四）案例預習

案例的預習工作對象主要是學生，有效的預習可使學生在教師提起相關知識點時產生熟悉感，這種熟悉感往往會激發學生的學習興趣并加深對課堂上知識點的理解。

案例預習時學生腦海中應該帶著問題去閱讀，課前給學生布置好預習的任務，其中問題方面的總結主要有以下幾條[ 11 ]：（1）這個案例的背景是什么，為什么教師會安排這個案例在本堂課中;（2）案例中涉及的知識點有哪些，哪些知識自己理解不了;（3）案例中涉及的計算方法是否有別的解題過程，文中涉及的內容是否全面;（4）預應力技術在這個過程中有哪些具體的體現。

（五）課堂教學

案例教學在課堂上的體現主要有以下五個方面。

1.教師引導。在案例教學中，教師的主要作用是引導和維護課堂秩序，在這里教師存在的價值是為學生服務，想方設法調動學生的積極性，激勵學生主動地思考并鼓勵他們去表達和討論。

2.以學生為中心。案例教學的中心不是教師，不是案例，也不是由故事產生的各種論題本身，而是所有參與案例討論的學生。在案例教學的課堂中，學生是主角，所有活動應該確定學生的主體地位。

3.以討論為基礎。案例教學的重點不在教師傳授而是學生主動去理解，因此這也確定了課堂主題節奏應該是學生積極討論，有問題或是不明白的地方，積極主動地找組內成員討論或是找教師解決。組內的討論可以在提高學生學習積極性的同時，及時讓他們認識到自身的不足，取長補短。

4.鼓勵學生提出不同的答案。案例教學的目的不是告訴學生誰是誰非，不是給出正確或是錯誤的價值判斷，而是找到理想的答案。優秀的教學案例應該建立在答案的多元化上，多種答案勢必會讓學生從多個角度思考問題，多種答案還可以解決標準答案枯燥難以帶動學生學習積極性的問題。在案例的討論過程中，學生從多角度理解案例有利于組內討論，并帶動他們學習進步。

5.全民參與。全民參與是指在討論的過程中，無論成績好壞的學生都能有發言的機會，只有做到全民參與，才能從真正意義上提高學生學習的積極性，這也是案例教學的初衷。

（六）組織討論

組內討論應該參照面試過程中的小組討論法。小組討論法是指將一組人選集中在一起就某個話題展開討論，面試考官在旁進行觀察篩選的一種甄選方式[ 12 ]。在案例教學中，教師的作用就是在旁邊進行觀察的“面試官”，當組內出現不可調和的意見時，主動去引導大家思考，以免引起沖突。組內討論一般具有很強的針對性，討論內容均是教師結合案例提出的，能引導學生理解知識點的題目。組內討論也存在弊端，厘清弊端有利于指導后期的工作。由于班級人數一般較少，學生水平參差不齊，直接導致分組過程無法充分考量學生之間的差距，造成某些組內討論不夠積極。

（七）案例改進

教師每年在教學后期對案例進行總結優化，主要是在結構布局方面根據實際情況做出調整，同時應該適當地補充案例，有些案例不能完整的體現課堂的全部知識，因此應該有一定的案例在內容上重合。預應力技術在智慧軌道交通的教學案例中關于預應力損失和計算、預應力鋼筋布置及程序化等方面有待改進，因為內容比較復雜，通過單一案例無法將知識點信息全面覆蓋，尤其是在預應力損失原理的講解部分，應該結合已有的案例進一步的優化。

四、預應力技術在“智慧軌道交通”中的案例教學授課實踐

（一）案例實施方式

在授課之前，首先按照上述分組要求完成學生的意見調研，按照學生的意見完成分組，并選出組長。教師在開課前，首先整理出預應力技術相關的知識點，并將知識點分為重點、難點、易掌握點三個部分。通過對往年教學案例所包含的知識點進行歸納匯總，盡量將要講的內容全都包含在案例中。在進行案例討論之前，教師通過組長提前將案例課件發給小組成員，小組利用課前時間進行初步討論，并將學生討論結果匯總提交至教師處。在進行課堂討論時，教師應該有重點的引導學生思考，尤其是在預應力損失計算和預應力等效荷載法方面，在課堂討論之后及時補充相關內容，以避免學生對此部分內容一知半解。預應力技術的相關內容非常多，通過教學案例分層次地將授課內容逐次講解之后，及時歸納總結，并由組長收集學生的課堂筆記，教師通過查閱筆記來進一步掌握學生對課堂知識的理解程度，為課堂總結和案例改進留下資料。

（二）案例效果分析

結合預應力知識點的特點，和往年課堂教學的經驗，案例教學取得的成果是顯而易見的，不僅在提高學生學習興趣方面成果斐然，而且在加深學生知識點理解掌握方面，效果也同樣顯著。與此同時，案例教學還增進了教師與學生、學生與學生之間的感情，提高了教師授課的積極性，極大地激發了學生渴望學習的激情。但是，案例教學在對知識點的層次劃分方面依然存在問題。在案例選取方面，案例重復內容較多，對于像等效荷載法內容的講解深度不夠，接下來的工作應該在增加理論深度方面著重思考。案例教學法本身就是一種動態的教學模式，通過自身的不斷完善和改進可以進一步提高案例的質量，與此同時，對案例庫的建設也起到了重要的作用。

五、結語

本文通過結合案例教學法，介紹預應力技術在“智慧軌道交通”教學案例的實際使用情況，并結合預應力技術在智慧軌道交通中案例教學的建設策略進行討論，分析案例教學普遍存在的問題，具體介紹案例教學法在實際應用過程中的步驟和特點。

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Discussion on Teaching Case of Prestressing Technology in the Course of Smart Rail Transit

ZHU Er-yu， LIU Lei， ZHU Li， BAI Zheng-wei

（School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China）

Abstract： The main purpose of case teaching is to guide students to think independently through cases. It can not only stimulate students enthusiasm for learning， but also relieve teachers teaching pressure. Students generally feel that in the application of prestressing technology in the course of Smart Rail Transit， there are problems such as， too many knowledge points， complex contents， and difficulties in understanding. Based on the current problems and development status of case teaching， and taking teaching as the center， this paper introduces the specific content of prestressing technology in the course of Smart Rail Transit in detail through case teaching， and draws the conclusion that case teaching is completely applicable in prestressing technology teaching.

Key words： case teaching; prestressing technology; case library construction; Smart Rail Transit