土木工程專業橋梁風工程課程教學設計與實踐

陳文禮　高東來　楊文瀚　賴馬樹金

摘要：教育強則國家強，人才興則民族興。以立德樹人為教育的根本任務，將課程思政融入新時代研究生課程中具有重要指導意義。課程思政是在傳授理論知識的基礎上進行思想教育，利用馬克思主義理論觀點，促進大學生樹立堅定的理想信念和正確的世界觀、人生觀、價值觀。哈爾濱工業大學土木工程專業橋梁風工程課程教學設計與實踐圍繞“課程思政整體教學框架”“線上+線下混合式、授課+研討相結合的教學方法探索”“理論與實踐、科學性與特色性相結合的教學實踐案例”三個方面開展研究與建設工作，以學生的思想政治培養為首要目標，結合專業基礎知識教育將思政教育具體化、生動化，可為其他研究生課程思政建設提供參考。實踐證明：橋梁風工程課程思政的融入，培養了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力；以史為鑒，激發了對重大工程設計的社會責任感，增強了理想信念和德育思維能力；踐行了“規格嚴格、功夫到家”的哈工大校訓；啟迪了學生對突破現有橋梁抗風理論的歷史責任感與發展現代橋梁技術的緊迫感，結合“交通強國”“建造強國”國家戰略，激發了學生愛國主義和投身國民經濟主戰場的熱情。

關鍵詞：橋梁風工程；課程思政；課程建設；教學設計

中圖分類號：G642；TU-4 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2909（2023）02-0110-07

習近平總書記在黨的二十大報告中提出，要實施科教興國戰略，強化現代化建設人才支撐［1］。《教育部思想政治工作司2022年工作要點》也明確指出：“按照‘質量黨建、精準思政、積極維穩、系統推進的總體思路，全面推動高校黨建和思想政治工作高質量發展，以實際行動迎接黨的二十大勝利召開。”［2］2020年6月，習近平總書記在致哈爾濱工業大學建校100周年的賀信中期許我校“在新的起點上，堅持社會主義辦學方向，緊扣立德樹人根本任務”［3］。習近平總書記強調：“青年強，則國家強。”［4］進入新時代，為更好實現“精準思政”和“立德樹人”，哈爾濱工業大學土木工程學院橋梁風工程融入課程思政建設與教學設計，可實現協同育人目標和為其他研究生課程思政建設提供參考。

一、課程思政整體教學框架

（一）教學目標

課程思政是實現大學生能力素質與思想道德素質雙提升的系統性工程，推動課程思政提質增效，是為黨育人、為國育才的應然之策［5］。守正創新是中國化、時代化馬克思主義的世界觀和方法論［4］。課程思政教學唯有摒棄“萬古不變的教條”［6］，因事而化、因時而進、因勢而新［7］，才能夠保證課程思政提質增效。課程思政區別于思政課程，課程思政不是系統化、體系化地進行德育活動，而是結合各門課程的具體內容，在專業知識的講解中融入思政元素，進行非系統化、非體系化的德育［8］。利用馬克思主義理論觀點，培養大學生樹立堅定的理想信念和正確的價值導向，踐行社會主義核心價值觀，學習和弘揚以愛國主義為核心的民族精神與以改革創新為核心的時代精神，將其轉化為內在的發展動力。學生在掌握專業知識基礎上，得到思想和精神上的全面提高，有利于成為新時代社會需要的全面發展的人才。

（二）教學內容與意義

課程思政作為一項系統工程，專業課程思政教育是最核心、最關鍵和最難解決的部分［9］。橋梁風工程課程具有理論性、實踐性強的特點。授課過程中，注重理論聯系實際工程案例，可從我國古代橋梁歷史、現代橋梁發展歷程、當下我國橋梁建設現狀、現代橋梁風振事件四個方面提煉課程所蘊含的思政元素，開展課程思政建設。

1.介紹中國橋梁悠久的人文歷史，激發學生的自豪感

我國橋梁歷史可以追溯到6 000年前的氏族公社時代。從最初由一根木頭搭放形成的獨木橋到利用駁船做浮體形成的浮橋，再到后來由磚石砌筑的拱橋等，我國古代勞動人民對橋梁的建設一直在不斷探索。受到建筑材料的限制，早期橋梁多為木制梁橋，如秦代在渭水上建的渭橋，為多跨梁式橋。隨著新建筑材料的不斷發現，到了隋、唐、宋三代，我國古代橋梁發展到達了巔峰。此時期的石材開始作為主要建橋用材，如始建于公元605年，目前尚存最完整的趙州橋，以石作為主材，首創在主拱圈上加小腹拱的空腹式拱，改變橋梁受力的同時提高了外觀觀賞度。北宋時期的疊梁式木拱虹橋和南宋時期的石梁橋與浮橋結合的湘子橋，都在當時的歷史時期享有盛譽。時至今日，在全國各地還存在各種形式的風雨橋，代表著當地獨特的風土人情與人文歷史，展示了我國橋梁的悠久輝煌歷史和文化沉淀。在橋梁歷史的學習過程中，見識我國古代勞動人民的聰明才智與非凡的勞動技能，可增強學生對國家歷史文化的認同感、自豪感，樹立和提升民族自信心。

2.分析現代橋梁發展歷程，增強學生勇攀學術高峰與發展橋梁技術的緊迫感

我國橋梁雖然具有幾千年的歷史，目前仍然存在大量的古代與近代橋梁。但在最近的1 000年中，我國橋梁技術全面落后于世界發展腳步，中國第一座現代化橋梁的出現距今僅100多年歷史，而且是由外國人建造的。從錢塘江大橋算起，中國人自己設計現代橋梁的歷史還不足70年；從南京長江大橋算起，中國人自行設計建造大型橋梁的歷史僅34年。目前使用的大跨度橋梁的抗風設計理論是由國外學者提出，并仍然一直在指導大跨度橋梁的設計。同時，我國大跨度橋梁的建造技術在20世紀90年代以前也是全面落后。課程學習中將國內外橋梁發展進行對比，發現我國目前橋梁建設方面仍然存在差距，通過認識自身不足，激發學生探索未知、勇攀學術高峰和對突破橋梁抗風理論的歷史責任感和使命感，以及發展現代橋梁技術的緊迫感，逐步追趕、并跑，最終實現

世界領先。

3.結合國家戰略，激發學生愛國主義與投身國民經濟主戰場的熱情

我國現代橋梁的發展史，是我國國民經濟高速高質量發展的最好反映。隨著改革開放與國民經濟的飛速發展，我國現代橋梁從學習追趕到目前實現了并跑，并在個別領域甚至取得了領先。尤其是21世紀10年代以來，我國橋梁的成就使我們重新站到了世界前列，我國橋梁建設真正進入了偉大復興時代。將“一帶一路”倡議和“交通強國”“建造強國”等國家戰略融入專業課教育，激發了學生的愛國主義情懷和投身國民經濟主戰場的熱情，為我國全面建成社會主義現代化強國，實現第二個百年奮斗目標努力奮斗，打造了“專業教育+國家戰略”的特色思政教育課堂。

4.結合典型工程案例，增強學生對重大工程設計的責任感

現代橋梁發展的里程碑事件是1940年美國塔科馬大橋的顫振風毀事故，受當時設計理論限制，沒有著重考慮橋梁動力效應，從而導致該橋在風荷載的作用下發生顫振破壞。顫振是橋梁設計必須避免的一種風致振動，塔科馬大橋顫振失穩破壞后，科學研究者將顫振穩定性作為大跨度橋梁設計的首要問題，從而避免了后續大跨度橋梁的顫振失穩破壞。進入2020年，我國相繼發生了三起橋梁渦振事件，即4月份的鸚鵡洲長江大橋、5月份的廣州虎門大橋和6月份的西堠門大橋渦振。三座大橋的主梁形式各不相同，但都發生了渦振。由此可見，渦振現象在橋梁中極易出現，且渦振的發生對橋梁結構的影響與破壞不可忽視，如何避免渦振的發生，是我國研究學者和課程學習者必須思考的問題。工程事件分析中注入工程倫理教育，將馬克思主義理論方法、觀點與科學精神聯系起來，能培養學生精益求精的大國工匠精神、提升學生的倫理素養和強化學生的社會責任意識，以及促進學生樹立對重大工程項目的責任感。

二、線上+線下、授課+討論相結合的教學方法探索

（一）線上+線下教學方法探索

針對課程內容進行知識點分解，對分解后的知識點進行視頻錄制，基于超星學習通建設線上教學平臺，通過平臺完成課堂課件、知識點授課視頻的上傳，并針對重要知識點設置任務點和章節測試題。此外，橋梁風工程課程與實際工程密切聯系，學習平臺上除上傳上課基本內容外，還補充了大量課外實際工程案例視頻及資料。利用網絡學習平臺，進行混合式教學，通過視頻動畫將工程案例的生動展示，深入闡釋課程中蘊含的思政元素，在理論學習的同時，教育引導學生形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，實現知識傳授與價值塑造、能力提升相統一［10］，以探索線上線下結合的立體式教學。一是調動學生自主學習的積極性，以學生喜聞樂見的教學方式，激發學生的學習興趣，提高學生自主學習能力，自覺樹立責任感、道德感；二是讓教學模式由傳統被動填鴨式向學生主動式轉變，調動學生主觀能動性，教學過程體現“以學生為中心”，以達到最佳學習效果。

（二）授課+討論開放式教學方法探索

一堂好的討論課應當生動而不沉悶，能調動學生的積極性，吸引課堂上大部分學生的參與；有明確的主題和發展方向，能夠實現既定的教學目標，使學生通過討論學習知識［11］。教師作為授課主體，應改變以往簡單知識講解的方法，在課前拋出相應的問題；學生作為討論主體，提前在“學習通”完成測試題發現問題，對所遇到問題，首先給出自己的解答。同時，結合橋梁風工程的課程特點，學生通過對實際工程案例進行分析，發現工程問題和對以往橋梁事件整理歸納和充分討論，進而汲取工程事件教訓。作為未來建設行業的從業者，應該時刻明白“基礎不牢，地動山搖”的道理。在學好專業知識基礎上，全面考慮潛在建造風險，提高學生的安全意識和責任意識。同時，列舉橋梁工程獲獎作品，通過對正面案例的討論分析，激發學生樹立大國工匠精神，培養開放性和創造性思維。開放式教學模式培養了學生思考問題和解決問題的能力，為研究生階段的深層次科研及日后成為優秀的工程建設者奠定了基礎。

三、理論與實踐、科學性與特色性相結合的教學實踐案例

橋梁風工程是學科學位課，具有較強的理論性。除本科階段課程知識外，專業學生還需要具備結構動力學、隨機振動和流體動力學等知識儲備。同時，由于課程實踐性強，課程需從理論分析、數值模擬、風洞試驗等方面進行講解。實際應用中，重大橋梁風致振動工程案例都運用該課程知識進行解釋。因此，授課過程中，課程教學需要深入淺出，循序漸進地引出復雜概念和理論，通過理論與實踐相結合，以開放式教學模式，讓學生結合工程案例從理論角度給出自己對于重大工程風災問題的理解。

為了突出課程的科學性和特色性，課程中以“擴展知識”的方式加深學生認知和理解，通過介紹新方法、新途徑，啟發學生探索新思路、解決新問題。以課程第5章“主梁斷面抖振與渦激振動”5.5節——主梁渦激振動為例，來說明本課程教學中的方法和手段。

（一）案例主要內容

該節主要內容：主梁渦激振動基本原理與理論分析、主梁斷面氣動性能優化、渦激振動的控制分類與控制原理、大跨度橋梁渦激振動實例與剖析等。

（二）案例教學設計

案例教學以教材為基礎，教師通過板書整理脈絡與重點，結合實際工程案例，采用渦激振動理論來剖析實際橋梁中的渦振案例，使學生對渦激振動有更加直觀的了解，并引發對其產生原因的思考。課程重點講授大跨度橋梁主梁渦激振動概念、理論建模與渦激振動的控制方法，通過學習使學生達到掌握主梁渦激振動的基本概念、振動特征、誘發機理、理論模型，以及控制渦激振動方法與控制原理等內容的目的。授課重難點體現在渦激振動的理論建模與控制方法和渦激振動的理論模型與工程案例剖析等方面。教學內容和過程的總體設計如圖1所示。

（三）案例教學過程和內容

第一部分先引入2020年以來我國發生的三起大跨度橋梁渦激振動工程案例。通過案例分析，培養學生發現問題和解決問題的能力；穿插工程倫理講解，以史為鑒，激發學生對重大工程設計的責任感。第二部分要求學生在掌握渦激振動的基本概念與特征基礎上，對渦激振動的理論模型進行建模與分析。實際操作過程中，融入課程思政，讓學生做到知行合一。

技術能力的成熟與精進往往是創新的強大助推器，對分析軟件的熟練使用，是提高分析問題和解決問題的重要手段。第三部分講解渦激振動控制方法的分類與控制原理。理論學習后，通過實際工程案例介紹各種控制形式在不同橋梁中應用。第四部分為知識擴展內容，通過介紹渦激振動控制新方法——被動吸吹氣流動控制，將思政點融入于拓展新知識，啟迪學生開拓新思路，發展新的渦激振動控制方法。

（四）分組討論和課后練習

問題討論一：就鸚鵡洲長江大橋、虎門大橋與西堠門大橋的渦激振動事件，首先拋出問題，即三座大橋的主梁形式各不相同，發生渦振原因是什么？將學生分成五個小組進行討論，小組成員各抒己見，在小組內形成統一意見后選出代表闡述觀點。將具有不同見解的小組代表請上臺解釋本組討論結果，組間可以發表不同看法，相互學習總結，進一步完善各自觀點。最后，由教師總結和點評各組的觀點并進行分析，提供解答思路，以促進學生加深對渦激振動理論的理解。

問題討論二：針對機械阻尼控制與氣動/流動控制方法的區別，首先拋出問題，為避免大跨度橋梁渦激振動的發生，讓學生對比兩種控制方法間的差異，以及討論分析其產生原因是什么？討論后，教師通過渦激振動的運動微分方程，從動力學原理進行分析與總結，采用“治標”與“治本”兩個形象的語言來刻畫兩種控制方法的區別。

課后作業是課程延伸的重要環節，通過留置作業鞏固和促進學生對新知識點的吸收與理解，作業完成訓練重點放在提高學生分析和解決實際問題的能力上［12］。另外，要求學生自主查閱文獻推導“渦激振動單自由度非線性半經驗半理論模型”的求解過程和總結主跨1 624m的丹麥“大貝爾東”懸索橋（世界第四）的渦激振動原因及其采取的控制方法。自主學習過程中，調動了學生學習積極性和開闊了學科視野，讓知識不再局限于書本；查閱資料過程中，深化了學生對課堂所講概念、方法的掌握，并將所學知識熟練地用于實際問題解決中，讓課堂產生的短時記憶變為長時記憶［13］。結合課上內容，總結和提煉出橋梁渦振對工程的影響，使學生正確認識問題、分析問題，明白橋梁渦振仍有很多問題亟須突破。作為新一代青年學生應當樹立遠大理想，應培養科學嚴謹的求知態度和探索精神，激發科技報國的家國情懷和使命擔當。

（五）課后小結

章節知識應讓學生提前閱讀教材和觀看學習MOOC資源，課前完成預習工作，預習中主動發現問題，并引發思考。授課過程中將課程思政元素潤物細無聲地融入教學內容中，充分發揮課堂育人主渠道作用，實現知識傳授與價值引領相統一［14］。一是通過案例分析，培養學生分析問題和解決問題的能力，以史為鑒，激發對重大工程設計的責任感，學習工作中始終踐行“規格嚴格、功夫到家”的哈工大校訓；二是啟迪學生對突破現有橋梁抗風理論的歷史責任感與發展現代橋梁技術的緊迫感，認識我國仍存在的差距與不足，提高攻堅克難的本領，通過逐步追趕、實現并跑、取得領先，并最終實現大跨度橋梁設計與建造理論突破，引領橋梁抗風新方向；三是結合“交通強國”與“建造強國”國家戰略，激發學生愛國主義情懷與投身國民經濟主戰場的熱情，為國家科技發展，實現中華民族偉大復興中國夢凝聚力量。

四、結語

橋梁風工程是土木工程專業學科學位課，圍繞“課程思政元素與專業知識有機融合”“線上+線下混合式、授課+研討相結合的教學模式探索”和“理論與實踐、科學性與特色性相結合的教學實踐”三個方面開展研究與建設工作，可為其他研究生課程思政建設提供參考。專業課程中融入思政教學任重而道遠，目前

課程思政教學設計與實踐仍處于起步階段，還需要不斷進行探索，總結經驗規律。新時代土木工程專業課程思政教學設計，應以學生為中心，培育和踐行社會主義核心價值觀，落實立德樹人根本任務，堅持不懈做好“如何培養人”，正確認識做好“培養什么樣的人”，使專業人才努力成為先進思想文化的傳播者、黨執政的堅定支持者，擔起學生健康成長指導者和引路人的責任。

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Teaching design and practice of bridge wind engineering for civil engineering major

CHEN Wenli， GAO Donglai， YANG Wenhan， LAIMA Shujin

（Key Lab of Structures Dynamic Behavior and Control of the Ministry of Education;

Key Lab of Smart

Prevention and Mitigation of Civil Engineering Disasters of the Ministry of Industry and Information

Technology， Harbin Institute of Technology， Harbin 150090， P. R. China）

Abstract：A strong education makes a country strong， and a prosperous talent makes a nation prosperous. Moral education is the fundamental task of education， the coordinated development of moral education and intellectual education， and the integration of ideological and political courses into postgraduate courses in the new era have important guiding significance. Ideological and political education is based on imparting theoretical knowledge and carrying out ideological education at the same time， the use of Marxist views to train college students to set up firm ideals and beliefs and correct world outlook， outlook on life， values. The teaching design and practice of bridge wind engineering course carry out research and construction work from three aspects： holistic teaching framework of curriculum ideology and politics， exploration of teaching methods combining online + offline， teaching + discussion and teaching practice cases combining theory and practice， science and characteristics. In the process of teaching， the ideological and political education of students is put as the primary goal， combined with the professional basic knowledge education， the ideological and political education is shown concretely and vividly， which provides a reference for other postgraduate courses. Practice has proved that the ideological and political integration of bridge wind engineering courses has cultivated students ability to discover， analyze and solve problems; enhance the ideal belief and moral thinking ability， and take history as a mirror to stimulate the social responsibility of major engineering design; practice the Strict Specification， Solid Skills motto of HIT;? inspires students sense of historical responsibility for breaking through the current theory of bridge wind resistance and sense of urgency to develop modern bridge technology. Combined with the national strategies of transportation power and construction power， it inspires students patriotism and enthusiasm to join the main battlefield of national economy.

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Key words： bridge wind engineering; curriculum ideology and politics; course construction; instructional design

（責任編輯 崔守奎）

修回日期：2023-02-27

基金項目：黑龍江省高等教育教改立項“《橋梁風工程》融入課程思政探索與實施”；哈爾濱工業大學研究生精品課程培養項目立項“融入課程思政的《橋梁風工程》多模式教學探索”

作者簡介：陳文禮（1980—），男，哈爾濱工業大學土木工程學院教授，博士生導師，主要從事橋梁結構復雜風效應方向研究，（E-mail）cwl80@hit.edu.cn；（通信作者）高東來（1989—），男，哈爾濱工業大學土木工程學院副教授，博士生導師，主要從事流動控制和流固耦合研究，（E-mail）gao@hit.edu.cn。