橋梁概念設(shè)計課程教學方法探討

劉振宇

摘要：由于橋梁美學越來越受重視，而橋梁工程課程只解決結(jié)構(gòu)計算問題，因此需要設(shè)置一門新的課程來講授橋梁的造型和景觀設(shè)計。文章介紹了橋梁概念設(shè)計的三個組成部分，介紹了課程的授課時間、教學內(nèi)容、教學方式和考核方式，強調(diào)了橋梁史的教學在培養(yǎng)創(chuàng)新思維過程中的重要作用，并探討了課程設(shè)計和平時作業(yè)對教學的輔助功能。

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

中圖分類號：G64241；U441 文獻標志碼：A 文章編號：

10052909（2015）04008403

橋梁不僅能夠滿足人們跨越障礙、到達彼岸的心理需求，同時也是生活環(huán)境中使人印象深刻的標志性結(jié)構(gòu)物，常常成為審美對象和文化遺產(chǎn)[1]。橋梁具有結(jié)構(gòu)物和藝術(shù)品兩種屬性，傳統(tǒng)的橋梁工程教學因受時代所限，只關(guān)注結(jié)構(gòu)物這一屬性，教材多為從蘇聯(lián)翻譯過來的實用性教材，教育學生按規(guī)范進行設(shè)計，其影響延續(xù)至今[2]，致使學生形成思維定式，嚴重限制了學生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。教學內(nèi)容重在材料選擇、構(gòu)造設(shè)計、內(nèi)力計算，主要解決的是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的問題。隨著技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，橋梁，特別是城市橋梁的美觀越來越受到重視，設(shè)計人員開始注重造型的表現(xiàn)力和隱喻，造型概念設(shè)計也應(yīng)運而生。在關(guān)注造型設(shè)計的同時，還要考慮橋梁與周邊環(huán)境（自然環(huán)境、社會環(huán)境、人文環(huán)境）的關(guān)系。因此，橋梁概念設(shè)計宏觀上包含了結(jié)構(gòu)概念設(shè)計、造型概念設(shè)計、橋梁景觀設(shè)計三個部分。這三者在設(shè)計中同時進行、相互融合。在教學中，結(jié)構(gòu)概念設(shè)計通常由橋梁工程課程來解決，其它兩項則由橋梁概念設(shè)計課程來解決。

一、課程設(shè)置

橋梁概念設(shè)計課程適用于高等學校土木工程專業(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，通常在學完材料力學、結(jié)構(gòu)力學、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理之后開設(shè)，使學生有能力對所設(shè)計橋型的結(jié)構(gòu)桿件進行力學分析和計算。該課程原來安排在橋梁工程課程之后，此時學生均已掌握了橋梁的規(guī)范設(shè)計法，從上交的概念草圖作業(yè)中可以看出，學生的思維定勢已經(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，必然會擔負起橋梁工程概論的教

學任務(wù)，介紹五種基本橋型及其構(gòu)造特點，占用學時較少，滿足該課程基本需要即可。隨著課程的推進，有些學生會對原始設(shè)計產(chǎn)生懷疑，因為與規(guī)范橋型差距較大，此時盡量建議學生保留原始的設(shè)計形式，無論造型繁雜，還是夸張，甚至是造型荒謬都沒有關(guān)系，鼓勵學生運用學過的一切力學知識和結(jié)構(gòu)知識，動用一切工程手段，解決原始設(shè)計出現(xiàn)的新問題，實現(xiàn)自己的設(shè)計意圖，以此激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，提高解決工程問題的能力。

二、教學內(nèi)容

課程教學主要包括橋梁概念設(shè)計綜述、橋梁史、橋梁造型設(shè)計與橋例、橋梁規(guī)范分類與適用范圍、橋梁景觀設(shè)計、橋梁色彩與夜景設(shè)計、綜合應(yīng)用、方案比選和評價方法等。在這些內(nèi)容中，橋梁史是經(jīng)常被教師簡略介紹而在這里要重點強調(diào)的。由于傳統(tǒng)教育內(nèi)容過于保守，容易養(yǎng)成工程師循規(guī)蹈矩的習氣，缺少創(chuàng)新精神，培養(yǎng)出的許多工程師并不清楚他們在橋梁設(shè)計和施工中所采用的技術(shù)大多是發(fā)達國家在20世紀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慣，正是中國工程教育不重視培養(yǎng)學生創(chuàng)新理念的結(jié)果[3]。要想明確我們現(xiàn)在所處的位置，回顧知識的層次和增長過程將有助于我們找到現(xiàn)時的理念是在何時首次出現(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。通過詳細介紹這些創(chuàng)新得以提出的原因、實現(xiàn)的條件、應(yīng)用的過程和造成的影響，讓學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，就會形成立體形象，加深教學印象。例如著名的橋梁設(shè)計師萊昂哈特（Fritz Leonhardt），除了設(shè)計了很多造型優(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、下層移動托架施工法和頂推施工法，他對橋梁工程的探索精神讓人敬佩。馬拉爾（Robert Maillart）的坎坷人生和對板結(jié)構(gòu)的執(zhí)著，梅恩（Christian Menn）的堅強性格和對矮塔斜拉橋的貢獻[5]，這些都能促使學生去深入這些橋梁大師們的世界，并且以他們的眼光來看待他們的工作，避免思維僵化，更好地理解橋梁絕非只是“按規(guī)范要求進行設(shè)計”，而是有很多種設(shè)計思路，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)計與橋例”部分的教學，體現(xiàn)造型設(shè)計的靈活性和多樣性。

三、教學方式

對于橋梁概念設(shè)計這種綜合性較強的課程，采用多元教學方式是必然的趨勢，每一種教學手段都要與教學內(nèi)容相匹配 [6]。橋梁概念設(shè)計綜述和橋梁史這兩部分多采用媒體輔助教學，通過介紹大量工程實例，讓學生加深理解，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，也就是通過精選橋例串起多個知識點（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點之后，還可以進行多次解釋，每一次解釋都換一種思考方式。比如在介紹拱橋分類這個知識點時，橋例不但要考慮拱橋各種類型的對比，而且還要反映出夜間景觀的設(shè)計規(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行簡要的復習，然后啟發(fā)學生重新看待橋例，發(fā)現(xiàn)這些橋例中體現(xiàn)出來的新的規(guī)律。如果綜合了三個知識點，就可以對同樣的課件進行三次解釋，讓學生養(yǎng)成多視角多觀點看問題的習慣。幾次課后，學生就會主動思考首次出現(xiàn)的眾多橋例中是否蘊含著其它的原則或規(guī)律，學習自主性得到了有效調(diào)動。

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

盡量保留學生的原始設(shè)計思路，

不要輕易否定任何設(shè)計的可能性，引導學生思考解決措施；也不要直接給出建設(shè)性意見，而是提供多樣的參考資料，由學生自主選擇具體的處理辦法。到了橋梁景觀設(shè)計部分，學生要在原設(shè)計基礎(chǔ)上，進行景觀設(shè)計，并對橋梁造型做進一步修正。課程結(jié)束，學生要提交一份詳盡的課程設(shè)計過程記錄，把課程設(shè)計每一階段的所思所想以及所作出的修改仔細記錄整理，同時提交最后的橋型方案。通過課程設(shè)計、課堂學習和討論，學生可以把所學到的知識應(yīng)用到設(shè)計中，更好地理解知識要點，教師也能及時地把握學生在設(shè)計中出現(xiàn)的問題，并隨時調(diào)整教學方案

。

四、考核方式

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

五、結(jié)語

由于中國對橋梁概念設(shè)計的研究起步較晚，國外研究成果的譯介和國內(nèi)的探索與實踐是同步進行的，這就要求教師要密切關(guān)注學科發(fā)展動態(tài)，及時更新自己的專業(yè)知識，同時還要學習先進的教學經(jīng)驗，不斷摸索適合某一教學內(nèi)容的教學方法，以確保高效的知識傳遞和人才培養(yǎng)。概念設(shè)計是橋梁之魂，也是工程區(qū)別于科學的關(guān)鍵，更是現(xiàn)代工程教育的核心內(nèi)容[3]，因此要意識到該課程的重要性，在教學中體現(xiàn)出創(chuàng)新思維的應(yīng)用，及時反思教學中出現(xiàn)的問題，為培養(yǎng)出新一代的橋梁工程人員貢獻出自己的一份力量。參考文獻：

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[5]王應(yīng)良，高宗余.歐美橋梁設(shè)計思想[M].北京：中國鐵道出版社，2008.05.

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[7]肖汝誠.本科生《橋梁概念設(shè)計基礎(chǔ)》的教與學[J].教育教學論壇，2012（37）：147-151.