橋梁工程課程案例教學(xué)的設(shè)計與組織初探

陳小佳+何雄君

摘要：橋梁工程課程作為一門專業(yè)主干必修課，在道路橋梁工程等專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)過程中起著十分重要的作用。文章從卓越工程師培養(yǎng)的角度，圍繞道路與橋梁工程、橋梁與渡河工程等專業(yè)橋梁工程課程案例教學(xué)，闡述了對橋梁工程課程案例教學(xué)的認(rèn)識，并對橋梁工程課程教學(xué)案例分類與特點進(jìn)行了探討，提出了以力學(xué)特征角度出發(fā)的案例教學(xué)設(shè)計原則，強(qiáng)調(diào)案例教學(xué)應(yīng)注重對案例的分析，將專業(yè)素質(zhì)教育放在突出位置，以培養(yǎng)學(xué)生解決專業(yè)問題的能力，提高學(xué)生工程素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：橋梁工程課程；案例教學(xué)；案例設(shè)計；案例組織；力學(xué)特征

中圖分類號：G6420；TU997 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：10052909（2017）02006604

一、對橋梁工程課程案例教學(xué)的認(rèn)識

案例教學(xué)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)方法的缺陷，并有助于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用。從教學(xué)方法上看，案例教學(xué)改變了單向的知識與技能傳授的方式，使學(xué)生能夠主動參與分析案例中的實際問題，激發(fā)思維能力和創(chuàng)新潛能。特別是對工程應(yīng)用學(xué)科，利用案例能使教學(xué)更貼合工程實際，以工程問題為導(dǎo)向[1]，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，符合卓越工程師培養(yǎng)的目標(biāo)要求。

橋梁工程課程是道路與橋梁工程、橋梁與渡河工程等專業(yè)的必修課。該課程涉及建筑材料、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理等眾多前期課程，同時該課程又集理論和實踐為一體，是工程應(yīng)用性極強(qiáng)的一門課程。對于這樣一門課程，實行案例教學(xué)具有如下特點：

一是，能綜合材料、力學(xué)理論、構(gòu)造知識和施工方法等多方面與工程實踐密切相關(guān)的內(nèi)容，使學(xué)生將前期課程所學(xué)的知識形成網(wǎng)絡(luò)體系[2]，培養(yǎng)學(xué)生綜合各種所學(xué)知識，并用于分析和解決問題的能力，提升學(xué)生工程素養(yǎng)。

二是，更貼近工程實際。以往教學(xué)僅注重橋梁工程的系統(tǒng)性和理論性，而忽視有關(guān)構(gòu)造細(xì)節(jié)和施工技術(shù)。案例教學(xué)中的案例來源于真實工程實踐，有助于引導(dǎo)學(xué)生深入了解有關(guān)橋梁構(gòu)造設(shè)計和施工技術(shù)方面的知識，并與理論結(jié)合，形成理論和實踐的統(tǒng)一認(rèn)識。

三是，利用案例教學(xué)靈活的特點，緊密結(jié)合橋梁工程技術(shù)的發(fā)展，及時追蹤橋梁工程建設(shè)的最新成果，如新結(jié)構(gòu)形式、新設(shè)計理論和施工技術(shù)等，拓寬學(xué)生知識面和對本學(xué)科的視野，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生對橋梁工程演進(jìn)發(fā)展的敏銳性。

從教學(xué)方法論上看傳統(tǒng)的橋梁工程課程教學(xué)模式是理論到實踐的過程，教學(xué)內(nèi)容較為系統(tǒng)，教學(xué)組織較易開展；案例教學(xué)則是從實踐回歸理論的過程，先擺出問題，再針對問題尋找解決方法。在教學(xué)過程中如何編制案例才能達(dá)到較好的教學(xué)效果，在案例的設(shè)計和組織上必須有所思考。本文正是基于這一出發(fā)點，對橋梁工程課程案例教學(xué)的設(shè)計和組織進(jìn)行探討。

二、橋梁工程課程教學(xué)案例分類及特點

按照案例的素材來源，橋梁工程課程教學(xué)案例包含設(shè)計類案例、施工類案例和事故類案例等，也可以收集日常生活中的某些力學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行歸類。設(shè)計類案例可以幫助學(xué)生建立對橋梁設(shè)計和構(gòu)造最直觀的認(rèn)識；橋梁設(shè)計與橋梁施工技術(shù)緊密相聯(lián)，施工類案例可以進(jìn)一步加深學(xué)生對橋梁設(shè)計理論的認(rèn)識和理解；事故類案例震撼性強(qiáng)，結(jié)合事故原因辨析，可以為學(xué)生掌握和應(yīng)用知識點提供極為有益的幫助。

按照案例教學(xué)方法又可分為：演示型案例教學(xué)、討論型案例教學(xué)和角色扮演型案例教學(xué)。演示型案例教學(xué)嚴(yán)格意義上不屬于上述案例教學(xué)的認(rèn)知范疇，因為它仍然是一種單向的教學(xué)模式。但是應(yīng)該看到它在教學(xué)中的優(yōu)點，案例短小精悍，演示型案例教學(xué)主要以教師為主，教學(xué)過程容易把握，在教學(xué)課時有限的情況下，演示型案例教學(xué)在加強(qiáng)理論教學(xué)效果上優(yōu)勢明顯，其仍然是常常采用的一種教學(xué)方法。

討論型案例教學(xué)強(qiáng)調(diào)教師和學(xué)生的互動，教師介紹案例的背景，并循序漸進(jìn)地提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，并發(fā)表自己的見解。討論型案例教學(xué)可以調(diào)動課堂學(xué)習(xí)氣氛和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力，以及思考問題和解決問題的能力；案例討論以學(xué)生為主，教師僅僅是一個拋磚引玉的主持人。討論中學(xué)生思想產(chǎn)生碰撞，有利于啟迪新的想法，拓展創(chuàng)新思維。參與討論的學(xué)生人數(shù)不受限制，是案例教學(xué)采用較多的一種形式。

角色扮演型案例教學(xué)以學(xué)生為主體開展教學(xué)活動，需要教師事先設(shè)定某個工程項目和各方立場觀點，并將學(xué)生分組安排，教師也可以作為其中一方的扮演者參與其中。角色扮演型案例教學(xué)中學(xué)生是主體，需要學(xué)生主動收集相關(guān)材料，可以最大程度地激發(fā)學(xué)生參與的積極性。課前準(zhǔn)備充分是保證角色扮演型案例教學(xué)效果的前提條件，選擇合適的案例背景并加以設(shè)計則是此類案例教學(xué)的關(guān)鍵。角色扮演型案例教學(xué)要求參與方準(zhǔn)備時間較多，作為課程教學(xué)開展的次數(shù)也受到一定限制。

案例教學(xué)的實施可以在課內(nèi)也可以在課外，課內(nèi)案例教學(xué)受時間限制需要安排緊湊，以演示型案例教學(xué)或討論型案例教學(xué)為主。課外案例教學(xué)在時間上較為寬松，形式也可以更為多樣，如利用學(xué)校

所在城市眾多橋梁的現(xiàn)場環(huán)境，組織學(xué)生周末春游、秋游，在寬松的環(huán)境下開展角色扮演型案例教學(xué)，可以極大地調(diào)動學(xué)生的參與積極性。

三、橋梁工程課程教學(xué)案例設(shè)計原則

課程教學(xué)案例設(shè)計的一般原則，如案例的典型性、啟發(fā)性，案例與培養(yǎng)目標(biāo)的一致性，案例的可理解性等[3-4]。具體到道路與橋梁工程專業(yè)，橋梁工程課程教學(xué)應(yīng)以培養(yǎng)工程素養(yǎng)和綜合能力為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生對工程問題的敏感性，并能應(yīng)用所學(xué)知識分析問題和解決問題。橋梁工程課程涉及材料、力學(xué)、設(shè)計等多門課程的內(nèi)容，但現(xiàn)有教學(xué)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識的傳授，忽視知識的系統(tǒng)整合，以致學(xué)生面對實際問題，感到

不知如何應(yīng)對，無從下手，總是希望有個固定的模板加以套用，這樣將極大地限制學(xué)生工程創(chuàng)造能力的發(fā)揮。

在橋梁工程課程教學(xué)案例的設(shè)計上，筆者建議將力學(xué)理論作為一條主線。作為高年級專業(yè)課，橋梁工程課程教學(xué)具備將前修的材料和結(jié)構(gòu)類課程內(nèi)容進(jìn)行整合的條件，在教學(xué)內(nèi)容中以力學(xué)理論為主線，同時在案例的設(shè)計上加以體現(xiàn)。如文獻(xiàn)[5]針對梁式橋靜力體系劃分作了教學(xué)案例分析。以力學(xué)理論為主線的案例設(shè)計，可以整合橋梁工程課程知識點，系統(tǒng)梳理橋梁工程課程與其他前修課程的內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生面對工程問題時能綜合所學(xué)知識解決實際問題的能力。橋梁工程設(shè)計、構(gòu)造和施工教學(xué)內(nèi)容中包含的力學(xué)知識如圖1所示，各部分與力學(xué)知識的結(jié)合表現(xiàn)在三個層面：一是材料層面，如基于材料受力的截面應(yīng)力分布、各應(yīng)力形態(tài)（彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力、壓應(yīng)力、局部受力），以及由應(yīng)力超限造成的各種破壞形態(tài)等；

二是構(gòu)件層面，如梁、柱、扭、索等構(gòu)件的受力及變形；

三是結(jié)構(gòu)層面，如梁式橋、拱式橋、索承橋，以及由基本結(jié)構(gòu)組合形成的各種組合結(jié)構(gòu)等。

四、橋梁工程課程案例教學(xué)的組織

（一）收集典型題材

案例教學(xué)中，選擇好的題材是吸引學(xué)生注意力的有效手段，同時也是學(xué)生衡量案例教學(xué)好壞的第一印象。有關(guān)研究也表明，學(xué)生即使對案例涉及的知識不明確，也能夠?qū)Π咐暮脡淖鞒鲈u價，可以說案例教學(xué)效果的好與壞，首先主要取決于案例題材的選擇是否適當(dāng)。題材應(yīng)來源于真實的工程實際，要提供豐富的信息，最好結(jié)合圖片、視頻或動畫演示來講解。案例來源的客觀素材要詳盡，但受制于課內(nèi)教學(xué)的時間限制，案例教學(xué)的內(nèi)容又要精煉，要與教學(xué)大綱保持一致。把握案例內(nèi)容的難易程度，處理好案例教學(xué)時間分配，才能達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

（二）精心編排過程

案例教學(xué)過程的設(shè)計應(yīng)具有明確的目的性，一個好的案例設(shè)計應(yīng)該是引導(dǎo)學(xué)生拓展思路的一個教學(xué)過程，學(xué)生的參與度是衡量案例好壞的指標(biāo)。圍繞橋梁工程課程教學(xué)目的，橋梁設(shè)計比較方案、施工過程的可行方案、施工過程的多種可能性等都可以作為案例編排的內(nèi)容。案例的編排可以按照由工程背景、工程問題展開，進(jìn)而組織討論這一流程進(jìn)行（如圖2）。如某拱橋纜索吊裝施工過程，圍繞掛扣過程設(shè)計案例教學(xué)過程如下：首先介紹該工程采用的纜索節(jié)段吊裝施工方案；其次提出纜索系統(tǒng)和拱結(jié)構(gòu)掛扣系統(tǒng)中存在的實際問題，如扣索張拉、背索錨固等影響線形和施工安全的問題；最后提出如何解決上述問題的具體措施和方案，并結(jié)合所學(xué)的力學(xué)知識開展討論。

（三）注重案例分析

對案例的分析或點評，是案例教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。一般而言，學(xué)生還不具備對案例分析進(jìn)行評判的能力[6]，因此教學(xué)過程中，案例分析或點評是目前案例教學(xué)容易忽視的部分。對案例的分析或點評是梳理學(xué)生思維的過程，對鞏固學(xué)生對知識點的理解，培養(yǎng)他們綜合應(yīng)用知識的能力具有重要作用。對案例的分析應(yīng)該把握案例的關(guān)鍵內(nèi)容，除了通常的口頭點評外，還可以采用其他多種形式。如索承橋抗風(fēng)問題，可以以美國塔科馬大橋風(fēng)毀事故為案例，播放該橋垮塌的視頻，不僅讓學(xué)生感受橋梁垮塌的震撼效果，更應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生觀察橋梁的破壞形態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，進(jìn)而引導(dǎo)

他們思考造成橋梁垮塌的原因。為了幫助學(xué)生理解對大橋扭轉(zhuǎn)剪切破壞原因的分析，可設(shè)計“火腿腸”教學(xué)模擬演示，要求三名學(xué)生徒手剝開火腿腸，演示彎、拉、扭三種情況下剝開火腿腸的難易程度，以此證明扭轉(zhuǎn)剪切破壞的效果，這種結(jié)合實際生活的體驗使學(xué)生對相關(guān)知識的理解更為深刻。

五、結(jié)語

精心設(shè)計和組織案例教學(xué)，對培養(yǎng)以卓越工程師為目標(biāo)的道路與橋梁工程專業(yè)學(xué)生具有十分重要的作用。本文對橋梁工程課程案例教學(xué)進(jìn)行了歸納和總結(jié)，對教學(xué)中案例的設(shè)計原則進(jìn)行了探討，并對案例教學(xué)的組織提出了一點初略的看法。實踐證明，這些總結(jié)和探討有利于橋梁工程課程教學(xué)，也收到了較好的實踐效果。

參考文獻(xiàn)：

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[6]郭俊輝，曹旭華，王富忠.案例教學(xué)效果的最優(yōu)模型探索[J].高等工程教育研究，2010（3）：140-144.

Abstract： Form the point of educating and training outstanding engineers， the case method in the bridge engineering course is examined in the paper for the major of road and bridge engineering as well as bridge and rivercrossing engineering.The categories and the features of the engineering cases are discussed and summarized. In order to raise the students ‘a(chǎn)bility to solve the professional problem and improve studentsengineering quality， the principle following the mechanical features for the case design is presented in the paper， and the plan for the case organization is finally expounded on that the analysis of the case method should be emphasized.

Keywords： bridge engineering course； case method； case design； case organization； mechanical feature

（編輯 王 宣）