土木工程專業(yè)本科課程《橋梁抗震與抗風》教學方法探討

劉福壽 董峰輝

摘要：《橋梁抗震與抗風》是土木工程專業(yè)一門理論性很強同時又緊密結合工程實踐的課程。作者結合自身的教學工作，通過教學目標、教學現(xiàn)狀、教學方法改進等方面對本課程的教學方法進行探討，以進一步提升本課程的教學質量。

關鍵詞：橋梁抗震與抗風;教學方法;案例教學;實踐環(huán)節(jié);課程設計

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）41-0188-02

一、引言

隨著我國綜合國力和經濟實力的提升，我國在基礎設施建設方面取得了飛速的發(fā)展。橋梁結構作為交通基礎設施中的樞紐工程，在發(fā)展經濟和保證人民生命財產安全中起到至關重要的作用。然而，近年來地震與風災導致的橋梁結構破壞時有發(fā)生，2008年汶川大地震造成了重大的人員傷亡和經濟損失，橋梁的安全直接關系到整個交通生命線的暢通與否，進而直接影響抗震救災和災后重建工作的大局[1]，2018年即將通車的港珠澳大橋就經受了17級臺風“山竹”的考驗。因此，對于現(xiàn)代的橋梁設計師和工程師而言，掌握一定的橋梁抗震與抗風設計的理念和方法十分必要。

《橋梁抗震與抗風》課程是培養(yǎng)橋梁設計師的一門必修課程，本課程的學習對學生今后從事橋梁結構的抗震與抗風設計及相關施工工作具有重要意義[2]。由于本課程理論性強，同時又緊密聯(lián)系工程實踐的特點，在學習過程中學生基本上很難單純依靠課本上的理論知識來了解抗震與抗風設計的細則和掌握具體的計算方法。這就要求主講教師具備相當?shù)氖谡n技巧，能夠激發(fā)學生的學習興趣和思考能力，使他們真正掌握橋梁抗震與抗風設計的要領。鑒于本課程的上述特點，為了更好地提高教學質量，我們有必要在傳統(tǒng)教學方法上進行一些思考和改進。筆者根據自身的教學經歷，從教學目標、教學現(xiàn)狀、教學方法改進等方面對本課程的教學方法進行探討。

二、教學目標

《橋梁抗震與抗風》作為土木工程專業(yè)（交通土建工程方向）的一門專業(yè)課程，是培養(yǎng)橋梁設計師和工程師的必修課程，該課程包含理論力學、材料力學、結構力學、橋梁工程、結構設計原理等一系列專業(yè)課程的基礎知識，是一門理論性很強的專業(yè)課程。

本課程首先要求學生掌握地震基本知識、橋梁震害的特點、橋梁抗震與抗風的基礎知識、計算理論和分析方法，其次要求學生掌握橋梁抗震與抗風的發(fā)展歷程與最新研究成果，熟悉橋梁抗震與抗風設計規(guī)范，初步具備橋梁結構抗震抗風設計的能力，在提出解決復雜結構或環(huán)境下橋梁抗震與抗風設計規(guī)范時有創(chuàng)新意識。

三、教學現(xiàn)狀

（一）課程理論較深，學生感覺難學

《橋梁抗震與抗風》課程以結構動力學作為理論基礎，綜合了橋梁工程、力學、地震工程和風工程等多個學科的理論知識。專門從事橋梁抗震與抗風的研究人員需要掌握結構動力學建模、偏微分方程求解、有限元分析以及數(shù)值計算等多種分析方法和計算手段。作為一門本科生的專業(yè)課程，《橋梁抗震與抗風》理論較深，而通常學時又相對較少，導致學生覺得自己在很短的時間內“被灌輸”了大量理論知識，感覺“這門課程很難學”，失去了學習的信心和興趣，影響了教學效果。

（二）學生理論與實踐結合不夠

《橋梁抗震與抗風》不僅理論性強，同時又是一門實踐性很強的課程。本課程培養(yǎng)目標中的重要一條就是要讓學生具備橋梁結構抗震抗風設計的能力。但是，由于本課程理論深、學時少，課堂上教師要將大部分學時放在基本原理和方法的講解上。盡管有一些工程案例的講解，但學生參與實踐的程度不夠，缺乏獨立進行橋梁抗震抗風計算與設計的鍛煉，導致學生很難單純依靠課本上的理論知識來理解和掌握抗震與抗風設計的細節(jié)和完成相關計算，難以達到獨立進行橋梁結構抗震抗風設計的要求。

四、教學方法改進措施

（一）明確教學目標，把握教學重點

本課程涉及橋梁抗震與抗風計算中的許多理論推導過程，且計算公式較為復雜，對于本科生來說，短時間內完全掌握十分困難。因此，在教學過程中需要明確教學目標，把握教學重點。具體來說，首先是注重學生對基本概念和基本原理的理解和掌握。以橋梁抗震設計計算中反應譜法為例，從單自由度體系的振動方程出發(fā)，將反應譜的推導過程作為基本原理重點講解，使學生能夠準確地理解和掌握反應譜的概念和反應譜法的基本原理。又例如，橋梁抗風設計涉及顫振、馳振、抖振和渦激振動幾個比較相似的概念，在教學中教師宜從原理出發(fā)，深入地剖析這幾個概念之間的區(qū)別與聯(lián)系，加深學生的理解，不至于使學生混淆概念。其次，在講課過程中注重書本知識與抗震抗風設計規(guī)范之間的聯(lián)系。這樣既能使學生以書本理論為基礎，更好地理解設計規(guī)范中的具體細則，又能使學生通過設計規(guī)范進一步明確學習書本理論知識的重要性，增強學生的學習興趣。

（二）增加案例式教學的運用

橋梁抗震與抗風課程分為兩大部分，一部分是基本理論和計算方法，另一部分則是圍繞實際工程進行抗震設計和分析。由于該課程理論較難，傳統(tǒng)教學方法效果不甚理想。實踐結果表明，案例教學法更能激發(fā)學生的學習興趣，調動其學習積極性，提高課堂效率。在案例教學過程中，案例的選取至關重要，教師應根據本課程的培養(yǎng)目標、教學目的，選擇既能體現(xiàn)相關專業(yè)知識，又能增加學生的感性認識、提高其分析問題和解決問題能力的案例，分不同的階段引入課堂教學。

本課程案例主要有兩大類：一是實際橋梁結構的震害和風毀破壞;二是實際橋梁抗震和抗風設計的案例[3，4]。在介紹橋梁震害和風毀案例時，采用圖片和視頻等方式為學生直觀地展示橋梁在地震和風荷載作用下的各種破壞形式，并引導學生根據課堂所學知識對不同震害的產生原因進行分析、討論，為學生營造工程現(xiàn)場氛圍，啟發(fā)學生自主思考，激發(fā)學生的探索意識。在進行實際橋梁抗震和抗風設計的案例教學時，以實際橋梁的抗震設計為案例，從橋梁圖紙和地質資料的讀取，到應用有限元軟件進行實橋的模型建立、參數(shù)確定、邊界條件施加，以及地震荷載輸入等方方面面入手，使學生能夠較快掌握橋梁結構抗震計算的一般性方法，增強學生解決實際問題的能力。另外，對于本課程中一些較為抽象的概念，宜采用圖像和視頻等方式進行講解，使學生易于理解和掌握。例如，塔科馬大橋在風振下的破壞視頻，可以讓學生很容易理解什么是橋梁顫振。

（三）增加學生實踐環(huán)節(jié)

針對本課程中學生參與實踐的程度不夠的問題，首先建議增加課程設計環(huán)節(jié)，以實際工程為背景，讓學生進行橋梁的抗震或抗風設計。在課程設計過程中，學生需要綜合運用結構計算分析軟件、工程制圖軟件，與老師討論和交流設計方案，分工完成具體計算、施工圖繪制，以及設計說明書的編寫等工作。課程設計環(huán)節(jié)不僅增強學生對于軟件的運用和規(guī)范的掌握，也加強了學生和老師之間、學生和學生之間的協(xié)調與合作，培養(yǎng)了學生的合作意識。

另外，建立與橋梁抗震抗風有關的教學實習基地，提供學生認識與實踐的機會。通過與橋梁設計、施工以及橋梁設備制造企業(yè)合作，建立橋梁抗震與抗風教學實習基地，使學生能夠更多地接觸到橋梁在設計、施工以及設備制造過程中與抗震和抗風有關的細節(jié)和實物，真正做到理論與實踐相結合。

五、結語

《橋梁抗震與抗風》是土木工程專業(yè)一門理論性很強，同時又緊密結合工程實踐的課程。在教學過程中存在理論較深、學生難學，以及學生理論與實踐聯(lián)系不足的問題。針對上述問題，筆者認為首先應該明確教學目標、把握教學重點，提高課堂教學和學生學習的效率;其次，通過增加案例式教學的運用，增強學生的感性認識、啟發(fā)學生主動思考，提高其分析和解決問題的能力;最后，建議增加課程設計環(huán)節(jié)，使學生在實踐中加深對理論知識的理解和掌握。

參考文獻：

[1]葉愛君，管仲國.橋梁抗震（第三版）[M].北京：人民交通出版社，2017.

[2]谷巖.橋梁抗風與抗震[M].天津：天津大學出版社，2014.

[3]張玥，周敉，任翔.案例教學法在橋梁抗震課程中的應用[J].價值工程，2017，36（07）：213-214.

[4]許福友，張麗娜.案例式教學方法在《橋梁抗風》課程中的應用[J].教育教學論壇，2015，（50）：152-153.