基于案例式教學(xué)的整體式簡支斜板橋受力分析與配筋教學(xué)改革

孟陽君 李 燦

(湖南文理學(xué)院 湖南常德 415000）

課程教學(xué)改革是學(xué)習(xí)方法和教學(xué)方法的改革，它改變了傳統(tǒng)的過分注重傳授知識的傾向，強(qiáng)調(diào)主動學(xué)習(xí)態(tài)度的形成，是傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法“被動性、依賴性、統(tǒng)一性、虛擬性、同一性”向現(xiàn)代學(xué)習(xí)方法“主動性、獨(dú)立性、獨(dú)特性、經(jīng)驗(yàn)性、問題性”轉(zhuǎn)變的過程。

當(dāng)前，新型橋梁結(jié)構(gòu)形式層出不窮，計(jì)算理論方法不斷更新，致使橋梁工程教學(xué)面臨很大挑戰(zhàn)。然而，無論多么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、高深的計(jì)算理論，以及橋梁工程教育教學(xué)改革均需橋梁工程的基礎(chǔ)理論為依托，強(qiáng)基固本是橋梁工程教學(xué)改革的基礎(chǔ)。

針對學(xué)生橋梁工程學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，下述結(jié)合某地具體的工程案例，詳細(xì)探討了現(xiàn)澆整體式簡支斜板橋受力分析與配筋教學(xué)改革。

一、案例式教學(xué)的過程及注意事項(xiàng)

案例式教學(xué)起源于“哈佛大學(xué)”的情景案例教學(xué)課[1]，之后迅速成為一種為全球培訓(xùn)業(yè)公認(rèn)為最行之有效的培訓(xùn)方式之一。

案例式教學(xué)，是一種開放式、互動式的新型教學(xué)方式，需要結(jié)合一定理論，通過各種信息、知識、經(jīng)驗(yàn)、觀點(diǎn)的碰撞來達(dá)到啟示理論和啟迪思維的目的。通常，案例式教學(xué)要經(jīng)過事先周密的策劃和準(zhǔn)備，使用特定的案例并指導(dǎo)學(xué)生提前閱讀，之后組織學(xué)生開展討論，互動交流，提出觀點(diǎn)。在案例式教學(xué)中，所使用的案例是基于一定的事實(shí)而編寫的故事，它用于課堂討論和分析之后會使學(xué)生有所收獲，從而提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

案例式教學(xué)能使學(xué)生形成合作與自主學(xué)習(xí)、研究與探索性學(xué)習(xí)的開放學(xué)習(xí)氛圍，使之成為教學(xué)活動的主體。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，案例式教學(xué)法具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]。

（一）案例式教學(xué)改革傳統(tǒng)教學(xué)觀念

傳統(tǒng)的教學(xué)方法注重教師和教材，從書本到書本，從概念到概念，注重把什么知識灌輸給學(xué)生，忽視了對學(xué)生學(xué)習(xí)潛力的開發(fā)，導(dǎo)致學(xué)生的理論與實(shí)踐脫節(jié)。案例式教學(xué)注重發(fā)揮學(xué)生的主體能動性，教學(xué)相長，引導(dǎo)學(xué)生通過分析、演繹并運(yùn)用案例，更好地解決實(shí)際問題。

（二）案例式教學(xué)利于提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力

相較于傳統(tǒng)的灌入式教學(xué)，案例式教學(xué)是一種動態(tài)的、開放的教學(xué)方法。案例式教學(xué)能讓學(xué)生置身于特定的情境，在有限的信息條件下，對復(fù)雜多變的情境作出獨(dú)立的判斷。在這個(gè)過程中，學(xué)生綜合運(yùn)用各種理論知識、經(jīng)驗(yàn)分析和解決問題的能力會得到很大的提高。

（三）案例式教學(xué)可以幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，掌握學(xué)習(xí)方法

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是用概念把現(xiàn)成的問題答案教給學(xué)生，并讓學(xué)生機(jī)械地背誦、記憶，按照標(biāo)準(zhǔn)答案回答問題。案例式教學(xué)則告訴學(xué)生答案不是唯一的，而是開放和發(fā)展的。在案例式教學(xué)中，教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，作出分析和判斷。通過個(gè)人或團(tuán)隊(duì)合作，積極尋求各種可能的答案，這樣反復(fù)練習(xí)，不斷積累，學(xué)生必將掌握自主學(xué)習(xí)的方法。

（四）案例式教學(xué)幫助學(xué)生學(xué)會交流和合作

案例式教學(xué)的過程通常要經(jīng)歷個(gè)體與群體思維的碰撞，產(chǎn)生靈感，找到最佳答案。在合作中相互溝通，在溝通中加強(qiáng)合作，教會學(xué)生溝通與交流，并學(xué)會尊重與關(guān)心他人，增強(qiáng)說服他人、傾聽他人的能力。

一般來說，案例式教學(xué)過程可以分為下述五個(gè)部分：問題導(dǎo)入、討論組織、觀點(diǎn)總結(jié)、集中點(diǎn)評和理論完善與提升五個(gè)階段，每個(gè)階段都有自己的側(cè)重點(diǎn)和注意點(diǎn)。

在運(yùn)用案例式教學(xué)法時(shí)，應(yīng)做好以下兩個(gè)方面的工作：

1.案例必須突出中心主題

采用案例式教學(xué)法時(shí)，案例的選取不能任意、隨機(jī)選取，而是要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象精心挑選和設(shè)計(jì)。所選案例既要突出中心主題，又要符合教學(xué)要求。一般來說，案例的選擇需要把握以下幾點(diǎn)要求：

案例要恰當(dāng)，能充分體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容；所選案例應(yīng)該生動而有吸引力；案例難度適中，易于學(xué)生理解；根據(jù)學(xué)生的知識水平，最好選擇與其學(xué)習(xí)、生活相關(guān)的案例。

2.教學(xué)方法得當(dāng)，準(zhǔn)確把握教學(xué)過程

案例式教學(xué)的過程本質(zhì)上就是用及時(shí)、恰當(dāng)?shù)膯栴}介紹案例，組織學(xué)生進(jìn)行討論、思考，最后由教師進(jìn)行點(diǎn)評和總結(jié)，最終完成教學(xué)目的的過程。在教學(xué)過程中，務(wù)必注意下述幾個(gè)要點(diǎn)：

案件問題要適度，要有目的；案例問題要有層次性，充分考慮學(xué)生的認(rèn)知順序；教師應(yīng)具備控制課堂過程和處理突發(fā)事件的能力；教師要有一定的組織、協(xié)調(diào)能力。

二、工程概況

某橋上部結(jié)構(gòu)采用1×6m現(xiàn)澆砼簡支實(shí)心板，斜交45度，橋梁寬度：4.5m（行車道）+2×0.5m（防撞護(hù)欄）。下部結(jié)構(gòu)采用一字橋臺，整板基礎(chǔ)；0#橋臺采用TST伸縮縫，1#橋臺采用橋面連續(xù)；采用混凝土防撞護(hù)欄；橋頭兩端設(shè)置5m搭板。設(shè)計(jì)荷載：公路—Ⅱ級。

三、整體式斜板橋受力分析與配筋教學(xué)與改革

整體式斜板橋結(jié)構(gòu)受力分析與配筋計(jì)算是橋梁工程教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。學(xué)生在理解斜板受力特點(diǎn)時(shí)，除了要把握斜板本身的受力特點(diǎn)，還需要和正交板的受力進(jìn)行對比，弄清兩者的異同點(diǎn)，這樣有助于學(xué)生更好地理解斜板的受力。

結(jié)合案例，首先提出問題“整體式簡支斜板橋受力特點(diǎn)”，組織學(xué)生開展討論、思考，調(diào)動學(xué)生的積極性。為了讓學(xué)生更好地理解問題并作答，特把正交板的受力特性給學(xué)生進(jìn)行復(fù)習(xí)，并回答部分學(xué)生提出的問題。根據(jù)學(xué)生回答情況，進(jìn)行歸納總結(jié)。

為了便于學(xué)生進(jìn)一步理解“整體式簡支斜板橋受力特點(diǎn)”，現(xiàn)將簡支正交板（直板）與斜板的受力特點(diǎn)列于表1，并逐一進(jìn)行講解。

表1 簡支正交板（直板）與斜板受力特點(diǎn)的異同[3][4][5]

學(xué)生在掌握斜板橋的受力特點(diǎn)之后，接下來講授斜板在各類荷載作用下的受力分析與計(jì)算。這部分內(nèi)容之中，特別是活載作用下的受力分析與計(jì)算，學(xué)生不易理解。為了加深理解，結(jié)合某1×6m現(xiàn)澆砼簡支實(shí)心板橋進(jìn)行講述。現(xiàn)將部分計(jì)算結(jié)果列于表2。

表2 某1×6m現(xiàn)澆砼簡支實(shí)心板橋內(nèi)力

表2中，永久作用內(nèi)力特別是自重內(nèi)力采用M1=k1ql2、M2=k2ql2計(jì)算，其中，M1為垂直于支承邊方向主彎矩，M2為平行于支承邊方向主彎矩，k1、k2分別為M1、M2方向的彎矩系數(shù)，根據(jù)計(jì)算位置和b/l查表確定。講授此處時(shí)，應(yīng)時(shí)對學(xué)生講明，其中l(wèi)為斜板的斜跨跨長?，F(xiàn)以某1×6m現(xiàn)澆砼簡支實(shí)心板橋?yàn)槔蹇缰醒?，b/l=5.5/(5.4/cos45°)=0.7202，斜交角φ=45°，查表k1=0.068、k2=-0.011，代入公式即可算得自重作用下的板跨中央彎矩，詳見表2理論計(jì)算結(jié)果一欄。

在弄懂結(jié)構(gòu)受力的基礎(chǔ)上，就可進(jìn)行斜板橋的配筋及計(jì)算分析的講授[6]。在講述配筋計(jì)算分析之時(shí)，首先需要講解簡支整體斜板橋的配筋計(jì)算公式（為了使學(xué)生產(chǎn)生興趣，便于理解，暫不講解公式的推導(dǎo)過程）。公式如下（式中M1'，M2'為鋼筋方向的彎矩）：

運(yùn)用公（1）時(shí)，首先需要講清各個(gè)符號的含義，特別兩個(gè)角度的定義（ψ、δ），此外，務(wù)必注意板頂、板底的配筋方向，當(dāng)為垂直布筋時(shí)，ψ=90°，此時(shí)式（1）可以進(jìn)一步化簡。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，化簡的任務(wù)留在課后讓學(xué)生自己完成，并對結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評。

配筋計(jì)算分析之后，就是構(gòu)造驗(yàn)算，包括混凝土保護(hù)層厚度，配筋率，鋼筋的間距及其連接等。針對整體斜板，特別是鈍角部位上下層鋼筋，應(yīng)嚴(yán)格按構(gòu)造要求驗(yàn)算，這塊是學(xué)生最易忽略的部分，應(yīng)該加強(qiáng)講解。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合構(gòu)造最終可得1×6m現(xiàn)澆砼簡支實(shí)心板配筋圖，限于篇幅詳圖省略。

經(jīng)過近幾年教學(xué)改革與探索，案例式教學(xué)法在橋梁工程教學(xué)中取得了良好的效果。學(xué)生積極主動，能將枯燥的力學(xué)分析與數(shù)學(xué)建模、橋梁實(shí)例進(jìn)行結(jié)合，逐步提高分析問題、解決問題的能力，同時(shí)，邏輯思維的辨別能力也得到了很大的提高，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中表現(xiàn)出積極主動性。通過案例式教學(xué)，學(xué)生反映他們的職業(yè)認(rèn)同感大大增強(qiáng)，極大地提高了專業(yè)興趣。

四、結(jié)束語

通過橋梁工程的案例式教學(xué)，針對如何改進(jìn)高校案例式教學(xué)做了深入探討，得出下述幾點(diǎn)建議，可供參考。

1.既要關(guān)注案例的選擇，更要注重案例的開發(fā)。當(dāng)前高校課程選擇的案例陳舊、簡單，無法反應(yīng)案例式教學(xué)的真諦。案例式教學(xué)的真諦應(yīng)是通過學(xué)生獨(dú)立思考、教學(xué)互動、討論或爭論，在共同參與的教學(xué)活動中相互交流、尋求共識，即便難于達(dá)成共識，也可借此開闊思路，在討論中獲得啟示。

2.案例式教學(xué)對課堂也有一定的要求，討論案例要求分組。案例式教學(xué)的課堂不宜過大，形狀宜為正方形或半圓，無臺階。學(xué)生不宜過多，30-40人為宜，采用隨機(jī)分組的方式，每組以6-8人為宜，并且注意男女比例；組長在小組內(nèi)民主選舉產(chǎn)生，小組討論由組長協(xié)調(diào)組織，充分發(fā)揮各討論小組的積極性，討論結(jié)束后，應(yīng)安排各小組及時(shí)展示或匯報(bào)小組討論情況，并作簡要評論。

3.參與案例式教學(xué)的教師要有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。把這一理念落到實(shí)處，不僅是一個(gè)漸進(jìn)的過程，更是一個(gè)采取措施提高實(shí)踐工作者教學(xué)質(zhì)量和技能的問題。然而，實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)豐富的同志往往缺少教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，面對教學(xué)目標(biāo)、如何聚焦教學(xué)主題、組織教學(xué)活動等問題，則存在明顯不足。

4.案例式教學(xué)對象應(yīng)為具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生。同時(shí)要注意所選案例內(nèi)容與學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性。同時(shí)，盡量結(jié)合多種背景的學(xué)生，為案例討論中不同經(jīng)驗(yàn)、信息、知識、觀點(diǎn)的交流互動奠定基礎(chǔ)。

5.案例式教學(xué)更需注重團(tuán)隊(duì)合作。案例式教學(xué)是一種團(tuán)隊(duì)活動，教師在很大程度上是某種意義上的策劃者和訓(xùn)練師，發(fā)揮專職教師的作用是必不可少的，但團(tuán)隊(duì)合作對提高案例式教學(xué)效果的作用更為突出，必不可少。