基于案例式教學的整體式簡支斜板橋受力分析與配筋教學改革

孟陽君 李 燦

(湖南文理學院 湖南常德 415000）

課程教學改革是學習方法和教學方法的改革，它改變了傳統(tǒng)的過分注重傳授知識的傾向，強調(diào)主動學習態(tài)度的形成，是傳統(tǒng)學習方法“被動性、依賴性、統(tǒng)一性、虛擬性、同一性”向現(xiàn)代學習方法“主動性、獨立性、獨特性、經(jīng)驗性、問題性”轉變的過程。

當前，新型橋梁結構形式層出不窮，計算理論方法不斷更新，致使橋梁工程教學面臨很大挑戰(zhàn)。然而，無論多么復雜的結構、高深的計算理論，以及橋梁工程教育教學改革均需橋梁工程的基礎理論為依托，強基固本是橋梁工程教學改革的基礎。

針對學生橋梁工程學習的難點，下述結合某地具體的工程案例，詳細探討了現(xiàn)澆整體式簡支斜板橋受力分析與配筋教學改革。

一、案例式教學的過程及注意事項

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

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

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

（一）案例式教學改革傳統(tǒng)教學觀念

傳統(tǒng)的教學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生，忽視了對學生學習潛力的開發(fā)，導致學生的理論與實踐脫節(jié)。案例式教學注重發(fā)揮學生的主體能動性，教學相長，引導學生通過分析、演繹并運用案例，更好地解決實際問題。

（二）案例式教學利于提高學生分析和解決實際問題的能力

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

（三）案例式教學可以幫助學生學會學習，掌握學習方法

傳統(tǒng)的教學方法是用概念把現(xiàn)成的問題答案教給學生，并讓學生機械地背誦、記憶，按照標準答案回答問題。案例式教學則告訴學生答案不是唯一的，而是開放和發(fā)展的。在案例式教學中，教師有意識地引導學生查閱資料，作出分析和判斷。通過個人或團隊合作，積極尋求各種可能的答案，這樣反復練習，不斷積累，學生必將掌握自主學習的方法。

（四）案例式教學幫助學生學會交流和合作

案例式教學的過程通常要經(jīng)歷個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，在溝通中加強合作，教會學生溝通與交流，并學會尊重與關心他人，增強說服他人、傾聽他人的能力。

一般來說，案例式教學過程可以分為下述五個部分：問題導入、討論組織、觀點總結、集中點評和理論完善與提升五個階段，每個階段都有自己的側重點和注意點。

在運用案例式教學法時，應做好以下兩個方面的工作：

1.案例必須突出中心主題

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

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

2.教學方法得當，準確把握教學過程

案例式教學的過程本質(zhì)上就是用及時、恰當?shù)膯栴}介紹案例，組織學生進行討論、思考，最后由教師進行點評和總結，最終完成教學目的的過程。在教學過程中，務必注意下述幾個要點：

案件問題要適度，要有目的；案例問題要有層次性，充分考慮學生的認知順序；教師應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

某橋上部結構采用1×6m現(xiàn)澆砼簡支實心板，斜交45度，橋梁寬度：4.5m（行車道）+2×0.5m（防撞護欄）。下部結構采用一字橋臺，整板基礎；0#橋臺采用TST伸縮縫，1#橋臺采用橋面連續(xù)；采用混凝土防撞護欄；橋頭兩端設置5m搭板。設計荷載：公路—Ⅱ級。

三、整體式斜板橋受力分析與配筋教學與改革

整體式斜板橋結構受力分析與配筋計算是橋梁工程教學的一個重點，也是一個難點。學生在理解斜板受力特點時，除了要把握斜板本身的受力特點，還需要和正交板的受力進行對比，弄清兩者的異同點，這樣有助于學生更好地理解斜板的受力。

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

為了便于學生進一步理解“整體式簡支斜板橋受力特點”，現(xiàn)將簡支正交板（直板）與斜板的受力特點列于表1，并逐一進行講解。

表1 簡支正交板（直板）與斜板受力特點的異同[3][4][5]

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

表2 某1×6m現(xiàn)澆砼簡支實心板橋內(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)計算位置和b/l查表確定。講授此處時，應時對學生講明，其中l(wèi)為斜板的斜跨跨長?，F(xiàn)以某1×6m現(xiàn)澆砼簡支實心板橋為例，板跨中央，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理論計算結果一欄。

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

運用公（1）時，首先需要講清各個符號的含義，特別兩個角度的定義（ψ、δ），此外，務必注意板頂、板底的配筋方向，當為垂直布筋時，ψ=90°，此時式（1）可以進一步化簡。為了提高學生學習的興趣，化簡的任務留在課后讓學生自己完成，并對結果進行點評。

配筋計算分析之后，就是構造驗算，包括混凝土保護層厚度，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，應嚴格按構造要求驗算，這塊是學生最易忽略的部分，應該加強講解。

根據(jù)計算結果，結合構造最終可得1×6m現(xiàn)澆砼簡支實心板配筋圖，限于篇幅詳圖省略。

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

四、結束語

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

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

2.案例式教學對課堂也有一定的要求，討論案例要求分組。案例式教學的課堂不宜過大，形狀宜為正方形或半圓，無臺階。學生不宜過多，30-40人為宜，采用隨機分組的方式，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，討論結束后，應安排各小組及時展示或匯報小組討論情況，并作簡要評論。

3.參與案例式教學的教師要有實際工作經(jīng)驗。把這一理念落到實處，不僅是一個漸進的過程，更是一個采取措施提高實踐工作者教學質(zhì)量和技能的問題。然而，實際工作經(jīng)驗豐富的同志往往缺少教學經(jīng)驗，面對教學目標、如何聚焦教學主題、組織教學活動等問題，則存在明顯不足。

4.案例式教學對象應為具有實踐經(jīng)驗的學生。同時要注意所選案例內(nèi)容與學生實踐經(jīng)驗的關聯(lián)性。同時，盡量結合多種背景的學生，為案例討論中不同經(jīng)驗、信息、知識、觀點的交流互動奠定基礎。

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