《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》英文版教材建設(shè)及教學(xué)實踐

徐棟 賈麗君 徐晨

摘? 要：高等橋梁結(jié)構(gòu)理論課程一直是橋梁工程專業(yè)研究生的必修課程，也是針對留學(xué)生開放的專業(yè)課程。從2017—2018學(xué)年第一學(xué)期開始全英文授課，面向國際學(xué)生以及選擇英文學(xué)習(xí)的國內(nèi)學(xué)生。高等橋梁結(jié)構(gòu)理論的英文版教材Advanced Theory of Bridge Structures是在中文版基礎(chǔ)上內(nèi)容適當(dāng)取舍，主干內(nèi)容不變，并結(jié)合教學(xué)課時和教學(xué)實踐編寫的全英文教材。該文首先介紹原中文版課程及教材背景，重點對英文版教材的編寫思路、目錄編排、選材內(nèi)容特點等進(jìn)行較為詳細(xì)的敘述。同時，經(jīng)過幾年的英文版教學(xué)實踐，該文也介紹英文版教學(xué)在課程建設(shè)和學(xué)生能力提升等方面的進(jìn)展情況。

關(guān)鍵詞：全英文教學(xué)；高等橋梁結(jié)構(gòu)理論；教材建設(shè)；研究生課程；教學(xué)實踐

中圖分類號：G643.2? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）17-0058-05

Abstract： The course Advanced Theory of Bridge Structures has always been a compulsory course for graduate students majoring in bridge engineering and is also a specialized course open to international students. Starting from the first semester of the 2017—2018 academic year， the course has been taught entirely in English， targeting both international students and domestic students who choose to study in English. The English version of the textbook for Advanced Theory of Bridge Structures， is based on the Chinese version with appropriate adjustments to its content while maintaining the core material. It was developed as a fully English-language textbook in conjunction with teaching hours and practical teaching experiences. This paper begins by introducing the background of the original Chinese version of the course and textbook， with a focus on providing a detailed description of the thought process behind the development， organization of the table of contents， and the distinctive features of the selected materials for the English version. Additionally， after several years of English-language teaching practice， this paper also discusses the progress of the English version in terms of course development and enhancement of student capabilities.

Keywords： English teaching; Advanced Theory of Bridge Structures; textbooks construction; graduate courses; teaching practice

近些年來，我國經(jīng)濟建設(shè)高速發(fā)展，政治影響力持續(xù)提升。隨著“一帶一路”倡議的開展，大量留學(xué)生進(jìn)入我國高等學(xué)校留學(xué)學(xué)習(xí)。土木工程是同濟大學(xué)傳統(tǒng)優(yōu)勢學(xué)科之一，中國橋梁也是我國對外宣傳新名片，來橋梁系攻讀碩士和博士研究生的留學(xué)生逐年增多。

高等橋梁結(jié)構(gòu)理論課程一直是橋梁工程專業(yè)研究生的必修課程，也是針對留學(xué)生開放的專業(yè)課程。從2017—2018學(xué)年第一學(xué)期開始全英文授課，面向國際學(xué)生以及選擇英文學(xué)習(xí)的國內(nèi)學(xué)生。近年來隨著教材國際化戰(zhàn)略的不斷實施，特別是隨著國家“一帶一路”倡議的推進(jìn)，來自國外特別是“一帶一路”地區(qū)的留學(xué)生越來越多，但尚無對應(yīng)《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》中文版的英文教材，給英文教育帶來一定的困難。同時，由于本科教學(xué)體系與國外不盡相同，所以不能完全翻譯中文版教材，需要建設(shè)一本與國外教學(xué)相適應(yīng)的教材。此外，近年來在土木工程研究生教育教學(xué)方面的教材改革研究上國內(nèi)也有不少學(xué)者作出了一定的工作[1-10]，遺憾的是尚無對相關(guān)英文教材改革方面的工作開展。

在這個背景下，筆者作為目前正執(zhí)教該課程的任課老師，負(fù)責(zé)編寫《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》英文版教材Advanced Theory of Bridge Structures，該書已于2023—2024學(xué)年第一學(xué)期正式采用。本文將對英文版教材的編寫思路、內(nèi)容編排以及課程教學(xué)改革等方面進(jìn)行探討，介紹筆者在此方面開展的一些工作。

一? 原中文版課程及教材背景

高等橋梁結(jié)構(gòu)理論是在20世紀(jì)80年代初為橋梁工程專業(yè)碩士研究生開設(shè)的專業(yè)課。課程目的是在橋梁專業(yè)本科橋梁工程的基礎(chǔ)上對內(nèi)容進(jìn)行深化，著重介紹橋梁設(shè)計公式和規(guī)范條文的理論依據(jù)，系統(tǒng)、全面講授橋梁各主要靜力研究方向的基礎(chǔ)知識，使研究生能夠從原理上和問題的本質(zhì)上去認(rèn)識橋梁結(jié)構(gòu)的受力性能，利于培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展，為從事研究工作打下理論基礎(chǔ)，并掌握基本的研究方法。該課程內(nèi)容包括四部分：橋梁空間分析理論、鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁計算理論、鋼橋和結(jié)合梁橋的計算理論及大跨度橋梁的計算理論。內(nèi)容涵蓋目前橋梁工程靜力特性研究的各主要方向，體現(xiàn)了各方向的最新研究成果，有利于各研究方向研究生系統(tǒng)掌握橋梁結(jié)構(gòu)分析理論，為后續(xù)研究打下良好基礎(chǔ)。

橋梁與隧道工程專業(yè)研究生課程體系由學(xué)位課和非學(xué)位課組成，學(xué)位課又分為公共課與專業(yè)課。高等橋梁結(jié)構(gòu)理論是目前橋梁與隧道工程專業(yè)最重要的專業(yè)學(xué)位課程，所有研究生在碩士階段或博士階段必修。同時，該課程的教師隊伍強大，講授課程的教授均為各主要研究方向的領(lǐng)軍人，保證了講授內(nèi)容的權(quán)威性、先進(jìn)性。

課程最早由同濟大學(xué)橋梁系肖振群、張士鐸和范立礎(chǔ)教授講授，分別承擔(dān)空間分析理論、鋼筋混凝土橋梁和預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁計算理論、鋼橋計算理論三大部分內(nèi)容的教學(xué)工作。1984年肖振群教授去世后由項海帆教授接下鋼橋計算理論部分，并根據(jù)當(dāng)時斜拉橋的發(fā)展形勢增加了包括幾何非線性、橋梁穩(wěn)定等內(nèi)容的大跨度橋梁計算理論。1990年后，陳忠延教授和杜國華研究員經(jīng)常代替工作日漸繁忙的項海帆和范立礎(chǔ)教授分擔(dān)有關(guān)部分的教學(xué)工作。其后，授課教師幾經(jīng)變化，包括肖汝誠、陳艾榮、李國平、吳定俊和袁萬城等教授，目前由徐棟教授、賈麗君副教授、徐晨副教授共同講授。

2001年，項海帆教授組織該課程的主講教師總結(jié)教學(xué)內(nèi)容，編寫了教材《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》（第一版），由人民交通出版社正式出版，并被列入“面向21世紀(jì)交通版高等學(xué)校教材”。2013年，為適應(yīng)橋梁計算分析理論和軟件的不斷向前發(fā)展，以及更具有空間受力特征的橋梁的不斷增加，項海帆教授組織主講教師修編了《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》（第二版），并由人民交通出版社出版。2021年10月，國家教材委員會發(fā)布了關(guān)于首屆全國教材建設(shè)獎獎勵的決定，《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》（第二版）榮獲全國優(yōu)秀教材一等獎。教材特點是具有很強的綜合性、前沿性、完整性，重點強調(diào)基礎(chǔ)理論，是國內(nèi)外不多見的研究生教材。

二? 英文版教材建設(shè)特點

（一）? 編寫思路

《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》（第二版）中文版教材共有5篇19章內(nèi)容，章節(jié)劃分主要按材料和橋梁跨徑見表1。英文版教材Advanced Theory of Bridge Structures的編寫思路有所改變。因為中文原教材體量博大，考慮到英文語言特點以及國外留學(xué)生的實際橋梁專業(yè)基礎(chǔ)，選材內(nèi)容及章節(jié)目錄并沒有與中文版一一對應(yīng)。主要表現(xiàn)如下。

1? 專注于理論基礎(chǔ)，放棄了與實際橋梁工程經(jīng)驗相關(guān)的內(nèi)容

中文版第4章“空間異型橋梁結(jié)構(gòu)分析”的結(jié)構(gòu)理論及主要分析手段與常規(guī)橋梁差別不大，主要是結(jié)構(gòu)特征不同，且需要一定的理論基礎(chǔ)，對于沒有實際橋梁經(jīng)驗的學(xué)生較難掌握，所以沒有放在英文教材里面。

中文版第5篇“橋梁施工控制理論”，包括第17章“現(xiàn)代橋梁的施工控制”和第18章“各類橋梁的施工控制”，同樣需要實際橋梁的工程經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)分析理論和方法基本相同，所以也沒有放在英文教材里面。

2? 重新編排、合并了關(guān)于箱梁結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容，納入了近年來理論體系的新發(fā)展

中文版第2章“薄壁箱梁彎曲、扭轉(zhuǎn)、畸變分析”、第7章“混凝土橋梁空間系效應(yīng)的實用精細(xì)化分析”都是關(guān)于箱梁結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容，前者著重于經(jīng)典理論，后者著重于橋梁分析手段的發(fā)展，更具有實用性。所以，英文教材將這兩章編排為連續(xù)的兩章。

中文版第3章“斜梁橋與曲線梁橋分析”中的曲線梁橋部分是上述箱梁分析的實際橋梁應(yīng)用，所以英文教材將曲線梁橋分析作為最后一節(jié)并入實用精細(xì)化分析的那一章。

圖1所示的完整空間應(yīng)力指標(biāo)體系是箱梁精細(xì)化分析的最新發(fā)展，也是箱梁精細(xì)化分析的最終落腳點。

在我國，混凝土橋梁量大面廣，舊橋比例更大，混凝土舊橋的評估、維修和加固將是橋梁建設(shè)的最重要環(huán)節(jié)之一。圖1所示的箱梁完整應(yīng)力體系也將發(fā)揮重要的作用。

3? 混凝土橋梁徐變收縮和溫度效應(yīng)分析采用了推導(dǎo)過程更為清晰的版本

中文版第5章“混凝土橋梁徐變、收縮及溫度效應(yīng)分析”所參考文獻(xiàn)中的寫法比較跳躍，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握，英文教材選用了邏輯性更強的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，每一步的推導(dǎo)過程明確，符號及公式更為簡潔明了。

對于混凝土徐變的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系引入了“徐變應(yīng)力”和“徐變應(yīng)變”概念，從而建立更為簡潔的兩者關(guān)系

εs（t）=φ（t，τ0）+[1+φ（t，τ）]dτ。（1）

在此基礎(chǔ)上詳細(xì)推導(dǎo)Dischinger微分方程方法和Trost-Bazant代數(shù)方程方法，從而建立物理意義明確的相應(yīng)化簡形式。

Dischinger微分方程方法

dεs（t）=dφ（t）+=dφ（t）+。（2）

Trost-Bazant代數(shù)方程方法

εs（t）=φ（t，τ0）+。（3）

變換的徐變應(yīng)力與初應(yīng)變關(guān)系

σs（t）=Eφ[εs（t）-φ（t，τ0）]。? ? ?（4）

從這些基本公式出發(fā)，以力法和位移法兩種方法對徐變問題做了解答，推導(dǎo)了徐變問題求解的求解超靜定結(jié)構(gòu)徐變贅余力的力法基本方程，以及桿端力和桿端位移的位移法基本方程。在此基礎(chǔ)上重新補充了位移法求解徐變問題的例題。

（二）? 英文教材目錄編排

與原中文版教材相比，本次英文版教材在目錄編排上進(jìn)行了調(diào)整，主要涉及對原教材小章節(jié)的合并重組，同時根據(jù)目前的教學(xué)順序安排對章節(jié)順序進(jìn)行調(diào)整，英文版教材目錄編排見表2。

三? 英文版教學(xué)實踐

（一）? 課程建設(shè)

在英文版教材的編寫過程中，英文版的課程講義和PPT課件建設(shè)也在同步進(jìn)行。截至2023年10月，累計完成了近1 000張PPT課件的制作。這些課件一方面可為英文授課提供便利，同時也有助于留學(xué)生和本國學(xué)生更好地理解授課內(nèi)容，提升英文授課的教學(xué)效果和質(zhì)量。

在英文教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，留學(xué)生和中國籍學(xué)生的英文水平存在差異。為了能夠增強學(xué)生在現(xiàn)場聽課過程中對授課內(nèi)容和關(guān)鍵知識點的理解力、提升學(xué)習(xí)的主動性和積極性，教學(xué)中設(shè)置了4次英文翻轉(zhuǎn)課堂和1次英文文獻(xiàn)的調(diào)研講座。這些活動要求每一位學(xué)生要制作相應(yīng)的課件，并用英語進(jìn)行發(fā)表。在這個過程中，學(xué)生要動手、動口、動腦，用英文思維來進(jìn)行學(xué)習(xí)，教學(xué)效果得到了明顯提升。

在實施英文翻轉(zhuǎn)課堂和英文文獻(xiàn)調(diào)研講座的基礎(chǔ)上，在教學(xué)過程中，還設(shè)置了英文版的課堂大作業(yè)，共有3個。這些作業(yè)要求學(xué)生們靈活應(yīng)用課堂中所學(xué)知識，并使用英語來完成作業(yè)?？紤]到本課程所面向的對象為在讀碩士和博士研究生，作業(yè)中還會設(shè)置一些半開放性的題目，引導(dǎo)學(xué)生通過英文文獻(xiàn)調(diào)研和自學(xué)來進(jìn)行一些探索和總結(jié)。

2019—2022年，受到新冠感染疫情的影響，線下授課被迫暫停。為了保證教學(xué)質(zhì)量，本課程在線上授課的同時，還進(jìn)行了中、英文課程教學(xué)視頻的錄制和整理工作，提煉出關(guān)鍵知識點，方便課后同學(xué)們反復(fù)觀看，加深理解。

（二）? 學(xué)生專業(yè)能力提升

高等橋梁結(jié)構(gòu)理論課程作為工程類專業(yè)中的重要學(xué)科，對學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和工程計算能力有著關(guān)鍵性的影響。在教學(xué)過程中，我們堅持將理論與實踐相結(jié)合，通過布置實際大型橋梁的模擬計算作業(yè)，將理論知識與實際橋梁工程案例相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這種理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方法，幫助學(xué)生將抽象的理論知識與實際問題相連接，增強學(xué)習(xí)的實效性。布置的作業(yè)要求學(xué)生結(jié)合課程所學(xué)知識，運用專業(yè)軟件和工程計算方法進(jìn)行綜合性計算。學(xué)生需要在理論指導(dǎo)下，從零開始完成一個真實橋梁項目的計算，這不僅提高了學(xué)生的計算能力，還培養(yǎng)了他們解決實際工程問題的能力。

在學(xué)生完成實際橋梁模擬計算作業(yè)的過程中，我們積極提供個性化的輔導(dǎo)與指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生在遇到問題時主動尋求幫助，并及時進(jìn)行答疑與指導(dǎo)。此外，我們建立了反饋機制，及時對學(xué)生提交的作業(yè)進(jìn)行評閱和點評，指出學(xué)生在計算過程中存在的問題和改進(jìn)的方向。通過這種反饋機制，激勵學(xué)生不斷完善自己的計算技能，提高工程實踐能力。同時，教學(xué)實踐總結(jié)與改進(jìn)是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，我們鼓勵學(xué)生對現(xiàn)有高等橋梁結(jié)構(gòu)理論課程教學(xué)模式提出自己的見解，得到了許多學(xué)生的認(rèn)真回應(yīng)，見表3。根據(jù)學(xué)生的反饋，期待探索更有效的教學(xué)方法，提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)優(yōu)秀的工程人才。

四? 結(jié)束語

《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》的英文版教材Advanced Theory of Bridge Structures是在中文版基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)容適當(dāng)取舍，主干內(nèi)容不變，并結(jié)合教學(xué)課時和教學(xué)實踐編寫的全英文教材。

目前，該課程在每學(xué)年第一學(xué)期（秋季）開設(shè)英文班，在每學(xué)年第二學(xué)期（春季）開設(shè)中文平行班。英文班和中文班均由徐棟教授、賈麗君副教授、徐晨副教授共同講授，面向橋梁與隧道工程專業(yè)的博士研究生和碩士研究生開設(shè)。

《高等橋梁結(jié)構(gòu)理論》的英文版講義已經(jīng)在前幾個學(xué)期試用，并且將本書初稿的部分章節(jié)發(fā)給學(xué)生，在學(xué)生中獲得良好的反響。英文講義、課件，翻轉(zhuǎn)課堂、文獻(xiàn)調(diào)研、英文大作業(yè)和課程視頻等方法在英文的教學(xué)實踐中起到了很好的作用，教學(xué)效果得到了顯著提升，選擇英文班的同學(xué)逐年增加。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金“網(wǎng)格配筋混凝土結(jié)構(gòu)抗剪機理研究”（51178335）；2021年同濟大學(xué)研究生教育研究與改革建設(shè)項目“Advanced Theory of Bridge Structures”（2021JC05）

第一作者簡介：徐棟（1966-），男，漢族，上海人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向為混凝土橋梁設(shè)計理論。