案例式教学方法在《桥梁抗风》课程中的应用

许福友 张丽娜

摘要：国内有多所高校为桥梁工程专业研究生开设《桥梁抗风》课程。由于该课理论较难，传统教学方法效果不甚理想。笔者结合亲身经验和体会，以其亲自参与过的四座大跨度桥梁抗风研究报告作为蓝本，设计制作四种大跨桥型的抗风教学案例。另外，将国际上最著名的抗风专家的经历及其学术贡献也做成案例。在大连理工大学，尝试将这些案例引入到《桥梁抗风》课程的课堂教学。实践结果表明，案例教学方法更能激发学生的学习兴趣，调动其学习积极性，提高了课堂效率，取得了较好的教学效果。

关键词：桥梁抗风；传统教学；案例式教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）50-0152-02

一、《桥梁抗风》课程开设的必要性

近年来，桥梁向着大跨轻柔方向发展。目前，世界上已建成的最大跨径拱桥为主跨达552m重庆朝天門大桥，俄罗斯岛大桥作为目前世界上跨度最大斜拉桥，其主跨已达到1104m，日本明石海峡悬索桥主跨为1991m。世界跨度最大的10座拱桥、斜拉桥和悬索桥，分别有7、7、6座建在中国，而且都是近20年内建成的。而风荷载又是很多大跨径桥梁的设计控制荷载。因此，大跨桥梁抗风设计的重要性不言而喻。

21世纪经济和技术竞争更为激烈，在这个时代我们要在国际上有竞争力，最需要有一支高度创新素质的人才队伍，因此必须注重研究生的培养和教育。为了使桥梁工程专业研究生了解桥梁工程抗风设计相关专业知识，提高竞争力，胜任今后的工作，为国家培养桥梁专业的全面人才，开设《桥梁抗风》这门课程非常必要。目前国内已有多所高校桥梁工程专业为研究生开设了《桥梁抗风》课程，如：同济大学、西南交通大学、湖南大学、大连理工大学等。

二、《桥梁抗风》传统教学存在的问题

目前，《桥梁抗风》课程在多所高校主要采用传统教学授课方式。传统教学方式通常有其固定的模式：课前，教师根据教材和教学大纲，确定教学目标和方法，设计一系列相关的问题。课堂上，教师循序渐进地不断讲授教学内容、提问相关问题来吸引学生的注意力，调动学生的积极性。课后，教师通常会留一些与课程相关的问题让学生自己理解和学习。然而，桥梁抗风课程涉及面较广，如数学、流体力学、结构动力学、空气动力学、风洞试验技术、计算流体动力学等，理论比较深奥，接受较难。教学课时一般在24～32之间。传统教学方式主要以教师讲授为主，教师是中心，学生只是被动接受，课堂气氛可能比较沉闷、压抑，很多内容学生不容易理解和接受，不能很好地激发学生学习的兴趣。这种“填鸭式”的传统教学方式，忽视了学生的主体作用及学生在学习过程中的主动学习[1]。具体而言，传统教学方式主要存在以下几个方面的问题：（1）以教材和教师为中心，以“讲”代“学”忽视了学生在教学中的主体地位；（2）注重理论知识传授，轻实践技能培训；（3）教学方法单一，直观性较低，形象化差[2]。

三、案例式教学方法的优点

所谓“案例式教学”，就是在精心提炼主要教学要义和旨归的基础上，课堂教学时以专题为单位设计教师讲授内容，并综合运用多媒体等多种教学方法和手段，尤其是与案例教学法融合的教学模式。案例式教学主要是以对案例的讲解和分析为主线，设置相关教学问题，以此来激发学生的兴趣和求知欲，调动学生的积极性，使学生真正参与到教学活动中来。具体而言，这种教学模式具有以下几个优点：（1）目的明确，打破传统编教材的章节体系，立足于实际问题。（2）注重教师讲授和学生参与双向互动的问题域的拓宽、问题情景的建构等教学设计。（3）摒弃过去“一言堂”完全灌输式的教法，综合运用案例教学、多媒体课件和专题式教学，形成立体的、多方位的教学动态体系和整体化解决方案[3]。

案例教学方式现已被成功地运用到世界各国大学的法学、医学、工商管理教育等学科，并取得了显著的成果[4]。桥梁工程专业作为实践性很强的专业，将理论知识与工程实践相结合至关重要。工程案例来源于工程实践，促进了理论知识的理解，避免了单纯的理论教学的短板，凸显了专业的实践性，非常有必要在桥梁程专业中实施案例教学。对于《桥梁抗风课程》，为了提高课堂上学生的积极性，使课堂变得生动活泼，培养学生自主学习和创新的能力，提高授课效率，将那些比较经典大跨桥型的抗风工程实例与基本知识相结合，应用到课堂教学具有较好效果。案例式教学并非将所有的知识点都通过案例来讲解，在讲案例之前也需要介绍一些基本理论和概念。注重教师讲授和学生参与双向互动问题域的拓宽、发散性思维的诱导、问题情景的建构等教学设计，力避从理论到理论。

四、案例教学法在《桥梁抗风》课程中的实践

2014年，大连理工大学尝试了将案例式教学法应用于研究生《桥梁抗风》课程，该课程学时为24，其中案例教学14课时，传统课堂授课8课时，风洞实验室参观、试验教学、风洞仪器设备介绍2课时。

对于案例的选取，第一个案例即为旧塔科马的风毁事故。

首先对该桥的相关背景进行介绍，让人不可思议的是，主跨800多米的悬索桥在建成只有几个月，在不到20m/s风速下就发生了完全倒塌事故。然后，在讲解过程中，配以真实风毁照片和录像，形象直观，身临其境，具有很强的视觉冲击和心理震撼力。最后交代相关的研究结论及仍然存在的问题，并指出那种大幅振动的确切机理直到目前都没有得到很好的揭示。学生的好奇心和兴趣也会调动起来。在介绍该桥风毁过程中，会涉及到一些概念，如风级、振动模态、涡激振动、颤振、颤振后状态、大幅非线性振动、振动控制、设计风速、气动外形、风洞试验、现场实测、数值模拟、机理解释等概念，了解了历史上国内外比较著名的风工程专家，风工程研究中心。学生听起来也没有那么抽象和晦涩。学生还会问很多的问题，由此学到了很多知识。看似一个非常简单的例子，也不涉及复杂的计算分析理论，但可以起到“引人入胜”的效果。兴趣是最好的老师，让学生对这门课不排斥，不是被动地去学，2个课时很快就会愉快地过去了。旧塔科马桥的风毁开启了现代桥梁抗风研究的新纪元，自此以后，桥梁风工程发展迅速，并取得了一系列的研究成果。

常见的大跨桥梁主要有四种类型：连续梁桥（连续刚构）、斜拉桥、悬索桥、拱桥。这些大跨度桥型更需要进行抗风研究。授课教师结合教学要点，针对每种桥型分别选取一座桥的抗风作为案例进行讲解，分别是苏通长江大桥辅桥、苏通长江大桥、大连星海湾跨海大桥、大连市普湾新区16号路跨海大桥。这四座桥都由授课教师亲自负责或参与完成桥梁抗风研究工作，对内容非常熟悉，而且也相对更有感情。这样可以设计制作四个案例，每种案例的讲解重点和传达的知识要点有所不同，所占课时也不盡相同，总计10个课时。

每个桥型案例基本都涉及到的内容和问题包括：（1）桥梁简介，包括桥名、桥型、桥跨、桥位等；（2）基本风速、设计基准风速、阵风风速、颤振检验风速等；（3）结构有限元分析，包括建模方法、模态分析、等效质量计算等；（4）模型设计制作，节段模型、气弹模型设计方法、原则、加工制作、调试等；（5）风洞试验，包括风场模拟方法、常用仪器设备、测力、测压、测速、测振，静三分力试验、颤振导数试验、涡振试验、抖振试验、颤振试验、驰振试验等；（6）数值模拟方法，数值建模、计算分析；（7）理论分析，静风、颤振、驰振、抖振、涡振、时域方法、频域方法；（8）振动控制方法，气动措施、机械措施、结构措施。另外还涉及到斜拉索风雨振问题，风洞试验、数值模拟、理论分析、现场实测。成桥状态和施工状态关注点可能有所不同，不同桥型验算的抗风内容也有或多或少的差异。桥塔、拱肋、主缆、吊杆的抗风问题。以上所有内容有的在基本理论已经讲授，有的在案例中重点讲解。但都是实际桥梁抗风中遇到的问题，并给出实际是如何解决的，不抽象、接地气。通过讲解这四座大跨桥梁的抗风实例，一方面激发了学生学习的兴趣，另一方面学生更容易接受，提高了课堂效率。在学习中学生不仅学到了桥梁抗风的基本知识和理论，而且了解了实际桥梁抗风研究的具体过程和涉及的内容，做到理论与实际相结合。

最后案例就是风工程研究的最著名的专家，加拿大Davenport教授和美国Scanlan教授的生平事迹和学术贡献，2课时。主要内容包括：个人简介、发表的主要论文、主要研究领域、学术贡献、人格魅力、逸事、研究思想、榜样力量、成功要素、奋斗经历。主要目的是让学生了解两位大师的成才之路、发展轨迹，起到开阔思路、带动鞭策的作用，而且在介绍过程中，会涉及到大量的专业词汇的理解和研究方法。

五、结语

为了提高教学效率，保证教学质量，教师应根据所教授的课程的特点，选取适当的教学方式。《桥梁抗风》课程由于理论较难，使用传统教学方法学生难以理解，接受效果不好。大连理工大学在《桥梁抗风》课程教学中打破传统教材的章节体系，结合实际问题，综合运用多种能够激发学生兴趣的案例进行教学，取得了较好的实践效果，可以为兄弟院校课程教学提供参考借鉴作用。

参考文献：

[1]徐冰.关于传统教学方式的一点思考[J].陶瓷研究与职业教育，2009，（12）：58-59.

[2]刘慧娟.传统教学的弊端与学生主体参与教学的优势[J].漯河职业技术学院学报，2010，（9）：123-124.

[3]杨惠民，洪晓楠.“马克思主义基本原理概论”课案例式专题教学教师用书[M].中国人民大学出版社，2008.

[4]杨光富，张宏菊.案例教学：从哈佛走向世界—案例教学发展历史研究[J].外国中小学教育，2008，（6）：1-5.