土木工程专业本科课程《桥梁抗震与抗风》教学方法探讨
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作者:刘福寿 董峰辉
摘要：《桥梁抗震与抗风》是土木工程专业一门理论性很强同时又紧密结合工程实践的课程。作者结合自身的教学工作，通过教学目标、教学现状、教学方法改进等方面对本课程的教学方法进行探讨，以进一步提升本课程的教学质量。
关键词：桥梁抗震与抗风;教学方法;案例教学;实践环节;课程设计
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）41-0188-02
一、引言
随着我国综合国力和经济实力的提升，我国在基础设施建设方面取得了飞速的发展。桥梁结构作为交通基础设施中的枢纽工程，在发展经济和保证人民生命财产安全中起到至关重要的作用。然而，近年来地震与风灾导致的桥梁结构破坏时有发生，2008年汶川大地震造成了重大的人员伤亡和经济损失，桥梁的安全直接关系到整个交通生命线的畅通与否，进而直接影响抗震救灾和灾后重建工作的大局[1]，2018年即将通车的港珠澳大桥就经受了17级台风“山竹”的考验。因此，对于现代的桥梁设计师和工程师而言，掌握一定的桥梁抗震与抗风设计的理念和方法十分必要。
《橋梁抗震与抗风》课程是培养桥梁设计师的一门必修课程，本课程的学习对学生今后从事桥梁结构的抗震与抗风设计及相关施工工作具有重要意义[2]。由于本课程理论性强，同时又紧密联系工程实践的特点，在学习过程中学生基本上很难单纯依靠课本上的理论知识来了解抗震与抗风设计的细则和掌握具体的计算方法。这就要求主讲教师具备相当的授课技巧，能够激发学生的学习兴趣和思考能力，使他们真正掌握桥梁抗震与抗风设计的要领。鉴于本课程的上述特点，为了更好地提高教学质量，我们有必要在传统教学方法上进行一些思考和改进。笔者根据自身的教学经历，从教学目标、教学现状、教学方法改进等方面对本课程的教学方法进行探讨。
二、教学目标
《桥梁抗震与抗风》作为土木工程专业（交通土建工程方向）的一门专业课程，是培养桥梁设计师和工程师的必修课程，该课程包含理论力学、材料力学、结构力学、桥梁工程、结构设计原理等一系列专业课程的基础知识，是一门理论性很强的专业课程。
本课程首先要求学生掌握地震基本知识、桥梁震害的特点、桥梁抗震与抗风的基础知识、计算理论和分析方法，其次要求学生掌握桥梁抗震与抗风的发展历程与最新研究成果，熟悉桥梁抗震与抗风设计规范，初步具备桥梁结构抗震抗风设计的能力，在提出解决复杂结构或环境下桥梁抗震与抗风设计规范时有创新意识。
三、教学现状
（一）课程理论较深，学生感觉难学
《桥梁抗震与抗风》课程以结构动力学作为理论基础，综合了桥梁工程、力学、地震工程和风工程等多个学科的理论知识。专门从事桥梁抗震与抗风的研究人员需要掌握结构动力学建模、偏微分方程求解、有限元分析以及数值计算等多种分析方法和计算手段。作为一门本科生的专业课程，《桥梁抗震与抗风》理论较深，而通常学时又相对较少，导致学生觉得自己在很短的时间内“被灌输”了大量理论知识，感觉“这门课程很难学”，失去了学习的信心和兴趣，影响了教学效果。
（二）学生理论与实践结合不够
《桥梁抗震与抗风》不仅理论性强，同时又是一门实践性很强的课程。本课程培养目标中的重要一条就是要让学生具备桥梁结构抗震抗风设计的能力。但是，由于本课程理论深、学时少，课堂上教师要将大部分学时放在基本原理和方法的讲解上。尽管有一些工程案例的讲解，但学生参与实践的程度不够，缺乏独立进行桥梁抗震抗风计算与设计的锻炼，导致学生很难单纯依靠课本上的理论知识来理解和掌握抗震与抗风设计的细节和完成相关计算，难以达到独立进行桥梁结构抗震抗风设计的要求。
四、教学方法改进措施
（一）明确教学目标，把握教学重点
本课程涉及桥梁抗震与抗风计算中的许多理论推导过程，且计算公式较为复杂，对于本科生来说，短时间内完全掌握十分困难。因此，在教学过程中需要明确教学目标，把握教学重点。具体来说，首先是注重学生对基本概念和基本原理的理解和掌握。以桥梁抗震设计计算中反应谱法为例，从单自由度体系的振动方程出发，将反应谱的推导过程作为基本原理重点讲解，使学生能够准确地理解和掌握反应谱的概念和反应谱法的基本原理。又例如，桥梁抗风设计涉及颤振、驰振、抖振和涡激振动几个比较相似的概念，在教学中教师宜从原理出发，深入地剖析这几个概念之间的区别与联系，加深学生的理解，不至于使学生混淆概念。其次，在讲课过程中注重书本知识与抗震抗风设计规范之间的联系。这样既能使学生以书本理论为基础，更好地理解设计规范中的具体细则，又能使学生通过设计规范进一步明确学习书本理论知识的重要性，增强学生的学习兴趣。
（二）增加案例式教学的运用
桥梁抗震与抗风课程分为两大部分，一部分是基本理论和计算方法，另一部分则是围绕实际工程进行抗震设计和分析。由于该课程理论较难，传统教学方法效果不甚理想。实践结果表明，案例教学法更能激发学生的学习兴趣，调动其学习积极性，提高课堂效率。在案例教学过程中，案例的选取至关重要，教师应根据本课程的培养目标、教学目的，选择既能体现相关专业知识，又能增加学生的感性认识、提高其分析问题和解决问题能力的案例，分不同的阶段引入课堂教学。
本课程案例主要有两大类：一是实际桥梁结构的震害和风毁破坏;二是实际桥梁抗震和抗风设计的案例[3，4]。在介绍桥梁震害和风毁案例时，采用图片和视频等方式为学生直观地展示桥梁在地震和风荷载作用下的各种破坏形式，并引导学生根据课堂所学知识对不同震害的产生原因进行分析、讨论，为学生营造工程现场氛围，启发学生自主思考，激发学生的探索意识。在进行实际桥梁抗震和抗风设计的案例教学时，以实际桥梁的抗震设计为案例，从桥梁图纸和地质资料的读取，到应用有限元软件进行实桥的模型建立、参数确定、边界条件施加，以及地震荷载输入等方方面面入手，使学生能够较快掌握桥梁结构抗震计算的一般性方法，增强学生解决实际问题的能力。另外，对于本课程中一些较为抽象的概念，宜采用图像和视频等方式进行讲解，使学生易于理解和掌握。例如，塔科马大桥在风振下的破坏视频，可以让学生很容易理解什么是桥梁颤振。
（三）增加学生实践环节
针对本课程中学生参与实践的程度不够的问题，首先建议增加课程设计环节，以实际工程为背景，让学生进行桥梁的抗震或抗风设计。在课程设计过程中，学生需要综合运用结构计算分析软件、工程制图软件，与老师讨论和交流设计方案，分工完成具体计算、施工图绘制，以及设计说明书的编写等工作。课程设计环节不仅增强学生对于软件的运用和规范的掌握，也加强了学生和老师之间、学生和学生之间的协调与合作，培养了学生的合作意识。
另外，建立与桥梁抗震抗风有关的教学实习基地，提供学生认识与实践的机会。通过与桥梁设计、施工以及桥梁设备制造企业合作，建立桥梁抗震与抗风教学实习基地，使学生能够更多地接触到桥梁在设计、施工以及设备制造过程中与抗震和抗风有关的细节和实物，真正做到理论与实践相结合。
五、结语
《桥梁抗震与抗风》是土木工程专业一门理论性很强，同时又紧密结合工程实践的课程。在教学过程中存在理论较深、学生难学，以及学生理论与实践联系不足的问题。针对上述问题，笔者认为首先应该明确教学目标、把握教学重点，提高课堂教学和学生学习的效率;其次，通过增加案例式教学的运用，增强学生的感性认识、启发学生主动思考，提高其分析和解决问题的能力;最后，建议增加课程设计环节，使学生在实践中加深对理论知识的理解和掌握。
参考文献：
[1]叶爱君，管仲国.桥梁抗震（第三版）[M].北京：人民交通出版社，2017.
[2]谷岩.桥梁抗风与抗震[M].天津：天津大学出版社，2014.
[3]张玥，周敉，任翔.案例教学法在桥梁抗震课程中的应用[J].价值工程，2017，36（07）：213-214.
[4]许福友，张丽娜.案例式教学方法在《桥梁抗风》课程中的应用[J].教育教学论坛，2015，（50）：152-153.
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