案例教學(xué)在土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課中的應(yīng)用

陳旭東

【摘 要】為了加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，本文基于學(xué)生的具體特點(diǎn)及教學(xué)實(shí)際情況，研究了在土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課中加入案例教學(xué)的途徑和方法。通過具體的教學(xué)實(shí)踐，將經(jīng)典的及最新的土木工程案例穿插于相應(yīng)的理論學(xué)習(xí)中。研究表明，學(xué)生不僅掌握了相應(yīng)的知識(shí)，還提高了工程分析的能力。

【關(guān)鍵詞】理論教學(xué);案例教學(xué);土木工程;專業(yè)基礎(chǔ)課

中圖分類號(hào)： TU-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）20-0103-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.048

0 前言

為了加強(qiáng)學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)具體工程問題進(jìn)行分析，變得勢(shì)在必行。教育部早在2001年《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中，明確提出了提高學(xué)生解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)要求。目前，國(guó)內(nèi)一流大學(xué)已基本實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。然而，由于師資力量弱，學(xué)生基礎(chǔ)差等原因，一些院校在實(shí)際教學(xué)中還面臨著不少困難，或者所采取的方式方法，對(duì)提升學(xué)生實(shí)際能力非常有限。而在土木工程專業(yè)絕大多數(shù)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)中，學(xué)生只是僵硬地照搬規(guī)范的要求，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，而不去考慮背后的科學(xué)依據(jù)，這不利于他們的全面教育。因此，如何結(jié)合實(shí)際，切實(shí)提高學(xué)生在實(shí)踐中的理論應(yīng)用水平，具有特殊重要的意義。

案例教學(xué)圍繞一個(gè)具體的案例，應(yīng)用相關(guān)的理論知識(shí)，進(jìn)行分析解讀，是一種先進(jìn)的教學(xué)方法[1-4]。本文以土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程為對(duì)象，提出一種不同于傳統(tǒng)的案例教學(xué)方法。該方法易于為學(xué)生所接受，可較好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)本科生理論應(yīng)用能力。由于專業(yè)基礎(chǔ)課授課較早，采用相應(yīng)的案例教學(xué)后，對(duì)學(xué)生后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)，也有很大的幫助。實(shí)踐證明，該方法是切實(shí)可行的。

1 土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)現(xiàn)狀

專業(yè)基礎(chǔ)課是高等學(xué)校中設(shè)置的一種為專業(yè)課學(xué)習(xí)奠定必要基礎(chǔ)的課程，它是學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能而必修的重要課程。與純專業(yè)課不同，專業(yè)基礎(chǔ)課是有專業(yè)背景的基礎(chǔ)課，理論性和通用性比較強(qiáng)。學(xué)習(xí)同一門專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)生，今后可能會(huì)在同一大專業(yè)的不同小方向?qū)W習(xí)（如建工、橋梁、交通），也有可能在不同的專業(yè)學(xué)習(xí)（如土木和力學(xué)）。因此，專業(yè)基礎(chǔ)課受眾量大，是本科生在學(xué)習(xí)過程中從公共課到專業(yè)課的過渡。常見的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課有結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、建筑抗震設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等，學(xué)分多在2～5分之間。

土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課一般都是理論教學(xué)，以教師講授為主。在講授的過程中，形式相對(duì)固定，一般都是側(cè)重于對(duì)理論知識(shí)的講解，同時(shí)伴以一定量的習(xí)題，以使學(xué)生掌握相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法，可以達(dá)到教學(xué)大綱所要求的效果，但對(duì)學(xué)生來說，未免單調(diào)，難以提起主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)，有些力學(xué)類課程還有相當(dāng)?shù)碾y度，一旦學(xué)得不好，容易滋生畏難情緒，不利于后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

2 案例教學(xué)的相關(guān)介紹

本節(jié)介紹作者開展案例教學(xué)的相關(guān)方法。為了讓學(xué)生拓展知識(shí)面，同時(shí)又考慮到學(xué)生的實(shí)際能力，作者聯(lián)系自身在英國(guó)University of Birmingham擔(dān)任助教時(shí)的工作經(jīng)歷，并結(jié)合近年來在國(guó)內(nèi)高校任教的實(shí)際情況，提出一種針對(duì)土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課的案例教學(xué)法。該方法包含以下幾個(gè)方面：（1）引入歷史上著名的工程案例;（2）引入最新發(fā)生的工程或地質(zhì)事件;（3）引入科學(xué)史上的典故。以下逐一展開介紹。

2.1 引入歷史上著名的工程案例

將歷史上一些著名的土木工程案例拿到課堂上進(jìn)行講解、討論。在講授《荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法》這門課的時(shí)候，其中有一節(jié)講到風(fēng)的脈動(dòng)作用。這一部分涉及到空氣動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容，理論難度大，較為抽象，不易理解。在講解了基本理論之后，為了加深風(fēng)的脈動(dòng)作用對(duì)結(jié)構(gòu)可能造成的危害，以美國(guó)著名的塔科馬跨海大橋?yàn)槔o學(xué)生做了一次案例教學(xué)。1940年11月7日華盛頓州的塔科馬大橋在一次八級(jí)的海風(fēng)中發(fā)生共振，橋體扭曲，最終倒塌。當(dāng)時(shí)這一幕正好被一支攝影隊(duì)拍攝下來，留下了珍貴的影像資料。在授課時(shí)，作者向?qū)W生展示了這些影像資料，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)對(duì)該橋的倒塌進(jìn)行定性判斷。為了取得更好的效果，將學(xué)生分成若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，并鼓勵(lì)他們相互之間進(jìn)行討論。最后，沿用國(guó)際流行的方法，要求每個(gè)小組將分析過程整理好，全組一起上臺(tái)，向全班同學(xué)作匯報(bào)展示。類似的案例還有渡橋電站冷卻塔的倒塌等等。

2.2 引入最新發(fā)生的地質(zhì)事件

在授課中，密切關(guān)注相關(guān)的新聞報(bào)導(dǎo)，將有土木工程背景的案例拿到課堂進(jìn)行討論學(xué)習(xí)。美國(guó)阿拉斯加州位于太平洋火山地震帶上，美洲板塊和太平洋板塊的交界處，是地震活躍區(qū)域。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2018年11月30日上午8：29，美國(guó)阿拉斯加州首府安克雷奇發(fā)生7.2級(jí)地震，地面道路因地震發(fā)生塌陷。當(dāng)時(shí)作者正在講授《工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原理》，為了讓學(xué)生提高認(rèn)識(shí)水平，強(qiáng)化理論聯(lián)系實(shí)際的能力，作者第一時(shí)間組織了案例學(xué)習(xí)。先是觀看了當(dāng)?shù)乇O(jiān)控?cái)z像頭拍攝到的事發(fā)時(shí)的震動(dòng)畫面，以及地震對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施造成破壞的圖像資料;接著，鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱資料，找出相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)，如震級(jí)、震中距、震源深度等;最后，以這次地震事件為例，向?qū)W生提出了一系列的專業(yè)問題，讓大家思考討論。在這一系列的問題中，又穿插了理論知識(shí)的應(yīng)用，如：

這是一次淺源、中源還是深源地震？（地震性質(zhì)與震源深度的關(guān)系）

為什么距離震中距相同的地點(diǎn)，破壞情況不一樣？（烈度的概念）

為什么會(huì)發(fā)生地面道路的塌陷？（土壤液化的危害）

這種對(duì)實(shí)際生活中剛剛發(fā)生的事件的學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和應(yīng)用理論知識(shí)的能力。

2.3 引入科學(xué)史上的典故

《結(jié)構(gòu)力學(xué)》是土木工程一門重要而有趣的專業(yè)基礎(chǔ)課，不少學(xué)生覺得困難，漸漸失去了學(xué)習(xí)動(dòng)力。為了提升學(xué)習(xí)熱情，作者在這門課的教學(xué)過程中，適當(dāng)?shù)匾肓艘恍┝W(xué)史上的典故，以加深印象。比如“靜定結(jié)構(gòu)在荷載作用下的位移計(jì)算”這部分，在求解位移的時(shí)候，先是介紹了積分法，學(xué)生實(shí)踐之后，無不表示極其繁瑣。其后介紹圖乘法，使得計(jì)算大為簡(jiǎn)化。但現(xiàn)有的教科書，專注于科學(xué)方法的介紹，鮮有交代相關(guān)的發(fā)明背景。作者利用這個(gè)機(jī)會(huì)，向?qū)W生們介紹了圖乘法是在1925年由Vereshagin（韋列夏金）提出的，當(dāng)時(shí)他是蘇聯(lián)莫斯科鐵路運(yùn)輸學(xué)院的一名學(xué)生。學(xué)生聽了這個(gè)典故之后，興趣一下子提起來了。于是，進(jìn)一步讓學(xué)生查閱資料，找尋圖乘法背后的故事。學(xué)生因?yàn)閷?duì)圖乘法印象深刻，對(duì)靜定結(jié)構(gòu)的位移計(jì)算及后續(xù)的力法分析，一直掌握得較好。

3 案例教學(xué)效果分析

上述案例教學(xué)方法在蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院土木D1711班、土木國(guó)際1711班的《荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法》以及土木國(guó)際1611班的《工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原理》課程中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了良好的效果。根據(jù)調(diào)查問卷（土木D1711、土木國(guó)際1711、土木國(guó)際1611分別發(fā)放問卷48、38、39份，收回有效問卷46、37、38份）的反饋結(jié)果，通過開設(shè)案例教學(xué)，學(xué)生表示對(duì)該課程的興趣提高了，原來覺得一般或沒意思的人數(shù)所占百分比大為減少（圖1）。

對(duì)實(shí)行案例教學(xué)課程的期末總評(píng)成績(jī)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生都取得了比較好的成績(jī)。除D1711有一位學(xué)生因曠考未通過外，未出現(xiàn)不及格現(xiàn)象。土木D1711和土木國(guó)際1711相應(yīng)課程的優(yōu)良率分別達(dá)到了56.3%和60.5%。絕大多數(shù)學(xué)生表示認(rèn)可這種案例教學(xué)方式，覺得受益匪淺。

4 結(jié)語

本文作者結(jié)合自身在國(guó)外擔(dān)任助教的工作經(jīng)歷，以及在國(guó)內(nèi)高校工作的教學(xué)實(shí)際情況，從土木工程專業(yè)本科生的實(shí)際能力出發(fā)，提出了啟發(fā)式、參與式的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課案例教學(xué)法。這種方法靈活方便，能夠根據(jù)正常的課堂教學(xué)進(jìn)度穿插，以一種學(xué)生喜聞樂見的形式，在潛移默化中提高了學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)分析解決實(shí)際問題的能力。結(jié)果表明，接受了該案例教學(xué)方法的學(xué)生在相應(yīng)課程中取得了較好的成績(jī)，且對(duì)所學(xué)課程更加感興趣?？梢?，作者所提出的土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課程的案例教學(xué)是完全可行的。

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