孫延國，李明水，馬存明，李志國

（西南交通大學(xué) a.土木工程學(xué)院；b.風(fēng)工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031）

引言

橋梁風(fēng)工程是研究風(fēng)與橋梁結(jié)構(gòu)相互作用以及減小橋梁風(fēng)致響應(yīng)和風(fēng)毀事故的學(xué)科，是土木工程專業(yè)領(lǐng)域的新興學(xué)科［1］，大跨度和超大跨度橋梁的建造必須考慮風(fēng)的影響。自20世紀(jì)80年代以后，我國開始風(fēng)工程領(lǐng)域的相關(guān)研究，中國空氣動力研究中心、同濟(jì)大學(xué)、西南交通大學(xué)等科研單位和高校先后建成了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室。近年來，湖南大學(xué)、重慶大學(xué)、中南大學(xué)等高校建設(shè)了多座風(fēng)洞試驗(yàn)室，我國在風(fēng)工程領(lǐng)域硬件和從業(yè)人員數(shù)量方面取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。盡管如此，與我國土木工程建設(shè)的高速發(fā)展相比，風(fēng)工程領(lǐng)域的專業(yè)人才仍然嚴(yán)重不足，且人員多集中在高校和科研院所，具備橋梁風(fēng)工程知識的設(shè)計(jì)和施工從業(yè)人員較缺乏。目前風(fēng)工程領(lǐng)域人才的培養(yǎng)主要依靠導(dǎo)師帶領(lǐng)研究生開展一些科研活動，數(shù)量有限，且多數(shù)學(xué)生僅從事科研活動，對工程領(lǐng)域的貢獻(xiàn)十分有限。隨著“交通強(qiáng)國”戰(zhàn)略、“一帶一路”倡議等的深入推進(jìn)，未來必將建造更多的（超）大跨度橋梁。面對國家戰(zhàn)略需求和大跨橋梁防災(zāi)減災(zāi)的客觀需要，亟待培養(yǎng)專業(yè)知識突出、具備全球視野和大國工程觀的專業(yè)人才。此外，近年來我國發(fā)生了幾次橋梁風(fēng)致振動事件，如浙江的西堠門大橋渦激振動和廣東的虎門大橋渦激振動。由于社會公眾對橋梁風(fēng)工程的認(rèn)識程度不足，它引起了社會的高度關(guān)注，并引發(fā)了公眾恐慌，給政府和大橋管理部門帶來了信任危機(jī)［2］。事實(shí)上，大跨度橋梁的渦激振動現(xiàn)象是一種物理可解釋的常見風(fēng)致振動現(xiàn)象，不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。如果施以正確的輿論引導(dǎo)，不會引發(fā)如此嚴(yán)重的后果。這些事件的發(fā)生，表明傳統(tǒng)從業(yè)人員以及政府、媒體對橋梁風(fēng)工程的認(rèn)識有限，也亟待開展相關(guān)科普式通識教育。

對于“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”而言，其課程性質(zhì)和教學(xué)方法與土木工程領(lǐng)域其他專業(yè)課程相比存在顯著差異，橋梁風(fēng)工程直接服務(wù)于大跨橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，同時(shí)還涉及氣象學(xué)、鈍體空氣動力學(xué)和結(jié)構(gòu)工程學(xué)等眾多學(xué)科知識，是一門開設(shè)較晚的前沿交叉性課程。目前已有幾所高校在本科生課程中開設(shè)了“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程，為土木工程專業(yè)方向的本科生開展風(fēng)工程方向的理論和實(shí)踐教學(xué)［3-4］。西南交通大學(xué)也在本科生“土木工程概論”課程中開設(shè)了“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”的通識教育課程，另外從2004年開始為本科生開設(shè)橋梁風(fēng)工程方向的限選課程，對土木工程專業(yè)方向的本科生進(jìn)行風(fēng)工程方向的教學(xué)實(shí)踐，旨在培養(yǎng)土木工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)［5-6］。然而，筆者結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，目前高校在培養(yǎng)符合新時(shí)代要求的土木工程專業(yè)人才的道路上仍存在諸多發(fā)展瓶頸，還有較大的提升空間。

由此可見，面對新時(shí)代、新形勢，對土木工程專業(yè)本科教學(xué)做出相應(yīng)改革勢在必行。因此，在土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中開展通識教育，加入與橋梁風(fēng)工程相關(guān)的理論和實(shí)踐內(nèi)容，并探索切實(shí)可行且有效的教學(xué)方法，推廣和普及橋梁風(fēng)工程知識十分必要。

一、橋梁風(fēng)工程傳統(tǒng)教學(xué)所面臨的問題

橋梁風(fēng)工程是橋梁工程中的一個(gè)重要分支，專注于研究和設(shè)計(jì)橋梁在風(fēng)載荷作用下的使用性能和安全性能。傳統(tǒng)教學(xué)方法在日常教學(xué)中面臨著一些問題，這些問題的存在會限制學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和應(yīng)用能力，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

橋梁風(fēng)工程專業(yè)是一門典型的交叉學(xué)科，涉及的學(xué)科較廣，知識點(diǎn)分散，具有一定的特殊性和較強(qiáng)的實(shí)踐性。傳統(tǒng)講解式的教學(xué)方法往往更側(cè)重于理論知識的傳授，但對于橋梁風(fēng)工程而言，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際案例分析同樣重要。傳統(tǒng)教學(xué)方式會導(dǎo)致學(xué)生對學(xué)科知識掌握的體系性和關(guān)聯(lián)性較弱等問題，目前仍缺乏有效的教學(xué)手段。

國內(nèi)開展“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的高校較少，可利用的實(shí)踐教學(xué)平臺非常有限，而“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)十分依賴于復(fù)雜的數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等平臺。現(xiàn)階段各高校在實(shí)踐教育環(huán)節(jié)對既有的高水平虛擬和物理實(shí)驗(yàn)平臺的利用程度不足，其實(shí)踐環(huán)節(jié)通常多是帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行走馬觀花式的參觀，無法深入了解橋梁風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容，更沒有機(jī)會參與其中，導(dǎo)致教學(xué)與科研脫節(jié)，使得學(xué)生興趣度不高、創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。

橋梁風(fēng)工程是一門新興學(xué)科，隨著科技的不斷發(fā)展，橋梁風(fēng)工程領(lǐng)域的相關(guān)理論、減振方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷進(jìn)步與更新。傳統(tǒng)教學(xué)方法可能無法及時(shí)更新技術(shù)和研究進(jìn)展，導(dǎo)致學(xué)生掌握的知識在畢業(yè)后可能落后于行業(yè)的新要求。如何保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和實(shí)用性是該課程教學(xué)面臨的新難題。

橋梁風(fēng)工程專業(yè)度高、從業(yè)人員少且主要在高校等科研機(jī)構(gòu)任職，而橋梁設(shè)計(jì)、施工等單位的專業(yè)人員多關(guān)注結(jié)構(gòu)受力和構(gòu)造等方面的問題，對風(fēng)工程領(lǐng)域的認(rèn)知程度低，防災(zāi)減災(zāi)意識較弱，缺乏橋梁風(fēng)工程方面的專業(yè)通識教育，需要擴(kuò)展其專業(yè)知識維度。除此之外，橋梁風(fēng)工程教學(xué)還肩負(fù)著為政府、媒體等社會人員科普的任務(wù)。

為此，本研究針對“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程的研究性和實(shí)踐性突出、傳統(tǒng)教學(xué)方法效果不佳的問題，堅(jiān)持目標(biāo)和問題導(dǎo)向相結(jié)合，積極對接國家土木工程人才需求，瞄準(zhǔn)新時(shí)代橋梁工程人才培養(yǎng)過程中的主要問題，依托國家工程實(shí)驗(yàn)室、省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等先進(jìn)科研平臺，充分發(fā)揮學(xué)校的平臺優(yōu)勢，在高校中開展橋梁風(fēng)工程專業(yè)通識與實(shí)踐能力培養(yǎng)的探索和實(shí)踐。

二、實(shí)踐能力培養(yǎng)與通識教育的探索

（一）整合平臺資源，優(yōu)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，形成融入式創(chuàng)新實(shí)踐基地

“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程的研究性和實(shí)踐性突出，而傳統(tǒng)的教學(xué)方法單一，因此理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合是“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程普遍采用的教學(xué)方式。但在具體實(shí)施時(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)會面臨風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱鲝?fù)雜、實(shí)驗(yàn)成本高、實(shí)驗(yàn)儀器精密、專業(yè)度要求高，以及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室科研任務(wù)繁忙、可供實(shí)踐時(shí)間少等問題［7］。針對上述普遍問題，本研究依托學(xué)校的陸地交通地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室、風(fēng)工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等先進(jìn)科研平臺和虛擬風(fēng)洞資源，通過整合3座物理風(fēng)洞（包括世界最大的邊界層風(fēng)洞——XNJD-3風(fēng)洞）、5套大型計(jì)算工作站及多套儀器設(shè)備構(gòu)建研究性實(shí)踐平臺。在實(shí)施環(huán)節(jié)，通過制作橋梁標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)演示模型、鈍體繞流虛擬演示模型，配備博士助教，制訂科研實(shí)踐安排計(jì)劃等，優(yōu)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，形成學(xué)生深度參與的高水平創(chuàng)新實(shí)踐基地，將傳統(tǒng)的走馬觀花式課程實(shí)踐改進(jìn)為融入式實(shí)踐模式。

由于學(xué)校承擔(dān)了大量國家級、省部級前沿科研課題及國內(nèi)外重大橋梁工程抗風(fēng)研究項(xiàng)目，如港珠澳大橋、楊泗港長江大橋、土耳其1915恰納卡萊大橋、張靖皋長江大橋等，通過對這些縱、橫向課題的拆分和篩選，形成大量適合學(xué)生參與的科研實(shí)踐項(xiàng)目，讓該課程的學(xué)生能夠深入學(xué)習(xí)和掌握“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，通過科研競賽、SRTP項(xiàng)目、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等科創(chuàng)類實(shí)踐活動，讓更多的學(xué)生深度參與進(jìn)來。面對實(shí)驗(yàn)平臺科研任務(wù)較重、可供實(shí)踐教學(xué)時(shí)間非常有限的問題，本研究通過合理安排風(fēng)洞科研任務(wù)和課程實(shí)踐時(shí)間，制定并嚴(yán)格執(zhí)行科研實(shí)踐安排表，最終形成了可供學(xué)生深度參與課程實(shí)踐及科研項(xiàng)目的融入式實(shí)踐基地，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。此外，針對橋梁風(fēng)工程理論和技術(shù)發(fā)展更新較快的問題，本課程實(shí)時(shí)關(guān)注行業(yè)的新發(fā)展動態(tài)，定期更新課堂教學(xué)理論和案例，及時(shí)將新的橋梁抗風(fēng)研究課題納入學(xué)生的科研實(shí)踐，保持教學(xué)內(nèi)容的前沿性和實(shí)用性，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，使其所學(xué)知識符合行業(yè)新要求。

（二）借助各類媒介平臺，形成教學(xué)、科研、專業(yè)通識教育的互促互融

橋梁風(fēng)工程專業(yè)化程度高，相關(guān)從業(yè)人員數(shù)量較少且主要集中在國內(nèi)少數(shù)幾所高校，與工程建設(shè)密切相關(guān)的橋梁設(shè)計(jì)及施工單位等相關(guān)專業(yè)人員缺乏。同時(shí)，政府部門和媒體等人員對橋梁風(fēng)工程方向的認(rèn)識程度較低，在發(fā)生類似虎門大橋渦振的風(fēng)致振動事件時(shí)，無法對公眾進(jìn)行正確的輿論引導(dǎo)，對其開展橋梁風(fēng)工程專業(yè)通識教育也十分必要。因此，除了優(yōu)化課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)以外，本研究還充分發(fā)揮我校在橋梁風(fēng)工程領(lǐng)域的影響力，依托實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的大量國內(nèi)外重大橋梁工程的抗風(fēng)研究課題，借助央視、各類門戶網(wǎng)站、學(xué)術(shù)會議、校網(wǎng)、學(xué)校微信公眾號等平臺，通過新聞報(bào)道、影視紀(jì)錄片、科普講座等方式在更大范圍內(nèi)開展橋梁風(fēng)工程科普教育，讓公眾認(rèn)識和了解橋梁風(fēng)工程，進(jìn)一步促進(jìn)該課程的教學(xué)和科研工作，構(gòu)建教學(xué)、科研、專業(yè)通識教育互促互融平臺。

例如，在學(xué)校承擔(dān)的港珠澳大橋、楊泗港長江大橋、巴拿馬四橋等抗風(fēng)研究課題時(shí)，聯(lián)合中央電視臺拍攝了《走近科學(xué)——大橋抗風(fēng)記》《走近科學(xué)——超級懸索橋》《創(chuàng)新一線——橋與風(fēng)的抗衡》等多部紀(jì)錄片，推進(jìn)橋梁風(fēng)工程的科學(xué)普及工作。本研究還以央視拍攝的這些紀(jì)錄片為契機(jī)，多次組織在校本科生觀看，開展專業(yè)通識教育。此外，任課教師利用學(xué)校的“土木科技月”“重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放周”等，通過線下和各類社交平臺開展科普講座，提升廣大師生及相關(guān)從業(yè)人員的專業(yè)水平及防災(zāi)減災(zāi)意識。通識教育不僅極大推進(jìn)了橋梁風(fēng)工程知識在學(xué)生及相關(guān)從業(yè)人員中的推廣和普及，更進(jìn)一步地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為該課程的教學(xué)和科研工作開展奠定了基礎(chǔ)。

結(jié)語

本研究針對“橋梁與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程實(shí)踐性突出、傳統(tǒng)教學(xué)方法效果不佳、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不合理的特點(diǎn)，開展橋梁風(fēng)工程專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)與通識教育的探索和實(shí)踐。本研究在理論與實(shí)踐結(jié)合的基礎(chǔ)上，首先，通過整合校內(nèi)國家工程實(shí)驗(yàn)室、省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等先進(jìn)科研平臺資源，將縱、橫向科研課題和各類科創(chuàng)類實(shí)踐活動有機(jī)結(jié)合，著力優(yōu)化實(shí)踐環(huán)節(jié)；然后，借助影視、網(wǎng)站、公眾號等各類媒介平臺開展廣泛的專業(yè)通識教育，擴(kuò)展了學(xué)生及相關(guān)從業(yè)人員的專業(yè)知識及防災(zāi)減災(zāi)意識；最終，形成教學(xué)、科研、專業(yè)通識教育間的互促互融，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)效率和質(zhì)量的提高，為解決傳統(tǒng)教學(xué)方式中的難點(diǎn)問題提供了重要參考。