桥梁风工程专业实践能力培养与通识教育的探索

［摘 要］ 面对国家战略需求和大跨桥梁防灾减灾的客观需要，亟待培养土木工程专业知识突出、具备全球视野和大国工程观的专业人才。桥梁风工程课程研究性和实践性突出，普遍采用理论教学与实践相结合的教学方式，但在实际的教学活动中面临科研实践浮于形式、教学与实践脱节等问题。此外，相关从业人员对桥梁风工程认识有限，需进行专业通识教育。因此，在传统教学方法的基础上，通过整合校内各类高水平科研平台资源，结合大量科研课题，优化实践教学环节，借助新时代下的各类媒介平台开展专业通识教育，形成教学、科研、专业通识教育间的相互融合和促进，进而丰富桥梁风工程的教学方法，实现教学质量的提高。

［关键词］ 教学改革；桥梁风工程；实践能力；通识教育

［基金项目］ 2023年度西南交通大学教学改革项目“来华留学研究生融入高校科研团队的方法与策略研究”（GYJG〔2023〕Y01）

［作者简介］ 孙延国（1981—），男，山西霍州人，博士，西南交通大学土木工程学院桥梁系副教授，主要从事桥梁风工程方向研究。

［中图分类号］ G642.41 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）49-0017-04 ［收稿日期］ 2023-06-27

引言

桥梁风工程是研究风与桥梁结构相互作用以及减小桥梁风致响应和风毁事故的学科，是土木工程专业领域中的新兴学科［1］，大跨度和超大跨度桥梁的建造必须考虑风的影响。自20世纪80年代以后我国开始风工程领域的相关研究，中国空气动力研究中心、同济大学、西南交通大学等科研单位和高校先后建成了风洞实验室。近年来，湖南大学、重庆大学、中南大学等高校建设了多座了风洞试验室，我国在风工程领域硬件和从业人员数量方面取得了突飞猛进的发展。尽管如此，与我国土木工程建设的高速发展相比，风工程领域的专业人才仍然严重不足，且人员多集中在高校和科研院所，具备桥梁风工程知识的设计和施工从业人员较缺乏。目前风工程领域人才的培养主要依靠导师带领研究生开展一些科研活动，数量有限，且多数学生仅从事科研活动，对工程领域的贡献十分有限。随着“交通强国”战略、“一带一路”倡议等的深入推进，未来必将建造更多的（超）大跨度桥梁。面对国家战略需求和大跨桥梁防灾减灾的客观需要，亟待培养专业知识突出、具备全球视野和大国工程观的专业人才。此外，近年来我国发生了几次桥梁风致振动事件，如浙江的西堠门大桥涡激振动和广东的虎门大桥涡激振动。由于社会公众对桥梁风工程的认识程度不足，引起了社会的高度关注，并引发了公众恐慌，给政府和大桥管理部门带来了信任危机［2］。事实上大跨度桥梁的涡激振动现象是一种物理可解释的常见风致振动现象，不会对结构产生破坏性影响。如果施以正确的舆论引导，不会引发如此严重的后果。这些事件的发生，表明传统从业人员以及政府、媒体对桥梁风工程的认识有限，也亟待开展相关科普式通识教育。

对于桥梁风工程而言，其课程性质和教学方法与土木工程领域其他专业课程相比存在显著差异，桥梁风工程直接服务于大跨桥梁的抗风设计，同时还涉及气象学、钝体空气动力学和结构工程学等众多学科知识，是一门开设较晚的前沿交叉性课程。目前已有几所高校在本科生课程中开设了“桥梁与结构风工程”课程，为土木工程专业方向的本科生开展风工程方向的理论和实践教学［3-4］。西南交通大学也在本科生“土木工程概论”课程中开设了“桥梁与结构风工程”的通识教育课程，另外从2004年开始为本科生开设桥梁风工程方向的限选课程，对土木工程专业方向的本科生进行风工程方向的教学实践，旨在培养土木工程专业学生的专业综合素质［5-6］。然而，笔者结合多年的教学经验发现，目前高校在培养符合新时代要求的土木工程专业人才的道路上仍存在诸多发展瓶颈，还有较大的提升空间。

由此可见，面对新时代、新形势，对土木工程专业本科教学做出相应改革势在必行。因此，在土木工程专业人才培养过程中开展通识教育，加入与桥梁风工程相关的理论和实践内容，并探索切实可行且有效的教学方法，推广和普及桥梁风工程知识十分必要。

一、桥梁风工程传统教学所面临的问题

桥梁风工程是桥梁工程中的一个重要分支，专注于研究和设计桥梁在风载荷作用下的使用性能和安全性能。传统教学方法在日常教学中面临着一些问题，这些问题的存在会限制学生的学习效果和应用能力，主要体现在以下几个方面。

桥梁风工程专业是一门典型的交叉学科，涉及的学科较广，知识点分散，具有一定的特殊性和较强的实践性。传统讲解式的教学方法往往更侧重于理论知识的传授，但对于桥梁风工程而言，实践经验和实际案例分析同样重要。传统教学方式会导致学生对学科知识掌握的体系性和关联性较差等问题，目前仍缺乏有效的教学手段。

国内开展桥梁风工程课程教学的高校较少，可利用的实践教学平台非常有限，而桥梁风工程的学习十分依赖于复杂的数值模拟和风洞实验等平台。现阶段各高校在实践教育环节对既有的高水平虚拟和物理试验平台的利用程度不足，其实践环节通常多是带领学生进行走马观花式的参观，无法深入了解桥梁风洞试验的具体内容，更没有机会参与其中，导致教学与科研脱节，使得学生兴趣度不高、创新能力培养不足。

桥梁风工程是一门新兴学科，随着科技的不断发展，桥梁风工程领域的相关理论、减振方法和评价标准也在不断进步与更新。传统教学方法可能无法及时更新最新的技术和研究进展，导致学生掌握的知识在毕业后可能落后于行业的最新要求。如何保持教学内容的前沿性和实用性是该课程教学面临的新难题。

桥梁风工程专业度高、从业人员少且主要在高校等科研机构任职，而桥梁设计、施工等单位的专业人员多关注结构受力和构造等方面的问题，对风工程领域的认知程度低，防灾减灾意识较弱，缺乏桥梁风工程方面的专业通识教育，需要扩展其专业知识维度。除此此外，桥梁风工程教学还肩负着为政府、媒体等社会人员科普的任务。

为此，本研究针对桥梁风工程课程的研究性和实践性突出、传统教学方法效果不佳的问题，坚持目标和问题导向相结合，积极对接国家土木工程人才需求，瞄准新时代桥梁工程人才培养过程中的主要问题，依托国家工程实验室、省重点实验室等先进科研平台，充分发挥学校的平台优势，在高校中开展桥梁风工程专业通识与实践能力培养的探索和实践。

二、实践能力培养与通识教育的探索

（一）整合平台资源，优化实践环节，形成融入式创新实践基地

桥梁风工程课程的研究性和实践性突出，而传统的教学方法单一，因此理论教学与实践相结合是桥梁风工程课程普遍采用的教学方式。但在具体实施时，实践环节面会临风洞试验模型制作复杂、实验成本高、实验仪器精密、专业度要求高，以及风洞实验室科研任务繁忙、可供实践时间少等问题［7］。针对上述普遍问题，本研究依托我校的陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室、风工程四川省重点实验室等先进科研平台和虚拟风洞资源，通过整合3座物理风洞（包括世界最大的边界层风洞——XNJD-3风洞）、5套大型计算工作站及多套仪器设备构建研究性实践平台。在实施环节，通过制作桥梁标准风洞试验演示模型、钝体绕流虚拟演示模型，配备博士助教，制订科研实践安排计划等，优化实践环节，形成学生深度参与的高水平创新实践基地，将传统的走马观花式课程实践改进为融入式实践模式。

由于我校承担了大量国家级、省部级前沿科研课题及国内外重大桥梁工程抗风研究项目，如港珠澳大桥、杨泗港长江大桥、土耳其1915恰纳卡莱大桥、张靖皋长江大桥等。通过对这些纵、横向课题的拆分和筛选，形成大量适合学生参与的科研实践项目，让该课程的学生能够深入学习和掌握桥梁风工程课程的教学目标。在此基础上，通过科研竞赛、SRTP项目、重点实验室开放课题等科创类实践活动让更多的学生深度参与进来。面对试验平台科研任务较重、可供实践教学时间非常有限的问题，本研究通过合理安排风洞科研任务和课程实践时间，制定并严格执行科研实践安排表。最终形成了可供学生深度参与课程实践及科研项目的融入式实践基地，培养学生解决实际工程问题的能力，激发学生创新能力。此外，针对桥梁风工程理论和技术发展更新较快的问题，本课程实时关注行业的最新发展动态，定期更新课堂教学理论和案例，及时将最新的桥梁抗风研究课题纳入学生的科研实践，保持教学内容的前沿性和实用性，并激发学生的创新能力，使其所学知识符合行业最新要求。

（二）借助各类媒介平台，形成教学、科研、专业通识教育的互促互融

桥梁风工程专业化程度高，相关从业人员数量较少且主要集中在国内少数几所高校，与工程建设密切相关的桥梁设计及施工单位等相关专业人员缺乏。同时，政府部门和媒体等人员对桥梁风工程方向的认识程度较低，在发生类似于虎门大桥涡振的风致振动事件时，无法对公众进行正确的舆论引导，对其开展桥梁风工程专业通识教育也十分必要。因此，除了优化课堂教学和实践教学以外，本研究还充分发挥我校在桥梁风工程领域的影响力，依托实验室承担的大量国内外重大桥梁工程的抗风研究课题，借助央视、各类门户网站、学术会议、校网、学校微信公众号等平台，通过新闻报道、影视记录片、科普讲座等方式在更大范围内开展桥梁风工程科普教育，让公众认识和了解桥梁风工程，进一步促进了该课程的教学和科研工作，形成教学、科研、专业通识教育互促互融平台。

例如，在我校承担的港珠澳大桥、杨泗港长江大桥、巴拿马四桥等抗风研究课题时，联合中央电视台拍摄了《走近科学——大桥抗风记》《走近科学——超级悬索桥》《创新一线——桥与风的抗衡》等多部纪录片，推进桥梁风工程的科学普及工作。本研究还以央视拍摄的这些纪录片为契机，多次组织在校本科生观看，开展专业通识教育。此外，任课教师利用学校的“土木科技月”“重点实验室开放周”等，通过线下和各类社交平台开展科普讲座，提升广大师生及相关从业人员的专业水平及防灾减灾意识。通识教育不仅极大推进了桥梁风工程知识在学生及相关从业人员中的推广和普及，更进一步地提升了学生的学习兴趣，为该课程的教学和科研工作开展奠定了基础。

结语

本研究针对桥梁风工程课程实践性突出、传统教学方法效果不佳、实践教学环节不合理的特点，开展桥梁风工程专业实践能力培养与通识教育的探索和实践。本研究在理论与实践结合的基础上，首先，通过整合校内国家工程实验室、省重点实验室等先进科研平台资源，将纵、横向科研课题和各类科创类实践活动有机结合，着力优化实践环节；然后，借助影视、网站、公众号等各类媒介平台开展广泛的专业通识教育，扩展了学生及相关从业人员的专业知识及防灾减灾意识；最终，形成教学、科研、专业通识教育间的互促互融，进而实现教学效率和质量的提高，为解决传统教学方式中的难点问题提供了重要参考。

参考文献

［1］项海帆，葛耀君.现代桥梁抗风理论及其应用［J］.力学与实践，2007，29（1）：1-13.

［2］葛耀君，赵林，许坤.大跨桥梁主梁涡激振动研究进展与思考［J］.中国公路学报，2019，32（10）：1-18.

［3］柯世堂，吴瑾.土木工程专业研究生课《结构风工程》教学方法探索［J］.教育教学论坛，2014（4）：48-49.

［4］马文勇，尉耀元，谷玉荣，等.本科生风工程教学方法探索［J］.教育教学论坛，2012（30）：118-120.

［5］周强，孙延国.结构与桥梁风工程的本科教学方法探索［J］.教育教学论坛，2020（31）：277-279.

［6］孙延国，徐腾飞，梁艳，等.桥梁风工程理论与实践的本科教学探索［J］.科教导刊，2020（128）：159-161.

［7］余世策，蒋建群，万五一.高校本科生风工程探究性实验的教学实践［J］.实验室研究与探索，2016，35（5）：162-165.