案例教學法在巖土工程專業核心課程教學中的應用

梁發云++李鏡培++黃茂松?í?

摘要：巖土工程專業核心課程具有很強的實踐性，課堂教學中容易出現理論與實踐脫節的問題。在多年的教學實踐中，逐步探索和建立了以能力培養為導向的案例教學模式。在教學案例選取時應注重案例的“本地化”，營造“身臨其境，感同身受”的課堂情境，使學生在授課教師的引導下，更好地參與到案例分析中，從而激發學生對課堂教學和案例學習的興趣，達到有效提高課堂教學效果的目的。

關鍵詞：巖土工程；案例教學；創新實踐；本地化；能力培養

中圖分類號：G6420；TU45文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2016）04007804

巖土工程專業核心課程包括專業基礎課土力學和基礎工程設計原理，以及專業必修課樁基設計與計算、巖土工程測試技術和基坑工程設計與施工等。這些課程具有很強的理論性與實踐性，所涉及的基本概念多，理論抽象且理解難度大[1-2]。在傳統教學中，學生僅僅是知識的被動接受者，往往缺乏學習的自覺性和主動性，難以深入理解相關知識，其解決實際問題的能力也得不到鍛煉。而案例教學法則是圍繞特定的教學目的，模擬或者重現現實場景，把真實情景加以典型化處理，形成供學生思考分析的案例，以提高學生分析問題和解決問題能力的一種教學方法[3]。

在巖土工程課程教學中需要解決的核心問題主要有：一是如何培養學生應用所學專業基礎知識分析和解決巖土工程實際問題的能力；二是如何在實踐中培養學生不斷創新的意識和行動能力，實現卓越工程師的培養目標。針對這些問題，為適應創新性人才培養的要求，同濟大學巖土工程課程教學團隊在教學模式、教學資源、教學環境等方面，開展了全方位的課程建設和創新實踐。在課程教學中特別重視案例教學法的應用，結合工程案例講解課本上的理論知識，介紹現實工程中出現的問題，結合典型工程案例開展課程討論，使理論與實踐有機結合，激發學生的創新思維，提高課堂教學的效果。

以下主要以同濟大學巖土工程核心課程教學為例進行介紹和分析，為同行提供參考。

一、構建以能力培養為導向的案例教學模式

注重理論與實踐的有機結合，結合工程案例講解課本上的理論知識，逐步

建立以能力培養為導向、以案例教學為主體的教學模式。經過多年的探索和教學實踐，教學過程中能熟練采用案例啟發、問題探索和專題討論等多種形式開展實踐教學，逐步建立以案例教學為主體的教學模式。在案例選取時注重采用“本地化”案例，授課教師在講解時能夠營造出“身臨其境，感同身受”的課堂情境；學生在授課教師的帶動下，也能夠更好地參與到案例的分析中來，激發了學生對案例學習的興趣，提高案例教學的效果[4]。通過對教學案例本地化的探索，使課程講授內容更具體鮮活。上海及周邊地區的典型工程案例，如蓮花河畔倒樓事故、地鐵4號線區間隧道事故等失敗案例，以及世博500kV地下變電站工程、上海中心超深基坑工程等成功案例均被引入課程教學中。需要強調的是，由于這些教學案例在現有教科書中并沒有列入，相關案例也會隨著任課教師的工程實踐不斷更新和調整，因此，任課教師必須認真編寫教案。同時，教師在課堂講授時，應結合相關知識點，采用圖文并茂的方式進行講解。

以下三個典型案例均為上海地區的工程案例。結合這些典型案例講解課本中的相關知識點，并逐漸將相關案例編寫到教案中。

一是，在講解黏性土的觸變性時，由于對黏性土的觸變性認識不足，間歇時間不夠，實際工程中多次發生實測承載力與設計承載力和地質資料提供的計算值相差甚遠的案例。典型的有滬西某工程，基礎采用500 mm×500 mm預制方樁，樁長46 m（兩節），樁基持力層為⑤-2層，根據地質資料設計要求單樁極限承載力為4 000 kN，該工程前后進行三次試驗，分別為沉樁后2周、3個月和6個月，檢測結果表明，直至沉樁6個月后才達到設計要求。結合該典型工程案例進行講解，引導學生對該工程案例進行分析，通過組織討論和引導學生獨立思考，使學生對黏性土的觸變性以及單樁靜載荷試驗間歇時間的重要性有更深入的理解和認識。

二是，在講解土的壓實原理時，實際工程中因未嚴格控制含水率而造成壓實填土質量不達標的案例屢見不鮮，其中，較為典型的有發生在上海奉賢某廠房的工程。施工單位在對該場地填土進行壓實處理時，未嚴格控制含水率，導致暗浜區回填土的含水率明顯高于最優含水率，而壓實系數則小于原狀土區的壓實系數，達不到《建筑地基基礎設計規范》對基礎填土的壓實度要求。施工單位雖多次提高壓路機的重量，但部分填土的壓實系數依然不能達標。在業主更換了施工單位后，新接手的施工單位通過嚴格控制含水率，很快便滿足了壓實填土的質量要求。針對該典型工程案例，教師從問題的提出、分析、方案的設計與實施，到最終問題的解決等各方面引導學生，幫助學生全面了解解決問題的全過程，并進一步理解含水率對填土壓實性的影響。

三是，在講解樁基礎的水平承載力時，城市建設中經常會遇到由于堆載或基坑開挖所引起的土體水平位移現象，土體水平位移會使鄰近建筑物的樁基礎產生附加內力或變形，并可能導致鄰近樁基的破壞而發生工程事故。比較典型的有2009年6月發生在上海的某13層樓房整體倒覆事故，其主要原因是由于在緊貼樓房北側的堆土和緊鄰南側的地下車庫基坑開挖的聯合作用下，所產生的過大土體側向位移導致樁基破壞而倒塌。以該案例為背景，引導學生研究土體水平位移對鄰近既有樁基承載性狀的影響，并結合相關研究成果，在課堂上與學生一起討論基坑支護結構和開挖深度對鄰近樁基承載性狀的影響，充分調動學生分析和思考問題的積極性。

二、建設典型教學案例庫和開放實驗平臺

與結構、橋梁、道路等其他土木工程專業實習環節的特點不同，大部分巖土工程只能在施工期間才能看到，施工結束后即埋于地下，學生很難有機會對巖土工程問題進行全過程的認識。基于網絡的虛擬教學平臺對當前巖土工程實習教學具有重要的現實意義，應充分利用現代信息技術，開發網絡多媒體實習平臺，創設豐富多彩的信息資源[5]，其中包含大量多媒體資料以及對典型案例的模擬動態演示，相關的資源庫還在不斷地擴充之中。該平臺突破了課堂教學的封閉狀態，創造了自主學習和協作學習的良好環境，切實提高了學生的學習興趣和效率。

該案例庫和虛擬平臺包括前臺功能和后臺功能，前臺功能包括幻燈片展示、網站公告、文章置頂、文章推薦、站內搜索、RSS訂閱、網站調查等多項功能，層次分明，一目了然，能夠滿足訪客的需求。后臺功能為管理員提供了一個管理、維護、更新網站的操作平臺。管理員通過密碼登入后臺管理系統，可實現版塊更新、文章編輯、圖片和FLASH上傳、資料上載、網站數據備份、投票管理、訪客留言處理等功能，操作簡單快捷。該平臺利用廣大教師長期在工程第一線積累的素材，搜集了巖土及地下工程方面的施工、設計及典型案例資料，涵蓋了巖土工程施工各個方面的內容，對其進行分類整理后，建立了“淺基礎”“深基礎”“地基處理”“基坑支護”“隧道及地下空間”等五大版塊。各版塊又細分為多個子欄目，各個子欄目通過詳盡的文字、豐富的圖片和形象的動畫等多種手段結合的方式，對該項巖土工程施工方法、施工器械和施工過程等進行介紹。

通過整合各個分散的巖土工程實驗項目，輔以科研和工程試驗，構筑了“知識學習、能力訓練、創新精神并重培養”的實驗教學環境，建設“巖土工程實驗教學示范中心”實驗平臺，提供基礎型、綜合型和創新型三個層次的實驗項目，注重實驗項目的自主性、探索性和開放性，切實培養學生的試驗技能、實踐能力和創新能力。實驗平臺實行開放式管理模式，不僅滿足學校土木工程專業本科生實驗教學要求

，還向校內外相關專業學生開放，每年有近千名學生在此進行試驗。同時，也為大學生創新實踐訓練項目等科技創新活動提供實驗場地和設備。

教學實踐表明，巖土工程實驗平臺的開放教學，強化了學生對試驗過程的認識，使學生能夠在自主、協作的學習環境中充分理解與掌握試驗原理與操作要領，達到了對學生試驗技能、實踐能力和創新能力的培養目標，實現實驗項目的可動手性、可設計性和可研究性，突出了巖土工程的變異性大以及區域化和個體化強等特性。

三、完善以卓越工程師為培養目標的教材體系

對巖土工程課程案例教學法最早的探索可以上溯至20世紀60年代，以俞調梅教授為代表的老一代同濟巖土人在國內較早地編寫了《土質學與土力學教材》，后經幾代人的不斷修改和更新，該教材至今已進行了五版修訂，發行量接近30萬冊。進入21世紀后，同濟大學土力學和基礎工程設計原理兩門課程均獲得上海市精品課程的榮譽，多本教材入選國家級規劃教材。

為進一步適應創新性人才培養的要求，同濟大學巖土工程課程教學團隊長期重視課程教學體系的建設與創新實踐教學，強調教材建設要與時俱進，及時將本學科的最新科研成果引入教材中，給學生傳授前沿的專業知識和介紹鮮活的工程案例。教材編寫的總體思想是闡明巖土工程的基本分析方法和計算原理，重視結合相關的設計施工規范進行講解，但又不局限或拘泥于規范的條文，強調對相關規范實質精神的理解和把握。經過多年的不斷努力，在師資配備、教材建設、教學課件制作等方面都取得了較為顯著的成績，形成了完整的巖土工程核心課程教材，目前已擁有紙質教材、試驗指導書、習題集、電子教材、電子教案、課堂教學錄像、教學輔助軟件和案例庫等內容豐富、形式多樣的教學資源。新編或修編的巖土工程核心課程教材，大多入選國家級規劃教材或精品課程教材。以土力學課程為例，新編《土力學》教材獲上海普通高校優秀教材一等獎[6]，在英文班級采用的教材主要是根據英文原版教材改編的講義，而在中文班級則推薦英文經典教科書作為課堂教學的參考教材[7]。這些教材的主要特點是與工程實踐緊密結合，專業特色鮮明，反映了巖土工程領域的最新成果，有利于拓展學生的知識面和培養卓越工程師素養。同時，結合土木工程學院“卓越工程師教育培養計劃”的要求，編制了巖土工程核心課程的“課程檔案”，包括中英文課程大綱、知識點與知識體系等內容[8]。

四、結語

在巖土工程課程教學中采用工程案例教學法，極大地增強了課堂教學的針對性和實用性，激發了學生對學習的興趣，提高了學生的參與程度，從而提高了教學的效果，其主要特點有如下幾方面：

在教學模式上，注重案例教學法的實踐，以科研促進教學。將課堂教學與工程實踐緊密結合，將科研成果以典型案例形式有機融入教學環節中，提升了本科生綜合應用專業知識解決工程問題的能力。

在教學資源上，注重典型案例的選取，凸顯“本地化”特色。選取的工程案例既要能說明相關的理論，又要符合教學目標和要求，增強了案例教學的針對性和實用性，激發學生對案例學習的興趣，提高案例教學的效果。

在教學環境上，注重教學團隊的建設，以實踐培養創新人才。建設教學、科研與工程實踐并重的高素質教學團隊，通過課題、實踐和創新訓練等實踐教學活動，搭建了師生互動交流平臺，構筑適宜創新人才成長的環境，全面提升學生的創新能力。參考文獻：

[1]高等學校土木工程專業指導委員會. 高等學校土木工程專業本科教育培養目標和培養方案及課程教學大綱[M]. 北京：中國建筑工業出版社， 2002.

[2]張孟喜， 秦愛芳， 孫德安， 等. 巖土力學課程群的創新教學實踐[J]. 高等建筑教育， 2011， 20（5）：132-135.

[3]王青梅， 趙革. 國內外案例教學法研究綜述[J]. 寧波大學學報， 2009， 31（3）： 7-11.

[4]梁發云， 張浩， 李鏡培. “本地化”案例在土力學與基礎工程課堂教學中的應用[J]. 華中科技大學學報：社會科學版， 2014，（28）： 28-31.

[5]梁發云， 李彥初， 李鏡培. 巖土工程網絡虛擬實習平臺系統的開發與教學實踐[M]. “普通高等教育土建、環境與安全類專業教學與研究”論文專輯， 機械工業出版社， 2012.

[6]李鏡培， 梁發云， 趙春風. 土力學[M]. 北京： 高等教育出版社， 2008.

[7]Budhu M. Soil Mechanics and Foundations， 3rd Edition. John Wiley & Sons， Inc， 2011.

[8]林峰， 顧祥林， 何敏娟. 現代土木工程特點與土木工程專業人才的培養模式[J]. 高等建筑教育， 2006， 15（1）： 26-28.