基于整體工程教育理念的“地基處理”課程教學(xué)改革探索

張浩 宋衛(wèi)康

摘要：文章針對地基處理課程的特點(diǎn)和教學(xué)過程中存在的問題，探討了整體工程教育理念在地基處理課程教學(xué)改革中的應(yīng)用，分別通過課程內(nèi)容系統(tǒng)化整合、工程實(shí)踐歸納式教學(xué)、教學(xué)方法多樣化融合、課程考核開放性構(gòu)建4個方面對地基處理課程教學(xué)進(jìn)行改革探索。實(shí)踐證明，“知識-實(shí)踐-技能”三維一體的整體工程教育教學(xué)模式在地基處理課程教學(xué)中可以取得良好的效果。

關(guān)鍵詞：整體工程教育；地基處理；教學(xué)模式；教學(xué)改革

中圖分類號：TU4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0133-03

整體工程（Holistic Engineering）教育理念是在20世紀(jì)90年代歐美工程教育“回歸工程實(shí)踐”浪潮下，由賓夕法尼亞大學(xué)教授Joseph Bordogna提出的。該教育理念是基于“工程就是出于某種目的而整合所有知識”的理論前提，結(jié)合工程實(shí)踐，利用學(xué)校豐富的資源和完備的學(xué)科優(yōu)勢，通過跨學(xué)科、全系統(tǒng)化的課程教學(xué)方法，使學(xué)生以整體的視野產(chǎn)生新的觀念，而具備整合能力、分析能力、集成創(chuàng)新能力和環(huán)境社會感知能力；其更強(qiáng)調(diào)在快速變化的世界中工程問題所形成的背景，領(lǐng)導(dǎo)以團(tuán)隊(duì)為中心的工程項(xiàng)目跨學(xué)科交流的能力，以及終身學(xué)習(xí)的能力，體現(xiàn)了整體主義思想。目前，我國高等工程教育正處于教育范式變遷，在“回歸工程實(shí)踐”的變革趨勢下，創(chuàng)新性和實(shí)踐性儼然已成為高等工程教育改革亟待突破的關(guān)鍵問題。因此，基于整體工程教育理念，結(jié)合我國工程教育本土特點(diǎn)，探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力的教育教學(xué)改革，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、地基處理課程的特點(diǎn)及教學(xué)存在的問題

地基處理課程設(shè)置目的是通過課程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握各種地基處理技術(shù)的適用條件、設(shè)計(jì)原理和方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生利用基本理論、各種技術(shù)方法和現(xiàn)代工程工具解決實(shí)際問題的能力。該課程內(nèi)容不僅涉及很多相關(guān)領(lǐng)域和專業(yè)基礎(chǔ)知識，具有學(xué)科交叉性，而且隨著工程實(shí)踐發(fā)展會涌現(xiàn)各種地基處理新技術(shù)和新方法，具有持續(xù)發(fā)展性。目前，該課程在教學(xué)中具有以下特點(diǎn)和問題。

1.所涉課程多、教學(xué)體系不系統(tǒng)。如表1所示為地基處理課程主要內(nèi)容與土建類部分專業(yè)課程的對應(yīng)關(guān)系。可見，該課程不僅與工程地質(zhì)、土力學(xué)、基礎(chǔ)工程等前期專業(yè)基礎(chǔ)課程有密切聯(lián)系，而且還是邊坡工程、基坑工程、地下建筑結(jié)構(gòu)、環(huán)境巖土工程、路基工程等專業(yè)方向課程相關(guān)知識的補(bǔ)充。每種地基處理方法的建立離不開專業(yè)基礎(chǔ)理論的拓展應(yīng)用，更離不開工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。如何在各種地基處理方法的講授中將地基處理原理與前期和后期專業(yè)知識系統(tǒng)的建立聯(lián)系，是通過課程鍛煉學(xué)生整體工程思維的關(guān)鍵點(diǎn)。然而，在實(shí)際的教學(xué)過程中，這些與地基處理相關(guān)的專業(yè)課程大多分布于不同的學(xué)期學(xué)年，導(dǎo)致課程教學(xué)缺乏相互間的聯(lián)系，整體系統(tǒng)性不強(qiáng)，學(xué)生很難將所學(xué)專業(yè)知識融會貫通并在工程實(shí)踐中靈活應(yīng)用。

2.處理方法多、教學(xué)模式較單一。工程場區(qū)的多樣性和區(qū)域性，決定了地基處理課程研究對象相對較多，不僅包括軟土、雜填土、吹填土等軟弱地基，還包括黃土、膨脹土、紅黏土、凍土等特殊地基。處理對象的不同，衍生出不同的地基處理方法，如：預(yù)壓法、置換法、復(fù)合地基法、振密擠密法等，而且還在不斷發(fā)展中。雖然各種處理方法的基本原理不盡相同，但其總體目標(biāo)是使土質(zhì)由松變實(shí)，達(dá)到地基加固的目的。然而，處理對象的特殊性和施工方法的獨(dú)特性，使得每種地基處理方法都具有一定的適用條件，如何在眾多方法中選擇出適宜于工程場區(qū)的地基處理方法，是實(shí)現(xiàn)學(xué)生能夠由“課堂”走向“工程”的必要途徑。實(shí)際教學(xué)中，課程講授多采用“照本宣科”的單一模式，且側(cè)重于各種地基處理方法的設(shè)計(jì)計(jì)算理論推導(dǎo)，嚴(yán)重脫離工程實(shí)際，學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往感到枯燥乏味，學(xué)生的創(chuàng)新意思和實(shí)踐動手能力更是難以得到鍛煉和提高。

3.技術(shù)更新快、教學(xué)內(nèi)容較陳舊。隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的迅猛發(fā)展，地基處理工程越來越多，各種新技術(shù)、新工藝及新方法不斷涌現(xiàn)。例如：化學(xué)電滲法、微生物固化技術(shù)、水泥土復(fù)合樁技術(shù)、能源樁技術(shù)等。地基處理方法的發(fā)展趨勢是更加強(qiáng)調(diào)環(huán)保、綠色和節(jié)能，且更偏重于多學(xué)科的融合。然而，目前地基處理課程教材由于編寫出版的滯后性，很難反映工程領(lǐng)域的最新發(fā)展和動態(tài)，甚至部分教學(xué)內(nèi)容所涉及的地基處理方法已遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，且應(yīng)用較少，導(dǎo)致學(xué)生工作后參與地基處理工程無所適從，仍需花較長時間重新學(xué)習(xí)。此外，實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中受“科學(xué)理論主導(dǎo)”思維的影響，地基處理課程教學(xué)往往更偏重于各類方法的設(shè)計(jì)理論，而忽視了工程實(shí)踐，缺乏完整系統(tǒng)的工程案例，對新方法新技術(shù)的地基處理案例的介紹更少，教學(xué)內(nèi)容不能反映最新的工程技術(shù)和科研成果。

二、地基處理課程教學(xué)改革與創(chuàng)新

“整體工程”教育模式以整合能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了三個層面的有機(jī)結(jié)合：理論與實(shí)踐的融合、知識與能力的協(xié)同、技術(shù)與非技術(shù)的平衡。基于這三層面的能力培養(yǎng)目標(biāo)，對地基處理課程進(jìn)行了以下四個方面的改革。

1.整合課程的理論體系。從“整體工程觀”出發(fā)，系統(tǒng)分析各種地基處理方法與相關(guān)學(xué)科和其他專業(yè)課程的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生建立專業(yè)知識的“縱向”體系。例如，在講授排水固結(jié)法時，回溯土力學(xué)課程中的太沙基一維固結(jié)理論和地下水的滲流理論，并通過堆載預(yù)壓工藝，啟發(fā)學(xué)生思考排水固結(jié)法的新工藝真空預(yù)壓法。在講授加筋法時，回溯土力學(xué)課程的剪切理論和土木工程材料課程的土工格柵工程特性，通過水平加筋法的基本原理介紹，啟發(fā)學(xué)生將該方法應(yīng)用于邊坡加筋擋墻和基坑土釘支護(hù)中。從而，鍛煉學(xué)生在專業(yè)知識學(xué)習(xí)中的整體性和系統(tǒng)性。同時，針對課程本身內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生梳理各種地基處理方法的“橫向”關(guān)聯(lián)和異同。將常用地基處理方法概括為“挖”“換”“壓”“夯”“擠”“拌”“噴”七字訣，以便于學(xué)生直觀理解，并通過各種方法處理對象、適用條件、施工方法等方面的對比分析，促使學(xué)生開展地基處理方案的比選和優(yōu)化設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生的綜合分析和判斷能力。

2.歸納式工程實(shí)踐內(nèi)容。不同于傳統(tǒng)的演繹式教學(xué)法，鑒于地基處理課程實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)，對于課程中每種地基處理方法采用歸納式的講授方法，遵循從具體工程問題到抽象處治機(jī)理分析、從個別工程實(shí)例到一般類似工程處理的邏輯，與工程教育的實(shí)踐屬性保持一致，從而構(gòu)建工程問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式，避免了理論教學(xué)與工程實(shí)踐的脫節(jié)。此外，歸納式教學(xué)的運(yùn)用有利于課程教學(xué)中介紹地基處理領(lǐng)域里的最新發(fā)展趨勢和研究成果。通過對地基處理新技術(shù)新方法的介紹，能夠較好的開闊學(xué)生的視野；利用這些新技術(shù)新方法的動畫、視頻演示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以解決教學(xué)內(nèi)容落后于工程實(shí)際的問題。同時，通過地基處理工程實(shí)例新舊處理方法的選擇和對比分析，綜合講解新舊處理方法之間的可行性和經(jīng)濟(jì)合理性，培養(yǎng)學(xué)生在從事地基處理工作的創(chuàng)新能力。

3.融合多樣性教學(xué)方法。基于“整體工程教育”中知識、實(shí)踐和溝通技能三維一體的培養(yǎng)模式，結(jié)合鄭州大學(xué)城市地下空間工程專業(yè)地基處理課程特點(diǎn)，采用演繹法、歸納法、合作學(xué)習(xí)法和互動討論法相融合的教學(xué)方法。如表2所示，采用演繹式的教學(xué)方法講授各種地基處理方法的設(shè)計(jì)理論，但在理論推導(dǎo)中側(cè)重于專業(yè)知識點(diǎn)的“縱向”和“橫向”聯(lián)系。在地基處理方法的原理和施工工藝方面，采用案例法由實(shí)際工程問題入手，引入各處理方法的加固機(jī)理；在技術(shù)原理和施工工藝講授的基礎(chǔ)上，將學(xué)生分組開展合作學(xué)習(xí)，學(xué)生間討論地基處理方法的工程應(yīng)用，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識和相互交流能力。

具體工程實(shí)例開展教師與學(xué)生間的互動討論，激發(fā)師生間的觀點(diǎn)碰撞。如：通過常州港某散貨堆場軟土地基加固的工程實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已學(xué)的地基處理原理知識，對該工程地基處理方案進(jìn)行討論；然后，根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步確定可選的處治方案，并對每種方案的工程經(jīng)濟(jì)性、施工可行性、技術(shù)合理性進(jìn)行比對，確定最終的處理方案。學(xué)生通過相互討論以及和教師的交流，從中不僅提高分析問題和解決問題的能力，而且增強(qiáng)實(shí)踐能力和人際溝通能力。

4.構(gòu)建開放式考核方法。地基處理課程考核方式上采用“項(xiàng)目考核”與“開卷考試”相結(jié)合的開放式考核方法，以改變傳統(tǒng)單一閉卷考試考核方法中學(xué)生死記硬背、脫離工程實(shí)際的弊端。“項(xiàng)目考核”即根據(jù)工程實(shí)例“互動討論”教學(xué)中學(xué)生的參與度，按照項(xiàng)目處治方案設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化與實(shí)施、總結(jié)匯報3方面進(jìn)行教師打分和學(xué)生相互打分，最大限度的發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。“開卷考試”則是結(jié)合注冊工程師制度，通過開放性題目的設(shè)置，考查學(xué)生整合專業(yè)知識、分析工程問題、解決實(shí)際問題的能力。最終，根據(jù)這兩種考核方法的得分通過比例加權(quán)，綜合評價學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果。這種開放式的考核模式不僅能夠促使學(xué)生自我提升和相互學(xué)習(xí)，而且可以達(dá)到教學(xué)資源利用的最大化和教學(xué)效果的最優(yōu)化。

三、課程教學(xué)改革效果

基于“整體工程”教育理念的地基處理課程教學(xué)改革，通過整合課程內(nèi)容體系，能夠系統(tǒng)化、高效率地幫助學(xué)生掌握各種地基處理技術(shù)的基本理論知識，積極參與互動實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于其專業(yè)素養(yǎng)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識和合作能力的培養(yǎng)，教學(xué)效果良好。

1.構(gòu)建了培養(yǎng)學(xué)生“系統(tǒng)思維+整體意識”的課程內(nèi)容體系。以課程內(nèi)容縱橫向知識點(diǎn)的整合，培養(yǎng)了學(xué)生作為未來土建類工程師所必備的工程素養(yǎng)和理論基礎(chǔ)。

2.構(gòu)建了突出學(xué)生能力培養(yǎng)的“歸納式”課程教學(xué)模式。具有工程教育“實(shí)踐”屬性的歸納式教學(xué)能夠有效整合教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生掌握課程知識體系，有利于學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

3.構(gòu)建了能夠激發(fā)學(xué)生主觀能動性的“知識+實(shí)踐+技能”三維一體的課程教學(xué)體系。以系統(tǒng)化、實(shí)踐化、多樣化、互動化教學(xué)為主線，培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，有利于其形成具有創(chuàng)新意識的大工程觀。

4.嘗試了一種體現(xiàn)“知識整合能力”的開放式考核模式。改變傳統(tǒng)考核中學(xué)生被動學(xué)習(xí)、被動考核的局面，使其充分享受整合已學(xué)知識解決工程問題的樂趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性和主動性。

四、結(jié)束語

地基處理作為“大土木工程類”專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和技術(shù)性。傳統(tǒng)課程教學(xué)中往往存在過度科學(xué)化、工程性不強(qiáng)、脫離工程實(shí)際等問題。基于“整體工程”教育理念的地基處理課程教學(xué)改革，以課程內(nèi)容系統(tǒng)化整合為平臺，工程實(shí)踐歸納式教學(xué)為抓手，以培養(yǎng)學(xué)生的知識整合、工程實(shí)踐、應(yīng)用創(chuàng)新和溝通協(xié)作能力為目標(biāo)，改變傳統(tǒng)教學(xué)體系、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)模式，將“知識—實(shí)踐—技能”有機(jī)融合，激發(fā)了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)了學(xué)生的大工程觀，教學(xué)效果得到明顯改善。

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