突出實踐和創新的地基與基礎工程教學改革

馮錦艷 于志全

摘要：北京航空航天大學地基與基礎工程課程在經典理論知識框架基礎上，對教學內容、教學方式方法、課程設計內容進行了改革，提高了教學效果，獲得了學生認可。改革后的地基與基礎工程課程，以提高學生的綜合能力為目標，依托特色工程案例、工程實踐、研討型課堂、科研型課堂，構建了完善的理論課程體系，依托巖土大賽形成了創新型實踐設計體系，積極推進研究創新型課程教學。地基與基礎工程課程改革突出了北航的優勢學科，為其他課程改革提供了可借鑒的方法。

關鍵詞：地基與基礎工程；教學改革；工程案例；研討型課堂；科研型課堂

中圖分類號：G642文獻標志碼：A文章編號：10052909（2018）030058042016年11月，北京航空航天大學完成了教育部評估中心對學校本科教學的評估工作，根據專家的意見反饋，提出了建設頂尖一流大學本科的教學目標，自此，北京航空航天大學加快本科教育改革步伐，加大本科教育改革力度，鼓勵各學院以本科教學思想大討論為基礎，積極有效地推進本科教學改革，注重培養學生的實踐能力和創新能力，為社會提供優秀的專業人才。

多年來，北京航空航天大學土木工程專業注重本科理論教學和實踐教學投入，積累了豐富的教改經驗，尤其是地基與基礎工程課程，作為土木工程專業學生的必修專業主干課程，自2013年起，先后完成了教學內容、教學方法及課程設計的改革，取得了良好的教學效果。

地基與基礎課程涉及工程力學、彈性力學、巖土力學、工程地質與水文地質等基礎學科知識，是一門應用性和實踐性很強的課程[1]。許多教育工作者結合自己的經驗和科研工作，對地基與基礎工程課程進行了多方面的改革探索，包括教學方法、教學內容、師資力量、國內外教學對比等，為該課程的改革提供了可借鑒的措施。張艷美[2]等提出了“3333”課程教學設計，優化了教學內容；王博[3]、趙志峰[4]等探討了案例式教學改革的優勢以及改革思路；程曄[5]等提出將手算與電算結合，增加答辯環節對學生進行考核；王月香等[6]探討了建筑工程方向學生所需的地基與基礎工程課程教學內容，強調了概念和思路的重要性。總之，各位教育工作者將理論知識、實踐能力與素質培養有效結合，提高教學質量，但課堂教學時間有限，如何激發學生的熱情和興趣，喚起學生自主學習的動力，將研討型教學和科研型教學融入課堂，增加課程的創新性，成為教學改革的方向，亦是提高學生綜合能力的有效途徑。

一、地基與基礎工程課程定位

隨著“一帶一路”倡議的提出，土木行業迎來了新的發展契機，油氣管道、跨界橋梁建設取得了前所未有的成績，中國正在積極開展亞洲公路網、泛亞鐵路網的規劃和建設，與東北亞、中亞、南亞及東南亞國家開通公路13條，鐵路8條，其中最重要也是最現實可行的通道路線是：日本—韓國—日本海—扎魯比諾港—琿春—吉林—長春—白城—蒙古國—俄羅斯—歐盟的高鐵和高速公路規劃。這就要求土木專業的學生不僅要牢固掌握專業知識，還要具有實踐和創新能力，解決實際工程中遇到的各種問題，快速成為土木行業的中堅力量。為此，圍繞地基與基礎工程課程教學實際，提出了以系統理論知識框架為基礎，瞄準學科創新性和實踐性，以培養創新實踐型綜合人才為目標的課程定位。

二、地基與基礎工程教學內容改革

（一）緒論課

多數學生對自己的專業充滿熱情，緒論課是激發學生學習熱情的最佳時機，可以起到事半功倍的效果。緒論課不僅要包括地基與基礎工程從古到今的發展，還要涵蓋國內外工程建設的概況，介紹我國的特色工程，找出差距，激發學生的創新思維，鼓勵學生用科學的態度探索解決專業問題。通過緒論課的學習，初步建立對工程特點和工程實踐的感性認識，肩負起未來建設的重任。

（二）教學內容與教學案例融合

地基與基礎工程課程包含地基模型、地基承載力的計算和校核、特殊地基處理、淺基礎形式和設計、樁基礎、擋土結構等內容，實踐性很強，傳統的根據教材進行理論教學的模式很難獲得良好的教學效果。改革后的地基與基礎工程課程在保持經典教學理論框架的基礎上，以工程實踐為基礎，以特色工程為依托，將工程案例和教學內容相融合，激發學生的學習興趣，提高學習效率。在介紹地基模型時，引入了地基與基礎工程中常用的元器件模型，介紹了元器件模型的串并聯方式及求解方法。在講授地基承載力的計算和校核時，以北航的新主樓為計算對象，校核了地基的承載力，在此基礎上，對新主樓上課和非上課期間的地基承載力進行了計算和比較分析，由于案例貼近學生生活實際，獲得了良好的效果。在進行特殊地基處理的講授時，依托學校主持的機場973課題——北京新機場土基壓實工程，介紹了地基的處理方法以及適用范圍，同時展示了依托北斗設計的土基變形監測系統。在講解淺基礎的形式和設計時，以農村蓋房子為例。在樁基礎的介紹中，以上海的三大高樓為對象，系統地講解了樁基礎的設計和制作，尤其是水平載荷作用下的樁基礎受力分析。擋土結構形式繁多，在講授時，引入了棲霞高速公路擋土墻工程，介紹了重力式擋土墻和柔性擋土墻，以及錨桿、土釘、加筋土擋土墻的設計和校核方法。

改革后的教學效果顯著，學生掌握了專業基礎知識，熟悉了實際工程的設計、計算和校核方法，對不同工程的地基與基礎沉降監測和預估有了初步的概念，學生的學習成績普遍提高。

（三）增加工程實踐內容

地基與基礎工程應用性很強，學生對淺基礎的設計，尤其是磚基礎的砌筑方式很難理解，對樁基礎的施工工序模糊，對強夯以及靜壓法等地基加固機理認識不足。為此，從2013年起，增加了工程實踐環節，學生先后參觀了致真大廈的基坑開挖和基礎澆筑、幼兒園土建改造、校內道路路基翻修，以及學校北門宿舍建設等實際工程，學生對地基與基礎工程有了更為直觀的認識，對施工方法以及施工工序有了進一步了解，掌握了基坑地下水的降水措施和工序安排，熟悉了未來的工作環境和工作內容。

三、教學方式方法改革

隨著信息獲取手段的多元化和快速化，學生對課程教學提出了更高要求，傳統的授課模式受到了強烈沖擊，經過嘗試和探索，研討型課堂和科研型課堂受到學生青睞，伴隨著北航本科教學大討論，研討型課堂和科研型課堂將成為主要的授課模式之一。

地基與基礎工程研討課堂，為學生提供了包括淺基礎、深基礎、擋土墻、地基處理等在內的10個特色案例，學生以組為單位選題，通過查閱文獻、計算和推理，對工程案例的設計、施工和監測提出可行性方案。這一過程已經由最初的手算過渡到電算，學生可以較早地接觸到理正軟件、MATLAB、PKPM、ABAQUS、ANASYS、FLAC等，為繼續深造和將來就業奠定了良好基礎，提升了競爭力。

地基與基礎工程研究型課堂，由巖土組負責教授每年根據本組的科研現狀進行選題，將科研成果進行校核加工后，用于課堂與學生探討交流。這是一個創新的過程，是學生和教師雙方受益的教學方式。自2013年實施以來，學生對科研成果發表的認識更加深刻，并且提出了許多可用于繼續研究的創新點，越來越多的本科生參與到科研中來，是一種值得推薦的課堂教學模式。

四、課程設計改革

地基與基礎工程課程配套了相應的課程設計，改革前的課程設計題目為6 m深基坑的支護設計，學生根據題目完成樁的設計和錨桿設計。隨著實際工程基坑深度的不斷增加，超深基坑不斷涌現，原設計題目嚴重滯后于實際工程，因此選擇適合的課程設計題目對于培養學生的綜合能力至關重要。

高等學校土木工程學科教學指導委員會和中國土木工程學會于2016年舉辦了第一屆巖土大賽，題目為擋土墻的設計和制作，這為地基與基礎工程課程設計提供了全新的改革思路。改革后的地基與基礎工程課程設計以巖土大賽題目為計算對象，通過一周的設計、制作、撰寫報告和制作PPT，完成課程設計，參加課程期末答辯。學生可根據自己的設計內容自愿組隊參加巖土大賽，如獲得名次，可對保研有所幫助。這種改革不但保證了課程設計案例的新穎性和獨特性，而且提高了學生的團隊協作能力和動手能力，訓練了學生的綜合素質，是激發學生自主學習的一個重要舉措。

五、網絡課程建設

地基與基礎工程課程及課程設計依托北航課程中心進行了網絡課程建設。教師可通過課程中心發布作業、通知，補充文獻資料。學生可在線提交作業，進行討論、投票以及案例選取等。網絡課程為學生提供了一個良好的互動平臺，有利于師生之間的溝通互動，有助于教師修正和完善教學內容。

六、結語

北航的地基與基礎工程課程經過三年改革，以經典理論知識框架為基礎，著眼于提高學生的綜合能力和素質，依托工程案例、工程實踐、研討型課堂、科研型課堂形成了完善的理論課程體系，依托巖土大賽形成了系統的實踐創新平臺，積極推進了創新實踐性教學。如今，北航正在進行一流本科教育改革，地基與基礎工程課程作為改革的先修課，在突出自身優勢學科的基礎上，為其他課程改革提供了可借鑒的經驗和方法。

參考文獻：

[1]周景星，李廣信，張建紅，等. 基礎工程[M].3版 ，北京：清華大學出版社，2015.

[2]張艷美，楊文東，奕雅琳，等. 基于工程問題的土力學與基礎工程課程建設探索[J]. 高等建筑教育，2016，25（4）：74-77.

[3]王博，劉志強，梁恒昌. 地基與基礎工程課程案例式教學改革探討[J]. 高等建筑教育，2016，25（4）：86-89.

[4]趙志峰，邵光輝，張婷. 先行案例在基礎工程教學中的應用[J]. 高等建筑教育，2009，18（2）： 69-71.

[5]程曄，艾軍. 土木工程專業基礎工程課程設計的實踐與改革探索[J]. 高等建筑教育，2006， 15（3）：99-101.

[6]王月香，顧歡達. 建筑工程方向基礎工程課程教學初探[J]. 高等建筑教育，2010，19（5）： 91-93.