研究生“地下結構工程”教學案例庫建設

原華，鄭偉，劉康

（1.河南大學 土木建筑學院，河南 開封；2. 河南大學 巖土與軌道交通工程研究所，河南 開封）

一 引言

我國在基礎設施建設和城市化方面的高速發展，對工程技術類人才的需求提出了更高的要求；促使土木水利專業學位研究生教育應以培養本領域應用型、復合型、高層次專門人才為宗旨[1,2]。為此，2015年教育部發文明確要求各高校要加強專業學位研究生案例教學，要開發和形成一大批基于真實情境、符合案例教學要求、與國際接軌的高質量教學案例。

案例教學應用到高等教育始于19世紀70年代的哈佛大學。由于前期積累較少，能直接用于專業學位研究生教育的成熟、優質案例庫并不多。目前中國專業學位教學案例中心僅建成工商管理、公共管理、會計、教育、法律、臨床醫學6個專業學位案例庫，尚缺少土木水利專業學位案例庫。在土木水利專業學位研究生培養過程中，國外工程案例因規范、標準與國內具有巨大差異而難以直接引入。因此，迫切需要建設基于真實情境、符合案例教學要求、注重理論與實踐相結合的高質量教學案例庫[3]。

國家最高科技獎獲得者錢七虎院士曾說，21世紀是“地下空間”的世紀。《地下結構工程》是土木工程（地下方向）專業本科、巖土工程/地下結構專業學術型研究生、巖土工程或地下結構方向土木水利專業學位研究生的專業必修課，其研究對象涉及領域較廣，課程內容豐富，實踐性、應用性強，教學中亟需將理論教學與系統、真實、典型的工程案例庫教學相結合。

本文基于《地下結構工程》課程的特點，結合土木水利專業學位研究生的實際教學需要，對構建科學合理、基于真實情境、理論與實踐相結合的地下結構工程案例庫的思路進行探討[4-6]。旨在提升案例教學水平，增加學生學習積極性和創造性，提高學生自主學習和分析問題的能力，培養專業學位研究生的工程實踐與應用能力[7]。

二 教學中存在的主要問題

地下結構工程是一門綜合性很強的課程，具有涉及范圍廣、內容繁雜等特點，許多復雜、繁瑣的公式貫穿始終，力學功底較薄弱的學生很難掌握，很容易使學生產生畏難和厭學的情緒。冗長的公式讓學生感到課程枯燥無味，很容易出現上課打瞌睡、作業抄襲應付等嚴重不良現象。基于筆者真實的授課感受，通過將實際授課效果與預期教學目標之間的嚴格對比，將目前該課程教學中存在的主要問題匯總如下。

（一） 考核機制不健全

當前《地下結構工程》課程主要采取期末考試、考察或課程設計的方式進行考核，考核機制不健全，考核形式單一。冗長的解析公式，因計算量大，單純手算困難，不便于出計算題。以課程設計方式結課時，學生多選用成熟的商業設計軟件，設計計算書也直接從軟件導出；不清楚如何根據某實際工程案例進行正確的參數輸入；輸入參數混亂，不具備基于理論知識評判軟件輸出結果對錯與否的能力。大多數學生的課程設計成果雷同，致使課程成績缺乏區分度，難以反映學生對本課程掌握的真實程度。

（二） 與工程實踐嚴重脫節

較強的工程實踐性是地下結構工程課程顯著的特點。然而受各種因素制約，該課程現在主要以傳授書本知識和講解PPT課件為主，學生在上課時只能看著教材或課件想象，缺少一個動態、直接的感官；學生無法置身于真情實景中，體現不出該課程理論與實踐相結合的特點，也不符合基于成果導向的OBE（outcomes-based education）工程教育理念[8]。學生缺乏學習熱情和分析問題的能力，更談不上培養專業學位研究生的工程實踐與應用能力。因此，建設與時俱進、科學合理的高質量案例庫，并使其融入到課堂教學中的工作迫在眉睫。

三 案例庫建設方案

（一） 案例庫建設思路

（1）資料收集與篩選。通過網絡搜索、文獻查找、書籍閱讀、工程現場實地考察等途徑，搜集國內外典型地下結構工程案例資料，并對其進行初步篩選。（2）要點提煉與素材整合。運用地下結構工程設計原理對案例資料進行深入剖析，提煉案例要點，基于要點延展相關知識點；結合教學要求、教學重點及難點，對案例資料進行編排和再創造，使之符合課堂教學規律。（3）案例庫編制。將圖片、文本、視頻、圖紙融為一體，更新補充教學內容，形成一套基于真實情境、系統、典型的地下結構工程案例庫。案例教學和啟發式教學并用，激發學生興趣，鍛煉學生發現、分析和解決復雜工程問題的能力，提升課堂教學效果[9,10]。

（二） 案例庫特色與創新

（1）理論與實踐相結合。本案例庫中的案例與各章節理論上的知識點、重點和難點嚴格對應。在理論教學過程中穿插案例教學，從而建立起理論教學與工程實踐之間的聯系。（2）學業、職業導師共建。案例庫由學業導師和職業導師共同建設，從“設計、施工、監測”三個不同的視角剖析地下結構工程案例，尤其是典型地下工程事故案例的原因。（3） 形式多樣，點面結合。根據每個案例要表達的內容及提煉的知識點，合理選擇案例的呈現形式（視頻案例或文本案例）。每個工程設計案例涉及1種型式的地下結構，并對應于《地下結構工程》課程的1章，相當于“點”；而工程事故案例的綜合性較強，某個事故案例可能同時涉及幾種型式的地下結構，引發事故的原因可能多方面，屬于“面”。點面相互結合，引導研究生發現問題、分析問題、解決問題，進而掌握理論、形成觀點、構建體系、提高能力。（4）案例的典型性、先進性、時效性。本案例庫所選案例基本涵蓋了所有型式的地下結構工程。既有國內重大工程，也有國際重大工程，既有“成功”的工程設計案例，又有“失敗”的工程事故案例。案例所覆蓋的結構型式較廣，涉及的地域面積大。考慮到與國際接軌，案例同時兼具典型性、先進性和時效性的特點。

四 案例庫架構及內容

案例庫由目錄和一個個具體的案例構成。目錄不僅包括案例名稱，且注明案例對應的要點和拓展的相關知識點。授課期間，可根據擬講授的知識點，適當引入工程案例。

表1 案例庫中工程設計案例清單

表2 國內外典型基坑工程事故案例

每個案例包括：提煉的要點及相關理論知識點、工程概況、地質條件、地下結構設計施工或監測資料、案例總結等。

所建案例庫分工程設計案例和工程事故案例兩部分。通過查閱文獻、現場收集等方式，共甄選10個工程設計案例（見表1）；涉及深基坑工程、淺埋地下結構、盾構隧道、沉管結構、頂管工程結構、沉井結構、沉箱結構、地下連續墻、新奧法隧道、巖石巷道10種地下結構；基本涵蓋了所有常見型式的地下結構工程。根據典型性、先進性和時效性的原則，遴選4個工程事故案例（見表2），主要集中于基坑工程；包括國外地下連續墻支護的深基坑工程事故案例1個、國內地下連續墻支護的深基坑工程事故案例2個、國內樁錨支護深基坑事故案例1個。

該案例庫主要應用于本校土木水利專業學位研究生及土木工程各二級學科學術型研究生的課程教學中。案例庫對于土木工程專業本科生專業必修課基礎工程、基礎與支擋結構、城市地下空間規劃與設計的課堂教學，也具有極強的借鑒意義和應用價值。

五 結語

地下結構工程案例庫的建設并非簡單地將工程項目的設計圖紙、監測報告以及科研項目實驗報告原封不動地組合，必須結合理論教學目標和教學大綱進行深入的案例剖析。案例庫的建設是一項艱巨的長期任務，需要循序漸進、逐步完善、適時補充。

在課堂教學中引入工程案例教學模塊，對典型工程案例進行講解和討論，不僅可使研究生課程教學過程更加生動有趣，學生學習興趣大幅提高，激發其自主學習熱情，有效扭轉目前的教學現狀，避免傳統教學模式造成的不良教學效果，而且可以通過解決實際工程問題使學生的工程認知性得到提升，從而促進了專業學位研究生教育培養“應用型、復合型、高層次專門人才”這一目標的實現。