“巖土工程”全過程設計教學內容建設及改革探索

呂璽琳 錢建固 陳宏信

[摘 要]巖土工程全過程課程設計是同濟大學土木工程專業巖土工程方向本科生培養的關鍵實踐課程，也是面向卓越工程師教育培養方案的重要環節。通過總結教學經驗對教學內容進行梳理，實現了對課程教學內容的深化建設。在教學實踐中，構建了以工程案例為背景、以理論教學、學生上機實踐操作以及設計成果討論為一體的教學模式，形成了旨在提高學生實際動手能力和工程設計分析全局把握能力的創新教學方法。

[關鍵詞]巖土工程;全過程設計;能力培養;卓越工程師

[中圖分類號] G642，TU4[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）44-0-02[收稿日期] 2020-05-07

一、前言

巖土工程是一門綜合運用工程地質學、土力學等專業知識解決實際工程技術問題的學科，學生所需學習的核心專業課程有土力學、基礎工程設計原理、基坑工程、樁基設計、巖土工程測試技術等。隨著當前城市人口不斷增長，城市發展速度持續加快，高層建筑、城市地下空間等不斷刷新記錄，對巖土工程師提出了更高的要求。天然土體在其形成過程中經受了各種地質作用，物理力學性質較為復雜。不同地區、不同類型、不同工程條件下的巖土體，其工程特性往往存在很大差別。由于天然巖土材料的復雜性和不確定性，巖土工程必然是一個兼顧科學理論和實踐經驗的應用型學科。在進行巖土工程分析設計時，不僅需要運用理論知識、現場試驗及室內試驗結果，還需要借鑒以往類似工程經驗，才能得到比較理想的結果。因此，在巖土工程專業課程教學時，面向實踐[1]特別是針對實際工程案例開展教學往往是提高教學效果的有力途徑，情景激發式實踐教學[2]對于教學效果的提高明顯。

隨著“卓越工程師培養計劃”教育理念的繼續推進，工科專業越來越重視對學生創新實踐能力方面培養[3]。為對接相關工程師注冊資格認證考試，以解決實踐工程問題能力為目標的培養越來越受到各大高校的重視。根據同濟大學最新的土木工程專業培養方案，巖土工程課群組開設了全過程課程設計課程。該課程是“共性基礎+個性培養”人才培養理念中的重要實踐課程環節，旨在給學生系統、完整的工程實踐知識進行訓練，促進學生掌握和運用本科階段所學的專業知識，提高解決實際巖土工程問題的能力[4]。該門課程實踐性強，涉及到大量基本概念和較復雜的分析理論，短時間內難以消化吸收。同時，巖土工程理論知識與實際工程問題常存在差距，若在課堂教學過程中若忽略了對實際工程案例的學習和分析，可能導致學生缺乏對解決復雜工程問題方面的培養，因而急需新的教學方式來提高教學質量。本文面向目前巖土工程全過程課程設計的教學現狀，針對教學內容、教學時間安排和考核評價體系等方面存在的問題，提出教學改革新思路，以達到提高教學質量和培養學生實踐能力的目標。

二、教學內容深化建設

巖土工程全過程課程設計課程的設置旨在培養基礎理論扎實、專業知識寬厚、創新實踐能力突出的高級技術人才和管理人才，使其能勝任巖土工程的分析、設計、施工和管理等工作。通過該課程學習，使學生了解和初步掌握計算分析、巖土工程設計和施工組織的基礎知識，并讓學生將學過的專業基礎知識串聯起來，做到融會貫通。進一步地，結合針對實際工程設計分析的全過程訓練，讓學生具有更廣闊的視野和把握全局的能力。

鑒于巖土工程專業實踐性強的特點，課程內容優化改進為五部分，即課程概況、巖土工程勘察、樁基礎、基坑工程、地基處理，每個模塊包括課堂理論教學和上機實踐兩個環節。第一部分內容為課程介紹及基本資料和工具的學習，其目的在于進入各模塊學習前，向學生剖析全過程設計概念，梳理巖土工程設計所需的標準和規范。通過該部分內容的學習，學生對整個課程有總體的認識，并對于巖土工程設計時需要用到的相關規范有系統的了解，同時能運用相關設計分析軟件（如Plaxis、同濟啟明星軟件等）。第二部分內容為巖土工程勘察，由6個學時課堂學習和8個上機學時組成。通過課堂教學，讓學生掌握巖土工程勘察的概念、巖土工程勘察的程序以及巖土工程勘察的現場作業操作。此外，通過讓學生實際參與編寫工程巖土工程勘察報告，進而掌握巖土工程勘察的要點。第三部分為樁基工程，由12個課堂教學學時和16個上機實踐學時組成。通過該模板學習，學生掌握樁基礎設計基本理論與概念、樁基礎設計基本要求與分析步驟，并通過典型樁基礎設計案例學習和訓練，讓學生能夠開展樁基設計和計算工作。第四部分為基坑工程模塊，由12個課堂教學學時和16個上機實踐學時組成。通過該模板學習，讓學生掌握基坑工程的設計方法和計算分析步驟。通過進行具體案例講解，讓學生能深入掌握相關設計理論的實際運用以及工程設計所需要注意的內容。第五部分為地基處理模塊，由6個課堂教學學時和8個上機實踐學時組成。通過該部分內容學習，學生能夠掌握地基處理設計方法和基本要求，并通過地基處理設計案例講解的實際操作，能夠開展地基處理工程設計并知悉施工要點。

三、教學改革舉措

為讓學生更好地理解和運用巖土工程專業知識，提高工程設計和分析計算的能力，需要面向工程實踐開展相關教學工作。針對課程教學中存在的問題，從以下幾方面進行改革，從而提高課程教學質量和效果。

首先對全過程設計教學內容進行梳理和完善，科學地編制全過程設計指導書。依托實際工程案例設置教學內容，并將學生的設計成果與具有豐富經驗的工程師的設計成果進行對比，通過找出差距提高學生設計能力。為增強各模塊教學內容的聯系，通過選取一個包括樁基、基坑及地基處理的實際工程貫穿教學全過程。通過一個系統的工程分析，不但能使各教學模塊有機聯系起來，也能鍛煉學生的全局思維，讓其深入地認識到一個好的工程設計并非是一個單一的問題，而是需要系統地綜合考慮。

為解決課程時間安排上的矛盾，將全過程課程設計的相關內容在之前課程中體現。如同濟大學土木工程專業學生的基礎工程設計原理和基坑工程兩門核心課程開設在大三學年第二學期，故可將本課程中樁基工程、地基處理以及基坑設計的相關理論知識教學在這兩門課程教學中完成。這樣在進行巖土工程全過程設計學習時，學生可將精力和專注度集中在設計分析方法學習和理論知識的應用上，從而保證教學效果。同時，教師在前期講授基礎工程設計與基坑工程理論知識學習時，可為全過程設計課程做一些鋪墊。通過與前期課程的呼應，既有助于加深學生對理論知識的理解，又能針對性地提高工程分析和解決問題的能力。

在成績考核方面，優化以四人為小組模式的成績考核方式。針對每次設計內容，輪流選擇一名同學作為主設計人，領導小組開展設計分析工作。在課堂上由主設計人進行方案闡述，其余三位同學進行補充，通過全班同學的討論交流以及老師的評價，優化和完善設計內容。此外，將學生考勤計入成績，從考勤、成果展示、設計方案文件三部分對學生進行綜合評定。通過多維度考核，成績更具合理性，能全面反映學生的學習效果，并能有效督促其加強學習。

四、結語

通過總結對目前巖土工程全過程課程設計課程教學經驗，針對教學過程中存在的問題，提出了教學改革建議，包括解決內容教學內容深化、教學學時矛盾、優化考核評價體系等。對巖土工程全過程設計課程進行教學改革，有利于提高課程教學質量，加深學生對理論知識的理解，深入培養學生解決工程實際問題的能力。通過該課程的系統學習，能為學生進行畢業設計以及未來從事工程設計施工打下堅實基礎，從而為國家和社會輸送更全面更卓越的巖土工程專業人才。

參考文獻

[1]雷勇，陳秋南，鐘新谷，等.巖土工程專業多渠道實踐教學探索[J].高等建筑教育，2017，26（2）：127-130.

[2]曹志剛，馬力，洪義，等.土木工程專業核心課程基礎工程建設探索[J].高等建筑教育，2019，28（6）：64-69.

[3]陳以一.協同性、開放式、立體化的卓越工程師教育培養體系的構建[J].高等工程教育研究，2013（6）：62-67.

[4]梁發云，王琛，錢建固.巖土工程全過程課程設計教學改革探索與實踐[J].高等建筑教育，2019，28（6）：70-76