一流本科課程建設(shè)背景下土木工程專業(yè)課程建設(shè)探索
——以“深基坑工程”課程為例

楊兵

（西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031）

引言

2019年，教育部發(fā)布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》，總體目標(biāo)是全面開展一流本科課程建設(shè)。樹立課程建設(shè)新理念，推進(jìn)課程改革創(chuàng)新，實(shí)施科學(xué)課程評(píng)價(jià)，嚴(yán)格課程管理，設(shè)立教授上課、消滅“水課”、取消“清考”等硬規(guī)矩，夯實(shí)基層教學(xué)組織，提高教師的教學(xué)能力，完善以質(zhì)量為導(dǎo)向的課程建設(shè)激勵(lì)機(jī)制，形成多類型、多樣化的教學(xué)內(nèi)容與課程體系。經(jīng)過三年左右的時(shí)間，建成一萬門左右的國家級(jí)一流本科課程和一萬門左右的省級(jí)一流本科課程（簡稱一流本科課程“雙萬計(jì)劃”）［1］。在一流本科專業(yè)建設(shè)內(nèi)容中，課程建設(shè)是土木工程專業(yè)建設(shè)的核心部分。土木工程專業(yè)的專業(yè)性較強(qiáng)，對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)質(zhì)量要求較高。在一流本科專業(yè)建設(shè)背景下，土木工程教學(xué)改革主要包括教學(xué)手段的優(yōu)化、教學(xué)內(nèi)容的提升、思政元素的引入等。在教學(xué)手段方面需要與時(shí)俱進(jìn)，引入多媒體手段豐富教學(xué)資源［2，3］。多媒體教學(xué)是指利用多媒體計(jì)算機(jī)，綜合處理和控制符號(hào)、語言、文字、聲音、圖形、圖像、影像等多媒體形式，把多媒體的各個(gè)要素按教學(xué)要求進(jìn)行有機(jī)組合，并通過屏幕或投影顯示出來，同時(shí)按需加入聲音的配合，以及使用者與計(jì)算機(jī)之間的人機(jī)交互操作，完成教學(xué)或訓(xùn)練過程。其利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)及科學(xué)規(guī)范的管理，對(duì)學(xué)習(xí)、教學(xué)、科研、管理和與生活服務(wù)有關(guān)的信息資源進(jìn)行整合、集成及全面的數(shù)字化，以構(gòu)成統(tǒng)一的用戶管理、資源管理和權(quán)限限制。其核心在于無紙化教學(xué)的實(shí)施，以及校園內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)的延伸。多媒體教學(xué)手段更容易被接受，對(duì)知識(shí)的闡述更加直觀，便于學(xué)生理解和記憶，也能更好地調(diào)節(jié)課堂氣氛，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

課程思政指以構(gòu)建全員、全程、全課程育人格局的形式，將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)，把立德樹人作為教育的根本任務(wù)的一種綜合教育理念［4，5］。課程思政的主要形式是將思想政治教育元素，包括思想政治教育的理論知識(shí)、價(jià)值理念及精神追求等融入各門課程中，潛移默化地對(duì)學(xué)生的思想意識(shí)、行為舉止產(chǎn)生影響。2004年以來，中央先后出臺(tái)了關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)和改進(jìn)未成年人思想道德建設(shè)和大學(xué)生思想政治教育工作的文件，由此開啟了學(xué)校思想政治教育（德育）課程改革的探索之路。在教育部頒布的有關(guān)文件中，明確要求本科階段構(gòu)建以思想政治必修課為核心、專業(yè)課為輻射的高校思想政治教育課程體系。一流本科專業(yè)建設(shè)下的土木工程專業(yè)課程思政是用習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想鑄魂育人，培養(yǎng)大學(xué)生正確的“三觀”，牢固樹立“四個(gè)意識(shí)”，堅(jiān)定“四個(gè)自信”，培養(yǎng)新時(shí)代的社會(huì)主義接班人［6，7］。土木工程專業(yè)主要以認(rèn)識(shí)自然規(guī)律為本質(zhì)，因此需要專業(yè)課教師在授課過程中利用好課堂教學(xué)平臺(tái)，在傳授專業(yè)知識(shí)與技能的同時(shí)，有意識(shí)地發(fā)揮思想政治教育的引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生堅(jiān)持正確的政治方向和價(jià)值觀，要求教師認(rèn)真設(shè)計(jì)課程的整體性和層次性。在此背景下，西南交通大學(xué)開展了校級(jí)一流本科課程建設(shè)。作為土木工程專業(yè)巖土方向的一門重要專業(yè)課，“深基坑工程”課程擬被納入校級(jí)一流本科課程建設(shè)范圍。為了完成學(xué)校課程建設(shè)任務(wù)，同時(shí)達(dá)到教育部一流課程的建設(shè)要求，在沒有較多經(jīng)驗(yàn)可借鑒的條件下，筆者通過多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》文件的理解，理順了自己的認(rèn)識(shí)和思路。下面將重點(diǎn)介紹該門課程的建設(shè)思路，探索課程教學(xué)改革。

一、“深基坑工程”課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

課程目標(biāo)是指課程本身要實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)和意圖。其規(guī)定了某一教育階段的學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)后，在發(fā)展品德、智力、體質(zhì)等方面期望達(dá)到的程度，它是確定課程內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法的基礎(chǔ)。從某種意義上來說，所有的教育目的都要以課程為中介才能實(shí)現(xiàn)。所以說，課程目標(biāo)是指導(dǎo)整個(gè)課程編制過程中的關(guān)鍵準(zhǔn)則。在確定課程目標(biāo)時(shí)，首先，要明確課程與教育目的和培養(yǎng)目標(biāo)的銜接關(guān)系，以便確保這些要求在課程中得到體現(xiàn)。其次，在對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)、社會(huì)的需求、學(xué)科的發(fā)展等方面進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，確定行之有效的課程目標(biāo)。課程目標(biāo)有助于厘清課程編制者的意圖，不僅使各門課程學(xué)科的邏輯體系嚴(yán)謹(jǐn)，還關(guān)注教師的教與學(xué)生的學(xué)，以及課程內(nèi)容與社會(huì)需求的關(guān)系。

“深基坑工程”是土木工程專業(yè)巖土方向的一門專業(yè)必修課，其課程系統(tǒng)介紹了深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，包括側(cè)向土壓力計(jì)算、懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)、支擋式樁墻支護(hù)結(jié)構(gòu)、錨桿、基坑的穩(wěn)定性和降水設(shè)計(jì)。涉及深基坑工程的基本理論、設(shè)計(jì)方法和施工工藝。其目的是通過學(xué)習(xí)課程，掌握深基坑工程的基本概念、基本原理和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生處理深基坑工程相關(guān)問題的能力，正確理解我國近20年來基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)與難題。通過教學(xué)，學(xué)生理解了深基坑工程的內(nèi)涵和技術(shù)要求，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的社會(huì)主義核心價(jià)值觀、家國情懷、法制意識(shí)、社會(huì)責(zé)任和工匠精神。

二、課程教學(xué)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新內(nèi)容

教學(xué)設(shè)計(jì)是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，有序安排教學(xué)諸要素，確定合適的教學(xué)方案設(shè)想和計(jì)劃，目的是為了提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生在單位時(shí)間內(nèi)能夠?qū)W到更多的知識(shí)，更大幅度地提高學(xué)生各方面的能力。在“深基坑工程”課程的各章節(jié)教學(xué)中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容切入相關(guān)的案例教學(xué)（主要是視頻案例），在課上根據(jù)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，組織學(xué)生對(duì)案例進(jìn)行討論。下面以課程內(nèi)容“基坑土體穩(wěn)定性分析”為例，重點(diǎn)分析課程內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)。

本節(jié)授課內(nèi)容為基坑土體穩(wěn)定性分析，要求掌握基坑穩(wěn)定性的分析方法，并能夠根據(jù)相關(guān)資料評(píng)估基坑的穩(wěn)定性，引導(dǎo)學(xué)生重視基坑穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。重點(diǎn)是對(duì)基坑整體穩(wěn)定性分析，基坑底部土體抗隆起穩(wěn)定性分析，以及基坑滲流穩(wěn)定性分析。難點(diǎn)是對(duì)基坑整體的穩(wěn)定性分析。學(xué)時(shí)安排為2學(xué)時(shí)。下面將闡述教學(xué)過程內(nèi)容設(shè)計(jì)。首先進(jìn)行基本概念的介紹，觀看基坑穩(wěn)定性相關(guān)的視頻，讓學(xué)生從感性角度認(rèn)識(shí)基坑的穩(wěn)定性。此時(shí)，引入穩(wěn)定性驗(yàn)算的概念：穩(wěn)定性驗(yàn)算是指分析基坑周圍土體或土體與圍護(hù)體系一起保持穩(wěn)定性的能力。隨后講解基坑可能的破壞模式，這在一定程度上揭示了基坑的失穩(wěn)形態(tài)和破壞機(jī)理，是基坑穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)?；拥氖Х€(wěn)形態(tài)可歸納為兩類：一是因基坑土體強(qiáng)度不足、地下水滲流作用而造成的基坑失穩(wěn)，包括基坑內(nèi)外側(cè)土體整體滑動(dòng)失穩(wěn)、基坑底土隆起、地層因承壓水作用而管涌、滲漏等；二是因支護(hù)結(jié)構(gòu)（包括樁、墻、支撐系統(tǒng)等）的強(qiáng)度、剛度或穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致支護(hù)系統(tǒng)破壞而造成的基坑倒塌與破壞。系統(tǒng)闡述基坑的兩類失穩(wěn)形態(tài)：基坑的第一類失穩(wěn)形態(tài)和第二類失穩(wěn)形態(tài)。其中基坑的第一類失穩(wěn)形態(tài)主要按照圍護(hù)形式的不同進(jìn)行劃分，包括放坡開挖基坑由于設(shè)計(jì)不合理坡度太陡，或雨水、管道滲漏等原因造成邊坡滲水，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，引起基坑邊土體整體滑坡；由于墻體的入土深度不足，或由于墻底存在軟弱土層、土體抗剪強(qiáng)度不夠等原因，導(dǎo)致墻體隨附近土體整體滑移破壞；當(dāng)坑內(nèi)土體強(qiáng)度較低或坑外超載時(shí)，導(dǎo)致墻底變形過大或整體剛性移動(dòng)。而對(duì)于內(nèi)支撐基坑而言，其主要破壞形式包括因?yàn)榭拥淄馏w壓縮模量低、坑外超載等原因，致使圍護(hù)墻踢腳產(chǎn)生大面積變形；在含水地層特別是有砂層、粉砂層或其他透水性較好的地層，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水設(shè)施失效，致使水夾帶砂粒大量涌入基坑，嚴(yán)重的水土流失會(huì)造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和地面塌陷的嚴(yán)重事故；在砂層或粉砂地層中開挖基坑時(shí)，降水設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致水位上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致基坑失穩(wěn)；在超大基坑，特別是長條形基坑內(nèi)分區(qū)放坡挖土，由于放坡較陡、降雨或其他原因?qū)е禄?，沖毀基坑內(nèi)先期施工的支撐及立柱，導(dǎo)致基坑遭到破壞。而第二類失穩(wěn)形態(tài)主要按照破壞類型的不同進(jìn)行劃分，包括圍護(hù)墻破壞、支撐或拉錨破壞、墻后土體變形過大引起的破壞?；邮Х€(wěn)造成的事故輕則財(cái)產(chǎn)損失，重則人身傷害。作為未來的巖土工程師，我們有責(zé)任也有義務(wù)確保國家和人民的財(cái)產(chǎn)免受損失。

本節(jié)課的第二部分內(nèi)容是基坑整體穩(wěn)定性分析方法的學(xué)習(xí)。此處主要學(xué)習(xí)各種條分法的特點(diǎn)：傳統(tǒng)的瑞典圓弧滑動(dòng)法在平緩邊坡和高孔隙水壓的情況下進(jìn)行有效應(yīng)力法分析邊坡穩(wěn)定性時(shí)非常不準(zhǔn)確，所計(jì)算的安全系數(shù)太低。此法的安全系數(shù)在“φ=0”分析中是相當(dāng)精確的，在采用圓弧滑裂面的總應(yīng)力法分析時(shí)也是比較精確的。除了遇到數(shù)值分析問題的情況外，簡化畢肖普法在所有情況下都是精確的，其缺點(diǎn)在于滑裂面僅為圓弧滑裂面，以及有時(shí)會(huì)遇到數(shù)值分析問題。僅使用力的平衡而不考慮力矩平衡的條分方法，其計(jì)算結(jié)果對(duì)所假定的條間力方向極為敏感，不合適的條間力假定將可能導(dǎo)致安全系數(shù)出錯(cuò)，這類方法同樣存在數(shù)值分析困難問題。滿足全部平衡條件（力、力矩）的方法，在任何情況下都是精確的（除非遇到數(shù)值分析問題），采用這些方法的計(jì)算結(jié)果誤差不超過12%，相對(duì)可認(rèn)為是正確結(jié)果的誤差一般不會(huì)超過6%，不過這些方法都存在數(shù)值分析問題。以上各方法的特點(diǎn)表明對(duì)于事物或某問題，我們要辯證地對(duì)待，辯證地看待問題，避免對(duì)問題的絕對(duì)化。馬克思主義哲學(xué)認(rèn)為，世界上一切事物既包含相對(duì)的一面，又包含絕對(duì)的一面，任何事物既是絕對(duì)的，又是相對(duì)的。宇宙中的各個(gè)具體事物和每個(gè)具體過程，都是有條件的、有限的、相對(duì)的。任何一種穩(wěn)定性分析方法都有其利弊。

基坑抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)十分關(guān)鍵的設(shè)計(jì)內(nèi)容，不僅關(guān)系基坑的穩(wěn)定安全問題，還與基坑的變形密切相關(guān)。目前已出現(xiàn)的基坑抗隆起穩(wěn)定分析方法可歸納為三大類，即極限平衡法、極限分析法及常規(guī)位移有限元法。無論是極限分析法還是常規(guī)位移有限元法，主要針對(duì)的是黏土基坑抗隆起穩(wěn)定性的分析問題，對(duì)于滲透穩(wěn)定性的分析，要觀看基坑滲透穩(wěn)定性相關(guān)的視頻，學(xué)習(xí)滲透破壞的主要形式：管涌、流土（俗稱流砂）和突涌。本課程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）融入思政元素。培養(yǎng)學(xué)生的人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感、職業(yè)道德及工匠精神。（2）引入數(shù)字化手段。大量引入工程案例的多媒體視頻，以案例引問題，以問題提理論，建立實(shí)體工程概念，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。（3）全方位教學(xué)模式。創(chuàng)新性地提出了案例教學(xué)、專題教學(xué)、過程管控教學(xué)及互動(dòng)式研討“四位一體”的全方位教學(xué)模式。

三、課程的持續(xù)建設(shè)計(jì)劃和改革方向

（一）重塑課程內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法

通過生動(dòng)的工程案例分析和課堂討論，將理論知識(shí)與實(shí)際工程相結(jié)合。采用分組討論、研究性學(xué)習(xí)等教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。作業(yè)是鞏固知識(shí)培養(yǎng)技能的重要環(huán)節(jié)，建立“錯(cuò)題檔案”記錄，重點(diǎn)解析難點(diǎn)問題。學(xué)生獨(dú)立思考，提出方案，達(dá)到能力培養(yǎng)的最終目的。

（二）完善工程案例庫

重點(diǎn)解決當(dāng)前“深基坑工程”課程工程案例庫不夠完善、案例庫類別分散不夠統(tǒng)一等問題，將整合土木工程學(xué)院支撐“深基坑工程”課程的大國工程案例，并組織教學(xué)團(tuán)隊(duì)遍覽國內(nèi)外深基坑工程在過去50年里的進(jìn)展，進(jìn)行總結(jié)、分析和綜述，全面介紹深基坑工程的典型成果，形成深基坑工程案例庫。

（三）豐富線上教學(xué)資源

重點(diǎn)解決“深基坑工程”線上教學(xué)資源不足的問題，組織教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員收集、制作線上教學(xué)資源，為學(xué)生增加課后自主學(xué)習(xí)資源，拓展學(xué)生的知識(shí)面。通過今后兩年的一流課程持續(xù)建設(shè)計(jì)劃，全面實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)、專題教學(xué)、過程管控教學(xué)及互動(dòng)式研討“四位一體”的全方位教學(xué)模式。

結(jié)語

在一流本科專業(yè)課程建設(shè)內(nèi)容中，課程建設(shè)是土木工程專業(yè)建設(shè)的核心部分。土木工程專業(yè)性較強(qiáng)，對(duì)教學(xué)方法和教學(xué)質(zhì)量要求較高。在一流本科專業(yè)課程建設(shè)背景下，土木工程教學(xué)改革主要包括教學(xué)手段的優(yōu)化、教學(xué)內(nèi)容的提升、思政元素的引入等。西南交通大學(xué)開展了校級(jí)一流本科課程建設(shè)，其中“深基坑工程”擬被納入一流本科課程建設(shè)范圍，本文重點(diǎn)介紹了“深基坑工程”課程的建設(shè)思路，包括課程的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、課程教學(xué)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新內(nèi)容、課程的持續(xù)建設(shè)計(jì)劃和改革方向，以期為同行提供參考。