地下結構“兩課”建設的改革與探討

［摘 要］結合火箭軍工程大學開展的“兩課”（課程+課堂）建設重點課程項目，教學團隊根據地下結構的課程特點及學生專業背景，針對教學方法創新、實踐教學優化設計及課程思政等方面進行了研究，并就“兩課”建設過程中出現的有關問題進行了系統的思考和探討，可為相關地下結構的“課程”與“課堂”教學提供參考。

［關鍵詞］地下結構教學；課程+課堂；教學改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）19-0054-05

地下結構是國防工程與指揮（土木工程）專業本科教育中的一門核心的專業課程。課程主要內容為地下結構設計的計算理論和巖體的物理力學性質及其強度、變形和穩定性分析，以及圍巖壓力、巖石坑道工程的被復結構與錨噴支護結構等專業知識。課程學習目的是使學員能夠從事國防工程結構設計、施工和管理等工作，為他們的初次崗位任職打下扎實的地下結構理論知識基礎。也就是說，通過本課程的學習，學員能夠結合已學課程的相關知識點，構建地下結構基本原理及防護設計的知識框架體系，具備地下結構設計和計算及熟練運用分析方法的能力，為今后從事地下結構的設計、施工與管理等工作，以及開展軍事土木工程與地下結構等相關領域的科學研究奠定理論基礎和專業技能，同時培養嚴謹踏實的工作作風，以解決實際的工程建設問題。

一、課程特點

（一）課程內容理論性強

地下結構課程內容涉及工程地質、土力學、巖體力學等巖土工程方面，以及結構力學和混凝土等結構工程方面的專業知識，要求學員聯系彈塑性力學的相關原理深入理解巖土理論。此外，地下結構的防護設計部分涉及較多規范條目，且計算公式復雜、計算過程煩瑣。因此，學好地下結構這門課程需要學員具備扎實的力學功底和專業理論知識。

（二）知識體系綜合性強

地下結構課程強調地下結構與周圍巖土體的相互作用及設計原理，是一門對理論和實踐要求都很高的綜合性課程，要求學員掌握多門課程的相關知識點，并具備一定的土木工程邏輯素養，構建巖土方面的知識體系。因為地下工程所處環境復雜，可能遇到的地質問題、施工問題存在不確定性，所以課程的知識體系必須重視理論與實踐的聯系，即注重與實際工程相結合。

（三）課程性質特殊

地下結構課程作為國防工程與指揮專業本科學員的必修課程，旨在服務部隊工程建設，與地方院校的地下結構課程有所區別，學員不僅要考慮地下結構施工過程與周圍巖層的相互作用機理，還要重視地下結構使用過程遭遇的偶然荷載作用的特殊性。如在地下結構設計環節，須結合部隊實際情況，考慮對核武器、常規武器的防護作用。另外，地下結構在勘察選址時要結合周圍的地形環境，對圍巖等級有嚴格要求。

二、教學實踐過程中遇到的問題

（一）教學內容跨度大

該課程知識體系復雜，教員須基于地下結構的概念、工作原理，考量周圍巖層的工程性質及相互作用理論，并根據部隊學員專業背景的特殊性，結合地下結構防護設計理念，進行結構設計及內力計算的教學。該課程教學內容既涵蓋工程地質和土力學等相關知識，又涉及彈塑性理論和巖體力學等部分原理，內容跨度較大，部分學員反映學習比較吃力。其中，巖體力學相關理論及本構關系等知識點相對較難，部分學員反映對這部分內容的理解較為困難，難以掌握結構設計的計算流程和方法。

（二）實踐教學難度較大

地下結構課程的專業性和針對性較強，其理論知識多基于室內試驗和現場測試總結而得，如巖石的力學性能、結構與圍巖的相互作用原理等。學員雖已完成室內土工試驗的學習，但對巖石的力學性能的認知仍停留在理論層面，對巖石的本構關系等缺乏感性認識。另外，課程中直墻拱襯砌的結構設計和計算過程呈現僅依靠相關教材例題，公式較多且計算過程煩瑣，部分學員反映學習難度較大，且很難與工程實際相聯系。可見，傳統的教學模式難以滿足國防工程與指揮專業技術人才培養的需求。

（三）教材選擇存在局限性

目前，地下結構教材主要有同濟大學朱合華教授主編的《地下建筑結構》、清華大學王樹理教授主編的《地下建筑結構設計》、中國礦業大學崔振東教授主編的新形態教材《地下結構設計》等，均為地方院校出版，教材內容邏輯和框架體系雖較科學合理，但針對部隊院校的國防工程與指揮專業的特殊性考慮不足，如沒突出地下結構的防護設計、相關規范指標差異等。因此，現有的公開出版教材在滿足該專業本科學員的學習上存在局限。

三、基于“兩課”建設的教學內容、方法、手段改革

為培養具備創新思維且專業基本功扎實的技術人才，須改變傳統教學模式，基于“兩課”（課程+課堂）建設重點課程項目，對地下結構課程的教學內容進行調整，優化教學方法、手段，強化教學實踐環節，以激發學員學習興趣。

（一）調整教學內容并自編教材

針對學員課后反饋的概念理解困難、規范條文復雜及計算公式煩瑣等問題，教學團隊對課程內容進行了調整。首先，對課程內容體系和邏輯框架進行調整。將課時從50學時增至64學時，其中理論和實踐學時分別為46學時和18學時，增加巖體力學相關理論（如地層工程性質）及地下結構防護設計等內容，并充實實踐教學內容，旨在培養學生理論聯系實際的能力，形成專業思維模式。其次，圍繞專業背景特色對教學內容進行優化，并編寫內部教材。鑒于專業背景的特殊性，地方院校編著的地下結構教材存在一定的局限性，使學員對指定的規范條文和規程文件缺乏了解，故教學團隊在編寫內部教材時須重視武器作用時的荷載的計算等問題，并充實相關規范條文及具有專業背景特色的典型工程案例，重新構建該課程的章節邏輯順序，便于學員能夠結合專業背景特色理解該課程的知識要點。最后，對教學內容的重難點進行優化設計，采取階梯式和層層遞進式教學。如對地層壓力相關理論的學習可先回顧土力學課程已學的朗肯土壓力理論等知識點；對推導過程復雜的煩瑣公式及計算過程中的難點問題進行拆分處理，并以學習小組為單位進行研討交流，促進學員熟練掌握結構設計計算的難點。另外，鑒于課程知識點跨度大，將本課程的授課從第8學期提前至第7學期，教學設計注重和已學課程知識點串聯，引導學員構建專業思維體系和邏輯框架。

（二）探索教學方法創新

針對地下結構課程理論性強、規范條文多、理論和實踐脫節等難題，教學團隊從課程和課堂兩個維度對教學方法進行創新與改革，具體如下。

第一，采用基于問題的教學方法（Problem?Based Learning，PBL）。地層的工程性質章節中圍巖分級內容涉及的規范條文較多，學員在學習過程中常感到枯燥。教員可從地下結構與圍巖的相互作用原理出發，引導學員對規范條文進行總結歸納，并基于規范內容的條件應用設置互動環節，鼓勵學員分組討論交流，從而避免傳統教學中常見的課堂氛圍沉悶現象。

第二，采用以團隊為基礎的教學方法（Team?Based Learning， TBL）。針對松動壓力理論內容理論性較強且公式推導過程煩瑣等問題，可按照不同的理論類型將學員分組，讓各組先交流學習，然后對松動壓力理論進行輪流講解并互動提問；對于不良地質條件下的支護結構設計，由于該內容和已學工程地質課程知識關聯較大且理論和實踐聯系緊密，可讓小組抽簽選題，采用PPT形式進行匯報展示，結束后設置問答環節。這樣既可加強小組間的互動與合作，提高學員的學習興趣，又可促進學員邏輯框架和專業思維的形成。

第三，采用案例研討翻轉教學方法（Case?Based Learning，CBL）。可結合學員畢業設計選題開展翻轉教學，可對巖石凍融循環實驗、成層式防護設計等進行案例研討，使學員多角度理解和掌握地下結構課程內容。

在“兩課”建設過程中，教學團隊結合地下結構課程的具體內容，根據學員的學習反饋，因材施教地進行了教學設計，采用了以上教學方法，取得了良好效果。學員認為這樣的教學增強了他們對地下結構課程理論的感性認知，提升了專業能力。

（三）優化實踐教學設計

傳統的實踐教學偏重習題與手算，面對復雜的公式與計算，學員常感到枯燥無趣、理解不深。“兩課”建設過程中，教學團隊對實踐教學環節進行了優化設計，具體有以下幾個方面。

第一，對直墻拱結構設計的算法過程進行了智能化和信息化設計。如開發手機客戶端和編程界面，用于直墻拱的結構設計和內力計算，也可用于初步方案設計階段的試算，如圖1所示，輸入直墻拱隧道的基本參數即可得到內力計算的計算書及配筋驗算。

在設計過程中，學員輸入的直墻拱幾何參數可由學員自行調整，這樣可有效預防以往設計大作業計算過程“相似”等情況。學員根據編程導出的計算書對已完成的手算過程進行校核，并對直墻拱結構設計過程中幾何參數的影響進行對比討論，這一實踐教學過程可有效提高學員的學習積極性及專業能力，讓學員真正做到“功在平時”。

第二，為使學員更好地理解地下結構和圍巖的相互作用機理，教學團隊補充了地層工程性質和地層壓力理論內容。鑒于這部分知識點涉及巖體力學，理論性較強，教學團隊依據《巖石物理力學性質試驗規程》，對巖石的單軸抗壓、抗拉、點荷載及耐崩解性能進行了室內試驗。學員以分組形式對不同種類的巖石試件展開試驗，通過親自動手操作理解和掌握教材中的理論知識，特別是巖石的本構關系等。另外，結合專業背景特色，教學團隊制作了直墻拱鋼筋混凝土縮尺模型，給學員進行了演示試驗。教員在該模型內預先埋置混凝土和鋼筋傳感器，對直墻拱結構進行分次加載，讓學員直觀地觀察直墻拱結構受圍巖壓力影響時的力學變化。

第三，結合課程內容，依托合作院校的資源，帶領學員走進巖土與地下工程實驗室，參觀地下結構領域的前沿科研項目，如霍布金森桿、模擬振動臺實驗、超大深基坑模擬等。在參觀過程中，專家的講解及互動提問，促進了學員主動思考，啟發了他們的創新思維。

（四）激發學員學習興趣

針對學員反饋的課程枯燥、課堂氛圍沉悶及工程案例較少等問題，教學團隊結合專業背景特色及特殊性，積極聯系相關單位搜集典型的工程案例，并將其穿插于授課過程中，以豐富的教學內容促進課程理論與工程實際有機結合。設計“課前八分鐘”環節，播放地下結構典型工程案例及紀錄片等，并設置研討互動環節，以激發學員的學習興趣和積極性。另外，將教學團隊的地下結構相關科研項目融入課程教學，并實施翻轉課堂教學，啟發學員以地下結構專業思維模式多角度思考、提問與交流，從而提升學員的參與感。

（五）豐富課堂思政素材

在地下結構的“兩課”建設過程中，教學團隊對課程思政的內容及形式進行了優化和創新設計，建立了課程思政案例庫，并依據地下結構課程知識點，對課程思政素材進行了分類：首先，情感價值方面，基于該專業學員背景特色，培養學員具備奉獻精神、愛崗敬業、恪盡職守等品質；其次，專業邏輯養成方面，通過引導學員歸納理論概念和計算方法等，啟發學員形成地下結構思維模式，提升專業素養，并借助案例教學促進學員樹立工程倫理觀；最后，思辨能力方面，針對理論概念復雜等問題，運用科學的哲學原理引導學員學會結合地下結構的邏輯體系，辯證、多角度地審視問題。在“兩課”建設過程中，教員根據每節課的具體內容對課程思政進行區別設計，層層遞進地進行教學，避免形式主義的說教和“填鴨式”教育，做到潤物細無聲。

四、教學反饋與評價

（一）教學督導評價

該課程歷經多次教學督導及教學評價。教學團隊多次以集體備課的形式探討教學內容及方法、手段的創新和優化，讓課程從最初的課程氛圍沉悶、教學方法單一，向目前的課堂氣氛活躍、學員互動積極、教學手段靈活多變且有成效轉變。通過專家的指導及教學技術培訓，教學團隊的教學能力顯著提升，尤其是青年教員的專業能力和教學基本功得到了大幅度提高。

（二）學員成績與問卷反饋

地下結構課程采用閉卷考試和形成性考核相結合的評價方式。平時成績方面，增加了課堂研討、小組匯報及學員間互動提問等評價內容，不再局限于傳統的書面作業和課上的“你問我答”等內容。實踐成績的評定也不僅是依據書面課程設計大作業和室內試驗報告，而是結合課程設計完成過程及室內試驗動手操作等表現綜合打分，評定過程注重考量學員的主動學習和思考情況以及團隊創新能力。在“兩課”建設過程中，教學團隊針對具體的教學內容積極探索并采用新穎的教學模式，使學員的課程成績平均分由73.83分提升至77.61分，成績分布情況顯著改善，優秀率從0%提升到6%，良好率從19%提升到31%，且中等和及格的比重均明顯下降，如圖2所示。

另外，在“兩課”建設的過程中，教學團隊堅持以學員為中心，摸索教學改革和創新，并在課程實施的前期、中期和結課三個時間節點進行匿名問卷調查，建立了良好流暢的師生溝通渠道。在課程滿意度調查中，“非常滿意”的比例由課程前期的45.71%提升至結課時的88.57%，“較滿意”占11.43%，無“一般”和“不滿意”評價結果。

五、結語

地下結構是國防工程專業的重點課程，教學團隊在“兩課”建設過程中秉持“育人先育己，育己先育心”的心態，堅持以學員為中心，積極探索課程教學內容、方法、手段的改革與創新，并把課程建設及實踐過程中的一些思考和方法進行了總結，以期為火箭軍工程大學國防工程與指揮（土木工程）專業的教書育人工作添磚加瓦。

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［責任編輯：鐘 嵐］