“地震工程學(xué)”課程改革與實(shí)踐探析

趙金帥，溫修春 （江蘇大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

1 引言

在全球地震災(zāi)害頻發(fā)、土木類工程抗震能力普遍偏低、地震震害嚴(yán)重的大環(huán)境背景下，“地震工程學(xué)”在眾多本科生培養(yǎng)課程中越來越受到重視。目前，“地震工程學(xué)”課程在本科教學(xué)中占有重要地位，是江蘇大學(xué)土木工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，也是最具特色和代表性的課程之一，其教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握地震動(dòng)活動(dòng)規(guī)律，了解規(guī)則和不規(guī)則結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征、工程受力特性及其震害現(xiàn)象，合理掌握設(shè)計(jì)土木工程（房屋建筑工程、地鐵工程、橋梁工程、水電工程）的抗震設(shè)防措施。

“地震工程學(xué)”是土木工程與地震工程等學(xué)科相結(jié)合而衍生出來的一門重要學(xué)科分支，是土木工程與自然環(huán)境協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展背景下巖土工程學(xué)科的延伸與發(fā)展，屬于土木工程專業(yè)課程。本課程通過課堂教學(xué)，使學(xué)生了解自然災(zāi)變誘發(fā)及人類活動(dòng)引起的地震災(zāi)害問題，應(yīng)用巖土工程的原理和方法解決工程開發(fā)建設(shè)中的地震破壞問題，使學(xué)生深入工程與自然對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷和建造百年工程的使命感[1～2]。

2 土木專業(yè)本科生的培養(yǎng)目標(biāo)

江蘇大學(xué)土木工程專業(yè)是為了我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要而培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展的中堅(jiān)力量。其主旨是培養(yǎng)一大批能夠掌握土木工程學(xué)科的基本原理和專業(yè)知識(shí)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐創(chuàng)新能力和溝通能力、良好的國際視野和團(tuán)隊(duì)合作精神，同時(shí)經(jīng)過工程師基本訓(xùn)練后，具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論和豐富的專業(yè)知識(shí)，能夠從事房屋建筑、道路、橋梁等專業(yè)領(lǐng)域的勘察、設(shè)計(jì)、施工、管理、技術(shù)開發(fā)以及研究等工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。通過本課程的學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生以下方面的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)和技能。

課程目標(biāo)1：根據(jù)土木工程專業(yè)特色和優(yōu)勢，指導(dǎo)學(xué)生了解土木工程建筑、橋梁、隧道工程等在地震災(zāi)害中的破壞形式和危害性，深度挖掘土木工程抗震的重要性和現(xiàn)實(shí)意義，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

課程目標(biāo)2：掌握地震動(dòng)活動(dòng)特性及其規(guī)律性，了解土木工程在地震災(zāi)害中常見的破壞形式，具備預(yù)判工程潛在失穩(wěn)破壞的能力。

課程目標(biāo)3：掌握地震抗震設(shè)防和防震減災(zāi)的目標(biāo)和措施，通過對(duì)抗震知識(shí)和法律法規(guī)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備設(shè)計(jì)工程抗震設(shè)防的能力。

3 “地震工程學(xué)”課程教學(xué)過程中存在的問題

地震工程學(xué)課程的學(xué)習(xí)是在土力學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、基礎(chǔ)工程等基礎(chǔ)性知識(shí)的前提下學(xué)習(xí)的，其教學(xué)內(nèi)容涉及地震類型、地震動(dòng)參數(shù)、震源機(jī)制、抗震設(shè)防理念等?？梢哉J(rèn)為，地震工程的知識(shí)點(diǎn)較多且難度較大，但課時(shí)相對(duì)較少，使得土木工程專業(yè)教師在實(shí)際教學(xué)過程中存在許多難點(diǎn)和不足[3]，主要概括為以下幾點(diǎn)。

3.1 較多知識(shí)點(diǎn)和較少課時(shí)之間的矛盾

隨著安全意識(shí)及抗震設(shè)防觀念的逐漸加深，土木工程專業(yè)開設(shè)了“地震工程學(xué)”課程，但課時(shí)數(shù)量略顯不足，只有16個(gè)學(xué)時(shí)。在這么短的學(xué)時(shí)內(nèi)，很難將地震的成因、地震活動(dòng)規(guī)律及機(jī)制等特性講解透徹，也很難全面介紹抗震設(shè)防理念在土木工程專業(yè)中的應(yīng)用，如橋梁工程、生命線工程和地下空間工程等的防震減災(zāi)方法和措施等。因此在實(shí)際教學(xué)過程中，由于學(xué)時(shí)少、教學(xué)內(nèi)容多，導(dǎo)致學(xué)生難以消化和理解地震破壞的機(jī)理，難以掌握土木工程設(shè)計(jì)和施工過程中的抗震設(shè)計(jì)方法，從而導(dǎo)致學(xué)生在規(guī)劃設(shè)計(jì)某一具體工程時(shí)，不能充分考慮抗震設(shè)防理念。

3.2 教學(xué)方式陳舊

當(dāng)前教學(xué)以PPT結(jié)合板書的形式開展，具有一定的教學(xué)意義，但對(duì)于一些較為復(fù)雜的巖層破裂誘發(fā)地震的演化機(jī)理或土木工程抗震設(shè)防措施，僅僅依靠一些簡單的圖片或流程圖，很難保障學(xué)生有效掌握地震知識(shí)點(diǎn)，更談不上將抗震設(shè)防理念熟練地運(yùn)用到工程設(shè)計(jì)當(dāng)中。其次，地震工程的課程特點(diǎn)是與工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，工程實(shí)踐性強(qiáng)，并且其中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)看起來相互獨(dú)立，實(shí)則密切結(jié)合，相互影響。因此，通過傳統(tǒng)的課堂講授形式已經(jīng)不能滿足新時(shí)代下土木工程抗震知識(shí)的教學(xué)需求。

3.3 學(xué)生對(duì)最新的抗震設(shè)防安全規(guī)范知之甚少

由于地震工程學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容繁多，課堂教學(xué)時(shí)間有限，且取消了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。因此，在實(shí)際教學(xué)過程中，專業(yè)教師不得不加快教學(xué)進(jìn)度，一方面導(dǎo)致學(xué)生難以消化地震工程學(xué)的專業(yè)知識(shí)，另一方面使學(xué)生難以掌握現(xiàn)代化房屋建筑及其他土木工程領(lǐng)域的抗震設(shè)計(jì)要求，以及最新的技術(shù)、方案、科研進(jìn)展等。

4 “地震工程學(xué)”課程建設(shè)的幾點(diǎn)思考

土木工程學(xué)生地震知識(shí)缺乏，針對(duì)上述實(shí)際教學(xué)過程中存在的問題，迫切需要教師結(jié)合“地震工程學(xué)”這門專業(yè)課程的特點(diǎn)及培養(yǎng)要求，從教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐性教學(xué)方法等方面進(jìn)行探索與改革，引導(dǎo)學(xué)生在掌握理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，提高動(dòng)手能力，使其成為一名合格的專業(yè)型人才。

4.1 三維可視化講解地震工程基礎(chǔ)知識(shí)

學(xué)生進(jìn)行地表建筑物及地下空間工程設(shè)計(jì)時(shí)，未充分考慮潛在的地震荷載沖擊破壞，體現(xiàn)出土木工程專業(yè)學(xué)生的抗震意識(shí)不強(qiáng)。究其原因是學(xué)生未能充分理解并掌握地震工程學(xué)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)?；诖?，本課程采用多媒體教學(xué)，克服傳統(tǒng)教學(xué)只是平面展示地震知識(shí)的缺點(diǎn)，創(chuàng)新性的引入三維可視化技術(shù)，直觀地展示地震知識(shí)點(diǎn)。如講解地面波的傳播機(jī)理時(shí)，教師繪制地面體波和面波的三維動(dòng)態(tài)傳播模型，這樣學(xué)生就可以直觀地看到各類波形是如何在巖土介質(zhì)內(nèi)傳播，有助于其深入理解透徹各類波形的傳播機(jī)理及對(duì)工程影響的表現(xiàn)形式。

除了三維展示地震工程基礎(chǔ)知識(shí)外，本課程還綜合采用隨堂提問、課堂討論等教學(xué)方法，活躍課堂學(xué)習(xí)氛圍，開拓學(xué)習(xí)思路，發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)環(huán)節(jié)中的主體作用，力求學(xué)生學(xué)好地震工程學(xué)課程。此外，每章后還會(huì)布置適量復(fù)習(xí)思考題，供學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，加深對(duì)地震工程學(xué)課程的理解，形成考慮工程抗震設(shè)防的思考習(xí)慣。

4.2 課程教學(xué)融入課程思政，樹立學(xué)生的家國使命感和大國工匠責(zé)任心

高等教育的培養(yǎng)目的，歸根到底是能夠培養(yǎng)為祖國效力的專業(yè)人才?！翱茖W(xué)沒有國界，但科學(xué)家有國界”。本課程旨在通過講述地震參數(shù)的演化規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)地震的孕育機(jī)理，進(jìn)而應(yīng)用于具體的土木工程設(shè)計(jì)中，培養(yǎng)社會(huì)主義“大國工匠”，引導(dǎo)學(xué)生成為新時(shí)代具有使命感的土木工程專業(yè)工程師。改革開放以來，我們黨始終踐行可持續(xù)發(fā)展的理念，這是造福當(dāng)代及后世的偉大政策。因此，除了培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識(shí)外，本課程還立足于培養(yǎng)學(xué)生能認(rèn)識(shí)和理解地震工程學(xué)在土木工程中起到的重要作用，能夠深入思考地震工程防災(zāi)減災(zāi)理念，對(duì)環(huán)境保護(hù)及人文安全方面的重要意義。培養(yǎng)學(xué)生能夠評(píng)價(jià)土木工程專業(yè)工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。

最后，通過講述中國建國后的地震工程相關(guān)預(yù)測預(yù)警成功案例，為國家減少了數(shù)以億計(jì)的財(cái)產(chǎn)損傷，并保障了人民群眾的生命安全，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣和使命感，感受“大國工程”的偉大意義，樹立學(xué)生的民族自豪感。

4.3 課程教學(xué)中結(jié)合抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求

現(xiàn)有的地震工程學(xué)課程教學(xué)方法仍是以教材為主，結(jié)合抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。學(xué)生在開展畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，制定工程方案也未充分考慮抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范要求[4]。如何將課堂上的教學(xué)內(nèi)容與抗震規(guī)范相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的抗震設(shè)計(jì)理念和意識(shí)，是目前地震工程學(xué)課程教師亟待解決的關(guān)鍵問題。作者認(rèn)為可從以下幾個(gè)方面入手。

改變以往教學(xué)過程中以教材為主要參考資料，而較少以《規(guī)范》為參考資料的傳統(tǒng)教學(xué)方式，通過對(duì)《規(guī)范》的講解說明，可以讓學(xué)生在理解課堂教學(xué)知識(shí)的同時(shí)，進(jìn)一步熟悉《規(guī)范》規(guī)定的原因以及依據(jù)，對(duì)學(xué)生深入掌握該部分內(nèi)容非常有利。例如，在講解建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)章節(jié)時(shí)，應(yīng)緊密結(jié)合《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2019），即注重建筑抗震專業(yè)術(shù)語、知識(shí)框架、工程設(shè)計(jì)等理論體系的闡述，注重用基本理論知識(shí)來指導(dǎo)工程實(shí)踐，以期加強(qiáng)對(duì)學(xué)生工程抗震設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。

突出對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。本課程注重培養(yǎng)學(xué)生的理論與實(shí)踐的銜接能力，最重要的是培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力[5]。除了講解專業(yè)知識(shí)外，還應(yīng)將理論密切結(jié)合工程實(shí)踐，使學(xué)生翱翔在最新研究成果的科技海洋中。以最新地震災(zāi)害及工程抗震技術(shù)研究為背景和依據(jù)，引入了抗震設(shè)計(jì)方法與技術(shù)的最新成果，使學(xué)生及時(shí)掌握學(xué)科前沿知識(shí)。理論和工程實(shí)踐密切相結(jié)合，突出教學(xué)特色。在學(xué)習(xí)中掌握了抗震規(guī)范的基本要求，并懂得了規(guī)范的查閱和使用方法，學(xué)生在著手設(shè)計(jì)某一具體工程時(shí)，就可以全面考慮工程的建筑、結(jié)構(gòu)及抗震要求，進(jìn)而保障工程的安全穩(wěn)定性，顯著提高工程的生命安全周期。

5 結(jié)語

土木工程學(xué)科發(fā)展的趨勢必然會(huì)和其他學(xué)科交叉融合、相互促進(jìn)，共同促進(jìn)基礎(chǔ)學(xué)科研究上升一個(gè)新臺(tái)階。復(fù)雜地震荷載作用下房屋建筑工程、橋梁工程、隧道工程及其他地下工程的變形失效行為及抗震設(shè)防設(shè)計(jì)，必將成為土木工程領(lǐng)域不可避免而又必須解決的問題?！暗卣鸸こ虒W(xué)”作為我校土木學(xué)科本科生的一門專業(yè)核心課程，內(nèi)容涵蓋了學(xué)科發(fā)展的多個(gè)熱點(diǎn)方向，對(duì)本科生人才培養(yǎng)目標(biāo)支撐性強(qiáng)，在本科生學(xué)習(xí)中具有相當(dāng)?shù)谋匾院椭匾?，同樣在學(xué)生以后的工作崗位中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。積極探索本課程先進(jìn)的教學(xué)理念和科學(xué)教學(xué)內(nèi)容，傳遞為國為民的課程思政精神，因地制宜研究易于學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方法等，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)、有能力、有責(zé)任感的創(chuàng)新型土木工程專業(yè)人才，具有非常重要的意義。