復(fù)合地基承載力計算課堂教學(xué)改革探索

馬建軍　高笑娟

摘要：針對地基處理教學(xué)中存在的一系列問題，以復(fù)合地基承載力計算課堂講授為例，對課程教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革探索，以期提高地基處理的課堂教學(xué)質(zhì)量。根據(jù)河南科技大學(xué)地基處理教學(xué)的實際情況，結(jié)合課程的特點和大綱要求，通過整合教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)手段和增強師生互動等方式，對其課堂教學(xué)改革進(jìn)行研究。文章提出的改革措施對促使教學(xué)效果提升成效顯著，達(dá)到了課堂教學(xué)改革的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：地基處理；復(fù)合地基；承載力計算；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.421 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2909（2016）02-0110-03

中國幅員遼闊，自然環(huán)境及地質(zhì)條件差異較大，各類軟土及特殊土分布廣泛。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，對軟弱地基進(jìn)行處理的需求日益增多，地基處理技術(shù)也隨之不斷更新發(fā)展[1]。目前，地基處理已成為一門特色鮮明的學(xué)科，其課堂教學(xué)對土木工程人才培養(yǎng)的質(zhì)量有直接影響。

地基處理是以提高軟弱地基強度為主要目的，同時消除其不良工程特性的一種技術(shù)手段[2]。對土木工程、交通工程等專業(yè)的本科生而言，地基處理是一門應(yīng)用能力要求較高的專業(yè)課，通過對基本原理、設(shè)計計算、施工方法的學(xué)習(xí)，應(yīng)具備解決工程中出現(xiàn)的相關(guān)問題的能力。復(fù)合地基作為應(yīng)用廣泛的處理措施，是地基處理課堂講授的重點內(nèi)容之一。復(fù)合地基由剛度不同的材料構(gòu)成，增強體和地基土體共同作用、協(xié)調(diào)變形并承擔(dān)上部荷載。復(fù)合地基和天然地基承載力的基本概念相同，而且JGJ79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》和GB5007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中對地基承載力的描述完全一致[3-4]。然而由于增強體的材料特性不同，復(fù)合地基承載力計算應(yīng)該有針對性地選用合適的計算方法，這需要學(xué)生對課堂講授的知識點有較好的掌握。

在課堂教學(xué)及考核中，學(xué)生普遍反映對復(fù)合地基承載力計算的基本概念模糊，運用所學(xué)知識分析解決問題的能力較弱。針對這些問題，結(jié)合課程學(xué)時安排少、進(jìn)度快的特點，從培養(yǎng)本科生實踐能力的角度出發(fā)，在全面分析以往教學(xué)的基礎(chǔ)之上，將知識傳授與能力培養(yǎng)相結(jié)合，研究了復(fù)合地基承載力計算的課堂教學(xué)改革措施，以達(dá)到促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升的目的[5-6]。

一、課堂教學(xué)現(xiàn)狀

（一）講授對象

地基處理是地下結(jié)構(gòu)工程專業(yè)的必修課，其講授對象為高年級本科生。學(xué)習(xí)該課程之前，學(xué)生已系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了土力學(xué)、基礎(chǔ)工程等課程，并且具備了一定的工程常識和力學(xué)基礎(chǔ)。復(fù)合地基一直是地基處理教學(xué)中的重要內(nèi)容，而且其承載力的計算更是重中之重。

（二）教學(xué)內(nèi)容

復(fù)合地基由增強體（樁體）和地基土（樁間土）共同承擔(dān)上部荷載，可用于提高地基承載力，增強穩(wěn)定性，消除特殊土的固結(jié)性、濕陷性、液化性等。針對具體工程，必須選用合適的增強體才能達(dá)到預(yù)期效果。根據(jù)增強體的不同，復(fù)合地基可分為散體材料增強體復(fù)合地基和有粘結(jié)強度增強體復(fù)合地基兩類。確定復(fù)合地基承載力的基本思路有兩條：一是通過現(xiàn)場試驗測得，另一種是采用理論公式估算。在進(jìn)行復(fù)合地基初步設(shè)計時，可利用理論公式估算其承載力特征值，即采用復(fù)合求和的方法，視其為樁體和樁間土承載力的總和。具體而言，不同類型的復(fù)合地基承載力需采用不同的計算方法，可選用的方法有應(yīng)力復(fù)合法和變形復(fù)合法兩種。從復(fù)合地基承載力計算的教學(xué)內(nèi)容安排看，主要包含復(fù)合地基承載力的概念、復(fù)合地基承載力計算方法和規(guī)范中兩種計算方法的應(yīng)用三部分。總體而言，復(fù)合地基承載力計算的教學(xué)內(nèi)容很全面，具有以下特點。

一是，概念性強。復(fù)合地基承載力的概念與天然地基相同，但兩者之間有本質(zhì)區(qū)別。復(fù)合地基承載力的計算是基于增強體靜載荷載試驗結(jié)果和周邊土的承載力特征值依據(jù)經(jīng)驗確定的，并且現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定了復(fù)合地基承載力特征值的修正問題。顯然復(fù)合地基承載力的計算涉及眾多基本概念，如單樁豎向承載力特征值、樁間土承載力特征值、樁土應(yīng)力比、面積置換率，以及散體材料樁和有粘結(jié)強度樁的區(qū)別等。因此，學(xué)生應(yīng)掌握土力學(xué)、基礎(chǔ)工程等專業(yè)知識，具備良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

二是，應(yīng)用性強。初步設(shè)計時，理論公式是估算復(fù)合地基承載力的基本手段，對復(fù)合地基的工程設(shè)計有指導(dǎo)意義。學(xué)生應(yīng)熟練掌握復(fù)合地基承載力計算的基本理論，能結(jié)合工程的具體情況選用合適的公式估算其承載力特征值。同時，能夠利用已知條件進(jìn)行必要的變換，具備靈活應(yīng)用理論解決問題的能力。

三是，與規(guī)范結(jié)合緊密。復(fù)合地基承載力計算是規(guī)范中的第7.1.5條，規(guī)范條文說明對其應(yīng)用有詳細(xì)的闡述[3]。在理解復(fù)合地基承載力計算理論的基礎(chǔ)上，學(xué)生應(yīng)將課程學(xué)習(xí)與規(guī)范緊密結(jié)合，選用合適的計算公式和單樁及樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)進(jìn)行復(fù)合地基承載力估算。因此，學(xué)生要對前面章節(jié)的知識有較好的掌握，明確復(fù)合地基承載力計算公式的工程應(yīng)用，具備依據(jù)規(guī)范解決工程問題的能力。

二、課堂教學(xué)中存在的問題

承載力計算作為復(fù)合地基設(shè)計中的關(guān)鍵問題，有較強的綜合性和實踐性，而且涉及到樁體和樁間土的共同作用。然而，基于教學(xué)經(jīng)驗、學(xué)生反饋和考核情況可知，目前的課堂教學(xué)主要存在以下問題。

（一）課時少、知識點多

目前河南科技大學(xué)地基處理課程的教學(xué)計劃只有24個學(xué)時，造成了課時少而教學(xué)內(nèi)容多的矛盾。在教學(xué)進(jìn)度計劃中復(fù)合地基承載力計算只有1個學(xué)時，如何在有限的學(xué)時內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)是一大難題。而且，學(xué)生普遍反映內(nèi)容過多、知識點理解難度大、與之前章節(jié)的聯(lián)系不清晰、上課講授過快、沒有理解消化的空間。因此，學(xué)生對于復(fù)合地基承載力計算的掌握較差，教學(xué)效果不理想。

（二）底子薄、工程概念少

復(fù)合地基是一類地基處理措施的統(tǒng)稱，與多種地基處理措施的加固原理和設(shè)計計算密切相關(guān)，是相關(guān)內(nèi)容的概括總結(jié)。因此，復(fù)合地基涉及的知識點多、教學(xué)內(nèi)容廣，需要學(xué)生對土力學(xué)、基礎(chǔ)工程及本課程前面章節(jié)有較好地掌握。然而，由于教學(xué)計劃學(xué)時少，學(xué)生動手處理問題的機會少，難以將復(fù)合地基承載力的計算方法應(yīng)用于工程實踐。

復(fù)合地基承載力計算的首要目標(biāo)是解決工程問題，而本科生接觸地基處理工程的機會很少，對工程概念并無太多認(rèn)知，僅僅依靠教材上的圖片來想象工程實際有困難，不利于理解復(fù)合地基承載力的構(gòu)成及各部分發(fā)揮的作用。

（三）教學(xué)手段單一、互動不足

地基處理是一門實踐性很強的課程，有實踐先于理論的特點。隨著教學(xué)硬件設(shè)施的改善，目前采用的多媒體教學(xué)有效彌補了傳統(tǒng)教學(xué)不直觀、板書占用時間的不足。為了完成教學(xué)大綱的內(nèi)容，在課堂上常常出現(xiàn)教師講授進(jìn)度快、思路不清晰，學(xué)生思想拋錨、跟不上教師的講解進(jìn)度，學(xué)生提問的機會和獨立思考的空間也大大減少。采取教師講、學(xué)生聽的模式，師生之間缺乏必要的互動，這樣容易造成教師自說自話、學(xué)生神游天下，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣、教師難以調(diào)動課堂氣氛的尷尬局面。學(xué)生逐漸失去了學(xué)習(xí)的自主性和積極性，只能被動接受，完全不能達(dá)到專業(yè)能力培養(yǎng)的目標(biāo)。

三、課堂教學(xué)改革措施

鑒于當(dāng)前教學(xué)中存在的問題，有必要進(jìn)行課堂教學(xué)改革。

（一）整合教學(xué)內(nèi)容

在復(fù)合地基承載力概念的講授中，運用圖表對比的方法，從上部荷載作用于天然地基和復(fù)合地基的區(qū)別出發(fā)，分析復(fù)合地基承載力的構(gòu)成。同時，增加散體材料樁和有粘結(jié)強度樁的說明，并對復(fù)合地基處理方法進(jìn)行歸類。進(jìn)而，與復(fù)合地基承載力計算理論相結(jié)合，通過動畫圖片演示不同類型復(fù)合地基受力變形的特征，增強學(xué)生對兩種計算方法的區(qū)別及適用性的理解。最后，與現(xiàn)行規(guī)范結(jié)合，列表說明承載力計算方法的適用性。

（二）改進(jìn)教學(xué)手段

在教學(xué)過程中，采用板書與多媒體相結(jié)合，充分發(fā)揮兩種教學(xué)手段的優(yōu)勢，使兩者有機結(jié)合、互為補充。對于重要的公式，采用板書推導(dǎo)可有效引導(dǎo)學(xué)生思路，加深學(xué)生對公式含義的理解和掌握。多媒體可將圖片和視頻引入課堂，動畫和施工視頻使得課堂教學(xué)更生動，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高課堂效率，加深學(xué)生對基本原理的理解。采用該方法，既保證了教學(xué)質(zhì)量又豐富了課堂內(nèi)涵。

（三）增強互動交流

學(xué)生與教師的問答對話是一種良好的師生互動模式，是一個教學(xué)相長的過程。當(dāng)堂解決學(xué)生的疑問，有利于學(xué)生牢固掌握和靈活運用所學(xué)知識點，避免問題的累積。教師也可通過提問突出重要知識點，引發(fā)學(xué)生思考。課堂講授后確保5～8分鐘的互動，使學(xué)生有思考的空間，有回顧所學(xué)知識的時間。同時，利用便利的網(wǎng)絡(luò)平臺提出具體的互動話題，展開重點問題的互動，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對知識點的掌握，開拓學(xué)生的視野。

顯然，整合教學(xué)內(nèi)容為突出教學(xué)重點提供了課時保證，改進(jìn)教學(xué)手段提高了學(xué)生課堂聽課的專注度，師生互動交流增強了課程的教學(xué)特色。如圖1所示，這三種措施相輔相成，保證了教學(xué)質(zhì)量的提高，實現(xiàn)了課堂教學(xué)改革的目標(biāo)。開展課堂教學(xué)改革后，考核的不及格率迅速下降并穩(wěn)定在8%以內(nèi)，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

四、結(jié)語

課堂講授是當(dāng)前本科生培養(yǎng)中最重要的方式，是提高教學(xué)水平的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)效果的好壞直接影響總體教育質(zhì)量。文章以復(fù)合地基承載力計算為例，從其教學(xué)特點和存在的問題出發(fā)，結(jié)合學(xué)校實際情況探索地基處理課堂教學(xué)方式的改革，基于教學(xué)實踐總結(jié)，通過整合教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)手段、增強師生互動交流等方式進(jìn)行課堂教學(xué)改革。采用新的教學(xué)方式授課后，學(xué)生成績較以往有明顯提高，教學(xué)效果良好。

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（編輯 梁遠(yuǎn)華）