新工科背景下基礎(chǔ)工程線上教學(xué)新模式探索

楊曉松 楊保存 黎 亮 王 榮 李宏偉

（塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 新疆 阿拉爾 843300；塔里木大學(xué)南疆巖土工程研究中心， 新疆 阿拉爾 843300）

在新工科專業(yè)建設(shè)過程中，原來的認(rèn)同和路徑被打破。在新經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，新型學(xué)科專業(yè)建設(shè)路徑將是“預(yù)測未來人才市場需求-改造升級現(xiàn)有專業(yè)-調(diào)整完善現(xiàn)有學(xué)科”[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的推進(jìn)，需要在各個(gè)地區(qū)、各種地質(zhì)條件的地基上建造鐵路、公路、橋梁和隧道等基礎(chǔ)設(shè)施。由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性、建筑規(guī)模的擴(kuò)大以及安全使用條件等級的提高，越來越多的土木工程問題出現(xiàn)。土木工程實(shí)踐對大學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力要求越來越高。新工科建設(shè)需要培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)，具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。原有的教學(xué)模式已嚴(yán)重不能滿足新工科人才培養(yǎng)的目標(biāo)。本文基于基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，結(jié)合基礎(chǔ)工程知識體系和課程體系特點(diǎn)，積極探索線上教學(xué)新模式，為土木工程綜合性人才培養(yǎng)創(chuàng)造條件。

1 課程特點(diǎn)

1.1 知識綜合性強(qiáng)

《基礎(chǔ)工程》是塔里木大學(xué)土木工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程主要是講解建筑物地基基礎(chǔ)的工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，涉及地基勘察、天然地基淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、深基礎(chǔ)、基坑開挖和地基處理等相關(guān)知識內(nèi)容。課程內(nèi)容廣泛，體系完整，知識綜合性強(qiáng)，涵蓋了材料力學(xué)、土力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等專業(yè)課程的相關(guān)知識內(nèi)容。比如，偏心荷載作用下基礎(chǔ)底面壓力的計(jì)算需要用到土力學(xué)課程的知識；柱下條形基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算的倒梁法屬于結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本理論研究內(nèi)容。各部分的計(jì)算公式和關(guān)鍵參數(shù)較多，不同的條件下同一公式不同參數(shù)的選取原則不盡相同。在具體設(shè)計(jì)的操作過程中，學(xué)生需要綜合掌握和運(yùn)用前期所學(xué)各門課程知識。

1.2 經(jīng)驗(yàn)占比高

《基礎(chǔ)工程》是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，理論上的計(jì)算主要用于指導(dǎo)工程實(shí)踐，同時(shí)還需要接受實(shí)踐的檢驗(yàn)。目前，很多的基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)方法理論上被認(rèn)為是可行，但是具體操作中卻無法完成，只能在分析計(jì)算中引用一部分前提和假設(shè)，把握關(guān)鍵因素的作用，忽略次要因素的影響，并盡量結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，通過調(diào)整參數(shù)選取和計(jì)算的方式，減小理論與實(shí)際的各種誤差[2][3]。例如，基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)需要充分考慮建筑物上部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)-基礎(chǔ)-下部地基的相互作用，三者組成一個(gè)完整的建筑設(shè)計(jì)體系。結(jié)合土力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識，在理論上對三者相互作用條件下基礎(chǔ)底面壓力的分布形式進(jìn)行了充分的分析，然而由于土體工程力學(xué)性質(zhì)的特殊性和復(fù)雜性，實(shí)際上還沒有一種完善的計(jì)算方法對各類地基條件下的基礎(chǔ)底面壓力大小與分布給出令人滿意的解答。在溫克爾地基模型的計(jì)算過程中，也是通過對地基抗力系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行適當(dāng)修正以有效減小誤差。因此，在具體的工程設(shè)計(jì)中，很多工作人員提出“構(gòu)造為主，計(jì)算為輔”的設(shè)計(jì)原則，即根據(jù)實(shí)際工程提供的經(jīng)驗(yàn)與方法設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造，再輔以各類理論計(jì)算作校核[4]。學(xué)生剛剛完成專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，工程經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)重不足，探索一種適用、有效的方法進(jìn)行課程教學(xué)，在理論教學(xué)的同時(shí)輔以工程經(jīng)驗(yàn)的判斷尤為重要。

2 線上教學(xué)新模式構(gòu)建

2.1 理論-規(guī)范-經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合

大量工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)成果雖然已不列入《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5007-2011）中，但仍然是有價(jià)值的參考資料，便于初步設(shè)計(jì)時(shí)參考[5]。

在線上課堂教學(xué)模式的設(shè)計(jì)中0.，針對關(guān)鍵設(shè)計(jì)步驟，通過細(xì)化課件內(nèi)容，采用理論-規(guī)范-經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的授課方法，在仔細(xì)講解設(shè)計(jì)理論和規(guī)范準(zhǔn)繩的同時(shí)，輔以工程經(jīng)驗(yàn)的判斷，將收到事半功倍的效果。比如，在豎向偏心荷載作用下，天然地基淺基礎(chǔ)基礎(chǔ)底面面積積和長寬尺寸的確定，需要采用試算的方法，并滿足相應(yīng)基底壓力的均值和最大值分別小于且足夠接近地基承載力特征值和1.2 倍地基承載力特征值。如果不滿足要求，需要重新調(diào)整面積，重復(fù)地基承載力特征值校核過程。在30%的基礎(chǔ)底面面積調(diào)整范圍內(nèi)進(jìn)行試算，工作量較多。工程經(jīng)驗(yàn)告訴我們，基底面積調(diào)整幅度的大小，可以參考校核過程中基底壓力與地基承載力的差值大小，即在滿足地基承載力要求條件下，如果差值較大，可適當(dāng)較大幅度減小基底面積，從而減少重復(fù)計(jì)算過程，提高設(shè)計(jì)效率。在具體的教學(xué)過程中，我們可以先仔細(xì)講解地基承載力確定方法、地基承載力校核方法和基底面積確定原則，引入相應(yīng)規(guī)范的各種要求，讓學(xué)生明晰各部分之間的聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，以舉例分析的形式介紹具體設(shè)計(jì)過程中工程經(jīng)驗(yàn)的有效采用。

2.2 理論講解-案例分析相結(jié)合

理論-規(guī)范-經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的授課模式能夠深化學(xué)生對基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)原理的理解。《基礎(chǔ)工程》課程實(shí)踐性強(qiáng)，內(nèi)容涵蓋學(xué)科范圍廣，綜合性強(qiáng)。多屆學(xué)生的課程設(shè)計(jì)、試卷考核和畢業(yè)設(shè)計(jì)成果都存在對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法缺乏整體把握的問題。設(shè)計(jì)計(jì)算過程中無法綜合考慮持力層的選擇、地基承載力的確定、基礎(chǔ)選型、基礎(chǔ)尺寸和基礎(chǔ)配筋等設(shè)計(jì)部分。理論知識無法有效用于設(shè)計(jì)指導(dǎo)。比如，基底壓力的計(jì)算過程中，基礎(chǔ)底面抵抗矩的確定如果生搬硬套材料力學(xué)的方法而不考慮基礎(chǔ)受荷特點(diǎn)，肯定會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在授課過程中，每完成某種基礎(chǔ)類型設(shè)計(jì)原理的講解，我們可以對優(yōu)選的工程案例進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，細(xì)心講解設(shè)計(jì)步驟和涉及到的相關(guān)學(xué)科知識點(diǎn)，總結(jié)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方、原因和糾正方法。同時(shí)，可以將學(xué)生按4-5 人一組，采用課下小組討論的形式組織線上小案例分析。對于疑難問題，學(xué)生可先進(jìn)行小組討論，只有在得不到滿意答案時(shí)可向老師請教。重視案例分析，理論講解-案例分析相結(jié)合的授課方法能很好的彌補(bǔ)學(xué)生工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足。

3 總結(jié)

如何使學(xué)生通過有限學(xué)時(shí)的線上教學(xué)深入理解并掌握基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)原理與方法，提高土木工程專業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)， 對新工科背景下線上教學(xué)新模式進(jìn)行探討具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。構(gòu)建理論-規(guī)范-經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合和理論講解-案例分析相結(jié)合的教學(xué)新模式突出了課程實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于提升專業(yè)課程學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識整體分析和把握問題的能力。