“深基坑開挖與支護(hù)”教學(xué)方法改革探討＊

張敏，張威龍，徐燕，沈世偉

“深基坑開挖與支護(hù)”教學(xué)方法改革探討＊

張敏，張威龍，徐燕，沈世偉

（吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130026）

“深基坑開挖與支護(hù)”是巖土工程、地下工程專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)必修課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此如何把理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，使學(xué)生具備應(yīng)用知識(shí)的能力成為值得深思的問題。為適應(yīng)高等教育改革的新形勢(shì)和滿足地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)應(yīng)用型人才的現(xiàn)實(shí)需求，結(jié)合“深基坑開挖與支護(hù)”課程的特點(diǎn)和當(dāng)前教學(xué)中普遍存在的典型問題，并基于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)對(duì)該課程的教學(xué)方法改革進(jìn)行了探討。

“深基坑開挖與支護(hù)”；教學(xué)方法改革；實(shí)際工程；知識(shí)模塊

隨著國(guó)內(nèi)外工程建設(shè)需求擴(kuò)大，大量的巖土工程及地下工程建設(shè)廣泛興起[1]，尤其是改革開放以來，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，工程建設(shè)飛速發(fā)展，涌現(xiàn)出許多工程地質(zhì)情況復(fù)雜的深基坑工程，從而對(duì)深基坑開挖與支護(hù)提出了極大的挑戰(zhàn)[2]。本課程的主要任務(wù)是通過課堂教學(xué)及項(xiàng)目研究等環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與能力和土木工程科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，使學(xué)生掌握扎實(shí)的實(shí)踐知識(shí)，能夠合理地設(shè)計(jì)深基坑開挖的方法和支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式，具備從事深基坑工程科研、設(shè)計(jì)和施工管理的技能以及解決工程實(shí)踐問題的能力。筆者結(jié)合近年來在實(shí)際工程中深基坑開挖與支護(hù)有關(guān)的工程實(shí)例及多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析目前“深基坑開挖與支護(hù)”教學(xué)中存在的問題并對(duì)教學(xué)模式和教學(xué)方式發(fā)表了自己的看法。

1 “深基坑開挖與支護(hù)”課程的特點(diǎn)及現(xiàn)行教學(xué)中存在的問題

1.1 課程的學(xué)科特點(diǎn)

1.1.1 綜合性強(qiáng)

在深基坑開挖與支護(hù)設(shè)計(jì)中，往往涉及到巖石和土體兩種類型的地質(zhì)體，由于二者的物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，因此在計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)受力時(shí)存在較大差別，這就需要用到工程地質(zhì)、巖體力學(xué)、土力學(xué)方面的知識(shí)[3]。同時(shí)對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不僅僅涉及到作用在結(jié)構(gòu)上的外力計(jì)算，還涉及到結(jié)構(gòu)自身的受力變形計(jì)算，而支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式不同，有鋼板、鋼管、鋼筋混凝土和素混凝土等多種形式，其材料不同，受力性能也不同，因此涉及到鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。此外，在分析計(jì)算時(shí)，往往需要用到結(jié)構(gòu)力學(xué)、靜力學(xué)理論、彈塑性理論來分析結(jié)構(gòu)的受力和變形，因此還需要具備深厚的數(shù)學(xué)和力學(xué)基礎(chǔ)。總之，“深基坑開挖與支護(hù)”課程涉及土力學(xué)、巖體力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、彈塑性力學(xué)、材料力學(xué)等多方面知識(shí)，是一門多學(xué)科交叉的綜合課程。

1.1.2 實(shí)踐性強(qiáng)

深基坑開挖與支護(hù)設(shè)計(jì)的目的是解決實(shí)際工程問題，確保基坑開挖過程中及開挖后的基坑穩(wěn)定性，保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全。需要考慮不同工程地質(zhì)條件和不同規(guī)模形式的基坑的特殊性，對(duì)工程中可能存在和發(fā)生的工程地質(zhì)問題進(jìn)行預(yù)測(cè)，提出合適的方案，保證工程建設(shè)順利進(jìn)行和人民財(cái)產(chǎn)安全。因此“深基坑開挖與支護(hù)”課程實(shí)踐性強(qiáng)，與實(shí)際工程聯(lián)系緊密。在教學(xué)過程中，不僅要求學(xué)生掌握基本知識(shí)和設(shè)計(jì)方法，更重要的是能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。

1.1.3 應(yīng)用性廣

“深基坑開挖與支護(hù)”課程是專門為解決深基坑問題而產(chǎn)生的一門學(xué)科，其所研究的問題來源于實(shí)際工程，同時(shí)研究成果也服務(wù)于實(shí)際工程，學(xué)習(xí)的目的是簡(jiǎn)化實(shí)際工程問題，應(yīng)用研究成果是為了保證深基坑在開挖、基礎(chǔ)施工和地下結(jié)構(gòu)部分施工時(shí)更加安全。目前，隨著城市化的發(fā)展，不僅僅是建筑基坑，地鐵開挖、地下人防設(shè)施建立、地下城市管廊的建立，都涉及深基坑的開挖與支護(hù)問題，應(yīng)用范圍很廣。

1.2 目前教學(xué)中存在的問題

1.2.1 學(xué)生前期課程知識(shí)不足

“深基坑開挖與支護(hù)”是通過綜合應(yīng)用多個(gè)學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際工程問題，綜合性強(qiáng)。因此學(xué)生要想學(xué)好每一章節(jié)的內(nèi)容，就必須熟練掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。例如，在計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)受力時(shí)，學(xué)生必須能夠熟練掌握土壓力水壓力的計(jì)算；在設(shè)計(jì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力時(shí)，要求學(xué)生對(duì)彈塑性理論有一定的了解。然而，在實(shí)際中，學(xué)生們往往不能很好地掌握課程前期所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，還有部分學(xué)生可能在前期沒學(xué)過某些課程，如水文地質(zhì)學(xué)或地下水動(dòng)力學(xué)，因此在基坑降水設(shè)計(jì)時(shí)，都需要特別講解很多基礎(chǔ)知識(shí)，浪費(fèi)很多學(xué)時(shí)。因此，在教學(xué)過程中，要注意鞏固和拓寬學(xué)生的前期課程知識(shí)[4]。

1.2.2 課程內(nèi)容滯后

隨著高等教育改革的不斷深化，現(xiàn)有教材與以往教材相比，在內(nèi)容上雖然有所增加，但內(nèi)容陳舊問題仍然很突出。近年來，隨著工程建設(shè)的增加和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，“深基坑開挖與支護(hù)”中涉及的復(fù)雜問題不斷涌出，很多新的方法也不斷被提出，教學(xué)內(nèi)容的陳舊與落后更加凸顯，滯后于實(shí)際工程的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。最主要的原因還是一些教師為了編書而編書，其本人可能沒有任何的工程實(shí)際經(jīng)歷，導(dǎo)致一些舊的計(jì)算方法和規(guī)范中變更的內(nèi)容甚至已經(jīng)淘汰的工藝技術(shù)仍然出現(xiàn)在教材中。課程中出現(xiàn)的方法已經(jīng)完全不適用于現(xiàn)今的實(shí)際工程，而新的技術(shù)、方法和工藝在現(xiàn)有的教材中都沒有被提及。

1.2.3 實(shí)踐能力培養(yǎng)不足

學(xué)習(xí)“深基坑開挖與支護(hù)”的最終目的是服務(wù)于實(shí)際工程，從而解決工程實(shí)際問題。由于課程內(nèi)容多、課時(shí)較少，導(dǎo)致實(shí)踐性教學(xué)時(shí)間少。學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)知識(shí)，但是面對(duì)復(fù)雜的實(shí)際工程問題時(shí)還是顯得心有余而力不足，學(xué)生分析問題、解決問題的能力還有待提高。傳統(tǒng)的教學(xué)忽略了培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，導(dǎo)致學(xué)生只會(huì)紙上談兵，在崗位上力不從心。針對(duì)目前社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)人才的需要，專業(yè)教師在教學(xué)過程中，應(yīng)該著重于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，在使學(xué)生們掌握理論知識(shí)的前提下，鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手、多動(dòng)腦、多實(shí)踐，以培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。

2 深基坑開挖與支護(hù)課程教學(xué)改革

2.1 教學(xué)模式改革

針對(duì)學(xué)生前期課程知識(shí)不足的問題，在課程教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的講解和擴(kuò)充，強(qiáng)化前期課程的訓(xùn)練，注重多學(xué)科交叉，增強(qiáng)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際并應(yīng)用于實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)分析問題、解決問題的能力。

在教學(xué)過程中，合理制訂教學(xué)內(nèi)容，遵循現(xiàn)有規(guī)范內(nèi)容進(jìn)行講解，并加強(qiáng)交叉學(xué)科知識(shí)的拓展和延伸。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，把本門課的所有內(nèi)容講一遍，這顯然是不可能的，這就要求授課教師必須突出本門課的重點(diǎn)難點(diǎn)。在教學(xué)中將本學(xué)科的科研成果、最新研究動(dòng)態(tài)、急需解決的科學(xué)問題等介紹給學(xué)生，使他們不僅能掌握基礎(chǔ)知識(shí)，而且能夠了解本學(xué)科的發(fā)展方向，啟發(fā)科研思路，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神[5]。讓學(xué)生們學(xué)習(xí)完本門課程，既能按照規(guī)范要求進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)，又能針對(duì)設(shè)計(jì)中的缺點(diǎn)提出改進(jìn)的方法，以便優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 實(shí)踐教學(xué)方式的改進(jìn)

在課程講解過程中，除了講解基本設(shè)計(jì)方法，還應(yīng)該以工程實(shí)例、工程照片，甚至工程錄像為主，采用開放式互動(dòng)教學(xué)，結(jié)合工程實(shí)例，將抽象的理論知識(shí)具體化。將理論知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際聯(lián)合起來，針對(duì)具體問題與學(xué)生們展開討論，激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，改善課堂教學(xué)效果[6-8]。

由于本門課具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，因此在教學(xué)過程中，引入典型的工程實(shí)例，不僅僅是簡(jiǎn)單提出工程實(shí)例，針對(duì)實(shí)例講解設(shè)計(jì)的方法，而是首先拋出失敗的實(shí)例，讓學(xué)生們?cè)谡n下結(jié)合課程內(nèi)容，通過查資料閱讀文獻(xiàn)的方式主動(dòng)尋求解決的辦法，在這個(gè)過程中也培養(yǎng)了學(xué)生們主動(dòng)解決問題的能力，然后與成功實(shí)例的對(duì)比講解以突出設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性。

采用模塊化的教學(xué)方式，改變以往一門課一位教師授課的模式，分模塊進(jìn)行教學(xué)，將課程內(nèi)容劃分為若干個(gè)知識(shí)模塊，在進(jìn)行模塊劃分時(shí)，要考慮模塊的完整性及模塊間的獨(dú)立性，不同的教師講授不同的知識(shí)模塊。把選擇講授的內(nèi)容整合成幾個(gè)大的專題模塊，同時(shí)要注意知識(shí)點(diǎn)的銜接和過渡。

在講解完每一個(gè)知識(shí)模塊后，安排一次專題講座，由用人單位經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員來講解。現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)人員擁有豐富的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，他們所講的內(nèi)容，大都是結(jié)合自身工作過程中遇到的實(shí)際問題，這些在課本上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)學(xué)不到的。通過專題講座不僅能開拓學(xué)生們的視野，而且能讓他們更加明確本門課所學(xué)的主要內(nèi)容以及進(jìn)入用人單位后具體要做的工作。

3 結(jié)語(yǔ)

“深基坑開挖與支護(hù)”是一門與工程實(shí)際密切相關(guān)的學(xué)科，而教學(xué)改革又是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的過程，它需要人們?cè)趯?shí)踐中不斷地探索和思考，時(shí)刻做好打持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。通過教學(xué)模式的改革，學(xué)生能夠及時(shí)掌握基坑開挖與支護(hù)的新理論、新方法和新技術(shù)。與此同時(shí)，專題講座不僅密切了學(xué)生與用人單位的關(guān)系，也提供了一個(gè)更加開放的交流和學(xué)習(xí)平臺(tái)。進(jìn)入新時(shí)代，培養(yǎng)應(yīng)用型人才成為了中國(guó)當(dāng)前迫切進(jìn)行的一項(xiàng)工作，作為教學(xué)工作者，只有齊心協(xié)力不斷地進(jìn)行教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的改革，才能為行業(yè)、企業(yè)和國(guó)家培養(yǎng)出更多高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。教學(xué)改革離不開學(xué)校、教師和學(xué)生的共同努力。

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張敏（1986—），女，副教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害防控、海洋工程地質(zhì)、巖土體力學(xué)分析、巖土工程數(shù)值模擬。張威龍（1995—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)閹r土工程數(shù)值模擬。徐燕（1981—），女，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害防治、軟土力學(xué)性質(zhì)、土體潛蝕沖刷。沈世偉（1982—），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣?jié)理巖體隧道爆破技術(shù)、寒區(qū)隧道工程、低溫巖石力學(xué)。

吉林大學(xué)青年教師教學(xué)能力提升項(xiàng)目（編號(hào)：2019XYB403）

2095－6835（2021）06－0093－02

G642

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.06.034

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕