地下建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式研討

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摘要：隨著地下工程建設(shè)規(guī)模的快速擴(kuò)張，地下工程建設(shè)人才迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。地下工程專業(yè)培養(yǎng)方案中地下建筑結(jié)構(gòu)課程屬于專業(yè)主干課程之一。該課程學(xué)習(xí)效果的好壞，直接影響地下工程人才的能力培養(yǎng)。為了更好地做好該課程的教學(xué)，本文在對(duì)該課程特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，探討了傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)的優(yōu)劣，結(jié)合教學(xué)經(jīng)歷及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出了地下建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)模式的改進(jìn)建議，為課程教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：地下建筑結(jié)構(gòu)；教學(xué)模式；教學(xué)目標(biāo)；教學(xué)手段

1引言

隨著土地資源緊缺，地上空間越來(lái)越緊迫，地下空間的利用為各類建筑工程結(jié)構(gòu)物的選址開辟了廣闊的前景[1]。目前交通工程（公路工程、地鐵工程、鐵路工程等）、水利水電工程、礦山工程、市政工程、民用工程和地下物流等地下工程得到前所未有的發(fā)展。21世紀(jì)是地下空間與地下工程大發(fā)展的世紀(jì)，換句話說，地下工程是21世紀(jì)土木工程的重要發(fā)展方向[2]。這對(duì)于從事地下工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和科研人員來(lái)說是一種前所未有的機(jī)遇和巨大挑戰(zhàn)，需要地下工程的工作者們學(xué)習(xí)地下結(jié)構(gòu)工程的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)，熟練掌握地下結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。高等教育為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求，滿足國(guó)內(nèi)地下工程行業(yè)人才需要，國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校開設(shè)了土木工程專業(yè)巖土或地下方向[3]，以及城市地下空間工程專業(yè)的高校均開設(shè)了地下建筑結(jié)構(gòu)課程[4]，并作為該方向的專業(yè)必修主干課程。

2課程特點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)

2.1課程特點(diǎn)

2.1.1知識(shí)體系的綜合性強(qiáng)。地下建筑結(jié)構(gòu)主要講述地下結(jié)構(gòu)與周圍巖土介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的科學(xué)問題，為土木工程與地質(zhì)工程知識(shí)體系相交叉的課程。根據(jù)高等學(xué)校土木工程本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范[5]中對(duì)地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程的核心知識(shí)單元及知識(shí)點(diǎn)的要求，其涉及材料力學(xué)、理論力學(xué)、彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、巖體力學(xué)、有限元、工程地質(zhì)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)工程、隧道工程等多門課程的專業(yè)知識(shí)，是一門綜合性較強(qiáng)的理論課程。2.1.2課程內(nèi)容的理論性強(qiáng)。地下建筑結(jié)構(gòu)是指在保留上部地層（山體或土層）的前提下，在開挖出能提供某種用途的地下空間內(nèi)修筑的建筑結(jié)構(gòu)[6]。與地面結(jié)構(gòu)相比，地下結(jié)構(gòu)所賦存環(huán)境復(fù)雜，包含應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)等。因此，地下建筑結(jié)構(gòu)與周圍地層間存在復(fù)雜的相互作用問題，這就要求學(xué)習(xí)者們必須具備一定的專業(yè)理論知識(shí)。2.1.3課程實(shí)踐性強(qiáng)。由于地下工程涉及的地質(zhì)情況多變，可能遇到的地質(zhì)災(zāi)害類型及規(guī)模也將不同。此外，地下結(jié)構(gòu)斷面形式多樣化，以及隨著工程向大跨度、高埋深方向發(fā)展，其施工技術(shù)和工藝也進(jìn)行了大量的創(chuàng)新與改進(jìn)。所以，地下建筑結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)，注重與實(shí)際工程相結(jié)合。

2.2教學(xué)目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)，旨在使學(xué)生掌握或了解地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，能夠根據(jù)地下結(jié)構(gòu)所處的不同介質(zhì)環(huán)境、使用功能和施工方法設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)和合理的結(jié)構(gòu)。

3傳統(tǒng)與現(xiàn)行教學(xué)模式的優(yōu)劣性

傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要以教師在黑板板書為主，將課本內(nèi)容逐章逐節(jié)進(jìn)行講解，講解時(shí)對(duì)專業(yè)名詞概念、公式的推導(dǎo)過程、例題等一步一步講解。教師主要起到知識(shí)的傳授、灌輸作用，教學(xué)過程比較枯燥、單調(diào)。學(xué)生主要忙于記筆記，學(xué)習(xí)的專注力較好，對(duì)知識(shí)點(diǎn)感性認(rèn)識(shí)顯得比較弱。但由于教師上課以板書為主，課程知識(shí)點(diǎn)講解得比較慢，學(xué)生上課時(shí)基本上能跟著教師的思路進(jìn)行學(xué)習(xí)。隨著多媒體技術(shù)與輔助教學(xué)設(shè)備的快速發(fā)展，高等院校教師的教學(xué)方式和教學(xué)手段發(fā)生了根本性的變化。現(xiàn)行的地下建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)普遍采用幻燈片播放技術(shù)，集成了文字、圖片、動(dòng)畫、視頻等素材。課程內(nèi)容以PPT形式在課堂上進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生對(duì)地下結(jié)構(gòu)建筑的知識(shí)點(diǎn)概念、地下結(jié)構(gòu)的形式，以及工程實(shí)施案例等能夠較好地理解和掌握。但是在現(xiàn)行教學(xué)模式及手段下，部分教師尤其是年輕教師弱化了該課程的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)概念及計(jì)算理論；加上目前本科生培養(yǎng)方案中對(duì)專業(yè)課課時(shí)的削減，導(dǎo)致現(xiàn)行教學(xué)進(jìn)度加快，學(xué)生在課堂上需接受的知識(shí)點(diǎn)龐大，被動(dòng)地學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果較差。綜上所述，無(wú)論是傳統(tǒng)教學(xué)模式還是現(xiàn)行的教學(xué)模式，均具有一定的優(yōu)點(diǎn)及弊端，但對(duì)于如何進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范使用在兩種教學(xué)模式上均體現(xiàn)得不明顯。由于學(xué)了不知所用，學(xué)生對(duì)基本知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)也主要以應(yīng)試為目的，考試完后，所學(xué)的地下建筑結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容基本上忘得一干二凈。

4對(duì)教學(xué)模式的討論

4.1教學(xué)手段的完善

結(jié)合筆者近十年來(lái)這門課程的教學(xué)經(jīng)歷及教學(xué)效果總結(jié)，認(rèn)為要讓學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程后，達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果，需要將傳統(tǒng)的教學(xué)手段與現(xiàn)行教學(xué)手段相結(jié)合，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。在剛開始進(jìn)行該門課程講解時(shí)，由于該門課程偏重于理論，教學(xué)手段主要采用板書為主，輔以幻燈片進(jìn)行教學(xué)。通過與學(xué)生交流，發(fā)現(xiàn)由于學(xué)生對(duì)地下工程的了解或關(guān)注幾乎空白，很難理解課堂講解的知識(shí)。因此，在后續(xù)教學(xué)中，對(duì)課程教學(xué)手段逐漸進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。以地下結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算章節(jié)內(nèi)容講解為例，首先，運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段，發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，先進(jìn)行隧道工程、地鐵工程、基坑工程等結(jié)構(gòu)大變形、垮塌或結(jié)構(gòu)失效等具有視覺沖擊力的現(xiàn)場(chǎng)事故圖片進(jìn)行講解，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到地下結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算不當(dāng)，或荷載發(fā)生變化所產(chǎn)生的惡劣后果。然后，相應(yīng)地采用黑板板書的方式分析每張圖片涉及的地下結(jié)構(gòu)所受的荷載類型，產(chǎn)生原因等。該綜合教學(xué)手段既可以讓學(xué)生有較好的感官認(rèn)識(shí)，也比較形象、生動(dòng)，還能讓學(xué)生牢牢記住。在進(jìn)行盾構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)章節(jié)內(nèi)容講解時(shí)，可以先采用多媒體教學(xué)手段進(jìn)行視頻播放，了解盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、各系統(tǒng)名稱及組成情況、盾構(gòu)機(jī)的開挖、出渣、支護(hù)等工序的工作原理。然后，再結(jié)合PPT幻燈片技術(shù)進(jìn)行課程內(nèi)容講解，對(duì)設(shè)計(jì)案例采用PPT加黑板板書方式進(jìn)行教學(xué)。通過此綜合教學(xué)方式，通過課程考試和課程設(shè)計(jì)考核情況來(lái)看，效果良好。綜上所述，地下建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)手段的優(yōu)化與改進(jìn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響極大，后續(xù)還需繼續(xù)完善。

4.2教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變

根據(jù)傳統(tǒng)的教學(xué)理念，地下建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)主要以教師講授為主，對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)灌輸。該教學(xué)理念容易讓教師成為課堂教學(xué)的獨(dú)角戲，造成課堂氣氛沉悶，學(xué)生注意力不集中，教學(xué)效果不理想。面對(duì)地下空間與工程新的發(fā)展形勢(shì)和新技術(shù)的不斷革新，需要教師在上課時(shí)引入新鮮血液，將地下工程的一些典型工程案例或建設(shè)資訊引入課堂，吸引學(xué)生對(duì)地下結(jié)構(gòu)工程興趣，并鼓勵(lì)學(xué)生善于提問，形成交流式教學(xué)或啟發(fā)式教學(xué)。比如，在淺埋式地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以將這幾年國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的地鐵工程的投入額、這幾年一線城市地鐵工程的發(fā)展速度等帶入課堂，作為話題的引出，然后提出問題：大家坐地鐵時(shí)看到什么樣的地下結(jié)構(gòu)形式？吸引學(xué)生提問，然后再講這些地鐵工程中主要涉及的結(jié)構(gòu)形式主要為淺埋式地下結(jié)構(gòu)。通過這樣的教學(xué)，容易讓學(xué)生集中注意力，跟著教師的教學(xué)編排進(jìn)行學(xué)習(xí)。

4.3推行知識(shí)應(yīng)用型教學(xué)

目前，我國(guó)地下建筑結(jié)構(gòu)課程教材的知識(shí)體系和內(nèi)容略顯陳舊。國(guó)內(nèi)幾本主要的教材內(nèi)容大同小異，普遍是基于同濟(jì)大學(xué)編寫的《土層地下建筑結(jié)構(gòu)》以及重慶建筑工程學(xué)院編寫的《巖石地下建筑結(jié)構(gòu)》。教師根據(jù)目前教材進(jìn)行地下建筑結(jié)構(gòu)課程教學(xué)時(shí)，所教授的內(nèi)容與目前的工程實(shí)際存在較大的區(qū)別。比如，進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算章節(jié)講解側(cè)向巖土壓力計(jì)算時(shí)，目前教材內(nèi)容普遍只寫了土壓力的計(jì)算理論，包括朗肯土壓力理論和摩爾庫(kù)倫土壓力理論，知識(shí)陳舊，且與土力學(xué)教材內(nèi)容基本無(wú)大的區(qū)別。而對(duì)于實(shí)際工程設(shè)計(jì)上所需的關(guān)于水土分算和水土合算內(nèi)容以及巖石地層中均質(zhì)巖體側(cè)壓力計(jì)算、有外傾結(jié)構(gòu)面的巖體側(cè)壓力計(jì)算、含軟弱夾層巖體側(cè)壓力計(jì)算等內(nèi)容缺失。這些內(nèi)容是工程設(shè)計(jì)規(guī)范中重要條款。在目前教材知識(shí)體系下進(jìn)行課程教學(xué)，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)與走向社會(huì)后的工程實(shí)踐脫節(jié)太嚴(yán)重。因此，地下建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行課程教學(xué)時(shí)，在原有教學(xué)知識(shí)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，要求教師能結(jié)合現(xiàn)行的地下工程相關(guān)規(guī)范進(jìn)行知識(shí)面擴(kuò)展，讓學(xué)生學(xué)習(xí)更多的知識(shí)。此外，由于地下建筑結(jié)構(gòu)課程屬于理論性課程，偏重于理論教學(xué)。教材內(nèi)容主要對(duì)概念、計(jì)算原理、計(jì)算方法、公式等進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，而對(duì)于知識(shí)內(nèi)容如何與工程實(shí)際向結(jié)合及應(yīng)用的闡述偏弱。這就需要課程教師在對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授的基礎(chǔ)上，還需進(jìn)一步總結(jié)。當(dāng)教材每章課程講解完后，課程教師應(yīng)對(duì)本章的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，然后結(jié)合實(shí)際進(jìn)行引導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行應(yīng)用理論知識(shí)解決工程實(shí)際問題。比如，在地下建筑結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算時(shí)，講解了地下結(jié)構(gòu)荷載的分類和組合、巖土體壓力的計(jì)算理論、地層彈性抗力計(jì)算、地下結(jié)構(gòu)自重及其他荷載計(jì)算、地下結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和計(jì)算方法后，可以結(jié)合某一淺埋隧道工程，講解該工程中涉及的荷載種類及該如何進(jìn)行荷載組合，如何應(yīng)用教材公式進(jìn)行荷載（巖土體壓力、結(jié)構(gòu)自重、地層彈力）計(jì)算，然后分別對(duì)課本上講解的荷載結(jié)構(gòu)法和地層結(jié)構(gòu)法如何進(jìn)行該工程的內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行演示。這樣，學(xué)生對(duì)自己所學(xué)內(nèi)容有了更深入的掌握和更好地理解、消化，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程的能力具有很大的幫助。

5結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，地下工程迎來(lái)了新的發(fā)展高潮。隨著地下工程數(shù)量的劇增，地下工程建設(shè)從業(yè)人員的需求也將爆炸式增長(zhǎng)。作為一名地下工程專業(yè)主干課程教學(xué)人員，應(yīng)抓住時(shí)機(jī)，善于進(jìn)行教學(xué)改革與探索，尋求有效的教學(xué)方法，為企業(yè)、高校等各行業(yè)培養(yǎng)合格的地下工程專業(yè)人才，為社會(huì)的發(fā)展添磚加瓦。

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