“地震工程學”課程改革與實踐探析

趙金帥，溫修春 （江蘇大學土木工程與力學學院，江蘇 鎮江 212013）

1 引言

在全球地震災害頻發、土木類工程抗震能力普遍偏低、地震震害嚴重的大環境背景下，“地震工程學”在眾多本科生培養課程中越來越受到重視。目前，“地震工程學”課程在本科教學中占有重要地位，是江蘇大學土木工程專業的一門重要專業課程，也是最具特色和代表性的課程之一，其教學目標是培養學生掌握地震動活動規律，了解規則和不規則結構構件的幾何特征、工程受力特性及其震害現象，合理掌握設計土木工程（房屋建筑工程、地鐵工程、橋梁工程、水電工程）的抗震設防措施。

“地震工程學”是土木工程與地震工程等學科相結合而衍生出來的一門重要學科分支，是土木工程與自然環境協調、可持續發展背景下巖土工程學科的延伸與發展，屬于土木工程專業課程。本課程通過課堂教學，使學生了解自然災變誘發及人類活動引起的地震災害問題，應用巖土工程的原理和方法解決工程開發建設中的地震破壞問題，使學生深入工程與自然對立統一關系，培養學生的家國情懷和建造百年工程的使命感[1～2]。

2 土木專業本科生的培養目標

江蘇大學土木工程專業是為了我國社會主義現代化建設的需要而培養德、智、體、美全面發展的中堅力量。其主旨是培養一大批能夠掌握土木工程學科的基本原理和專業知識，具有較強的實踐創新能力和溝通能力、良好的國際視野和團隊合作精神，同時經過工程師基本訓練后，具備扎實的基礎理論和豐富的專業知識，能夠從事房屋建筑、道路、橋梁等專業領域的勘察、設計、施工、管理、技術開發以及研究等工作的高級工程技術人才。通過本課程的學習，旨在培養學生以下方面的專業知識基礎和技能。

課程目標1：根據土木工程專業特色和優勢，指導學生了解土木工程建筑、橋梁、隧道工程等在地震災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實意義，培養學生的社會責任感。

課程目標2：掌握地震動活動特性及其規律性，了解土木工程在地震災害中常見的破壞形式，具備預判工程潛在失穩破壞的能力。

課程目標3：掌握地震抗震設防和防震減災的目標和措施，通過對抗震知識和法律法規的學習，使學生具備設計工程抗震設防的能力。

3 “地震工程學”課程教學過程中存在的問題

地震工程學課程的學習是在土力學、地質力學、基礎工程等基礎性知識的前提下學習的，其教學內容涉及地震類型、地震動參數、震源機制、抗震設防理念等。可以認為，地震工程的知識點較多且難度較大，但課時相對較少，使得土木工程專業教師在實際教學過程中存在許多難點和不足[3]，主要概括為以下幾點。

3.1 較多知識點和較少課時之間的矛盾

隨著安全意識及抗震設防觀念的逐漸加深，土木工程專業開設了“地震工程學”課程，但課時數量略顯不足，只有16個學時。在這么短的學時內，很難將地震的成因、地震活動規律及機制等特性講解透徹，也很難全面介紹抗震設防理念在土木工程專業中的應用，如橋梁工程、生命線工程和地下空間工程等的防震減災方法和措施等。因此在實際教學過程中，由于學時少、教學內容多，導致學生難以消化和理解地震破壞的機理，難以掌握土木工程設計和施工過程中的抗震設計方法，從而導致學生在規劃設計某一具體工程時，不能充分考慮抗震設防理念。

3.2 教學方式陳舊

當前教學以PPT結合板書的形式開展，具有一定的教學意義，但對于一些較為復雜的巖層破裂誘發地震的演化機理或土木工程抗震設防措施，僅僅依靠一些簡單的圖片或流程圖，很難保障學生有效掌握地震知識點，更談不上將抗震設防理念熟練地運用到工程設計當中。其次，地震工程的課程特點是與工程實踐聯系緊密，工程實踐性強，并且其中的各個知識點看起來相互獨立，實則密切結合，相互影響。因此，通過傳統的課堂講授形式已經不能滿足新時代下土木工程抗震知識的教學需求。

3.3 學生對最新的抗震設防安全規范知之甚少

由于地震工程學課程教學內容繁多，課堂教學時間有限，且取消了課程設計環節。因此，在實際教學過程中，專業教師不得不加快教學進度，一方面導致學生難以消化地震工程學的專業知識，另一方面使學生難以掌握現代化房屋建筑及其他土木工程領域的抗震設計要求，以及最新的技術、方案、科研進展等。

4 “地震工程學”課程建設的幾點思考

土木工程學生地震知識缺乏，針對上述實際教學過程中存在的問題，迫切需要教師結合“地震工程學”這門專業課程的特點及培養要求，從教學內容、實踐性教學方法等方面進行探索與改革，引導學生在掌握理論知識的基礎上，提高動手能力，使其成為一名合格的專業型人才。

4.1 三維可視化講解地震工程基礎知識

學生進行地表建筑物及地下空間工程設計時，未充分考慮潛在的地震荷載沖擊破壞，體現出土木工程專業學生的抗震意識不強。究其原因是學生未能充分理解并掌握地震工程學的相關知識點。基于此，本課程采用多媒體教學，克服傳統教學只是平面展示地震知識的缺點，創新性的引入三維可視化技術，直觀地展示地震知識點。如講解地面波的傳播機理時，教師繪制地面體波和面波的三維動態傳播模型，這樣學生就可以直觀地看到各類波形是如何在巖土介質內傳播，有助于其深入理解透徹各類波形的傳播機理及對工程影響的表現形式。

除了三維展示地震工程基礎知識外，本課程還綜合采用隨堂提問、課堂討論等教學方法，活躍課堂學習氛圍，開拓學習思路，發揮學生在教學環節中的主體作用，力求學生學好地震工程學課程。此外，每章后還會布置適量復習思考題，供學生理解教學內容，加深對地震工程學課程的理解，形成考慮工程抗震設防的思考習慣。

4.2 課程教學融入課程思政，樹立學生的家國使命感和大國工匠責任心

高等教育的培養目的，歸根到底是能夠培養為祖國效力的專業人才。“科學沒有國界，但科學家有國界”。本課程旨在通過講述地震參數的演化規律，引導學生認識地震的孕育機理，進而應用于具體的土木工程設計中，培養社會主義“大國工匠”，引導學生成為新時代具有使命感的土木工程專業工程師。改革開放以來，我們黨始終踐行可持續發展的理念，這是造福當代及后世的偉大政策。因此，除了培養學生專業知識外，本課程還立足于培養學生能認識和理解地震工程學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減災理念，對環境保護及人文安全方面的重要意義。培養學生能夠評價土木工程專業工程實踐對環境、社會可持續發展的影響，并理解應承擔的責任。

最后，通過講述中國建國后的地震工程相關預測預警成功案例，為國家減少了數以億計的財產損傷，并保障了人民群眾的生命安全，進而培養學生的專業興趣和使命感，感受“大國工程”的偉大意義，樹立學生的民族自豪感。

4.3 課程教學中結合抗震設計規范要求

現有的地震工程學課程教學方法仍是以教材為主，結合抗震設計規范。學生在開展畢業設計時，制定工程方案也未充分考慮抗震設計的規范要求[4]。如何將課堂上的教學內容與抗震規范相結合，培養學生的抗震設計理念和意識，是目前地震工程學課程教師亟待解決的關鍵問題。作者認為可從以下幾個方面入手。

改變以往教學過程中以教材為主要參考資料，而較少以《規范》為參考資料的傳統教學方式，通過對《規范》的講解說明，可以讓學生在理解課堂教學知識的同時，進一步熟悉《規范》規定的原因以及依據，對學生深入掌握該部分內容非常有利。例如，在講解建筑結構抗震相關章節時，應緊密結合《建筑抗震設計規范》（GB50011-2019），即注重建筑抗震專業術語、知識框架、工程設計等理論體系的闡述，注重用基本理論知識來指導工程實踐，以期加強對學生工程抗震設計能力的培養。

突出對學生綜合能力的培養，注重培養學生的實踐動手能力。本課程注重培養學生的理論與實踐的銜接能力，最重要的是培養學生解決工程問題的能力[5]。除了講解專業知識外，還應將理論密切結合工程實踐，使學生翱翔在最新研究成果的科技海洋中。以最新地震災害及工程抗震技術研究為背景和依據，引入了抗震設計方法與技術的最新成果，使學生及時掌握學科前沿知識。理論和工程實踐密切相結合，突出教學特色。在學習中掌握了抗震規范的基本要求，并懂得了規范的查閱和使用方法，學生在著手設計某一具體工程時，就可以全面考慮工程的建筑、結構及抗震要求，進而保障工程的安全穩定性，顯著提高工程的生命安全周期。

5 結語

土木工程學科發展的趨勢必然會和其他學科交叉融合、相互促進，共同促進基礎學科研究上升一個新臺階。復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防設計，必將成為土木工程領域不可避免而又必須解決的問題。“地震工程學”作為我校土木學科本科生的一門專業核心課程，內容涵蓋了學科發展的多個熱點方向，對本科生人才培養目標支撐性強，在本科生學習中具有相當的必要性和重要性，同樣在學生以后的工作崗位中具有重要的應用價值。積極探索本課程先進的教學理念和科學教學內容，傳遞為國為民的課程思政精神，因地制宜研究易于學生掌握知識點的教學方法等，對培養高素質、有能力、有責任感的創新型土木工程專業人才，具有非常重要的意義。