新工科背景下基礎工程線上教學新模式探索

楊曉松 楊保存 黎 亮 王 榮 李宏偉

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

在新工科專業建設過程中，原來的認同和路徑被打破。在新經濟環境下，新型學科專業建設路徑將是“預測未來人才市場需求-改造升級現有專業-調整完善現有學科”[1]。隨著我國經濟的發展和現代化建設事業的推進，需要在各個地區、各種地質條件的地基上建造鐵路、公路、橋梁和隧道等基礎設施。由于地質條件的復雜性、建筑規模的擴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。土木工程實踐對大學生的創新能力和應用能力要求越來越高。新工科建設需要培養實踐能力和創新能力強，具備國際競爭力的高素質復合型人才。原有的教學模式已嚴重不能滿足新工科人才培養的目標。本文基于基礎工程設計實踐，結合基礎工程知識體系和課程體系特點，積極探索線上教學新模式，為土木工程綜合性人才培養創造條件。

1 課程特點

1.1 知識綜合性強

《基礎工程》是塔里木大學土木工程專業的一門專業必修課。該課程主要是講解建筑物地基基礎的工作原理和結構設計，涉及地基勘察、天然地基淺基礎結構設計、深基礎、基坑開挖和地基處理等相關知識內容。課程內容廣泛，體系完整，知識綜合性強，涵蓋了材料力學、土力學和結構力學等專業課程的相關知識內容。比如，偏心荷載作用下基礎底面壓力的計算需要用到土力學課程的知識；柱下條形基礎內力計算的倒梁法屬于結構力學的基本理論研究內容。各部分的計算公式和關鍵參數較多，不同的條件下同一公式不同參數的選取原則不盡相同。在具體設計的操作過程中，學生需要綜合掌握和運用前期所學各門課程知識。

1.2 經驗占比高

《基礎工程》是一門實踐性很強的學科，理論上的計算主要用于指導工程實踐，同時還需要接受實踐的檢驗。目前，很多的基礎工程設計方法理論上被認為是可行，但是具體操作中卻無法完成，只能在分析計算中引用一部分前提和假設，把握關鍵因素的作用，忽略次要因素的影響，并盡量結合工程經驗，通過調整參數選取和計算的方式，減小理論與實際的各種誤差[2][3]。例如，基礎的設計需要充分考慮建筑物上部結構系統-基礎-下部地基的相互作用，三者組成一個完整的建筑設計體系。結合土力學、材料力學和結構力學的知識，在理論上對三者相互作用條件下基礎底面壓力的分布形式進行了充分的分析，然而由于土體工程力學性質的特殊性和復雜性，實際上還沒有一種完善的計算方法對各類地基條件下的基礎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算過程中，也是通過對地基抗力系數按經驗方法進行適當修正以有效減小誤差。因此，在具體的工程設計中，很多工作人員提出“構造為主，計算為輔”的設計原則，即根據實際工程提供的經驗與方法設計基礎的結構與構造，再輔以各類理論計算作校核[4]。學生剛剛完成專業基礎課程的學習，工程經驗嚴重不足，探索一種適用、有效的方法進行課程教學，在理論教學的同時輔以工程經驗的判斷尤為重要。

2 線上教學新模式構建

2.1 理論-規范-經驗相結合

大量工程經驗的總結成果雖然已不列入《建筑地基基礎設計規范》（GB5007-2011）中，但仍然是有價值的參考資料，便于初步設計時參考[5]。

在線上課堂教學模式的設計中0.，針對關鍵設計步驟，通過細化課件內容，采用理論-規范-經驗相結合的授課方法，在仔細講解設計理論和規范準繩的同時，輔以工程經驗的判斷，將收到事半功倍的效果。比如，在豎向偏心荷載作用下，天然地基淺基礎基礎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，需要重新調整面積，重復地基承載力特征值校核過程。在30%的基礎底面面積調整范圍內進行試算，工作量較多。工程經驗告訴我們，基底面積調整幅度的大小，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，可適當較大幅度減小基底面積，從而減少重復計算過程，提高設計效率。在具體的教學過程中，我們可以先仔細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，引入相應規范的各種要求，讓學生明晰各部分之間的聯系。在此基礎上，以舉例分析的形式介紹具體設計過程中工程經驗的有效采用。

2.2 理論講解-案例分析相結合

理論-規范-經驗相結合的授課模式能夠深化學生對基礎工程設計原理的理解。《基礎工程》課程實踐性強，內容涵蓋學科范圍廣，綜合性強。多屆學生的課程設計、試卷考核和畢業設計成果都存在對基礎設計方法缺乏整體把握的問題。設計計算過程中無法綜合考慮持力層的選擇、地基承載力的確定、基礎選型、基礎尺寸和基礎配筋等設計部分。理論知識無法有效用于設計指導。比如，基底壓力的計算過程中，基礎底面抵抗矩的確定如果生搬硬套材料力學的方法而不考慮基礎受荷特點，肯定會出現錯誤。在授課過程中，每完成某種基礎類型設計原理的講解，我們可以對優選的工程案例進行設計分析，細心講解設計步驟和涉及到的相關學科知識點，總結容易出現錯誤的地方、原因和糾正方法。同時，可以將學生按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，學生可先進行小組討論，只有在得不到滿意答案時可向老師請教。重視案例分析，理論講解-案例分析相結合的授課方法能很好的彌補學生工程設計經驗的不足。

3 總結

如何使學生通過有限學時的線上教學深入理解并掌握基礎工程設計原理與方法，提高土木工程專業大學生的創新能力、應用能力和綜合素質， 對新工科背景下線上教學新模式進行探討具有重要的現實意義。構建理論-規范-經驗相結合和理論講解-案例分析相結合的教學新模式突出了課程實踐性和綜合性強的特點，有利于提升專業課程學習效果，培養學生綜合運用多學科知識整體分析和把握問題的能力。