研究生“地下結(jié)構(gòu)工程”教學(xué)案例庫(kù)建設(shè)

原華，鄭偉，劉康

（1.河南大學(xué) 土木建筑學(xué)院，河南 開(kāi)封；2. 河南大學(xué) 巖土與軌道交通工程研究所，河南 開(kāi)封）

一 引言

我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市化方面的高速發(fā)展，對(duì)工程技術(shù)類(lèi)人才的需求提出了更高的要求；促使土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育應(yīng)以培養(yǎng)本領(lǐng)域應(yīng)用型、復(fù)合型、高層次專(zhuān)門(mén)人才為宗旨[1,2]。為此，2015年教育部發(fā)文明確要求各高校要加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)，要開(kāi)發(fā)和形成一大批基于真實(shí)情境、符合案例教學(xué)要求、與國(guó)際接軌的高質(zhì)量教學(xué)案例。

案例教學(xué)應(yīng)用到高等教育始于19世紀(jì)70年代的哈佛大學(xué)。由于前期積累較少，能直接用于專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育的成熟、優(yōu)質(zhì)案例庫(kù)并不多。目前中國(guó)專(zhuān)業(yè)學(xué)位教學(xué)案例中心僅建成工商管理、公共管理、會(huì)計(jì)、教育、法律、臨床醫(yī)學(xué)6個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)位案例庫(kù)，尚缺少土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位案例庫(kù)。在土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)過(guò)程中，國(guó)外工程案例因規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)具有巨大差異而難以直接引入。因此，迫切需要建設(shè)基于真實(shí)情境、符合案例教學(xué)要求、注重理論與實(shí)踐相結(jié)合的高質(zhì)量教學(xué)案例庫(kù)[3]。

國(guó)家最高科技獎(jiǎng)獲得者錢(qián)七虎院士曾說(shuō)，21世紀(jì)是“地下空間”的世紀(jì)。《地下結(jié)構(gòu)工程》是土木工程（地下方向）專(zhuān)業(yè)本科、巖土工程/地下結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)型研究生、巖土工程或地下結(jié)構(gòu)方向土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生的專(zhuān)業(yè)必修課，其研究對(duì)象涉及領(lǐng)域較廣，課程內(nèi)容豐富，實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)，教學(xué)中亟需將理論教學(xué)與系統(tǒng)、真實(shí)、典型的工程案例庫(kù)教學(xué)相結(jié)合。

本文基于《地下結(jié)構(gòu)工程》課程的特點(diǎn)，結(jié)合土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生的實(shí)際教學(xué)需要，對(duì)構(gòu)建科學(xué)合理、基于真實(shí)情境、理論與實(shí)踐相結(jié)合的地下結(jié)構(gòu)工程案例庫(kù)的思路進(jìn)行探討[4-6]。旨在提升案例教學(xué)水平，增加學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和分析問(wèn)題的能力，培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生的工程實(shí)踐與應(yīng)用能力[7]。

二 教學(xué)中存在的主要問(wèn)題

地下結(jié)構(gòu)工程是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的課程，具有涉及范圍廣、內(nèi)容繁雜等特點(diǎn)，許多復(fù)雜、繁瑣的公式貫穿始終，力學(xué)功底較薄弱的學(xué)生很難掌握，很容易使學(xué)生產(chǎn)生畏難和厭學(xué)的情緒。冗長(zhǎng)的公式讓學(xué)生感到課程枯燥無(wú)味，很容易出現(xiàn)上課打瞌睡、作業(yè)抄襲應(yīng)付等嚴(yán)重不良現(xiàn)象。基于筆者真實(shí)的授課感受，通過(guò)將實(shí)際授課效果與預(yù)期教學(xué)目標(biāo)之間的嚴(yán)格對(duì)比，將目前該課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題匯總?cè)缦隆?/p>

（一） 考核機(jī)制不健全

當(dāng)前《地下結(jié)構(gòu)工程》課程主要采取期末考試、考察或課程設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行考核，考核機(jī)制不健全，考核形式單一。冗長(zhǎng)的解析公式，因計(jì)算量大，單純手算困難，不便于出計(jì)算題。以課程設(shè)計(jì)方式結(jié)課時(shí)，學(xué)生多選用成熟的商業(yè)設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)也直接從軟件導(dǎo)出；不清楚如何根據(jù)某實(shí)際工程案例進(jìn)行正確的參數(shù)輸入；輸入?yún)?shù)混亂，不具備基于理論知識(shí)評(píng)判軟件輸出結(jié)果對(duì)錯(cuò)與否的能力。大多數(shù)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成果雷同，致使課程成績(jī)?nèi)狈^(qū)分度，難以反映學(xué)生對(duì)本課程掌握的真實(shí)程度。

（二） 與工程實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)

較強(qiáng)的工程實(shí)踐性是地下結(jié)構(gòu)工程課程顯著的特點(diǎn)。然而受各種因素制約，該課程現(xiàn)在主要以傳授書(shū)本知識(shí)和講解PPT課件為主，學(xué)生在上課時(shí)只能看著教材或課件想象，缺少一個(gè)動(dòng)態(tài)、直接的感官；學(xué)生無(wú)法置身于真情實(shí)景中，體現(xiàn)不出該課程理論與實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)，也不符合基于成果導(dǎo)向的OBE（outcomes-based education）工程教育理念[8]。學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)熱情和分析問(wèn)題的能力，更談不上培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生的工程實(shí)踐與應(yīng)用能力。因此，建設(shè)與時(shí)俱進(jìn)、科學(xué)合理的高質(zhì)量案例庫(kù)，并使其融入到課堂教學(xué)中的工作迫在眉睫。

三 案例庫(kù)建設(shè)方案

（一） 案例庫(kù)建設(shè)思路

（1）資料收集與篩選。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索、文獻(xiàn)查找、書(shū)籍閱讀、工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察等途徑，搜集國(guó)內(nèi)外典型地下結(jié)構(gòu)工程案例資料，并對(duì)其進(jìn)行初步篩選。（2）要點(diǎn)提煉與素材整合。運(yùn)用地下結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)原理對(duì)案例資料進(jìn)行深入剖析，提煉案例要點(diǎn)，基于要點(diǎn)延展相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；結(jié)合教學(xué)要求、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)，對(duì)案例資料進(jìn)行編排和再創(chuàng)造，使之符合課堂教學(xué)規(guī)律。（3）案例庫(kù)編制。將圖片、文本、視頻、圖紙融為一體，更新補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，形成一套基于真實(shí)情境、系統(tǒng)、典型的地下結(jié)構(gòu)工程案例庫(kù)。案例教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)并用，激發(fā)學(xué)生興趣，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，提升課堂教學(xué)效果[9,10]。

（二） 案例庫(kù)特色與創(chuàng)新

（1）理論與實(shí)踐相結(jié)合。本案例庫(kù)中的案例與各章節(jié)理論上的知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。在理論教學(xué)過(guò)程中穿插案例教學(xué)，從而建立起理論教學(xué)與工程實(shí)踐之間的聯(lián)系。（2）學(xué)業(yè)、職業(yè)導(dǎo)師共建。案例庫(kù)由學(xué)業(yè)導(dǎo)師和職業(yè)導(dǎo)師共同建設(shè)，從“設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)”三個(gè)不同的視角剖析地下結(jié)構(gòu)工程案例，尤其是典型地下工程事故案例的原因。（3） 形式多樣，點(diǎn)面結(jié)合。根據(jù)每個(gè)案例要表達(dá)的內(nèi)容及提煉的知識(shí)點(diǎn)，合理選擇案例的呈現(xiàn)形式（視頻案例或文本案例）。每個(gè)工程設(shè)計(jì)案例涉及1種型式的地下結(jié)構(gòu)，并對(duì)應(yīng)于《地下結(jié)構(gòu)工程》課程的1章，相當(dāng)于“點(diǎn)”；而工程事故案例的綜合性較強(qiáng)，某個(gè)事故案例可能同時(shí)涉及幾種型式的地下結(jié)構(gòu)，引發(fā)事故的原因可能多方面，屬于“面”。點(diǎn)面相互結(jié)合，引導(dǎo)研究生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，進(jìn)而掌握理論、形成觀點(diǎn)、構(gòu)建體系、提高能力。（4）案例的典型性、先進(jìn)性、時(shí)效性。本案例庫(kù)所選案例基本涵蓋了所有型式的地下結(jié)構(gòu)工程。既有國(guó)內(nèi)重大工程，也有國(guó)際重大工程，既有“成功”的工程設(shè)計(jì)案例，又有“失敗”的工程事故案例。案例所覆蓋的結(jié)構(gòu)型式較廣，涉及的地域面積大。考慮到與國(guó)際接軌，案例同時(shí)兼具典型性、先進(jìn)性和時(shí)效性的特點(diǎn)。

四 案例庫(kù)架構(gòu)及內(nèi)容

案例庫(kù)由目錄和一個(gè)個(gè)具體的案例構(gòu)成。目錄不僅包括案例名稱(chēng)，且注明案例對(duì)應(yīng)的要點(diǎn)和拓展的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。授課期間，可根據(jù)擬講授的知識(shí)點(diǎn)，適當(dāng)引入工程案例。

表1 案例庫(kù)中工程設(shè)計(jì)案例清單

表2 國(guó)內(nèi)外典型基坑工程事故案例

每個(gè)案例包括：提煉的要點(diǎn)及相關(guān)理論知識(shí)點(diǎn)、工程概況、地質(zhì)條件、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工或監(jiān)測(cè)資料、案例總結(jié)等。

所建案例庫(kù)分工程設(shè)計(jì)案例和工程事故案例兩部分。通過(guò)查閱文獻(xiàn)、現(xiàn)場(chǎng)收集等方式，共甄選10個(gè)工程設(shè)計(jì)案例（見(jiàn)表1）；涉及深基坑工程、淺埋地下結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)隧道、沉管結(jié)構(gòu)、頂管工程結(jié)構(gòu)、沉井結(jié)構(gòu)、沉箱結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻、新奧法隧道、巖石巷道10種地下結(jié)構(gòu)；基本涵蓋了所有常見(jiàn)型式的地下結(jié)構(gòu)工程。根據(jù)典型性、先進(jìn)性和時(shí)效性的原則，遴選4個(gè)工程事故案例（見(jiàn)表2），主要集中于基坑工程；包括國(guó)外地下連續(xù)墻支護(hù)的深基坑工程事故案例1個(gè)、國(guó)內(nèi)地下連續(xù)墻支護(hù)的深基坑工程事故案例2個(gè)、國(guó)內(nèi)樁錨支護(hù)深基坑事故案例1個(gè)。

該案例庫(kù)主要應(yīng)用于本校土木水利專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生及土木工程各二級(jí)學(xué)科學(xué)術(shù)型研究生的課程教學(xué)中。案例庫(kù)對(duì)于土木工程專(zhuān)業(yè)本科生專(zhuān)業(yè)必修課基礎(chǔ)工程、基礎(chǔ)與支擋結(jié)構(gòu)、城市地下空間規(guī)劃與設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)，也具有極強(qiáng)的借鑒意義和應(yīng)用價(jià)值。

五 結(jié)語(yǔ)

地下結(jié)構(gòu)工程案例庫(kù)的建設(shè)并非簡(jiǎn)單地將工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)圖紙、監(jiān)測(cè)報(bào)告以及科研項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告原封不動(dòng)地組合，必須結(jié)合理論教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)大綱進(jìn)行深入的案例剖析。案例庫(kù)的建設(shè)是一項(xiàng)艱巨的長(zhǎng)期任務(wù)，需要循序漸進(jìn)、逐步完善、適時(shí)補(bǔ)充。

在課堂教學(xué)中引入工程案例教學(xué)模塊，對(duì)典型工程案例進(jìn)行講解和討論，不僅可使研究生課程教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)有趣，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣大幅提高，激發(fā)其自主學(xué)習(xí)熱情，有效扭轉(zhuǎn)目前的教學(xué)現(xiàn)狀，避免傳統(tǒng)教學(xué)模式造成的不良教學(xué)效果，而且可以通過(guò)解決實(shí)際工程問(wèn)題使學(xué)生的工程認(rèn)知性得到提升，從而促進(jìn)了專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生教育培養(yǎng)“應(yīng)用型、復(fù)合型、高層次專(zhuān)門(mén)人才”這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。