一流本科課程建設背景下土木工程專業課程建設探索
——以“深基坑工程”課程為例

楊兵

（西南交通大學 土木工程學院，四川 成都 610031）

引言

2019年，教育部發布《關于一流本科課程建設的實施意見》，總體目標是全面開展一流本科課程建設。樹立課程建設新理念，推進課程改革創新，實施科學課程評價，嚴格課程管理，設立教授上課、消滅“水課”、取消“清考”等硬規矩，夯實基層教學組織，提高教師的教學能力，完善以質量為導向的課程建設激勵機制，形成多類型、多樣化的教學內容與課程體系。經過三年左右的時間，建成一萬門左右的國家級一流本科課程和一萬門左右的省級一流本科課程（簡稱一流本科課程“雙萬計劃”）［1］。在一流本科專業建設內容中，課程建設是土木工程專業建設的核心部分。土木工程專業的專業性較強，對教學方法和教學質量要求較高。在一流本科專業建設背景下，土木工程教學改革主要包括教學手段的優化、教學內容的提升、思政元素的引入等。在教學手段方面需要與時俱進，引入多媒體手段豐富教學資源［2，3］。多媒體教學是指利用多媒體計算機，綜合處理和控制符號、語言、文字、聲音、圖形、圖像、影像等多媒體形式，把多媒體的各個要素按教學要求進行有機組合，并通過屏幕或投影顯示出來，同時按需加入聲音的配合，以及使用者與計算機之間的人機交互操作，完成教學或訓練過程。其利用計算機技術、網絡技術、通信技術及科學規范的管理，對學習、教學、科研、管理和與生活服務有關的信息資源進行整合、集成及全面的數字化，以構成統一的用戶管理、資源管理和權限限制。其核心在于無紙化教學的實施，以及校園內無線網絡的延伸。多媒體教學手段更容易被接受，對知識的闡述更加直觀，便于學生理解和記憶，也能更好地調節課堂氣氛，提高學生的學習積極性。

課程思政指以構建全員、全程、全課程育人格局的形式，將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，把立德樹人作為教育的根本任務的一種綜合教育理念［4，5］。課程思政的主要形式是將思想政治教育元素，包括思想政治教育的理論知識、價值理念及精神追求等融入各門課程中，潛移默化地對學生的思想意識、行為舉止產生影響。2004年以來，中央先后出臺了關于進一步加強和改進未成年人思想道德建設和大學生思想政治教育工作的文件，由此開啟了學校思想政治教育（德育）課程改革的探索之路。在教育部頒布的有關文件中，明確要求本科階段構建以思想政治必修課為核心、專業課為輻射的高校思想政治教育課程體系。一流本科專業建設下的土木工程專業課程思政是用習近平新時代中國特色社會主義思想鑄魂育人，培養大學生正確的“三觀”，牢固樹立“四個意識”，堅定“四個自信”，培養新時代的社會主義接班人［6，7］。土木工程專業主要以認識自然規律為本質，因此需要專業課教師在授課過程中利用好課堂教學平臺，在傳授專業知識與技能的同時，有意識地發揮思想政治教育的引導作用，引導學生堅持正確的政治方向和價值觀，要求教師認真設計課程的整體性和層次性。在此背景下，西南交通大學開展了校級一流本科課程建設。作為土木工程專業巖土方向的一門重要專業課，“深基坑工程”課程擬被納入校級一流本科課程建設范圍。為了完成學校課程建設任務，同時達到教育部一流課程的建設要求，在沒有較多經驗可借鑒的條件下，筆者通過多年的教學經驗和對《關于一流本科課程建設的實施意見》文件的理解，理順了自己的認識和思路。下面將重點介紹該門課程的建設思路，探索課程教學改革。

一、“深基坑工程”課程的教學目標設計

課程目標是指課程本身要實現的具體目標和意圖。其規定了某一教育階段的學生通過課程學習后，在發展品德、智力、體質等方面期望達到的程度，它是確定課程內容、教學目標和教學方法的基礎。從某種意義上來說，所有的教育目的都要以課程為中介才能實現。所以說，課程目標是指導整個課程編制過程中的關鍵準則。在確定課程目標時，首先，要明確課程與教育目的和培養目標的銜接關系，以便確保這些要求在課程中得到體現。其次，在對學生的特點、社會的需求、學科的發展等方面進行深入研究的基礎上，確定行之有效的課程目標。課程目標有助于厘清課程編制者的意圖，不僅使各門課程學科的邏輯體系嚴謹，還關注教師的教與學生的學，以及課程內容與社會需求的關系。

“深基坑工程”是土木工程專業巖土方向的一門專業必修課，其課程系統介紹了深基坑支護設計的主要內容，包括側向土壓力計算、懸臂式支護結構、支擋式樁墻支護結構、錨桿、基坑的穩定性和降水設計。涉及深基坑工程的基本理論、設計方法和施工工藝。其目的是通過學習課程，掌握深基坑工程的基本概念、基本原理和基本技能，培養學生處理深基坑工程相關問題的能力，正確理解我國近20年來基礎設施建設所涉及的關鍵技術與難題。通過教學，學生理解了深基坑工程的內涵和技術要求，同時培養了學生的社會主義核心價值觀、家國情懷、法制意識、社會責任和工匠精神。

二、課程教學設計及創新內容

教學設計是根據課程標準的要求和教學對象的特點，有序安排教學諸要素，確定合適的教學方案設想和計劃，目的是為了提高教學效率和教學質量，使學生在單位時間內能夠學到更多的知識，更大幅度地提高學生各方面的能力。在“深基坑工程”課程的各章節教學中，根據教學內容切入相關的案例教學（主要是視頻案例），在課上根據相關教學內容和進度，組織學生對案例進行討論。下面以課程內容“基坑土體穩定性分析”為例，重點分析課程內容的教學設計。

本節授課內容為基坑土體穩定性分析，要求掌握基坑穩定性的分析方法，并能夠根據相關資料評估基坑的穩定性，引導學生重視基坑穩定性的評價。重點是對基坑整體穩定性分析，基坑底部土體抗隆起穩定性分析，以及基坑滲流穩定性分析。難點是對基坑整體的穩定性分析。學時安排為2學時。下面將闡述教學過程內容設計。首先進行基本概念的介紹，觀看基坑穩定性相關的視頻，讓學生從感性角度認識基坑的穩定性。此時，引入穩定性驗算的概念：穩定性驗算是指分析基坑周圍土體或土體與圍護體系一起保持穩定性的能力。隨后講解基坑可能的破壞模式，這在一定程度上揭示了基坑的失穩形態和破壞機理，是基坑穩定性分析的基礎。基坑的失穩形態可歸納為兩類：一是因基坑土體強度不足、地下水滲流作用而造成的基坑失穩，包括基坑內外側土體整體滑動失穩、基坑底土隆起、地層因承壓水作用而管涌、滲漏等；二是因支護結構（包括樁、墻、支撐系統等）的強度、剛度或穩定性不足，導致支護系統破壞而造成的基坑倒塌與破壞。系統闡述基坑的兩類失穩形態：基坑的第一類失穩形態和第二類失穩形態。其中基坑的第一類失穩形態主要按照圍護形式的不同進行劃分，包括放坡開挖基坑由于設計不合理坡度太陡，或雨水、管道滲漏等原因造成邊坡滲水，導致土體抗剪強度降低，引起基坑邊土體整體滑坡；由于墻體的入土深度不足，或由于墻底存在軟弱土層、土體抗剪強度不夠等原因，導致墻體隨附近土體整體滑移破壞；當坑內土體強度較低或坑外超載時，導致墻底變形過大或整體剛性移動。而對于內支撐基坑而言，其主要破壞形式包括因為坑底土體壓縮模量低、坑外超載等原因，致使圍護墻踢腳產生大面積變形；在含水地層特別是有砂層、粉砂層或其他透水性較好的地層，由于圍護結構的止水設施失效，致使水夾帶砂粒大量涌入基坑，嚴重的水土流失會造成支護結構失穩和地面塌陷的嚴重事故；在砂層或粉砂地層中開挖基坑時，降水設計不合理導致水位上升，嚴重時會導致基坑失穩；在超大基坑，特別是長條形基坑內分區放坡挖土，由于放坡較陡、降雨或其他原因導致滑坡，沖毀基坑內先期施工的支撐及立柱，導致基坑遭到破壞。而第二類失穩形態主要按照破壞類型的不同進行劃分，包括圍護墻破壞、支撐或拉錨破壞、墻后土體變形過大引起的破壞。基坑失穩造成的事故輕則財產損失，重則人身傷害。作為未來的巖土工程師，我們有責任也有義務確保國家和人民的財產免受損失。

本節課的第二部分內容是基坑整體穩定性分析方法的學習。此處主要學習各種條分法的特點：傳統的瑞典圓弧滑動法在平緩邊坡和高孔隙水壓的情況下進行有效應力法分析邊坡穩定性時非常不準確，所計算的安全系數太低。此法的安全系數在“φ=0”分析中是相當精確的，在采用圓弧滑裂面的總應力法分析時也是比較精確的。除了遇到數值分析問題的情況外，簡化畢肖普法在所有情況下都是精確的，其缺點在于滑裂面僅為圓弧滑裂面，以及有時會遇到數值分析問題。僅使用力的平衡而不考慮力矩平衡的條分方法，其計算結果對所假定的條間力方向極為敏感，不合適的條間力假定將可能導致安全系數出錯，這類方法同樣存在數值分析困難問題。滿足全部平衡條件（力、力矩）的方法，在任何情況下都是精確的（除非遇到數值分析問題），采用這些方法的計算結果誤差不超過12%，相對可認為是正確結果的誤差一般不會超過6%，不過這些方法都存在數值分析問題。以上各方法的特點表明對于事物或某問題，我們要辯證地對待，辯證地看待問題，避免對問題的絕對化。馬克思主義哲學認為，世界上一切事物既包含相對的一面，又包含絕對的一面，任何事物既是絕對的，又是相對的。宇宙中的各個具體事物和每個具體過程，都是有條件的、有限的、相對的。任何一種穩定性分析方法都有其利弊。

基坑抗隆起穩定性驗算是基坑支護設計中一項十分關鍵的設計內容，不僅關系基坑的穩定安全問題，還與基坑的變形密切相關。目前已出現的基坑抗隆起穩定分析方法可歸納為三大類，即極限平衡法、極限分析法及常規位移有限元法。無論是極限分析法還是常規位移有限元法，主要針對的是黏土基坑抗隆起穩定性的分析問題，對于滲透穩定性的分析，要觀看基坑滲透穩定性相關的視頻，學習滲透破壞的主要形式：管涌、流土（俗稱流砂）和突涌。本課程設計的創新主要體現在以下幾方面：（1）融入思政元素。培養學生的人文社會科學素養、社會責任感、職業道德及工匠精神。（2）引入數字化手段。大量引入工程案例的多媒體視頻，以案例引問題，以問題提理論，建立實體工程概念，激發學生的學習興趣和主動性。（3）全方位教學模式。創新性地提出了案例教學、專題教學、過程管控教學及互動式研討“四位一體”的全方位教學模式。

三、課程的持續建設計劃和改革方向

（一）重塑課程內容，創新教學方法

通過生動的工程案例分析和課堂討論，將理論知識與實際工程相結合。采用分組討論、研究性學習等教學方式，培養學生的創新精神和實踐能力。作業是鞏固知識培養技能的重要環節，建立“錯題檔案”記錄，重點解析難點問題。學生獨立思考，提出方案，達到能力培養的最終目的。

（二）完善工程案例庫

重點解決當前“深基坑工程”課程工程案例庫不夠完善、案例庫類別分散不夠統一等問題，將整合土木工程學院支撐“深基坑工程”課程的大國工程案例，并組織教學團隊遍覽國內外深基坑工程在過去50年里的進展，進行總結、分析和綜述，全面介紹深基坑工程的典型成果，形成深基坑工程案例庫。

（三）豐富線上教學資源

重點解決“深基坑工程”線上教學資源不足的問題，組織教學團隊成員收集、制作線上教學資源，為學生增加課后自主學習資源，拓展學生的知識面。通過今后兩年的一流課程持續建設計劃，全面實現案例教學、專題教學、過程管控教學及互動式研討“四位一體”的全方位教學模式。

結語

在一流本科專業課程建設內容中，課程建設是土木工程專業建設的核心部分。土木工程專業性較強，對教學方法和教學質量要求較高。在一流本科專業課程建設背景下，土木工程教學改革主要包括教學手段的優化、教學內容的提升、思政元素的引入等。西南交通大學開展了校級一流本科課程建設，其中“深基坑工程”擬被納入一流本科課程建設范圍，本文重點介紹了“深基坑工程”課程的建設思路，包括課程的教學目標設計、課程教學設計及創新內容、課程的持續建設計劃和改革方向，以期為同行提供參考。