岩土工程专业桩基工程课程教学改革探索

刘礼标

[摘要]桩基工程是岩土工程方向专业最重要的专业课程之一，为保证桩基工程课程的教学建设及人才培养能适应新形势，改变传统的教学方式以提高教学质量和增强学生学习效果是非常必要的。教学过程中分别对教材选取、学生兴趣、考核方式、课程设计和教学手段等方面进行改革，为了培养学生的工程应用能力，教学过程中紧密结合现行行业规范及其标准、工程分析中常用的数值模拟手段进行教授。通过教学改革，最终旨在培养具备桩基工程建设一定科研能力和实验实践技能的高级工程技术人才。

[关键词]桩基工程 教学改革 数值计算

[中图分类号]TU317 [文献标识码]A

一、前言

随着我国交通建设的大力发展和现代科学技术的进步，桥梁建设数量大幅提高，截至2012年底，我国公路桥梁数量高达71.34万座、3662.78万米，至2020年还将新建桥梁近15万座，而桩基础作为桥梁工程主要的基础类型，全球每年使用桩基1.5亿根，全国每年桩基使用越千万根，因此桩基计算理论得到了完善和发展，同时也带来了大量的桩土问题及经验教训。急要解决桩基工程中遇到的问题，需要一批具有理论扎实、实践结合和一定科研能力的桩基工程专业技术人才，这对目前高等院校岩土工程专业教学提出更严格要求，因此为保证桩基工程课程的教学建设及人才培养能适应新形势，突出工程背景，教学模式亟待改革。

桩基工程是隧道及岩土工程方向专业最重要的专业课程之一，旨在培养具备桩基工程建设一定科研能力和实验实践技能的高级工程技术人才。该课程需要先修课程高等数学、土力学与地基基础、材料力学、结构力学、弹性力学和工程地质学等基础课程后才能开课，因此课程一般在第七学期开设，而此时学生面临双选会和考研复习等事情，往往出勤率较低和听课积极性不高，导致学习效果较差，因此改变传统的教学方式以提高教学质量和增强学生学习效果是非常必要的。

二、教学改革思索

（一）积极调动学生学习兴趣

该课程由于在大四开设，学生面临的工作和考研等压力，能否积极主动调动学生学习兴趣，改变传统的被动学习为主动引导式学习，对教学效果具有重要的影响性。以往专业课学习前，学生对课程的主要内容结构及其应用前景不够了解，容易导致学习上的盲目性，以及学好该课程对以后工作或读研的重要意义，因此在第一次课程时使学生了解到桩基工程与自己未来职业规划密切相关，从而引导提高学生的学习氛围。如在为学生介绍桩基工程的发展前景时，作者引用了国家公路网建设规划“十一五末全国公路总里程400.8万公里，比十五末增66.3万公里；高速公路7.4万公里，世界第二，等级公路330.5万公里，比十五增19%；全国公路桥梁65.8万座，30483km，比十五末增32.15万座15736km，增51%；特大桥2051座3470km，大桥49489座11670km”，而桩基础作为桥梁的主要的基础类型，从事桩基工程工作和学好该课程将大有作为。

（二）结合专业发展精选教材

首先，应结合桩基工程的发展需求，以及学生对桩基工程知识接触很少甚至从未接触等特点，选取的教材要使学生通俗易懂，教学内容不仅应包括桩基工程的基本理论知识，同时要符合桩基发展需求，充分体现长桩、超长桩的研究成果，重点突出实验实践性教学，要在知识覆盖面体现全、深、广，不断完善桩基工程的教学内容，保证学生在桩基工程的专业技能和获取最新研究成果；其次，应结合国内不同行业最新规范，如《公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63-2007》、《建筑桩基技术规范 JGJ94-2008》、《地基基础设计规范GB50007-2002》等行业规范，体现各规范的异同点，做到理论知识与具体行业接轨，培养出直接适应工作和科研能力的优秀人才。

（三）加强实验、实践性教学

在教学过程中，联络相关施工单位组织学生参观施工现场和认识实习，并独立提交较高水平的时间和认识报告，是目前桩基工程教学与实践紧密结合的主要途径。由于桩基施工过程复杂、工序多（包括开挖、钢筋笼制作、混凝土浇筑等）、施工方法多等特点，简单通过几次实习仅能看到工程的某个局部或某道工序，很难整体了解各施工方法和施工工序，因此，有必要通过模型实验扩展学生对桩基工程的整体了解。如重庆交通大学在结构实验室制作了模型桩试验，见图1～2。充分利用实践认识和实验教学，使学生的实践能力和工程认知能力才能充分提高，实践教学真正达到预期效果。

图1：模型桩布置图

图2：4.5D桩距模型群桩成桩图

（四）引入数值计算可视化教学

桩基工程的承载力确定是桩基工程设计和施工最为关注的问题。理解桩基工程竖向荷载、水平荷载作用下单桩和群桩承载力计算及其荷载传递机理等问题是需要学生对所学的基础理论知识有深刻的理解，然而仅靠教师口头教授和解释其承载力确定方法和荷载传递机理将难以让学生掌握相关理论由于影响桩基承载力和荷载传递机理因素较多，包括土质情况、桩径、桩长、桩土刚度比和群桩布置形式等，为了让学生更加深刻理解各因素的影响规律，利用数值模拟计算对桩基承载力和荷载传递机理进行研究，不仅简单易懂、适用性强、操作简单和可重复性，而且能弥补实验的不足和观察到更多的信息。

（五）课程考核形式的多元化

为考查学生一学期对桩基工程所学知识的掌握程度，课程教学过程中和结束后需以一定方式对每位学生考核。由于桩基工程课程隶属工程科学且极富应用实践性的特点，考核不应简单以期末试卷为单一评判形式。结合实际教学体会与经验，作者认为综合考核应由3部分组成：（1）课堂表现和平时作业（占30%）。主要考查学生出勤率、听课表现（提问与回答问题），及课后作业完成情况；（2）期末理论考试（占40%）。传统的期末笔试形式仍占考核的主体，建议在试题的设计上，既考查学生对桩基基本原理与知识点的掌握，又考查其对工程实际问题的分析、解决能力；（3）综合技能考核（占30%）。主要目的是对学生创新能力、思考能力、学习技能和动手能力等方面的考查，如要求学生查阅最新研究成果；学习相应行业规范及技术标准；具体设计图纸的分析、计算及报告编写；论文写作及实习心得等。

（六）实行课程设计“一人一题”

由于桩基工程属于工程科学，具有实践性强、理论要求高等特点，要使学生对桩基有整体了解和知识梳理，课程设计是可行和有效的方法。目前课程设计往往是采用小组讨论或多人一题的形式，不乏大致很多学生相互抄袭的现象，因此推行课程设计改革，实行1人1题，题目覆盖了设计、研究、实验等；设计内容紧密结合科研生产，结构分析与计算，实行手工与计算机辅助相结合；实行了课程设计题目和教师资格审查制度、中期质量检查制度，解决了多人1题、内容雷同互相抄袭等问题，加强了课程设计过程管理问题，完善了课程设计质量保障体系，使学生的综合能力大大提高.

三、结论

为了适应我国桥梁、高层建筑等基础工程的发展，急需培养具备桩基工程建设一定科研能力和实验实践技能的高级工程技术人才，结合工程试桩、室内模型试验、数值模拟和有关工程设计与施工规范，对桩基工程课程讲授方式进行改革，主要包括：教材选取必须符合国家现行行业规范，以适应行业发展需要；充分体现现场试验和室内试验的研究成果，以培养具有一定科研能力和实践实践技能的人才；引入数值模拟教学方法，培养学生独立通过数值模拟软件进行分析问题、解决问题的能力。通过桩基工程课程的教学改革，培养出适应行业发展需求、科研能力和工程应用能力等多方面发展的卓越工程师。

[参考文献]

[1]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[2]JTGD63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[3]GB50007-2002，地基基础设计规范[S].

[4]王成.桩基计算理论及实例[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

[5]张忠苗.桩基工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

（作者单位：重庆交通大学土木建筑学院 重庆）