“岩土工程”全过程设计教学内容建设及改革探索

吕玺琳 钱建固 陈宏信

[摘 要]岩土工程全过程课程设计是同济大学土木工程专业岩土工程方向本科生培养的关键实践课程，也是面向卓越工程师教育培养方案的重要环节。通过总结教学经验对教学内容进行梳理，实现了对课程教学内容的深化建设。在教学实践中，构建了以工程案例为背景、以理论教学、学生上机实践操作以及设计成果讨论为一体的教学模式，形成了旨在提高学生实际动手能力和工程设计分析全局把握能力的创新教学方法。

[关键词]岩土工程;全过程设计;能力培养;卓越工程師

[中图分类号] G642，TU4[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）44-0-02[收稿日期] 2020-05-07

一、前言

岩土工程是一门综合运用工程地质学、土力学等专业知识解决实际工程技术问题的学科，学生所需学习的核心专业课程有土力学、基础工程设计原理、基坑工程、桩基设计、岩土工程测试技术等。随着当前城市人口不断增长，城市发展速度持续加快，高层建筑、城市地下空间等不断刷新记录，对岩土工程师提出了更高的要求。天然土体在其形成过程中经受了各种地质作用，物理力学性质较为复杂。不同地区、不同类型、不同工程条件下的岩土体，其工程特性往往存在很大差别。由于天然岩土材料的复杂性和不确定性，岩土工程必然是一个兼顾科学理论和实践经验的应用型学科。在进行岩土工程分析设计时，不仅需要运用理论知识、现场试验及室内试验结果，还需要借鉴以往类似工程经验，才能得到比较理想的结果。因此，在岩土工程专业课程教学时，面向实践[1]特别是针对实际工程案例开展教学往往是提高教学效果的有力途径，情景激发式实践教学[2]对于教学效果的提高明显。

随着“卓越工程师培养计划”教育理念的继续推进，工科专业越来越重视对学生创新实践能力方面培养[3]。为对接相关工程师注册资格认证考试，以解决实践工程问题能力为目标的培养越来越受到各大高校的重视。根据同济大学最新的土木工程专业培养方案，岩土工程课群组开设了全过程课程设计课程。该课程是“共性基础+个性培养”人才培养理念中的重要实践课程环节，旨在给学生系统、完整的工程实践知识进行训练，促进学生掌握和运用本科阶段所学的专业知识，提高解决实际岩土工程问题的能力[4]。该门课程实践性强，涉及到大量基本概念和较复杂的分析理论，短时间内难以消化吸收。同时，岩土工程理论知识与实际工程问题常存在差距，若在课堂教学过程中若忽略了对实际工程案例的学习和分析，可能导致学生缺乏对解决复杂工程问题方面的培养，因而急需新的教学方式来提高教学质量。本文面向目前岩土工程全过程课程设计的教学现状，针对教学内容、教学时间安排和考核评价体系等方面存在的问题，提出教学改革新思路，以达到提高教学质量和培养学生实践能力的目标。

二、教学内容深化建设

岩土工程全过程课程设计课程的设置旨在培养基础理论扎实、专业知识宽厚、创新实践能力突出的高级技术人才和管理人才，使其能胜任岩土工程的分析、设计、施工和管理等工作。通过该课程学习，使学生了解和初步掌握计算分析、岩土工程设计和施工组织的基础知识，并让学生将学过的专业基础知识串联起来，做到融会贯通。进一步地，结合针对实际工程设计分析的全过程训练，让学生具有更广阔的视野和把握全局的能力。

鉴于岩土工程专业实践性强的特点，课程内容优化改进为五部分，即课程概况、岩土工程勘察、桩基础、基坑工程、地基处理，每个模块包括课堂理论教学和上机实践两个环节。第一部分内容为课程介绍及基本资料和工具的学习，其目的在于进入各模块学习前，向学生剖析全过程设计概念，梳理岩土工程设计所需的标准和规范。通过该部分内容的学习，学生对整个课程有总体的认识，并对于岩土工程设计时需要用到的相关规范有系统的了解，同时能运用相关设计分析软件（如Plaxis、同济启明星软件等）。第二部分内容为岩土工程勘察，由6个学时课堂学习和8个上机学时组成。通过课堂教学，让学生掌握岩土工程勘察的概念、岩土工程勘察的程序以及岩土工程勘察的现场作业操作。此外，通过让学生实际参与编写工程岩土工程勘察报告，进而掌握岩土工程勘察的要点。第三部分为桩基工程，由12个课堂教学学时和16个上机实践学时组成。通过该模板学习，学生掌握桩基础设计基本理论与概念、桩基础设计基本要求与分析步骤，并通过典型桩基础设计案例学习和训练，让学生能够开展桩基设计和计算工作。第四部分为基坑工程模块，由12个课堂教学学时和16个上机实践学时组成。通过该模板学习，让学生掌握基坑工程的设计方法和计算分析步骤。通过进行具体案例讲解，让学生能深入掌握相关设计理论的实际运用以及工程设计所需要注意的内容。第五部分为地基处理模块，由6个课堂教学学时和8个上机实践学时组成。通过该部分内容学习，学生能够掌握地基处理设计方法和基本要求，并通过地基处理设计案例讲解的实际操作，能够开展地基处理工程设计并知悉施工要点。

三、教学改革举措

为让学生更好地理解和运用岩土工程专业知识，提高工程设计和分析计算的能力，需要面向工程实践开展相关教学工作。针对课程教学中存在的问题，从以下几方面进行改革，从而提高课程教学质量和效果。

首先对全过程设计教学内容进行梳理和完善，科学地编制全过程设计指导书。依托实际工程案例设置教学内容，并将学生的设计成果与具有丰富经验的工程师的设计成果进行对比，通过找出差距提高学生设计能力。为增强各模块教学内容的联系，通过选取一个包括桩基、基坑及地基处理的实际工程贯穿教学全过程。通过一个系统的工程分析，不但能使各教学模块有机联系起来，也能锻炼学生的全局思维，让其深入地认识到一个好的工程设计并非是一个单一的问题，而是需要系统地综合考虑。

为解决课程时间安排上的矛盾，将全过程课程设计的相关内容在之前课程中体现。如同济大学土木工程专业学生的基础工程设计原理和基坑工程两门核心课程开设在大三学年第二学期，故可将本课程中桩基工程、地基处理以及基坑设计的相关理论知识教学在这两门课程教学中完成。这样在进行岩土工程全过程设计学习时，学生可将精力和专注度集中在设计分析方法学习和理论知识的应用上，从而保证教学效果。同时，教师在前期讲授基础工程设计与基坑工程理论知识学习时，可为全过程设计课程做一些铺垫。通过与前期课程的呼应，既有助于加深学生对理论知识的理解，又能针对性地提高工程分析和解决问题的能力。

在成绩考核方面，优化以四人为小组模式的成绩考核方式。针对每次设计内容，轮流选择一名同学作为主设计人，领导小组开展设计分析工作。在课堂上由主设计人进行方案阐述，其余三位同学进行补充，通过全班同学的讨论交流以及老师的评价，优化和完善设计内容。此外，将学生考勤计入成绩，从考勤、成果展示、设计方案文件三部分对学生进行综合评定。通过多维度考核，成绩更具合理性，能全面反映学生的学习效果，并能有效督促其加强学习。

四、结语

通过总结对目前岩土工程全过程课程设计课程教学经验，针对教学过程中存在的问题，提出了教学改革建议，包括解决内容教学内容深化、教学学时矛盾、优化考核评价体系等。对岩土工程全过程设计课程进行教学改革，有利于提高课程教学质量，加深学生对理论知识的理解，深入培养学生解决工程实际问题的能力。通过该课程的系统学习，能为学生进行毕业设计以及未来从事工程设计施工打下坚实基础，从而为国家和社会输送更全面更卓越的岩土工程专业人才。

参考文献

[1]雷勇，陈秋南，钟新谷，等.岩土工程专业多渠道实践教学探索[J].高等建筑教育，2017，26（2）：127-130.

[2]曹志刚，马力，洪义，等.土木工程专业核心课程基础工程建设探索[J].高等建筑教育，2019，28（6）：64-69.

[3]陈以一.协同性、开放式、立体化的卓越工程师教育培养体系的构建[J].高等工程教育研究，2013（6）：62-67.

[4]梁发云，王琛，钱建固.岩土工程全过程课程设计教学改革探索与实践[J].高等建筑教育，2019，28（6）：70-76