一流本科课程建设背景下土木工程专业课程建设探索——以“深基坑工程”课程为例

杨兵

（西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031）

引言

2019年，教育部发布《关于一流本科课程建设的实施意见》，总体目标是全面开展一流本科课程建设。树立课程建设新理念，推进课程改革创新，实施科学课程评价，严格课程管理，设立教授上课、消灭“水课”、取消“清考”等硬规矩，夯实基层教学组织，提高教师的教学能力，完善以质量为导向的课程建设激励机制，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系。经过三年左右的时间，建成一万门左右的国家级一流本科课程和一万门左右的省级一流本科课程（简称一流本科课程“双万计划”）［1］。在一流本科专业建设内容中，课程建设是土木工程专业建设的核心部分。土木工程专业的专业性较强，对教学方法和教学质量要求较高。在一流本科专业建设背景下，土木工程教学改革主要包括教学手段的优化、教学内容的提升、思政元素的引入等。在教学手段方面需要与时俱进，引入多媒体手段丰富教学资源［2，3］。多媒体教学是指利用多媒体计算机，综合处理和控制符号、语言、文字、声音、图形、图像、影像等多媒体形式，把多媒体的各个要素按教学要求进行有机组合，并通过屏幕或投影显示出来，同时按需加入声音的配合，以及使用者与计算机之间的人机交互操作，完成教学或训练过程。其利用计算机技术、网络技术、通信技术及科学规范的管理，对学习、教学、科研、管理和与生活服务有关的信息资源进行整合、集成及全面的数字化，以构成统一的用户管理、资源管理和权限限制。其核心在于无纸化教学的实施，以及校园内无线网络的延伸。多媒体教学手段更容易被接受，对知识的阐述更加直观，便于学生理解和记忆，也能更好地调节课堂气氛，提高学生的学习积极性。

课程思政指以构建全员、全程、全课程育人格局的形式，将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把立德树人作为教育的根本任务的一种综合教育理念［4，5］。课程思政的主要形式是将思想政治教育元素，包括思想政治教育的理论知识、价值理念及精神追求等融入各门课程中，潜移默化地对学生的思想意识、行为举止产生影响。2004年以来，中央先后出台了关于进一步加强和改进未成年人思想道德建设和大学生思想政治教育工作的文件，由此开启了学校思想政治教育（德育）课程改革的探索之路。在教育部颁布的有关文件中，明确要求本科阶段构建以思想政治必修课为核心、专业课为辐射的高校思想政治教育课程体系。一流本科专业建设下的土木工程专业课程思政是用习近平新时代中国特色社会主义思想铸魂育人，培养大学生正确的“三观”，牢固树立“四个意识”，坚定“四个自信”，培养新时代的社会主义接班人［6，7］。土木工程专业主要以认识自然规律为本质，因此需要专业课教师在授课过程中利用好课堂教学平台，在传授专业知识与技能的同时，有意识地发挥思想政治教育的引导作用，引导学生坚持正确的政治方向和价值观，要求教师认真设计课程的整体性和层次性。在此背景下，西南交通大学开展了校级一流本科课程建设。作为土木工程专业岩土方向的一门重要专业课，“深基坑工程”课程拟被纳入校级一流本科课程建设范围。为了完成学校课程建设任务，同时达到教育部一流课程的建设要求，在没有较多经验可借鉴的条件下，笔者通过多年的教学经验和对《关于一流本科课程建设的实施意见》文件的理解，理顺了自己的认识和思路。下面将重点介绍该门课程的建设思路，探索课程教学改革。

一、“深基坑工程”课程的教学目标设计

课程目标是指课程本身要实现的具体目标和意图。其规定了某一教育阶段的学生通过课程学习后，在发展品德、智力、体质等方面期望达到的程度，它是确定课程内容、教学目标和教学方法的基础。从某种意义上来说，所有的教育目的都要以课程为中介才能实现。所以说，课程目标是指导整个课程编制过程中的关键准则。在确定课程目标时，首先，要明确课程与教育目的和培养目标的衔接关系，以便确保这些要求在课程中得到体现。其次，在对学生的特点、社会的需求、学科的发展等方面进行深入研究的基础上，确定行之有效的课程目标。课程目标有助于厘清课程编制者的意图，不仅使各门课程学科的逻辑体系严谨，还关注教师的教与学生的学，以及课程内容与社会需求的关系。

“深基坑工程”是土木工程专业岩土方向的一门专业必修课，其课程系统介绍了深基坑支护设计的主要内容，包括侧向土压力计算、悬臂式支护结构、支挡式桩墙支护结构、锚杆、基坑的稳定性和降水设计。涉及深基坑工程的基本理论、设计方法和施工工艺。其目的是通过学习课程，掌握深基坑工程的基本概念、基本原理和基本技能，培养学生处理深基坑工程相关问题的能力，正确理解我国近20年来基础设施建设所涉及的关键技术与难题。通过教学，学生理解了深基坑工程的内涵和技术要求，同时培养了学生的社会主义核心价值观、家国情怀、法制意识、社会责任和工匠精神。

二、课程教学设计及创新内容

教学设计是根据课程标准的要求和教学对象的特点，有序安排教学诸要素，确定合适的教学方案设想和计划，目的是为了提高教学效率和教学质量，使学生在单位时间内能够学到更多的知识，更大幅度地提高学生各方面的能力。在“深基坑工程”课程的各章节教学中，根据教学内容切入相关的案例教学（主要是视频案例），在课上根据相关教学内容和进度，组织学生对案例进行讨论。下面以课程内容“基坑土体稳定性分析”为例，重点分析课程内容的教学设计。

本节授课内容为基坑土体稳定性分析，要求掌握基坑稳定性的分析方法，并能够根据相关资料评估基坑的稳定性，引导学生重视基坑稳定性的评价。重点是对基坑整体稳定性分析，基坑底部土体抗隆起稳定性分析，以及基坑渗流稳定性分析。难点是对基坑整体的稳定性分析。学时安排为2学时。下面将阐述教学过程内容设计。首先进行基本概念的介绍，观看基坑稳定性相关的视频，让学生从感性角度认识基坑的稳定性。此时，引入稳定性验算的概念：稳定性验算是指分析基坑周围土体或土体与围护体系一起保持稳定性的能力。随后讲解基坑可能的破坏模式，这在一定程度上揭示了基坑的失稳形态和破坏机理，是基坑稳定性分析的基础。基坑的失稳形态可归纳为两类：一是因基坑土体强度不足、地下水渗流作用而造成的基坑失稳，包括基坑内外侧土体整体滑动失稳、基坑底土隆起、地层因承压水作用而管涌、渗漏等；二是因支护结构（包括桩、墙、支撑系统等）的强度、刚度或稳定性不足，导致支护系统破坏而造成的基坑倒塌与破坏。系统阐述基坑的两类失稳形态：基坑的第一类失稳形态和第二类失稳形态。其中基坑的第一类失稳形态主要按照围护形式的不同进行划分，包括放坡开挖基坑由于设计不合理坡度太陡，或雨水、管道渗漏等原因造成边坡渗水，导致土体抗剪强度降低，引起基坑边土体整体滑坡；由于墙体的入土深度不足，或由于墙底存在软弱土层、土体抗剪强度不够等原因，导致墙体随附近土体整体滑移破坏；当坑内土体强度较低或坑外超载时，导致墙底变形过大或整体刚性移动。而对于内支撑基坑而言，其主要破坏形式包括因为坑底土体压缩模量低、坑外超载等原因，致使围护墙踢脚产生大面积变形；在含水地层特别是有砂层、粉砂层或其他透水性较好的地层，由于围护结构的止水设施失效，致使水夹带砂粒大量涌入基坑，严重的水土流失会造成支护结构失稳和地面塌陷的严重事故；在砂层或粉砂地层中开挖基坑时，降水设计不合理导致水位上升，严重时会导致基坑失稳；在超大基坑，特别是长条形基坑内分区放坡挖土，由于放坡较陡、降雨或其他原因导致滑坡，冲毁基坑内先期施工的支撑及立柱，导致基坑遭到破坏。而第二类失稳形态主要按照破坏类型的不同进行划分，包括围护墙破坏、支撑或拉锚破坏、墙后土体变形过大引起的破坏。基坑失稳造成的事故轻则财产损失，重则人身伤害。作为未来的岩土工程师，我们有责任也有义务确保国家和人民的财产免受损失。

本节课的第二部分内容是基坑整体稳定性分析方法的学习。此处主要学习各种条分法的特点：传统的瑞典圆弧滑动法在平缓边坡和高孔隙水压的情况下进行有效应力法分析边坡稳定性时非常不准确，所计算的安全系数太低。此法的安全系数在“φ=0”分析中是相当精确的，在采用圆弧滑裂面的总应力法分析时也是比较精确的。除了遇到数值分析问题的情况外，简化毕肖普法在所有情况下都是精确的，其缺点在于滑裂面仅为圆弧滑裂面，以及有时会遇到数值分析问题。仅使用力的平衡而不考虑力矩平衡的条分方法，其计算结果对所假定的条间力方向极为敏感，不合适的条间力假定将可能导致安全系数出错，这类方法同样存在数值分析困难问题。满足全部平衡条件（力、力矩）的方法，在任何情况下都是精确的（除非遇到数值分析问题），采用这些方法的计算结果误差不超过12%，相对可认为是正确结果的误差一般不会超过6%，不过这些方法都存在数值分析问题。以上各方法的特点表明对于事物或某问题，我们要辩证地对待，辩证地看待问题，避免对问题的绝对化。马克思主义哲学认为，世界上一切事物既包含相对的一面，又包含绝对的一面，任何事物既是绝对的，又是相对的。宇宙中的各个具体事物和每个具体过程，都是有条件的、有限的、相对的。任何一种稳定性分析方法都有其利弊。

基坑抗隆起稳定性验算是基坑支护设计中一项十分关键的设计内容，不仅关系基坑的稳定安全问题，还与基坑的变形密切相关。目前已出现的基坑抗隆起稳定分析方法可归纳为三大类，即极限平衡法、极限分析法及常规位移有限元法。无论是极限分析法还是常规位移有限元法，主要针对的是黏土基坑抗隆起稳定性的分析问题，对于渗透稳定性的分析，要观看基坑渗透稳定性相关的视频，学习渗透破坏的主要形式：管涌、流土（俗称流砂）和突涌。本课程设计的创新主要体现在以下几方面：（1）融入思政元素。培养学生的人文社会科学素养、社会责任感、职业道德及工匠精神。（2）引入数字化手段。大量引入工程案例的多媒体视频，以案例引问题，以问题提理论，建立实体工程概念，激发学生的学习兴趣和主动性。（3）全方位教学模式。创新性地提出了案例教学、专题教学、过程管控教学及互动式研讨“四位一体”的全方位教学模式。

三、课程的持续建设计划和改革方向

（一）重塑课程内容，创新教学方法

通过生动的工程案例分析和课堂讨论，将理论知识与实际工程相结合。采用分组讨论、研究性学习等教学方式，培养学生的创新精神和实践能力。作业是巩固知识培养技能的重要环节，建立“错题档案”记录，重点解析难点问题。学生独立思考，提出方案，达到能力培养的最终目的。

（二）完善工程案例库

重点解决当前“深基坑工程”课程工程案例库不够完善、案例库类别分散不够统一等问题，将整合土木工程学院支撑“深基坑工程”课程的大国工程案例，并组织教学团队遍览国内外深基坑工程在过去50年里的进展，进行总结、分析和综述，全面介绍深基坑工程的典型成果，形成深基坑工程案例库。

（三）丰富线上教学资源

重点解决“深基坑工程”线上教学资源不足的问题，组织教学团队成员收集、制作线上教学资源，为学生增加课后自主学习资源，拓展学生的知识面。通过今后两年的一流课程持续建设计划，全面实现案例教学、专题教学、过程管控教学及互动式研讨“四位一体”的全方位教学模式。

结语

在一流本科专业课程建设内容中，课程建设是土木工程专业建设的核心部分。土木工程专业性较强，对教学方法和教学质量要求较高。在一流本科专业课程建设背景下，土木工程教学改革主要包括教学手段的优化、教学内容的提升、思政元素的引入等。西南交通大学开展了校级一流本科课程建设，其中“深基坑工程”拟被纳入一流本科课程建设范围，本文重点介绍了“深基坑工程”课程的建设思路，包括课程的教学目标设计、课程教学设计及创新内容、课程的持续建设计划和改革方向，以期为同行提供参考。