地下结构“两课”建设的改革与探讨

［摘 要］结合火箭军工程大学开展的“两课”（课程+课堂）建设重点课程项目，教学团队根据地下结构的课程特点及学生专业背景，针对教学方法创新、实践教学优化设计及课程思政等方面进行了研究，并就“两课”建设过程中出现的有关问题进行了系统的思考和探讨，可为相关地下结构的“课程”与“课堂”教学提供参考。

［关键词］地下结构教学；课程+课堂；教学改革

［中图分类号］G642.0 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）19-0054-05

地下结构是国防工程与指挥（土木工程）专业本科教育中的一门核心的专业课程。课程主要内容为地下结构设计的计算理论和岩体的物理力学性质及其强度、变形和稳定性分析，以及围岩压力、岩石坑道工程的被复结构与锚喷支护结构等专业知识。课程学习目的是使学员能够从事国防工程结构设计、施工和管理等工作，为他们的初次岗位任职打下扎实的地下结构理论知识基础。也就是说，通过本课程的学习，学员能够结合已学课程的相关知识点，构建地下结构基本原理及防护设计的知识框架体系，具备地下结构设计和计算及熟练运用分析方法的能力，为今后从事地下结构的设计、施工与管理等工作，以及开展军事土木工程与地下结构等相关领域的科学研究奠定理论基础和专业技能，同时培养严谨踏实的工作作风，以解决实际的工程建设问题。

一、课程特点

（一）课程内容理论性强

地下结构课程内容涉及工程地质、土力学、岩体力学等岩土工程方面，以及结构力学和混凝土等结构工程方面的专业知识，要求学员联系弹塑性力学的相关原理深入理解岩土理论。此外，地下结构的防护设计部分涉及较多规范条目，且计算公式复杂、计算过程烦琐。因此，学好地下结构这门课程需要学员具备扎实的力学功底和专业理论知识。

（二）知识体系综合性强

地下结构课程强调地下结构与周围岩土体的相互作用及设计原理，是一门对理论和实践要求都很高的综合性课程，要求学员掌握多门课程的相关知识点，并具备一定的土木工程逻辑素养，构建岩土方面的知识体系。因为地下工程所处环境复杂，可能遇到的地质问题、施工问题存在不确定性，所以课程的知识体系必须重视理论与实践的联系，即注重与实际工程相结合。

（三）课程性质特殊

地下结构课程作为国防工程与指挥专业本科学员的必修课程，旨在服务部队工程建设，与地方院校的地下结构课程有所区别，学员不仅要考虑地下结构施工过程与周围岩层的相互作用机理，还要重视地下结构使用过程遭遇的偶然荷载作用的特殊性。如在地下结构设计环节，须结合部队实际情况，考虑对核武器、常规武器的防护作用。另外，地下结构在勘察选址时要结合周围的地形环境，对围岩等级有严格要求。

二、教学实践过程中遇到的问题

（一）教学内容跨度大

该课程知识体系复杂，教员须基于地下结构的概念、工作原理，考量周围岩层的工程性质及相互作用理论，并根据部队学员专业背景的特殊性，结合地下结构防护设计理念，进行结构设计及内力计算的教学。该课程教学内容既涵盖工程地质和土力学等相关知识，又涉及弹塑性理论和岩体力学等部分原理，内容跨度较大，部分学员反映学习比较吃力。其中，岩体力学相关理论及本构关系等知识点相对较难，部分学员反映对这部分内容的理解较为困难，难以掌握结构设计的计算流程和方法。

（二）实践教学难度较大

地下结构课程的专业性和针对性较强，其理论知识多基于室内试验和现场测试总结而得，如岩石的力学性能、结构与围岩的相互作用原理等。学员虽已完成室内土工试验的学习，但对岩石的力学性能的认知仍停留在理论层面，对岩石的本构关系等缺乏感性认识。另外，课程中直墙拱衬砌的结构设计和计算过程呈现仅依靠相关教材例题，公式较多且计算过程烦琐，部分学员反映学习难度较大，且很难与工程实际相联系。可见，传统的教学模式难以满足国防工程与指挥专业技术人才培养的需求。

（三）教材选择存在局限性

目前，地下结构教材主要有同济大学朱合华教授主编的《地下建筑结构》、清华大学王树理教授主编的《地下建筑结构设计》、中国矿业大学崔振东教授主编的新形态教材《地下结构设计》等，均为地方院校出版，教材内容逻辑和框架体系虽较科学合理，但针对部队院校的国防工程与指挥专业的特殊性考虑不足，如没突出地下结构的防护设计、相关规范指标差异等。因此，现有的公开出版教材在满足该专业本科学员的学习上存在局限。

三、基于“两课”建设的教学内容、方法、手段改革

为培养具备创新思维且专业基本功扎实的技术人才，须改变传统教学模式，基于“两课”（课程+课堂）建设重点课程项目，对地下结构课程的教学内容进行调整，优化教学方法、手段，强化教学实践环节，以激发学员学习兴趣。

（一）调整教学内容并自编教材

针对学员课后反馈的概念理解困难、规范条文复杂及计算公式烦琐等问题，教学团队对课程内容进行了调整。首先，对课程内容体系和逻辑框架进行调整。将课时从50学时增至64学时，其中理论和实践学时分别为46学时和18学时，增加岩体力学相关理论（如地层工程性质）及地下结构防护设计等内容，并充实实践教学内容，旨在培养学生理论联系实际的能力，形成专业思维模式。其次，围绕专业背景特色对教学内容进行优化，并编写内部教材。鉴于专业背景的特殊性，地方院校编著的地下结构教材存在一定的局限性，使学员对指定的规范条文和规程文件缺乏了解，故教学团队在编写内部教材时须重视武器作用时的荷载的计算等问题，并充实相关规范条文及具有专业背景特色的典型工程案例，重新构建该课程的章节逻辑顺序，便于学员能够结合专业背景特色理解该课程的知识要点。最后，对教学内容的重难点进行优化设计，采取阶梯式和层层递进式教学。如对地层压力相关理论的学习可先回顾土力学课程已学的朗肯土压力理论等知识点；对推导过程复杂的烦琐公式及计算过程中的难点问题进行拆分处理，并以学习小组为单位进行研讨交流，促进学员熟练掌握结构设计计算的难点。另外，鉴于课程知识点跨度大，将本课程的授课从第8学期提前至第7学期，教学设计注重和已学课程知识点串联，引导学员构建专业思维体系和逻辑框架。

（二）探索教学方法创新

针对地下结构课程理论性强、规范条文多、理论和实践脱节等难题，教学团队从课程和课堂两个维度对教学方法进行创新与改革，具体如下。

第一，采用基于问题的教学方法（Problem⁃Based Learning，PBL）。地层的工程性质章节中围岩分级内容涉及的规范条文较多，学员在学习过程中常感到枯燥。教员可从地下结构与围岩的相互作用原理出发，引导学员对规范条文进行总结归纳，并基于规范内容的条件应用设置互动环节，鼓励学员分组讨论交流，从而避免传统教学中常见的课堂氛围沉闷现象。

第二，采用以团队为基础的教学方法（Team⁃Based Learning， TBL）。针对松动压力理论内容理论性较强且公式推导过程烦琐等问题，可按照不同的理论类型将学员分组，让各组先交流学习，然后对松动压力理论进行轮流讲解并互动提问；对于不良地质条件下的支护结构设计，由于该内容和已学工程地质课程知识关联较大且理论和实践联系紧密，可让小组抽签选题，采用PPT形式进行汇报展示，结束后设置问答环节。这样既可加强小组间的互动与合作，提高学员的学习兴趣，又可促进学员逻辑框架和专业思维的形成。

第三，采用案例研讨翻转教学方法（Case⁃Based Learning，CBL）。可结合学员毕业设计选题开展翻转教学，可对岩石冻融循环实验、成层式防护设计等进行案例研讨，使学员多角度理解和掌握地下结构课程内容。

在“两课”建设过程中，教学团队结合地下结构课程的具体内容，根据学员的学习反馈，因材施教地进行了教学设计，采用了以上教学方法，取得了良好效果。学员认为这样的教学增强了他们对地下结构课程理论的感性认知，提升了专业能力。

（三）优化实践教学设计

传统的实践教学偏重习题与手算，面对复杂的公式与计算，学员常感到枯燥无趣、理解不深。“两课”建设过程中，教学团队对实践教学环节进行了优化设计，具体有以下几个方面。

第一，对直墙拱结构设计的算法过程进行了智能化和信息化设计。如开发手机客户端和编程界面，用于直墙拱的结构设计和内力计算，也可用于初步方案设计阶段的试算，如图1所示，输入直墙拱隧道的基本参数即可得到内力计算的计算书及配筋验算。

在设计过程中，学员输入的直墙拱几何参数可由学员自行调整，这样可有效预防以往设计大作业计算过程“相似”等情况。学员根据编程导出的计算书对已完成的手算过程进行校核，并对直墙拱结构设计过程中几何参数的影响进行对比讨论，这一实践教学过程可有效提高学员的学习积极性及专业能力，让学员真正做到“功在平时”。

第二，为使学员更好地理解地下结构和围岩的相互作用机理，教学团队补充了地层工程性质和地层压力理论内容。鉴于这部分知识点涉及岩体力学，理论性较强，教学团队依据《岩石物理力学性质试验规程》，对岩石的单轴抗压、抗拉、点荷载及耐崩解性能进行了室内试验。学员以分组形式对不同种类的岩石试件展开试验，通过亲自动手操作理解和掌握教材中的理论知识，特别是岩石的本构关系等。另外，结合专业背景特色，教学团队制作了直墙拱钢筋混凝土缩尺模型，给学员进行了演示试验。教员在该模型内预先埋置混凝土和钢筋传感器，对直墙拱结构进行分次加载，让学员直观地观察直墙拱结构受围岩压力影响时的力学变化。

第三，结合课程内容，依托合作院校的资源，带领学员走进岩土与地下工程实验室，参观地下结构领域的前沿科研项目，如霍布金森杆、模拟振动台实验、超大深基坑模拟等。在参观过程中，专家的讲解及互动提问，促进了学员主动思考，启发了他们的创新思维。

（四）激发学员学习兴趣

针对学员反馈的课程枯燥、课堂氛围沉闷及工程案例较少等问题，教学团队结合专业背景特色及特殊性，积极联系相关单位搜集典型的工程案例，并将其穿插于授课过程中，以丰富的教学内容促进课程理论与工程实际有机结合。设计“课前八分钟”环节，播放地下结构典型工程案例及纪录片等，并设置研讨互动环节，以激发学员的学习兴趣和积极性。另外，将教学团队的地下结构相关科研项目融入课程教学，并实施翻转课堂教学，启发学员以地下结构专业思维模式多角度思考、提问与交流，从而提升学员的参与感。

（五）丰富课堂思政素材

在地下结构的“两课”建设过程中，教学团队对课程思政的内容及形式进行了优化和创新设计，建立了课程思政案例库，并依据地下结构课程知识点，对课程思政素材进行了分类：首先，情感价值方面，基于该专业学员背景特色，培养学员具备奉献精神、爱岗敬业、恪尽职守等品质；其次，专业逻辑养成方面，通过引导学员归纳理论概念和计算方法等，启发学员形成地下结构思维模式，提升专业素养，并借助案例教学促进学员树立工程伦理观；最后，思辨能力方面，针对理论概念复杂等问题，运用科学的哲学原理引导学员学会结合地下结构的逻辑体系，辩证、多角度地审视问题。在“两课”建设过程中，教员根据每节课的具体内容对课程思政进行区别设计，层层递进地进行教学，避免形式主义的说教和“填鸭式”教育，做到润物细无声。

四、教学反馈与评价

（一）教学督导评价

该课程历经多次教学督导及教学评价。教学团队多次以集体备课的形式探讨教学内容及方法、手段的创新和优化，让课程从最初的课程氛围沉闷、教学方法单一，向目前的课堂气氛活跃、学员互动积极、教学手段灵活多变且有成效转变。通过专家的指导及教学技术培训，教学团队的教学能力显著提升，尤其是青年教员的专业能力和教学基本功得到了大幅度提高。

（二）学员成绩与问卷反馈

地下结构课程采用闭卷考试和形成性考核相结合的评价方式。平时成绩方面，增加了课堂研讨、小组汇报及学员间互动提问等评价内容，不再局限于传统的书面作业和课上的“你问我答”等内容。实践成绩的评定也不仅是依据书面课程设计大作业和室内试验报告，而是结合课程设计完成过程及室内试验动手操作等表现综合打分，评定过程注重考量学员的主动学习和思考情况以及团队创新能力。在“两课”建设过程中，教学团队针对具体的教学内容积极探索并采用新颖的教学模式，使学员的课程成绩平均分由73.83分提升至77.61分，成绩分布情况显著改善，优秀率从0%提升到6%，良好率从19%提升到31%，且中等和及格的比重均明显下降，如图2所示。

另外，在“两课”建设的过程中，教学团队坚持以学员为中心，摸索教学改革和创新，并在课程实施的前期、中期和结课三个时间节点进行匿名问卷调查，建立了良好流畅的师生沟通渠道。在课程满意度调查中，“非常满意”的比例由课程前期的45.71%提升至结课时的88.57%，“较满意”占11.43%，无“一般”和“不满意”评价结果。

五、结语

地下结构是国防工程专业的重点课程，教学团队在“两课”建设过程中秉持“育人先育己，育己先育心”的心态，坚持以学员为中心，积极探索课程教学内容、方法、手段的改革与创新，并把课程建设及实践过程中的一些思考和方法进行了总结，以期为火箭军工程大学国防工程与指挥（土木工程）专业的教书育人工作添砖加瓦。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：钟 岚］