地下建筑结构课程教学模式研讨

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摘要：随着地下工程建设规模的快速扩张，地下工程建设人才迎来了新的发展机遇。地下工程专业培养方案中地下建筑结构课程属于专业主干课程之一。该课程学习效果的好坏，直接影响地下工程人才的能力培养。为了更好地做好该课程的教学，本文在对该课程特点分析的基础上，探讨了传统教学与现代教学的优劣，结合教学经历及经验总结，提出了地下建筑结构课程教学模式的改进建议，为课程教学提供参考。

关键词：地下建筑结构；教学模式；教学目标；教学手段

1引言

随着土地资源紧缺，地上空间越来越紧迫，地下空间的利用为各类建筑工程结构物的选址开辟了广阔的前景[1]。目前交通工程（公路工程、地铁工程、铁路工程等）、水利水电工程、矿山工程、市政工程、民用工程和地下物流等地下工程得到前所未有的发展。21世纪是地下空间与地下工程大发展的世纪，换句话说，地下工程是21世纪土木工程的重要发展方向[2]。这对于从事地下工程领域的学习和科研人员来说是一种前所未有的机遇和巨大挑战，需要地下工程的工作者们学习地下结构工程的基本理论和基础知识，熟练掌握地下结构工程设计与施工技术。高等教育为适应社会发展需求，满足国内地下工程行业人才需要，国内大多数高校开设了土木工程专业岩土或地下方向[3]，以及城市地下空间工程专业的高校均开设了地下建筑结构课程[4]，并作为该方向的专业必修主干课程。

2课程特点及教学目标

2.1课程特点

2.1.1知识体系的综合性强。地下建筑结构主要讲述地下结构与周围岩土介质相关联的科学问题，为土木工程与地质工程知识体系相交叉的课程。根据高等学校土木工程本科指导性专业规范[5]中对地下结构设计课程的核心知识单元及知识点的要求，其涉及材料力学、理论力学、弹性力学、结构力学、土力学、岩体力学、有限元、工程地质、钢筋混凝土结构、基础工程、隧道工程等多门课程的专业知识，是一门综合性较强的理论课程。2.1.2课程内容的理论性强。地下建筑结构是指在保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构[6]。与地面结构相比，地下结构所赋存环境复杂，包含应力场、渗流场、温度场和化学场等。因此，地下建筑结构与周围地层间存在复杂的相互作用问题，这就要求学习者们必须具备一定的专业理论知识。2.1.3课程实践性强。由于地下工程涉及的地质情况多变，可能遇到的地质灾害类型及规模也将不同。此外，地下结构断面形式多样化，以及随着工程向大跨度、高埋深方向发展，其施工技术和工艺也进行了大量的创新与改进。所以，地下建筑结构课程的教学内容必须与时俱进，注重与实际工程相结合。

2.2教学目标

通过本课程的学习，旨在使学生掌握或了解地下建筑结构设计的基本原理和设计计算方法，能够根据地下结构所处的不同介质环境、使用功能和施工方法设计出安全、经济和合理的结构。

3传统与现行教学模式的优劣性

传统的教学方式主要以教师在黑板板书为主，将课本内容逐章逐节进行讲解，讲解时对专业名词概念、公式的推导过程、例题等一步一步讲解。教师主要起到知识的传授、灌输作用，教学过程比较枯燥、单调。学生主要忙于记笔记，学习的专注力较好，对知识点感性认识显得比较弱。但由于教师上课以板书为主，课程知识点讲解得比较慢，学生上课时基本上能跟着教师的思路进行学习。随着多媒体技术与辅助教学设备的快速发展，高等院校教师的教学方式和教学手段发生了根本性的变化。现行的地下建筑结构课程教学普遍采用幻灯片播放技术，集成了文字、图片、动画、视频等素材。课程内容以PPT形式在课堂上进行教学，学生对地下结构建筑的知识点概念、地下结构的形式，以及工程实施案例等能够较好地理解和掌握。但是在现行教学模式及手段下，部分教师尤其是年轻教师弱化了该课程的专业知识点概念及计算理论；加上目前本科生培养方案中对专业课课时的削减，导致现行教学进度加快，学生在课堂上需接受的知识点庞大，被动地学习，学习效果较差。综上所述，无论是传统教学模式还是现行的教学模式，均具有一定的优点及弊端，但对于如何进行知识点的应用和结合现行规范使用在两种教学模式上均体现得不明显。由于学了不知所用，学生对基本知识点的学习也主要以应试为目的，考试完后，所学的地下建筑结构知识点的内容基本上忘得一干二净。

4对教学模式的讨论

4.1教学手段的完善

结合笔者近十年来这门课程的教学经历及教学效果总结，认为要让学生学习这门课程后，达到较好的学习效果，需要将传统的教学手段与现行教学手段相结合，在此基础上进行改进。在刚开始进行该门课程讲解时，由于该门课程偏重于理论，教学手段主要采用板书为主，辅以幻灯片进行教学。通过与学生交流，发现由于学生对地下工程的了解或关注几乎空白，很难理解课堂讲解的知识。因此，在后续教学中，对课程教学手段逐渐进行了优化和改进。以地下结构荷载计算章节内容讲解为例，首先，运用现代教学手段，发挥多媒体教学的优势，先进行隧道工程、地铁工程、基坑工程等结构大变形、垮塌或结构失效等具有视觉冲击力的现场事故图片进行讲解，让学生认识到地下结构荷载计算不当，或荷载发生变化所产生的恶劣后果。然后，相应地采用黑板板书的方式分析每张图片涉及的地下结构所受的荷载类型，产生原因等。该综合教学手段既可以让学生有较好的感官认识，也比较形象、生动，还能让学生牢牢记住。在进行盾构结构设计章节内容讲解时，可以先采用多媒体教学手段进行视频播放，了解盾构机的结构构造、各系统名称及组成情况、盾构机的开挖、出渣、支护等工序的工作原理。然后，再结合PPT幻灯片技术进行课程内容讲解，对设计案例采用PPT加黑板板书方式进行教学。通过此综合教学方式，通过课程考试和课程设计考核情况来看，效果良好。综上所述，地下建筑结构课程教学手段的优化与改进对学生学习效果的影响极大，后续还需继续完善。

4.2教学理念的转变

根据传统的教学理念，地下建筑结构课程教学主要以教师讲授为主，对学生进行知识灌输。该教学理念容易让教师成为课堂教学的独角戏，造成课堂气氛沉闷，学生注意力不集中，教学效果不理想。面对地下空间与工程新的发展形势和新技术的不断革新，需要教师在上课时引入新鲜血液，将地下工程的一些典型工程案例或建设资讯引入课堂，吸引学生对地下结构工程兴趣，并鼓励学生善于提问，形成交流式教学或启发式教学。比如，在浅埋式地下结构设计时，可以将这几年国家对基础设施建设中的地铁工程的投入额、这几年一线城市地铁工程的发展速度等带入课堂，作为话题的引出，然后提出问题：大家坐地铁时看到什么样的地下结构形式？吸引学生提问，然后再讲这些地铁工程中主要涉及的结构形式主要为浅埋式地下结构。通过这样的教学，容易让学生集中注意力，跟着教师的教学编排进行学习。

4.3推行知识应用型教学

目前，我国地下建筑结构课程教材的知识体系和内容略显陈旧。国内几本主要的教材内容大同小异，普遍是基于同济大学编写的《土层地下建筑结构》以及重庆建筑工程学院编写的《岩石地下建筑结构》。教师根据目前教材进行地下建筑结构课程教学时，所教授的内容与目前的工程实际存在较大的区别。比如，进行地下结构荷载计算章节讲解侧向岩土压力计算时，目前教材内容普遍只写了土压力的计算理论，包括朗肯土压力理论和摩尔库伦土压力理论，知识陈旧，且与土力学教材内容基本无大的区别。而对于实际工程设计上所需的关于水土分算和水土合算内容以及岩石地层中均质岩体侧压力计算、有外倾结构面的岩体侧压力计算、含软弱夹层岩体侧压力计算等内容缺失。这些内容是工程设计规范中重要条款。在目前教材知识体系下进行课程教学，容易造成学生学习知识点与走向社会后的工程实践脱节太严重。因此，地下建筑结构进行课程教学时，在原有教学知识点的基础上，要求教师能结合现行的地下工程相关规范进行知识面扩展，让学生学习更多的知识。此外，由于地下建筑结构课程属于理论性课程，偏重于理论教学。教材内容主要对概念、计算原理、计算方法、公式等进行了较为详细的阐述，而对于知识内容如何与工程实际向结合及应用的阐述偏弱。这就需要课程教师在对知识点进行讲授的基础上，还需进一步总结。当教材每章课程讲解完后，课程教师应对本章的知识点进行梳理，然后结合实际进行引导学生如何进行应用理论知识解决工程实际问题。比如，在地下建筑结构荷载计算时，讲解了地下结构荷载的分类和组合、岩土体压力的计算理论、地层弹性抗力计算、地下结构自重及其他荷载计算、地下结构计算模型和计算方法后，可以结合某一浅埋隧道工程，讲解该工程中涉及的荷载种类及该如何进行荷载组合，如何应用教材公式进行荷载（岩土体压力、结构自重、地层弹力）计算，然后分别对课本上讲解的荷载结构法和地层结构法如何进行该工程的内力计算进行演示。这样，学生对自己所学内容有了更深入的掌握和更好地理解、消化，对培养学生解决实际工程的能力具有很大的帮助。

5结语

随着我国基础设施的大规模建设，地下工程迎来了新的发展高潮。随着地下工程数量的剧增，地下工程建设从业人员的需求也将爆炸式增长。作为一名地下工程专业主干课程教学人员，应抓住时机，善于进行教学改革与探索，寻求有效的教学方法，为企业、高校等各行业培养合格的地下工程专业人才，为社会的发展添砖加瓦。

参考文献

[1]钱七虎,陈志龙,王玉北,等.地下空间科学开发与利用[M].南京:江苏科学技术出版社,2007:8-9.

[2]刘新荣,钟祖良,孙辉.地下空间利用及其发展方向的探讨[J].地下空间,2004,24(5):600-604.

[3]张子新.国家精品课程“地下建筑结构”的建设探析[J].中国科教创新导刊,2012(4):49-50.

[4]江学良,杨慧,肖宏彬,文畅平.城市地下空间工程专业人才培养方案的构建与实施[J].创新与创业教育,2015,6(1):12-16.