基于整体工程教育理念的“地基处理”课程教学改革探索

张浩 宋卫康

摘要：文章针对地基处理课程的特点和教学过程中存在的问题，探讨了整体工程教育理念在地基处理课程教学改革中的应用，分别通过课程内容系统化整合、工程实践归纳式教学、教学方法多样化融合、课程考核开放性构建4个方面对地基处理课程教学进行改革探索。实践证明，“知识-实践-技能”三维一体的整体工程教育教学模式在地基处理课程教学中可以取得良好的效果。

关键词：整体工程教育；地基处理；教学模式；教学改革

中图分类号：TU4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）39-0133-03

整体工程（Holistic Engineering）教育理念是在20世纪90年代欧美工程教育“回归工程实践”浪潮下，由宾夕法尼亚大学教授Joseph Bordogna提出的。该教育理念是基于“工程就是出于某种目的而整合所有知识”的理论前提，结合工程实践，利用学校丰富的资源和完备的学科优势，通过跨学科、全系统化的课程教学方法，使学生以整体的视野产生新的观念，而具备整合能力、分析能力、集成创新能力和环境社会感知能力；其更强调在快速变化的世界中工程问题所形成的背景，领导以团队为中心的工程项目跨学科交流的能力，以及终身学习的能力，体现了整体主义思想。目前，我国高等工程教育正处于教育范式变迁，在“回归工程实践”的变革趋势下，创新性和实践性俨然已成为高等工程教育改革亟待突破的關键问题。因此，基于整体工程教育理念，结合我国工程教育本土特点，探索培养学生创新意识和实践能力的教育教学改革，具有重要的现实意义。

一、地基处理课程的特点及教学存在的问题

地基处理课程设置目的是通过课程学习，让学生掌握各种地基处理技术的适用条件、设计原理和方法，更重要的是培养学生利用基本理论、各种技术方法和现代工程工具解决实际问题的能力。该课程内容不仅涉及很多相关领域和专业基础知识，具有学科交叉性，而且随着工程实践发展会涌现各种地基处理新技术和新方法，具有持续发展性。目前，该课程在教学中具有以下特点和问题。

1.所涉课程多、教学体系不系统。如表1所示为地基处理课程主要内容与土建类部分专业课程的对应关系。可见，该课程不仅与工程地质、土力学、基础工程等前期专业基础课程有密切联系，而且还是边坡工程、基坑工程、地下建筑结构、环境岩土工程、路基工程等专业方向课程相关知识的补充。每种地基处理方法的建立离不开专业基础理论的拓展应用，更离不开工程实践经验的积累。如何在各种地基处理方法的讲授中将地基处理原理与前期和后期专业知识系统的建立联系，是通过课程锻炼学生整体工程思维的关键点。然而，在实际的教学过程中，这些与地基处理相关的专业课程大多分布于不同的学期学年，导致课程教学缺乏相互间的联系，整体系统性不强，学生很难将所学专业知识融会贯通并在工程实践中灵活应用。

2.处理方法多、教学模式较单一。工程场区的多样性和区域性，决定了地基处理课程研究对象相对较多，不仅包括软土、杂填土、吹填土等软弱地基，还包括黄土、膨胀土、红黏土、冻土等特殊地基。处理对象的不同，衍生出不同的地基处理方法，如：预压法、置换法、复合地基法、振密挤密法等，而且还在不断发展中。虽然各种处理方法的基本原理不尽相同，但其总体目标是使土质由松变实，达到地基加固的目的。然而，处理对象的特殊性和施工方法的独特性，使得每种地基处理方法都具有一定的适用条件，如何在众多方法中选择出适宜于工程场区的地基处理方法，是实现学生能够由“课堂”走向“工程”的必要途径。实际教学中，课程讲授多采用“照本宣科”的单一模式，且侧重于各种地基处理方法的设计计算理论推导，严重脱离工程实际，学生在学习中往往感到枯燥乏味，学生的创新意思和实践动手能力更是难以得到锻炼和提高。

3.技术更新快、教学内容较陈旧。随着我国基础设施建设的迅猛发展，地基处理工程越来越多，各种新技术、新工艺及新方法不断涌现。例如：化学电渗法、微生物固化技术、水泥土复合桩技术、能源桩技术等。地基处理方法的发展趋势是更加强调环保、绿色和节能，且更偏重于多学科的融合。然而，目前地基处理课程教材由于编写出版的滞后性，很难反映工程领域的最新发展和动态，甚至部分教学内容所涉及的地基处理方法已远落后于工程实践，且应用较少，导致学生工作后参与地基处理工程无所适从，仍需花较长时间重新学习。此外，实际教学实践中受“科学理论主导”思维的影响，地基处理课程教学往往更偏重于各类方法的设计理论，而忽视了工程实践，缺乏完整系统的工程案例，对新方法新技术的地基处理案例的介绍更少，教学内容不能反映最新的工程技术和科研成果。

二、地基处理课程教学改革与创新

“整体工程”教育模式以整合能力、实践能力和创新能力为培养目标，实现了三个层面的有机结合：理论与实践的融合、知识与能力的协同、技术与非技术的平衡。基于这三层面的能力培养目标，对地基处理课程进行了以下四个方面的改革。

1.整合课程的理论体系。从“整体工程观”出发，系统分析各种地基处理方法与相关学科和其他专业课程的联系，引导学生建立专业知识的“纵向”体系。例如，在讲授排水固结法时，回溯土力学课程中的太沙基一维固结理论和地下水的渗流理论，并通过堆载预压工艺，启发学生思考排水固结法的新工艺真空预压法。在讲授加筋法时，回溯土力学课程的剪切理论和土木工程材料课程的土工格栅工程特性，通过水平加筋法的基本原理介绍，启发学生将该方法应用于边坡加筋挡墙和基坑土钉支护中。从而，锻炼学生在专业知识学习中的整体性和系统性。同时，针对课程本身内容，引导学生梳理各种地基处理方法的“横向”关联和异同。将常用地基处理方法概括为“挖”“换”“压”“夯”“挤”“拌”“喷”七字诀，以便于学生直观理解，并通过各种方法处理对象、适用条件、施工方法等方面的对比分析，促使学生开展地基处理方案的比选和优化设计，锻炼学生的综合分析和判断能力。

2.归纳式工程实践内容。不同于传统的演绎式教学法，鉴于地基处理课程实践性很强的特点，对于课程中每种地基处理方法采用归纳式的讲授方法，遵循从具体工程问题到抽象处治机理分析、从个别工程实例到一般类似工程处理的逻辑，与工程教育的实践属性保持一致，从而构建工程问题导向的学习模式，避免了理论教学与工程实践的脱节。此外，归纳式教学的运用有利于课程教学中介绍地基处理领域里的最新发展趋势和研究成果。通过对地基处理新技术新方法的介绍，能够较好的开阔学生的视野；利用这些新技术新方法的动画、视频演示，激发学生的学习兴趣，以解决教学内容落后于工程实际的问题。同时，通过地基处理工程实例新旧处理方法的选择和对比分析，综合讲解新旧处理方法之间的可行性和经济合理性，培养学生在从事地基处理工作的创新能力。

3.融合多样性教学方法。基于“整体工程教育”中知识、实践和沟通技能三维一体的培养模式，结合郑州大学城市地下空间工程专业地基处理课程特点，采用演绎法、归纳法、合作学习法和互动讨论法相融合的教学方法。如表2所示，采用演绎式的教学方法讲授各种地基处理方法的设计理论，但在理论推导中侧重于专业知识点的“纵向”和“横向”联系。在地基处理方法的原理和施工工艺方面，采用案例法由實际工程问题入手，引入各处理方法的加固机理；在技术原理和施工工艺讲授的基础上，将学生分组开展合作学习，学生间讨论地基处理方法的工程应用，提高学生的团队合作意识和相互交流能力。

具体工程实例开展教师与学生间的互动讨论，激发师生间的观点碰撞。如：通过常州港某散货堆场软土地基加固的工程实例，引导学生应用已学的地基处理原理知识，对该工程地基处理方案进行讨论；然后，根据工程设计要求，引导学生进一步确定可选的处治方案，并对每种方案的工程经济性、施工可行性、技术合理性进行比对，确定最终的处理方案。学生通过相互讨论以及和教师的交流，从中不仅提高分析问题和解决问题的能力，而且增强实践能力和人际沟通能力。

4.构建开放式考核方法。地基处理课程考核方式上采用“项目考核”与“开卷考试”相结合的开放式考核方法，以改变传统单一闭卷考试考核方法中学生死记硬背、脱离工程实际的弊端。“项目考核”即根据工程实例“互动讨论”教学中学生的参与度，按照项目处治方案设计、方案优化与实施、总结汇报3方面进行教师打分和学生相互打分，最大限度的发挥学生的主观能动性。“开卷考试”则是结合注册工程师制度，通过开放性题目的设置，考查学生整合专业知识、分析工程问题、解决实际问题的能力。最终，根据这两种考核方法的得分通过比例加权，综合评价学生学习结果。这种开放式的考核模式不仅能够促使学生自我提升和相互学习，而且可以达到教学资源利用的最大化和教学效果的最优化。

三、课程教学改革效果

基于“整体工程”教育理念的地基处理课程教学改革，通过整合课程内容体系，能够系统化、高效率地帮助学生掌握各种地基处理技术的基本理论知识，积极参与互动实践教学环节，有利于其专业素养、实践能力、创新意识和合作能力的培养，教学效果良好。

1.构建了培养学生“系统思维+整体意识”的课程内容体系。以课程内容纵横向知识点的整合，培养了学生作为未来土建类工程师所必备的工程素养和理论基础。

2.构建了突出学生能力培养的“归纳式”课程教学模式。具有工程教育“实践”属性的归纳式教学能够有效整合教学内容，帮助学生掌握课程知识体系，有利于学生分析问题、解决问题的能力。

3.构建了能够激发学生主观能动性的“知识+实践+技能”三维一体的课程教学体系。以系统化、实践化、多样化、互动化教学为主线，培养学生自我学习能力、实践能力以及团队合作能力，有利于其形成具有创新意识的大工程观。

4.尝试了一种体现“知识整合能力”的开放式考核模式。改变传统考核中学生被动学习、被动考核的局面，使其充分享受整合已学知识解决工程问题的乐趣，激发其学习的创造性和主动性。

四、结束语

地基处理作为“大土木工程类”专业一门重要的专业课程，具有较强的实践性和技术性。传统课程教学中往往存在过度科学化、工程性不强、脱离工程实际等问题。基于“整体工程”教育理念的地基处理课程教学改革，以课程内容系统化整合为平台，工程实践归纳式教学为抓手，以培养学生的知识整合、工程实践、应用创新和沟通协作能力为目标，改变传统教学体系、优化课程教学内容、创新教学模式，将“知识—实践—技能”有机融合，激发了学生的主动性和创造性，培养了学生的大工程观，教学效果得到明显改善。

参考文献：

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