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［摘要］結合我校開展的全日制碩士專業學位研究生“地下工程結構案例庫建設”教育教學改革項目，課題組就工科院校地下工程結構的課程特點、案例庫教學方法的實施辦法進行了研究，就改革實踐過程中出現的有關問題進行了系統的思考和探討，可為相關工科碩士專業學位研究生課程的“教”與“學”兩方面提供參考。

［關鍵詞］地下工程結構；教學改革；案例教學法

地下工程結構是面向我校土木與建筑工程全日制碩士專業學位研究生開設的一門重要的專業課，每年開設一輪，每輪選修學生一般在10人左右。本課程綜合利用數學、力學等基礎知識和巖石力學、土力學、混凝土結構等應用性知識，以及彈塑性力學、有限單元法等數值模擬技術和數據處理技術等多方面的知識，對地下工程結構涉及的基本概念、基本理論和設計計算方法開展系統介紹和講授。本課程的教學開展，不僅僅對學生數學、力學基本知識有較高的要求，也是對其所學的巖石力學、混凝土結構等課程知識的掌握和熟練程度的綜合考驗。本課程的特點是理論與實踐并重，所涉及的數學、力學知識較多，且與工程實際聯系密切，工程實踐性強，基本理論、基本概念和基本計算多而雜。從教學效果來看，多數學生普遍反映本課程知識點多面廣，難度較大，采用傳統的教學方法很難收到較好的教學效果。為了激發學生的學習興趣，著力提高地下工程結構課程的教學效果，我校近年來開展了以“地下工程結構案例庫建設”為題的教育教學改革項目。本教學改革項目強調從緒論課的講授入手，深度整合課程教學內容，綜合采用以案例教學為主的新型教學方法，并就考核方式等進行了系統的研究。現就教學改革實踐過程中的有關思考和取得的成效加以總結，可供國內相關專業學位研究生的課程教學工作提供參考。

一、講好緒論課，提高學生的學習興趣

俗話說良好的開端是成功的一半，事實也多次證明緒論課的講授情況如何對于能否提高大家的學習興趣，乃至對課程的整體教學效果具有至關重要的影響[1]。為了激發學生的學習興趣，我們從教學環節安排、教學內容整合、教學流程控制等方面全方位、多角度地精心準備。在緒論課講授時，我們一方面利用視頻講解等先進手段，結合近年來國內外在地下工程結構方面所開展的重大工程（如港珠澳大橋工程、紅谷沉管隧道工程、重要城市地鐵工程、南水北調中線穿黃隧洞工程等），就本課程所涉及的基本理論和專業知識做提綱挈領的介紹。通過展示和介紹，多數同學能夠明白本課程將要學習的知識和內容是有用的、有趣的，所學知識和工程現場的聯系是密切的，在工程實踐上是能派上用場的。另一方面，在緒論課講授中我們還就本課程的特點和要求，結合學生的實際情況，就大家需要補充或加強的數學、力學知識儲備以及擬采用的教學方法和教學實施步驟跟學生進行充分的溝通、說明。與此同時，我們還廣泛征求學生的意見和建議，提高學生的積極性、參與度和代入感，為課程教學的后續實施創造一個良好的氛圍。幾輪教學實踐證明，通過緒論課從形式到內容以及具體的教學實施等一系列改進工作，極大地調動了廣大學生學習本課程的熱情。

二、整合教學內容，注重案例式教學方式的應用

前已述及地下工程結構所涉及的教學內容點多面廣且繁雜，我們根據地下工程結構教學內容的具體情況，把教學內容整合成理論基礎和工程實踐兩大塊。以往在進行本課程講授時，這兩部分內容分開講授，兩塊內容并重，學生們普遍反映第一部分內容理論性太強，而第二部分內容實踐性強且內容過于寬泛，造成所謂“理論與實踐兩張皮”，不能形成有效的連接。為了提高大家的理解和接受能力，在對本課程進行教學改革的過程中，我們以案例教學法為主，進行了如下有益的嘗試。（一）將理論內容融入工程案例中穿叉講授。現有的地下工程結構教學內容理論部分主要涉及基本概念、基本原理和計算方法以及結構可靠度理論等幾部分內容。上述內容除結構可靠度理論具有一定的獨立性外，其他內容都是基礎性和概略性內容，與后續工程實踐聯系緊密，是學生學習、掌握知識點和后續從事具體工程實踐的基礎與前提。為此，我們在教學改革中嘗試把這些內容穿插到工程案例中一并講授。具體的做法就是以工程案例為背景和切入點，把涉及的基本概念、基本原理、具體的設計計算模型與方法流程等內容按重要性和聯系的密切程度不同抽絲剝繭地分類、分層次地引導學生去尋求答案，并對重要部分或難度較大的地方進行適度講解。通過這種教學方式的應用，學生普遍反映所學內容能夠理論聯系實際，通過具體的工程案例就可以把復雜的、煩瑣的基本概念、基本理論和計算流程等內容串聯在一起，收效良好。（二）精選案例精選案例，采用案例教學，以案說法。在傳統的教學模式下，課堂講授內容與工程實踐嚴重脫節。教師教學環節多采用“填鴨式”一言堂的教學模式，課堂氣氛沉悶，毫無生氣可言，教學效果之差可想而知。這不僅與當今大力提倡的素質教育潮流格格不入[1]，也不符合《教育部關于做好全日制碩士專業學位研究生培養工作的若干意見》（教研〔2009〕1號）所給出的培養模式和培養質量要求[2]。案例教學法[3-4]則可以較好地避免傳統教學方法的不足。這一教學法是由哈佛大學法學院前院長克里斯托弗•格倫姆布斯•朗道爾教授（CCLangdell）于1870年率先創立并開始使用的。20世紀80年代，案例教學開始引入我國，目前已得到了廣泛的應用，其效果顯著，日益為國人所熟知和接受，其應用范圍也逐漸擴大到法律、企業管理、醫學、數學、礦山工程、地下建筑工程等眾多領域[3-9]。具體到地下工程結構案例教學而言，就是在課程中選用一些經典的工程實例，結合工程反映出來的問題從概念、原理、方法、流程等層面進行分析討論，讓學生產生一種身臨其境的直觀認知，進而對所涉及的概念原理方法等知識有深刻的理解、認識和掌握。地下工程結構的工程實踐教學涉及淺埋式地下結構、基坑圍護結構、逆作法結構、沉井結構、沉管結構、整體式隧道結構、盾構隧道結構、頂管與箱涵結構等內容。這些內容又涉及較多的數學、力學基礎課程知識和土力學、巖石力學及混凝土結構等相關專業內容。在有限的學時條件下，我們采用案例式教學法進行講授，效果良好。對于某一具體的教學內容，我們通常的做法是結合國內外典型的工程實例，就這一類型的工程結構所涉及的基本概念、基本計算理論和方法、流程進行講解。在長期的建設和發展過程中，國內外積累了大量的工程案例可供教學選擇[10]。下面我們以沉管結構為例進行具體說明。沉管結構是一種重要的地下工程結構，是穿越江河、海峽的一種形式，在世界范圍內有著較為廣泛的應用和良好的前景。目前世界上沉管隧道技術靠前的國家有美國、荷蘭和日本。中國作為后起之秀，先后建成了多座交通或市政沉管隧道。目前已建成通車的港珠澳大橋海底隧道[11]（見圖1）是世界最長的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道，也是我國第一條外海沉管隧道。港珠澳大橋海底部分約5664米，由33節巨型沉管和1個合龍段最終接頭組成，最大安裝水深超過40米。我們結合港珠澳大橋海底隧道工程，就如下問題引導學生分析探究：（1）什么是沉管結構？沉管隧道的施工原理是什么？沉管結構常見類型有哪些？（2）沉管結構與盾構法隧道相比有何特點？（3）沉管結構設計時應該考慮哪些因素，應堅持哪些設計原則？（4）沉管管段制作有哪些要求，應采取哪些必要的技術措施？（5）沉管管段設計時荷載及其組合是如何確定的？結構計算過程是怎樣的？管段斷面設計有哪些要求？管節長度和分段要求如何？具體的細部構造要求有哪些？（6）管段接頭、管節接頭和最終接頭有哪些特點和一般要求？具體做法如何實現？（7）管段防水、排水是如何處理的？（8）沉管出塢、浮運、沉放過程中有哪些技術要求或方法？（9）沉管管段水力壓接是怎樣一個過程？管段連接質量如何保證？（10）沉管基礎處理的目的是什么，有哪些要求和具體做法？（11）該沉管工程施工過程中遇到了哪些困難，這些困難是如何克服的，對于其他類似工程有何啟示或值得借鑒的地方？多輪教學實踐表明，多數學生通過集中觀看與該案例相關的視頻（如中央電視臺科教頻道制作的專題節目《沉管隧道建成記》和紀錄片《港珠澳大橋》等）、幻燈片等形式，都能夠充分利用課上和課下時間擴展閱讀教材和其他相關媒體資料，對該案例進行解讀、體驗、闡釋[6]，基本上能對上述有關問題做出一定程度的了解、分析、把握和解答。然后經過課堂交流環節的師生交流、生生交流產生思維碰撞，案例所裹挾的新的知識與學生的已有知識產生正面對接，學生在身臨其境中感知到所學知識的實在感與應用性。這樣一來，大家不僅對其中所涉及的數學力學知識有了更多的認識，對所涉及的土力學和混凝土結構方面的知識能夠做出對照，進而有針對性地復習強化某些具體的知識點，同時還能增強民族自信心和自豪感，提高學好本課程的信心和決心。1港珠澳大橋海底隧道（三）案例庫建設框案例庫建設框架。應該指出，案例庫建設與其他項目建設類似，不是一蹴而就的，總需要有一個過程。在建設過程中涉及建設目的的明確，建設框架的確定，建設原則的細化，案例庫的充實、更新與優化調整等多個層面，工作頭緒多，任務雜。應以保證質量為前提，在保證基本知識體系不變或變化不大的同時，更要注重與時俱進，加強針對性和時效性。為此，我們初步擬定本課程案例庫建設所采用的基本框架（見圖2）。其中，案例選取的綜合性原則是指所選結構某個案例一般不單單包括某一方面的具體結構，有可能包括多種地下結構形式，相應的支護或加固模式對于同一案例也可能出現多種選擇或多種形式并存的現象。另外，案例選取的針對性原則是指所選案例既有成功的案例，也有負面的失敗的案例。正反兩方面案例的學習，使大家不僅能品嘗到典型案例的成功經驗，也能體會到失敗案例所帶來的教訓，從而引以為戒，避免今后從事實際工作時出現類似的錯誤或不恰當的舉措。

三、改革考核方式，重視對學生能力和素質的考查

考核作為教學工作的最后一環，其目的在于檢驗教師教學效果和學生學習成效[1]。經過一段時間的摸索，在我們所采用的考核方式中，學生成績一般由平時成績和期末成績兩部分構成，所占比重各為50%。為了培養大家的學習能力和工程素養，我們在考核時必須體現過程考核，因此特別加入了典型工程案例搜集整理水平和教學意見、建議與反饋兩部分內容，兩者在平時成績中所占比重分別為70%和30%。作為過程考核的體現，前者能夠檢驗大家對地下工程結構案例的認知、基本概念的理解、基本原理的準確把握和靈活應用程度，鍛煉學生的靈活的分析能力、高度的概括能力和敏銳的洞察力[10]，同時也便于將學生制作較好的案例適當充實進現有案例庫。而教學意見、建議與反饋，能夠及時把本輪課程教學過程中發現的不足與值得改進的地方以及良好的建議反饋給教師，教師根據學生反饋開展教學反思，并結合新技術、新工藝、新近工程與時俱進地做出相應的調整和改進[8]，可為下一屆學生的學習提供有益參考。期末考核時，我們一般給學生每人選取一個國內外典型的工程案例，讓學生就該案例所涉及的基本概念、基本原理和方法流程等內容拓展成可用于教學實踐的案例形式。這樣，整個教學和考核環節也就變成了所謂的以案例學案例、以案例體現案例[7]，進而以案例豐富案例的良性建設過程。

四、結論

地下工程結構是一門廣泛應用數學、力學知識，綜合運用土力學、巖石力學和混凝土結構等應用性學科知識分析處理地下工程建設中所涉及的結構設計、分析和診斷等實踐問題的課程。本課程教學成效對于土木與建筑工程碩士專業學位研究生的培養質量有著重要的影響。本文把我們在地下工程結構教學改革實踐中的一些思考和做法進行了總結，目的在于拋磚引玉，希望對廣大專業碩士學位研究生課程的“教”與“學”的順利開展有所幫助。

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［11］港珠澳大橋海底隧道［EB/OL］.［2020-02-20］

作者:韓憲軍 王立平 單位:河南理工大學土木工程學院