《地下建筑结构》课程特点与大学生创新能力培养

丁克伟，汪东林

（安徽建筑工业学院 土木工程学院，安徽 合肥 230022）

一、引 言

随着人类社会城市化进程发展，城市地下空间的开发利用也日益得到重视，向地下要空间己成为城市发展的历史必然。实践表明，合理利用城市地下空间是改善城市生态环境的最有效途径，可以提高土地利用率和节省土地资源、实现交通立体分流、减 少 环 境 污 染 等 。[1，2]

随着合肥大建设的开展，各种地下商场、地下通道和地下管线工程得到高度重视。在2007年6月，合肥市启动了《合肥市城市快速轨道交通建设规划》及有关文件编制工作。根据规划，轨道交通远景线网总长达322.5公里，其中包括市区线路7条（全长215.3公里）和市域线5条（全长107.2公里），2012年6月合肥地铁1号线已全线开工建设。

安徽建筑工业学院作为一所服务地方建设的省属高校，为了培养具备高度专业知识，能够从事城市地下建筑结构设计、施工和管理的高级技术人才，在土木工程专业中开设了《地下建筑结构》，该课程是地下工程方向的主干课程，不仅能培养学生在地下结构方面的专业知识，而且也为后续的课程设计、实习和毕业设计顺利完成打下良好基础。

针对《地下建筑结构》课程实践性强的特点，要求学生既要有夯实的理论基础，又必须具备丰富的实践经验。同时随着新技术和新理论的不断更新以及城市建设的快速发展，对地下工程建设提出了新挑战，这就要求高校培养出来的人才必须具有一定的创新能力。

二、《地下建筑结构》课程特点和存在的问题

地下建筑结构是土木工程体系和地质体系的交叉课程[3，4]。涉及土建、地质、采 矿、力 学、测量 和勘查等多门学科，是一门对理论和实践要求都很高的综合性课程。面对复杂多变的地质环境，要保障地下建筑结构的安全性、经济性和合理性，就必须要求地下结构技术人员必须具备工程地质、材料学、土力学、岩石力学、水文学和测量学等多方面知识。

近年来，地下工程重大事故的频繁发生造成了大量人员伤亡和巨大经济损失，引起了工程界和教育界专业人士的高度重视和思考[5]。地下工程边界条件具有多变性、岩土体本构模型非线性和复杂性，力学参数也易受到外界环境和时间变化等因素影响。《地下建筑结构》作为土木工程专业地下方向课程体系中最为重要的组成部分，在教学方面也提出了更高的要求。

（一）课程横向跨度大

《地下建筑结构》是一门涉及弹性力学、塑性力学、材料力学、结构力学、土力学、岩石力学、水力学和工程地质等多门学科，综合性和实践性很强的学科。课程横向跨度大，涉及到相关领域和其它课程知识较多，体系十分庞大。一方面要求学生具备较为丰富的预备知识体系，尤其要在相关的力学知识方面有良好的理论基础，这也使得学生普遍反应《地下建筑结构》课程难以掌握；另一方面要求授课教师在力学、地质学、矿山学等诸多方面有着扎实的理论基础，而且具备丰富的现场实践经验，从而更增大了教学难度。

（二）教学内容多而学时少

《地下建筑结构》是土木工程专业中综合性很强的课程，该课程内容极为丰富、教学任务繁重。按照《地下建筑结构》教学大纲要求，其教学内容包括衬砌结构的荷载、弹性地基中结构物的计算、地层与地下结构的共同作用、隧道结构、浅埋式结构、附建式地下结构、盾构隧道和顶管隧道、沉井结构和沉管结构、喷锚结构、基坑围护工程，其中每个章节的知识点很多，教学任务繁重。然而，学校为了适应社会就业形势的发展，通过增加基础课程的教学内容增大学生知识面，扩大学生就业面，必然导致专业课程教学的学时被压缩。根据教学大纲要求，《地下建筑结构》仅有30个学时，难以保障将该课程教学任务。这形成了教学内容广泛而教学学时相对偏少之间的矛盾。

（三）实践教学方面薄弱

《地下建筑结构》作为一门实践性很强的学科，其实践性教学不容忽视。然而，实践性教学薄弱是该课程教学过程中的重要弊端。首先，教学课时的减少，往往首先减掉的是实验学时。其次，由于学校试验设备的限制，导致学生只能开展部分常规性的室内土工试验，而《地下建筑结构》大部分基础理论是建立在室内实验和现场测试基础上的。这种重理论、轻实践的教学模式往往导致学生理论知识不扎实、眼高手低和动手能力差，不利于地下结构技术人才的培养。

三、课程教学方法探讨

为了培养具有创新思想的实践性技术人才，转变现有教学模式，强化《地下建筑结构》实践性教学、激发学生学习兴趣，笔者在课题教学内容调整、优化教学手段和加强实践教学等方面对《地下建筑结构》课程开展探讨：

（一）调整教学内容

随着我国经济的飞速发展，各种大型地下工程不断涌现，新的测试方法、新设计理论、新技术和新施工工艺等各个方面在地下工程实践中得到了广泛应用，但现有的教材与实际工程有所脱节，不能及时反映这些新进展和新成果。为了及时把学科前沿动态的新成果反映在授课内容里，让学生了解和掌握地下工程新进展，可适当补充在地下工程建设中新技术和新理论等内容。例如，可以在教学过程中介绍城市地下水开采引起地面沉降；城市地铁修建工程中遇到的工程问题；非饱和土力学最新发展动态；复杂环境下超深基坑的设计与施工等问题，来激发他们对《地下建筑结构》课程学习的兴趣。

在课程教学中，不能仅局限于课本中的理论知识，需紧密结合各种相关设计规范开展教学，强化应用知识的教学。另一方面，《地下建筑结构》中部分内容与学生以前所学课程有交叉、重复之处，这要求教师避免重复性教学，在有限的教学学时中侧重进行新理论、新技术的讲解。

（二）合理利用多媒体教学

《地下建筑结构》是一门实践性很强的学科，而学生最为缺乏的是现场工程实践经验。由于学生对课程内容缺乏直观认识，导致学生在学习过程中往往出现重理论、轻实践的现象。因此，在教学过程中需要合理利用多媒体技术特长，通过图片、施工视频等手段，在教学过程中直观在学生面前展示地下结构工程涉及到的不良地质现象、现场测试技术、新施工机械和施工工艺、各种工程事故处理方法等内容，以此来加深学生对专业知识的理解和掌握。

（三）加强试验教学

土工实验是土木工程学科最为基本的研究手段之一，试验教学在《地下建筑结构》课程教学中有着不可代替的重要作用[6]。目前，随着国家对科研的重视，学校加大了实验室建设的投入。安徽建筑工业学院地下结构实验室建立了9.2m×5.2m×3m（长×宽×深）隧道模型试验系统，能动态模拟隧道在开挖过程中支护结构内力与地层变形。为了进一步加强地下结构实验室实力，学校购置了GDS三轴仪试验系统、冻土三轴试验机、分布式光纤应变监测系统、隧道超前地质预报系统、莱卡TM30自动测量机器人、桩基检测与分析系统等先进仪器设备。通过实验性教学展示，能让学生对新实验测试手段和新施工工艺有更为直观和具体的认识。

四、大学生创新能力培养

（一）成立科研兴趣小组，参与教师科研课题

培养学生对科研的兴趣是提高大学生创新能力的最为有效途径。在学生尝试开展科研过程中，不断发现问题，激发对《地下建筑结构》课程的爱好，让学生主动去学习，达到提高教学效果目的。笔者尝试着在08级土木工程专业地下方向班级成立了3个科研兴趣小组，分别为施工监测小组、数值计算小组和试验分析小组。积极引导学生参与到教师的科研课题中去，培养学生科研和创新能力。例如，在合肥市“长江中路地下通道浅埋暗挖施工监控及关键技术研究”课题中，课题组吸收了这3个科研兴趣小组正式参与到项目中，真正分配实际科研任务给同学完成，在教师悉心指导下，3个科研兴趣小组较好地完成了部分施工现场监测、室内土工试验和理论分析计算等任务。在参与科研项目过程中，学生通过工程实际问题的分析和解决，不仅提高了专业理论水平，还积累了较为丰富的工程实践经验。

（二）鼓励学生积极申报大学生科技创新基金项目

安徽建筑工业学院为了促进学校教学与科研良性互动，鼓励学生利用课余时间通过试验、理论分析和调查等形式开展具有一定创新意义的科学研究活动，学校每年组织学生申报大学生科技创新基金项目。教师应结合《地下建筑结构》课程教学内容，积极引导学生申报学校大学生科技创新基金项目。在指导教师帮助下，四名学生进行了《土体含水量对地基承载力影响分析》大学生创新课题研究，开展了土体在不同含水量情况下土体剪切和压缩试验研究，并根据理论计算，分析土体含水量发生变化时对地基承载力的影响。学生通过项目申报和研究内容实施，培养自身独立开展试验方案设计、实施并形成最终研究报告的能力，这样不仅激发了学习《地下建筑结构》课程的兴趣，而且培养了学生创新思想。

（三）立足土木专业特色，开展暑期“三下乡”社会实践活动

土木工程学院结合专业特色和实际工作情况，积极响应全国大学生 “三下乡”社会实践活动，开展“关注民生，关注热点，关注自然灾害”的社会实践主题。2012年成立暑期“三下乡”社会实践队巢湖分队和绩溪县地质灾害调研服务分队。在教师的带领下，巢湖分队主要考察了凤凰山、马家山、岠嶂山西坡等地行了一系列的地质调查与研究工作，观察了断层、土层、地层分布特征、岩浆的侵入构造；绩溪县分队主要考察了高速公路和山体隧道等建设点，主要在滑坡、潜在滑坡和隧道稳定性等方面展开调查。调查成果将以报告形式反馈给当地政府部门，为山区地质灾害防治工作提供参考意见。整过活动立足土木专业特色，与实践紧密结合，积极促进了学生动手能力和创新能力。

五、结 语

《地下建筑结构》课程具有综合性强、课程知识跨度大等特点，而教学学时少、学生学习难度大和实践性教学薄弱等问题。笔者结合自身教学经验和对《地下建筑结构》课程的认识，通过调整教学内容，开展多媒体教学和加强实验教学等方法来提高学生对《地下建筑结构》课程的学习兴趣。同时针对《地下建筑结构》课程特点，初步探讨了通过成立学生科研兴趣小组，鼓励学生积极申报大学生科技创新基金项目和立足土木专业特色开展实践活动等途径来培养大学生创新能力的方法。

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[1]龚晓南.21世纪岩土工程发展展望[J].岩土工程学报，2000，22（2）：238-242.

[2]汤康民.岩土工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2000.

[3]朱合华.地下建筑结构[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[4]孙晓明.《地下结构概论》课程教学改革的探讨[J].创新教育，2009，16，169-169.

[5]钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算[M].北京：水利电力出版社，1996.

[6]孙晓明.地下工程课程教学改革的思考和分析[J].高等建筑教育，2010，19（6），92-94.