新工科背景下基础工程线上教学新模式探索

杨晓松 杨保存 黎 亮 王 荣 李宏伟

（塔里木大学水利与建筑工程学院， 新疆 阿拉尔 843300；塔里木大学南疆岩土工程研究中心， 新疆 阿拉尔 843300）

在新工科专业建设过程中，原来的认同和路径被打破。在新经济环境下，新型学科专业建设路径将是“预测未来人才市场需求-改造升级现有专业-调整完善现有学科”[1]。随着我国经济的发展和现代化建设事业的推进，需要在各个地区、各种地质条件的地基上建造铁路、公路、桥梁和隧道等基础设施。由于地质条件的复杂性、建筑规模的扩大以及安全使用条件等级的提高，越来越多的土木工程问题出现。土木工程实践对大学生的创新能力和应用能力要求越来越高。新工科建设需要培养实践能力和创新能力强，具备国际竞争力的高素质复合型人才。原有的教学模式已严重不能满足新工科人才培养的目标。本文基于基础工程设计实践，结合基础工程知识体系和课程体系特点，积极探索线上教学新模式，为土木工程综合性人才培养创造条件。

1 课程特点

1.1 知识综合性强

《基础工程》是塔里木大学土木工程专业的一门专业必修课。该课程主要是讲解建筑物地基基础的工作原理和结构设计，涉及地基勘察、天然地基浅基础结构设计、深基础、基坑开挖和地基处理等相关知识内容。课程内容广泛，体系完整，知识综合性强，涵盖了材料力学、土力学和结构力学等专业课程的相关知识内容。比如，偏心荷载作用下基础底面压力的计算需要用到土力学课程的知识；柱下条形基础内力计算的倒梁法属于结构力学的基本理论研究内容。各部分的计算公式和关键参数较多，不同的条件下同一公式不同参数的选取原则不尽相同。在具体设计的操作过程中，学生需要综合掌握和运用前期所学各门课程知识。

1.2 经验占比高

《基础工程》是一门实践性很强的学科，理论上的计算主要用于指导工程实践，同时还需要接受实践的检验。目前，很多的基础工程设计方法理论上被认为是可行，但是具体操作中却无法完成，只能在分析计算中引用一部分前提和假设，把握关键因素的作用，忽略次要因素的影响，并尽量结合工程经验，通过调整参数选取和计算的方式，减小理论与实际的各种误差[2][3]。例如，基础的设计需要充分考虑建筑物上部结构系统-基础-下部地基的相互作用，三者组成一个完整的建筑设计体系。结合土力学、材料力学和结构力学的知识，在理论上对三者相互作用条件下基础底面压力的分布形式进行了充分的分析，然而由于土体工程力学性质的特殊性和复杂性，实际上还没有一种完善的计算方法对各类地基条件下的基础底面压力大小与分布给出令人满意的解答。在温克尔地基模型的计算过程中，也是通过对地基抗力系数按经验方法进行适当修正以有效减小误差。因此，在具体的工程设计中，很多工作人员提出“构造为主，计算为辅”的设计原则，即根据实际工程提供的经验与方法设计基础的结构与构造，再辅以各类理论计算作校核[4]。学生刚刚完成专业基础课程的学习，工程经验严重不足，探索一种适用、有效的方法进行课程教学，在理论教学的同时辅以工程经验的判断尤为重要。

2 线上教学新模式构建

2.1 理论-规范-经验相结合

大量工程经验的总结成果虽然已不列入《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2011）中，但仍然是有价值的参考资料，便于初步设计时参考[5]。

在线上课堂教学模式的设计中0.，针对关键设计步骤，通过细化课件内容，采用理论-规范-经验相结合的授课方法，在仔细讲解设计理论和规范准绳的同时，辅以工程经验的判断，将收到事半功倍的效果。比如，在竖向偏心荷载作用下，天然地基浅基础基础底面面积积和长宽尺寸的确定，需要采用试算的方法，并满足相应基底压力的均值和最大值分别小于且足够接近地基承载力特征值和1.2 倍地基承载力特征值。如果不满足要求，需要重新调整面积，重复地基承载力特征值校核过程。在30%的基础底面面积调整范围内进行试算，工作量较多。工程经验告诉我们，基底面积调整幅度的大小，可以参考校核过程中基底压力与地基承载力的差值大小，即在满足地基承载力要求条件下，如果差值较大，可适当较大幅度减小基底面积，从而减少重复计算过程，提高设计效率。在具体的教学过程中，我们可以先仔细讲解地基承载力确定方法、地基承载力校核方法和基底面积确定原则，引入相应规范的各种要求，让学生明晰各部分之间的联系。在此基础上，以举例分析的形式介绍具体设计过程中工程经验的有效采用。

2.2 理论讲解-案例分析相结合

理论-规范-经验相结合的授课模式能够深化学生对基础工程设计原理的理解。《基础工程》课程实践性强，内容涵盖学科范围广，综合性强。多届学生的课程设计、试卷考核和毕业设计成果都存在对基础设计方法缺乏整体把握的问题。设计计算过程中无法综合考虑持力层的选择、地基承载力的确定、基础选型、基础尺寸和基础配筋等设计部分。理论知识无法有效用于设计指导。比如，基底压力的计算过程中，基础底面抵抗矩的确定如果生搬硬套材料力学的方法而不考虑基础受荷特点，肯定会出现错误。在授课过程中，每完成某种基础类型设计原理的讲解，我们可以对优选的工程案例进行设计分析，细心讲解设计步骤和涉及到的相关学科知识点，总结容易出现错误的地方、原因和纠正方法。同时，可以将学生按4-5 人一组，采用课下小组讨论的形式组织线上小案例分析。对于疑难问题，学生可先进行小组讨论，只有在得不到满意答案时可向老师请教。重视案例分析，理论讲解-案例分析相结合的授课方法能很好的弥补学生工程设计经验的不足。

3 总结

如何使学生通过有限学时的线上教学深入理解并掌握基础工程设计原理与方法，提高土木工程专业大学生的创新能力、应用能力和综合素质， 对新工科背景下线上教学新模式进行探讨具有重要的现实意义。构建理论-规范-经验相结合和理论讲解-案例分析相结合的教学新模式突出了课程实践性和综合性强的特点，有利于提升专业课程学习效果，培养学生综合运用多学科知识整体分析和把握问题的能力。