研究生“地下结构工程”教学案例库建设

原华，郑伟，刘康

（1.河南大学 土木建筑学院，河南 开封；2. 河南大学 岩土与轨道交通工程研究所，河南 开封）

一 引言

我国在基础设施建设和城市化方面的高速发展，对工程技术类人才的需求提出了更高的要求；促使土木水利专业学位研究生教育应以培养本领域应用型、复合型、高层次专门人才为宗旨[1,2]。为此，2015年教育部发文明确要求各高校要加强专业学位研究生案例教学，要开发和形成一大批基于真实情境、符合案例教学要求、与国际接轨的高质量教学案例。

案例教学应用到高等教育始于19世纪70年代的哈佛大学。由于前期积累较少，能直接用于专业学位研究生教育的成熟、优质案例库并不多。目前中国专业学位教学案例中心仅建成工商管理、公共管理、会计、教育、法律、临床医学6个专业学位案例库，尚缺少土木水利专业学位案例库。在土木水利专业学位研究生培养过程中，国外工程案例因规范、标准与国内具有巨大差异而难以直接引入。因此，迫切需要建设基于真实情境、符合案例教学要求、注重理论与实践相结合的高质量教学案例库[3]。

国家最高科技奖获得者钱七虎院士曾说，21世纪是“地下空间”的世纪。《地下结构工程》是土木工程（地下方向）专业本科、岩土工程/地下结构专业学术型研究生、岩土工程或地下结构方向土木水利专业学位研究生的专业必修课，其研究对象涉及领域较广，课程内容丰富，实践性、应用性强，教学中亟需将理论教学与系统、真实、典型的工程案例库教学相结合。

本文基于《地下结构工程》课程的特点，结合土木水利专业学位研究生的实际教学需要，对构建科学合理、基于真实情境、理论与实践相结合的地下结构工程案例库的思路进行探讨[4-6]。旨在提升案例教学水平，增加学生学习积极性和创造性，提高学生自主学习和分析问题的能力，培养专业学位研究生的工程实践与应用能力[7]。

二 教学中存在的主要问题

地下结构工程是一门综合性很强的课程，具有涉及范围广、内容繁杂等特点，许多复杂、繁琐的公式贯穿始终，力学功底较薄弱的学生很难掌握，很容易使学生产生畏难和厌学的情绪。冗长的公式让学生感到课程枯燥无味，很容易出现上课打瞌睡、作业抄袭应付等严重不良现象。基于笔者真实的授课感受，通过将实际授课效果与预期教学目标之间的严格对比，将目前该课程教学中存在的主要问题汇总如下。

（一） 考核机制不健全

当前《地下结构工程》课程主要采取期末考试、考察或课程设计的方式进行考核，考核机制不健全，考核形式单一。冗长的解析公式，因计算量大，单纯手算困难，不便于出计算题。以课程设计方式结课时，学生多选用成熟的商业设计软件，设计计算书也直接从软件导出；不清楚如何根据某实际工程案例进行正确的参数输入；输入参数混乱，不具备基于理论知识评判软件输出结果对错与否的能力。大多数学生的课程设计成果雷同，致使课程成绩缺乏区分度，难以反映学生对本课程掌握的真实程度。

（二） 与工程实践严重脱节

较强的工程实践性是地下结构工程课程显著的特点。然而受各种因素制约，该课程现在主要以传授书本知识和讲解PPT课件为主，学生在上课时只能看着教材或课件想象，缺少一个动态、直接的感官；学生无法置身于真情实景中，体现不出该课程理论与实践相结合的特点，也不符合基于成果导向的OBE（outcomes-based education）工程教育理念[8]。学生缺乏学习热情和分析问题的能力，更谈不上培养专业学位研究生的工程实践与应用能力。因此，建设与时俱进、科学合理的高质量案例库，并使其融入到课堂教学中的工作迫在眉睫。

三 案例库建设方案

（一） 案例库建设思路

（1）资料收集与筛选。通过网络搜索、文献查找、书籍阅读、工程现场实地考察等途径，搜集国内外典型地下结构工程案例资料，并对其进行初步筛选。（2）要点提炼与素材整合。运用地下结构工程设计原理对案例资料进行深入剖析，提炼案例要点，基于要点延展相关知识点；结合教学要求、教学重点及难点，对案例资料进行编排和再创造，使之符合课堂教学规律。（3）案例库编制。将图片、文本、视频、图纸融为一体，更新补充教学内容，形成一套基于真实情境、系统、典型的地下结构工程案例库。案例教学和启发式教学并用，激发学生兴趣，锻炼学生发现、分析和解决复杂工程问题的能力，提升课堂教学效果[9,10]。

（二） 案例库特色与创新

（1）理论与实践相结合。本案例库中的案例与各章节理论上的知识点、重点和难点严格对应。在理论教学过程中穿插案例教学，从而建立起理论教学与工程实践之间的联系。（2）学业、职业导师共建。案例库由学业导师和职业导师共同建设，从“设计、施工、监测”三个不同的视角剖析地下结构工程案例，尤其是典型地下工程事故案例的原因。（3） 形式多样，点面结合。根据每个案例要表达的内容及提炼的知识点，合理选择案例的呈现形式（视频案例或文本案例）。每个工程设计案例涉及1种型式的地下结构，并对应于《地下结构工程》课程的1章，相当于“点”；而工程事故案例的综合性较强，某个事故案例可能同时涉及几种型式的地下结构，引发事故的原因可能多方面，属于“面”。点面相互结合，引导研究生发现问题、分析问题、解决问题，进而掌握理论、形成观点、构建体系、提高能力。（4）案例的典型性、先进性、时效性。本案例库所选案例基本涵盖了所有型式的地下结构工程。既有国内重大工程，也有国际重大工程，既有“成功”的工程设计案例，又有“失败”的工程事故案例。案例所覆盖的结构型式较广，涉及的地域面积大。考虑到与国际接轨，案例同时兼具典型性、先进性和时效性的特点。

四 案例库架构及内容

案例库由目录和一个个具体的案例构成。目录不仅包括案例名称，且注明案例对应的要点和拓展的相关知识点。授课期间，可根据拟讲授的知识点，适当引入工程案例。

表1 案例库中工程设计案例清单

表2 国内外典型基坑工程事故案例

每个案例包括：提炼的要点及相关理论知识点、工程概况、地质条件、地下结构设计施工或监测资料、案例总结等。

所建案例库分工程设计案例和工程事故案例两部分。通过查阅文献、现场收集等方式，共甄选10个工程设计案例（见表1）；涉及深基坑工程、浅埋地下结构、盾构隧道、沉管结构、顶管工程结构、沉井结构、沉箱结构、地下连续墙、新奥法隧道、岩石巷道10种地下结构；基本涵盖了所有常见型式的地下结构工程。根据典型性、先进性和时效性的原则，遴选4个工程事故案例（见表2），主要集中于基坑工程；包括国外地下连续墙支护的深基坑工程事故案例1个、国内地下连续墙支护的深基坑工程事故案例2个、国内桩锚支护深基坑事故案例1个。

该案例库主要应用于本校土木水利专业学位研究生及土木工程各二级学科学术型研究生的课程教学中。案例库对于土木工程专业本科生专业必修课基础工程、基础与支挡结构、城市地下空间规划与设计的课堂教学，也具有极强的借鉴意义和应用价值。

五 结语

地下结构工程案例库的建设并非简单地将工程项目的设计图纸、监测报告以及科研项目实验报告原封不动地组合，必须结合理论教学目标和教学大纲进行深入的案例剖析。案例库的建设是一项艰巨的长期任务，需要循序渐进、逐步完善、适时补充。

在课堂教学中引入工程案例教学模块，对典型工程案例进行讲解和讨论，不仅可使研究生课程教学过程更加生动有趣，学生学习兴趣大幅提高，激发其自主学习热情，有效扭转目前的教学现状，避免传统教学模式造成的不良教学效果，而且可以通过解决实际工程问题使学生的工程认知性得到提升，从而促进了专业学位研究生教育培养“应用型、复合型、高层次专门人才”这一目标的实现。