启发式和案例式教学模式在基础工程课程中的应用分析

王英杰

（赤峰学院 资源环境与建筑工程学院，内蒙古 赤峰 024000）

基础工程是土木工程专业的核心专业基础课程，具有专业性、实践性和综合性强的特点。该课程与土力学、工程地质、材料力学、钢结构、混凝土结构等课程紧密联系，是建筑结构设计和工程抗震设计重要组成部分，对学生形成完整的结构设计知识体系以及日后从事结构设计工作都至关重要。该课程主要讲述的是地基与基础的类型及相应设计原则和设计方法，在荷载作用下地基的沉降以及建筑工程中常用的地基处理方法和原则。随着土建行业的快速发展，高层建筑、大跨桥梁等不断涌现，相应的建筑结构形式、地基条件也变得越来越复杂，这就要求土木工程专业必须全面牢地掌握基础知识。因此，在分析不同类型课程内容的基础上进行教学改革，通过引入启发式和案例式的教学方法来提升教学质量，让学生牢固掌握理论知识，提升学生的实践能力，为将来工作夯实基础。

现阶段基础工程教学过程中存在的问题。（1）教学内容与教学课时存在矛盾。随着工程技术的不断发展，基础工程课程内容和知识点不断增加，学生的学习内容也在不断地变多，但是课时却没有增加，学生在短时间内无法深入理解教学内容，势必会影响学生对本门课程的掌握及在日后工作中的应用。（2）教材更新速度慢。随着我国基础建设不断推进，城镇化建设不断加快，新的建筑材料、施工技术和设计方法不断涌现，行业规范也在不断更新[1]。很多教材虽然都已根据相应规范和条例进行了更改，但课本上的知识点不太全面，更新也非常慢，课本内部的知识也就无法跟上学习需求。（3）教学过程缺乏实践的支撑。当前基础工程课程的教学方式方法单一，缺乏实践，学生在课堂上不能理解所学理论知识，解决不了实际问题

1 启发式教学方法和案例式教学方法

1.1 启发式教学方法

启发式教学的根本是以学生为中心，这种高效的教学模式可以更好地激发学习兴趣，并让学生的思想处于活跃的状态，更加主动地进行思考，以便更好地掌握和消化知识。启发式教学方式让学生独立思考和处理问题，解决更多的问题，一般是由提出疑问、讨论、发言和总结构成。

1.2 案例式教学方法

案例教学法是一种获得理论与实践有效结合的教学模式，且教学中所用的案例需具有真实可信、客观生动、多样性及典型性等特点[2]。借助于案例式教学方法，展现实际工程场景，引导学生利用专业知识解决工程问题，不断深化学生专业思维，提高学习积极性和主动性，逐步积累，实现对本专业知识的理解和掌握，进而提高学习效果。

案例教学法的核心是通过选择合适的案例融入教学中，这不仅可以让学生提前接触不同类型的工程项目，更可以引发学生自身的兴趣，必要时也可根据发展情况来设计案例。

常见的案例分析法可为课堂案例和课外案例。课堂案例指的是课堂上讲述的例题。例如，将一个建筑工程的浅基础作为案例，让学生分组讨论，引导学生从地质条件、环境影响、施工技术和其他不同的方向入手评判，并给出结论。学生在分析和讨论的过程中，注重引导学生通过对案例的剖析和归纳总结，掌握分析问题和解决问题的方法和思路，提高解决问题的能力[3]。所谓的课外案例指的是以一个合适的工程项目为基础，分析建筑结构形式、荷载分布、场地情况和水文地质条件，让学生根据实际工程情况选择深基础形式，完成基础设计，并绘制施工图纸。这一类的案例综合性较强，很难在较短的时间内完成，学生可以通过小组讨论的方法进行分析、研究和设计。实施过程中学生通过查阅资料引发思考，进一步了解包括土力学、工程地质学、结构力学、混凝土原理和其他不同类型的问题，更好地熟悉相关的规范，最终掌握深基础设计方法，在课外案例中学有所获。

2 启发式教学和案例式教学在基础工程教学中的应用策略

启发式教学指的是在教学时学生为教学主体，引导学生学会独立思考问题，并在分析问题的基础上解决问题，触类旁通，激发学生的创新精神。于启发式教学是在分析课程内容重点原理和基本概念的基础上进行引导，更好地扩展学生的思维广度[4]。案例式教学指的是在基础工程课程教学的基础上融入工程案例，并让学生在案例中充当工程技术人员，并在查阅资料之后分析工程中可能会遇到的问题，并采用恰当的方法解决出现的问题，提升学生对专业知识技能的理解力。

2.1 设置课堂教学情境

如果将启发式教学融入基础工程课程中，就是要以学生为主体，在教学过程中结合多元化的教学方式培养学生的学习兴趣，活跃学生的思维，引导学生积极探究，充分发挥学生的主体地位，让学生全身心地投入学习中。在启发式教学中教师要根据教学内容和教学目标和情境进行导学，再在分析教学内容的基础上进行讲解[5]，并借助高效的问题引导学生进行思考，每当学生遇到一些困难时就在第一时间进行引导。或者采用分组讨论的方式让学生参与讨论，更好地提升学生的自觉性。在采用分组讨论的方式时在组内设置小组成员和组长，在讨论过程中锻炼学生的团队协作能力和协调能力。学生搜集相关资料，在讨论的过程中，阐述自己的观点和解决问题的方法，通过这种方式培养学生的主动学习习惯。丰富学生的知识结构和素养。

在基础工程课程教学过程中采用启发式教学，可以启发学生的思维方式，调动学习主动性，进而提升对该课程学习效果。此外，如果在教学过程中强化启发式教学的实施力度，不仅让学生更好地融入教学过程中，也会提高教师对基础工程课程的理解能力，提高该课程的教学质量。

2.2 提高学生的实践能力

采用课外案例和课堂案例相互结合的方式进行教学。在采用课堂案例时先设计一个比较简单的案例，并通过简化真实项目让学生掌握更多基础知识，再通过陈述问题将其融入不同类型的知识点，再让学生去消化和理解，会得到解决方案。

老师借助课外实践的方式进行教学。教师在参与课外实践时根据学生的学习水平和性格特征进行分组，保证小组内部分配的合理性。学生带着问题查询相关资料，提出解决方案。实践问题解决后让学生讲述心得体会，改进不足，由此提升学生自信心。在课后，借助自我实践提升知识综合应用能力。

教师积极鼓励和引导学生主动去应用所学知识。学生在明确学习目标基础上分析实践过程中存在的各类问题，采用合理的措施解决问题，以此培养学生的探究精神与创新精神。通过这样的方式，学生深入理解并掌握基础工程教学内容，提升解决问题的能力和实践能力。

课程中所选案例应源于实际工程项目。源于生活的案例更容易被学生接受，加深学生对所学知识的理解、提升专业素养并学以致用，使学生获得专业认同感。

教学过程中要求学生认真观察、仔细思考并提出解决问题的方法，以此培养学生从生活中和工程实践中，仔细观察、思考与研究的好习惯。

3 案例分析

基础工程教学中融入案例教学法的关键在于案例的选择。案例应以实际工程项目为载体，融入课程教学内容。教师从学生角度思考问题，指导学生理解和分析案例，以便培养学生的创新意识和创新思维。

3.1 确定基础工程设计概念

教师在运用案例分析法进行教学的过程中首先要明确基础工程的基本概念。在明确了概念和基本原理后，进行基础工程的设计。工程地基勘察中的钻探项目，为的是明确勘探地基土的物理性质并且绘制图层剖面图。在确定概念时需要在确定地基的基础上确定工程地基勘探中与钻孔相关的项目，如钻孔的位置、钻孔的数量、钻孔的深度、取样的内容和土质力学性质、土层剖面具体内容和其他不同类型项目的具体要求。在运用案例教学法时必须要让学生明确与基础工程设计有关的概念，才能熟悉与掌握工程设计有关内容。

此外，需要从多角度入手分析基础工程课程设计指导书。首先要确定工程的上部结构形式。本案例中运用的是四孔30m预应力钢筋混凝筒支持桥梁。桥面的宽度控制在一侧9m，两侧各加1.5m，同时注意将桥面的纵深坡度控制在1.5%。从水位看最终洪水的水位被控制在11.5m，常用的水位被控制在6.8m，河底的高度被控制在5.00m。在加工时重点采用钻孔灌注桩进行加工，桩身和混凝土强度的等级确定为C25，同时也需要确定抗压弹性模量[6]，从多个方面确定荷载标准，注意将人群中的荷载确定为 3.5kN/m2。

另外，重视荷载组合的原则，桥梁常见的荷载组合为主要荷载组合和附加荷载组合两个类型。两种荷载组合方式的计算首先要明确荷载类型。桥台基础、上部结构、台身和基础自重等不同类型的荷载为恒荷载。汽车和人群的荷载，可以将在后台上产生的土层压力称为可变荷载，另外考虑与支座摩擦力、制动力和其他不同类型有关的内容。荷载组合的最终目的是为了围绕地基的强度和变形的过程进行计算。

3.2 确定与基础工程有关的参数

表1显示了与土有关的物理和力学指标，从这些指标中找土到与基础工程之间的关系，计算确定工程量。

表1 土的物理和力学指标

图1 为工程中最常见的工程图纸，学生需要紧紧围绕着工程图纸进行分析和设计。除了要会分析相关的图纸，还需要将各种类型的计算参数融合在一起。如将砌筑石块和混凝土的重量控制在25kN时则需要将混凝土的重度控制在18kN，桥台支座上的预应力控制在1865.4N，并将距离前面墙壁的长度控制在0.43m。桥梁的跨度控制在29.13m，同时在计算支座摩擦阻力时则应该将摩擦的系数控制在f=0.05，必要时也应该将力度设定在支座上，方向则不需要被直接控制。

图1 常见的工程图

3.3 掌握正确的计算方法

在运用案例教学法进行教学时类似的案例会发挥非常重要的作用。每个学生都应该根据案例掌握正确的计算方法。在计算时需要掌握如下几点：第一，在计算制动力时，假设如果先在桥跨上布置荷载总量10%或者一辆车的30%的重量时则需要按照有关规定向支座传达动力的25%。第二，根据荷载发展的过程确定荷载组合。在计算荷载组合时应该先分析不同类型的荷载组合，先让同学采用手工计算的方式，再配合计算机进行计算，对比计算结果。并根据内部大量的内力为基础来进行设计和计算，重点是要明确土体的深度。第三，如果需要在后台进行计算时需要先确定摩擦角和粘聚力，并将台背和摩擦角的内容控制在一定的角度。

3.4 反馈教学成果

在完成整个教学过程结束之后需更新教学成果。第一，根据工程案例得出计算书一份。第二，绘制施工图纸一份，施工图中应是由桥台纵剖面图、承台钢筋平面布置图、钢筋大样图和其他不同类型的内容构成。这一个环节是案例教学中非常重要的一个部分，因为包括老师和同学都不太知道自己掌握的具体情况，所以需要借助这样的施工图纸来确定教学成果[7]。

3.5 案例教学法的反思

以上即是利用案例式教学法进行基础工程教学设计的过程。教师可以通过此方法让同学们深刻的理解案例和其中蕴含的概念、知识内容和解决方法。如果仅采用简单的教学方法进行教学，学生只能简单地理解其中的理论，而借助案例式教学法进行教学则可以让学生将理论与实践相结合，深刻领悟知识内容并学以致用。

相较于普通的教学方法，案例式教学法也具备一定的启发性，可以让学生准备把握相关概念。教师可以通过案例式教学方法提升教学质量，学生可以通过案例式教学方法提升学习质量。一方面学生可以借助案例将所学知识与实践结合，有效的理解教学内容；另一方面，教师通过案例式教学方法提升教学质量及教学效果。

4 结束语

综上所述，将启发式和案例式教学方法融入基础工程课程的教学中能够发挥很大的作用。广大教师在教学时应该借助启发式教学和案例式教学的方式来设置合适的教学情境，在吸引学生学习的基础上增加学习兴趣、提升自主学习能力，同时引导学生在课外时间提升自身专业技能，培养学生的协作能力和协调能力，让学生学会高效地解决问题，最终提升学生的综合素质。