基础工程线上教学的实践与思考

程晔 张丽芳 赵新铭 唐敢 王法武

南京航空航天大学民航学院土木与机场工程系，江苏 南京 211106

随着科技的进步，土木建设领域在快速发展的同时，技术变革加快，不断融合集成其他领域的先进技术，但面临的复杂工程问题层出不穷，这些都对土木工程专业毕业生的专业水准和综合素质提出了更高的要求。基础工程是土木工程专业的核心课程之一，学生将系统地学习各种浅基础、深基础的工作原理、设计计算方法及施工相关的技术问题。基础工程课程虽然在课程内容与课时匹配、教学模式、考核方式等方面存在不少问题，但随着以学生为中心、持续改进以及专业认证理念的深入实施，仍然不断建设完善，向“金课”建设目标努力。新冠肺炎疫情给教学提出了挑战，也给课程的建设带来了机遇。根据疫情期间授课的需要，课程组进行了线上课程的建设。我校的基础工程兼顾交通土建与建筑工程两个方向，这种情况在国内高校中比较少见，因而已有的课程线上教学授课资源很难直接利用，课程组只能根据课程目标及能力要求，自主建设线上教学授课资源。

一、课程目标及能力要求

根据专业认证要求，基于成果导向教育（Outcomes-Based Education，简称OBE）理念，毕业要求达成度指标由相应课程的目标达成度支撑。结合《华盛顿条约》的具体要求以及我校土木工程专业的具体情况，我们对毕业要求进行整体设计，重新构建了基础工程课程的教学大纲并设置了课程目标。基础工程的课程目标及能力要求主要包括1 项知识应用能力、2 项设计（开发）能力和1项工程与社会评价能力，具体如下。

1.掌握基础工程相关的专业知识，能通过文献研究，选择恰当的理论模型描述基础工程相关的复杂工程问题，对基础工程相关的模型进行推理、求解和分析，并获得有效结论。

2.能够根据工程项目要求和工程特点，考虑社会、经济、健康、安全、法律、文化及环境等因素，开展基础工程的设计方案可行性研究，提出优化解决方案，并体现创新意识。

3.能够根据规划、使用功能、地质条件等，在安全、环境、法律等现实约束条件下，对房屋、桥梁、道路、机场等土木工程项目所涉及的基础工程进行设计计算。

4.能够分析和评价基础工程的设计、施工及复杂问题的解决方案。

二、线上课程资源的建设

线上教学除需要做好PPT、录好课程视频外，更需要丰富的课程资源支撑。课程资源将支撑课程由课堂延伸到课外，由学校延伸到实践工程，学生学习不再受课堂空间和时间的限制。线上课程资源对于线上教学来说至关重要。

（一）典范工程案例视频

课程组收集了苏通大桥群桩基础、南京四桥沉井基础的设计和施工建造视频。教师通过视频介绍重大典范工程中基础建造设计和施工所克服的技术难题，有利于学生直观认识相对抽象的教学内容，可以增加学生的学习兴趣，提高学生的专业自豪感。

（二）工程案例设计图纸

课程组通过设计院收集了各类浅基础和桩基础的设计图纸，作为教学内容的补充，有助于学生掌握相对规范的基础工程图纸设计表达，同时为该课程的课程设计提供一定的支撑。

（三）相关规范

将基础工程相关最新规范的电子文档作为课程资料，有助于学生对相关课程知识进行深入学习，并作为设计计算时的支撑资料。这些资料主要包括：《建筑地基基础设计规范》《建筑桩基技术规范》《公路桥涵地基与基础设计规范》《建筑抗震设计规范》《混凝土结构设计规范》《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》等。

（四）讲义

课程组提供了主编教材以及针对课程教学内容制作的补充讲义的电子文档，配合教学进度使用。

（五）拓展知识资料

课程组整理了一些教材中没有的但课程体系涉及的一些知识资料，如工程地质勘查报告、水平力作用时单桩挠曲方程的完整求解过程、地基极限承载力计算理论等内容，但不完全局限于教材和教学内容，给学生深度学习和拓展学习提供一些支撑。

（六）课件

结合课程负责人、课程组在该领域的研究以及学术交流的收获，PPT 课件融入了自平衡桩基静载试验方法、后压浆桩、竹节桩、挤扩桩、根踺式沉井等工程新技术的内容，不完全局限于教材的内容，努力实现“以研促教、教研相长”，也借此培养学生的创新意识。

课程组对课件的内容和形式不断地修改、完善。针对线上教学，课程组将以往课堂教学中的部分板书内容也进行了调整，并将其纳入课件中。

三、线上教学的组织与实施

（一）教学组织

通过对各种线上教学工具进行对比，课程组确定线上教学主要采用超星学习通平台+QQ 组合。运用超星学习通平台录播课程视频、签到、讨论话题、布置和批改作业、检查学生的学习情况；运用QQ 群发布学习公告，进行视频在线答疑、学习反馈问卷调研，也可用QQ 私聊答疑。

（二）授课视频的录制

采用OCAM+视频剪辑软件的组合，可以实现授课语音与PPT 画面播放同步的视频录制，也可进行视频的合并与剪辑，但录课时存在着时长的控制问题。根据授课内容，原则上应尽量以知识点为单位录课，但如果部分单元章节的知识点过于琐碎，则以时长或章节为单位录课。

（三）答疑

在课程学习过程中，学生总是会产生一些疑问。学生可以在QQ群互相讨论，或者与教师在授课QQ群中交流。学生在经过讨论后提出的疑问，往往可能是教师教学中没有介绍清楚的，教师应查阅资料后慎重给出答复。因此可以说，答疑的过程既是帮助学生学习的过程，也是教师收集素材、总结分析课程教学效果的过程。

四、教学过程及作业的设计

（一）教学过程

教师应针对绪论、地基基础的设计原则等前导性基础知识，尽量多安排一些讨论话题，以激发学生兴趣，引导学生对一些感兴趣的问题进行思考，为后续学习打下基础。诸如：“为什么同一座桥梁可能出现两岸的基础分别是浅基础和深基础，而建筑工程不太容易出现这种情况？”“海洋结构物的基础设计中需要考虑哪些荷载？”等。

教师应针对系统性专业知识，注重与前期所学基础知识、专业知识相联系，尽量以具体的基础形式，结合工程实际，从施工、检测到设计计算，从结构构造到计算模型以及具体结构设计计算参数输入与输出，把相对零散的知识点串联起来。要注重基础的设计计算与力学原理的关联，引导学生尽量做到“知其然，知其所以然”。要注重引导学生进行前后类比和对比的学习，比如独立基础、筏形基础和群桩基础的抗冲切设计计算。

教师可针对教学内容，安排一部分的自学任务，如联合基础的设计。在讲授了独立基础的抗冲切、抗剪计算以及条形基础的静定分析方法等内容，学生有了一定知识储备后，可以安排自学这部分的内容。

（二）课后作业

作业是课堂的延伸。有针对性的作业能巩固和深化知识点，培养学生利用所学知识来分析和解决问题的能力。持续的课后作业，有助于学生保持良好的预习和复习的学习习惯，从而更加扎实地掌握和应用相关知识。

教师每次课后应布置一定量的作业，可以是填空、单选、多选、判断、简答、计算题等多种题型的作业，让学生回顾并进一步掌握知识点。教师要针对安排自学的内容布置作业，以提升学生的自学效果。此外，教师还可以布置一些拓展性题目，要求学生自主查阅相关资料后完成。

（三）基础方案比选大作业

专业评估（认证）非常强调培养学生解决复杂工程问题的能力。“复杂工程问题”具备以下特征之一：

1.必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决；2.涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能它们相互间有一定冲突；3.需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；4.不是仅靠常用方法就可以完全解决的；5.问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中；6.问题相关各方利益不完全一致；7.具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。

复杂工程问题不一定是工程自身所需技术难度大，更多时候是综合性的体现。为了提高学生解决复杂工程问题的能力，在课程接近结束时，课程组设计了一个开放式的大作业——基础方案比选，从实际工程中提取基础设计所需的荷载资料、底层柱网尺寸及配筋、场地工程地质资料，要求学生自主选择多个不同基础方案进行论证，最后选取某一方案应用于工程。

大作业以2～3 人的小团队形式完成，有较大的发挥空间。不同方案的比选过程需要学生充分考虑实际工程设计建造时多方面的影响因素，查阅相关资料，综合利用所学知识做出合理的论证和判断，不再局限于某一专项的计算分析。通过该环节的训练，着力锻炼学生综合运用所学知识解决复杂实际工程问题的能力。

当然，解决复杂实际工程的前提是学生能相对较扎实地掌握基础工程相关模型的求解和分析知识。在平时的课程教学中，教师应注重工程影响因素分析，通过授课、作业等环节强化学生的相关能力。

针对大作业，学生需要投入较多的时间才能完成。对于大作业的评判，课程组专门安排了答辩环节，通过各组的陈述、教师的点评，使学生对方案比选过程中的不足有进一步的认识。

五、线上教学的体会

虽然受新冠肺炎疫情所迫，我们进行了在线教学，但在教学过程中对线上教学的优势有很深的体会。

在线上教学平台，可以分类有序地建设课程资源。学生可以反复学习线上的各种学习资料，尤其是课程的教学视频，这对学生掌握重点难点知识有明显的帮助。通过在线的学习情况统计，可以看到学生在线学习的完成情况，部分学生用于某些知识点视频学习的时长较多，反刍比甚至会达到200%以上。

利用在线网络平台建成作业题库后，作业的发放和完成时间都可预先设定，这也减少了作业收缴统计的环节。客观题批改会自动进行，而对于简答、计算等主观题型，教师可要求学生手写作答并拍照上传。虽然主观题型批改和反馈仍需要投入大量的时间与精力，但基于网络平台的作业交互也为加强过程化考核奠定了很好的基础。

在线课程资源的建成，为课程进度的控制提供了缓冲地带，教师不再为教学内容多、课时少而苦恼，为控制进度，让部分授课内容“飞”起来，也会成为历史。为了适当提高课程难度，“课上1小时、课后3小时”的高标准学习模式有了实施的可能。开展课堂教学改革，进行探究式、启发式教学，使翻转课堂实施以及开放式专题任务的完成都有了一定的保障。

在线平台统计了学生的学习数据，这些数据有利于提高教师的教学水平。对于上面提到的学生学习某个知识点时间过长的问题，如果是因为讲授还不够清晰，教师则应进行相应的调整。对于某些习题，如出现共性的错误，教师也应及时分析，并在今后授课过程中加以注意。

六、结束语

以技术为中介的智慧教育，利用“互联网+”时代的大数据、移动互联、云计算等新技术构建信息化、智慧化、高效互动的课堂的时代已经到来。围绕着“金课”的“两性一度”的要求，在课程建设中必须始终坚持“持续改进”“提高学生解决复杂工程问题能力”等专业认证的理念，同时要加强以下方面的工作：

1.在今后的教学过程中，要注重学生创新能力的培养，不断融入最新工程应用、科研进展，对授课PPT、课程录播视频、作业题库等线上课程资源的完善和丰富是一个持续改进的过程。

2.教师对今后将开展的线上线下混合教学要不断地摸索和实践。围绕线上课程资源、课堂讲授，教师需要精心设计，做好课前、课堂以及课后各学习环节的准备、衔接和协调工作。

3.依托线上授课视频、作业等线上课程资源，在保证学习质量的前提下，应适当加大自学内容的比例。安排学生自主学习部分相对零散、枯燥的内容，如结构构造之类，或者前期有一定基础且难度相对合适的内容。

4.适当增加翻转课堂的课时，提前设计布置一些具有一定挑战度的探究性专题，使学生在掌握课程基本内容的基础上，开展探索分析，并进行汇报和研讨。

5.基于建构主义的教学方法，进一步优化基础方案比选大作业的内容，适当提前布置，实现任务驱动，激发学生的内在学习动机。

6.在不断提高平时学习要求的基础上，适当加大过程性考核的比重，使课程最终成绩能比较合理地体现学生的学习投入和学习成效。