張浩 宋衛(wèi)康

摘要：文章針對地基處理課程的特點和教學過程中存在的問題，探討了整體工程教育理念在地基處理課程教學改革中的應用，分別通過課程內容系統(tǒng)化整合、工程實踐歸納式教學、教學方法多樣化融合、課程考核開放性構建4個方面對地基處理課程教學進行改革探索。實踐證明，“知識-實踐-技能”三維一體的整體工程教育教學模式在地基處理課程教學中可以取得良好的效果。

關鍵詞：整體工程教育；地基處理；教學模式；教學改革

中圖分類號：TU4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）39-0133-03

整體工程（Holistic Engineering）教育理念是在20世紀90年代歐美工程教育“回歸工程實踐”浪潮下，由賓夕法尼亞大學教授Joseph Bordogna提出的。該教育理念是基于“工程就是出于某種目的而整合所有知識”的理論前提，結合工程實踐，利用學校豐富的資源和完備的學科優(yōu)勢，通過跨學科、全系統(tǒng)化的課程教學方法，使學生以整體的視野產生新的觀念，而具備整合能力、分析能力、集成創(chuàng)新能力和環(huán)境社會感知能力；其更強調在快速變化的世界中工程問題所形成的背景，領導以團隊為中心的工程項目跨學科交流的能力，以及終身學習的能力，體現了整體主義思想。目前，我國高等工程教育正處于教育范式變遷，在“回歸工程實踐”的變革趨勢下，創(chuàng)新性和實踐性儼然已成為高等工程教育改革亟待突破的關鍵問題。因此，基于整體工程教育理念，結合我國工程教育本土特點，探索培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和實踐能力的教育教學改革，具有重要的現實意義。

一、地基處理課程的特點及教學存在的問題

地基處理課程設置目的是通過課程學習，讓學生掌握各種地基處理技術的適用條件、設計原理和方法，更重要的是培養(yǎng)學生利用基本理論、各種技術方法和現代工程工具解決實際問題的能力。該課程內容不僅涉及很多相關領域和專業(yè)基礎知識，具有學科交叉性，而且隨著工程實踐發(fā)展會涌現各種地基處理新技術和新方法，具有持續(xù)發(fā)展性。目前，該課程在教學中具有以下特點和問題。

1.所涉課程多、教學體系不系統(tǒng)。如表1所示為地基處理課程主要內容與土建類部分專業(yè)課程的對應關系?？梢?，該課程不僅與工程地質、土力學、基礎工程等前期專業(yè)基礎課程有密切聯(lián)系，而且還是邊坡工程、基坑工程、地下建筑結構、環(huán)境巖土工程、路基工程等專業(yè)方向課程相關知識的補充。每種地基處理方法的建立離不開專業(yè)基礎理論的拓展應用，更離不開工程實踐經驗的積累。如何在各種地基處理方法的講授中將地基處理原理與前期和后期專業(yè)知識系統(tǒng)的建立聯(lián)系，是通過課程鍛煉學生整體工程思維的關鍵點。然而，在實際的教學過程中，這些與地基處理相關的專業(yè)課程大多分布于不同的學期學年，導致課程教學缺乏相互間的聯(lián)系，整體系統(tǒng)性不強，學生很難將所學專業(yè)知識融會貫通并在工程實踐中靈活應用。

2.處理方法多、教學模式較單一。工程場區(qū)的多樣性和區(qū)域性，決定了地基處理課程研究對象相對較多，不僅包括軟土、雜填土、吹填土等軟弱地基，還包括黃土、膨脹土、紅黏土、凍土等特殊地基。處理對象的不同，衍生出不同的地基處理方法，如：預壓法、置換法、復合地基法、振密擠密法等，而且還在不斷發(fā)展中。雖然各種處理方法的基本原理不盡相同，但其總體目標是使土質由松變實，達到地基加固的目的。然而，處理對象的特殊性和施工方法的獨特性，使得每種地基處理方法都具有一定的適用條件，如何在眾多方法中選擇出適宜于工程場區(qū)的地基處理方法，是實現學生能夠由“課堂”走向“工程”的必要途徑。實際教學中，課程講授多采用“照本宣科”的單一模式，且側重于各種地基處理方法的設計計算理論推導，嚴重脫離工程實際，學生在學習中往往感到枯燥乏味，學生的創(chuàng)新意思和實踐動手能力更是難以得到鍛煉和提高。

3.技術更新快、教學內容較陳舊。隨著我國基礎設施建設的迅猛發(fā)展，地基處理工程越來越多，各種新技術、新工藝及新方法不斷涌現。例如：化學電滲法、微生物固化技術、水泥土復合樁技術、能源樁技術等。地基處理方法的發(fā)展趨勢是更加強調環(huán)保、綠色和節(jié)能，且更偏重于多學科的融合。然而，目前地基處理課程教材由于編寫出版的滯后性，很難反映工程領域的最新發(fā)展和動態(tài)，甚至部分教學內容所涉及的地基處理方法已遠落后于工程實踐，且應用較少，導致學生工作后參與地基處理工程無所適從，仍需花較長時間重新學習。此外，實際教學實踐中受“科學理論主導”思維的影響，地基處理課程教學往往更偏重于各類方法的設計理論，而忽視了工程實踐，缺乏完整系統(tǒng)的工程案例，對新方法新技術的地基處理案例的介紹更少，教學內容不能反映最新的工程技術和科研成果。

二、地基處理課程教學改革與創(chuàng)新

“整體工程”教育模式以整合能力、實踐能力和創(chuàng)新能力為培養(yǎng)目標，實現了三個層面的有機結合：理論與實踐的融合、知識與能力的協(xié)同、技術與非技術的平衡。基于這三層面的能力培養(yǎng)目標，對地基處理課程進行了以下四個方面的改革。

1.整合課程的理論體系。從“整體工程觀”出發(fā)，系統(tǒng)分析各種地基處理方法與相關學科和其他專業(yè)課程的聯(lián)系，引導學生建立專業(yè)知識的“縱向”體系。例如，在講授排水固結法時，回溯土力學課程中的太沙基一維固結理論和地下水的滲流理論，并通過堆載預壓工藝，啟發(fā)學生思考排水固結法的新工藝真空預壓法。在講授加筋法時，回溯土力學課程的剪切理論和土木工程材料課程的土工格柵工程特性，通過水平加筋法的基本原理介紹，啟發(fā)學生將該方法應用于邊坡加筋擋墻和基坑土釘支護中。從而，鍛煉學生在專業(yè)知識學習中的整體性和系統(tǒng)性。同時，針對課程本身內容，引導學生梳理各種地基處理方法的“橫向”關聯(lián)和異同。將常用地基處理方法概括為“挖”“換”“壓”“夯”“擠”“拌”“噴”七字訣，以便于學生直觀理解，并通過各種方法處理對象、適用條件、施工方法等方面的對比分析，促使學生開展地基處理方案的比選和優(yōu)化設計，鍛煉學生的綜合分析和判斷能力。

2.歸納式工程實踐內容。不同于傳統(tǒng)的演繹式教學法，鑒于地基處理課程實踐性很強的特點，對于課程中每種地基處理方法采用歸納式的講授方法，遵循從具體工程問題到抽象處治機理分析、從個別工程實例到一般類似工程處理的邏輯，與工程教育的實踐屬性保持一致，從而構建工程問題導向的學習模式，避免了理論教學與工程實踐的脫節(jié)。此外，歸納式教學的運用有利于課程教學中介紹地基處理領域里的最新發(fā)展趨勢和研究成果。通過對地基處理新技術新方法的介紹，能夠較好的開闊學生的視野；利用這些新技術新方法的動畫、視頻演示，激發(fā)學生的學習興趣，以解決教學內容落后于工程實際的問題。同時，通過地基處理工程實例新舊處理方法的選擇和對比分析，綜合講解新舊處理方法之間的可行性和經濟合理性，培養(yǎng)學生在從事地基處理工作的創(chuàng)新能力。

3.融合多樣性教學方法?；凇罢w工程教育”中知識、實踐和溝通技能三維一體的培養(yǎng)模式，結合鄭州大學城市地下空間工程專業(yè)地基處理課程特點，采用演繹法、歸納法、合作學習法和互動討論法相融合的教學方法。如表2所示，采用演繹式的教學方法講授各種地基處理方法的設計理論，但在理論推導中側重于專業(yè)知識點的“縱向”和“橫向”聯(lián)系。在地基處理方法的原理和施工工藝方面，采用案例法由實際工程問題入手，引入各處理方法的加固機理；在技術原理和施工工藝講授的基礎上，將學生分組開展合作學習，學生間討論地基處理方法的工程應用，提高學生的團隊合作意識和相互交流能力。

具體工程實例開展教師與學生間的互動討論，激發(fā)師生間的觀點碰撞。如：通過常州港某散貨堆場軟土地基加固的工程實例，引導學生應用已學的地基處理原理知識，對該工程地基處理方案進行討論；然后，根據工程設計要求，引導學生進一步確定可選的處治方案，并對每種方案的工程經濟性、施工可行性、技術合理性進行比對，確定最終的處理方案。學生通過相互討論以及和教師的交流，從中不僅提高分析問題和解決問題的能力，而且增強實踐能力和人際溝通能力。

4.構建開放式考核方法。地基處理課程考核方式上采用“項目考核”與“開卷考試”相結合的開放式考核方法，以改變傳統(tǒng)單一閉卷考試考核方法中學生死記硬背、脫離工程實際的弊端?！绊椖靠己恕奔锤鶕こ虒嵗盎佑懻摗苯虒W中學生的參與度，按照項目處治方案設計、方案優(yōu)化與實施、總結匯報3方面進行教師打分和學生相互打分，最大限度的發(fā)揮學生的主觀能動性?！伴_卷考試”則是結合注冊工程師制度，通過開放性題目的設置，考查學生整合專業(yè)知識、分析工程問題、解決實際問題的能力。最終，根據這兩種考核方法的得分通過比例加權，綜合評價學生學習結果。這種開放式的考核模式不僅能夠促使學生自我提升和相互學習，而且可以達到教學資源利用的最大化和教學效果的最優(yōu)化。

三、課程教學改革效果

基于“整體工程”教育理念的地基處理課程教學改革，通過整合課程內容體系，能夠系統(tǒng)化、高效率地幫助學生掌握各種地基處理技術的基本理論知識，積極參與互動實踐教學環(huán)節(jié)，有利于其專業(yè)素養(yǎng)、實踐能力、創(chuàng)新意識和合作能力的培養(yǎng)，教學效果良好。

1.構建了培養(yǎng)學生“系統(tǒng)思維+整體意識”的課程內容體系。以課程內容縱橫向知識點的整合，培養(yǎng)了學生作為未來土建類工程師所必備的工程素養(yǎng)和理論基礎。

2.構建了突出學生能力培養(yǎng)的“歸納式”課程教學模式。具有工程教育“實踐”屬性的歸納式教學能夠有效整合教學內容，幫助學生掌握課程知識體系，有利于學生分析問題、解決問題的能力。

3.構建了能夠激發(fā)學生主觀能動性的“知識+實踐+技能”三維一體的課程教學體系。以系統(tǒng)化、實踐化、多樣化、互動化教學為主線，培養(yǎng)學生自我學習能力、實踐能力以及團隊合作能力，有利于其形成具有創(chuàng)新意識的大工程觀。

4.嘗試了一種體現“知識整合能力”的開放式考核模式。改變傳統(tǒng)考核中學生被動學習、被動考核的局面，使其充分享受整合已學知識解決工程問題的樂趣，激發(fā)其學習的創(chuàng)造性和主動性。

四、結束語

地基處理作為“大土木工程類”專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，具有較強的實踐性和技術性。傳統(tǒng)課程教學中往往存在過度科學化、工程性不強、脫離工程實際等問題?；凇罢w工程”教育理念的地基處理課程教學改革，以課程內容系統(tǒng)化整合為平臺，工程實踐歸納式教學為抓手，以培養(yǎng)學生的知識整合、工程實踐、應用創(chuàng)新和溝通協(xié)作能力為目標，改變傳統(tǒng)教學體系、優(yōu)化課程教學內容、創(chuàng)新教學模式，將“知識—實踐—技能”有機融合，激發(fā)了學生的主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)了學生的大工程觀，教學效果得到明顯改善。

參考文獻：

[1]Grasso D，Burkins M.Beyond technology：The holistic advantage[A].In holistic engineering education-Beyond technologies[M].Springer，2010.

[2]崔軍.整體工程觀視野下的工程師和工程教育改革[J].中國大學教學，2016，（10）：37-42.

[3]龔曉南，陶燕麗.地基處理（第二版）[M].北京：中國建筑出版社，2017.