關(guān)于“地下建筑結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革的思考和分析

1、<p>　　關(guān)于“地下建筑結(jié)構(gòu)”課程教學(xué)改革的思考和分析</p><p>　　論文摘要：“地下建筑結(jié)構(gòu)”是巖土與地下工程專業(yè)本科教學(xué)中的重要專業(yè)課程之一，該課程具有很強的工程實踐性，因此在教學(xué)中應(yīng)該充分地給予重視。根據(jù)“地下建筑結(jié)構(gòu)”課程的特點，分析了該課程在教學(xué)中存在的主要問題，如教材較少、內(nèi)容較多、理論較難等，根據(jù)該課程教學(xué)中存在的問題提出了一些有針對性的思考和應(yīng)對措施。 </p>&

2、lt;p>　　論文關(guān)鍵詞：地下建筑結(jié)構(gòu)；多媒體；引導(dǎo)式教學(xué) </p><p>　　一、開設(shè)地下建筑結(jié)構(gòu)課程的必要性 </p><p>　　21世紀是地下空間快速發(fā)展的時代，各國對地下空間利用和開發(fā)的規(guī)模和速度前所未有。近些年，我國在高速公路、水利水電工程、城市地鐵、鐵路工程、礦山工程、城市地下空間利用等方面發(fā)展很快，各種大型的地下建筑結(jié)構(gòu)越來越多。這些地下工程的建設(shè)，使地下建筑結(jié)構(gòu)的

3、設(shè)計和施工水平取得了很大的提高?！暗叵陆ㄖY(jié)構(gòu)”是巖土工程、地下工程、隧道工程、道路與橋梁等專業(yè)的主干課程之一，普遍來講，很多院校開設(shè)“地下建筑結(jié)構(gòu)”課程的時間都比較短，不可避免的存在一些問題。因此，該課程應(yīng)該在教學(xué)模式上，教學(xué)方法上適應(yīng)地下工程快速發(fā)展的形勢需要，進行必要的教學(xué)改革和探索。 </p><p>　　二、“地下建筑結(jié)構(gòu)”課程特點 </p><p>　　“地下建筑結(jié)構(gòu)”課程一般

4、在大四上學(xué)期或者大三下學(xué)期開設(shè)。雖然在之前已經(jīng)開設(shè)了“土力學(xué)”、“ 結(jié)構(gòu)力學(xué)”、“ 水力學(xué)”、“ 工程地質(zhì)”等課程，但由于“地下建筑結(jié)構(gòu)”課程的特點與很多課程相差較大，學(xué)生學(xué)習(xí)常常不知所措，感到困難。概括地講，地下建筑結(jié)構(gòu)有三個顯著特點：第一，地下建筑是在地層中修建的，結(jié)構(gòu)和巖土體會相互作用和制約對方的變形；第二，地下建筑的介質(zhì)——巖土體，是非均質(zhì)、非線性的，其本身的物理、力學(xué)性質(zhì)會因時而變，因空間不同而各異，這種不確定性給地下建筑結(jié)構(gòu)

5、的設(shè)計和施工帶來了很大的困擾；第三，降雨、地下水位的變化，對地下建筑結(jié)構(gòu)的安全性影響也很大，考慮水荷載的變化是一個重要問題。因此，相對于地上建筑，地下建筑結(jié)構(gòu)的這些特點會給設(shè)計和施工帶來很大的困難，在講授本課程時，必須強調(diào)地下建筑結(jié)構(gòu)和周圍介質(zhì)的相互作用的特點和環(huán)境的不確定性，對學(xué)生掌握地下工程的基本概念、計算方法和設(shè)計程序是非常重要的。 </p><p>　　三、目前教學(xué)中存在的問題 </p>&

6、lt;p><b>　　1.教材的問題 </b></p><p>　　選擇一本好的教材可以使教學(xué)達到事半功倍的效果，然而在實踐過程中，地下建筑結(jié)構(gòu)的教材只有寥寥幾本，使用較多的一本是同濟大學(xué)朱合華教授主編的《地下建筑結(jié)構(gòu)》，另外一本是中國地質(zhì)大學(xué)陳建平教授等編寫的《地下建筑結(jié)構(gòu)》。相對來說，前者是在老教材《巖石地下建筑結(jié)構(gòu)》和《土層地下建筑結(jié)構(gòu)》基礎(chǔ)上編寫而成的，體系完整、內(nèi)容很全面。而

7、后者主要側(cè)重于巖石地下建筑結(jié)構(gòu)，內(nèi)容范圍比較狹窄。教材的種類相對于全國188個土木工程專業(yè)，幾十個學(xué)校開設(shè)地下建筑結(jié)構(gòu)課程來說，明顯偏少。而且由于開設(shè)本課程的學(xué)校學(xué)生水平參差不齊，所以教材是否合適不同層次和水平的高等院校也是一個大的問題。 </p><p>　　2.課程內(nèi)容較難，學(xué)生不容易掌握 </p><p>　　地下建筑結(jié)構(gòu)研究內(nèi)容涉及土力學(xué)、巖石力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程數(shù)學(xué)、水力學(xué)、水文

8、地質(zhì)、工程地質(zhì)、工程實驗學(xué)等多門學(xué)科，需要學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)和專業(yè)知識。根據(jù)地下建筑結(jié)構(gòu)所處的介質(zhì)不同，可以分為土層地下建筑結(jié)構(gòu)和巖石地下建筑結(jié)構(gòu)。而不管是土層還是巖石地下建筑結(jié)構(gòu)，對于荷載、計算模型、計算方法、可靠度理論等則屬于共同的理論和方法，涉及很多具體形式的地下結(jié)構(gòu)，如土層的沉井、地下連續(xù)墻、盾構(gòu)隧道、基坑支護、沉管等。巖石地下建筑結(jié)構(gòu)則主要是隧道、地下洞室、斜井、豎井等結(jié)構(gòu)形式。每種結(jié)構(gòu)形式的計算、設(shè)計方法不盡相同，這對學(xué)生理

9、解和掌握有一定的難度。但對學(xué)生而言這不是最難和最重要的，最難和最重要的是教師如何把這些不同結(jié)構(gòu)形式中帶有共性的理論深入淺出的講透徹，便于學(xué)生理解和掌握。 </p><p>　　（1）確定地下建筑結(jié)構(gòu)的荷載比較復(fù)雜。對土體這種孔隙介質(zhì)而言，經(jīng)常由于地下水的存在，要明確什么情況下采用水土合算還是水土分算的問題。如果是巖體，在地下水的影響下，水荷載的確定還跟巖體本身是孔隙介質(zhì)還是裂隙介質(zhì)有關(guān)系，這就很復(fù)雜了。另外，對于

10、地下洞室還會涉及深埋與淺埋的問題，由于深埋結(jié)構(gòu)和淺埋結(jié)構(gòu)對應(yīng)的荷載差別很大，所以講透深埋隧道和淺埋隧道的判斷標準，可能比簡單講計算公式和應(yīng)用公式更為重要。 </p><p>　?。?）計算方法的選擇。地下建筑結(jié)構(gòu)的計算方法主要兩種，一是荷載-結(jié)構(gòu)法，二是地層-結(jié)構(gòu)法。荷載-結(jié)構(gòu)法與一般地上結(jié)構(gòu)計算方法相同，學(xué)生比較容易理解。而地層-結(jié)構(gòu)法要考慮地下結(jié)構(gòu)與周圍介質(zhì)的相互作用和共同變形，采用的方法很多比如有限元法、有

11、限差分法等，這些方法學(xué)生不容易理解和掌握。 </p><p>　　（3）地下結(jié)構(gòu)可靠度理論分析是結(jié)構(gòu)計算與數(shù)學(xué)結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)可靠度分析理論。由于理論本身以及涉及的驗算點法、JC法以及蒙特卡洛法等非常抽象、學(xué)生理解難度較大。加上現(xiàn)有的本科相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中，這部分基本上是大篇幅的理論介紹和理論推導(dǎo)，學(xué)生很難理解，更不要說應(yīng)用了。 </p><p>　?。?）對于具體的結(jié)構(gòu)形式如隧道、盾構(gòu)隧道、地

12、下連續(xù)墻等結(jié)構(gòu)的計算，結(jié)合工程實例講解太少，有些則過程過于簡略，不利于本科學(xué)生學(xué)習(xí)。 </p><p>　　3.課程學(xué)時較少，內(nèi)容太多 </p><p>　　地下建筑結(jié)構(gòu)既包括土層地下建筑結(jié)構(gòu)，也包括巖石地下建筑結(jié)構(gòu)，以同濟大學(xué)的《地下建筑結(jié)構(gòu)》為例，課程總共有16章內(nèi)容，內(nèi)容幾乎涵蓋了地下建筑結(jié)構(gòu)的絕大部分內(nèi)容。這么難的一門課程，如此多的內(nèi)容，在各院校的實際教學(xué)中不可能全部講授。西安工業(yè)

13、大學(xué)（以下簡稱“我?！保╅_設(shè)課時只有40學(xué)時，教學(xué)工作時間緊，任務(wù)重，難度大。因此，對很多章節(jié)就只能粗略地介紹。有些經(jīng)典力學(xué)問題的推導(dǎo)過程只能點到為止，僅要求學(xué)生掌握其假設(shè)條件和使用條件，能正確使用其公式即可。 </p><p>　　四、課程教學(xué)實踐中的幾點思考 </p><p><b>　　1.優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容 </b></p><p>　　針

14、對教材較少，而且教材主要是根據(jù)同濟大學(xué)和中國地質(zhì)大學(xué)的學(xué)生實際情況編寫的，與很多院校學(xué)生情況差異很大的情況，我校在實際教學(xué)中主要是根據(jù)本科教學(xué)大綱和課時安排，科學(xué)地編輯教學(xué)內(nèi)容，有意識地將目前國內(nèi)外的地下工程重大研究進展和工程實踐介紹給學(xué)生。例如對比較抽象的可靠度理論，主要結(jié)合例子講解中心點法、驗算點法以及JC法在例子中的應(yīng)用，這樣講學(xué)生學(xué)習(xí)效果比單純的理論推導(dǎo)效果更好。同時，根據(jù)學(xué)生情況，結(jié)合多年的教學(xué)實踐，逐步采用自編講義，取得了一

15、定的效果。在地下連續(xù)墻設(shè)計中，采用某基坑工程進行實例講解，從力學(xué)計算，支撐的設(shè)計，到與施工開挖的結(jié)合進行完整的計算，使學(xué)生更直觀地掌握整個設(shè)計、計算過程。 </p><p>　　2.板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合 </p><p>　　傳統(tǒng)板書的優(yōu)點是條理清晰、推導(dǎo)過程學(xué)生可以同步，理論推導(dǎo)學(xué)生理解更容易。而缺點是板書占用了大量的課堂時間，傳授的知識量、信息量相對較少，特別對于那些不能生動地用言語

16、描述的內(nèi)容，例如圖片、聲音和動作等效果較差。而多媒體的優(yōu)勢是信息量大、可以運用圖片、聲音等生動體現(xiàn)講解內(nèi)容。因此，對于理論推導(dǎo)部分，如彈性地基梁、可靠度理論等采用板書方式，而對于地下建筑結(jié)構(gòu)的形式、施工過程、設(shè)計布置等則采用多媒體，讓學(xué)生更直觀和生動的學(xué)習(xí)，效果更好。另一方面，地下建筑結(jié)構(gòu)重大技術(shù)的視頻播放可以給學(xué)生以震撼的視覺效果，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。 </p><p>　　3.引導(dǎo)式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力 &

17、lt;/p><p>　　傳統(tǒng)的教育方式中，教師更注重傳授知識本身，這就產(chǎn)生了一個問題，很多時候?qū)W生都是被動地接受知識，很少主動思考問題。在教學(xué)過程中引出比較有影響的工程或者引起很大爭議的工程，提出這些工程或者工程引起爭議的原因或背景，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和探討，才能取得較好的實際效果。例如在講盾構(gòu)隧道時，以2008年杭州地鐵事故為例，列出了業(yè)主方、施工方爭議的背景和焦點，并結(jié)合工程實際施工和設(shè)計進行分析，提出很多問題讓學(xué)