地下結(jié)構(gòu)“兩課”建設(shè)的改革與探討

［摘 要］結(jié)合火箭軍工程大學(xué)開展的“兩課”（課程+課堂）建設(shè)重點課程項目，教學(xué)團隊根據(jù)地下結(jié)構(gòu)的課程特點及學(xué)生專業(yè)背景，針對教學(xué)方法創(chuàng)新、實踐教學(xué)優(yōu)化設(shè)計及課程思政等方面進行了研究，并就“兩課”建設(shè)過程中出現(xiàn)的有關(guān)問題進行了系統(tǒng)的思考和探討，可為相關(guān)地下結(jié)構(gòu)的“課程”與“課堂”教學(xué)提供參考。

［關(guān)鍵詞］地下結(jié)構(gòu)教學(xué)；課程+課堂；教學(xué)改革

［中圖分類號］G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）19-0054-05

地下結(jié)構(gòu)是國防工程與指揮（土木工程）專業(yè)本科教育中的一門核心的專業(yè)課程。課程主要內(nèi)容為地下結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算理論和巖體的物理力學(xué)性質(zhì)及其強度、變形和穩(wěn)定性分析，以及圍巖壓力、巖石坑道工程的被復(fù)結(jié)構(gòu)與錨噴支護結(jié)構(gòu)等專業(yè)知識。課程學(xué)習(xí)目的是使學(xué)員能夠從事國防工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和管理等工作，為他們的初次崗位任職打下扎實的地下結(jié)構(gòu)理論知識基礎(chǔ)。也就是說，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)員能夠結(jié)合已學(xué)課程的相關(guān)知識點，構(gòu)建地下結(jié)構(gòu)基本原理及防護設(shè)計的知識框架體系，具備地下結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算及熟練運用分析方法的能力，為今后從事地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工與管理等工作，以及開展軍事土木工程與地下結(jié)構(gòu)等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究奠定理論基礎(chǔ)和專業(yè)技能，同時培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)踏實的工作作風(fēng)，以解決實際的工程建設(shè)問題。

一、課程特點

（一）課程內(nèi)容理論性強

地下結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容涉及工程地質(zhì)、土力學(xué)、巖體力學(xué)等巖土工程方面，以及結(jié)構(gòu)力學(xué)和混凝土等結(jié)構(gòu)工程方面的專業(yè)知識，要求學(xué)員聯(lián)系彈塑性力學(xué)的相關(guān)原理深入理解巖土理論。此外，地下結(jié)構(gòu)的防護設(shè)計部分涉及較多規(guī)范條目，且計算公式復(fù)雜、計算過程煩瑣。因此，學(xué)好地下結(jié)構(gòu)這門課程需要學(xué)員具備扎實的力學(xué)功底和專業(yè)理論知識。

（二）知識體系綜合性強

地下結(jié)構(gòu)課程強調(diào)地下結(jié)構(gòu)與周圍巖土體的相互作用及設(shè)計原理，是一門對理論和實踐要求都很高的綜合性課程，要求學(xué)員掌握多門課程的相關(guān)知識點，并具備一定的土木工程邏輯素養(yǎng)，構(gòu)建巖土方面的知識體系。因為地下工程所處環(huán)境復(fù)雜，可能遇到的地質(zhì)問題、施工問題存在不確定性，所以課程的知識體系必須重視理論與實踐的聯(lián)系，即注重與實際工程相結(jié)合。

（三）課程性質(zhì)特殊

地下結(jié)構(gòu)課程作為國防工程與指揮專業(yè)本科學(xué)員的必修課程，旨在服務(wù)部隊工程建設(shè)，與地方院校的地下結(jié)構(gòu)課程有所區(qū)別，學(xué)員不僅要考慮地下結(jié)構(gòu)施工過程與周圍巖層的相互作用機理，還要重視地下結(jié)構(gòu)使用過程遭遇的偶然荷載作用的特殊性。如在地下結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，須結(jié)合部隊實際情況，考慮對核武器、常規(guī)武器的防護作用。另外，地下結(jié)構(gòu)在勘察選址時要結(jié)合周圍的地形環(huán)境，對圍巖等級有嚴(yán)格要求。

二、教學(xué)實踐過程中遇到的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容跨度大

該課程知識體系復(fù)雜，教員須基于地下結(jié)構(gòu)的概念、工作原理，考量周圍巖層的工程性質(zhì)及相互作用理論，并根據(jù)部隊學(xué)員專業(yè)背景的特殊性，結(jié)合地下結(jié)構(gòu)防護設(shè)計理念，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計及內(nèi)力計算的教學(xué)。該課程教學(xué)內(nèi)容既涵蓋工程地質(zhì)和土力學(xué)等相關(guān)知識，又涉及彈塑性理論和巖體力學(xué)等部分原理，內(nèi)容跨度較大，部分學(xué)員反映學(xué)習(xí)比較吃力。其中，巖體力學(xué)相關(guān)理論及本構(gòu)關(guān)系等知識點相對較難，部分學(xué)員反映對這部分內(nèi)容的理解較為困難，難以掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算流程和方法。

（二）實踐教學(xué)難度較大

地下結(jié)構(gòu)課程的專業(yè)性和針對性較強，其理論知識多基于室內(nèi)試驗和現(xiàn)場測試總結(jié)而得，如巖石的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用原理等。學(xué)員雖已完成室內(nèi)土工試驗的學(xué)習(xí)，但對巖石的力學(xué)性能的認(rèn)知仍停留在理論層面，對巖石的本構(gòu)關(guān)系等缺乏感性認(rèn)識。另外，課程中直墻拱襯砌的結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算過程呈現(xiàn)僅依靠相關(guān)教材例題，公式較多且計算過程煩瑣，部分學(xué)員反映學(xué)習(xí)難度較大，且很難與工程實際相聯(lián)系。可見，傳統(tǒng)的教學(xué)模式難以滿足國防工程與指揮專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的需求。

（三）教材選擇存在局限性

目前，地下結(jié)構(gòu)教材主要有同濟大學(xué)朱合華教授主編的《地下建筑結(jié)構(gòu)》、清華大學(xué)王樹理教授主編的《地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計》、中國礦業(yè)大學(xué)崔振東教授主編的新形態(tài)教材《地下結(jié)構(gòu)設(shè)計》等，均為地方院校出版，教材內(nèi)容邏輯和框架體系雖較科學(xué)合理，但針對部隊院校的國防工程與指揮專業(yè)的特殊性考慮不足，如沒突出地下結(jié)構(gòu)的防護設(shè)計、相關(guān)規(guī)范指標(biāo)差異等。因此，現(xiàn)有的公開出版教材在滿足該專業(yè)本科學(xué)員的學(xué)習(xí)上存在局限。

三、基于“兩課”建設(shè)的教學(xué)內(nèi)容、方法、手段改革

為培養(yǎng)具備創(chuàng)新思維且專業(yè)基本功扎實的技術(shù)人才，須改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，基于“兩課”（課程+課堂）建設(shè)重點課程項目，對地下結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整，優(yōu)化教學(xué)方法、手段，強化教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，以激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣。

（一）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容并自編教材

針對學(xué)員課后反饋的概念理解困難、規(guī)范條文復(fù)雜及計算公式煩瑣等問題，教學(xué)團隊對課程內(nèi)容進行了調(diào)整。首先，對課程內(nèi)容體系和邏輯框架進行調(diào)整。將課時從50學(xué)時增至64學(xué)時，其中理論和實踐學(xué)時分別為46學(xué)時和18學(xué)時，增加巖體力學(xué)相關(guān)理論（如地層工程性質(zhì)）及地下結(jié)構(gòu)防護設(shè)計等內(nèi)容，并充實實踐教學(xué)內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，形成專業(yè)思維模式。其次，圍繞專業(yè)背景特色對教學(xué)內(nèi)容進行優(yōu)化，并編寫內(nèi)部教材。鑒于專業(yè)背景的特殊性，地方院校編著的地下結(jié)構(gòu)教材存在一定的局限性，使學(xué)員對指定的規(guī)范條文和規(guī)程文件缺乏了解，故教學(xué)團隊在編寫內(nèi)部教材時須重視武器作用時的荷載的計算等問題，并充實相關(guān)規(guī)范條文及具有專業(yè)背景特色的典型工程案例，重新構(gòu)建該課程的章節(jié)邏輯順序，便于學(xué)員能夠結(jié)合專業(yè)背景特色理解該課程的知識要點。最后，對教學(xué)內(nèi)容的重難點進行優(yōu)化設(shè)計，采取階梯式和層層遞進式教學(xué)。如對地層壓力相關(guān)理論的學(xué)習(xí)可先回顧土力學(xué)課程已學(xué)的朗肯土壓力理論等知識點；對推導(dǎo)過程復(fù)雜的煩瑣公式及計算過程中的難點問題進行拆分處理，并以學(xué)習(xí)小組為單位進行研討交流，促進學(xué)員熟練掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的難點。另外，鑒于課程知識點跨度大，將本課程的授課從第8學(xué)期提前至第7學(xué)期，教學(xué)設(shè)計注重和已學(xué)課程知識點串聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)員構(gòu)建專業(yè)思維體系和邏輯框架。

（二）探索教學(xué)方法創(chuàng)新

針對地下結(jié)構(gòu)課程理論性強、規(guī)范條文多、理論和實踐脫節(jié)等難題，教學(xué)團隊從課程和課堂兩個維度對教學(xué)方法進行創(chuàng)新與改革，具體如下。

第一，采用基于問題的教學(xué)方法（Problem?Based Learning，PBL）。地層的工程性質(zhì)章節(jié)中圍巖分級內(nèi)容涉及的規(guī)范條文較多，學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中常感到枯燥。教員可從地下結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用原理出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)員對規(guī)范條文進行總結(jié)歸納，并基于規(guī)范內(nèi)容的條件應(yīng)用設(shè)置互動環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)員分組討論交流，從而避免傳統(tǒng)教學(xué)中常見的課堂氛圍沉悶現(xiàn)象。

第二，采用以團隊為基礎(chǔ)的教學(xué)方法（Team?Based Learning， TBL）。針對松動壓力理論內(nèi)容理論性較強且公式推導(dǎo)過程煩瑣等問題，可按照不同的理論類型將學(xué)員分組，讓各組先交流學(xué)習(xí)，然后對松動壓力理論進行輪流講解并互動提問；對于不良地質(zhì)條件下的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于該內(nèi)容和已學(xué)工程地質(zhì)課程知識關(guān)聯(lián)較大且理論和實踐聯(lián)系緊密，可讓小組抽簽選題，采用PPT形式進行匯報展示，結(jié)束后設(shè)置問答環(huán)節(jié)。這樣既可加強小組間的互動與合作，提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，又可促進學(xué)員邏輯框架和專業(yè)思維的形成。

第三，采用案例研討翻轉(zhuǎn)教學(xué)方法（Case?Based Learning，CBL）?？山Y(jié)合學(xué)員畢業(yè)設(shè)計選題開展翻轉(zhuǎn)教學(xué)，可對巖石凍融循環(huán)實驗、成層式防護設(shè)計等進行案例研討，使學(xué)員多角度理解和掌握地下結(jié)構(gòu)課程內(nèi)容。

在“兩課”建設(shè)過程中，教學(xué)團隊結(jié)合地下結(jié)構(gòu)課程的具體內(nèi)容，根據(jù)學(xué)員的學(xué)習(xí)反饋，因材施教地進行了教學(xué)設(shè)計，采用了以上教學(xué)方法，取得了良好效果。學(xué)員認(rèn)為這樣的教學(xué)增強了他們對地下結(jié)構(gòu)課程理論的感性認(rèn)知，提升了專業(yè)能力。

（三）優(yōu)化實踐教學(xué)設(shè)計

傳統(tǒng)的實踐教學(xué)偏重習(xí)題與手算，面對復(fù)雜的公式與計算，學(xué)員常感到枯燥無趣、理解不深。“兩課”建設(shè)過程中，教學(xué)團隊對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化設(shè)計，具體有以下幾個方面。

第一，對直墻拱結(jié)構(gòu)設(shè)計的算法過程進行了智能化和信息化設(shè)計。如開發(fā)手機客戶端和編程界面，用于直墻拱的結(jié)構(gòu)設(shè)計和內(nèi)力計算，也可用于初步方案設(shè)計階段的試算，如圖1所示，輸入直墻拱隧道的基本參數(shù)即可得到內(nèi)力計算的計算書及配筋驗算。

在設(shè)計過程中，學(xué)員輸入的直墻拱幾何參數(shù)可由學(xué)員自行調(diào)整，這樣可有效預(yù)防以往設(shè)計大作業(yè)計算過程“相似”等情況。學(xué)員根據(jù)編程導(dǎo)出的計算書對已完成的手算過程進行校核，并對直墻拱結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中幾何參數(shù)的影響進行對比討論，這一實踐教學(xué)過程可有效提高學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性及專業(yè)能力，讓學(xué)員真正做到“功在平時”。

第二，為使學(xué)員更好地理解地下結(jié)構(gòu)和圍巖的相互作用機理，教學(xué)團隊補充了地層工程性質(zhì)和地層壓力理論內(nèi)容。鑒于這部分知識點涉及巖體力學(xué)，理論性較強，教學(xué)團隊依據(jù)《巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗規(guī)程》，對巖石的單軸抗壓、抗拉、點荷載及耐崩解性能進行了室內(nèi)試驗。學(xué)員以分組形式對不同種類的巖石試件展開試驗，通過親自動手操作理解和掌握教材中的理論知識，特別是巖石的本構(gòu)關(guān)系等。另外，結(jié)合專業(yè)背景特色，教學(xué)團隊制作了直墻拱鋼筋混凝土縮尺模型，給學(xué)員進行了演示試驗。教員在該模型內(nèi)預(yù)先埋置混凝土和鋼筋傳感器，對直墻拱結(jié)構(gòu)進行分次加載，讓學(xué)員直觀地觀察直墻拱結(jié)構(gòu)受圍巖壓力影響時的力學(xué)變化。

第三，結(jié)合課程內(nèi)容，依托合作院校的資源，帶領(lǐng)學(xué)員走進巖土與地下工程實驗室，參觀地下結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的前沿科研項目，如霍布金森桿、模擬振動臺實驗、超大深基坑模擬等。在參觀過程中，專家的講解及互動提問，促進了學(xué)員主動思考，啟發(fā)了他們的創(chuàng)新思維。

（四）激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)興趣

針對學(xué)員反饋的課程枯燥、課堂氛圍沉悶及工程案例較少等問題，教學(xué)團隊結(jié)合專業(yè)背景特色及特殊性，積極聯(lián)系相關(guān)單位搜集典型的工程案例，并將其穿插于授課過程中，以豐富的教學(xué)內(nèi)容促進課程理論與工程實際有機結(jié)合。設(shè)計“課前八分鐘”環(huán)節(jié)，播放地下結(jié)構(gòu)典型工程案例及紀(jì)錄片等，并設(shè)置研討互動環(huán)節(jié)，以激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣和積極性。另外，將教學(xué)團隊的地下結(jié)構(gòu)相關(guān)科研項目融入課程教學(xué)，并實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，啟發(fā)學(xué)員以地下結(jié)構(gòu)專業(yè)思維模式多角度思考、提問與交流，從而提升學(xué)員的參與感。

（五）豐富課堂思政素材

在地下結(jié)構(gòu)的“兩課”建設(shè)過程中，教學(xué)團隊對課程思政的內(nèi)容及形式進行了優(yōu)化和創(chuàng)新設(shè)計，建立了課程思政案例庫，并依據(jù)地下結(jié)構(gòu)課程知識點，對課程思政素材進行了分類：首先，情感價值方面，基于該專業(yè)學(xué)員背景特色，培養(yǎng)學(xué)員具備奉獻(xiàn)精神、愛崗敬業(yè)、恪盡職守等品質(zhì)；其次，專業(yè)邏輯養(yǎng)成方面，通過引導(dǎo)學(xué)員歸納理論概念和計算方法等，啟發(fā)學(xué)員形成地下結(jié)構(gòu)思維模式，提升專業(yè)素養(yǎng)，并借助案例教學(xué)促進學(xué)員樹立工程倫理觀；最后，思辨能力方面，針對理論概念復(fù)雜等問題，運用科學(xué)的哲學(xué)原理引導(dǎo)學(xué)員學(xué)會結(jié)合地下結(jié)構(gòu)的邏輯體系，辯證、多角度地審視問題。在“兩課”建設(shè)過程中，教員根據(jù)每節(jié)課的具體內(nèi)容對課程思政進行區(qū)別設(shè)計，層層遞進地進行教學(xué)，避免形式主義的說教和“填鴨式”教育，做到潤物細(xì)無聲。

四、教學(xué)反饋與評價

（一）教學(xué)督導(dǎo)評價

該課程歷經(jīng)多次教學(xué)督導(dǎo)及教學(xué)評價。教學(xué)團隊多次以集體備課的形式探討教學(xué)內(nèi)容及方法、手段的創(chuàng)新和優(yōu)化，讓課程從最初的課程氛圍沉悶、教學(xué)方法單一，向目前的課堂氣氛活躍、學(xué)員互動積極、教學(xué)手段靈活多變且有成效轉(zhuǎn)變。通過專家的指導(dǎo)及教學(xué)技術(shù)培訓(xùn)，教學(xué)團隊的教學(xué)能力顯著提升，尤其是青年教員的專業(yè)能力和教學(xué)基本功得到了大幅度提高。

（二）學(xué)員成績與問卷反饋

地下結(jié)構(gòu)課程采用閉卷考試和形成性考核相結(jié)合的評價方式。平時成績方面，增加了課堂研討、小組匯報及學(xué)員間互動提問等評價內(nèi)容，不再局限于傳統(tǒng)的書面作業(yè)和課上的“你問我答”等內(nèi)容。實踐成績的評定也不僅是依據(jù)書面課程設(shè)計大作業(yè)和室內(nèi)試驗報告，而是結(jié)合課程設(shè)計完成過程及室內(nèi)試驗動手操作等表現(xiàn)綜合打分，評定過程注重考量學(xué)員的主動學(xué)習(xí)和思考情況以及團隊創(chuàng)新能力。在“兩課”建設(shè)過程中，教學(xué)團隊針對具體的教學(xué)內(nèi)容積極探索并采用新穎的教學(xué)模式，使學(xué)員的課程成績平均分由73.83分提升至77.61分，成績分布情況顯著改善，優(yōu)秀率從0%提升到6%，良好率從19%提升到31%，且中等和及格的比重均明顯下降，如圖2所示。

另外，在“兩課”建設(shè)的過程中，教學(xué)團隊堅持以學(xué)員為中心，摸索教學(xué)改革和創(chuàng)新，并在課程實施的前期、中期和結(jié)課三個時間節(jié)點進行匿名問卷調(diào)查，建立了良好流暢的師生溝通渠道。在課程滿意度調(diào)查中，“非常滿意”的比例由課程前期的45.71%提升至結(jié)課時的88.57%，“較滿意”占11.43%，無“一般”和“不滿意”評價結(jié)果。

五、結(jié)語

地下結(jié)構(gòu)是國防工程專業(yè)的重點課程，教學(xué)團隊在“兩課”建設(shè)過程中秉持“育人先育己，育己先育心”的心態(tài)，堅持以學(xué)員為中心，積極探索課程教學(xué)內(nèi)容、方法、手段的改革與創(chuàng)新，并把課程建設(shè)及實踐過程中的一些思考和方法進行了總結(jié)，以期為火箭軍工程大學(xué)國防工程與指揮（土木工程）專業(yè)的教書育人工作添磚加瓦。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 韓憲軍，王立平. 地下工程結(jié)構(gòu)案例庫教學(xué)改革與實踐[J]. 大學(xué)教育，2021（4）：52-54.

[2] 劉陜南，石嶸，汪磊. 與工程實踐相結(jié)合的地下工程課程教學(xué)模式[J]. 大學(xué)教育，2016（7）：138-139.

[3] 王峰，胡輝. 地下工程課程在土木工程專業(yè)的培養(yǎng)思路及教學(xué)效果探討：以西南交通大學(xué)地下工程課程教學(xué)為例[J]. 教育教學(xué)論壇，2020（8）：334-336.

[4] 黃博，王昌勝，杜怡韓. “新工科”理念下的“地下結(jié)構(gòu)設(shè)計”教學(xué)模式探索[J]. 教育教學(xué)論壇，2021（10）：81-84.

[5] 張子新. 國家精品課程“地下建筑結(jié)構(gòu)”的建設(shè)探析[J]. 中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（4）：49-50.

[6] 丁克偉，汪東林. 《地下建筑結(jié)構(gòu)》課程特點與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]. 東南大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2012，14（增刊2）：52-54.

［責(zé)任編輯：鐘 嵐］