基于科教融合的基础工程课程教学改革与探索

［摘           要］  基础工程是土木工程专业的核心课程之一，将科教融合理念扎根课程教学，是有效提升学生知识、能力、素养和创新思维的有效途径。以金陵科技学院土木工程专业的基础工程课程为例，简述了现阶段基础工程的课程目标，分析了课程教学中的问题，将科研项目与课程内容融合，提出了教学改革策略，包括重塑教学内容、优化教学方式和改进实践考核方式。新的基础工程课程教学体系可为土木工程专业高素质应用型创新人才培养提供新思路。

［关    键   词］  科教融合；基础工程；课程教学；人才培养

［中图分类号］  G642                   ［文献标志码］  A                 ［文章编号］  2096-0603（2024）21-0０85-04

一、引言

随着“京津冀协同发展”“长江经济带发展”“粤港澳大湾区建设”“长三角一体化发展”“海南全面深化改革开放”和“一带一路”倡议等的实施，我国基础设施建设取得了显著成就，如四通八达的高速铁路和公路、便捷快速的城市轨道交通、大型水利工程和跨海大桥等，这些均与土木工程专业密切相关。为适应全球经济、技术和社会发展需求，“十四五”规划中指明土木工程应注重绿色低碳发展、技术创新和灾害防护与减轻等，这必然对我国的基础设施建设标准和土木工程专业人才培养提出更高的要求。

党的二十大报告强调，科教兴国战略的实施是加强现代化人才培养的关键措施，进一步凸显了科技和教育对我国发展的重要性。科教融合是优化科教兴国战略的有效途径，将前沿科研理论和创新科学方法融入教育体系，使学生接触最新科学知识、科研技术和技术应用。这种教育模式有助于提升学生的综合素质，培养他们的科学思维、实验技能和创新能力。

基础工程是土木工程专业的必修核心课程，同时也是一门工程性、实践性、综合性较强的课程，在基础设施建设与运营安全中发挥着重要作用[1]。将科教融合理念扎根课程教学，促进科研与教育的相互增益，进而培育出高素质应用型创新人才，是当前基础工程课程亟待解决的关键课题。本文以金陵科技学院土木工程专业基础工程课程为例，简述了现阶段基础工程的课程目标，并结合近几年的教学体会和经验，总结了课程教学中的问题，提出了以科教融合为教学理念的改革策略。

二、现阶段基础工程的课程目标

基础工程课程以建筑物的地基、基础为对象，应用土力学和混凝土结构设计的基本原理和方法研究建筑物地基基础的强度、变形和稳定性等问题，从而保证建筑物的安全和正常使用。我校基础工程课程教材选用华南理工大学、浙江大学和湖南大学合编的《基础工程》[2]，其中基础配筋计算、施工、土工合成材料、挡土墙和特殊土地基，在混凝土结构设计、施工技术、土木工程材料、土力学和工程地质等课程中均已讲授，而地基处理和基坑工程将在后续岩土工程方向课中讲授。因此，现阶段基础工程课程主要讨论地基基础设计原则、浅基础设计和桩基础设计等方面的知识，引导学生用发展、辩证的角度看待上部结构与基础的关系，培养敬业、担当的工匠精神。

基础工程课程共设置3个课程目标，课程目标1为中等强度支撑，支撑的毕业要求为工程知识，课程目标2和3为强支撑，支撑的毕业要求分别为问题分析和设计解决方案。通过课程学习，学生应具备以下能力：

第一，能够运用基础结构的受力性能、基本原理和计算方法等知识，用于基础结构的内力分析，对设计、施工及维护过程中的复杂工程问题提出初步解决方案并进行比较与综合。（课程目标1）

第二，能够运用地基基础的设计原则，分析地基基础的力学特性，对复杂基础结构的关键因素进行识别与判断并进行合理简化，准确确定基础结构的计算模型。（课程目标2）

第三，能够掌握基础结构的设计、施工和维护及其技术经济的基本方法和技术，分析工程建设活动中的沉降问题、地基承载力问题、稳定性问题，了解影响基础结构的各种因素。（课程目标3）

三、基础工程课程教学中的问题

（一）课程教学时间不足

基础工程课程内容覆盖知识面广，但教学时间有限，国内高校结合自身情况，均对课程内容进行精简，通常以设置32学时居多[3]。我校土木工程专业为践行工程教育以学生为中心、成果为导向和持续改进的三大理念，不断调整人才培养方案课程体系和结构，旨在提升教育质量，培养高素质的应用型人才。为满足我校的育人定位，考虑生源情况以及土木工程专业人才培养计划要求，设置24理论学时，聚焦于浅基础和桩基础的设计理论。然而，基础工程中许多理论和计算公式的推导较为复杂，一些内容与先修课程紧密相关，且难度较大，加上学生可能会遗忘以往的知识，知识回顾占用了部分正常授课时间。此外，随着更多复杂大型工程的建设，以及极端气候和地质灾害的影响，基础工程面临新的挑战，这要求新的设计理论、基础形式和施工技术、现行的课程内容需要不断进行更新和扩展，以满足不断进步的时代要求。如何在有限的教学时间内完成这些教学任务，是课程教学改革需要解决的难题。

（二）实践教学环节不足

基础工程是一门理论和实践结合紧密的课程，其中实践教学环节尤为重要[4，5]。实践教学环节不仅能加强学生对理论知识的掌握，更能提升学生解决工程实际问题的能力，培养他们的职业道德和责任感，并激发他们的创新思维。我校基础工程课程的核心内容包括浅基础和桩基础设计，也是该门课程的教学重点。除基础工程课程之外，还单独设置了基础工程课程设计这门课程，可视为基础工程理论课程的实践教学，要求学生完成柱下承台桩基础的设计，强化桩基础理论工程实践的运用。为避免抄袭，每位学生的设计工况均不同，设计期间的表现、答辩情况以及计算书和图纸的完成质量作为评估的重要标准。然而，浅基础设计方法的实践应用并未得到充分锻炼，理论教学中虽引入了案例教学，但实践教学环节仍显不足。为此，课堂教学中需要强化学生利用浅基础设计理论解决工程问题的实践能力。

（三）创新能力培育不足

工程教育注重创新能力的培养，不仅有利于学生自身职业和学术发展，而且对推动社会经济发展和技术创新具有深远意义[6]。目前，我校基础工程课程通过撰写课程报告的方式培养学生的创新能力，报告主题必须与课程内容相关，但题目不限，新型基础形式、设计理念和施工方法的介绍均可。撰写中要求学生在知网上进行相关主题的文献检索，经广泛的文献阅读，总结并形成自己的观点和见解，课程报告结构、排版与科技论文发表的要求相同。然而，实施过程中发现学生的报告成果并未达到预期目标，很多报告只不过是对已有文献的简单拼凑，不能充分锻炼学生的创新思维和独立分析的能力。造成这一现象的原因很多，如学生能力的差异、评价方法单一等。鉴于此，有必要创新教学方式，引进多样化的评估标准和方式，更全面地衡量学生的创新能力和思维独立性。这样既能激励学生从多角度、多层次深入课程学习，又能鼓励他们发表独特的见解。

四、科教融合下的基础工程课程教学改革策略

针对如今我校基础工程课程教学中的问题，贯彻工程教育中持续改进的理念，突出我校服务南京的育人主题、土木工程人才需求的应用性以及创新能力培养，基础工程课程团队依托现有与课程相关的纵向和横向科研项目，从教学内容、教学方式和实践考核方式三个方面提出了教学改革策略，坚持育人为本、专业教育与思政教育有机融合，将学科前沿、创新创业实践融入教学全过程，着重培养学生解决复杂问题的能力、创新意识以及高阶思维。

（一）教学内容重塑

近年来，全球气候冷暖交替频繁且地震频发，基础受地基冻胀融沉变形的影响以及工程场地地震安全性评价等问题愈发突出。特别是南京广泛分布软土，其高含水率、高压缩性、低承载力给工程带来挑战。在此背景下，经济有效的软土加固方法、控制地基变形和选择适宜的基础设计方案成为关键问题，这些问题与基础工程课程的教学内容紧密相关。课程团队纵向课题研究土体的冻胀融沉变形，横向课题研究土体的动力学特性，是解决上述实际问题的重要基础理论。基于这些研究课题，对教学内容进行全面梳理并重塑，如图1所示。

为了强化课程内容，在原有的课程内容基础上添加地基处理和地基基础抗震两部分内容。地基处理主要讲授软土地基的常见处理方法，着重介绍在软土地区地铁隧道施工中常用的人工冻结法，要求学生了解常见软土地基的处理方法，并根据实际工况选择最佳方法。地基基础抗震主要讲授地基的震害现象、地基基础抗震设计原则和抗震措施，要求学生掌握地基基础抗震设计原则，并了解常见地基基础的抗震措施。此外，纵向课题关于土体冻胀融沉变形的研究与浅基础、桩基础和地基处理的教学内容整合，深化学生理解地基土的冻融变形对基础产生的负面影响，以及人工冻结法施工中的变形控制措施。横向课题关于土体动力学特性的研究融入浅基础、桩基础和地基基础抗震的教学内容中，深化学生了解地震作用下地基基础的动力响应，以及基础工程中的减震措施。通过这种方式，实现前沿科研知识与课程内容的融合。

（二）教学方式优化

在不改变教学时间的情况下，各部分教学内容的时间安排如图1所示，若要按时并高质量地完成重塑后的教学任务，必然要优化当前的教学方法，图2为课堂教学过程设计。课前采用问题驱动的学习方法，提出与课程内容紧密相关的开放式问题，激励学生课前预习和独立思考；课中教师先通过工程案例引入并提出问题，吸引学生的注意力，激发学生听课的兴趣，并就课前和案例中提出的问题开展师生互动，引出课堂教学内容，然后将课程内容与现行规范、课程思政要求相结合，通过多媒体教学和互动教学传递和强化知识点，讲授结束后，学生完成课堂练习，最后教师对本节课的重要知识点进行回顾和总结；课后布置单元作业，加强学生对基础工程设计方法的实践运用能力。

当前教育数字化战略行动是我国教育改革与发展的关键内容，该战略主要利用先进的数字技术手段，提升教育质量和效率，实现教育资源均衡配置和个性化学习，推动教育模式向开放、灵活、终身学习的方向发展。基于此，课程团队通过引入线上课程和教授基础设计软件突显教育数字化，以此作为课程改革的重要举措。基础工程课程涉及土力学、钢筋混凝土设计原理等先修课程的理论知识，知识回顾不可避免占用正常的授课时间。为优化教学时间，课程团队将此类复习内容转移至线上课程平台，供学生课后自主复习，从而释放课堂时间，突出基础工程设计理念和方法的教授。此外，为及时反馈学生的学习情况，课堂练习也迁移至线上随堂进行。现代土木工程专业人才需掌握设计软件，在浅基础和桩基础内容中邀请企业专家深度讲解软件功能和操作流程，并分享工程实际案例中设计软件的应用，要求学生能熟练运用设计软件对简单的浅基础和桩基础进行设计。以上教学方式充分融合线上和线下教学的优势，提高了教学的针对性与实用性。

（三）实践考核方式改进

课程考核是课程建设的重要环节，不仅是评价教学成果的关键工具，也是确保教学质量的重要措施。目前我校基础工程的课程考核包含平时、实践以及期末考核三大部分，各部分成绩占比分别为20%、20%和60%，其中平时考核由课堂练习和单元作业组成，各部分成绩占比为40%和60%，实践考核采用课程报告的形式。鉴于加强实践性评估的重要性、促进学生创新能力的培育，以及考虑到学生之间的个体差异，课程团队对课程实践考核方式进行改进，如图3所示。

实践考核采用多样化的评估方法，共有6种不同的考核方式可供选择，摒弃了传统单一的考核方式。学生可根据自身特点和未来规划，选择完成其中一种考核方式，这样更能体现个性化。毕业后计划步入职场或成绩有待提升的学生可从考核方式①②中选择，侧重于巩固课程知识和积累工程实践经验，考核方式①要求学生完成浅基础设计大作业，加强学生浅基础设计理论和方法的实践应用，考核方式②要求学生收集基础施工过程中的系列照片，并配以文字描述形成报告，能够让学生完全了解并掌握基础施工的全部流程，进而积累工程实践经验；而计划考研或留学深造或成绩优秀的学生可从考核方式③～⑥中选择，侧重于创新和科研能力的培养，考核方式③和④分别要求学生主导提出与课程内容相关的大学生创新创业项目和参与课程依托的科研项目，完成申报书和报告的撰写，考核方式⑤和⑥分别要求学生撰写与课程内容相关的拟投稿论文和申请专利，能有效培养学生的创新思维与科研技能。学生可以独立完成，也可团队合作，但团队成员数必须控制在4人以内。提交成果时必须清晰地标注每位成员的具体贡献，在教师对提交成果评分之前，团队成员需进行互评，教师综合成果评分和互评结果，给出每位学生在实践考核中的最终成绩。这种实践考核方式能够更公正地评价每个学生的实践表现和创新能力。