“基坑工程”课程智能化教学研究

［摘 要］ 基坑工程是一门与实际生产紧密相连的综合性、理论性和实践性都很强的系统工程。在分析“基坑工程”课程教学模式现状及其存在的问题的基础上，探索了智能化教学改革的方法，并提出了相应的智能化教学实践模式。智能化教学改革和策略的提出，旨在解决“基坑工程”课程教学模式现存的不足之处，研究基坑工程与智能化教学相结合，锻造学生将学识应用于实践、融汇理论及操作的全面专业素养，从而提升教学质量，为我国基坑工程领域培养更多高素质的人才。

［关键词］ 基坑工程；智能化；教学研究

［作者简介］ 杨 兵（1976—），男，四川遂宁人，博士，西南交通大学土木工程学院副教授，主要从事边坡稳定性研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）13-0013-04 ［收稿日期］ 2024-03-27

在当前我国经济飞速增长的背景下，基础设施建设如雨后春笋般崛起。其中，基坑工程是整个工程建设中比较关键的一环［1］，也是土木工程中的一个重要分支，涉及对地下空间的开发和利用。作为工程建设的根基，基坑的安全开挖和合理的支挡结构，对保障工程顺利进行起重要作用。随着科技进步，智能化技术已逐步深入基坑工程行业，对教学方法和手段也产生了深远的影响。目前，基础工程学科的教育目标不只是让教师通过课堂单纯地将相关的理论知识和技能传授给学生，而是更注重培养学生在实际问题中运用理论、手段及技术解决问题的综合能力。为了适应现实需求，对“基坑工程”教学进行改革显得尤为重要。传统的“基坑工程”教学方式在很大程度上受限于教师的经验和实践资源，无法全面覆盖基坑工程的所有知识点，无法迎合差异化学习要求的多元化和特殊性。智能化教学的出现，为“基坑工程”教学提供了全新的解决方案。通过引入高科技手段和人工智能技术，教学变得更加生动和有效，为学生提供了更好的学习体验和机会［2］。在建筑领域，基坑工程虽至关重要，却未能同步享受智能化浪潮的恩泽。伴随这一领域的智能化转型，对从业者也提出了新的知识挑战。本文旨在剖析“基坑工程”教学所急需的知识更新，利用尖端信息技术，包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、在线课程以及远程监控系统等手段，对“基坑工程”教学领域进行根本性的智能化革新。

一、“基坑工程”教学中的不足

作为土木工程学科的根基，“基坑工程”教育承载着至关重要的角色。它不仅包含了繁多的行业准则，更有着广泛的知识面以及强烈的实践倾向。尽管如此，“基坑工程”的教学内容和模式，以及实操环节，仍存在与现实需求不相适应和不合理的地方。

（一）理论知识为主，实践环节薄弱

当前，绝大多数高等院校在“基坑工程”的教育教学中，仍停留于理论层面的传授。整个教学方案及实施过程，重点在于对相关理论及计算方法的解读。在课堂教学上，主要以幻灯片教学为主导，辅之以课堂作业。在对学生的学术表现进行细致考量时，期末考试的成绩无疑是最为关键的衡量标准［3］。除此之外，日常的成绩评定也同样重要，它主要基于学生完成作业的情况和出勤状况这两个方面。这种教学模式并未体现出如何引导学生将理论知识转化为专业技能，以及如何应用于实际工程中的能力培养。

实践教学在“基坑工程”教育中占据不可或缺的地位，它是理论知识融入生产实践的必经之路。但目前，实践教学环节面临诸多挑战，如时间周期紧凑、学生人数庞大、工程实践项目针对性和数量均不足，从而导致学生实践操作的反馈不充分，难以达到实践教学的既定目标［4］。比如在实施桩锚支护工程时，教育材料未能提供明确的施工流程和技术细节，仅仅以粗略的笔触描绘了施工技术、参数与关键点，这导致学生的认知仅能局限于教科书上那些僵化的图像与文字描述，与实际工程操作相去甚远。另外，考虑到学生的安全问题以及授课教师的工作任务繁重，学生很少有机会真正参与项目生产实践中，导致他们在工程实践过程中学到的知识较少，收获不大。

（二）“基坑工程”教材与现实生产需求存在脱节

在深入研究“基坑工程”教材与实际生产需求之间的不匹配现象时，不难发现，尽管教材在理论层面上为基坑工程提供了全面的指导，但在具体应用中，却往往难以满足现场工程师们的实际需求。

第一，教材中过于侧重于理论知识的传授，而对于施工现场的具体操作细节却鲜有涉及。例如，教材中虽然详细阐述了基坑支护的结构原理，但对于如何在具体工程中快速准确地计算支护参数，以及如何根据现场地质条件灵活调整支护方案，却并未给出明确的指导。

第二，教材中的案例分析大多基于理想化的假设条件，与实际工程中复杂多变的现场情况相去甚远。这使得工程师们在面对具体问题时，往往难以直接借鉴教材中的案例经验。

第三，教材的更新速度滞后于基坑工程技术的快速发展。近年来，基坑工程领域的新材料、新工艺、新设备层出不穷，而教材中的内容却往往还停留在几年前的水平，这使得教材的实际指导价值大打折扣［5］。

因此，为了更好地满足基坑工程现场的实际需求，教材的编写应当更加注重实用性，增加现场操作技巧的介绍，引入更多真实的工程案例，并紧跟行业技术的发展趋势，及时更新教材内容。只有这样才能使“基坑工程”教材真正成为工程师们手头的实用工具，而非仅仅是一本理论教材。

二、“基坑工程”智能化教学价值

在当前的建筑行业中，基坑工程师的角色正面临着前所未有的挑战。传统的基坑工程依赖于经验丰富的工程师，他们通过长期积累的经验来判断和处理各种复杂问题。然而，随着城市化进程的加快和建筑技术的不断创新，对基坑工程师的要求也在不断提高。过往，教育以教师主导的讲授及学生实操练习为主轴。然而，随着智能技术的融入，学习领域迎来革命性转变。智能教学平台的诞生，催生了教育的新范式，旨在培育掌握先进智能技术的未来基坑工程师。

第一，智能化教学为学生提供了更加直观和生动的学习体验。通过虚拟现实技术和模拟软件，学生可以身临其境地感受基坑工程的施工过程，更好地理解复杂的工程原理和技术细节。这种互动式的学习方式不仅能够提高学生的学习兴趣，还能够加深他们对知识的理解和记忆。

第二，智能化教学还能够提供个性化的学习方案。通过人工智能技术和大数据分析，教学系统可以根据每名学生的学习能力和进度，自动调整教学内容和难度，为学生提供量身定制的学习计划。这样每个学生都能够根据自己的实际情况进行学习，更好地掌握基坑工程的知识和技能。

第三，智能化教学还能够实现远程教育和协作学习。通过在线平台和远程监控系统，学生可以随时随地地进行学习，不受地域和时间的限制［6］。同时，学生之间也可以通过网络进行交流和合作，共同解决问题和完成项目。这种开放式的学习环境不仅能够提高学生的学习效率，还能够培养他们的团队合作能力和创新思维。

第四，智能化教学还注重培养学生的创新思维和问题解决能力。在传统的教学中，学生往往只是被动地接受知识，而在智能化教学中，学生被鼓励主动探索和解决问题。例如，通过模拟基坑工程项目的案例，学生可以亲身体验并解决实际问题，从而培养他们的创新思维和解决问题的能力。

第五，智能化教学还强调实践操作和技能培训。传统的“基坑工程”教学往往注重理论知识的传授，而忽视了实践操作的重要性。然而，智能化教学通过引入先进的模拟技术和实验设备，使学生能够亲自动手操作，提高他们的实践能力。例如，通过虚拟现实技术，学生可以在虚拟环境中进行基坑工程的设计和施工，从而更好地理解和掌握相关的技能。

第六，智能化教学还注重培养学生的团队合作和沟通能力。在实际的基坑工程中，团队合作和沟通是非常重要的。智能化教学通过引入团队合作的项目和活动，使学生能够在实践中培养团队合作的精神。例如，通过团队合作的项目，学生需要共同分析和解决基坑工程中的问题，从而培养他们的团队合作和沟通能力。

三、“基坑工程”智能化教学实践

“基坑工程”教学的全面改革势在必行，而先进的信息技术正是推动这一变革的关键力量［7］。借助虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、在线课程以及远程监控系统等工具，我们可以构建一个智能化、互动性更强的教学环境。

第一，随着虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的不断发展，“基坑工程”教学将迈入一个全新的阶段。通过VR头盔和手柄，学生将能够身临其境地进入一个逼真的基坑工程场景，亲自操控实验并深入探究各种条件下的基坑稳定性。这种沉浸式学习体验不仅将理论知识与实践操作紧密结合，而且有助于学生更深入地理解基坑工程的复杂性。在实践操作中，学生可以通过模拟不同的施工过程，深入理解基坑稳定性受各种操作影响的具体情况。例如，学生可以在不同的土层条件下观察基坑的稳定情况，或者模拟雨水侵入对基坑的影响。此外，学生还可以进行监测模拟，通过监测基坑的变形、应力等参数，分析不同施工操作对基坑稳定性的影响程度。通过这种方式，学生可以更加直观地了解施工过程中基坑稳定性的变化，提高他们对基坑工程的理解和认识。

第二，线上网络课程的盛行，实现了远程教育与自我学习的宏伟蓝图。学生得以根据自己的时间规划，借助网络平台，深入挖掘基坑工程领域的宝贵智慧。他们有机会观摩精心剪辑的教学视频，透彻领悟繁杂理论；在讨论区与同学畅所欲言，互动交流，实时检测学习成果。这种趋势使得教育资源得以跨越地域限制，让更多的人能够随时随地获取知识。同时，教师也能有效利用在线平台，布置作业，提供即时而深刻的反馈，安排在线考核。线上网络课程还打破了传统教育的壁垒，让优质教育资源得以共享［8］。优秀的学习平台和课程使得不同地区、不同背景的学生都能够接触到高质量的教育资源，提升了整个社会的整体素质。这些功能不仅极大提升了教学的灵活性，还实现了教育资源的公平分配，大幅提高了教学成效。

第三，远程监控系统在基坑工程现场发挥着至关重要的作用，它能够实时捕捉土体位移、应力变化、水位高低等关键指标的数据。这些数据对于工程的成功至关重要，因为数据可以为工程团队提供实时反馈，帮助他们及时调整施工策略。将这些数据集成到教学系统中，为学生和教师提供了一个宝贵的资源。学生和教师可以实时观察工程的进展，分析数据的变化，并根据这些信息及时调整教学内容和方法。这种方法确保了教学与实际工程同步，使学生能够更好地理解和掌握工程原理和技巧。学生和教师可以实时观察工程进展，分析数据变化，并及时调整教学内容和方法。这种教学方式确保了教学与实际工程的同步，为学生提供了更深入地理解和掌握工程知识的机会。

综上所述，通过引入VR、AR、在线课程和远程监控系统等信息技术，“基坑工程”教学将变得更加智能化、个性化。在数字化教学场景中，学生群体得以在模拟空间里进行即时的观察交流，通过亲身体验来精通问题解决的策略与手段，并对现行方案提出深入的改进建议。此种教学模式大力促进学生实际操作技能、创新意识及批判性思考的全面发展，为他们未来应对现实挑战奠定坚不可摧的基础［9］，不仅提高了学生的学习兴趣和效果，也为教师提供了更多样化的教学手段，最终推动基坑工程教育向更高水平发展［7］。

结语

本研究通过深入实际教学场景，精准定位了现行教学模式中的不足，并探讨了如何利用智能化教学手段提高教学质量。研究指出，结合虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、在线课程以及远程监控系统等先进技术，可以有效融合基坑工程的理论与实际应用，从而激发学生的创新思维，并帮助他们更扎实地将理论知识应用于实践。智能化教学改革为基坑工程师的培养提供了新的思路和方法。通过注重创新思维培养、实践操作技能培训以及团队合作和沟通能力培养，智能化教学将为基坑工程师的培养提供更加全面和高效的支持。此外，本研究强调了课程教学改革需要紧跟时代步伐，通过“基坑工程”教学的改革实践，不仅能够提升学生的学习兴趣和参与度，还能够在培养未来工程师的过程中，使他们认识到主动学习和积极探究的重要性。利用虚拟现实技术对“基坑工程”课程进行改革，不仅能够提升教学效果，也能够进一步提升学生的实际操作能力以及创新性思维［10］。通过VR技术的辅助，学生可以沉浸在一个模拟的基坑工程环境中，亲自操作并解决实际问题，这种互动式学习方法无疑大大提高了他们的实际操作能力和问题解决能力。此外，虚拟现实技术的应用还能促进学生之间的合作与沟通，通过团队合作完成虚拟项目，进一步加强了他们的团队合作能力。同时，教师也可以通过虚拟现实技术提高自身的专业技能和教学方法。在VR环境中，教师可以进行模拟教学，提前预测和解决可能出现的问题，从而在实际教学中更加得心应手。这不仅提升了教师的教学质量，也促进了学生学习成效的提高。“基坑工程”课程的教学改革将为学生提供一个包含实践和创新的学习平台，同时也为教师提供提升自身教学能力的机会［11］。这些措施旨在塑造更有竞争力的专业人才，促进基坑工程技术的运用和进步，为我国基坑工程在未来取得更深远的发展奠定坚实的根基。