陳國周，錢曉麗，張建勛

福建工程學院 土木工程系，福建 福州 350108

巖土工程教學中加強手算訓練的研究與實踐

陳國周，錢曉麗，張建勛

福建工程學院 土木工程系，福建 福州 350108

計算機軟件在巖土工程設計中已得到廣泛應用，學生應用計算機的水平有很大提高，但手算能力有下降趨勢。為提高學生手算能力，我們從夯實力學基礎，在課堂大作業(yè)中突出手算訓練，課程設計強調手算訓練，畢業(yè)設計電算手算相結合等方面進行改進。

巖土工程 高等教育 計算能力

利用計算機軟件來計算工程問題，已在巖土工程中得到廣泛應用，一般被稱為“電算”，與之對應的則是傳統(tǒng)的“手算”，即“手工計算”?，F(xiàn)有的巖土工程軟件有適用于研究的如FLAC,Geoslope,Plaxis,MIDAS/GTS，有適用于工程設計的如理正、啟明星、JCCAD等[1]。這些軟件的應用，使計算時間減少很多，原先手算無法實現(xiàn)的復雜力學模型也可以求解出來。但從人才培養(yǎng)的角度來看，同時也帶來負面影響，那就是學生的手算能力被削弱了，用人單位的反饋意見也證實了這點。所以筆者認為在巖土工程教學中，應該加強對學生手算訓練。我們在巖土專業(yè)方向的學生中進行加強手算訓練的嘗試，取得較好的教學效果。

一、手算與電算的關系

關于手算與電算，哪個更有用，巖土工程界一直存在爭論。早在20多年前，同濟大學的俞調梅教授對計算機的作用提出了不要“Garbage into,garbage out”(垃圾進，垃圾出）的警世名言[2]。

電算以計算機作為工具，從計算速度、解決問題的復雜程度比較，無疑比手算更具有先進性[3]。但是電算時所使用的程序也有它的局限性，如果設計人員電算操作失誤時，計算結果與實際更是相差甚遠。沒有堅實的手算基礎，就無法對電算結果做出正確的判斷。

雖然現(xiàn)在巖土工程研究領域數(shù)值分析蔚為大觀，研究者很多，發(fā)表的相關論文也很多，但實際工程中的巖土師大多卻是對數(shù)值分析持不信任態(tài)度，尤其年紀較大的更是這樣。他們更注重概念，不拘泥于數(shù)字運算，認為首先要從整體上把握好方案，其次才是計算問題，也就是“定性分析為先，定量計算為輔”[4]。因此他們往往更習慣于手算，即使有了電算結果，一般也要用在手算中積累起來的經(jīng)驗校核一下。

筆者認為可以總結為一句話:手算是基礎，電算是提高。沒有手算作為基礎，電算只能是無本之木，玩數(shù)學游戲。而如果只拘泥于手算，拒絕先進的計算手段，則在效率上跟不上時代發(fā)展。

二、現(xiàn)在巖土工程專業(yè)學生手算能力偏弱

巖土電算設計已經(jīng)在工程中得到廣泛應用，如設計院用理正軟件來計算邊坡加固、用JCCAD來計算樁基等等。電算能力成為衡量畢業(yè)生能力的一個重要指標，畢業(yè)生的求職簡歷上都會列出他們所掌握的計算機軟件名稱，以增加就業(yè)競爭砝碼。他們在校時所受到的電算訓練，可以幫助工作后較快適應崗位，這點是頗受用人單位歡迎的。

然而在教學中，我們發(fā)現(xiàn)學生手算能力偏弱，這點會制約電算能力的提高。在學習巖土電算軟件時，部分學生只關心軟件能否運行計算下去，不關心軟件的計算模型，對計算結果文件的分析也滿足于淺嘗輒止[5-6]。比如基坑計算滿足于判斷有沒有發(fā)生破壞，對影響因素不了解，想了解也不知道從何下手，這樣就難以對設計方案進行優(yōu)化。

現(xiàn)在的巖土工程設計軟件，界面友好，操作簡單，有“傻瓜機”的特點。在使用軟件計算時，只需點擊“下一步”，最終可以得到所有想要的結果，包括彎矩圖、剪力圖、鋼筋布置圖，連計算書都是自動生成。如果學生對巖土的基本性質不夠了解、對軟件所依據(jù)的計算模型不夠了解，他們往往迷信這些電算結果的精確性，認為它是萬能的，可以處理幾乎所有的工程問題。比如某位學生的計算書中，普通的黏性土坡，穩(wěn)定系數(shù)竟然是好幾萬。這顯然是計算錯誤，可能是參數(shù)的輸入出現(xiàn)問題，而學生對此結果卻缺少敏銳的糾錯能力。盲目信賴電算結果，不作進一步的分析，在實際工程中可能導致不必要的浪費，或者出現(xiàn)重大設計失誤。

因此，我們提出要在教學中加強手算訓練。因為手算在計算過程中有明確的計算理論、計算模型，以及相應的計算方法和步驟，便于檢查，易于發(fā)現(xiàn)錯誤。

三、教學中加強手算能力訓練的措施

巖土工程相對其他土建類的專業(yè)而言，顯得更為龐雜，而且隨著時代發(fā)展被不斷賦予新內容。以前只是淺基礎設計，后來樁基大量使用使得樁基設計也要掌握；高層建筑帶來的深基坑開挖，使基坑支護計算成為必須掌握內容；開山造路則要求邊坡加固；現(xiàn)在城市發(fā)展地下空間，又要求計算地下結構。這些內容都有大量的計算方法可學，而課時有限，只能是挑最主要也是工程中最常用的來進行教學。我們從下面四個方面來加強學生手算能力訓練:

1.夯實力學基礎

不僅巖土工程，整個大土木專業(yè)學習都依賴于堅實的力學基礎。巖土工程中的計算，很多力學模型都是在力學課程中需要掌握的。比如，基坑支護的靜力平衡法和等值梁法，就是結構力學的內容；基坑支護的土抗力法，就是矩陣位移法的內容。力學基礎打好，才可以對手算中所用的計算方法有深入理解，才可以在電算中正確選用計算軟件、正確分析電算結果。我們從培養(yǎng)大綱上對學時進行調整，與力學教研室教師溝通，保證力學課時滿足后續(xù)專業(yè)課學習需要。力學教學中，不求計算精確，而更側重于力學模型的正確判斷。

2.在課堂大作業(yè)中突出手算訓練

在專業(yè)課教學中，教師不能滿足于概論式的介紹，而要深入技術核心，要讓學生掌握計算方法。筆者在教學實踐中發(fā)現(xiàn)，通過課堂大作業(yè)的方式，對學生的手算訓練很有裨益。比如，邊坡穩(wěn)定分析中的“傳遞系數(shù)法”，由于該方法的實用性，在實際工程中經(jīng)常被采用。而該方法計算參數(shù)較多，學生如果自己不做過一遍，難以理解這個計算式，因此在課堂上留出部分時間讓學生完成例題的手算是必要的。再比如地基沉降計算的分層總和法，計算步驟較多，學生要扎實掌握這方法，也要動手做過一遍。課堂大作業(yè)的優(yōu)勢在于，學生計算過程中有問題可以通過討論得到解決，而教師可以很準確地了解學生對問題的掌握程度。

3.課程設計強調手算訓練

我們開設有專門的“巖土工程軟件應用”課程，對學生電算能力的訓練是比較系統(tǒng)的，因此在課程設計中主要強調手算訓練，而不強調應用電算。課程設計是專業(yè)知識的綜合應用，受學時所限，設計題目應該典型，一定要適合手算復核，讓學生通過做課程設計，了解實際巖土工程的計算步驟流程，為畢業(yè)設計打下堅實的基礎。適合作為課程設計的題目如樁基設計計算、基坑支護計算等。

4.畢業(yè)設計電算手算相結合

由于巖土工程強調地質區(qū)域性的特點，這和上部結構設計不同，因此我們畢業(yè)設計中嚴格實行“一人一題”，并且和學生的畢業(yè)實習聯(lián)系起來。學生在5周的畢業(yè)實習中，從實習單位收集相關的地質工程資料，在12周的畢業(yè)設計中根據(jù)這些資料進行畢業(yè)設計。畢業(yè)論文要求電算與手算相結合。比如同一基坑設計中可能要采用多種支護方法，這就要求學生對各種支護方式的計算理論和技術規(guī)范比較熟悉，會使用計算軟件如理正或MIDAS等進行電算，再用手算進行復核比較。

四、教學效果評價

1.在校生的評教

加強手算訓練的課程，得到較高的評價，如“邊坡加固”、“高層建筑地基基礎”評分在90分以上。這可能是因為學生認為掌握了詳細的計算方法，而且經(jīng)過自己親自計算，有“成就感”。也有部分學生反映，由于加強了手算訓練，“很有壓力”，因為他們不能通過死記硬背來通過考試，而要憑扎實熟練的計算能力。這些課程采用開卷考試，但沒有學生會提前交卷，因為重點考核學生計算能力，計算量較大。

2.畢業(yè)生的訪談

對已畢業(yè)參加工作的學生訪談，他們大都認為手算訓練對較快適應工作崗位有很大幫助，尤其在參加注冊巖土工程師考試中得到體現(xiàn)。同時，他們也提出學校開設的部分課程存在“概論化”的傾向，沒有講授相應的計算方法，更談不上手算訓練，這些內容畢業(yè)后只能靠自己補課，希望能夠改進。

3.用人單位的反饋意見

用人單位反饋意見認為較優(yōu)秀的我校畢業(yè)生，很快可以上手，力學概念清晰，有的甚至很快就“挑大梁”，得到工作單位的一致好評。但有些學生則顯得訓練不夠，缺少工程師基本的計算能力。

五、結束語

巖土工程專業(yè)的學生過分依賴于計算機設計程序，手算能力偏弱，這對于他們畢業(yè)后的進一步發(fā)展不利。我們在教學中加強對學生手算能力訓練，從學生及用人單位的反饋意見表明具有一定成效，但是還需進一步加強。

[1] 曹丹平.勘查技術與工程專業(yè)計算機課程教育模式的研究與實踐[J].中國地質教育，2010，(2):61-63.

[2] 高大釗.關于巖土力學新分析方法的回顧與思考[J].工業(yè)建筑，2006，36(l):58-61.

[3] 趙成剛.土力學的現(xiàn)狀及其數(shù)值分析方法中某些問題的討論[J].巖土力學，2006，27(8):1361-1364.

[4] 王新華.建筑結構電算結果的合理性判斷[J].湖南城建高等?？茖W校學報，2002，11(3):12-14.

[5] 林伊方，徐志恒，沈漢樺，等.基坑支護設計若干問題的研究與探討[J].工程質量，2002，(4):41-45.

[6] 李永梅，孫國富，董崢，等.結構電算在土木工程專業(yè)課程設計教學中的應用[J].高等建筑教育，2009，18(5):112-115.

Research and Practice of Improving Calculating Ability of Geotechnical Engineering Students

CHEN Guo-zhou, QIAN Xiao-li, ZHANG Jian-xun
Fujian University of Technology, Fuzhou 350108, China

Computers have been applied widely in geotechnical engineering.The ability of students to apply computer have been improved high, but their calculating ability on hand is weaken.Some methods are used to improve the calculating ability on hand of students.The methods include raising mechanics course quality, emphasizing calculating ability on hand in course homework and course design, and combining computer software and calculate ability on hand in thesis.

geotechnical engineering; high education; calculating ability

G642

A

1006-9372 (2011）02-0093-03

2011-02-02。

中國建設教育協(xié)會項目(200904）；福建工程學院教研項目 (GJ-K-08-14)。

陳國周，男，副教授，從事巖土工程教學與應用工作。