萬旭升+胡啟軍+王作文

摘要：土力學(xué)與基礎(chǔ)工程主要內(nèi)容為土的應(yīng)力應(yīng)變、強度理論與基礎(chǔ)工程，通過土的力學(xué)性質(zhì)與工程實踐去分析解決實際工程問題。針對該課程中存在的問題，提出本課程的改革思路?；趯嶋H工程背景，從理論教學(xué)與實踐教學(xué)兩方面內(nèi)容入手，整合理論教學(xué)內(nèi)容，加強實踐以提高自主思考、創(chuàng)新能力。最后從教學(xué)手段出發(fā)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多樣化應(yīng)用及科研為教學(xué)服務(wù)的理念，將抽象概念及科研成果靈活運用到教學(xué)中，引發(fā)學(xué)生積極思考，提升教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)與基礎(chǔ)工程；考核機制；巖土結(jié)構(gòu)設(shè)計；改革創(chuàng)新

中圖分類號：G42 文獻標(biāo)識碼：A

《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》包括土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，是土木工程專業(yè)的一門主干課程。其涉及工程地質(zhì)、流體力學(xué)、材料力學(xué)、彈塑性力學(xué)和工程施工等學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容廣泛，綜合性、理論性和實踐性很強。高等學(xué)校開設(shè)此課程的目的是為土木工程專業(yè)的學(xué)生構(gòu)筑工程基礎(chǔ)理論框架，以提高分析與解決實際工程問題的能力。而本課程教學(xué)效果的優(yōu)劣直接影響大學(xué)生理論素養(yǎng)與實踐能力。因此，分析研究《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》課程中存在的問題，探究課程的改革與建設(shè)的具體方法是專業(yè)基礎(chǔ)課程建設(shè)的關(guān)鍵所在。本論文針對該課程在教學(xué)中出現(xiàn)的問題，結(jié)合專業(yè)特點，以分析解決實際工程問題為導(dǎo)向，改革教學(xué)內(nèi)容，注重實踐教學(xué)過程，提出創(chuàng)新性教學(xué)改革思路。

一、《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》課程教學(xué)中存在的主要問題

（一）現(xiàn)有教學(xué)效果讓學(xué)生對土的基本性質(zhì)理解不夠深入

土作為該課程的主要研究對象，其自身特性決定了力學(xué)性能的好壞而影響基礎(chǔ)工程的穩(wěn)定性與耐久性。由于學(xué)生缺乏對土基本構(gòu)成的空間結(jié)構(gòu)及時間演變的理解，教學(xué)過程中又以課本教條式講解為主，土的宏觀微觀結(jié)構(gòu)很難做到形象化、具體化。且土中水的存在狀態(tài)僅從理論抽象層次講解很難剖析清楚而讓學(xué)生深刻理解，故學(xué)生在學(xué)習(xí)土中水分物理化學(xué)性質(zhì)中存在很大疑惑。

除了教師板書授課外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段也大范圍應(yīng)用到該課程的教學(xué)中，但是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)手段單一，大多由簡要文字和靜態(tài)圖片組成，缺乏動態(tài)感。師生缺乏互動交流意識，學(xué)生感覺課堂教學(xué)枯燥，導(dǎo)致學(xué)習(xí)中缺乏積極性，從而課堂教學(xué)質(zhì)量得不到保證。

（二）重視理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)而輕視實踐課教學(xué)環(huán)節(jié)

本課程是一門以實踐應(yīng)用學(xué)科，理論教學(xué)學(xué)時一般為64學(xué)時，而試驗課學(xué)時只有8-12學(xué)時。教學(xué)過程主要以教師講解為主，學(xué)生動手做試驗時間非常有限，造成實踐環(huán)節(jié)與理論學(xué)習(xí)脫節(jié)，進而造成教學(xué)效果差。

土力學(xué)中土的基本物理試驗與力學(xué)試驗較多，而且室內(nèi)試驗的首要條件是試樣制做。土樣的制作是一個相對漫長的過程，包括烘干、碾碎、過篩、攪拌、密封、壓樣等環(huán)節(jié)，而少學(xué)時的實踐環(huán)節(jié)很難讓學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)制樣過程。僅從教師講解或課本學(xué)習(xí)去了解制樣過程是完全掌握不了制樣技能的，這也從一個側(cè)面反應(yīng)了該課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的尷尬情況。從本人所帶該課程實踐考核與理論考核兩方面的成績對比分析可以發(fā)現(xiàn)，理論環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)成績明顯好于實踐環(huán)節(jié)。在實踐考核中高于80分的人數(shù)遠小于理論考核的人數(shù)（圖1）。所以現(xiàn)有實踐環(huán)節(jié)所占比例小反應(yīng)出了學(xué)生動手能力差，試驗分析報告質(zhì)量低的問題。

（三）教學(xué)內(nèi)容更新慢，缺乏針對性，不能適應(yīng)專業(yè)人才的培養(yǎng)要求

近些年，我國在工程地質(zhì)勘察，室內(nèi)試驗以及現(xiàn)場土工試驗、地基處理、新設(shè)備、新材料及工藝的研究和應(yīng)用取得了重大進展。而教學(xué)課程內(nèi)容的更新與學(xué)科的發(fā)展速度相比存在滯后性，現(xiàn)有課本的教學(xué)內(nèi)容很難讓學(xué)生了解到基礎(chǔ)工程領(lǐng)域的新理論、新技術(shù)。還有大多教材編寫注重理論，缺乏基礎(chǔ)理論與工程實踐的具體結(jié)合。諸如課本中工程實例大多都是幾十年以前的工程基礎(chǔ)事故或地基處理技術(shù)，故現(xiàn)有先進的處理方法或技術(shù)很難以具體工程呈現(xiàn)出來。

（四）學(xué)生成績考核機制存在不合理性

學(xué)生最終成績一般由期末成績、平時成績、實踐成績?nèi)椊M成。對于期末考試中存在的問題是試題過于死板，沒有一定比例的主觀思考題。除了理論計算外，其余的都是客觀簡單題，答案就是課本中陳列的。這樣不會激發(fā)學(xué)生思考問題的能力，過于教條。平時成績由考勤和平時作業(yè)組成，而沒有體現(xiàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的考察的作業(yè)。

二、教學(xué)內(nèi)容的整合

（一）理論教學(xué)內(nèi)容

理論學(xué)習(xí)是該門課程的基礎(chǔ)，但是內(nèi)容眾多讓不同土木工程專業(yè)的學(xué)習(xí)缺乏針對性，故對知識結(jié)構(gòu)體系部分應(yīng)該整合為主要增加前沿性理論成果，針對具體專業(yè)方向有不同側(cè)重點，減除陳舊、現(xiàn)代工程問題中很難出現(xiàn)的內(nèi)容。故對現(xiàn)有內(nèi)容進行調(diào)整，土的基本性質(zhì)與工程分類該章不變。將土滲透、壓密、固結(jié)、有效應(yīng)力原理與抗剪強度整合為土的基本力學(xué)性質(zhì)，將土的應(yīng)力、土壓力、變形計算內(nèi)容統(tǒng)歸納為土的彈性本構(gòu)，因為土應(yīng)力與土壓力均為應(yīng)力問題，對于本科生教學(xué)，應(yīng)力應(yīng)變歸屬土的彈性本構(gòu)范疇。將地基沉降、承載力與邊坡穩(wěn)定性分析合并為地基與邊坡穩(wěn)定性分析一章，淺基礎(chǔ)設(shè)計作為一章，將樁基礎(chǔ)與沉井基礎(chǔ)合并為深基礎(chǔ)一章，基坑工程與支護工程作為一章、區(qū)域性地基與地基處理合并為特殊土及地基處理一章。這樣將原有內(nèi)容從12章整合為9章。刪減整合會使該課程的教學(xué)內(nèi)容進一步系統(tǒng)化，讓學(xué)生更加易于理解和掌握。

（二）實踐教學(xué)內(nèi)容

目前實踐教學(xué)內(nèi)容主要體現(xiàn)在以室內(nèi)試驗為主，通過學(xué)生做實驗的方式掌握土的相關(guān)力學(xué)性質(zhì)。應(yīng)在試驗教學(xué)環(huán)節(jié)中加入工程背景介紹與討論部分，讓學(xué)生更加清楚試驗內(nèi)容可以分析哪些實際工程問題。討論環(huán)節(jié)應(yīng)著重分析力學(xué)參數(shù)變化的影響因素，以及通過室內(nèi)試驗如何更好的反應(yīng)土的天然性質(zhì)。

除了試驗部分，教師可提供某個問題較為具體的研究內(nèi)容，讓學(xué)生參與討論，培養(yǎng)其解決問題的能力，并鼓勵學(xué)生通過自主試驗的方式拓闊思維，提高實踐能力。

三、教學(xué)手段的創(chuàng)新

（一）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的靈活應(yīng)用

隨著我國土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的發(fā)展，課堂教學(xué)內(nèi)容不斷增加，非常有必要借助多媒體和網(wǎng)絡(luò)改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法。網(wǎng)絡(luò)的形象性、趣味性、直觀性和廣泛性等特點能夠讓學(xué)生更全面的了解土的相關(guān)特性。就工程應(yīng)用來說，大量工程案例用圖片或動畫形式呈現(xiàn)在課堂上會讓學(xué)生影響深刻，并能展現(xiàn)工程修筑或破壞的動態(tài)過程。

還有，對于土的滲透特性，口頭講解水分的流動狀態(tài)很難讓學(xué)生建立空間模型，但用flash制作動畫，通過動畫演示，水分在孔隙中怎么流動會非常形象地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。乃至滲透破壞、土的固結(jié)等過程網(wǎng)絡(luò)都能夠幫助學(xué)生在感覺與思維之間建立其橋梁來實現(xiàn)他們從直接感覺到抽象思維的過度，不僅讓教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)豐富多彩，還讓學(xué)生興趣倍增，教學(xué)效果大大提高。

（二）利用科研成果提高教學(xué)質(zhì)量

作為高校教師，不僅要做好教學(xué)工作，還要做好科學(xué)研究?？蒲泄ぷ骺梢源龠M教學(xué)發(fā)展。筆者從事凍土工程研究，通過對土中水分相變過程研究，探究了土中水分凍結(jié)機理。可將此研究成果應(yīng)用到土的三相組成中作為拓展內(nèi)容，讓學(xué)生對土中水的存在狀態(tài)理解更為深刻。

圖2為土中水分凍結(jié)研究。圖2a是在降溫環(huán)境中土中溫度曲線，可以看出當(dāng)土體溫度達到零度時，水分不會凍結(jié)，只有達到結(jié)晶中心時才會形成冰核。此階段為水分冷縮階段（圖2b）。當(dāng)水分開始凍結(jié)時，先是重力水凍結(jié)，此時會發(fā)生大量冰水相變，溫度主要集中在0—-4℃。其次為毛細水凍結(jié)主要發(fā)生在-4℃—-15℃溫度階段，毛細水含水量變化明顯小于重力水含量變化。由于毛細水主要存在小孔隙中，而相比存在大孔隙中的重力水而言，本身含量要小很多。最后為弱結(jié)合水的凍結(jié)，主要發(fā)生在-15℃以下，該階段含水量變化非常小。而強結(jié)合水的凍結(jié)現(xiàn)有降溫設(shè)備很難實現(xiàn)，因為其性質(zhì)非常穩(wěn)定。

（三）注重學(xué)生思考問題及學(xué)習(xí)方法的培養(yǎng)

本教學(xué)課程除了傳授學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識以及試驗操作技能，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生思考分析問題的方法，乃至解決問題的能力。教師主要作用就是引導(dǎo)學(xué)生多思考。例如“管涌現(xiàn)象”，結(jié)合實際工程，采用啟發(fā)式的教學(xué)方法。引導(dǎo)學(xué)生思考什么類型的土?xí)l(fā)生此現(xiàn)象，為什么？從管涌現(xiàn)象出發(fā)總結(jié)出其特點，然后針對土體自身特點進行分析，引出管涌易發(fā)生的土類及條件。

四、總結(jié)

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的教學(xué)既離不開理論基礎(chǔ)知識，也離不開工程實踐。土力學(xué)基礎(chǔ)理論的夯實可為工程問題提供數(shù)學(xué)模型，讓問題簡單化和清晰化，呈現(xiàn)出規(guī)律性。但是實際工程往往存在復(fù)雜性，理論模型往往不能夠準(zhǔn)確反應(yīng)實際情況，故在教學(xué)過程中要注重工程實踐環(huán)節(jié)。在該課程中適當(dāng)加入工程實踐活動或課外工程設(shè)計活動，開拓學(xué)生視野并為其提供創(chuàng)新平臺。

在改革創(chuàng)新的新時代，教師作為教學(xué)的主體要提高自身素質(zhì)，要具備系統(tǒng)的理論和實踐素質(zhì)，并能夠?qū)⒆陨砜蒲谐晒`活運用到教學(xué)中，引發(fā)學(xué)生積極思考，提升創(chuàng)新意識，以培養(yǎng)出符合新時期國家需要的專業(yè)技術(shù)人才。

參考文獻：

[1]趙明華.土力學(xué)與基礎(chǔ)工程[M]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2014.

作者簡介：萬旭升（1987-），男，甘肅靜寧人，講師，主要從事寒區(qū)工程研究與教學(xué)。