張士科

(安陽師范學(xué)院 建筑工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下的土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)改革初探

張士科

(安陽師范學(xué)院 建筑工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

本文針對土木工程專業(yè)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程教學(xué)現(xiàn)狀及教學(xué)過程中存在的問題，進(jìn)行了深入的分析。基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，結(jié)合本人在教學(xué)工作中的經(jīng)驗，對課堂理論教學(xué)、基礎(chǔ)工程設(shè)計教學(xué)和土工試驗教學(xué)，提出自己的教學(xué)改革思考。旨在提高該課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，加強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實踐能力、以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)。

土力學(xué); 基礎(chǔ)工程; 培養(yǎng)模式；教學(xué)改革

1 引言

在高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)計劃中，《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》是一門重要的專業(yè)必修基礎(chǔ)課，也是一門理論、實踐與試驗集為一體的專業(yè)核心課程。該課程由兩大部分組成：第一部分是土力學(xué)，第二部分是基礎(chǔ)工程。土力學(xué)的學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握用專門的土工試驗技術(shù)對土的含水量、密度、相對密度和孔隙比等物理特性，以及土的強度、滲透性和壓縮性等力學(xué)特性進(jìn)行確定。另外，還要求學(xué)生在基本物理力學(xué)參數(shù)已知的情況下，能用土力學(xué)的理論知識和公式，對在受外力時土的應(yīng)力和變形，進(jìn)行計算與分析,對巖土與地下工程進(jìn)行正確的設(shè)計和施工?；A(chǔ)工程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能用土力學(xué)的知識，進(jìn)行擋土墻、淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)及基坑等工程的設(shè)計和施工。因此，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程是一門比較難學(xué)的綜合性重要課程。

目前，我國正在大力開展地方高校轉(zhuǎn)型發(fā)展和大學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育[1]，推動CDIO(構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運行)教學(xué)模式或創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[2]，即高等院校在培養(yǎng)高層次的工程技術(shù)人員方面，應(yīng)以培養(yǎng)適應(yīng)社會需要為主，在注重理論知識培養(yǎng)的同時，還應(yīng)該重視實踐教學(xué)和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，因為實踐和實驗教學(xué)能有效的培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用技能和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，是構(gòu)建理論與應(yīng)用的橋梁。理論教學(xué)與實踐實驗教學(xué)是相輔相成、相互促進(jìn)的辯證統(tǒng)一關(guān)系[3]?；谕亮W(xué)與基礎(chǔ)工程實踐性較強、涉及學(xué)科較多、應(yīng)用具體、理論繁多、推導(dǎo)公式假設(shè)條件較多，連貫性較差等特點，在該課程的教學(xué)過程中，學(xué)生不斷提出“學(xué)什么”、“怎么學(xué)”和“怎么用”等問題。這要求該課程必須進(jìn)行教學(xué)改革，才能更好適應(yīng)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式，為社會培養(yǎng)出卓越的專業(yè)技術(shù)人才[4, 5]。

針對目前土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程教學(xué)模式中，存在重理論知識講授，輕自主分析能力和實踐能力的培養(yǎng)等問題，本文提出了“土力學(xué)與基礎(chǔ)工程”課程教學(xué)模式改革思路，以適應(yīng)于目前的國際化、信息化、創(chuàng)新化的發(fā)展趨勢，希望對培養(yǎng)學(xué)生日后從事工程實踐的能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神具有十分積極的意義。

2 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

以安陽師范學(xué)院建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)為例，基于傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，土力學(xué)課程在大二下學(xué)期開，56學(xué)時(包括土工試驗8學(xué)時)；基礎(chǔ)工程課程在大三上學(xué)期開48學(xué)時，一周的課程設(shè)計。其中，除了土工試驗和課程設(shè)計外，其余全部采用課堂講授教學(xué)，課后布置作業(yè)，最后進(jìn)行期末考試成績評定的教學(xué)模式。

在新的教學(xué)計劃中，將上述兩門課程合并為一門課，即土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，在大二下學(xué)期開，共75學(xué)時(包括土工試驗15學(xué)時，實踐教學(xué)8學(xué)時)。新的教學(xué)計劃要求老師在更短的課堂教學(xué)學(xué)時內(nèi)，向?qū)W生傳授更多，更新的該學(xué)科知識和信息。

根據(jù)新的土木工程專業(yè)教學(xué)計劃，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程的理論教學(xué)部分由原來的96學(xué)時壓縮為52學(xué)時，而增加8學(xué)時的實踐教學(xué)，同時，土工試驗由原來的8學(xué)時增加為15學(xué)時。課堂講授的專業(yè)理論內(nèi)容基本不變即土的物理性質(zhì)及工程分類、土的滲透性及滲流、土中應(yīng)力計算、土的壓縮性及地基沉降計算、土的抗剪強度、土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定、淺基礎(chǔ)設(shè)計、樁基礎(chǔ)設(shè)計、沉井基礎(chǔ)及其它深井簡介、基坑工程、地基處理。基本的土工實驗包括密度試驗、含水量試驗、液塑限試驗、固結(jié)試驗、直接剪切試驗和擊實試驗。

通過對新的土木工程專業(yè)教學(xué)計劃的分析，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題主要有以下幾個方面：

1. 在創(chuàng)新型培養(yǎng)模式下，理論知識講授學(xué)時數(shù)大量壓縮，使課程課堂講授內(nèi)容不能過多過細(xì)，這導(dǎo)致一個知識點未能展開，就躍到下個知識點上，使得學(xué)生對土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的特點認(rèn)識不夠透徹。特別是對理論知識和推導(dǎo)公式的學(xué)習(xí)，如土中應(yīng)力的計算、固結(jié)強度理論，土的沉降計算、摩爾-庫倫強度理論及基礎(chǔ)的設(shè)計計算等。一旦學(xué)生感覺不適和迷茫，就會加大課程的理解難度，學(xué)生就不能很好的將所學(xué)知識用來解決實際工程問題，從而缺乏學(xué)有所用的成就感，對學(xué)習(xí)失去興趣，削弱教學(xué)效果。這要求課程理論教學(xué)的手段必須要進(jìn)行改革，在適應(yīng)新的人才培養(yǎng)模式下，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2. 隨著新理論、新方法和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容在不斷增加，而在新的培養(yǎng)模式下計劃安排的教學(xué)學(xué)時不斷減少，課程的服務(wù)對象又不能過于狹窄[6]。因此，以課堂教學(xué)為中心，以老師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式將使課程講授內(nèi)容偏少較淺，很難對知識點進(jìn)行展開和引入有關(guān)的新理論與新技術(shù)，致使培養(yǎng)出的專業(yè)技術(shù)人才知識面狹窄，解決實際問題的能力單一。為了實現(xiàn)培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型卓越專業(yè)技術(shù)人才這一目標(biāo)。如何解決教學(xué)內(nèi)容的與學(xué)時少之間的矛盾，進(jìn)一步提高教學(xué)效果與質(zhì)量，成為我們所面臨的一個重要問題。

3. 在傳統(tǒng)的教學(xué)計劃中，由于學(xué)時量不足，土力學(xué)實驗以基礎(chǔ)性土工試驗為主，如密度、含水量、液塑限、固結(jié)和直接剪切試驗等。將學(xué)生分組進(jìn)行試驗，每組實驗內(nèi)容一樣，學(xué)生按實驗要求和操作步驟按部就班完成。雖然這種模式適合大多數(shù)學(xué)生，但很難培養(yǎng)出卓越工程人才，以滿足現(xiàn)代社會對全面發(fā)展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高層次工程技術(shù)人才的需求，也不能實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的目的。因此，新的土工試驗教學(xué)計劃除了保留基礎(chǔ)土工試驗外，應(yīng)該增加一些設(shè)計性、研究性和綜合性的物理和數(shù)值實驗項目。在實驗過程中，如何充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，通過自主參與設(shè)計實驗項目培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)造能力，成為我們所面臨的又一個教學(xué)問題。

3 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課改革思路

針對土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，擬提出以下改革思路，以保證并提高該課程的教學(xué)效果和質(zhì)量。

1. 隨著計算機技術(shù)和數(shù)值計算理論的發(fā)展，各種計算分析軟件和技術(shù)，已廣泛用來輔助有關(guān)巖土與地下工程的設(shè)計與施工[7]。鑒于目前學(xué)生在土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程學(xué)習(xí)過程中，缺乏對理論知識學(xué)習(xí)興趣的現(xiàn)狀與問題。本文強調(diào)“可視化”對該課程理論知識教學(xué)的重要作用。筆者將課本上的公式編寫成Visual Basic語言，通過Excel運行，以圖像的形式顯示出來，將不易講授和理解的公式計算過程直觀的演示出來，應(yīng)用Excel實現(xiàn)該課程理論知識外化。將學(xué)生需要掌握的土力學(xué)理論公式實現(xiàn)可視化。課后要求學(xué)生學(xué)習(xí)一些巖土與地下工程軟件，如FLAC，UDEC，ABAQUS等，學(xué)習(xí)模擬在外荷載作用下，土的應(yīng)力、應(yīng)變與物理力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系。這不但能讓學(xué)生了解該課程在實踐中的應(yīng)用，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和興趣。

2. 鑒于教學(xué)改革導(dǎo)致理論知識教學(xué)學(xué)時不足的問題，本文提出將“以學(xué)生為主體，以教師為輔導(dǎo)”的教學(xué)模式，應(yīng)用到部分章節(jié)中，如擋土墻的設(shè)計、淺基礎(chǔ)設(shè)計、樁基礎(chǔ)設(shè)計等。將以教師課堂講授為主的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)化為以學(xué)生為主體的主動學(xué)習(xí)模式，即讓學(xué)生參考課本或參考書，按步驟自主學(xué)習(xí)設(shè)計，教師主要提供參考意見、網(wǎng)上答疑，現(xiàn)場討論等教學(xué)活動。一旦完成設(shè)計，教師從學(xué)生的角度對學(xué)生設(shè)計的內(nèi)容進(jìn)行提問和討論。這種以學(xué)生為主體的教學(xué)模式有助于鼓勵學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，加深學(xué)生對土力學(xué)規(guī)律的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生自主解決實際問題的能力和習(xí)慣。

3. 在土工試驗教學(xué)改革中，考慮與專業(yè)教師的科研項目相結(jié)合，如巖石的疲勞試驗，同時將數(shù)值試驗引進(jìn)常規(guī)的實驗教學(xué)中。這給那些本科生中優(yōu)秀、對科研有極大興趣的學(xué)生提供了解和參與科學(xué)研究的機會。此外，通過數(shù)值試驗，巖石的變形、破裂等復(fù)雜現(xiàn)象能向?qū)W生直觀演示，在反映巖石的變形損傷演化和宏觀破壞過程中的應(yīng)力場和變形場方面的信息，數(shù)值試驗法會有較好的效果。這樣不但有助于完成教學(xué)任務(wù)，還能夠拓展學(xué)生眼界，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

4 結(jié)語

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程是一門實用性較強、內(nèi)容連貫性較差，同時具有理論科學(xué)和工程學(xué)科的屬性的課程。

對理論知識學(xué)習(xí)枯燥單調(diào)的問題，利用用可視化教學(xué)法，不僅激發(fā)學(xué)生對土力學(xué)與基礎(chǔ)工程理論知識學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，而且有助于了解并掌握專業(yè)問題的求解過程及其背后潛在的數(shù)學(xué)與力學(xué)模型及規(guī)律。

利用學(xué)生為主體的教學(xué)模式，對實踐性較強的章節(jié)進(jìn)行教學(xué)改革，不僅調(diào)動了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生在工程實踐中的動手能力。

利用實驗教學(xué)與科研項目相結(jié)合的方法，可以為無研究生本科院校中本科生提供參與科研的機會，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新實踐能力和對科學(xué)研究的興趣。

通過利用計算機技術(shù)對一些復(fù)雜的土工試驗過程進(jìn)行模擬分析，不僅可以了解土或巖石的變形破壞過程，而且可以解決現(xiàn)場實驗條件、物力和財力等限制，切實理解并掌握土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的核心內(nèi)容。

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[責(zé)任編輯：Z]

Teaching Reform Exploration of Soil Mechanics and Foundation Engineering based on the Cultivation mode of Innovation Talents

ZHANG Shi-ke

(School of Civil Engineering and Architecture, Anyang Normal University, Anyang 455000, China)

The teaching present situation and existence problems of course of soil mechanics and foundation engineering in civil engineering, which are deeply analyzed in this paper. Based on the cultivation mode of innovation talents, some people think of teaching reform is to put forward by combining with my experience in teaching. The teaching reform includes classroom theory teaching, teaching of foundation engineering design and teaching of geotechnical experiment. The goal of this paper is to (1) improve the teaching effect and quality of the course, (2) strengthen the cultivation of students’ autonomous learning and practical ability, and (3) strengthen the cultivation of innovation entrepreneurship.

soil mechanics; foundation engineering; cultivation mode; teaching reform

2015-07-10

安陽師范學(xué)院2015年教學(xué)研究項目“基于創(chuàng)新人才模式下的土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程理論、試驗和實踐”(課題編號：2015-ASJY-YB62)。

張士科(1980—)，男，博士，講師，河南泌陽人，主要從事巖石力學(xué)與工程方面的研究。

G642

A

1671-5330(2015)05-0150-03