張玉　李寶平　劉瑾　梁昕宇　丁瀟

摘? 要：《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》是土木工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)。針對西安工業(yè)大學(xué)人才培養(yǎng)要求和課程特點(diǎn)，在《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程中開展案例式教學(xué)改革與研究。通過教學(xué)大綱修訂、典型工程案例庫建設(shè)、案例教學(xué)在課程中實(shí)施與教學(xué)效果評價(jià)，完整地構(gòu)建了案例教學(xué)體系。教學(xué)實(shí)踐表明，引入案例教學(xué)方法后，學(xué)生對理論的掌握和實(shí)踐能力均得到了大幅提升，效果顯著。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué);土力學(xué)與地基基礎(chǔ);教學(xué)研究;西安工業(yè)大學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2020）01-0116-03

Abstract： Soil Mechanics and Foundations of Foundation is a professional basic course of civil engineering and it is strong theory and practice. According to the requirement fortalent training and curriculum characteristics of XI'AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY， case-based teaching reform and research are carried out in the course of Soil Mechanics and Foundations of Foundation. Through the revision of teaching syllabus， the construction of the typical engineering case base， the implementation of case teaching in the curriculum and the evaluation of teaching effect， a complete case teaching system is constructed. The teaching practice shows that students' mastery of theory and practice ability have been greatly improved， and the effect is remarkableafter the introduction of case teaching method.

Keywords： case teaching; "Soil Mechanics and Foundations of Foundation"; teaching research; XI'AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY

引言

為了不斷提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，滿足社會(huì)發(fā)展的需求，在寬口徑專業(yè)課程改革過程培養(yǎng)計(jì)劃過程中，不斷加大和調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，使得各門課程的課時(shí)量不斷被壓縮，教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)之間的矛盾更加突出?！锻亮W(xué)與地基基礎(chǔ)》這門課程來源于工程實(shí)踐，所學(xué)理論是為了揭示產(chǎn)生工程問題的原因，解決實(shí)際的工程問題，與實(shí)際工程的聯(lián)系十分密切。這門課程一般開設(shè)于大二的第二學(xué)期，學(xué)生尚未接觸到相關(guān)的專業(yè)課程和實(shí)際工程，學(xué)生的工程經(jīng)驗(yàn)基本為零，再加上課程課時(shí)量偏少，造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理解困難，對具體工程的實(shí)際情況模糊，更不能將所學(xué)理論與工程實(shí)際聯(lián)系起來，從而導(dǎo)致對基本理論的掌握度較差，解決和分析實(shí)際工程問題的能力也就不能夠提高。

案例教學(xué)法是為一種獲得理論與實(shí)踐有效結(jié)合的教學(xué)模式，案例式教學(xué)法要求教學(xué)中所用的案例需具有真實(shí)可信、客觀生動(dòng)、多樣性及典型性等特點(diǎn)。借助于案例教學(xué)模式組織課堂教學(xué)，可以在一個(gè)案例中既展現(xiàn)工程場景，又實(shí)現(xiàn)多角度啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論有效解決工程問題，實(shí)現(xiàn)對專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握?；谝陨峡紤]，在廣泛收集工程案例的基礎(chǔ)上，開展案例式教學(xué)改革與研究，將學(xué)生置身于真實(shí)具體的工程現(xiàn)場，改變以教師和教材為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方式，注重學(xué)生的主體性和學(xué)習(xí)的啟發(fā)性。通過引導(dǎo)學(xué)生分析和討論工程案例，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和創(chuàng)造性思維，解決實(shí)際工程問題，使學(xué)生的思維不斷深化，讓學(xué)生追本溯源，逐步積累，大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果，進(jìn)而切實(shí)提高教學(xué)效果。首先，通過調(diào)研學(xué)習(xí)，并結(jié)合我校培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱要求改進(jìn)現(xiàn)有授課模式。根據(jù)《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程章節(jié)之間的遞進(jìn)關(guān)系和土木工程實(shí)踐的發(fā)展現(xiàn)狀對課程內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的整合。其次，確定各案例所涉及的教學(xué)內(nèi)容并規(guī)劃教學(xué)環(huán)節(jié)?；诎咐故镜暮诵闹R(shí)點(diǎn)，匹配相應(yīng)的工程現(xiàn)場錄像、針對案例核心知識(shí)的工程現(xiàn)狀、提出針對案例核心知識(shí)的工程問題、講解案例核心知識(shí)的基本原理與典型工藝過程原理的演示、討論并解決上述問題。再次，實(shí)現(xiàn)案例教學(xué)的實(shí)踐。將案例教學(xué)理念與方法帶入教學(xué)課堂，通過課堂案例的展示，進(jìn)行案例深度剖析，帶動(dòng)學(xué)生參與互動(dòng)探討，提出解決工程問題的各種方案，并與實(shí)際采用方案進(jìn)行比較判斷，從而加深對理論知識(shí)的理解。最終，聽取多方反饋意見，提高案例教學(xué)的實(shí)施效果，實(shí)現(xiàn)各知識(shí)點(diǎn)的案例教材及案例庫建設(shè)。

一、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程特點(diǎn)剖析

《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》是高等院校土木建筑有關(guān)專業(yè)的一門重要課程，屬于專業(yè)基礎(chǔ)必修課，以理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、鋼筋混凝土設(shè)計(jì)原理等相關(guān)課程知識(shí)為支撐，又為土木工程施工技術(shù)、巖土工程勘察、深基坑工程、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。該課程以巖石經(jīng)風(fēng)化后的顆粒堆積物土為研究對象，利用力學(xué)原理和土工試驗(yàn)技術(shù)來研究土的應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和滲透等特性及其隨時(shí)間變化規(guī)律的學(xué)科。源于社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，與工程實(shí)踐密切相關(guān)。土的形成過程及其組成決定了土具有碎散性、三相性（固體顆粒、水、氣）和天然性，導(dǎo)致其變形、強(qiáng)度和滲透特性的復(fù)雜性。因此，需應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本知識(shí)、描述碎散體特性的理論結(jié)合試驗(yàn)規(guī)律及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來研究土的力學(xué)特性及于此有關(guān)的工程問題。課程以土的物理性質(zhì)、土中應(yīng)力計(jì)算為基礎(chǔ)和先導(dǎo);以土的滲透、變形和強(qiáng)度特性為核心理論;以擋墻上的土壓力、土坡穩(wěn)定、地基承載力和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為工程應(yīng)用，整個(gè)課程以理論推導(dǎo)和基本假定為前提，以摩爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則和土體的極限平衡理論為主線，所涉及知識(shí)點(diǎn)多以基本理論、工程應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)技能相結(jié)合，學(xué)生理解和掌握難度較大。對于《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程而言，針對其研究對象土體的復(fù)雜性而言，就要求在案例搜集中，要做到在內(nèi)容上完整、典型、生動(dòng)，在形式上多樣、直觀、易于展現(xiàn)與共享。將課程中的知識(shí)點(diǎn)與工程案例對應(yīng)、結(jié)合，達(dá)到通過案例分析學(xué)習(xí)背景知識(shí)，掌握理論知識(shí)的能力?；谝陨弦螅M(jìn)而開展《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中系統(tǒng)、全面的案例庫建設(shè)及案例法教學(xué)研究。

二、基于“工程案例”教學(xué)的《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》教學(xué)大綱改進(jìn)

通過對已開展案例教學(xué)的土木工程專業(yè)院校進(jìn)行廣泛的調(diào)研與交流，在總結(jié)其案例教學(xué)實(shí)施流程及具體教學(xué)開展模式基礎(chǔ)上，結(jié)合我校培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱要求，針對我校本科生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)和接受能力，將課題組以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與工程案例想結(jié)合，以多媒體為載體，改進(jìn)現(xiàn)有授課模式，根據(jù)《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程章節(jié)之間的遞進(jìn)關(guān)系和土木工程實(shí)踐的發(fā)展現(xiàn)狀，重新對課程內(nèi)容進(jìn)行梳理和整合。在實(shí)踐環(huán)節(jié)保持學(xué)校學(xué)分要求的基礎(chǔ)上，將擋土墻上的土壓力、土坡穩(wěn)定分析、地基承載力、天然地基上的淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)等章節(jié)的典型工程案例融入教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)，課程內(nèi)容上強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對教案、PPT等教學(xué)資源進(jìn)行重新梳理、組織，在各個(gè)章節(jié)PPT中大量增加具體工程圖片，使學(xué)生對工程實(shí)例有具體認(rèn)知，并結(jié)合搜集和重新設(shè)計(jì)的典型工程案例將所學(xué)基礎(chǔ)理論融入，以達(dá)到理論解決實(shí)際問題的效果，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不再覺得理論是枯燥的，與應(yīng)用的距離很遠(yuǎn)。課外積極主動(dòng)吸納學(xué)生進(jìn)入巖土類課程大創(chuàng)項(xiàng)目、互聯(lián)網(wǎng)+項(xiàng)目及專業(yè)教師科研課題組參與實(shí)踐課題研究，組織學(xué)生參加校內(nèi)外各類工程實(shí)踐活動(dòng)及競賽，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。使土木工程專業(yè)學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中，能夠直觀的認(rèn)識(shí)工程實(shí)踐具體環(huán)節(jié)，提升教學(xué)效果。依據(jù)各個(gè)章節(jié)的特點(diǎn)，在培養(yǎng)計(jì)劃和大綱修訂上增加典型案例教學(xué)部分內(nèi)容和要求，提升學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和解決實(shí)際工程問題的能力。

三、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)中典型工程案例庫建設(shè)

工程案例教學(xué)不僅可以很好的實(shí)現(xiàn)《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程的教學(xué)目標(biāo)，而且能夠大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。對課程章節(jié)中適合開展案例教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，確定在土的三相比例指標(biāo)、土的壓縮性與沉降計(jì)算、土的抗剪強(qiáng)度、邊坡穩(wěn)定性問題、擋土墻上的土壓力、天然地基上的淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)各個(gè)章節(jié)引入與之相適應(yīng)的案例庫。在工程案例構(gòu)建過程中一定要注重工程案例的完備性，案例來源于工程實(shí)際問題，具有某一知識(shí)點(diǎn)的典型代表性，工程時(shí)效性顯著，工前到工后信息資料齊全。

工程案例編寫組成員選取應(yīng)是擔(dān)任土木工程專業(yè)教學(xué)任務(wù)的一線教師，并且具有從事巖土工程領(lǐng)域研究與實(shí)踐工作的基礎(chǔ)，多次參與相關(guān)案例的現(xiàn)場施工及項(xiàng)目研究，有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，盡可能將設(shè)計(jì)、勘察和施工單位的一線人員納入編寫團(tuán)隊(duì)。通過工程圖片、工程現(xiàn)場視頻影像、虛擬仿真動(dòng)畫等資料，將實(shí)際工程中的施工場景搬上課堂，通過案例分析討論、歸納總結(jié)，加強(qiáng)師生互動(dòng)，通過工程案例的學(xué)習(xí)掌握理論知識(shí)，將理論方法與工程實(shí)踐緊密結(jié)合起來，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。目前，已通過各種渠道搜集各類圖片、視頻、地質(zhì)勘查報(bào)告和基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)資料等典型案例材料多套，并將部分工程案例應(yīng)用于面向“卓越工程師計(jì)劃”的本科《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課堂教學(xué)中，取得了良好的教學(xué)效果。

四、案例教學(xué)在《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程實(shí)踐中實(shí)施過程

針對培養(yǎng)計(jì)劃中的《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》課程，充分對比分析案例教學(xué)與其他教學(xué)方法的差異。通過對該課程的特點(diǎn)和案例教學(xué)需求的探究，論證其使用案例教學(xué)法的必要性和適用性。基于教學(xué)大綱，理清教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，給出合理而具體的案例教學(xué)實(shí)施步驟。組織各知識(shí)點(diǎn)案例內(nèi)容，包括：工程現(xiàn)場狀況、實(shí)際工程問題、施工過程展示、相關(guān)理論的講解等，在此基礎(chǔ)上播放已經(jīng)整理好的工程現(xiàn)場情況，以實(shí)際工程為載體，提出所播放案例要解決的問題，再以課堂理論教學(xué)方式結(jié)合視頻或圖片講述該案例涉及的知識(shí)點(diǎn)，最后再回到案例要解決的工程問題，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行討論，鞏固對知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。例如，在學(xué)習(xí)擋墻上的土壓力理論介紹三種土壓力時(shí)，可引入三種土壓力形成的動(dòng)畫，并結(jié)合土體主、被動(dòng)破壞的工程事故，結(jié)合實(shí)際工程講解三種土壓力的性質(zhì)及其產(chǎn)生的原因及后果。基于主動(dòng)土壓力理論形成基礎(chǔ)之上，從我國西北地區(qū)實(shí)際工程中大量存在的天然陡坡（圖1所示）這種自然現(xiàn)象著手，以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生思考，粘性土地區(qū)存在大量這種現(xiàn)象的原因及粘性土地區(qū)進(jìn)行基坑開挖時(shí)在一定深度內(nèi)可以自穩(wěn)的原因，如何以土壓力理論對其兩種現(xiàn)象進(jìn)行解釋;然后，再將實(shí)際工程簡化為土壓力計(jì)算模型，如圖2所示。

結(jié)合圖2計(jì)算模型、模擬基坑開挖動(dòng)畫和主動(dòng)土壓力理論，揭示工程中天然土坡保持穩(wěn)定的原因、土壓力形成過程及最終破壞形態(tài)。對于粘性土朗肯主動(dòng)土壓力為零的點(diǎn)所代表的工程意義進(jìn)行解釋時(shí)，可引入粘性土在無支護(hù)條件下進(jìn)行開挖而不破壞的工程實(shí)例（可結(jié)合圖2及基坑開挖案例動(dòng)畫），從而引導(dǎo)學(xué)生理解朗肯主動(dòng)土壓力為零的臨界點(diǎn)即為粘性土基坑不支護(hù)可直立開挖的最大深度。

從產(chǎn)生圖1現(xiàn)象的原因、理論基礎(chǔ)到圖2中粘性土基坑可無支護(hù)開挖的臨界深度計(jì)算再回到三種土壓力的基本理論，結(jié)合基坑開挖及支護(hù)的施工案例，從圖3的基坑開挖支護(hù)圖片抽象到支護(hù)結(jié)構(gòu)上的土壓力大小及分布，總結(jié)土壓力理論的形成原理、計(jì)算方法及其在工程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從理論學(xué)習(xí)到工程應(yīng)用的結(jié)合。

五、結(jié)束語

對于土木工程專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)而言，更應(yīng)偏向?qū)嵺`和應(yīng)用，把案例教學(xué)作為一種以實(shí)踐教學(xué)為基礎(chǔ)的教學(xué)方式，與實(shí)際工程案例相結(jié)合，與社會(huì)資源結(jié)合，突出案例教學(xué)及其體系的應(yīng)用性和實(shí)用性，有助于提升學(xué)生靈活掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力、激發(fā)學(xué)生參與工程實(shí)踐的興趣、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考和應(yīng)用創(chuàng)新。通過在土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程大綱及課程教學(xué)中引入案例教學(xué)，將傳統(tǒng)的教學(xué)方法與實(shí)踐教學(xué)過程相互融合，能提升學(xué)生對理論知識(shí)的掌握及在工程實(shí)踐當(dāng)中的應(yīng)用。自2017年在土力學(xué)與地基基礎(chǔ)課程中初步融入案例教學(xué)及在2018年以來全面展開案例教學(xué)以來，依據(jù)學(xué)生的反饋統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，對課程評價(jià)非常滿意和滿意的人數(shù)占到了65%左右，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和自主學(xué)習(xí)的能力均得到了大幅提升，實(shí)現(xiàn)了由教師“教”到學(xué)生主動(dòng)“學(xué)”的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1]張玉，趙敏，李寶平，等.案例教學(xué)在建筑與土木工程碩士領(lǐng)域人才培養(yǎng)中的探索與應(yīng)用研究[J].教育教學(xué)論壇，2019，02：240-241.

[2]夏雄，先禮瓊，王小平，等.案例教學(xué)法在土力學(xué)課程教學(xué)中的實(shí)踐與思考[J].高等建筑教育，2013，22（6）：56-59.

[3]熊浩.巖土工程類課程案例教學(xué)方法探索[J].高等建筑教育，2017，26（4）：64-66.