彭李暉

(湖北國土資源職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430090)

1 概述

土力學(xué)是研究土體強(qiáng)度、變形、滲流、穩(wěn)定性及相關(guān)工程問題的一門學(xué)科[1-2]，是高職院校工程地質(zhì)勘查、水文與工程地質(zhì)、巖土工程技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。在教育部“雙高計(jì)劃”推動(dòng)下，土力學(xué)作為巖土專業(yè)群內(nèi)的“溝通橋梁”顯得尤為重要。如何上好土力學(xué)，為巖土類專業(yè)群核心課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)是廣大巖土教師所關(guān)心的問題。2019年 受國土資源水工環(huán)地質(zhì)勘查與測量專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委托，我院針對(duì)72名工程地質(zhì)勘查、巖土工程技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生、21家代表企業(yè)進(jìn)行土力學(xué)教學(xué)調(diào)研，在此基礎(chǔ)上結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)土力學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行總結(jié)、探討。

2 目前教學(xué)存在的問題

2.1 內(nèi)容繁雜，重點(diǎn)不突出

土力學(xué)作為一門理論與實(shí)踐并重專業(yè)基礎(chǔ)課程，覆蓋范圍廣，不僅有一定理論深度同時(shí)基本知識(shí)抽象，章節(jié)之間聯(lián)系錯(cuò)綜復(fù)雜。高職院校學(xué)生普遍基礎(chǔ)較差，理解能力有限，冗長繁雜的計(jì)算使學(xué)生產(chǎn)生恐懼心理，學(xué)起來吃力，積極性不高[3-5]。

2.2 課堂教學(xué)與工程實(shí)踐脫節(jié)

課堂教學(xué)與工程實(shí)踐脫節(jié)主要體現(xiàn)在：1)現(xiàn)有高職土力學(xué)教材仍以習(xí)題為主，工程案例偏少且不成體系。學(xué)生僅通過做題缺乏“工程情景”難以體會(huì)“學(xué)以致用”的樂趣，且不同章節(jié)中案例與案例無關(guān)聯(lián)，教師在工程案例教學(xué)中難以前后聯(lián)系，知識(shí)點(diǎn)難成體系。2)土力學(xué)教學(xué)以理論教學(xué)為主，而土工實(shí)驗(yàn)作為高職學(xué)生必備技能在土力學(xué)學(xué)時(shí)占比不高。3)高職院校現(xiàn)有雙師型教師成色不足，大部分青年教師學(xué)歷高但均是從學(xué)校到學(xué)校，雖也參與過工程項(xiàng)目，但缺乏長期在一線的工作經(jīng)歷無法深入進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。

2.3 教學(xué)手段單一

雖然高職院校提倡項(xiàng)目化教學(xué)多年，但進(jìn)展緩慢，大部分教師缺乏科學(xué)先進(jìn)的教學(xué)手段，依然按照傳統(tǒng)“教師臺(tái)上講、學(xué)生臺(tái)下聽”的填鴨式教學(xué)，不但教學(xué)效率低下，學(xué)生長期被動(dòng)接受也無法激發(fā)學(xué)生主觀能動(dòng)性，教師因無法獲得足夠反饋也覺得上課“食之無味、棄之可惜”進(jìn)而造成教學(xué)的惡性循環(huán)。

3 解決方法

3.1 企業(yè)調(diào)研梳理教學(xué)重點(diǎn)

土力學(xué)教材整體理論性較強(qiáng)，計(jì)算繁多?；A(chǔ)薄弱的高職學(xué)生全部掌握非常困難。而巖土類高職學(xué)生工作定位在于現(xiàn)場編錄、現(xiàn)場原位測試、室內(nèi)土工實(shí)驗(yàn)、施工及勘察報(bào)告編制，極少學(xué)生從事巖土設(shè)計(jì)工作。因此土力學(xué)教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)針對(duì)用人單位要求及學(xué)生工作方向予以梳理，盡量做到“夯實(shí)巖土基礎(chǔ)、立足生產(chǎn)實(shí)踐”。根據(jù)畢業(yè)生、兄弟院校調(diào)研及用人單位回訪，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)將土力學(xué)分為如下三個(gè)模塊，如圖1所示。

模塊一為土的基本性質(zhì)，主要講解土的形成、分類及基本的物理、水理性質(zhì)。該部分知識(shí)點(diǎn)為巖土大類專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，教學(xué)難度低且廣泛運(yùn)用于鉆探編錄、現(xiàn)場施工、土工實(shí)驗(yàn)中，為學(xué)生必須掌握教學(xué)模塊。

模塊二為土的力學(xué)性質(zhì)主要體現(xiàn)在土的強(qiáng)度及變形，本模塊為土力學(xué)主干內(nèi)容，計(jì)算煩瑣，教學(xué)難度大，應(yīng)立足于壓縮、剪切實(shí)驗(yàn)兩大實(shí)踐技能訓(xùn)練基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹“通過規(guī)范及載荷實(shí)驗(yàn)確定地基承載力”這類頻繁運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐的知識(shí)點(diǎn)。理論抽象計(jì)算繁雜的“摩爾—庫侖強(qiáng)度理論” “黏性土土坡穩(wěn)定”的條分法、“重力式擋土墻穩(wěn)定性計(jì)算”等知識(shí)點(diǎn)應(yīng)歸類為拓展教學(xué)知識(shí)點(diǎn)。教師教學(xué)中應(yīng)注意對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)僅做科普性介紹，無需反復(fù)糾纏，如學(xué)生學(xué)有余力可進(jìn)一步拓展。在地基沉降量計(jì)算中，可簡化教學(xué)內(nèi)容，如分層總和法計(jì)算沉降量將原本3層、4層需要計(jì)算變形的土層簡化為2層，讓學(xué)生理解“分層總和法”的內(nèi)涵即可，也可引入沉降量計(jì)算軟件輔助教學(xué)，也能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

模塊三為土力學(xué)教學(xué)難點(diǎn)，主要包括土的滲流、流網(wǎng)繪制、地基土變形與時(shí)間關(guān)系的計(jì)算等等。該部分內(nèi)容應(yīng)重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生達(dá)西實(shí)驗(yàn)實(shí)操能力，介紹土的滲流固結(jié)基本概念，了解流土、流砂、基坑突涌的基本概念及防治措施為今后工作打下基礎(chǔ)即可。

3.2 緊貼工程項(xiàng)目貫穿教學(xué)全程

高職土力學(xué)強(qiáng)調(diào)案例教學(xué)。但土力學(xué)不同章節(jié)案例與案例間往往較為割裂，學(xué)生僅機(jī)械完成教師布置任務(wù)，基礎(chǔ)較差的學(xué)生依然無法理解土力學(xué)每一部分所學(xué)應(yīng)用在哪。筆者教學(xué)中將一篇完整的巖土工程勘察報(bào)告作為教學(xué)情景，將勘察報(bào)告涉及到土力學(xué)的知識(shí)點(diǎn)提煉出7個(gè)模塊進(jìn)行訓(xùn)練。

圖2為7個(gè)模塊，基本涵蓋土力學(xué)中土的分類、土的強(qiáng)度、土的變形等主要知識(shí)點(diǎn)。例如報(bào)告中土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表可針對(duì)土力學(xué)三相組成計(jì)算及力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行訓(xùn)練，在訓(xùn)練過程中使學(xué)生意識(shí)到土的指標(biāo)間不是割裂的，物性指標(biāo)改變也會(huì)影響其力學(xué)性質(zhì)。報(bào)告中天然地基方案論證則利用報(bào)告數(shù)據(jù)訓(xùn)練學(xué)生利用規(guī)范法確定該區(qū)域的地基承載力。最后在學(xué)期末選擇6學(xué)時(shí)將所有子案例重新拼湊構(gòu)成該勘察報(bào)告的主干框架，教師將學(xué)生分為若干組，每組委托優(yōu)秀學(xué)生代表負(fù)責(zé)向全班匯報(bào)如何通過土力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)完成所負(fù)責(zé)模塊。通過此類項(xiàng)目貫穿全土力學(xué)教學(xué)的方式，一方面學(xué)生得到完整真實(shí)案例的鍛煉，另一方面學(xué)生在溝通匯報(bào)過程中能體會(huì)到“學(xué)以致用”的樂趣，結(jié)合勘察報(bào)告促進(jìn)土力學(xué)基本知識(shí)框架的搭建。此類用于教學(xué)的工程案例需要教師非常熟悉項(xiàng)目，最好是教師自己做過的工程項(xiàng)目，教師需在課下花大量精力將報(bào)告中的數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理過程提煉成若干個(gè)子案例便于學(xué)生訓(xùn)練。

3.3 引入仿真模擬加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

土工實(shí)驗(yàn)是土力學(xué)教學(xué)重點(diǎn)也是高職畢業(yè)生賴以生存的核心競爭力之一。通過土工實(shí)驗(yàn)可加深學(xué)生對(duì)土的基本性質(zhì)、指標(biāo)的理解。傳統(tǒng)的土力學(xué)教學(xué)中土工實(shí)驗(yàn)課時(shí)短，學(xué)生不易得到充分鍛煉、教師難以考查每位學(xué)生，且由于實(shí)驗(yàn)間隔跨度大，學(xué)生往往學(xué)了后面忘了前面。鑒于此，學(xué)院新的人才培養(yǎng)方案中將土力學(xué)總學(xué)時(shí)修訂為64學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)30，理論學(xué)時(shí)34，理論與實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比接近1∶1。在理論(34學(xué)時(shí))與實(shí)驗(yàn)教學(xué)(14學(xué)時(shí))完成后，專門聘請(qǐng)生產(chǎn)單位土工實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人用2 d時(shí)間對(duì)學(xué)生從取樣、裝樣到土的密度、含水率、液塑限、壓縮模量和抗剪強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果編制與生產(chǎn)項(xiàng)目一致的土工實(shí)驗(yàn)表。通過為期2 d 16學(xué)時(shí)的高強(qiáng)度實(shí)訓(xùn)，學(xué)生能掌握土工實(shí)驗(yàn)流程并能拉近與生產(chǎn)單位距離，為今后工作打下基礎(chǔ)。

為更好進(jìn)行教學(xué)，在土力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入仿真模擬系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)前學(xué)生借助職教云課堂平臺(tái)觀看土工實(shí)驗(yàn)微課，了解實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師指導(dǎo)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)并針對(duì)常見問題進(jìn)行糾正，實(shí)驗(yàn)后學(xué)生統(tǒng)一上機(jī)進(jìn)入土工實(shí)驗(yàn)仿真模擬系統(tǒng)，學(xué)生猶如游戲闖關(guān)在系統(tǒng)中針對(duì)土樣依次進(jìn)行常規(guī)五項(xiàng)試驗(yàn)，上機(jī)仿真過程中需回答系統(tǒng)彈出關(guān)于實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)處理相關(guān)問題，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)可更換土樣類型得到不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果，避免實(shí)操中土樣單一難以改變的缺陷。引入仿真模擬系統(tǒng)可提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，教師后臺(tái)監(jiān)管方便，不但可考查每位學(xué)生實(shí)驗(yàn)流程熟悉程度，同時(shí)學(xué)生深刻理解各土樣指標(biāo)的意義及指標(biāo)間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。

3.4 “互聯(lián)網(wǎng)+”傳統(tǒng)教學(xué)方式

土力學(xué)相對(duì)枯燥的課程特點(diǎn)要求教師盡量采取多種教學(xué)手段教學(xué)。多媒體教學(xué)能在有限時(shí)間給予學(xué)生較大信息量，可彌補(bǔ)板書枯燥無味的缺陷。例如可通過多媒體將有限元軟件生成的不同荷載下地基應(yīng)力泡示意圖的變化展示給學(xué)生，一目了然。但通過多媒體學(xué)生往往被動(dòng)接受大量信息，對(duì)很多重要概念、基本計(jì)算一晃而過。因此土力學(xué)中較為重要的理論計(jì)算案例建議教師板書講解，板書過程多與學(xué)生溝通隨時(shí)掌握學(xué)生狀況。

土力學(xué)教學(xué)也可利用職教云平臺(tái)進(jìn)行課前微課預(yù)習(xí)、課后習(xí)題訓(xùn)練的布置，教師也可上傳各類動(dòng)畫視頻豐富平臺(tái)資源。每周教師可固定時(shí)間與學(xué)生開啟網(wǎng)絡(luò)直播答疑的第二課堂，學(xué)生匿名留言提問，教師現(xiàn)場講解反饋。如今“互聯(lián)網(wǎng)+”的手段多種多樣，但需注意“互聯(lián)網(wǎng)+”手段僅起提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、課后教學(xué)任務(wù)布置等輔助功能，土力學(xué)仍需以傳統(tǒng)黑板+多媒體形式為主，切不可本末倒置。

4 教學(xué)效果分析

自2018年土力學(xué)教學(xué)改革以來，學(xué)生通過案例貫穿全程式的學(xué)習(xí)改變“土力學(xué)無用論”這種觀點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)課比例增大及仿真模擬的引入提高了學(xué)習(xí)興趣，上課出勤率和期末考核及格率逐年上升(見圖3)。2018年—2020年，隨著教學(xué)改革的推進(jìn)，工程地質(zhì)勘查、水文與工程地質(zhì)專業(yè)及巖土工程專業(yè)學(xué)生土力學(xué)及格率及優(yōu)秀率均有所提高。雖然提高不大，但對(duì)于整體理論基礎(chǔ)薄弱的高職學(xué)生而言進(jìn)步明顯。當(dāng)然學(xué)生也提出很多中肯意見，例如在土力學(xué)教學(xué)中應(yīng)開放第二課堂加強(qiáng)土工實(shí)驗(yàn)實(shí)操訓(xùn)練。應(yīng)在教學(xué)中增加工程案例討論課，提前布置討論題目，分組討論等等。

5 結(jié)語

上述土力學(xué)教學(xué)改革繼承傳統(tǒng)土力學(xué)教學(xué)優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)教育技術(shù)，依托網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)加強(qiáng)師生互動(dòng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)邀請(qǐng)生產(chǎn)單位土工實(shí)驗(yàn)負(fù)責(zé)人訓(xùn)練學(xué)生實(shí)操技能。針對(duì)畢業(yè)生調(diào)研及用人單位回訪結(jié)果將土力學(xué)優(yōu)化為三大模塊，有選擇的講授不同模塊內(nèi)容。完整工程項(xiàng)目貫穿理論教學(xué)全程，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題能力。當(dāng)然，這種教學(xué)模式也要求教師提高自身業(yè)務(wù)水平，加強(qiáng)與工程實(shí)踐結(jié)合，從而為學(xué)生提供更廣闊的平臺(tái)，培養(yǎng)出綜合能力強(qiáng)的巖土人才。