馬淑芝 賈洪彪

摘要“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”屬于實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造精神的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章分析了傳統(tǒng)“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”開展過程中遇到的一系列問題以及所開發(fā)的“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書生成輔助軟件。利用該軟件，可以很方便地創(chuàng)建、管理和重復(fù)利用課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，可以選擇課程設(shè)計(jì)主題、設(shè)計(jì)任務(wù)、工程場(chǎng)地條件與建筑物規(guī)模，自主組合課程設(shè)計(jì)任務(wù)，滿足不同基礎(chǔ)、不同學(xué)習(xí)興趣與鉆研深度的學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的需求。利用該軟件，可以快速生成與導(dǎo)出“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書，并避免數(shù)據(jù)與任務(wù)不匹配等錯(cuò)誤的發(fā)生，方便實(shí)現(xiàn)學(xué)生一人一題，從而解決傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的弊端，具有推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞 土力學(xué)；課程設(shè)計(jì)；任務(wù)書；輔助軟件

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.030

“土力學(xué)”是地質(zhì)工程、土木工程等專業(yè)的核心課，它以力學(xué)和工程地質(zhì)學(xué)的知識(shí)為基礎(chǔ)，研究與工程建筑有關(guān)的土的變形和強(qiáng)度特性，并據(jù)此計(jì)算土體的固結(jié)與穩(wěn)定，為各項(xiàng)專門工程服務(wù)。“土力學(xué)”具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐背景，必須要讓每一位學(xué)生積極動(dòng)手才能夠找到“感覺”[1]。因此，在課程學(xué)習(xí)中引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)非常必要。在這樣的背景下，越來越多的高校在新修編的培養(yǎng)計(jì)劃中專門增設(shè)了“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”，既體現(xiàn)了原有傳統(tǒng)專業(yè)課程在新工科背景下打造“新工科課程”的時(shí)代需求，也充分體現(xiàn)了人才培養(yǎng)過程中對(duì)于實(shí)踐能力培養(yǎng)的重視，與“專業(yè)精深、知行合一”的人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)。通過課程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)際，不僅讓學(xué)生明確了如何用土力學(xué)的基本理論去解決工程實(shí)踐中的相關(guān)問題，也增強(qiáng)了對(duì)課程體系的認(rèn)知，“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”成為土力學(xué)課程學(xué)習(xí)的重要補(bǔ)充。

針對(duì)如何開展好“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)，達(dá)成課程設(shè)計(jì)的育人育才效果，課程團(tuán)隊(duì)近年來開展了系列的改革與探索，尤其是重點(diǎn)開發(fā)了“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書生成輔助軟件，使得這項(xiàng)培養(yǎng)任務(wù)更能落到實(shí)處。本文介紹了該輔助軟件的開發(fā)過程與使用中的效果與體會(huì)，以交流實(shí)踐課程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，共同關(guān)注課程教學(xué)改革，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1“土力學(xué)課程”設(shè)計(jì)中的常見問題

“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”與大多數(shù)其他課程一樣，其出發(fā)點(diǎn)是增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，得到良好的實(shí)訓(xùn)，增強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的鍛煉。而在實(shí)施過程中遇到的這些問題，使得課程設(shè)計(jì)的效果受到很大影響，不能很好地達(dá)到最初設(shè)想和鍛煉目的。經(jīng)過梳理，主要有以下幾個(gè)方面的問題：

①傳統(tǒng)的方法課程設(shè)計(jì)任務(wù)選題較為單一，甚至于全班同學(xué)都是同一個(gè)題目，內(nèi)容單調(diào)、枯燥，模式單一、刻板，不僅限制了學(xué)生個(gè)性和思維的發(fā)展，難以差異化鍛煉學(xué)生，也不能結(jié)合學(xué)生的興趣開展，不能做到因材施教。因此，開發(fā)豐富的課程設(shè)計(jì)題目尤為重要[2-3]。如果僅靠教師人工布置課程設(shè)計(jì)的作業(yè)，要改變基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，繪制場(chǎng)地地質(zhì)條件、地層剖面圖以及建筑物，涉及的工作量比較大，豐富化的題目是很難實(shí)現(xiàn)的。

②土力學(xué)往往面對(duì)地質(zhì)工程、巖土工程、地下工程、結(jié)構(gòu)工程、道橋工程等不同的專業(yè)及方向，各方向?qū)τ谕亮W(xué)課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是不同的，但統(tǒng)一的設(shè)計(jì)題目難以和專業(yè)方向有更好的銜接，學(xué)生完成的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容較為單一，不利于對(duì)專業(yè)方向的理解與把握[4]。

③課程設(shè)計(jì)教學(xué)的模式基本以教師命題、學(xué)生按要求完成為主，學(xué)生處于一個(gè)被動(dòng)地位，主動(dòng)性不強(qiáng)，自身的思考能力和創(chuàng)新能力未被充分激發(fā)。同時(shí)忽視了一部分學(xué)有余力、能夠進(jìn)行更復(fù)雜類型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的學(xué)生，這部分學(xué)生可能失去一些鍛煉自己能力的機(jī)會(huì)。

④課程設(shè)計(jì)通常安排在課程結(jié)束之后、考試周之前進(jìn)行，一方面學(xué)生忙于應(yīng)考，而且受到放假時(shí)間的影響，心理上會(huì)比較放松、散漫，精力不夠集中，往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)粗糙，對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容未進(jìn)行細(xì)致的分析研究，理論與實(shí)際脫節(jié)，對(duì)于設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤不能認(rèn)真修改[5-6]。這樣，課程設(shè)計(jì)的效果就會(huì)大打折扣。

⑤采用統(tǒng)一的課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，學(xué)生之間相互抄襲的現(xiàn)象常有發(fā)生，不僅達(dá)不到課程設(shè)計(jì)的目的，學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力不能得到鍛煉[7-9]，還有悖于立德樹人的目標(biāo)，助長了一些不好的風(fēng)氣。

2“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書生成輔助軟件的開發(fā)

2.1輔助軟件的構(gòu)成

針對(duì)上述問題，課程組開發(fā)了“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書生成輔助軟件，該軟件基于Python語言編寫。利用該軟件，教師或?qū)W生可以選取課程設(shè)計(jì)所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息及不同的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，自動(dòng)生成課程設(shè)計(jì)任務(wù)書文件（.doc）。軟件由“建筑物概況”“土層信息維護(hù)”“場(chǎng)地信息”“課設(shè)任務(wù)設(shè)計(jì)”以及“課設(shè)任務(wù)書生成”五個(gè)屬性頁組成。用戶界面如圖1所示（p95）。

2.2輔助軟件的功能與使用

2.2.1模塊的關(guān)聯(lián)關(guān)系

課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息包括建筑物、各土層性質(zhì)和工程場(chǎng)地三部分，分別在“建筑物概況”（圖1（d））、“土層信息維護(hù)”（圖1（f））、“場(chǎng)地信息”（圖1（e））三個(gè)屬性頁中進(jìn)行管理。“課設(shè)任務(wù)書生成”為終端界面，它需要調(diào)用“建筑物概況”“土層信息維護(hù)”“場(chǎng)地信息”和“課設(shè)任務(wù)設(shè)計(jì)”4個(gè)屬性頁內(nèi)建立的信息。“建筑物概況”“土層信息維護(hù)”和“課設(shè)任務(wù)設(shè)計(jì)”為末端界面，其中的數(shù)據(jù)輸入、選項(xiàng)選擇等不依賴于別的界面上的數(shù)據(jù)等信息。而“場(chǎng)地信息”則需要調(diào)用“土層信息維護(hù)”里的土層信息數(shù)據(jù)。在軟件使用過程中，可以隨時(shí)添加土層的數(shù)據(jù)信息，并會(huì)關(guān)聯(lián)出現(xiàn)在“場(chǎng)地信息”界面內(nèi)備調(diào)用。同樣“建筑物概況”“場(chǎng)地信息”和“課設(shè)任務(wù)設(shè)計(jì)”屬性頁界面內(nèi)信息的改變也會(huì)直接改變或間接關(guān)聯(lián)“課設(shè)任務(wù)書生成”界面。

2.2.2建筑物信息

建筑物信息包括建筑物基本信息和圖形信息兩部分，分別在“建筑物概況”屬性頁（圖1（d））的左側(cè)中下和右側(cè)兩個(gè)欄目中進(jìn)行設(shè)置與管理。

建筑物展示圖由建筑物的基本信息數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，有三維圖和鳥瞰平面圖兩種?？梢酝ㄟ^調(diào)整軟件整體窗口和圖下方的活動(dòng)窗口調(diào)控位置調(diào)至協(xié)調(diào)的圖形縱橫比例，通過[保存圖像]按鈕實(shí)現(xiàn)圖件保存，并同步建立圖形文件與本建筑物的關(guān)聯(lián)，后續(xù)任務(wù)書生成時(shí)可自動(dòng)調(diào)用。

2.2.3土層信息

土層信息包括土的名稱（描述）、類別、工程性質(zhì)指標(biāo)和工程性質(zhì)曲線圖。工程性質(zhì)指標(biāo)包括三相指標(biāo)、壓縮性、抗剪強(qiáng)度和其他指標(biāo)，在“土層信息”界面右側(cè)欄目中進(jìn)行輸入和編輯（圖1（f））。根據(jù)已輸入的土層性質(zhì)數(shù)據(jù)可以生成土層性質(zhì)曲線圖（壓縮試驗(yàn)的“e-p曲線”或“e-lgp曲線”“直剪試驗(yàn)曲線”和“三軸強(qiáng)度曲線”等）（圖形展示位于圖1（f）左下），保存圖件會(huì)自動(dòng)直接關(guān)聯(lián)圖件文件至本土層信息中，在后續(xù)任務(wù)書生成時(shí)可自動(dòng)調(diào)用。

2.2.4場(chǎng)地信息

在“場(chǎng)地信息”界面中可進(jìn)行工程場(chǎng)地信息的設(shè)置、信息瀏覽和任務(wù)書生成時(shí)的模板管理等。工程場(chǎng)地信息主要包括場(chǎng)地地下水埋深、場(chǎng)地地層信息和柱狀圖。“場(chǎng)地地層信息”欄目如圖3所示。每個(gè)土層可以通過[土層鏈接]下拉列表選擇在“土層信息維護(hù)”界面建立的土層代號(hào)，并即時(shí)將相應(yīng)土層的信息調(diào)入，以便在“列表查看地層信息”和“地層柱狀圖”欄目中引用。

在“場(chǎng)地信息”界面右側(cè)欄中生成場(chǎng)地的土層柱狀圖（圖1（e））。和其他圖形一樣，生成的柱狀圖可以保存成文件，并自動(dòng)建立圖形文件與本工程場(chǎng)地的關(guān)聯(lián)，以備后續(xù)自動(dòng)調(diào)用。

軟件提供的任務(wù)書模板管理，可以供用戶設(shè)置、管理和調(diào)用報(bào)表和圖件的格式，主要包括“任務(wù)書輸出報(bào)表模板管理”和“柱狀圖模板管理”。

2.2.5課設(shè)任務(wù)設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)的任務(wù)設(shè)計(jì)在“課設(shè)任務(wù)設(shè)計(jì)”界面內(nèi)完成（圖1（c））。設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)置了“淺基礎(chǔ)變形與強(qiáng)度驗(yàn)算”和“基坑支護(hù)設(shè)計(jì)”兩個(gè)板塊。通過選擇并編寫各種驗(yàn)算內(nèi)容、驗(yàn)算方法以及討論不同方法之間的聯(lián)系與差異，使得生成的任務(wù)書能從更多維度上考查完成者在不同知識(shí)點(diǎn)上的掌握程度。

每個(gè)課程任務(wù)選項(xiàng)后面都有個(gè)[任務(wù)說明]按鈕，幫助用戶查看本項(xiàng)任務(wù)的內(nèi)容，以輔助用戶確定是否選擇該項(xiàng)任務(wù)。

2.2.6課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書生成是在選擇已設(shè)置好的場(chǎng)地、建筑物、設(shè)計(jì)任務(wù)和輸出模板后，點(diǎn)擊“生成任務(wù)書初稿”自動(dòng)生成任務(wù)書，右側(cè)欄內(nèi)可瀏覽任務(wù)書各項(xiàng)（圖1（b））。軟件能夠?qū)⑷蝿?wù)書輸出保存為.doc格式文件，并提供鏈接外部word軟件的接口，直接調(diào)用word軟件打開生成的任務(wù)書doc文件。

軟件提供數(shù)據(jù)檢查功能（點(diǎn)擊[檢查數(shù)據(jù)]按鈕），可以輔助檢測(cè)任務(wù)書生成中各選項(xiàng)是否存在問題或矛盾，提醒諸如“沒有預(yù)設(shè)任務(wù)信息，請(qǐng)先在<課程任務(wù)設(shè)計(jì)>屬性頁界面建立任務(wù)信息”“基坑深度與支護(hù)方式是否匹配”等問題信息，告知用戶問題所在。

總而言之，利用本軟件系統(tǒng)，在建立數(shù)據(jù)信息之后，通過選項(xiàng)組合，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、圖件繪制、信息匹配檢查、任務(wù)書文本組織等工作，快速自動(dòng)生成《“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書》，大大降低了設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書的工作量，同時(shí)以圖件的形式將建筑物和地層信息展示出來，提高了課設(shè)任務(wù)書的質(zhì)量。

3輔助軟件的益處與效果

“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書生成輔助軟件至今已經(jīng)使用于2屆學(xué)生中，從師生反饋來看，大家對(duì)于該軟件用于課程設(shè)計(jì)表現(xiàn)出了極大的興趣和認(rèn)可?？傮w上來講，借助該輔助軟件，可以設(shè)定不同建筑形式、場(chǎng)地條件、土層情況組成的多種設(shè)計(jì)場(chǎng)景，可以建立充足與豐富的設(shè)計(jì)任務(wù)，方便教師布置多份不同的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生分組進(jìn)行不同的課程設(shè)計(jì)，大大降低教師的工作量；學(xué)生也可以借助該輔助軟件，根據(jù)自身學(xué)習(xí)情況及興趣選擇不同復(fù)雜程度的設(shè)計(jì)要求，自行選題，自動(dòng)生成與之相匹配的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，激發(fā)個(gè)人學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)了創(chuàng)新性。同時(shí)，多份課程設(shè)計(jì)任務(wù)書避免了課程設(shè)計(jì)內(nèi)容相同導(dǎo)致學(xué)生之間互相抄襲的情況，又能因材施教，使每個(gè)學(xué)生都在完成最基本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上根據(jù)自身情況加大設(shè)計(jì)的深度、難度，充分開發(fā)學(xué)生的潛能。

4結(jié)語

“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”屬于“土力學(xué)”課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造精神的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。“土力學(xué)課程設(shè)計(jì)”任務(wù)書生成輔助軟件是一款可以完成土力學(xué)課設(shè)任務(wù)書自主生成與導(dǎo)出的軟件，可以使課程設(shè)計(jì)任務(wù)書中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及具體設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求等更加多樣化，降低更新、編輯與參考工程信息所耗費(fèi)的時(shí)間與精力。

可以依托該軟件選擇不同課程設(shè)計(jì)主題、任務(wù)類型及地基復(fù)雜程度、建筑物規(guī)模，快速生成不同的課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，滿足學(xué)生分組設(shè)計(jì)及不同的學(xué)習(xí)興趣與鉆研深度，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情與創(chuàng)新性、探索性。

基金項(xiàng)目：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2021A15）。

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