“土力學與地基基礎”多維化教學研究

摘要：“土力學與地基基礎”是土木工程專業的一門重要的專業必修課。提出以本課程的“多維化”教學模式改革為中心，以理論教學為基礎，與實踐環節一起構建了本課程的多個層次、多個角度的多維化教學體系，取得了良好的效果。

關鍵詞：土力學；地基基礎；多維化；教改

作者簡介：於昌榮（1976-），男，江蘇南通人，南通大學建筑工程學院，講師；李劍（1991-），男，江蘇宿遷人，南通大學建筑工程學院本科生。（江蘇 南通 226007）

基金項目：本文系南通大學教改課題（課題編號：13050429）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0146-02

“土力學與地基基礎”是土木工程專業的一門重要的專業必修課。眾所皆知，房屋結構的上部荷載都是要通過基礎傳給地基，地基與基礎是房屋的根基，地基與基礎的強度、可靠性與穩定性對結構安全起著極其重要的作用。[1]土力學與地基基礎的教學環節在整個土木工程教學中就顯得尤為重要。它不具備力學課程的嚴謹性，也不具備建筑施工課程的可操作性，[2]同時又是一門較難掌握的課程。因此，對教學體系的重新完善和構建成了本門課程的教改課題的重點。

一、“土力學與地基基礎”課程的教學現狀

土力學與地基基礎實際上是由土力學以及地基基礎兩門學科所組成。土力學包含的內容主要有土的物理性質、土的工程分類、土的力學性質、土的應力與變形、土壓力、地基承載力與邊坡穩定等；地基基礎包含的內容主要有基礎設計的基本原理、淺基礎設計、樁基礎設計、擋土墻設計以及復合基礎的設計等內容。本課程的內容覆蓋面廣、理論知識豐富以及具有較強的實踐性，涉及到諸多的學科領域，如材料力學、建筑材料、工程地質、彈性力學、鋼筋混凝土結構設計原理以及土木工程地質等領域。本課程教學的狀況如下：

1.課程內容多學時少，學生學習的難度較大

“土力學與地基基礎”是集理論和實踐于一體的綜合性的課程，不僅要求教師具備扎實的專業理論知識和豐富的工程經驗，還要求學生有一定的專業基礎課程的功底和一定的工程實踐。但是本課程內容較零散，知識點多，易造成學生在初學時感覺各章節之間的聯系不夠緊密，尤其是基礎工程中的淺基礎、深基礎和復合基礎的設計等工程實踐性很強的部分很難通過口授和文字讓學生有深刻的了解。同時，由于本科教學學時被壓縮，[3]又要保證教學計劃的完成，因此不可能很細致深入講解，故學生的學習難度較大。

2.教材內容與工程實踐存在一定的差異，影響著教學效果

本課程的土力學部分雖然是土木工程的專業基礎部分，但是與工程實際聯系較多，且課中涉及的土工試驗直接用于工程實際。然后教材內容與工程時間存在一定的差異，加上學生們普遍對工程實踐的缺乏造成了理論學習與實踐的嚴重脫鉤，使得本課程的教學成為了紙上談兵。教材的更新遠跟不上專業技術的發展，[4]這導致了教材的內容遠跟不上土木工程專業發展的步伐。

3.單調的教學手段阻礙著教學質量的提高

本課程當中存在許多需要空間想象的內容，如邊坡穩定分析、土體的變形及地基處理等，但是目前大多數的教學仍采用傳統的、單一的教學法，以教師的口授、黑板板書和電子板書為主，這樣學生就很難對所學的專業知識有很好的掌握。傳統單一的教學方式在一定程度上阻礙著教學質量，難以激發學生的創新精神和對專業的創新能力。

二、構建“土力學與地基基礎”課程的多維化教學體系

“土力學與地基基礎”課程的教學應使學生能掌握以地基土的強度和變形為核心的土力學基本原理，獲得解決一般地基基礎工程問題的基本能力，同時也為進一步學習和處理巖土工程問題打下基礎。在繼承傳統的完備的教學經驗的同時，教學研究應不斷與時俱進。本文提出以土力學與地基基礎的“多維化”教學模式改革為中心，以多角度的理論教學為基礎，與實踐環節構建該課程的多維的教學體系。

1.實行多維化立體式教學

鑒于本課程的公式推導較多、設計步驟比較繁瑣，僅僅依靠傳統板書或電子板書顯然不能滿足應用型本科教學的要求。實行多維化立體式教學方法，應用模型、多媒體課件、教學錄像甚至工程實體，能大大擴充教學信息量、更好地激發學生的學習熱情。例如，在講到“彈性地基梁法”中的“文克勒（Winkler）地基模型”時，該模型忽略了地基中的剪應力，地基土越軟弱，土的抗剪強度越低，該模型就越接近實際情況。對于抗剪強度較低的軟粘土地基、薄壓縮層地基及建筑物較長而剛度較差等情況，采用該地基模型比較合適。該模型假定地基是由許多獨立的且互不影響的彈簧組成，即假定地基任一點所受的壓力強度p只與該點的地基變形s成正比，因此制造一個如圖1所示的文克勒（Winkler）地基模型展示給學生，培養他們直觀、形象的空間思維能力和想象能力。

圖1 文克勒（Winkler）地基模型

2.采用多維化開放式教學

開放式教學也叫互動式教學。構建多維化的開放式教學包含：教學氛圍的開放、教學空間的開放、教學形式的開放。教學氛圍的開放主要是要促進學生的主觀學習的熱情。傳遞情感和傳遞知識具有同等的重要性，在傳授知識的同時教師應該把和諧帶進課堂，把寬容帶進課堂，把信任帶進課堂，把微笑帶進課堂，把幽默帶進課堂，把激勵帶進課堂。基于這些情感的交流才能更好地挖掘出學生學習的潛能和學習的積極性。教學空間的開放是為學生營造一個工程實踐的學習空間，把現場教學和工程實例引入課堂。教學形式的開放是指除了課堂內的教學還要充分利用互聯網的優勢進行課外輔導、答疑以及相關問題的討論。這在很大程度上彌補了教學學時縮短帶來的問題。比如，建立QQ群對所學的內容進行討論，可以以教師提問的形式和學生答疑的形式，這樣學生都可以發表自己的觀點，對本課程的學習和深入理解有很好的幫助。另外教師還可以將相關的資料放到QQ群空間里指導學生自學，實現師生間相互交流與溝通。

3.以實驗、現場教學和工程實例相結合的多維化教學

本課程是一門實踐性相當強的課程，應構建以實驗、現場教學和工程實例相結合的多維化教學手段。土力學與實際工程聯系多，常用指標必須借助土工試驗來完成，大綱要求的土工試驗涉及內容：土的物理性質指標、直接剪切試驗、固結試驗和滲透試驗。在實驗教學過程中應該側重動手能力和實驗結果的分析，加強對實驗環節的考查以培養學生解決實際工程問題的能力。同時，近年來計算機仿真技術飛速發展，計算機仿真實驗的引入突破了傳統實驗對實驗儀器和材料的限制，成為了培養學生創新能力的一種輔助實驗手段，[5]應該進行推廣。同時為了增強學生的學習積極性，可以主動結合工程實例，盡可能根據授課進度進行現場教學。針對本課程的內容特點，筆者認為以下內容可以現場和工程實例相結合進行教學：地基承載力、邊坡穩定、淺基礎設計、地基處理等。這樣可讓學生拓寬視野、培養工程實踐意識。

4.運用多維化思維建立合作小組學習模式的教學

啟發式、討論式、研究式等多維化教學方式的采用，對活躍學生的思維，調動學生學習的主動性起到了很好的作用。古人云：“為學患無疑，疑則有進，小疑則小進，大疑則大進。”要想讓學生具有創新精神，教師應鼓勵學生大膽質疑。確立了“課前深度預習（提出質疑）+課后合作釋疑（展示互評）”的新的小組合作學習模式。學習模式小組宜4～6人一組，以宿舍為單位組成，方便質疑、釋疑，此過程可結合互聯網最后由教師進行點評、總結。如土中附加應力的計算、地基最終沉降量的計算、根據地基承載力確定基礎底面尺寸和單樁豎向承載力的確定等難點內容，通過學習小組的質疑和釋疑，教師針對學生的錯誤理解進行點評講解，能收到較好的效果。

三、教學改革的效果及體現

經過近兩年教學改革的努力，已經取得一些成績。南通大學2007級處在教學改革之前，2008、2009級是實施了教學改革之后的兩個年級，從2007—2009級學生土力學與地基基礎課程的考試情況分析對比圖（見圖2）來看，教改前后60-89之間分數段的百分比變化不大。而“60分以下”和“90-100”這兩個分數段，即所謂“兩頭”的考試成績分布的百分比有了很大的變化：不及格比例總體下降了近13%，90分以上的比例上升了近7%。從上述考試成績和學校督導組的考核結果來看，本課程的教學改革取得了不錯的效果。近兩年來，學生對教師的教學評價的總評分都在90分以上，本課程教學效果的問卷調查表明學生的滿意度達87%，說明學生對本課程教改后的教學方法是比較滿意的。

四、小結

面向21世紀的新型的土木工程應用型人才培養是高等教育由精英培養轉向大眾化教育的必然產物。南通大學作為省屬地方高校，在應用型本科教學改革方面已經取得了巨大的成效，但像土力學與地基基礎這樣應用性較強的工科課程改革還需做進一步的探討和研究。實踐表明，只要付出努力構建適合本課程的多維化教學體系，建立不同層次、不同對象、不同空間、不同階段的教學方法有機復合系統，就能培養出專業知識扎實、實踐能力強的土木工程專業應用型人才。

圖2 教改前后土力學與地基基礎考試情況分析對比圖

參考文獻：

[1]姚笑青.土力學課程特點與課堂教學方法探討[J].高等建筑教育，2007，16（4）：81-85.

[2]王偉，陶菲菲，盧廷浩，等.啟發式教學在土力學教學中的應用[J].高等建筑教育，2008，17（5）：83-86.

[3]何承義，盛可鑒，丁劍霆，等.基礎工程課程教學方法改革的探索與實踐[J].教書育人，2012，21（7）：90-91.

[4]何雙華，曾桂香.“土木工程施工”課程教學現狀及改革初探[J].中國電力教育，2012，（2）：60-61.

[5]王常明，王清，范建華，等.計算機仿真在土力學實驗教學中的應用[J].高等建筑教育，2005，14（4）：96-98.

（責任編輯：劉輝）