彰顯“應(yīng)用型人才培養(yǎng)”特色的土力學(xué)教學(xué)改革*

雷鳴，匡希龍，謝海濤，彭旺虎

(長沙學(xué)院 土木建筑工程系，湖南 長沙 410022)

彰顯“應(yīng)用型人才培養(yǎng)”特色的土力學(xué)教學(xué)改革*

雷鳴，匡希龍，謝海濤，彭旺虎

(長沙學(xué)院 土木建筑工程系，湖南 長沙 410022)

摘要：為滿足國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用型”土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對土力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，結(jié)合土木行業(yè)人才實(shí)際需求，總結(jié)了課程建設(shè)及教學(xué)改革中的特色：教學(xué)內(nèi)容、課時和要求充分體現(xiàn)“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)特點(diǎn)；教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科前沿緊密聯(lián)系，與行業(yè)充分接軌；教學(xué)手段和方法豐富多彩等。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)；學(xué)科特點(diǎn)；教學(xué)改革；教學(xué)方法

為適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，地方普通本科高校響應(yīng)教育部號召，轉(zhuǎn)變精英教育觀念，使大眾化教育成為了我國高等教育的主流，而應(yīng)用型人才培養(yǎng)[1]是高教大眾化的核心要求。1925年，Terzaghi[2]所著《土力學(xué)和地基基礎(chǔ)》一書的出版，標(biāo)志著土力學(xué)成為了一門獨(dú)立學(xué)科。中國土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會將其規(guī)定為土木工程本科專業(yè)必修的一門主干課。筆者從事土力學(xué)教學(xué)研究10余年，堅信將學(xué)科特點(diǎn)與教學(xué)改革相結(jié)合，對提高課堂教學(xué)水平，實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)目標(biāo)有巨大幫助。

1土力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)

土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容不外乎以下幾個方面：物理性質(zhì)、滲流理論、應(yīng)力計算、變形理論、強(qiáng)度理論、上述理論在工程中的應(yīng)用。

1.1土的物理性質(zhì)

土是漫長地質(zhì)歷史產(chǎn)物，由于成因類型不同，其性狀復(fù)雜多變[3]。地基工程要求技術(shù)人員能進(jìn)行天然密度、含水率、土粒比重三個基本指標(biāo)的測定，能推算孔隙比、飽和度等六個導(dǎo)出指標(biāo)，能評判土的物理狀態(tài)，能命名土。因此，從物理學(xué)角度出發(fā)，使學(xué)生理解土的復(fù)雜性，定性和定量評價土的性質(zhì)和狀態(tài)，將是教學(xué)的重中之重。

1.2土的滲流理論

土中重力水會在孔隙中流動，稱之土中滲流。水在土中流動產(chǎn)生滲透力，可能帶來滲透變形，造成工程事故。地基工程要求技術(shù)人員能通過滲透實(shí)驗(yàn)，判定土的滲透性，盡早提出措施預(yù)防滲透變形帶來的工程危害。因此，定量評價土的滲透性,理解滲透變形機(jī)理，掌握防治滲透變形措施，將是教學(xué)關(guān)鍵。

1.3土的應(yīng)力計算

這部分是為預(yù)測地基變形服務(wù)的。目前沉降計算是采用壓縮試驗(yàn)所得的e-p曲線，導(dǎo)出計算公式并加以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)校正的方法，這樣的近似簡化落后[4]。地基工程要求技術(shù)人員能計算土中應(yīng)力，因此該部分是本科階段教學(xué)的重點(diǎn)。教學(xué)中加強(qiáng)對應(yīng)力和地基變形機(jī)理的解釋，顯得尤為重要。

1.4土的變形理論

這部分涉及土體因壓縮而產(chǎn)生的豎直方向的位移。地基工程要求技術(shù)人員能預(yù)估地基受荷后的沉降變形。教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放于土的壓縮實(shí)驗(yàn)操作步驟、實(shí)驗(yàn)成果的獲取及分析、地基沉降計算方法之上。

1.5土的強(qiáng)度理論

地基工程要求技術(shù)人員能進(jìn)行地基土的強(qiáng)度測試，能評判土的強(qiáng)度。因此，本科教學(xué)中重點(diǎn)在于土的強(qiáng)度試驗(yàn)步驟及強(qiáng)度指標(biāo)的獲取。目前工程界新的強(qiáng)度測試方法大量涌現(xiàn)，介紹幾種新型測試技術(shù)對開拓學(xué)生眼界大有裨益。

1.6上述基本理論在工程中的應(yīng)用

地基工程要求技術(shù)人員能夠計算各種支擋結(jié)構(gòu)背面的土壓力，因此，教學(xué)當(dāng)首重應(yīng)用土壓力理論進(jìn)行計算。地基工程要求技術(shù)人員能判定土坡的穩(wěn)定與否，因此，教學(xué)當(dāng)首重應(yīng)用所學(xué)判定方法進(jìn)行土坡穩(wěn)定判定。地基工程要求技術(shù)人員能應(yīng)用強(qiáng)度指標(biāo)計算地基承載力，能現(xiàn)場測試地基承載力，因此，地基承載力理論計算法、地基承載力實(shí)驗(yàn)方法是教學(xué)當(dāng)中的重點(diǎn)。上述三個方面均為1.1～1.5節(jié)中諸多內(nèi)容在工程中的應(yīng)用，厘清這些先后順序、銜接關(guān)系、主次關(guān)系在本科教學(xué)中非常重要。

2土力學(xué)課程教學(xué)改革和建設(shè)實(shí)施情況

長沙學(xué)院土力學(xué)課程有主講教師5人，畢業(yè)于省內(nèi)外知名高校。其中博士2人，碩士3人；教授1人，副教授4人。5人均主持有省級以上有關(guān)土力學(xué)學(xué)科課題。課程在2014年被學(xué)校評為優(yōu)秀課程。現(xiàn)今相關(guān)教師仍不斷對學(xué)校網(wǎng)站的土力學(xué)課程展示平臺和互動平臺進(jìn)行完善。

在緒論教學(xué)中，首重經(jīng)典力學(xué)與土力學(xué)的區(qū)別。學(xué)生有可能完全照搬已學(xué)經(jīng)典力學(xué)的研究方法。但土力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)有差別，經(jīng)典力學(xué)有嚴(yán)密的理論體系[5]，而土力學(xué)不僅有較嚴(yán)密的理論體系且更注重工程實(shí)驗(yàn)，很多理論來源于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這就決定了在教學(xué)中必須引導(dǎo)學(xué)生掌握該門課程正確的學(xué)習(xí)概念。

2.1土的物理性質(zhì)教學(xué)

這一章內(nèi)容較零散，重點(diǎn)、難點(diǎn)在于三相指標(biāo)計算、土的物理狀態(tài)指標(biāo)及土的壓實(shí)原理。教師在教學(xué)中運(yùn)用精美圖片詳細(xì)講解土的三相組成及三相比例指標(biāo)內(nèi)涵，在黑板上運(yùn)用三相圖手動推導(dǎo)指標(biāo)公式。通過例舉泥路狀態(tài)隨天氣變化而變化現(xiàn)象，闡述粘性土物理狀態(tài)及分類；通過例舉松散和密實(shí)砂土強(qiáng)度特點(diǎn)，講解無粘性土物理狀態(tài)及分類。進(jìn)而引出土的物理狀態(tài)指標(biāo)，闡述實(shí)驗(yàn)及計算方法。通過引入壓實(shí)度的概念，引導(dǎo)學(xué)生思考土的壓實(shí)原理并詳細(xì)講解擊實(shí)試驗(yàn)及成果，讓學(xué)生有控制路基壓實(shí)質(zhì)量的身臨其境之感。教師在教學(xué)中使學(xué)生真實(shí)享受到了“生活+概念，實(shí)踐+理論”的雙重快樂。

2.2土的滲流理論教學(xué)

這一章較獨(dú)立，在滲透變形的教學(xué)中將用到前面章節(jié)的三相比例指標(biāo)。為提高學(xué)生興趣，教師引入工程中深基坑滲流實(shí)例。采用精美圖片介紹達(dá)西試驗(yàn)及定律，闡述滲透系數(shù)內(nèi)涵。著重講解工程中的滲透變形，分析滲透變形機(jī)理，引導(dǎo)學(xué)生思考如何防治滲流造成的工程危害。教師在教學(xué)中與學(xué)生熱烈互動，重在引導(dǎo)。

2.3土的應(yīng)力計算

此章是后續(xù)變形計算的基礎(chǔ)，比較枯燥。為提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教師在教學(xué)中用到了不少因地基變形造成的工程病害圖，點(diǎn)出了此章內(nèi)容對預(yù)估地基變形的重要性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。重點(diǎn)、難點(diǎn)集中在自重應(yīng)力計算、基底壓力計算及附加應(yīng)力計算方法上。要求學(xué)生通過習(xí)題掌握基底壓力重分布計算、“角點(diǎn)法”計算附加應(yīng)力等難點(diǎn)，所有教學(xué)行為圍繞工程實(shí)際設(shè)計展開，充分體現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2.4土的變形理論

此章重點(diǎn)、難點(diǎn)在于地基沉降計算方法、太沙基有效應(yīng)力原理及一維固結(jié)理論。教師在教學(xué)中通過圖片及手動推導(dǎo)，闡述土的壓縮試驗(yàn)及指標(biāo)內(nèi)涵；詳細(xì)介紹分層總和法和規(guī)范法；詳細(xì)介紹太沙基固結(jié)模型，引出固結(jié)概念及有效應(yīng)力原理，進(jìn)而建立太沙基一維固結(jié)微分方程，給出特解。此章理論性強(qiáng)，但重在應(yīng)用，為使學(xué)生走上設(shè)計或者施工崗位后能迅速運(yùn)用所學(xué)知識預(yù)估地基沉降變形，通過習(xí)題幫助學(xué)生掌握地基最終沉降計算方法，掌握固結(jié)理論的工程應(yīng)用[6]。

2.5土的強(qiáng)度理論

此章理論上需要掌握庫倫定律，實(shí)驗(yàn)上需要掌握直剪及三軸試驗(yàn)。教師在整個教學(xué)中以剪切強(qiáng)度線這條直線為綱，圍繞這條線展開試驗(yàn)介紹，化繁為簡，使學(xué)生更易接收。為使教學(xué)與實(shí)際工程施工無縫接軌，在教學(xué)中介紹工程現(xiàn)場常用的十字板剪切試驗(yàn)及旁壓試驗(yàn)，開闊學(xué)生思維。

2.6上述基本理論在工程中的應(yīng)用

這幾章的教學(xué)，重點(diǎn)、難點(diǎn)放在朗肯及庫倫土壓力計算方法及應(yīng)用、瑞典條分法原理步驟及應(yīng)用、地基承載力測定及應(yīng)用三個方面。相對前幾章，這幾章的教學(xué)與工程實(shí)踐聯(lián)系得更為緊密，教師在教學(xué)中引用了大量工程實(shí)例圖片，讓學(xué)生過了一把工程師的癮，為后續(xù)基礎(chǔ)工程課程的教學(xué)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用型”特點(diǎn)，長沙學(xué)院土木建筑工程系在教學(xué)計劃中將土力學(xué)課程設(shè)置為40學(xué)時，其中30學(xué)時為理論教學(xué)學(xué)時，10學(xué)時為實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必做實(shí)驗(yàn)有土的物理性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，粘性土的液、塑限實(shí)驗(yàn)，固結(jié)實(shí)驗(yàn)，直接剪切實(shí)驗(yàn)，開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有擊實(shí)實(shí)驗(yàn)、篩分實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)中，由實(shí)驗(yàn)教師和理論教師聯(lián)合指導(dǎo)。此外，教師將與土力學(xué)有關(guān)的課題內(nèi)容引入開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，針對學(xué)有余力的學(xué)生展開創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究，指導(dǎo)學(xué)生參與省級大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目，效果優(yōu)良。不少學(xué)生升入名校深造，這些教學(xué)為他們碩士階段的學(xué)習(xí)奠定了基石。

土力學(xué)課程考核成績由理論、實(shí)驗(yàn)和平時成績?nèi)糠纸M成，理論考試成績占總成績的70%，實(shí)驗(yàn)成績占20%，平時成績占10%。建立了土力學(xué)試題庫，要求教師出題力求貼近工程實(shí)際，充分體現(xiàn)了“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)的特點(diǎn)。

3結(jié)語

長沙學(xué)院響應(yīng)教育部號召，貫徹培養(yǎng)“應(yīng)用型”人才精神，進(jìn)行了大量卓有成效的工作。其中土木建筑工程系土力學(xué)教研組教師在土力學(xué)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新性教學(xué)及課程考核等方面進(jìn)行了相應(yīng)的改革工作，主要體現(xiàn)在：1)調(diào)整土木工程專業(yè)培養(yǎng)方案，修訂土木工程專業(yè)教學(xué)計劃，改革土力學(xué)課程教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)大綱和考試大綱，使教學(xué)課時、要求和內(nèi)容充分體現(xiàn)“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)特點(diǎn)，與土木行業(yè)實(shí)情契合。2)要求教師掌握土力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，了解學(xué)科前沿，使土力學(xué)各章教學(xué)與學(xué)科前沿緊密聯(lián)系，與行業(yè)充分接軌。3)在理論教學(xué)過程中，把傳統(tǒng)與現(xiàn)代化的教學(xué)手段有效地結(jié)合起來, 以多媒體教學(xué)為主、傳統(tǒng)教學(xué)為輔；充分發(fā)揮講授法、案例法、討論法、實(shí)驗(yàn)法等多種教學(xué)方法的特點(diǎn)。4)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的研究性。5)改革考核手段，使試題與工程設(shè)計和施工相連，體現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)特色。6)開發(fā)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，加強(qiáng)教師與學(xué)生在課后的聯(lián)系，在交流互動中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)：

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(責(zé)任校對莫秀珍)

doi:10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.06.017

收稿日期：20151224

基金項(xiàng)目：長沙學(xué)院優(yōu)秀課程基金資助項(xiàng)目；長沙學(xué)院教研教改基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目

作者簡介：雷鳴(1977-)，男，湖南長沙人，副教授，博士，主要從事土力學(xué)及隧道工程教學(xué)和研究。

中圖分類號：G642.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5884(2016)06-0051-03