彰顯“應用型人才培養”特色的土力學教學改革*

雷鳴，匡希龍，謝海濤，彭旺虎

(長沙學院 土木建筑工程系，湖南 長沙 410022)

彰顯“應用型人才培養”特色的土力學教學改革*

雷鳴，匡希龍，謝海濤，彭旺虎

(長沙學院 土木建筑工程系，湖南 長沙 410022)

摘要：為滿足國家經濟社會發展的需求，實現“應用型”土木工程專業人才培養目標，針對土力學學科特點，結合土木行業人才實際需求，總結了課程建設及教學改革中的特色：教學內容、課時和要求充分體現“應用型”人才培養特點；教學內容與學科前沿緊密聯系，與行業充分接軌；教學手段和方法豐富多彩等。

關鍵詞：土力學；學科特點；教學改革；教學方法

為適應我國經濟發展需求，地方普通本科高校響應教育部號召，轉變精英教育觀念，使大眾化教育成為了我國高等教育的主流，而應用型人才培養[1]是高教大眾化的核心要求。1925年，Terzaghi[2]所著《土力學和地基基礎》一書的出版，標志著土力學成為了一門獨立學科。中國土木工程專業指導委員會將其規定為土木工程本科專業必修的一門主干課。筆者從事土力學教學研究10余年，堅信將學科特點與教學改革相結合，對提高課堂教學水平，實現“應用型”人才培養目標有巨大幫助。

1土力學學科特點

土力學教學內容不外乎以下幾個方面：物理性質、滲流理論、應力計算、變形理論、強度理論、上述理論在工程中的應用。

1.1土的物理性質

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

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。地基工程要求技術人員能通過滲透實驗，判定土的滲透性，盡早提出措施預防滲透變形帶來的工程危害。因此，定量評價土的滲透性,理解滲透變形機理，掌握防治滲透變形措施，將是教學關鍵。

1.3土的應力計算

這部分是為預測地基變形服務的。目前沉降計算是采用壓縮試驗所得的e-p曲線，導出計算公式并加以經驗系數校正的方法，這樣的近似簡化落后[4]。地基工程要求技術人員能計算土中應力，因此該部分是本科階段教學的重點。教學中加強對應力和地基變形機理的解釋，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生的豎直方向的位移。地基工程要求技術人員能預估地基受荷后的沉降變形。教學重點應放于土的壓縮實驗操作步驟、實驗成果的獲取及分析、地基沉降計算方法之上。

1.5土的強度理論

地基工程要求技術人員能進行地基土的強度測試，能評判土的強度。因此，本科教學中重點在于土的強度試驗步驟及強度指標的獲取。目前工程界新的強度測試方法大量涌現，介紹幾種新型測試技術對開拓學生眼界大有裨益。

1.6上述基本理論在工程中的應用

地基工程要求技術人員能夠計算各種支擋結構背面的土壓力，因此，教學當首重應用土壓力理論進行計算。地基工程要求技術人員能判定土坡的穩定與否，因此，教學當首重應用所學判定方法進行土坡穩定判定。地基工程要求技術人員能應用強度指標計算地基承載力，能現場測試地基承載力，因此，地基承載力理論計算法、地基承載力實驗方法是教學當中的重點。上述三個方面均為1.1～1.5節中諸多內容在工程中的應用，厘清這些先后順序、銜接關系、主次關系在本科教學中非常重要。

2土力學課程教學改革和建設實施情況

長沙學院土力學課程有主講教師5人，畢業于省內外知名高校。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土力學學科課題。課程在2014年被學校評為優秀課程?，F今相關教師仍不斷對學校網站的土力學課程展示平臺和互動平臺進行完善。

在緒論教學中，首重經典力學與土力學的區別。學生有可能完全照搬已學經典力學的研究方法。但土力學與經典力學有差別，經典力學有嚴密的理論體系[5]，而土力學不僅有較嚴密的理論體系且更注重工程實驗，很多理論來源于大量實驗數據。這就決定了在教學中必須引導學生掌握該門課程正確的學習概念。

2.1土的物理性質教學

這一章內容較零散，重點、難點在于三相指標計算、土的物理狀態指標及土的壓實原理。教師在教學中運用精美圖片詳細講解土的三相組成及三相比例指標內涵，在黑板上運用三相圖手動推導指標公式。通過例舉泥路狀態隨天氣變化而變化現象，闡述粘性土物理狀態及分類；通過例舉松散和密實砂土強度特點，講解無粘性土物理狀態及分類。進而引出土的物理狀態指標，闡述實驗及計算方法。通過引入壓實度的概念，引導學生思考土的壓實原理并詳細講解擊實試驗及成果，讓學生有控制路基壓實質量的身臨其境之感。教師在教學中使學生真實享受到了“生活+概念，實踐+理論”的雙重快樂。

2.2土的滲流理論教學

這一章較獨立，在滲透變形的教學中將用到前面章節的三相比例指標。為提高學生興趣，教師引入工程中深基坑滲流實例。采用精美圖片介紹達西試驗及定律，闡述滲透系數內涵。著重講解工程中的滲透變形，分析滲透變形機理，引導學生思考如何防治滲流造成的工程危害。教師在教學中與學生熱烈互動，重在引導。

2.3土的應力計算

此章是后續變形計算的基礎，比較枯燥。為提升學生學習興趣，教師在教學中用到了不少因地基變形造成的工程病害圖，點出了此章內容對預估地基變形的重要性，激發學生學習興趣。重點、難點集中在自重應力計算、基底壓力計算及附加應力計算方法上。要求學生通過習題掌握基底壓力重分布計算、“角點法”計算附加應力等難點，所有教學行為圍繞工程實際設計展開，充分體現應用型人才培養目標。

2.4土的變形理論

此章重點、難點在于地基沉降計算方法、太沙基有效應力原理及一維固結理論。教師在教學中通過圖片及手動推導，闡述土的壓縮試驗及指標內涵；詳細介紹分層總和法和規范法；詳細介紹太沙基固結模型，引出固結概念及有效應力原理，進而建立太沙基一維固結微分方程，給出特解。此章理論性強，但重在應用，為使學生走上設計或者施工崗位后能迅速運用所學知識預估地基沉降變形，通過習題幫助學生掌握地基最終沉降計算方法，掌握固結理論的工程應用[6]。

2.5土的強度理論

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

2.6上述基本理論在工程中的應用

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

為實現“應用型”特點，長沙學院土木建筑工程系在教學計劃中將土力學課程設置為40學時，其中30學時為理論教學學時，10學時為實驗教學學時。在實驗教學中，必做實驗有土的物理性質實驗，粘性土的液、塑限實驗，固結實驗，直接剪切實驗，開放性實驗項目有擊實實驗、篩分實驗等。實驗中，由實驗教師和理論教師聯合指導。此外，教師將與土力學有關的課題內容引入開放式實驗教學中，針對學有余力的學生展開創新性實驗研究，指導學生參與省級大學生研究性學習項目，效果優良。不少學生升入名校深造，這些教學為他們碩士階段的學習奠定了基石。

土力學課程考核成績由理論、實驗和平時成績三部分組成，理論考試成績占總成績的70%，實驗成績占20%，平時成績占10%。建立了土力學試題庫，要求教師出題力求貼近工程實際，充分體現了“應用型”人才培養的特點。

3結語

長沙學院響應教育部號召，貫徹培養“應用型”人才精神，進行了大量卓有成效的工作。其中土木建筑工程系土力學教研組教師在土力學理論教學、實驗教學、創新性教學及課程考核等方面進行了相應的改革工作，主要體現在：1)調整土木工程專業培養方案，修訂土木工程專業教學計劃，改革土力學課程教學大綱、實驗大綱和考試大綱，使教學課時、要求和內容充分體現“應用型”人才培養特點，與土木行業實情契合。2)要求教師掌握土力學學科特點，了解學科前沿，使土力學各章教學與學科前沿緊密聯系，與行業充分接軌。3)在理論教學過程中，把傳統與現代化的教學手段有效地結合起來, 以多媒體教學為主、傳統教學為輔；充分發揮講授法、案例法、討論法、實驗法等多種教學方法的特點。4)重視實驗教學，發揮基礎性實驗的應用性、創新性實驗的研究性。5)改革考核手段，使試題與工程設計和施工相連，體現應用型人才培養特色。6)開發網絡教學平臺，加強教師與學生在課后的聯系，在交流互動中激發學生學習興趣。

參考文獻：

[1] 教育部,國家發展改革委,財政部.關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見[Z].教發[2015]7號,2015.

[2] Terzaghi K. Theoretical soil mechanics[M]. New York: John Wiley and Sons, Inc., 1943.

[3] 趙樹德,廖紅建.土力學[M].北京:高等教育出版社,2010.

[4] 錢家歡,殷宗澤.土工原理與計算[M].北京:中國水利水電出版社,1996.

[5] 賀瑞霞,張國強.土力學課程特點及其教學方法的探討[J].高等建筑教育,2007,16(2):92-94.

[6] Chai J C, Miura N, Bergado D T. Behavior of vertical drain improved subsoil under embankment loading[J]. Soils and Foundations, 1995(4):49-61.

(責任校對莫秀珍)

doi:10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.06.017

收稿日期：20151224

基金項目：長沙學院優秀課程基金資助項目；長沙學院教研教改基金重點資助項目

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

中圖分類號：G642.3

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5884(2016)06-0051-03