基于土力學實踐教學的創新能力培養

侯世偉 劉瀟 趙儉斌

摘要：隨著城市化進程的發展，因土體破壞引發的工程問題越來越多，以土力學為代表的巖土工程方向日益受到重視。土力學是土木工程專業課程體系的一門專業基礎課，所以本科土力學的教學也面臨著巨大挑戰，其教學內容與教學方法均需根據工程及社會需要進行改革創新，才能滿足培養創新型人才的需要。結合本校城市地下空間專業的發展對土力學的教學進行了初步探討。

關鍵詞：土力學；創新能力；教學；巖土工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）32-0106-02

一、引言

錢七虎院士指出，19世紀，人類為了經濟發展需要，建造了很多橋梁，所以19世紀是橋的世紀；20世紀，人類建造了大量的高層建筑，所以20世紀是高層建筑的世紀；而21世紀，為了節約能耗、保護環境，人類必須大量的利用地下空間，因此，21世紀對人類來說是“地下空間”的世紀[1]。可見，21世紀是巖土工程飛速發展的世紀，專業的發展面臨著巨大的機遇與挑戰。目前，沈陽建筑大學已增設了城市地下空間工程專業，完善了本校的土木工程教育教學體系，同時也提出了新的要求，尤其是土力學作為城市地下空間專業的主干課，在教學方面亟需專業內容的調整和教學方法的改革。培養高素質的巖土工程創新性人才是現階段沈陽建筑大學巖土方向教育教學的首要任務，圍繞這一任務，作者進行以下幾點思考和討論。

二、土力學教學內容

土體是一種不均勻摩擦材料，兼具粘彈塑特性。巖土體的復雜性決定了一個巖土工程問題在處理時可以有多種方案，具體工程更具有明顯的經驗性。所以，在面對實際工程問題時，僅僅依靠某個土力學基本理論很難將問題詮釋清楚，需要創造性地耦合多種因素，體現具體問題具體分析，把每個工程看成一個獨有的特例[2]。故而土力學的教學目的應是培養學生在理論知識的基礎之上解決實際工程問題的能力和水平。首先，使學生掌握土力學的基本知識；其次，將其與應用聯系到一起解決問題；最終，提出創新和預測前沿問題。現有的土力學的教學內容從教材角度講差別不大，沒有針對結構工程、巖土工程等專業進行區分，所以教學內容上比較一致。作為巖土的專業課教師在進行土力學授課時應該與時俱進，內容上以基本理論為基礎，不能墨守成規，可以進行一些必要的刪減，根據工程實例進行講解，并且應該隨著專業的發展適當增加前沿性的了解內容，這樣才能充分調動學生學習的積極性，如果授課內容中沒有與實際工程相聯系的知識，學生就會感到枯燥，變為被動的“填鴨式”教學。從歷年教學經驗來看，學生對與實際工程和發展前沿的知識求知積極性很高。今后，可以適當增加工程案例，強調自學內容，培養自學和思考的能力。土力學教學除了教授基本理論知識，還應該讓學生有自學和解決問題的能力。因為在實踐中影響土力學問題的因素很多，沒有完全一樣的設計和工程，光靠背誦書本上的理論公式是無法解決問題的，需要全面系統地看待問題。針對專業培養學生對課程的興趣，可將土力學放到地下空間的應用中去，地下空間的開發與規劃與我們的生活息息相關，如地鐵、地下停車場、地下共同溝等，要開發和建設這些公共設施都離不開和土體打交道，所以土力學是地下空間規劃和設計的基礎。針對城市地下空間的土力學學習內容應與傳統土力學有所區別，要不斷更新，除了講授基本知識，教師還應該對本行業的前沿知識和發展趨勢有一定了解，使自身的知識結構更加完善，這樣不僅教會了學生解決基本的土力學問題，而且能夠對學生將來的繼續深造和就業做出正確的指導，更能調動學習的積極性。在這個層次上，不僅要求教師要掌握最新的理論和最新的規范要求，還要多參加實際工程的成果應用。教學內容的擴展和延伸是對教師能力水平的挑戰，要求教師要努力改善自身的知識結構，不斷學習提升，掌握專業和學科的最新動態。所以教師在課下的時間要多參與科學研究提高學術高度，多參與工程實踐了解新方法，堅持理論和實踐兩手都要硬，才能在課堂上將講解的理論知識與現場工程實踐結合起來，激發學生學習的主動性和探索性[3]。

三、土力學教學方法

土作為一種特殊復雜的建筑材料，在實際工程中要求設計師具有很強的經驗性，所以土力學是非常感性的一門課程。在教學方法上要求更加對其深刻的理解。首先，要讓學生通過觀察和觸摸建立最初的理解，作為一種材料從力學角度來認識土。其次，通過一系列的室內和原位試驗來測試土的特性。最后，總結土的特性形成理論體系，理解后指導實際應用。傳統的土力學教學大多是“教師主講，學生坐聽”；教學手段則是多媒體課件為主，板書為輔。教學形式單一，無法調動學生的積極性，對知識的傳授和能力的培養都有影響。這門實踐性很強的學科要求教學要開放和互動。目前，土力學實驗教學基本是依附于理論教學，呈現理論課與實驗課“混搭”狀態，教學實際中存在理論教學與試驗教學分離的現象，不同的教師講解，互不干涉；實驗課本應與理論課結合，使理論講解的指標關系用實驗認識得更加深刻，但目前多數實驗內容分散，缺乏系統規劃，造成學生對同一理論的學習出現重復和延遲。學時安排上理論課40學時，實驗課8學時，重視試驗程度不夠，而且試驗課程內容主要是驗證性實驗教學，沒有理解性發揮和現場原位試驗安排。這種試驗安排與土力學的強實踐性不相符。土力學實驗教學過分依賴于《土力學實驗指導書》，它的內容多是從《土工試驗方法標準》摘錄而來，過于條框、生硬、抽象，很多同學不知其中緣由。應該將實驗與理論教學結合起來，講解理論知識的同時安排實驗進行演示和驗證，或者獨立進行課程設置，健全成績考核體系。這樣一方面可以將實驗項目集中或者獨立成課，更容易加強認識；另一方面，除了基本室內實驗，有條件可以結合實際工程增加現場原位試驗。另外，還可以結合大學生創新計劃等增加研究性的科研項目，鼓勵學生自主完成試驗方案的制訂，在教師指導下進行實驗步驟的操作，最后分析實驗結果并提交報告。這個過程綜合培養學生運用所學知識解決實際問題的能力，相信學生能夠通過一門課程而有更多的收獲。此外，隨著計算機技術的發展，土工計算機仿真技術和數值模擬技術也飛速發展。基于此可以考慮加入一部分自學內容，使學有余力的學生有自我提升的空間。目前有大量的巖土共層數值分析軟件應用于土力學的教學和實踐中。如Plaxis系列軟件、GEOSLOPE系列軟件等。一方面，教師可將其運用到教學中增強教學效果；一方面，學生可以自學一些簡單的設計軟件，為畢業設計和將來就業打下基礎。比如土力學中的經典問題，地基承載力和沉降過程、邊坡的穩定性、擋土墻的穩定性和土壓力問題等，都可以通過數值計算軟件進行計算，將各種云圖結合理論規律展示給學生，亦可生成動畫[4]。另外對不方便試驗的土力學問題進行演示教學。

四、土力學教學效果評價

我國土木工程專業本科教育的培養目標是培養基礎扎實、知識面寬、適應能力強和具有嚴謹科學態度及強烈創新意識的高素質人才。土力學的教學以培養目標為依據，不僅要加強理論聯系實踐，還要不斷改進和發展，理論和試驗都要抓，重視培養學生的創新能力和解決問題的能力，而不是通過一張試卷決定學習的效果。要達到最佳的效果，教學效果的評價或考核方式也應靈活多樣，如寫讀書報告、課堂討論答辯等。考核不是目的，而是達到教學目的的手段，要激勵學生形成創造性思維。增加這方面的權重，如增加第二課堂、興趣實驗的考核權重。在第二課堂中開展原位試驗觀摩、自主設計和參與研究方案、以及數值計算技術的學習等，鼓勵學生做自己感興趣與本學科相關的探索性學習活動，進而達到最佳的教學效果[5]。這樣既提高學習積極性，又可以去探索理論教學沒有深入的問題，實現學生的針對性培養。在第二課堂可以實現階梯式培養，鼓勵基礎牢固、學習能力強的學生，在大學階段有意識的培養自己獨立學習的能力，為他們繼續深造打下基礎。在這個過程中，他們可以學會如何發現問題、解決問題，調動本身可以利用的資源，如圖書和網絡等，團隊合作，組成課外小組，大家分工查資料、做實驗或者寫報告和學術論文。也可以與學校科研教學團隊，加強能力和素質培養。積極參與這類的活動都將成為考核或評價教學效果的一項內容。

五、結論

我校地下空間專業要培養高素質專業人才，需要所有教師把培養學生創新能力為核心的全面素質教育放在專業教育的首位。教師要將知識傳授與創新能力培養這兩方面協調好，二者缺一不可。針對土力學這門課程，必須將基本理論與實際工程相聯系，這就要求教師自身要熟悉與土力學相關的土木工程學科，包括結構工程、巖土工程、防災減災工程、水利工程、港口工程、交通工程等學科。即土力學教師本身應是一個具備能夠創新性地學習能力的學者，不斷學習和積累，持續地獲取新的知識，學習新的技術，采用先進的教學手段，才能培養出創新型的人才。

參考文獻：

[1]錢七虎.21世紀是“地下空間”的世紀[EB/OL].2011.http：//www.sxkp.com

[2]師旭超.在土力學教學中培養學生的創新能力[J].中國電力教育，2009，（145）：101-102.

[3]王安明，李小根，姜彤，黃志全.土力學課程教學改革與實踐[J].華北水利水電學院學報（社科版），2009，25（4）：100-102.

[4]陳福全.土力學課程創新性教學的幾點思考[J].理工高教研究，2005，24（1）：85-93.

[5]莊宇.“土力學”課程的教學改革探討[J].中國電力教育，2010，（30）：69-70.