新工科背景下應用型本科高校的土力學教學大綱改革

陳忠清 呂越

摘要：應用型創新人才培養是新時期高等教育的重要內容。土力學是土木工程專業的核心主干課程，是學生學習后續專業課程以及今后從事土木行業設計、施工等相關工作的重要基礎。基于新工科背景下地方高校應用型土木工程人才培養目標，結合土力學課程特點，對土力學課程教學大綱進行了重新梳理。將土力學教學內容分為土的基本物理性質、土力學基本理論以及土力學在工程實踐中的應用三部分，舍棄過多的理論公式推導和原理闡釋，緊密結合實際工程案例，突出土力學基本知識及其在工程實踐中的運用，對培養學生的工程實踐能力及創新意識具有積極意義。

關鍵詞：土力學；教學大綱；應用型本科；新工科；教學內容

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）02-0136-03

一、引言

地方普通本科高校向應用型轉變已成為我國高等教育未來發展的重要內涵。應用型創新人才培養是使學生在知識、能力、素質方面得到全面發展，具有發現、分析、創造性地解決實際問題的能力[1]。2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，提出“新工科”建設復旦共識，針對地方高校發展，指出要主動對接地方經濟社會發展需要和企業技術創新要求，充分利用地方資源，深化校企合作，培養具有較強行業背景知識、工程實踐能力以及勝任行業發展需求的應用型和技術技能型人才[2]。紹興市是浙江省首批唯一的“建筑強市”，建筑業的發展一直處于全省乃至全國同類城市的前列，如何結合本地建筑業的發展需求，在新工科背景下開展相關課程教學改革研究是當前紹興地方高校高等教育改革的重要環節。

土力學作為土木工程專業的核心主干課程，是學生學習后續專業課程以及今后從事土木行業設計、施工等相關工作的重要基礎，對培養學生的工程實踐能力和創新能力尤為重要。土力學的教學效果對于實現構建以工程實踐能力為導向的應用型土木工程人才培養目標具有舉足輕重的作用。本文基于新工科背景下應用型本科土木工程人才培養目標，結合土力學課程特點，對該課程的教學大綱改革進行探討。

二、土力學教學內容的經典框架

土力學作為一個獨立的學科，始于1925年太沙基（Terzaghi）發表第一本土力學和地基基礎專著《Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage》[3]。土力學雖是一門年輕的學科，卻是土木工程專業的重要理論基礎，土力學課程也是土木工程專業課程體系中的核心課程。土力學教學內容的經典框架主要包括[4，5]：土的組成和物理性質、土的滲透性與土中滲流、土中應力分布及計算、土的壓縮性與地基沉降計算、土的抗剪強度、土壓力計算、土坡穩定分析、地基承載力。

三、面向應用型人才培養的土力學教學內容改革

2010版和2014版土力學教學大綱的教學內容基本圍繞經典土力學的學科體系展開，其中教學要求因學時不同而略有差異。對于地方應用型本科高校而言，缺乏對學生工程實踐能力培養等方面的教學內容，而且在學時有限條件下理論教學內容顯得過多，不能滿足當前應用型人才培養的需求。因此，結合新工科背景下應用型土木工程人才培養目標，對傳統土力學課程的教學進行如下改革。

1.將教學內容劃分為三大部分，即土的基本物理性質、土力學基本理論、土力學在工程實踐中的應用，其中土力學基本理論包括土中滲流、土中應力計算、土的壓縮與沉降計算、土的抗剪強度理論、土壓力計算、土坡穩定分析以及地基承載力計算。

2.由于土力學基本理論在工程實踐中都經常涉及，因此保留原框架，但對授課內容進行精簡，忽略土力學教材中有關計算公式或方法的數學推導，而突出對公式或方法本身的應用，同時舍棄對土力學中復雜理論的深入講解，使教學內容淺顯易懂。比如，關于太沙基一維固結理論，忽略一維固結方程建立及求解的推導過程，重點是理解固結度的概念及計算。

3.增加土力學在工程實踐中的應用講解，以培養學生的創新意識與工程實踐能力。比如，意大利的比薩斜塔，塔身向南傾斜，南北兩端沉降差達1.80m，塔頂離中心線達5.27m，傾斜達5.5°，這其中就包含豐富的土力學知識。通過對該工程案例的講解，既可以增加學生對土的變形問題的理解，又可以提高學生對土力學的學習興趣。

4.在教學方法上，遵循先講授土的基本物理性質，再講授土力學基本理論，最后講授土力學在工程實踐中的應用這一思維邏輯，其中最后一部分教學內容可采用案例教學法，也可采用翻轉課堂等多種教學方法。

四、以應用型人才培養為目標的土力學教學大綱設計

新大綱結合新工科背景下應用型土木工程人才培養目標，減少土力學理論的推導和闡釋，在講授基本理論知識的前提下注重土力學知識的運用，尤其是增加實際工程案例，以提高學生的創新意識和工程實踐能力。

1.具體學時分配，如下表所示。

2.教學內容、要求及目標。（1）土的基本物理性質。要求學生了解土的成因和組成，掌握土的物理性質指標及其三相換算關系的運用，熟悉無黏性土和黏性土的物理性質，了解土的結構性和擊實性，了解土的工程分類原則以及土的類別與其工程特性的關系。目標是通過土的物理力學性質的學習，讓學生充分認識“土”這種散體、多相材料的特殊性。（2）土力學基本理論，具體內容及要求為：①土中滲流：要求學生了解土的滲透特性及滲透變形，掌握達西定律。②土中應力計算：要求學生掌握土中的自重應力和附加應力的計算方法。③土的壓縮性與地基沉降量計算：要求學生掌握土的壓縮性，熟悉各種壓縮性指標的測定方法，掌握地基最終沉降量的計算方法。④土的抗剪強度理論：要求學生掌握莫爾—庫侖抗剪強度理論，了解抗剪強度指標的測定方法，了解不同固結和排水條件下抗剪強度指標的意義及應用。⑤土壓力計算：要求學生了解土壓力的類型，掌握基于朗肯土壓力理論的土壓力計算方法，了解有超載及成層土情況的土壓力計算。⑥土坡穩定性分析：要求學生掌握無黏性土邊坡的穩定分析方法，掌握黏性土邊坡的整體圓弧滑動穩定分析方法，了解黏性土邊坡穩定分析的條分法。

⑦地基承載力計算：要求學生了解地基破壞模式，掌握按規范確定地基承載力的方法，熟悉按極限平衡條件確定地基臨塑荷載和臨界荷載的方法以及太沙基地基極限承載力計算方法。目標是讓學生具備土力學涉及的具體理論問題分析與計算的能力。（3）土力學在工程實踐中的應用。結合國內外經典工程事故案例，包括美國Teton壩垮壩事故案例、加拿大特朗斯康谷倉失穩工程案例、意大利比薩斜塔和蘇州虎丘塔工程案例、杭州地鐵湘湖站北2基坑工程事故案例、上海閔行樓房傾倒事故以及紹興上虞太平山村滑坡案例等，要求學生熟悉并掌握相關土力學知識在工程實踐中的應用。目標是在土的基本物理性質與土力學基本理論知識學習的基礎上，通過自主學習以及課堂討論，使學生運用土力學知識解決實際工程問題以及在工程實踐中應用土力學知識進行相關分析計算的能力得到提高。

3.學業評價和課程考核。針對教學內容改革，課程考評內容也對傳統以知識點考查為主的模式進行改革，采用全過程的考核模式，主要包括基本理論知識和實際應用能力兩部分。其中基本理論知識考核采用期末閉卷考試的形式，考核成績占總評成績的60%（包括15%的平時作業和出勤），而實際應用能力考核采用大作業形式，通過小組討論，提交不同階段的討論視頻資料及最終完成的文字報告與PPT匯報資料，考核成績占總評成績的40%。通過考核方式的改革，進一步引導學生在學習理論知識的同時不斷加強自身對所學知識的理解和運用能力，以實現人才培養目標。

五、結語

課程教學改革是人才培養模式改革的重要內容。結合土力學課程自身的特點，以新工科背景下應用型創新人才培養目標為導向，開展課程教學大綱改革是應用型土木工程人才培養的重要環節。從新工科背景下應用型人才培養出發，進行了土力學課程教學大綱改革，在凝練經典土力學教學內容基礎上增加土力學在實際工程中應用的教學內容，突出土力學的基礎知識及其應用，對培養學生的工程實踐能力和創新意識具有積極意義。建議今后進一步開展“互聯網+”土力學線上教學（比如采取微課的形式）與線下教學相結合的教學改革探索。

參考文獻：

[1]華小洋，蔣勝永.應用型人才培養相關問題研究[J].高等工程教育研究，2012，（01）：101-103，157.

[2]教育部高等教育司.“新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017，（01）：10-11.

[3]李廣信.土力學的學科特點和教學方法[C]//土力學教育與教學——第一屆全國土力學教學研討會.北京：人民交通出版社，2006：27-32.

[4]李鏡培.土力學[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.

[5]姚仰平.土力學[M].第2版.北京：高等教育出版社，2011.

Abstract：The cultivation of applied innovative talents is an important part of higher education in the new era.Soil mechanics is the core course of civil engineering and an important foundation for students to learn follow-up courses and to engage in the design，construction and other related work of the civil engineering industry in the future.Based on cultivation of applied innovative talents of civil engineering with background of emerging engineering education and the features of soil mechanics course，the teaching syllabus of soil mechanics was reformed.Three parts of teaching content including basic physical properties of soil，basic theory of soil mechanics and application of soil mechanics in engineering practice were proposed.The basic theoretical knowledge of soil mechanics is highlighted and a large number of deductions of mathematical formulas and theoretical explanations are abandoned.Actual project cases is added and highlighted as an important supplement to the teaching process of basic theoretical knowledge of soil mechanics，which has positive significance to cultivate students' practical application ability and creative ability.

Key words：soil mechanics；teaching syllabus；application-oriented undergraduate；emerging engineering education；teaching content