基于區域發展導向的土力學課程教學方法改革

楊曉松 楊保存 黎 亮 李宏偉 王 榮

（塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300）

《土力學》是土木工程專業必修的一門專業基礎課程，主要以土為研究對象，利用連續介質力學基本原理，研究非連續介質土的強度特性、變形特性和滲透特性及其工程應用，是學生學習基礎工程、路基工程、地下工程和橋梁工程等后續專業課程的基礎。《土力學》課程內容較多，具有分散性，各部分內容之間聯系較少。與《材料力學》《結構力學》和《彈性力學》等經典固體力學相比，《土力學》沒有一條基本理論貫穿課程始終。經驗公式、理論假設和公式推導較多，為學生的自主學習增加了一定的困難[1-2]。如何提高學生的學習效率，在有限的時間內獲得最大的學習收獲，如何在枯燥乏味的教課過程中最大的調動學生的課堂參與性，是廣大教師值得思考的問題。塔里木大學地處新疆南疆，氣候環境復雜，鹽漬土廣泛分布，大量的鐵路、公路、橋梁和居民區建設使得新的土力學問題和挑戰不斷涌現。緊扣時代脈搏，基于南疆區域發展特色，以培養下得去、留得住、用得上、干得好的應用型人才為目標，將地域特色融入《土力學》課程內容，開展土力學課程教學改革研究勢在必行。

1 土力學課程教學存在的問題

1.1 教學內容較多，課時有限

土力學課程主要介紹土的物理性質、滲透特性、應力計算、壓縮變形特性、抗剪強度特性、土壓力和地基承載力等。知識點多且分散，既有理論推導、前提假設、實驗結果分析，亦有工程經驗總結[3]。在培養綜合應用型人才方針指引下，教學大綱修訂進一步減少理論學時。我校土力學課程理論學時為40 學時，實驗學時為16 學時。在有限的學時內，課程教學僅完成土力學基本理論的講解，無法結合足夠的典型工程案例。學生不能很好的結合實際工程理解學習理論知識。

1.2 教學方式方法單一

多媒體教學結合圖片、視頻和動畫設計，能夠很好的提高教學效率，提高教學效果。目前，很多教師都選擇多媒體（PPT）的形式開展教學。多媒體教學授課速度快，板書少。教師為了在有限的學時內完成教學內容，大大減少了課堂上與學生的互動。教師以“教”，學生以“學”為主的被動式和填鴨式的傳統教學模式并沒有得到實質性的改變。塔里木大學學生生源具有民族多樣性，少數民族學生比例較高。少數民族學生的生源復雜，部分學生有內高班、內初班或兩者兼有的學習培養經歷，國語水平很好，知識基礎牢固，但是很多少數民族學生的國語水平較差，知識基礎薄弱。單一的教學模式無法考慮到學生個體的獨特性，不利于優秀人才的培養。

1.3 實踐環節薄弱

《土力學》是一門實踐性很強的學科，實踐先于理論。實踐教學是學生加深理論學習，提高實踐能力，理論結合實踐的關鍵環節。扎實的實踐結合理論才能學以致用，用實踐檢驗理論，理論指導實踐，相互作用，相輔相成。我校2018 年對《土力學》教學大綱進行了修訂，實驗學時有所增加。但是在教學過程中發現實踐教學效果并不明顯，突出表現為很多學生并不了解自己所學的土力學知識如何應用于工程中。分析原因，主要有兩個方面。一方面，典型工程實例案例庫資源不足，教師在教學過程中不能有效引入案例分析；另一方面，教學實驗主要是液塑限、含水率、干密度、壓縮系數和抗剪強度等基本實驗，由于學生人數較多，儀器數量不足，實驗教學只能以小組形式進行，有限的教學時間內無法保證每位同學都有獨自操作學習的機會。很多實驗，如三軸壓縮強度試驗，僅能作基本演示。

1.4 學生學習興趣不高

學生是課程教學的主體，主觀能動性的發揮極大影響著教學效果。塔里木大學民族學生比例較高，班級有漢族班、民族班和民漢合班。在擴招的政策影響下，生源質量無法保證。很多學生的數學和力學水平較差，在學習知識點分散，理論性、實踐性和科學性相統一的土力學課程時往往表現消極。復雜的生源情況對教師的教學水平也提出了挑戰。一些教師需要經過長期的摸索才能夠掌握靈活多變的教學技能。民族學生比例高、生源質量參差不齊、班級種類多的特殊情況使得傳統“教”與“學”的被動式教學模式難以滿足各類學生的需要，更加凸顯其弊端。受上述幾方面因素的影響，學生在總體上表現出學習興趣不濃厚。多屆學生課程考核的結果表明，學生對專業基礎知識掌握不夠，應用所學專業知識分析和解決工程實踐問題的能力不強。

2 土力學課程教學改革措施

2.1 模塊化教學內容

土力學課程知識點松散，理論性、實踐性和經驗性強，學生很難從整體上對課程知識體系進行把握。結合課程特點，對教學內容進行模塊化整合，將教學內容分為土的物理性質、土的滲透特性、土的應力應變特性、土的壓縮變形特性、土的抗剪強度特性和土壓力與地基承載力等六個知識模塊。各模塊單元按照工程實例、基本概念、理論發展脈絡、基本理論和工程實踐的思路對知識點進行系統化優選，由工程實例引出問題，通過理論學習進一步指導工程實踐。從實踐中來到實踐中去，理論結合實踐。教學內容模塊化即有助于幫助學生建立完整課程知識體系，加深理解理論知識和工程實踐的聯系，同時亦有利于學生明晰學習方向，提高學習興趣[4]。

2.2 多樣化教學方法

少數民族學生知識基礎相對薄弱，民族文化差異和語言交流障礙進一步加大了學生學習土力學課程的難度。根據生源種類和學習水平進行漢族班、民族班和民漢合班分班教學要求任教教師必須結合班級具體情況制定靈活多變的個性化教學方法，不拘泥于某一種教學方式。比如，針對民族班的同學語言交流不流暢，知識基礎較差，接受知識慢的缺點和學習認真、敢于提問、課堂氣氛活躍的優點，教師在教學方法上可以選擇結合多媒體教學多一些由工程實踐引出理論問題的引導，增加學生的感性認識，重點講解基本原理及其工程應用，弱化公式推導。課堂上采用啟發式教學，增加學生課堂參與度。教師由“教”的主導者轉變為“學”的“引導者”。學生由“教”的客體轉變為“學”的主體。通過課程教學方式方法改革，教育引導學生轉變“被動接受”式的學習模式，建立以工程應用及工程問題的解決為導向的能力需求型主動學習模式。

2.3 規范化實踐教學

增加課程實驗教學學時是加強實踐教學學時的最直接方法。在本科大幅擴招，生源增加和儀器數量有限的情況下，依靠增加實驗學時的方法不僅實踐教學的效果不明顯，同時也削減了理論課程學時，加大了理論教學與實踐教學的矛盾。校企合作為學生提供了很好的實踐平臺，能最大程度的提高學生的實踐能力。企業單位大量的工程項目現場和項目案例積累能有效解決課程工程案例庫短時間無法完成的困境。校企合作是理論與實踐相結合，理論來源于實踐并進一步指導實踐的最直接體現。但是，長期以來校企合作流于形式，并沒有發揮作用。塔里木大學為提高實踐教學水平和學生實踐能力，在校企合作模式上進行了積極的嘗試。通過校企合作培養模式，在課程教學大綱的修訂中，積極采納企業經驗豐富的工程人員的意見，對課程知識點進行梳理，建立以工程應用為目的的教學模式。定期邀請合作單位專家來校授課為學生進行工程實例解析。進一步邀請企業專家為指導教師，每年向企業單位輸送一定數量的學生進行實踐學習和合作開展畢業設計與論文研究。教學大綱和人才培養模式的修訂充分結合企業單位的人才需求，讓學生能夠在最短的時間里厘清專業發展方向和就業前景，做好職業規劃，集中精力進行針對性的學習，真正做到學以致用，寓學于應用，潛移默化中培養學生的工程素養。校企合作人才培養模式需要制定且不斷完善相應的管理制度，從安全、食宿、培養方案、雙方考核機制等方面完善細則，明確責任和義務，做到規范化、制度化，從而在實踐教學中發揮最大作用。

2.4 特色化課程設置

新工科背景下，土木工程專業對學生的實踐能力和應用能力提出了更高的要求。土力學課程因地制宜，結合當地水文地質特征和工程實踐問題開展教學效果非常明顯[5]。新疆南疆，全區域范圍內鹽漬土廣泛分布。鹽漬土屬于特殊土，特殊的物理力學性質使得工程建構筑物遭受嚴重的溶陷、鹽脹和腐蝕破壞。鹽漬土的工程危害分析與防治需要采用土力學課程的基本理論與方法開展一系列實驗研究，是土力學課程知識的延伸。結合地域特色，適時開設《鹽漬土工程災害與防治》和《荒漠環境作用與工程防護》兩門專業特色選修課程，將具有新疆區域研究特色的學科研究成果凝練形成具有區域特色的專業前沿課程，以培養訓練解決特殊荒漠環境工程災害問題的“本土工程師”，為“絲綢之路經濟帶”國家戰略沿線基礎設施建設培養“本土工程技術人才”。

3 總結

基礎理論扎實、實踐能力強和綜合素質高的創新型與應用型土木工程專業人才的培養是解決國家人才輸出和產業需求不匹配問題的關鍵。結合院校辦學特色和區域發展導向，通過教學內容、教學方法、實踐教學和特色課程建設四個方面進行土力學課程教學改革，充分調動學生學習的積極性，強化以工程問題為導向的學習模式，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，為新疆南疆乃至全國的經濟發展提供強有力的人才支撐。