“海洋土力學”課程教學改革探究

[摘 要] 基于課表學時縮減背景下，改變傳統(tǒng)單一課堂講授為主的教學模式，調(diào)動學生課外自主學習的積極性，學以促教，教以帶學。海洋土力學課程利用課外科技創(chuàng)新實踐，通過項目研討式彌補傳統(tǒng)課堂教學，與工程實際相結(jié)合，自主式學習反饋課堂，輔以復合多樣的教學手段，教學相長，提高教學質(zhì)量和教學效率，達到教學預期目標。

[關鍵詞] 教學改革;海洋土力學;課外科創(chuàng)

[基金項目] 中國石油大學（北京）校級教改項目，《海洋土力學》創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程建設（21G16021）

[作者簡介] 周建萍（1974—），女，江西永新人，博士，中國石油大學（北京）安全與海洋工程學院副教授，主要從事軟弱土地基加固、土與結(jié)構(gòu)相互作用研究。

[中圖分類號] TU4? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）38-0162-02? ? [收稿日期] 2020-04-11

一、課程教改背景

土力學課程在高校的土木工程、水利工程、交通工程專業(yè)培養(yǎng)方案中安排課時較多，課表學時一般56-64學時，約3.5-4學分。課表學時中包括教學實驗課時8-10學時。筆者所在院校海洋工程專業(yè)具有深厚石油開發(fā)行業(yè)背景。海洋工程專業(yè)本科生培養(yǎng)方案中另安排有巖石力學一門必修課。海洋土力學安排為選修課，課表學時也從早期56學時縮減為40學時，其中教學實驗由8學時縮減為4學時。

海洋巖土力學是海洋工程專業(yè)一門專業(yè)核心基礎課程。本課程特點可歸納為：“少、多、強”。學時少、內(nèi)容多、知識點瑣碎，在實踐中應用強大。幾乎所有工程問題都離不開土的受力和變形。

本課程包含經(jīng)典土力學基本理論，以及與土力學三大問題相關聯(lián)的工程應用部分。前修課程為材料力學、彈性力學、流體力學、工程地質(zhì)學。此外，由于土體為碎散性材料，在前期所連續(xù)介質(zhì)力學基礎上，做了大量簡化假定。故而本課程除強調(diào)理論學習，很重視實驗能力與工程實踐經(jīng)驗。

目前教育部對本科生培養(yǎng)強化基礎弱化專業(yè)，對專業(yè)課程學時大幅縮減是大勢所趨。課堂教學課時有限，課程內(nèi)容繁多，是本課程的難題。如何在課時大幅縮減的背景下，完成必要的教學任務，達到預期教學效果？改進傳統(tǒng)的依賴教師課堂講授的模式，充分發(fā)揮學生的主觀能動性。將一部分課堂內(nèi)容轉(zhuǎn)移到課外，由學生利用課外時間來完成，是進行課程建設完善教學的初衷和目標。

二、課程教改探索

（一）結(jié)合課程特點開展課外科技創(chuàng)新

海洋土力學課程內(nèi)容主要包括飽和土力學經(jīng)典理論。課程的理論分析高度簡化，具有半技術半藝術的特點。并且極其強調(diào)實驗能力與工程實踐經(jīng)驗。然而，培養(yǎng)方案中實驗設置課時少，實驗的準備工作均為實驗指導老師提前來完成，學生沒有參與完整的實驗全過程。即使是學生參與的實驗環(huán)節(jié)，也受限于試驗裝置的數(shù)量，只能分組，由每位同學動手實際操作某個步驟。同時由于土樣取樣通常數(shù)量固定，學生初次操作易于失敗，會導致土樣不夠。為完成教學任務，順利得到實驗數(shù)據(jù)，分析出實驗結(jié)果，通常情況下關鍵的制作、加載環(huán)節(jié)多由教師操作演示，學生讀數(shù)記錄，甚至于學生只是旁觀。如土的一維壓縮固結(jié)實驗、直剪實驗都存在土樣數(shù)量、實驗設備數(shù)量有限，學生難以全程動手參與。

課堂學時少，教學實驗學時少、實驗室面積小、設備少。而課程特點又需要學生有更多動手實驗機會、聯(lián)系工程實踐能力。困境中，中國石油大學（北京）教務處提出了課程建設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，在縮減課表學時的同時，大力支持課程創(chuàng)新，拿出一筆經(jīng)費面向?qū)W院特色專業(yè)、基礎課程進行了資助。海洋工程專業(yè)海洋土力學為2016年9月第一批資助課程。項目面向本科生，利用課外時間建立課程學習興趣組，結(jié)合專業(yè)課程開展科技創(chuàng)新。項目為期2-4年，以學期為時間節(jié)點進行項目總結(jié)。

（二）結(jié)合科創(chuàng)項目開展課外自主學習

科創(chuàng)項目利用學生課外時間完成。主要目標是要在專業(yè)學習中，通過海洋土力學課程的課堂講授，結(jié)合課外科創(chuàng)項目研究立題，開展項目式學習方式，在解決工程實踐問題的同時，深入理解專業(yè)理論知識。

教師結(jié)合課程理論基礎，緊密聯(lián)系工程實踐，整理工程中有關土的滲流問題、變形問題、強度問題三大工程問題。基于工程問題，師生共同組隊開展科技創(chuàng)新活動，成立課外興趣項目組。項目面向大學二年級、三年級本科生，由學生主動報名，經(jīng)任課教師初步選拔，首批數(shù)十名學生在多位老師帶領下，共同完成基于項目式課外自主學習方式。

學生通過項目進行了課外自主學習。自主學習內(nèi)容涉及教學實驗環(huán)節(jié)，需要學生全程參與。利用課外時間調(diào)研工程實踐問題，撰寫調(diào)研報告。以一個學期為時間節(jié)點，分別進行調(diào)研學習、數(shù)據(jù)整理、中期成果、結(jié)題匯報。多個興趣組利用課外、寒暑假期進行理論學習、現(xiàn)場實踐。由于結(jié)合項目進行課外自主學習，項目對學生和教師均有一定補助。自主式學習知識印象深、不容易忘記，是課堂講授所難以達到的效果。

如2014級學生趙健男結(jié)合海洋工程作業(yè)環(huán)境，進行海底邊坡穩(wěn)定問題的項目調(diào)研。對由海底地震、火山爆發(fā)等引起的海底滑坡的現(xiàn)象，提出海底邊坡穩(wěn)定性研究及災害事故預防的思路。結(jié)合課堂所學的砂土液化理論，思考海底滑坡的誘發(fā)機制，理解滑坡原因是在地震等動荷載的誘導下，導致海底松散飽水沉積物土顆粒間的有效應力減少，土體表現(xiàn)為液化狀態(tài)。

同時結(jié)合土的抗剪強度理論，分析海底粘性土在動荷載作用下強度降低現(xiàn)象。海底土體的上覆水體隨潮差變化使孔隙水壓力或高或低，孔隙水在壓力差作用下發(fā)生滲流，引起海底邊坡破壞。

還有部分同學結(jié)合海洋油氣開發(fā)，調(diào)研天然氣水合物分解對海底土強度失效的影響。天然氣水合物與固體顆粒相互膠結(jié)增強了水合物沉積層的強度。當海洋資源開發(fā)作業(yè)中，天然氣水合物的溫度、壓力等外部條件改變，水合物分解釋放。結(jié)合課堂上的摩爾-庫侖強度模型分析出，沉積層抗剪切強度減小，土體承載力降低，從而發(fā)生工程破壞等災害。

每年面向本科生開展一定數(shù)量的科創(chuàng)項目，引導學生進行課外自主學習。通過提高學生對專業(yè)課程的學習興趣，來促進教師教學積極性，提高教學質(zhì)量和教學效果。

（三）課外實踐反饋課堂改進教學方式

每年面向本科生開展一定數(shù)量的科創(chuàng)項目，以學期為節(jié)點進行項目匯報和總結(jié)。項目結(jié)合了工程實踐。以學生為主體完成課外實踐項目后，教師匯總為一個個生動的教學案例，并將這些教學案例引入課堂講授，改進教學方式方法。

工程案例對于土力學課程具有非常重要的意義。將工程實際案例引入教學課堂，課堂上教師展開巖土力學理論講授。課后學生分組參與案例設計。再返回課堂模式上對理論應用進行討論。最后再利用課外科技創(chuàng)新項目解決實際土力學工程問題。這樣循環(huán)往復反饋式案例教學，將原本抽象的土力學概念、土力學原理具象化。具象化的完成過程是學生思考參與的過程。改進傳統(tǒng)的以教學講授單一方式。課外實踐反饋式教學深入了課堂教學，達到了教與的互動。同時通過工程實踐設計，真實檢驗學生掌握課堂理論知識的程度。教學相長，師生共贏。

積極的學生自主學習也對教師的教學積極性有良好促進。教師在課堂教學中積極采用復合多樣的教學方式，以激發(fā)學生學習興趣。如課堂講授理論公式推導部分時，采用傳統(tǒng)的板書教學，鼓勵學生做課堂筆記。在涉及工程實踐問題時，則采用多媒體視頻教學方式，通過給學生播放現(xiàn)場工程實例錄像讓學生獲得工程實踐感性認識。對部分偏向工程應用的章節(jié)課，除課外實踐教學案例外還引入網(wǎng)上相關專題講座、優(yōu)秀的慕課視頻資源。對一些現(xiàn)場實驗或不具備條件開展的三軸教學實驗等，都可以通過視頻學習。通過靈活應用穿插進行多種教學模式來增強教學效果，達到預期的教學目標。

三、結(jié)語

巖土力學課程具有學時少、內(nèi)容多、知識點瑣碎，在實踐中應用強大的特點。本課程除強調(diào)理論學習外，極重視實驗能力與工程實踐經(jīng)驗。中國石油大學的海洋土力學課程具有石油專業(yè)特色。結(jié)合專業(yè)特色，深入學習本課程理論，并將理論知識與工程實踐結(jié)合，來解決工程實際問題，是我們的教學目標。教改探究著眼于通過項目研討式彌補傳統(tǒng)課堂教學，達到與工程實踐相結(jié)合，以自主式學習反饋課堂，輔以復合多樣的教學手段，教學相長，提高教學質(zhì)量，提升課堂教學效率，最終使本科生專業(yè)基礎課程教學達到預期目標。

Research on Teaching Reform of Marine Soil Mechanics

ZHOU Jian-ping

（College of Safety and Ocean Engineering，China University of Petroleum （Beijing），Beijing 102249，China）

Abstract：Based on the reduction of class hours in the curriculum，the traditional teaching mode of single classroom teaching is changed，and the extra-curricular time is used to mobilize the enthusiasm of students' independent learning after class with learning promoting teaching and teaching guiding learning.The course of Marine Soil Mechanics makes use of the practice of extracurricular scientific and technological innovation projects，makes up for the traditional classroom teaching through project discussion，combines with engineering practice，uses self-learning feedback classroom，and is supplemented by multiple teaching methods so as to improve the teaching quality and efficiency and achieve the expected teaching objectives.

Key words：teaching reform，Marine Soil Mechanics，extracurricular scientific and technological innovation