基于工程教育認證的土力學課程混合式教學模式探討

劉小軍 胡建林

摘要：工程教育認證作為我國工程教育與世界工程教育接軌的橋梁，是提高工程教育質量、培養國際化工程人才的重要保證，其倡導的“以學生為中心”“以成果為導向”“堅持持續改進”的理念與新時代背景下的現代工程教育相契合。土力學課程組根據土力學課程學習特點以及工程教育認證要求，分析當前教學過程中的突出問題，梳理課程目標，反向設計土力學課程的混合式教學過程，提出將“課前線上自學”“課堂重點講解”“課后持續改進”相結合的教學方法引入土力學混合式教學，通過以上混合式教學，優化學生學習過程，不斷改進教學質量，以達到工程教育認證要求。

關鍵詞：工程教育認證；土力學；混合式教學；教學設計

中圖分類號：G420文獻標識碼：A文章編號：1673-7164（2021）03-0045-02

基金項目院本文系河北省教育廳高等教育教學改革與實踐項目（項目編號：2019GJJG332）研究成果。

一、工程教育認證標準下的土力學課程概況

（一）工程教育認證介紹

1989年美國、英國、加拿大等6國簽署了國際工程教育學位互認協議———《華盛頓協議》，各會員國均承認加入該協議的國家其工程教育本科的畢業生學歷。2016年6月，我國正式成為會員國之一，標志著我國工程教育的標準、程序與國際同步[1]。我國工程教育認證工作由中國工程教育認證協會組織開展，截止2020年，中國工程教育專業認證協會已認證通過了全國高校1500多個工科專業。

《工程教育認證辦法》規定了認證工作的組織體系、認證標準、認證程序等工作，保證了認證過程的公平、公開、公正。《工程教育認證通用標準解讀及使用指南》作為認證的依據，從學生、培養方案、畢業要求等七個方面對認證工作做了嚴格要求，體現了工程教育認證“以學生為中心、以成果為導向，堅持持續改進”的理念[2]。

（二）土力學課程的地位與特點

土力學課程是土木工程專業課程體系中的重要組成部分，作為專業基礎課程，既是高等數學、材料力學等課程知識的深入應用，又為后續深基坑工程、基礎工程等專業課夯實了基礎，具有承前啟后的作用。

土力學課程包括理論與實驗兩部分，理論部分主要研究土體的力學、變形、強度、長期穩定性，需要學生掌握土的基本物理性質，理解變形、強度及穩定問題的計算原理，內容設置上具有前后聯系、逐層遞進的特點，同時數學、力學等分析方法的應用側面說明該課程具有較強的理論性；實驗部分主要有液塑限試驗、壓縮試驗、三軸試驗等，通過開展土力學實驗培養學生實驗的基本技能，鞏固學生對理論知識的掌握，加深對課堂教學內容的理解。可以看出，土力學作為理論與實驗相結合的課程，不僅需要嚴密的理論推導，還要緊密聯系實際。工程教育認證要求掌握土力學的基本原理和方法解決實際工程中的土壓力、地基穩定和變形等問題，培養學生綜合運用土力學原理分析、解決實際工程問題的能力[3]。

二、土力學課程混合式教學模式的需求及優勢

（一）認證畢業要求與課程目標的對應關系

理論教學目標：

（1）理解土的組成，了解土的結構、工程分類方，掌握土的基本物理性質指標計算。

（2）掌握土中自重應力、基底壓力和地基附加應力的概念及其計算方法。

（3）掌握土的壓縮性指標計算方法，理解應力歷史對土壓縮性的影響，掌握基礎最終沉降量按分層總和法單向壓縮的基本公式，理解飽和土的一維固結理論。

（4）掌握土的抗剪強度理論，黏性土的抗剪強度指標的測定和選擇。

（5）掌握靜止土壓力計算方法，朗肯土壓力理論計算主動土壓力、被動土壓力的方法，理解兩種經典土壓力理論的不同。掌握地基的承載規律、淺基礎的地基破壞模式，理解地基臨界荷載、極限承載力的概念及確定方法；理解黏性土坡穩定分析的整體圓弧滑動法等。

實驗教學目標：

（1）掌握土的基本物理性質測定實驗方法，包括土體密度、含水量、液塑限的測定；掌握土的力學性質指標測定實驗方法：包括壓縮實驗、直剪實驗、三軸剪切實驗。

根據以上教學目標，結合工程教育認證畢業要求，土力學課程組制定了教學目標與畢業要求的支撐關系，見表1、表2。

（二）當前土力學課程教學中存在的問題

工程教育認證注重培養學生的知識、能力與素養，要求學生畢業后具備相應的專業技能與發展能力。一直以來，土力學課程的教學主要以板書或PPT形式為主，對學生綜合能力的培養有限。

工程教育認證倡導以成果為導向，因此土力學課程體系可采用成果導向教育（簡稱OBE）的理念進行反向設計，即：培養目標→畢業要求→教學目標→知識點目標→教學設計。土力學課程組以專業培養目標為核心，堅持反向設計、正向執行原則，提出當前土力學課程存在的問題：（1）土力學課程支撐哪些畢業要求指標點？（2）根據畢業要求指標點如何確定土力學課程的教學目標？（3）通過怎樣的教學設計來實現教學目標？（4）如何持續改進？

（三）混合式教學的優勢

近幾年，隨著互聯網技術的發展，出現了大批“雨課堂”、“超星”、“MOOC”等線上教學平臺，混合式教學是將線上教學與課堂教學相結合的教學模式，學習過程以學生的自主學習為核心、以教師的教學為指導，改變傳統的教學模式，因此可允許教師采用多樣化的教學形式，如任務式、討論式、翻轉課堂等[4]，加強學生與教師之間的交流強度，鍛煉學生多種方式解決問題的思維。

土力學課程作為理論與實踐相結合的專業基礎課，采用混合式教學具有一定的優勢。在理論教學中，提前安排預習任務讓學生展開線上自主學習，線上學習過程中學生可與同學、教師多交流互動，課堂上以概念、原理的講述與討論為主，高質量地完成線上學習內容可為課堂教學做好鋪墊；在實驗部分，教師利用線上土力學實驗的演示視頻，讓學生對整個實驗過程與實驗設備有全面的了解，再通過教師原理講解與學生動手操作，保證高質量達成實驗教學的目標。

三、土力學課程的混合式教學模式設計

土力學課程組依據從培養目標→···→教學設計的反向設計原則，以土壓力教學為例，提出土力學課程的混合式教學應按照以下步驟進行：

第一步，課前線上預習。

對于課前任務安排，教師在設置預習任務時應充分考慮學生前置知識的掌握情況以及本章節的教學目標，以小組為單位分配任務，盡可能保證全部學生都能完成預習目標。如在土壓力學習中，預習任務可設置為：土壓力的概念與類型；回顧土中一點的應力狀態與極限平衡狀態知識點，預習兩大土壓力計算理論的原理；特殊情況下的土壓力計算（存在地下水等），通過“雨課堂”等平臺發布預習作業，其成績作為學生線上學習情況的依據。

第二步，課上翻轉課堂。

教師上課前在平臺查看預習結果，課堂上對各組進行提問，了解學生各知識點的掌握情況，應重點講解學生預習效果不佳的知識點，對學生持不同觀點的案例，通過翻轉課堂的形式讓學生與教師、學生與學生進行討論。對土壓力的學習，教師可列舉幾個因土壓力造成破壞的工程實例，如基坑的傾覆、擋土墻的破壞等，為學生分析作用在結構上的土壓力類型以及討論破壞的原因，加深學生對土壓力的理解。

第三步，課下持續改進。

課堂教學結束后，教師布置課后作業，在題目設置上應難易結合、突出重點，即考查全班學生基本知識的掌握又激勵少數學生的鉆研。教師根據學生預習成績與課后成績綜合評價學生，通過對全班成績進行分析，檢查教學環節上存在的問題并及時進行調整，做到持續改進[5]。土壓力的作業可從易到難按照7：2：1的比例設置題目，如三種土壓力的大小關系，不同土壓力下土體的狀態分析，土體摩擦角、內聚力參數對主動與被動土壓力的影響，多層填土、存在地下水時土壓力的計算，有難度的題目可討論兩大土壓力理論的計算誤差以及復雜情況下的土壓力計算。

參考文獻：

[1]周應國，孫小梅.高等工程教育人才培養質量評價體系構建———國際專業認證背景下的思考[J].大學教育，2019，107（05）：152-155.

[2]中國工程教育專業認證協會秘書處.工程教育認證通用標準解讀及使用指南（2020）[Z]. 2020.

[3]于林平，劉峰，牟瑛娜.基于土木類專業轉型發展的“土力學實驗”教學改革[J].中國建設教育，2017（05）：21-23.

[4]王達詮，陳朝暉.面向工程教育認證的結構力學課程混合式教學設計[J].高等建筑教育，2020，29（01）：110-118.

[5]蘇原，孫峻.基于工程教育認證理念的土木工程專業課程建設探討[J].高等建筑教育，2019，28（04）：73-78.

（薦稿人：崔宏環，河北建筑工程學院土木工程學院教授，碩士生導師）

（責任編輯：莫唯然）