土木工程一流本科專業(yè)建設(shè)中土力學(xué)課程教學(xué)改革研究及實踐

雷鳴，唐仁華，鄧鳴，劉浩然，匡希龍

（長沙學(xué)院土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410022）

教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見指出，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，必須深化教育教學(xué)改革，把教學(xué)改革成果落實到課程建設(shè)上，消滅“水課”，形成多類型、多樣化的教學(xué)內(nèi)容與課程體系［1］。另一方面，專業(yè)建設(shè)的落腳點是課程建設(shè)，而課程建設(shè)質(zhì)量取決于課程教學(xué)體系改革質(zhì)量［2］。土力學(xué)是土木工程專業(yè)的一門必修主干專業(yè)課程，在土木工程本科專業(yè)人才培養(yǎng)中占據(jù)核心地位［3］。為實現(xiàn)土木工程專業(yè)“培養(yǎng)懂設(shè)計、擅施工、會管理的高素質(zhì)、應(yīng)用型、職業(yè)化工程技術(shù)人才”這一培養(yǎng)目標(biāo)，長沙學(xué)院土力學(xué)課程教學(xué)團隊從中國高校土木工程專業(yè)土力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀入手，發(fā)現(xiàn)問題、分析原因，并以申報立項省級土木工程一流本科專業(yè)建設(shè)點為契機，對課程現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容、方法及手段，考核方式等教學(xué)環(huán)節(jié)進行改革并實踐，結(jié)果表明：改革后的成果能提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生創(chuàng)新意識突顯，學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力顯著加強。

1 土力學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題

1.1 土力學(xué)開課時間不合理

課程定位是課程在人才培養(yǎng)方案中的方向標(biāo)，方向標(biāo)準確，培養(yǎng)目標(biāo)才明確。土力學(xué)課程作為主干專業(yè)課程，應(yīng)充分顯示出其介于公共課程（高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等）、部分專業(yè)基礎(chǔ)課（理論力學(xué)、材料力學(xué)等）與專業(yè)課（基礎(chǔ)工程、路基路面工程等）之間的銜接作用。設(shè)計人才培養(yǎng)方案時，設(shè)計人應(yīng)充分調(diào)研土力學(xué)課程的開課學(xué)期和學(xué)期中的開課時間點，根據(jù)專業(yè)特點，結(jié)合學(xué)校人才培養(yǎng)方案指導(dǎo)性原則，統(tǒng)籌兼顧師資、場地及辦學(xué)特色，敲定開課時間及課時數(shù)量，避免學(xué)生因課程安排不合理而產(chǎn)生學(xué)習(xí)困難問題。

1.2 土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)契合度不夠

土木工程專業(yè)教育可以追溯到1747年法國創(chuàng)辦國立路橋?qū)W校時期，我國土木工程專業(yè)教育最早出現(xiàn)在1895年創(chuàng)辦的北洋西學(xué)學(xué)堂（今天津大學(xué)）。因此，土木工程專業(yè)在大學(xué)本科階段的專業(yè)教學(xué)知識幾乎都是經(jīng)典的、有深厚歷史背景的，土力學(xué)作為其核心課程顯得尤為突出。例如，達西定律出現(xiàn)于1856年，太沙基一維固結(jié)理論出現(xiàn)于1925年等。當(dāng)前，壓縮專業(yè)課課時、提升公共課課時比例是我國大學(xué)教育的普遍潮流，因此，在土力學(xué)短短40個左右課時中，如何將經(jīng)典教學(xué)知識教到位，同時又融入學(xué)科創(chuàng)新發(fā)展的新元素，對所有土力學(xué)課程教師來說都是不小的挑戰(zhàn)。

土力學(xué)課程內(nèi)容有土的基本性質(zhì)、應(yīng)力計算、滲流理論、變形計算、強度理論、土壓力計算、土坡穩(wěn)定分析、地基承載力等，多而雜，需要教師對教學(xué)內(nèi)容做深入研究，并根據(jù)行業(yè)市場趨勢動態(tài)進行取舍，以此來完成各校專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)下的課程教學(xué)任務(wù)。例如，對培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才的地方本科院校來說，如果對全體學(xué)生一味教授土力學(xué)課程的理論知識推導(dǎo)，既占課時又加劇學(xué)生學(xué)習(xí)難度，需要適當(dāng)簡化理論推導(dǎo)教學(xué)而加強理論應(yīng)用教學(xué)。

1.3 土力學(xué)教學(xué)模式陳舊

在信息化教學(xué)發(fā)展如火如荼的新時代，全國各大高校授課已經(jīng)不再拘泥于“粉筆+黑板”的初級模式，紛紛實現(xiàn)了信息化教學(xué)。但仍有不少教師片面地認為，“PPT+多媒體教室”就是現(xiàn)代信息化教學(xué)。土力學(xué)課程教學(xué)模式現(xiàn)狀也是如此，不少教師將“粉筆+黑板”的初級模式簡單地變成了PPT展示，而PPT翻頁快，如走馬觀花，在某些方面甚至不如初級模式，久而久之，將導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣下降、學(xué)習(xí)積極性不高的負面狀況。因此，土力學(xué)教學(xué)改革首先應(yīng)將傳統(tǒng)教學(xué)理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代教學(xué)理念，充分運用信息化技術(shù)、現(xiàn)代化教學(xué)方法，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心這一教學(xué)理念。土力學(xué)課程教師應(yīng)用腦用心設(shè)計學(xué)習(xí)環(huán)境，突出情境的教學(xué)作用；組織好學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)；利用網(wǎng)絡(luò)平臺、數(shù)據(jù)分析工具、工程實際案例等大量信息資源來支持學(xué)生的“學(xué)”。

1.4 土力學(xué)實驗教學(xué)落伍

土力學(xué)課程的很多理論規(guī)律來源于實驗，例如，法國工程師達西就是通過對2000多組沙土進行滲透實驗，得出數(shù)據(jù)進行分析，最后總結(jié)出達西定律。土力學(xué)實驗的重要性不言而喻。然而不少高校的土力學(xué)實驗教學(xué)還是沿用傳統(tǒng)模式，選取幾個教師認為重要的實驗，安排學(xué)生進實驗室簡單體驗即可，這與當(dāng)代信息化教學(xué)觀念相違。如何讓土力學(xué)實驗教學(xué)跟上現(xiàn)代教育理論發(fā)展的潮流，是土力學(xué)課程教師應(yīng)該思考的問題。

1.5 土力學(xué)考核不全面

目前，國內(nèi)多數(shù)本科院校的土力學(xué)課程考核評價停留在“教師講、學(xué)生聽、期末考”及“試卷分+考勤分+實驗分”的傳統(tǒng)模式階段，幾乎是一份試卷定輸贏。這種考核評價對過程的考核比重極低，使很多具有創(chuàng)新思維、動手能力強的學(xué)生沒有獲得與之匹配的評價，而不少死記硬背的學(xué)生取得了高分。惡性循環(huán)下，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣降低，對土力學(xué)課程的后續(xù)課程學(xué)習(xí)也無熱情可言。

2 土力學(xué)課程教學(xué)改革實踐

文章在充分研究課程邏輯關(guān)系后，針對但不局限于以上問題，開展了一系列課程教學(xué)改革。文章將土力學(xué)課程從大學(xué)本科階段的第五學(xué)期（大三第一學(xué)期）調(diào)整至第四學(xué)期（大二第二學(xué)期），總共安排40個課時，包括30個理論課時、10個實驗課時，開課時間合理，教學(xué)內(nèi)容安排貼合教學(xué)順序，承上啟下作用明顯。

2.1 重塑課程教學(xué)內(nèi)容

土力學(xué)學(xué)科歷史悠久，可分為三個發(fā)展階段。第一階段為古代至18世紀中葉；第二階段始于產(chǎn)業(yè)革命時期；第三階段始于1925年太沙基的第一本土力學(xué)專著，為現(xiàn)代土力學(xué)階段［4］1-2。科技的進步與發(fā)展使非線性科學(xué)研究成為可能，并有了新的突破。

（1）對地方應(yīng)用型大學(xué)土木工程專業(yè)本科學(xué)生來說，土力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容改革應(yīng)將實用（就業(yè)和工作）作為基本要求，兼顧升學(xué)（考研）的需求。教師在滿足教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性要求和完整性要求的基礎(chǔ)上，要讓經(jīng)典知識和現(xiàn)代知識相互交叉、滲透、融合，從以講授知識為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐允箤W(xué)生獲得學(xué)習(xí)成果為主，實現(xiàn)不同課程之間、章節(jié)知識之間、理論與實驗之間、理論與工程實際應(yīng)用之間的相互聯(lián)系、交叉和融合，形成完整系統(tǒng)的、經(jīng)典和現(xiàn)代融合協(xié)調(diào)的新教學(xué)內(nèi)容模塊。

（2）當(dāng)前，壓縮專業(yè)課課時、提升公共課課時比例是我國大學(xué)教育的普遍潮流，土力學(xué)課程也是如此，教師需根據(jù)實際情況對線下教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整。例如，布置課外任務(wù)，啟發(fā)學(xué)生自行鉆研與教師已教授內(nèi)容相近的知識，節(jié)省課堂講授課時，并可以通過線上空間課堂進行效果檢驗。這樣的內(nèi)容調(diào)整不僅訓(xùn)練了學(xué)生舉一反三的學(xué)習(xí)能力，為學(xué)生創(chuàng)造出大量的思考空間，拓展了學(xué)生的創(chuàng)新思維，而且充分利用了信息化教學(xué)手段，解決了教學(xué)內(nèi)容過多與線下課堂教學(xué)課時不足的矛盾。

（3）結(jié)合學(xué)校定位和土木工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。相較研究型大學(xué)來說，地方應(yīng)用型大學(xué)的學(xué)生底子相對薄弱，教師在教學(xué)過程中可以將內(nèi)容重構(gòu)。例如，在講述土中一點的極限平衡條件時，可以將土壓力章節(jié)中極限平衡狀態(tài)知識點一并講授，讓內(nèi)容聯(lián)系更為緊密，更為形象。但是在教學(xué)過程中還是需要梳理好知識點之間不可分割的緊密聯(lián)系，不能牽強附會。

（4）要梳理好同一門課程不同專業(yè)方向的知識點，所選取的知識內(nèi)容應(yīng)契合各方向的授課重點，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。例如，授課時應(yīng)兼顧建筑工程方向和路橋方向的學(xué)生，不要總是列舉房屋建筑的例子和道路橋梁的例子，舉例均衡才能讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)是貼近工程背景的。

2.2 創(chuàng)新課程教學(xué)方式與手段，打造開放融合新生態(tài)

如何將傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)勢嵌入到現(xiàn)代化教學(xué)模式當(dāng)中，彌補現(xiàn)代化教學(xué)模式在某些方面的不足，并在人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用，值得當(dāng)代高校教師深入研究。長沙學(xué)院土木工程學(xué)院土力學(xué)課程教學(xué)團隊通過土力學(xué)課程教學(xué)，進行了相應(yīng)試點研究及探索，開發(fā)了“以線下教學(xué)為主、線上教學(xué)為輔”的新教學(xué)模式。

（1）線下教學(xué)安排在多媒體教室及智慧教室，教師根據(jù)開課前的詳細計劃，精講理論、推導(dǎo)公式、演繹工程案例、組織學(xué)生討論問題、引導(dǎo)學(xué)生分析原因并提交結(jié)果等，貫徹“以學(xué)生為中心”的理念，融傳統(tǒng)教學(xué)優(yōu)勢于現(xiàn)代教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生踴躍參與學(xué)習(xí)活動。

（2）線下實驗教學(xué)安排在土工實驗室，除了教學(xué)大綱要求的實驗內(nèi)容外，還開發(fā)了大量設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗，工作時間均對學(xué)生開放。

（3）線上教學(xué)在超星泛雅平臺建課，教師按照授課進度分章節(jié)錄制視頻，將所錄制的授課視頻上傳至視頻欄目，完全能滿足學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的需求；制作精美的PPT多媒體課件，上傳至課件欄目，可供學(xué)生查找重點；搜索國內(nèi)外工程案例，編制案例集，供學(xué)生體會揣摩；根據(jù)考研、考證等要求，編制豐富的習(xí)題庫，供學(xué)生練習(xí)（見圖1）。除此之外，教師還建立了QQ群、微信群，打破了教學(xué)的時空局限性，使答疑更加便捷，答疑的手段更加豐富，文字、語音、圖片等方式屢見不鮮。

圖1 習(xí)題庫編碼及典型習(xí)題示例

這種 “以線下教學(xué)為主、線上教學(xué)為輔”的混合式教學(xué)模式，使課前預(yù)習(xí)、課中分組討論、課后復(fù)習(xí)、課后交流、課后答疑等教學(xué)活動效率大為提高。值得注意的是，在“以學(xué)生為中心”的現(xiàn)代化教學(xué)模式下，教師需要在課前付出大量心血進行教學(xué)設(shè)計，在課堂中變成了引導(dǎo)者而不是主角，學(xué)生從知識的被動接收者變成了知識的主動汲取者。

2.3 參照理論教學(xué)模式，運用信息化手段改革實驗教學(xué)

（1）教師拍攝教學(xué)大綱規(guī)定的實驗教學(xué)內(nèi)容視頻［5］，通過課程空間信息化網(wǎng)絡(luò)平臺，讓學(xué)生在進實驗室前就熟悉實驗的儀器設(shè)備、實驗?zāi)康摹⒉僮鞑襟E、數(shù)據(jù)整理等實驗知識，少走彎路，極大提高實驗教學(xué)效率。

（2）擴展實驗教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)大綱未規(guī)定的實驗教學(xué)內(nèi)容通過視頻、動畫、圖片等方式在課堂網(wǎng)絡(luò)空間中展示，開放相關(guān)實驗室，讓學(xué)生能利用課余時間自主學(xué)習(xí)、在教師指導(dǎo)下自主操作，增加知識儲備，提升職業(yè)競爭力。

（3）引教師科研項目中的實驗設(shè)計內(nèi)容進課堂，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗并鼓勵學(xué)生實施，培育學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，如圖2所示。

圖2 創(chuàng)新實驗儀器拼裝及填土

2.4 改革土力學(xué)考核方式，突出過程性考核的重要性

為了突出學(xué)習(xí)過程的重要性，應(yīng)將考試卷面成績占總成績的比例降低，考試題目中設(shè)置一定比例的高階題，用于考量學(xué)生的土力學(xué)思維及綜合運用土力學(xué)知識的能力。考核評價貫穿學(xué)生整個學(xué)習(xí)過程，在課前簽到預(yù)習(xí)、課中課后回答問題、習(xí)題作業(yè)、實驗操作、期中考試、期末考試等多個環(huán)節(jié)都要有所體現(xiàn)，并給予不同的權(quán)重［6］。

在新考核體系中，成績包括期末考試、實驗考核及過程考核三大部分，所占比例分別為50%、15%、35%。基于土力學(xué)課程的理論性和基礎(chǔ)性，傳統(tǒng)的試卷知識點考核和實驗考核仍占據(jù)主要地位，但所占份額較以前考核方式降低，突出過程考核的重要性。過程考核包括作業(yè)練習(xí)、報告、分組討論和期中考試四部分，所占比例分別為15%、5%、5%和 10%。實驗考核內(nèi)容包括預(yù)習(xí)、操作、數(shù)據(jù)分析三部分，各占5%，如圖3所示。

圖3 考核總成績組成

3 結(jié)論

專業(yè)課程的改革是長期持續(xù)過程，需要教師發(fā)現(xiàn)問題并不斷探索新的解決方案。長沙學(xué)院土力學(xué)課程教學(xué)團隊從2014年土力學(xué)課程立項為校級優(yōu)秀課程以來，堅持新工科教學(xué)理念，致力于探索“以學(xué)生為中心”的課程教學(xué)體系，通過改革原有的課程教學(xué)弊端，開發(fā)了“以線下教學(xué)為主、線上教學(xué)為輔”的混合式教學(xué)模式。教學(xué)改革實踐表明：這一模式實行后，學(xué)生考試成績逐年提升，近三年學(xué)生平均成績分別為65.84、71.24、74.56分；學(xué)生及格率明顯上升，近三年分別達到了72.3%、78.4%、84.4%；近三年學(xué)生考研率也逐年提升，分別為8.6%、10.7%、12.5%。課程改革有力推動了專業(yè)建設(shè)，長沙學(xué)院土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量得到大幅度提高。