優化高等土力學研究生教學體系的實施路徑研究

金松麗，李全明，宋高峰

（北方工業大學 土木工程學院，北京 100144）

高等土力學是土木工程領域非常重要的專業課程，涵蓋眾多研究方向，是地基工程、尾礦庫工程、邊坡工程等巖土工程方向研究生學習和選修的重點，因此，土木工程專業的研究生培養歷來重視高等土力學的教學工作。本文擬通過總結高等土力學的教學實踐和現狀，提出課程教學中存在的問題，并探討相應的教學改革措施，以期建設具有專業特色的課程體系，培養研究生的科研思維水平和能力，為后續開展課題研究奠定基礎。

1 高等土力學課程概述

1.1 課程特點

高等土力學是面向土木工程專業碩士研究生開設的一門專業選修課，選修該課程需要具備土力學與地基基礎等課程的學習基礎，授課內容主要包括土的成分與結構、土工試驗及測試、土的強度理論、土的滲流及其計算、土的塑性理論和臨界狀態土力學、土的壓縮、固結與流變等內容[1-3]。

1.2 教學目標

高等土力學課程旨在通過課程內容的學習，使相關專業和研究方向的碩士研究生了解和掌握高等土力學的主要內容，了解土力學研究的歷程、現狀和發展前景；掌握土力學研究的常見方法和思路，培養研究生從事土力學科學研究的思維模式和基本實驗技能。

1.3 課程上下游聯系

先修課：土力學及地基基礎、彈性力學有限元方法；后續課：土動力學、非飽和土力學、巖土彈塑性理論和本構關系、巖土工程非線性分析、環境巖土工程、城市地下工程設計理論與施工技術等。

1.4 實踐教學設計

選擇性（至少3 個）完成不同應力路徑下的三軸演示實驗：（1）HC：各向等壓（靜水壓縮）試驗；（2）CTC：常規三軸壓縮試驗；（3）CTE：常規三軸拉伸；（4）PL：等比加載試驗；（5）TC：平均主應力P 為常數的三軸試驗。

1.5 考查方法及評定標準

總評成績以百分制計算，由平時成績和期末考試成績兩部分組成。平時成績占比為20%，依據課堂考勤、課后作業、演示實驗和獨立思考能力等方面綜合評定；期末考試成績占比為80%，考試內容包括土工測試的基本方法、土的強度理論和臨界土力學理論、土的滲流、土的固結理論和流變等基本概念和基本原理，重點考查強度理論和臨界土力學理論以及固結理論。考試形式：開卷考試。

2 教學體系現狀與存在問題

2.1 教學內容偏重于理論講解

高等土力學是一門理論性非常強的課程，是在土力學與地基基礎等課程內容基礎上的深化和擴展，不僅涉及彈性力學、塑性力學、流體力學等力學方面的知識，而且需要學生具有使用張量分析、微積分等數學工具的基礎。相比本科生的教學內容，高等土力學研究生課程內容設置更加深入且復雜，尤其是土體彈塑性本構模型、滲流固結理論等章節含有大量的理論公式推導[4-6]。加之課堂教學主要側重于理論講解，導致課程內容和環節晦澀難懂，學生難以真正理解和掌握土力學知識。

2.2 教學方式相對單一

課堂教學環節設計相對單一，以教師講授教材上的知識和學生被動接受知識的傳統教學模式為主。側重于公式推導和理論證明，對課程結構和各章節邏輯關系的介紹較少，學生機械地跟隨教師的思路，導致其缺乏整體觀念，難以理清知識點之間的聯系，前后脫節、忽視了內容的特點及其前后聯系。直觀形象的工程案例表述、科研思路和思維方式的分析探討較少，學生對土力學理論在巖土工程實踐中的應用了解較少，缺乏對科研方法的認知。課堂互動僅有提問環節、多樣性不足，學生缺乏主動性與探究性。

2.3 研究生學習主動性尚未被調動

課堂管理松懈，學生課堂紀律表現主要取決于個人態度，個別學生存在遲到、早退、曠課等現象。教師很少進行考勤登記，課后作業完成情況僅作為平時成績考核的依據，未能及時反饋學生知識掌握情況，整體而言，學生對課程學習重視不夠，課堂時間未被充分利用，學生課后投入時間無法保障，較難達成課程預期教學目標。

2.4 實踐環節教學內容相對滯后

課程實踐環節內容設置為不同應力路徑的土體三軸試驗，但這些實驗大多為驗證性實驗，在課堂上先由教師講解實驗理論知識、實驗儀器使用方法和操作步驟，再由學生到實驗室在教師的指導下分成若干小組完成實驗，記錄數據后填寫實驗報告。這些實驗都是土力學中的經典實驗，但未能反映學科前沿的發展方向，無法適應學科發展進步的要求。

2.5 理論教學與工程實際聯系少

課程內容理論知識過多，未能與工程實際緊密結合。理論和實踐相互脫節，不能形成兩者的融合促進，不利于促進學生對理論知識的理解和掌握，無法激發學生的學習積極性和主觀能動性。因此，難以實現全面培養學生實驗能力、綜合分析和解決實際問題能力的目標，亦不能體現建設高水平應用型大學的辦學理念[7-8]。

3 教學體系改革措施

3.1 精細化的教學內容設計

教師開課前以調查問卷和座談等方式調研學生的學習基礎、研究方向和重點關注課程內容，充分了解學生已有的數學、土力學及相關力學知識的掌握情況，以及預期的研究課題和研究成果。在此基礎上，對教學內容進行精細化設計，明確教學的重點和難點，在學生基礎薄弱的環節適當補充相關基礎知識的內容，除了理論知識講解外增加前后邏輯和思考過程的分析闡述環節。對教材中涉及的其他學科知識提前做好鋪墊，使得學生能夠更好地理解內容。

3.2 分層次的課程任務設計

將課程劃分為基礎、進階、高階3 個階段，教學內容由簡入難，循序漸進地教學。在基礎階段注重講解基本概念和原理，但不能只是公式推導，要從原理方面進行講解，推導步驟可以適當省略。在進階與高階階段，注重工程實際應用與研究前沿、專業發展方面的講解，并依據課程開展的實際情況動態化調整教學內容，比如針對難度大、不易理解的章節適當增加課時，對于簡單的內容減少課時，簡略講解。

3.3 多樣化的教學目標優化

教師確立科學合理的教學目標，把握教學的重難點，立足學生的接受能力和需求講授課程。因材施教，在培養模式、教學內容的組合上應該多樣化，采用多種教學模塊，讓學生按自己的需求選擇合適的學習模式。立足培養學生的學習能力，充分發揮學生的主觀能動作用，為學生預留一定的預習、復習以及自學時間，將教師傳授、學生自學、實踐學習結合。

3.4 先進的教學方法

教師充分利用現代信息化教學方法，比如在線教學與線下教學同步進行，使學生課下可以反復觀看教學視頻，復習課堂知識。結合專家學者講座，針對某一重點或難點的章節內容，邀請相關方向專家舉辦講座，構建有深度的課堂教學。另外，隨著我國高等教育改革的深入，涌現了一些與土力學相關的精品課程，采用翻轉課堂等方式，將精品課程內容融入課堂，從而提高教學效果。

3.5 互動式的習題反饋環節

教師在每節課講解公式的過程中除了講解理論部分之外，穿插講解該公式的應用，通過布置例題、上課提問、講解例題的方法使得基礎較薄弱的學生在課堂中也有所收獲，同時也能了解學生對該知識點的掌握程度；布置一些關于理論推導部分的作業，進行平時成績加分，供學有余力的學生進行課下學習，以提高學生課下學習的主動性和自覺性[9-11]。

3.6 豐富的實驗教學內容

高等土力學是一門理論性很強的課程，同時也是一門自然科學課程，其理論是對巖土工程所發生的自然現象的解釋。課程的大多數理論都可以在室內試驗、模型試驗、現場原位試驗的現象中得到反映，因此，課程教學在注重理論的同時，可大量增加實驗教學的內容。

3.7 創新性的教學團隊優勢發揮

發揮教學團隊的優勢作用，完善老中青“傳幫帶”機制，加強教學經驗交流，研討優化教學方法，及時更新教學大綱。團隊教師積極參與科學研究，提高學術水平，教學科研相互融合促進。課堂內容增加本專業學科前沿問題分析與探討，凝練巖土工程中的創新性技術，培育學生創新意識，訓練學生學術思維，激發學生科研樂趣，形成具有特色的專業課程[12-13]。

3.8 以能力提升為目標的理論與工程實踐結合

將抽象的理論知識與工程實踐聯系，舉例說明所學知識在工程設計和施工中的具體應用。通過增加學生到工程現場參觀實習時間，或者視頻播放現場錄像過程等方式深化實踐環節，使學生不僅可以深入理解土力學的概念和原理，還能夠將其應用到實際的工程項目中，提高綜合能力與實踐能力。

3.9 體系化的思政元素和職業教育融入

教學過程中注重融入思政元素，并適時進行職業教育。圍繞中國制造和大國工程等事例，挖掘巖土工程領域的中國理論、技術和方法等元素，融合川藏鐵路、“天眼”工程、中國高速鐵路、長江經濟帶、“一帶一路”等大國工程中的課程思政元素，使學生了解我國建設社會主義強國的信心和實力，增強對中國特色社會主義道路的自信，激發學生的創新精神[14]。

3.10 多元化的課程績效評價

設計多種方式考核學生學習效果，比如隨堂作業、研究報告、課題論文、實驗報告等，提高學生的參與感和積極性，同時在考核內容上注重將教材中的知識與工程實例聯系，引導學生活學活用，鞏固知識。

4 結束語

本文針對目前高等土力學教學過程中存在的課程內容難度大、偏重于理論講解、教學方式相對單一、課堂紀律不夠嚴格、實踐環節缺乏、理論教學與工程實際脫節等問題，提出了一系列教學改革途徑，并應用于教學實踐中，進一步優化課程體系和教學方法，形成具有特色的專業課程。