融入課程思政元素的“土力學”教育教學分析

周艷春，侯興民

（1.泰山科技學院，山東 泰安 271000；2.煙臺大學土木工程學院，山東 煙臺 264005）

0 引言

新工科背景下，如何培養造就多樣化和創新型的卓越工程科技人才，主動應對新一輪科技革命和產業變革，為國家提供創新驅動和人才支撐，成為工科院校亟待解決的問題[1]。課程思政應運而生，它與思政課程并存，共同承擔起新工科建設綜合素質培養的重擔。思政課程由來已久，由專門的思政老師授課，是顯性思政；而課程思政則是在專業基礎課程中融入思想政治教育，在講授專業基礎知識的同時，引導學生把握正確的人生觀、世界觀和價值觀，是隱形思政[2]。

“土力學”是土木工程方向的一門專業基礎課程，它以土作為研究對象，是一門研究土的基本物理性質及土體受力后其應力、變形、強度和穩定性的科學?！巴亮W”的研究對象復雜多變，研究內容涉及學科廣泛，“土力學”中的公式和計算絕大多數都是半理論和半經驗的，是一門實踐性很強的科學[3]。對于工學類專業課程，課程思政要注重強化學生的工程倫理教育，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當[4]。本文結合“土力學”教材內容（土的三相組成、抗剪強度、地基承載力與壓縮性、土坡穩定）真實案例，深入分析思政元素的融入點，實現專業基礎課程與思政元素有機融合，達到潤物無聲的效果。

1 土的三相組成（認清本質、中國凝聚力）

地球表面的整體巖石，在大氣中經風化、剝蝕、搬運、沉積，形成的由固體礦物顆粒、水、氣體三種成分的集合體就是土[5]。土的三相就是指土的固相（土中固體顆粒）、液相（土中水）與氣相（土中氣）。依據土粒大小、粒組的土粒含量或者土的塑性指數，可以把土分為巖石、碎石土、砂土、粉土和黏性土五大類，不同類別的土，物理力學性質迥然不同。在特定的地理環境或者人為條件下，還會形成具有特殊性質的土，包含黃土、膨脹土、紅黏土、凍土等。例如，同樣都是黃土，濕陷性黃土與非濕陷性黃土在浸水前，均具有較高的承載力和較低的壓縮性，而一旦浸水，濕陷性黃土的結構會迅速發生破壞，強度顯著降低并產生明顯的附加下沉。亦或碎石土與淤泥質土，前者具有較高的承載能力和壓縮模量，而后者承載能力低且壓縮性高。在外力作用或自重應力的作用下，土體會產生相應的強度問題和沉降變形問題，雖同為土體，皆由土中固體顆粒、土中水、土中氣三相組成，但仍千差萬別。需要立足于本質，從本質出發，剖析土體的區別。

土體由固、液、氣三相組成，三者相對含量不同，則對應的土體物理力學性質也不相同。譬如水分的多少會影響土體的含水量及飽和度，亦會影響土體擊實所能達到的干密度值。即便三者相對含量相同，也會有所區別：①土中固體礦物顆粒有原生礦物（石英、長石、云母等）和次生礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石等）之分，不同的礦物物理力學性質不同，主要取決于該礦物的晶體結構。晶體結構決定了礦物的電分子引力及親水性。原生礦物性質穩定、透水性強，而次生礦物性質活潑、親水性強。②土中固體顆粒的大小與級配同樣會有影響，粒徑范圍越寬，顆粒越不均勻，則孔隙越少，級配越好。③土中水分為吸著水和自由水，吸著水是指吸附于晶體電場范圍內的水，不傳遞靜水壓力。自由水與吸著水性質不同，相對含量的不同亦會引起土體性質改變。④土中氣體分為封閉氣體和非封閉氣體，非封閉氣體受到外力作用會從土體逸出，加快土體的固結沉降過程，而非封閉氣體則無法逸出，堵塞孔隙。

土體受到外力作用所表現出的強度問題、變形問題這些宏觀力學行為，均是由于固相、液相、氣相三者微觀要素所決定的[6]。人亦如此，國家亦如此，要學會透過現象看本質，治標需治本。同時需要注意，集體中的每一個小分子都有不可或缺的作用，即便是顆螺絲釘，也有屬于自己的位置，只有每個人都心向祖國，甘于奉獻，才能充分發揮中國凝聚力，心往一處想，勁往一處使。三年的抗疫生涯（短時間內迅速反應迅速建設完成的功能齊全的各類方艙醫院、全國各地的醫護人員、食品藥品支援），讓學生充分了解到了什么叫中國速度。

2 土的抗剪強度（壓力閾值、工程倫理）

土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力。結合莫爾應力圓和土體抗剪強度線，如圖1 所示，可以給出土體所處狀態：A 圓與強度線處于相離的狀態，則土體安全；B 圓與強度線處于相切狀態，則土體極限平衡；C 圓與土體處于相割狀態，則土體破壞。結合極限平衡狀態，給出了莫爾—庫侖破壞準則，以此去判斷土體所處狀態。

圖1 圖解確定某一土中單元體所處的狀態

1992 年廣東海康縣7 層旅店大樓在無異常天氣的情況下，發生倒塌，事故主要原因是因為剪應力超過了土體抗剪強度所造成的的地基破壞。

抗剪強度對于人們日常工作和生活同樣適用。A 圓、B 圓、C 圓就像是生活中遇到的外界挑戰，而抗剪強度線則是人們可以承擔的壓力閾值，對于每個人來說，成長經歷不同，壓力閾值不同。同樣的外界挑戰，每個人會有不同的心態反應。外界挑戰，就是敵對關系，敵強我弱則是C 圓與強度線，必然會影響到正常的工作與生活；而敵弱我強則是A 圓與強度線，外界挑戰在可處理的范圍內，必然不會對工作與生活造成過大干擾。當生活中遇到超出壓力閾值，無法解決的問題的時候，應該強大自己，提高自己的閾值；同時也應該積極尋求心理疏導，借助外界力量，與之抗衡。

抗剪強度線也像是規范，在規范范圍內（即相離和相切兩種狀態）的構造和計算，都可以保證建筑的安全性，而超過規范范圍（即相割狀態）的，則無法保證建筑安全。所以不管是在設計還是施工過程中，要牢守規范，遵紀守法，循規做事，承擔社會責任。尤其是工科從業人員在面對科研與工程時，一定要牢守工程倫理，依規做事，切不可偷奸?；?，偷工減料，做違背工程安全的事情。

3 地基承載力與土的壓縮性（精益求精，學會選擇）

對于土層來說，需要滿足兩方面要求才可作為建筑物地基：一是可承擔建筑物的基底壓力，即地基承載力符合要求；二是不產生過大的沉降量或沉降差，即變形符合要求。

對于地基承載力來說，加拿大特朗斯康谷倉是個很好的例子[7-8]。該谷倉南北長59.44m，東西寬23.47m，高31.00m，共65 個圓筒倉。谷倉施工完成裝載谷物后，1h 豎向沉降高達30.5cm，后發生傾斜破壞，整個過程中，上部筒倉完好無損。事后調查發現，該建筑物并未進行地基勘察，而是盲目采取臨近建筑物的地基承載力作為設計值，而實際該地地基承載力遠小于臨近建筑物的地基承載力，導致基底壓力超過地基承載力而發生強度破壞。雖其后采用支撐系統對谷倉進行了處理和糾偏，使得谷倉可以繼續使用，但經濟投入遠比預期要多得多。對于土體來說，因大部分埋于地下，隱蔽、復雜，無法直接憑借肉眼識別，因此，要更加強調地基勘察的重要性?？梢圆捎勉@探、掘探、觸探等勘探方法，劃分土層、測定物理性質指標、估算地基承載力、判定地下水位變化等。只有全方位了解地基，才能更好地使用地基作為建筑物的持力層。

對于未知的事物，同樣如此，不能憑空想象，更不能隨意復刻，要真實地去考察、去衡量，才能得到最準確的結果，而不是一味地去猜想，要實干，要培養學生精益求精的大國工匠精神。

土層分布會受到形成歷史、周圍環境等的影響，導致土層性質千差萬別，承載力高、壓縮性低的天然土層固然是最佳持力層，但很多情況下，無法選擇或者選擇受到限制時，也只能在軟弱地基或特殊土地基上進行建筑。譬如日本大阪的關西國際機場，建設在海上填筑的人工島上，這個機場自施工完成開始就在下沉，后期需要巨大財政支出去修補沉降以及解決問題。概念設計是遠遠優于計算設計的，初期優化場址的選擇會大大節省后期的計算及后續施工流程。當無法選擇承載力高、壓縮性低的天然土層時，也可以采取置換、預壓、灌入固化物、加筋等地基處理手段對土層進行加固處理，提高地基承載力，并減少沉降量。

4 土坡穩定（敬畏自然、文化自信）

無論是天然土坡還是人工土坡，都存在穩定性的問題，對于土坡來說，滑坡問題是需要特別重視的。土坡出現滑坡現象，本質是土體內部薄弱面上剪應力達到了土體的抗剪強度。不管是外荷載的增加，還是土體本身性質減弱所導致的土坡滑坡現象，它的危害都是巨大的。

1972 年香港寶城大廈滑坡、2001年薩爾瓦多山體滑坡、2014 年阿富汗巴達赫尚省阿布巴里克村山體滑坡等，無一不造成了重大的人員傷亡和財產損失。因此應該敬畏自然界的力量，使學生意識到環境保護的重要性，實現人與自然的和諧相處。同時還需要引導學生對基坑支護或邊坡支護工程的重要性產生共鳴，需要意識到工程安全的關鍵性。在后續工作過程中，要避免施工過程中投機取巧，嚴格按照設計圖紙進行施工，確保工程的安全性。

結合河海大學編制的SLP 程序[5]，讓學生認識到可以借助軟件進行土坡穩定分析，把繁瑣的計算交給計算機，而把時間留給更深入的問題。同時還有商丘師范學院的“互聯網+”土工實驗室工坊[9]，實現網絡平臺共享。古有戰國“相土”、夏代“柱礎”[10]，今有曾國熙、黃文熙、盧肇鈞教授等人，均對“土力學”的發展作出了重要貢獻。古有都江堰、萬里長城、趙州橋，今有港珠澳大橋、三峽大壩、大興國際機場等重大工程；借由這些案例，提升學生的文化自信。

5 結束語

本文以“土力學”課程為例，探討如何將課程思政元素有機融入到教學過程中，做到學生不反感，達到春風化雨的效果。主要結合教材內容，土的三相組成、抗剪強度、地基承載力與土的壓縮性、土坡穩定四個方面的內容，并結合具體案例進行課程思政元素的深入分析，引出了要認清事物本質、提升中國凝聚力；要提升壓力閾值，牢守工程倫理；要精益求精，學會選擇；要敬畏自然，有文化自信。作為知識的組織者、傳播者，課程思政對教師提出了更高的要求，因此需要廣泛涉獵知識，充分備課，將教學內容與思政教學緊密結合，做好課堂教學設計與實踐，更好地為國家培養一批技術過關、綜合素質優秀的大學生。