新工科背景下土力學課程教學創新設計與實踐

摘要：本文探討了在新工科背景下改進土力學課程教學的方法，旨在培養應用型人才。通過提出創新教學理念、優化課程目標、重新設計內容、采用有效教學方式和建立多元化考核體系等策略，旨在提高教學效果，確保學生掌握土力學基礎理論和實際應用技能。文章還強調了持續改進和評估的重要性，以提高課程質量和滿足學生需求。這些舉措將使土力學課程更好地適應現代產業需求，培養全面素質的工科人才，推動科技創新，增強國家競爭力，并為學生提供更多就業機會。

關鍵詞：新工科；土力學；教學創新

自2017年以來，為適應產業需求、提高人才培養質量、推動科技創新、增強國家競爭力和創造更多就業機會，教育部積極推進新工科建設，培養適應社會發展需要的高素質工科人才，促進經濟社會的可持續發展。盡管土力學屬于傳統工程學科，卻與新工科建設有著相互關聯和互動。新工科的發展為土力學的研究和應用提供了更多技術和方法，反之，土力學的理論與實踐也為新工科提供了基礎支持和實用技術。《土力學》通常是土木工程、巖土工程、土地資源與環境工程等專業的必修課程[1]，為學生提供了土壤力學的基礎理論、工程實踐中運用土壤力學知識的技能。然而，由于土力學涉及多學科知識[2]，需要結合力學理論與實際工程問題，建立數學模型描述土壤力學行為，進行實驗室實踐和實地調查，因此學生掌握土力學知識可能存在難度。在教學過程中，需要適當教學策略、優化教學目標、重新構建教學內容、組織方式以及改善考核評價制度，以提升教學效果和質量，以應對這些挑戰。

1革新教學理念和方法，以培育應用型人才為核心目標

要重新塑造土力學教學的理念，培養具有應用能力的人才，可以考慮以下幾個方面：

（1）實踐導向：重視解決實際工程問題和培養實踐操作能力的意義。通過案例分析、實地考察、實驗實踐等方式，使學生能夠將所學的理論知識應用到實際工程中解決問題。

（2）跨學科整合：土力學涉及到多個學科的知識，如力學、材料力學、地質學等[3]。要培養應用型人才，需要將土力學與相關學科進行整合，提供跨學科的教學內容和實踐項目，讓學生全面了解和應用相關知識。

（3）項目驅動：通過項目驅動的教學方法，讓學生參與實際的工程項目，進行工程設計和解決實際問題的實踐。這樣可以培養學生的問題解決能力、團隊合作能力和創新思維[4]。

（4）現代技術應用：將現代技術應用于土力學教學中，如數值模擬、計算機輔助設計等。通過引入相關軟件和工具，使學生能夠熟練運用現代工具解決土力學問題。

（5）規范化培養：注重培養學生的規范意識、工程倫理和安全意識。通過教學中強調規范要求，引導學生養成嚴謹、負責的工程態度，培養他們成為德才兼備的應用型人才。

2優化課程教學目標，以有效地支持畢業要求

優化土力學課程教學目標并有效支撐畢業要求可以考慮以下幾個方面：

（1）確定清晰的教學目標：明確定義土力學課程的核心內容和學習目標，確保學生在學完課程后能夠掌握土力學的基本理論、分析方法和應用技能。

（2）強調實踐應用：將理論知識與實際工程案例有機結合，通過案例分析、實驗實踐等手段深化學生對土力學原理的理解程度，鍛煉學生處理實際土力學問題的能力和技巧。

（3）多樣化的教學方法：采用多樣化的教學方法，如課堂授課、團隊討論、實際操作、案例分析、模擬軟件等，激發學生的學習興趣，提高他們的學習效果。

（4）鼓勵自主學習和團隊合作：引導學生主動探索學習資源，培養他們自主學習的能力。同時，鼓勵學生進行團隊合作，通過合作解決問題，促進彼此之間的交流與學習。

（5）定期評估與反饋：定期對學生進行考核和評估，及時了解他們的學習情況和問題，給予及時的反饋和指導，幫助他們及時調整學習策略，提高學習效果。

通過以上優化教學目標和支撐畢業要求的措施，可以提高土力學教學的實效性與質量，幫助學生在畢業時擁有堅實的土力學理論知識和實際應用能力。

3重新設計課程內容，以提升課程的高階性

對于土力學課程的內容重構，可以考慮以下幾個方面，以提升課程的高階性：

（1）強調理論與實踐的結合：加強實際案例、實驗、工程應用等實踐環節的安排，培養學生將理論知識應用于實際工程問題解決的能力，增加課程的實用性和高階性。

（2）深入剖析經典理論：針對土力學領域的經典理論和方法，進行深入講解和分析。引導學生理解其基本原理、適用范圍和局限性，培養學生具備批判性思維和獨立解決問題的能力。

（3）引入前沿研究和工程實踐：關注當前土力學領域的前沿研究成果和工程實踐案例，引導學生了解最新的研究動態和工程應用趨勢，培養他們的專業眼光和創新思維。

（4）開展小組討論和項目研究：組織學生進行小組討論、研究項目等互動性強的學習活動，讓學生在團隊合作中探索、分析和解決實際土力學問題，培養學生的團隊合作和問題解決能力。

（5）引入跨學科內容：將土力學與其他相關學科進行交叉融合，如巖土工程、地震工程等，讓學生了解土力學在跨學科領域的應用，培養他們的綜合素養和跨學科思維能力。

通過重構土力學課程內容，加強實踐環節、強調理論深度、引入前沿研究和工程實踐，可以提升課程的高階性，對學生的學術和專業能力發展有更積極的促進作用。

4采用有效的教學組織方式，以高效地實現教學目標

要實施有效的土力學課程教學組織，以高效達成教學目標，可以考慮以下幾個方面：

（1）設計清晰的課程結構：制定明確的教學大綱和課程計劃，將課程內容進行合理的模塊劃分和安排，確保各個知識點和技能的有機銜接，以達成整體的教學目標。

（2）采用多元化的教學方法：結合教材講授、案例分析、實驗、討論、模擬軟件等多種教學方法，激發學生對學習的興趣，提供多樣化且豐富的學習體驗，使學生理論與實踐相結合，更好地掌握土力學的知識和技能。

（3）提供充裕的學習資源：為學生提供多樣化且豐富的學習資源，包括教材、參考書籍、學術文獻、網絡資源等豐富的學習資料，提供更多選擇和深入學習的機會，讓學生能夠充分發揮他們的潛力，同時提供必要的輔助材料和指導，幫助學生更好地理解和消化所學知識。

（4）鼓勵師生互動和合作學習：鼓勵學生提問、討論和思考，激發他們的主動學習能力。同時，教師要積極與學生互動，引導討論，提供實時反饋和指導。此外，促進學生之間的小組合作學習，通過學生之間的合作，可以培養解決問題的能力，促進互相學習，從而提高整體學習效果。

（5）定期評估與反饋：建立有效的評估機制，定期評估學生的學習進展，其中含括考試、作業、實驗報告等形式，及時了解學生的學習進展和存在的問題，并提供適當的反饋和教導，協助學生適時調整學習方案，達到教學目標。

通過以上的教學組織措施，可以增進土力學課程教學的效果和效率，幫助學生更好地掌握土力學的知識和技能，高效達成教學目標。同時，教師的積極指導和學生的主動參與也是實現高效教學的關鍵。

5建立一個多元化的學業考核評價體系，以提高課程的挑戰性

建立多元化的課程考核評價體系可以幫助提升土力學課程的挑戰難度和培養學生的綜合能力[5]。下面是一個示例的圖表，展示了可能的多元化評價方式和對應的評價指標：

這個評價體系包括了多個評價方式，涵蓋了土力學學科的不同方面和能力要求。通過這樣的評價方式，可以對學生的學習表現和能力進行全面評估，并提供有針對性的反饋和指導，幫助學生不斷提升。

此外，為增加課程的挑戰難度，可以在評價體系中加入一些更具挑戰性的項目或任務，例如：

（1）高難度理論分析題：設計一些復雜的理論分析題，要求學生深入理解土力學原理，并能靈活應用于實際問題的解決。

（2）綜合性實驗項目：組織學生進行綜合性實驗項目，要求他們從實驗設計到結果分析等全過程的完成，并提出合理的結論和改進建議。

（3）開放性小組研究項目：鼓勵學生自主選擇研究課題，組成小組進行深入研究和探索，要求他們提出創新性的觀點和解決方案，并進行實踐驗證。

通過引入這些挑戰性項目，能夠激發學生對學習的熱情和渴望獲取知識，培養他們的獨立思考和解決復雜問題的能力[6]。

6教學改革的評估與成果

通過長期的教學創新設計與實踐，土力學課程顯著提升了教學水平并取得顯著的教學效果。評估結果顯示學生對該課程的滿意度非常高，平均達到97分，清晰展示了學生在學習中獲得了優質的體驗并對教師表示積極肯定。這不僅是對教師職業道德和教學風范的認可，也證明了教師在專業能力和課堂教學上的出色表現。

根據圖1所示，在過去的三年里，土力學課程的學生平均成績逐年上升。《土力學》是研究生考試中的一門專業課之一，學生的考試成績表現出優異的水平。許多學生成功被各重點大學如浙江大學、南京大學、武漢大學和天津大學等錄取。除了在學業上的杰出表現，學生們還踴躍參與了創新創業訓練計劃項目，共計參與了2項。他們以第一作者身份完成了一篇SCI論文的撰寫，并且在權威的中文核心期刊上發表了2篇學術論文。另外，他們還貢獻了3篇中文核心期刊論文的發表。這些成果不僅體現了學生們在學術研究上的突出能力，還成功地提升了他們的綜合素質和創新能力。

教學督導認為，土力學課程注重以學生為中心的教學理念，突出了學生的主體地位和學習需求，專注于培養學生的綜合素質、創新意識和專業責任感。教師備課充分，教學內容豐富、重點突出、思路清晰，講解精練深入。教師同時熟練運用傳統教學方法和現代教學技術，顯著提高了課堂教學效果。這使得用人單位對畢業生給予高度評價，認為他們具備扎實的理論基礎，熟練運用土力學基本原理解決各類復雜工程問題。畢業生擁有優秀的實踐和創新能力，并展現出較高的綜合素質。

教師的辛勤付出和學生們的努力是我們取得成績的關鍵。教師不斷提升教育水平和教學能力，注重創新教學理念和方法。學生們在這積極的教學環境中努力學習，不斷提升自身綜合素質和專業能力。我們將持續以學生為中心，推進教學改革，培養具備理論基礎和實踐能力的專業人才，以迎接工程挑戰。

7教學反思與不斷改進

土力學課程教學的持續改進是一個重要的過程，能夠持續提高教學效果和學生學習成果。以下是一些建議來進行反思和改進：（1）學生反饋：匯集學生們對課程的反饋及建議信息，包括課程內容、教學方法、評估方式等方面。通過匿名問卷調查、小組討論或個別面談等方式收集反饋，了解學生的體驗和意見，以指導改進。（2）教學觀察和記錄：做好教學觀察和反思記錄，關注學生參與度、理解程度和學習動態等方面。通過記錄教學過程中的問題和難點，發現可能的改進點，促進教師教學方法的優化和提升。（3）同行評議與合作交流：與同事進行教學交流和評議，相互參觀課堂教學，共享教學經驗和資源。通過同行評議，獲取對課程的不同視角和建議，有助于發現自身的不足和改進空間。（4）教學材料和資源更新：定期更新教學材料和資源，融合最新的研究成果和實際工程案例，保持與行業發展的緊密聯系。引入新的教學資源，如交互式教材、模擬軟件等，提供更生動、多樣化的學習體驗。（5）不斷學習和進修：教師要積極參加學術研討會、教學培訓等活動，持續學習和更新個人知識和教學策略。跟蹤發展中的土力學領域和教育教學的最新趨勢，積極應用新的教學技術和方法。（6）持續改進和評估：根據反思和收集的反饋意見，制定教學改進計劃，并進行定期的評估和反饋。通過比較前后的數據和學生表現，評估改進措施的有效性，不斷調整和改進教學方法和內容。通過持續反思和改進，教師可以不斷提高土力學課程的教學質量和學生的學習體驗，推動學生全面發展，提高他們的專業能力和綜合素養。

參考文獻：

[1]陸勇，楊冬英，師文豪.以土力學為例探析專業課程的思政元素融入[J].高教學刊，2021，7（36）：181–184.

[2]賀敏，滕珂，歐蔓麗，等.基于PBL模式的“土力學”課程教學探索與實踐[J].科教導刊，2023（12）：143–145.

[3]戴北冰，趙紅芬，常丹，等.“虛實結合”在土力學教學中的探索與實踐[J].高等建筑教育，2023，32（04）：112–119.

[4]高慧穎，李艷青，周陽修，等.“新工科”背景下基于項目驅動教學法的“分析化學”課程教學改革[J].云南化工，2023，50（07）：172–175.

[5]高曉紅，彭世林，鄭興榮，等.混合式教育模式融合發展的路徑改革研究與實踐[J].隴東學院學報，2023，34（05）：129–134.

[6]廖勇，周世杰，湯羽，等.面向新工科的軟件工程專業核心課程體系建設[J].高等工程教育研究，2022（04）：10–18.

基金項目：揚州大學教學改革研究課題（項目編號：YZUJX2022?D15、YZUJX2021?D16）；水利高等教育教學改革課題（項目編號：水教協高教[2023]8號?40）

作者簡介：唐敏（1990—），女，漢族，陜西安康人，博士，講師，研究方向：土質學與土力學；王娟（1988—），女，漢族，甘肅張掖人，博士，副教授，研究方向：農田水利學。

*通訊作者：張超（1990—），男，漢族，陜西咸陽人，博士，副教授，研究方向為水資源保護。