創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下的土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)改革初探

張士科

(安陽師范學(xué)院 建筑工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式下的土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)改革初探

張士科

(安陽師范學(xué)院 建筑工程學(xué)院，河南 安陽 455000)

本文針對(duì)土木工程專業(yè)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程教學(xué)現(xiàn)狀及教學(xué)過程中存在的問題，進(jìn)行了深入的分析?；趧?chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，結(jié)合本人在教學(xué)工作中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)課堂理論教學(xué)、基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)教學(xué)和土工試驗(yàn)教學(xué)，提出自己的教學(xué)改革思考。旨在提高該課程的教學(xué)效果和質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力、以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的培養(yǎng)。

土力學(xué); 基礎(chǔ)工程; 培養(yǎng)模式；教學(xué)改革

1 引言

在高等學(xué)校土木工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中，《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》是一門重要的專業(yè)必修基礎(chǔ)課，也是一門理論、實(shí)踐與試驗(yàn)集為一體的專業(yè)核心課程。該課程由兩大部分組成：第一部分是土力學(xué)，第二部分是基礎(chǔ)工程。土力學(xué)的學(xué)習(xí)要求學(xué)生掌握用專門的土工試驗(yàn)技術(shù)對(duì)土的含水量、密度、相對(duì)密度和孔隙比等物理特性，以及土的強(qiáng)度、滲透性和壓縮性等力學(xué)特性進(jìn)行確定。另外，還要求學(xué)生在基本物理力學(xué)參數(shù)已知的情況下，能用土力學(xué)的理論知識(shí)和公式，對(duì)在受外力時(shí)土的應(yīng)力和變形，進(jìn)行計(jì)算與分析,對(duì)巖土與地下工程進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)和施工。基礎(chǔ)工程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生能用土力學(xué)的知識(shí)，進(jìn)行擋土墻、淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)及基坑等工程的設(shè)計(jì)和施工。因此，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程是一門比較難學(xué)的綜合性重要課程。

目前，我國正在大力開展地方高校轉(zhuǎn)型發(fā)展和大學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育[1]，推動(dòng)CDIO(構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行)教學(xué)模式或創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[2]，即高等院校在培養(yǎng)高層次的工程技術(shù)人員方面，應(yīng)以培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需要為主，在注重理論知識(shí)培養(yǎng)的同時(shí)，還應(yīng)該重視實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，因?yàn)閷?shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)能有效的培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用技能和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神，是構(gòu)建理論與應(yīng)用的橋梁。理論教學(xué)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)是相輔相成、相互促進(jìn)的辯證統(tǒng)一關(guān)系[3]?；谕亮W(xué)與基礎(chǔ)工程實(shí)踐性較強(qiáng)、涉及學(xué)科較多、應(yīng)用具體、理論繁多、推導(dǎo)公式假設(shè)條件較多，連貫性較差等特點(diǎn)，在該課程的教學(xué)過程中，學(xué)生不斷提出“學(xué)什么”、“怎么學(xué)”和“怎么用”等問題。這要求該課程必須進(jìn)行教學(xué)改革，才能更好適應(yīng)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式，為社會(huì)培養(yǎng)出卓越的專業(yè)技術(shù)人才[4, 5]。

針對(duì)目前土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程教學(xué)模式中，存在重理論知識(shí)講授，輕自主分析能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)等問題，本文提出了“土力學(xué)與基礎(chǔ)工程”課程教學(xué)模式改革思路，以適應(yīng)于目前的國際化、信息化、創(chuàng)新化的發(fā)展趨勢(shì)，希望對(duì)培養(yǎng)學(xué)生日后從事工程實(shí)踐的能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神具有十分積極的意義。

2 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

以安陽師范學(xué)院建筑工程學(xué)院土木工程專業(yè)為例，基于傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，土力學(xué)課程在大二下學(xué)期開，56學(xué)時(shí)(包括土工試驗(yàn)8學(xué)時(shí))；基礎(chǔ)工程課程在大三上學(xué)期開48學(xué)時(shí)，一周的課程設(shè)計(jì)。其中，除了土工試驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)外，其余全部采用課堂講授教學(xué)，課后布置作業(yè)，最后進(jìn)行期末考試成績(jī)?cè)u(píng)定的教學(xué)模式。

在新的教學(xué)計(jì)劃中，將上述兩門課程合并為一門課，即土力學(xué)與基礎(chǔ)工程，在大二下學(xué)期開，共75學(xué)時(shí)(包括土工試驗(yàn)15學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)8學(xué)時(shí))。新的教學(xué)計(jì)劃要求老師在更短的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)內(nèi)，向?qū)W生傳授更多，更新的該學(xué)科知識(shí)和信息。

根據(jù)新的土木工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程的理論教學(xué)部分由原來的96學(xué)時(shí)壓縮為52學(xué)時(shí)，而增加8學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)，土工試驗(yàn)由原來的8學(xué)時(shí)增加為15學(xué)時(shí)。課堂講授的專業(yè)理論內(nèi)容基本不變即土的物理性質(zhì)及工程分類、土的滲透性及滲流、土中應(yīng)力計(jì)算、土的壓縮性及地基沉降計(jì)算、土的抗剪強(qiáng)度、土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定、淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、沉井基礎(chǔ)及其它深井簡(jiǎn)介、基坑工程、地基處理?；镜耐凉?shí)驗(yàn)包括密度試驗(yàn)、含水量試驗(yàn)、液塑限試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)和擊實(shí)試驗(yàn)。

通過對(duì)新的土木工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的分析，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題主要有以下幾個(gè)方面：

1. 在創(chuàng)新型培養(yǎng)模式下，理論知識(shí)講授學(xué)時(shí)數(shù)大量壓縮，使課程課堂講授內(nèi)容不能過多過細(xì)，這導(dǎo)致一個(gè)知識(shí)點(diǎn)未能展開，就躍到下個(gè)知識(shí)點(diǎn)上，使得學(xué)生對(duì)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不夠透徹。特別是對(duì)理論知識(shí)和推導(dǎo)公式的學(xué)習(xí)，如土中應(yīng)力的計(jì)算、固結(jié)強(qiáng)度理論，土的沉降計(jì)算、摩爾-庫倫強(qiáng)度理論及基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算等。一旦學(xué)生感覺不適和迷茫，就會(huì)加大課程的理解難度，學(xué)生就不能很好的將所學(xué)知識(shí)用來解決實(shí)際工程問題，從而缺乏學(xué)有所用的成就感，對(duì)學(xué)習(xí)失去興趣，削弱教學(xué)效果。這要求課程理論教學(xué)的手段必須要進(jìn)行改革，在適應(yīng)新的人才培養(yǎng)模式下，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2. 隨著新理論、新方法和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容在不斷增加，而在新的培養(yǎng)模式下計(jì)劃安排的教學(xué)學(xué)時(shí)不斷減少，課程的服務(wù)對(duì)象又不能過于狹窄[6]。因此，以課堂教學(xué)為中心，以老師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式將使課程講授內(nèi)容偏少較淺，很難對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行展開和引入有關(guān)的新理論與新技術(shù)，致使培養(yǎng)出的專業(yè)技術(shù)人才知識(shí)面狹窄，解決實(shí)際問題的能力單一。為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型卓越專業(yè)技術(shù)人才這一目標(biāo)。如何解決教學(xué)內(nèi)容的與學(xué)時(shí)少之間的矛盾，進(jìn)一步提高教學(xué)效果與質(zhì)量，成為我們所面臨的一個(gè)重要問題。

3. 在傳統(tǒng)的教學(xué)計(jì)劃中，由于學(xué)時(shí)量不足，土力學(xué)實(shí)驗(yàn)以基礎(chǔ)性土工試驗(yàn)為主，如密度、含水量、液塑限、固結(jié)和直接剪切試驗(yàn)等。將學(xué)生分組進(jìn)行試驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一樣，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)要求和操作步驟按部就班完成。雖然這種模式適合大多數(shù)學(xué)生，但很難培養(yǎng)出卓越工程人才，以滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)全面發(fā)展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高層次工程技術(shù)人才的需求，也不能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的目的。因此，新的土工試驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃除了保留基礎(chǔ)土工試驗(yàn)外，應(yīng)該增加一些設(shè)計(jì)性、研究性和綜合性的物理和數(shù)值實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)過程中，如何充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，通過自主參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和創(chuàng)造能力，成為我們所面臨的又一個(gè)教學(xué)問題。

3 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課改革思路

針對(duì)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，擬提出以下改革思路，以保證并提高該課程的教學(xué)效果和質(zhì)量。

1. 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算理論的發(fā)展，各種計(jì)算分析軟件和技術(shù)，已廣泛用來輔助有關(guān)巖土與地下工程的設(shè)計(jì)與施工[7]。鑒于目前學(xué)生在土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程學(xué)習(xí)過程中，缺乏對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)興趣的現(xiàn)狀與問題。本文強(qiáng)調(diào)“可視化”對(duì)該課程理論知識(shí)教學(xué)的重要作用。筆者將課本上的公式編寫成Visual Basic語言，通過Excel運(yùn)行，以圖像的形式顯示出來，將不易講授和理解的公式計(jì)算過程直觀的演示出來，應(yīng)用Excel實(shí)現(xiàn)該課程理論知識(shí)外化。將學(xué)生需要掌握的土力學(xué)理論公式實(shí)現(xiàn)可視化。課后要求學(xué)生學(xué)習(xí)一些巖土與地下工程軟件，如FLAC，UDEC，ABAQUS等，學(xué)習(xí)模擬在外荷載作用下，土的應(yīng)力、應(yīng)變與物理力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系。這不但能讓學(xué)生了解該課程在實(shí)踐中的應(yīng)用，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和興趣。

2. 鑒于教學(xué)改革導(dǎo)致理論知識(shí)教學(xué)學(xué)時(shí)不足的問題，本文提出將“以學(xué)生為主體，以教師為輔導(dǎo)”的教學(xué)模式，應(yīng)用到部分章節(jié)中，如擋土墻的設(shè)計(jì)、淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等。將以教師課堂講授為主的教學(xué)模式，轉(zhuǎn)化為以學(xué)生為主體的主動(dòng)學(xué)習(xí)模式，即讓學(xué)生參考課本或參考書，按步驟自主學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，教師主要提供參考意見、網(wǎng)上答疑，現(xiàn)場(chǎng)討論等教學(xué)活動(dòng)。一旦完成設(shè)計(jì)，教師從學(xué)生的角度對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行提問和討論。這種以學(xué)生為主體的教學(xué)模式有助于鼓勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，加深學(xué)生對(duì)土力學(xué)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生自主解決實(shí)際問題的能力和習(xí)慣。

3. 在土工試驗(yàn)教學(xué)改革中，考慮與專業(yè)教師的科研項(xiàng)目相結(jié)合，如巖石的疲勞試驗(yàn)，同時(shí)將數(shù)值試驗(yàn)引進(jìn)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。這給那些本科生中優(yōu)秀、對(duì)科研有極大興趣的學(xué)生提供了解和參與科學(xué)研究的機(jī)會(huì)。此外，通過數(shù)值試驗(yàn)，巖石的變形、破裂等復(fù)雜現(xiàn)象能向?qū)W生直觀演示，在反映巖石的變形損傷演化和宏觀破壞過程中的應(yīng)力場(chǎng)和變形場(chǎng)方面的信息，數(shù)值試驗(yàn)法會(huì)有較好的效果。這樣不但有助于完成教學(xué)任務(wù)，還能夠拓展學(xué)生眼界，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

4 結(jié)語

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程是一門實(shí)用性較強(qiáng)、內(nèi)容連貫性較差，同時(shí)具有理論科學(xué)和工程學(xué)科的屬性的課程。

對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)枯燥單調(diào)的問題，利用用可視化教學(xué)法，不僅激發(fā)學(xué)生對(duì)土力學(xué)與基礎(chǔ)工程理論知識(shí)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，而且有助于了解并掌握專業(yè)問題的求解過程及其背后潛在的數(shù)學(xué)與力學(xué)模型及規(guī)律。

利用學(xué)生為主體的教學(xué)模式，對(duì)實(shí)踐性較強(qiáng)的章節(jié)進(jìn)行教學(xué)改革，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生在工程實(shí)踐中的動(dòng)手能力。

利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研項(xiàng)目相結(jié)合的方法，可以為無研究生本科院校中本科生提供參與科研的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新實(shí)踐能力和對(duì)科學(xué)研究的興趣。

通過利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)一些復(fù)雜的土工試驗(yàn)過程進(jìn)行模擬分析，不僅可以了解土或巖石的變形破壞過程，而且可以解決現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件、物力和財(cái)力等限制，切實(shí)理解并掌握土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的核心內(nèi)容。

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[責(zé)任編輯：Z]

Teaching Reform Exploration of Soil Mechanics and Foundation Engineering based on the Cultivation mode of Innovation Talents

ZHANG Shi-ke

(School of Civil Engineering and Architecture, Anyang Normal University, Anyang 455000, China)

The teaching present situation and existence problems of course of soil mechanics and foundation engineering in civil engineering, which are deeply analyzed in this paper. Based on the cultivation mode of innovation talents, some people think of teaching reform is to put forward by combining with my experience in teaching. The teaching reform includes classroom theory teaching, teaching of foundation engineering design and teaching of geotechnical experiment. The goal of this paper is to (1) improve the teaching effect and quality of the course, (2) strengthen the cultivation of students’ autonomous learning and practical ability, and (3) strengthen the cultivation of innovation entrepreneurship.

soil mechanics; foundation engineering; cultivation mode; teaching reform

2015-07-10

安陽師范學(xué)院2015年教學(xué)研究項(xiàng)目“基于創(chuàng)新人才模式下的土力學(xué)與基礎(chǔ)工程課程理論、試驗(yàn)和實(shí)踐”(課題編號(hào)：2015-ASJY-YB62)。

張士科(1980—)，男，博士，講師，河南泌陽人，主要從事巖石力學(xué)與工程方面的研究。

G642

A

1671-5330(2015)05-0150-03