《應(yīng)用土力學(xué)》課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化改革探索

劉 娜，宿曉萍

(長(zhǎng)春工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130000)

引言

《應(yīng)用土力學(xué)》即《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》，是建筑、道路、橋梁、隧道、水利、地下等土木專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)，是土木工程專業(yè)的必修課程，也是一門理論性、綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)核心課程。該課程與土木工程其他專業(yè)課程例如混凝土結(jié)構(gòu)、建筑抗震等緊密相連，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與抗震設(shè)計(jì)不可缺少的重要組成部分，也是各類土木工程專業(yè)執(zhí)業(yè)資格考試的必考科目。筆者所在的長(zhǎng)春工程學(xué)院設(shè)置的土木工程專業(yè)、道路與橋梁專業(yè)、城市地下空間等專業(yè)都開設(shè)了這門課程。

隨著社會(huì)的發(fā)展、大學(xué)教育的大眾化、就業(yè)與擇業(yè)壓力的加大，使得當(dāng)代大學(xué)生呈現(xiàn)出個(gè)性化強(qiáng)、學(xué)習(xí)能力差異大等特點(diǎn)，給傳統(tǒng)的大學(xué)教學(xué)模式帶來(lái)了很大的沖擊，在這樣的大土木背景下，如何能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生全面、快速地成長(zhǎng)，找到一種高效的教學(xué)模式具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1][2]。因此，作為一名長(zhǎng)期處在教學(xué)第一線的老師，對(duì)《應(yīng)用土力學(xué)》課堂教學(xué)過(guò)程中存在的問題進(jìn)行不斷改革創(chuàng)新，進(jìn)一步加強(qiáng)和完善課程建設(shè)，是不懈努力的方向。

一、《應(yīng)用土力學(xué)》的課程特點(diǎn)及存在的問題

《應(yīng)用土力學(xué)》是一門土木工程專業(yè)基礎(chǔ)課，具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，屬專業(yè)課。通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解土的成因和分類方法以及基礎(chǔ)類型；熟悉土的物理、力學(xué)性質(zhì)；掌握地基沉降以及淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等方法，具有設(shè)計(jì)淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)的能力；課程所涉及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容繁雜、各章節(jié)內(nèi)容表現(xiàn)上看起來(lái)較獨(dú)立，相關(guān)性較差等。上課時(shí)若面面俱到，由于學(xué)時(shí)有限，課時(shí)無(wú)法保證，若僅講各章節(jié)內(nèi)容，學(xué)生較難形成完整的知識(shí)體系。課程結(jié)束后還有《基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)》的實(shí)踐教學(xué)，在做《基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)》時(shí)學(xué)生們?nèi)愿械嚼щy重重。

在以往的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在《應(yīng)用土力學(xué)》課程結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行《基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)》時(shí)仍存在很多問題，究其原因主要有以下三點(diǎn)：(1)《應(yīng)用土力學(xué)》中包括土力學(xué)和基礎(chǔ)工程兩部分內(nèi)容，土力學(xué)是基礎(chǔ)工程的基礎(chǔ)，理論性較強(qiáng)。在學(xué)習(xí)土的基本物理性質(zhì)、地基中的應(yīng)力與沉降等基本知識(shí)時(shí)，學(xué)生即使掌握了知識(shí)點(diǎn)，也不能很好地與工程實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，更不能從工程實(shí)際的角度看待相關(guān)知識(shí)，不能把相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化。所以在做基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)時(shí)，看到地質(zhì)勘察報(bào)告還是很陌生的感覺。(2)由于《應(yīng)用土力學(xué)》中各單元的知識(shí)是相對(duì)獨(dú)立的，其相關(guān)例題與習(xí)題也相對(duì)獨(dú)立，所采用的數(shù)據(jù)也是“編”出來(lái)的[3]，學(xué)生不清楚這些習(xí)題與例題中的數(shù)據(jù)是隨意給出還是來(lái)源于工程實(shí)際，因而學(xué)習(xí)目標(biāo)比較局限，不知道學(xué)習(xí)后能解決哪些實(shí)際工程問題。(3)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性較差，獨(dú)立思考問題和解決問題的能力有待提高，在課程設(shè)計(jì)中抄襲現(xiàn)象較嚴(yán)重[4][5]。

如前所述，在《應(yīng)用土力學(xué)》課程傳統(tǒng)的課堂教學(xué)課程設(shè)計(jì)中，存在三方面的缺點(diǎn)，不利于教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生將來(lái)的發(fā)展。為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)課程內(nèi)容有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)和把握，明確各章節(jié)知識(shí)之間內(nèi)在聯(lián)系和其能解決的工程實(shí)際問題，提高學(xué)生對(duì)工程的感性認(rèn)識(shí)，必須對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法進(jìn)行改革與創(chuàng)新[6][7]。教學(xué)實(shí)踐表明，課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化，可以很好地解決上述問題。

二、課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化的概念

所謂課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化，就是通過(guò)選擇合適的課程設(shè)計(jì)方案，將其設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容分解為幾個(gè)部分，使課程設(shè)計(jì)的不同部分與課堂教學(xué)不同單元的內(nèi)容相對(duì)應(yīng)，課堂教學(xué)中相應(yīng)單元的知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)解決課程設(shè)計(jì)中一部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容。當(dāng)課程教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)完成時(shí)，課程設(shè)計(jì)也完成了。

三、課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化的具體實(shí)施與考核方案

(一)課程設(shè)計(jì)方案的選擇

為了實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)的一體化，課程設(shè)計(jì)任務(wù)需要滿足以下幾條：1.布置的課程設(shè)計(jì)任務(wù)既能結(jié)合工程實(shí)際，又要學(xué)生們可以手算。2.課程設(shè)計(jì)任務(wù)可以分解為若干部分，且每部分設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)與《應(yīng)用土力學(xué)》課程的相關(guān)內(nèi)容相一致。3.在學(xué)完土的基本物理性質(zhì)后，學(xué)生對(duì)地質(zhì)勘查報(bào)告上的地層分布與土體的基本物理性質(zhì)能有所了解，能對(duì)工程實(shí)際中的地基土體的基本性質(zhì)有基本的感性認(rèn)識(shí)。4.在學(xué)習(xí)完地基承載力后，能結(jié)合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書中給出的地址勘察報(bào)告對(duì)地基承載力有所判斷，能夠選定合理的持力層。5.在學(xué)習(xí)完淺基礎(chǔ)基礎(chǔ)底面積的確定、基礎(chǔ)高度、底板厚度及配筋后，學(xué)生能夠進(jìn)行淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，其單元練習(xí)題就是課程設(shè)計(jì)。6.在學(xué)習(xí)完樁基礎(chǔ)的基本概念及單樁承載力后，學(xué)生能夠針對(duì)布置的課程設(shè)計(jì)任務(wù)完成樁型、樁長(zhǎng)、樁距及單樁承載力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，其練習(xí)內(nèi)容既是設(shè)計(jì)過(guò)程。7.在學(xué)完承臺(tái)的設(shè)計(jì)以后，學(xué)生可以進(jìn)行承臺(tái)的底面積、高度及底板配筋等相關(guān)設(shè)計(jì)，在練習(xí)與學(xué)習(xí)的過(guò)程中就可以完成課程設(shè)計(jì)。8.將不同階段的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總，就成為了完整的設(shè)計(jì)計(jì)算書。9.最后根據(jù)各部分的設(shè)計(jì)結(jié)果，繪制基礎(chǔ)施工圖。

(二)質(zhì)量保證措施

為了保證在課堂教學(xué)過(guò)程中，能夠保質(zhì)保量地完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)，需要做以下的準(zhǔn)備工作：1.制定詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，學(xué)生能夠明確設(shè)計(jì)任務(wù)、目的和要求。2.選擇多個(gè)結(jié)構(gòu)布置方案和荷載工況，使其組合成多種具體方案，制定參數(shù)分配表，使學(xué)生的設(shè)計(jì)參數(shù)能夠做到“一生一題”，堅(jiān)決杜絕抄襲現(xiàn)象。3.對(duì)每一階段的設(shè)計(jì)及時(shí)指導(dǎo)與修正，并給出相應(yīng)的階段成績(jī)，分別按照一定比例計(jì)入《應(yīng)用土力學(xué)》課程的平時(shí)成績(jī)和課程設(shè)計(jì)成績(jī)中。對(duì)不按給定參數(shù)設(shè)計(jì)和不按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同學(xué)給予不及格的處理。4.加強(qiáng)過(guò)程管理與指導(dǎo)，只有正確地完成前一階段設(shè)計(jì)任務(wù)后，才能開始下一階段的設(shè)計(jì)。

(三)具體實(shí)施步驟

1.在學(xué)生學(xué)習(xí)土的基本物理性質(zhì)前，即布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，這時(shí)雖然不能進(jìn)行設(shè)計(jì)，但課程設(shè)計(jì)任務(wù)中涉及到的地質(zhì)勘察報(bào)告，學(xué)生可以從工程實(shí)際的角度對(duì)地基土體的基本物理性質(zhì)有直觀的感性認(rèn)識(shí)；結(jié)合課程設(shè)計(jì)任務(wù)中給出的勘察報(bào)告的三圖一表(勘探點(diǎn)平面位置圖、鉆孔柱狀圖、工程地質(zhì)剖面圖和土工試驗(yàn)成果總表)，重點(diǎn)講解土的三相基本組成、物理性質(zhì)指標(biāo)、物理狀態(tài)指標(biāo)、工程分類以及完成相應(yīng)的土工試驗(yàn)。

2.在講解完土的抗剪強(qiáng)度和地基承載力后，結(jié)合地質(zhì)勘察報(bào)告中的土工試驗(yàn)總表讓學(xué)生從工程的角度認(rèn)識(shí)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和φ，結(jié)合地基的破壞模式來(lái)認(rèn)識(shí)地基的承載力，從而明確如果在設(shè)計(jì)中地基承載力不足，會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果，加深對(duì)地基承載力的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，可以從地質(zhì)勘察報(bào)告中針對(duì)不同的荷載選取合理的地基持力層。

3.在講解完淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)后，學(xué)生能夠設(shè)計(jì)淺基礎(chǔ)。為了保證學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)能做到“一生一題”，杜絕抄襲現(xiàn)象，充分鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力、分析和解決問題的能力，制定了不同的荷載參數(shù)表，選取其中之一如表1所示；布置了不同的結(jié)構(gòu)平面布置圖。每位同學(xué)按照自己的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別進(jìn)行基礎(chǔ)底面積、基礎(chǔ)高度、基礎(chǔ)底板配筋計(jì)算，在設(shè)計(jì)過(guò)程中如果學(xué)生感到有困難可以采取隨堂討論或者集中答疑等方式，使學(xué)生做到在淺基礎(chǔ)一章結(jié)束的時(shí)候，即掌握了要求的知識(shí)點(diǎn)，又可以結(jié)合工程設(shè)計(jì)完成淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

表1 荷載參數(shù)表

4.在學(xué)習(xí)完樁基礎(chǔ)的基本概念和單樁承載力后，學(xué)生能夠明確各種樁型的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上選擇適合自己設(shè)計(jì)參數(shù)的樁型、樁徑、樁長(zhǎng)，可以計(jì)算單樁承載力的標(biāo)準(zhǔn)值及特征值，并確定樁數(shù)及樁距。其設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程就是相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)練習(xí)的過(guò)程。

5.在學(xué)習(xí)完承臺(tái)設(shè)計(jì)以后，學(xué)生可以針對(duì)自己的設(shè)計(jì)參數(shù)如：樁型、樁徑、樁長(zhǎng)、單樁承載力、樁數(shù)以及樁距，設(shè)計(jì)合理的承臺(tái)平面尺寸、承臺(tái)厚度以及承臺(tái)底板配筋。這部分內(nèi)容相對(duì)較難，在以往的課程設(shè)計(jì)中，有些內(nèi)容學(xué)生把握不好，采用課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化的教學(xué)模式，只要有不會(huì)的或者理解不到位的地方，隨堂既可以通過(guò)教師講解或者學(xué)生一起討論的方式解決，又可以使學(xué)生從工程的角度，結(jié)合自己的設(shè)計(jì)方案對(duì)承臺(tái)設(shè)計(jì)有一個(gè)整體的概念。

6.當(dāng)課堂教學(xué)把課程設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)全部講解完之后，整理各階段的設(shè)計(jì)內(nèi)容，也就得到了課程設(shè)計(jì)計(jì)算書，學(xué)生可以根據(jù)自己的意愿選擇一種基礎(chǔ)類型進(jìn)行相關(guān)施工圖的設(shè)計(jì)。

7.教師根據(jù)各階段的設(shè)計(jì)計(jì)算成績(jī)和施工圖成績(jī)，綜合平時(shí)的表現(xiàn)，評(píng)定課程設(shè)計(jì)成績(jī)。

8.對(duì)課程設(shè)計(jì)中未涉及到的內(nèi)容，比如地基中的應(yīng)力與地基沉降計(jì)算部分，在課程設(shè)計(jì)完成后，學(xué)生可以依據(jù)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行地基中附加應(yīng)力的計(jì)算和相應(yīng)的地基沉降量，可以進(jìn)一步將《應(yīng)用土力學(xué)》的知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化，使學(xué)生對(duì)其看似相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)利用課程設(shè)計(jì)一條主線串聯(lián)起來(lái)，有整體的概念，真正能夠體會(huì)到《應(yīng)用土力學(xué)》的相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

四、結(jié)語(yǔ)

在大眾化的教育環(huán)境下，如果能讓能力差異較大的學(xué)生們掌握基本的專業(yè)知識(shí)，畢業(yè)后進(jìn)入工作單位能較快地適應(yīng)工程實(shí)際的環(huán)境，是每一個(gè)應(yīng)用型本科大學(xué)教師們的責(zé)任。本次有關(guān)《應(yīng)用土力學(xué)》課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化改革的探討是在總結(jié)傳統(tǒng)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)中存在缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，提出了具體課堂教學(xué)與課程設(shè)計(jì)一體化的方案選擇、組織方式、考核評(píng)價(jià)辦法以及實(shí)施步驟。與傳統(tǒng)的教學(xué)與課程設(shè)計(jì)模式相比有著以下優(yōu)點(diǎn)：1.學(xué)生能夠從工程的角度對(duì)《應(yīng)用土力學(xué)》的知識(shí)點(diǎn)有全面的認(rèn)識(shí)，使相對(duì)分散的知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化。2.在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠做到“一生一題”，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考的能力，杜絕抄襲現(xiàn)象。3.學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的反復(fù)琢磨與計(jì)算中能更加牢固地掌握《應(yīng)用土力學(xué)》的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)，也提高了理論水平，會(huì)使得學(xué)生的理論成績(jī)與課程設(shè)計(jì)成績(jī)都會(huì)有相應(yīng)的提高。