新工科背景下應(yīng)用型本科高校的土力學(xué)教學(xué)大綱改革

陳忠清 呂越

摘要：應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)是新時(shí)期高等教育的重要內(nèi)容。土力學(xué)是土木工程專業(yè)的核心主干課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程以及今后從事土木行業(yè)設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)工作的重要基礎(chǔ)?；谛鹿た票尘跋碌胤礁咝?yīng)用型土木工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合土力學(xué)課程特點(diǎn)，對(duì)土力學(xué)課程教學(xué)大綱進(jìn)行了重新梳理。將土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容分為土的基本物理性質(zhì)、土力學(xué)基本理論以及土力學(xué)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用三部分，舍棄過多的理論公式推導(dǎo)和原理闡釋，緊密結(jié)合實(shí)際工程案例，突出土力學(xué)基本知識(shí)及其在工程實(shí)踐中的運(yùn)用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新意識(shí)具有積極意義。

關(guān)鍵詞：土力學(xué)；教學(xué)大綱；應(yīng)用型本科；新工科；教學(xué)內(nèi)容

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）02-0136-03

一、引言

地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變已成為我國高等教育未來發(fā)展的重要內(nèi)涵。應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)是使學(xué)生在知識(shí)、能力、素質(zhì)方面得到全面發(fā)展，具有發(fā)現(xiàn)、分析、創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的能力[1]。2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，提出“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識(shí)，針對(duì)地方高校發(fā)展，指出要主動(dòng)對(duì)接地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要和企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，充分利用地方資源，深化校企合作，培養(yǎng)具有較強(qiáng)行業(yè)背景知識(shí)、工程實(shí)踐能力以及勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才[2]。紹興市是浙江省首批唯一的“建筑強(qiáng)市”，建筑業(yè)的發(fā)展一直處于全省乃至全國同類城市的前列，如何結(jié)合本地建筑業(yè)的發(fā)展需求，在新工科背景下開展相關(guān)課程教學(xué)改革研究是當(dāng)前紹興地方高校高等教育改革的重要環(huán)節(jié)。

土力學(xué)作為土木工程專業(yè)的核心主干課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程以及今后從事土木行業(yè)設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)工作的重要基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力尤為重要。土力學(xué)的教學(xué)效果對(duì)于實(shí)現(xiàn)構(gòu)建以工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的應(yīng)用型土木工程人才培養(yǎng)目標(biāo)具有舉足輕重的作用。本文基于新工科背景下應(yīng)用型本科土木工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合土力學(xué)課程特點(diǎn)，對(duì)該課程的教學(xué)大綱改革進(jìn)行探討。

二、土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的經(jīng)典框架

土力學(xué)作為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科，始于1925年太沙基（Terzaghi）發(fā)表第一本土力學(xué)和地基基礎(chǔ)專著《Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage》[3]。土力學(xué)雖是一門年輕的學(xué)科，卻是土木工程專業(yè)的重要理論基礎(chǔ)，土力學(xué)課程也是土木工程專業(yè)課程體系中的核心課程。土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容的經(jīng)典框架主要包括[4，5]：土的組成和物理性質(zhì)、土的滲透性與土中滲流、土中應(yīng)力分布及計(jì)算、土的壓縮性與地基沉降計(jì)算、土的抗剪強(qiáng)度、土壓力計(jì)算、土坡穩(wěn)定分析、地基承載力。

三、面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容改革

2010版和2014版土力學(xué)教學(xué)大綱的教學(xué)內(nèi)容基本圍繞經(jīng)典土力學(xué)的學(xué)科體系展開，其中教學(xué)要求因?qū)W時(shí)不同而略有差異。對(duì)于地方應(yīng)用型本科高校而言，缺乏對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)等方面的教學(xué)內(nèi)容，而且在學(xué)時(shí)有限條件下理論教學(xué)內(nèi)容顯得過多，不能滿足當(dāng)前應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。因此，結(jié)合新工科背景下應(yīng)用型土木工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)傳統(tǒng)土力學(xué)課程的教學(xué)進(jìn)行如下改革。

1.將教學(xué)內(nèi)容劃分為三大部分，即土的基本物理性質(zhì)、土力學(xué)基本理論、土力學(xué)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，其中土力學(xué)基本理論包括土中滲流、土中應(yīng)力計(jì)算、土的壓縮與沉降計(jì)算、土的抗剪強(qiáng)度理論、土壓力計(jì)算、土坡穩(wěn)定分析以及地基承載力計(jì)算。

2.由于土力學(xué)基本理論在工程實(shí)踐中都經(jīng)常涉及，因此保留原框架，但對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行精簡，忽略土力學(xué)教材中有關(guān)計(jì)算公式或方法的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而突出對(duì)公式或方法本身的應(yīng)用，同時(shí)舍棄對(duì)土力學(xué)中復(fù)雜理論的深入講解，使教學(xué)內(nèi)容淺顯易懂。比如，關(guān)于太沙基一維固結(jié)理論，忽略一維固結(jié)方程建立及求解的推導(dǎo)過程，重點(diǎn)是理解固結(jié)度的概念及計(jì)算。

3.增加土力學(xué)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用講解，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力。比如，意大利的比薩斜塔，塔身向南傾斜，南北兩端沉降差達(dá)1.80m，塔頂離中心線達(dá)5.27m，傾斜達(dá)5.5°，這其中就包含豐富的土力學(xué)知識(shí)。通過對(duì)該工程案例的講解，既可以增加學(xué)生對(duì)土的變形問題的理解，又可以提高學(xué)生對(duì)土力學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。

4.在教學(xué)方法上，遵循先講授土的基本物理性質(zhì)，再講授土力學(xué)基本理論，最后講授土力學(xué)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用這一思維邏輯，其中最后一部分教學(xué)內(nèi)容可采用案例教學(xué)法，也可采用翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)方法。

四、以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的土力學(xué)教學(xué)大綱設(shè)計(jì)

新大綱結(jié)合新工科背景下應(yīng)用型土木工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，減少土力學(xué)理論的推導(dǎo)和闡釋，在講授基本理論知識(shí)的前提下注重土力學(xué)知識(shí)的運(yùn)用，尤其是增加實(shí)際工程案例，以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

1.具體學(xué)時(shí)分配，如下表所示。

2.教學(xué)內(nèi)容、要求及目標(biāo)。（1）土的基本物理性質(zhì)。要求學(xué)生了解土的成因和組成，掌握土的物理性質(zhì)指標(biāo)及其三相換算關(guān)系的運(yùn)用，熟悉無黏性土和黏性土的物理性質(zhì)，了解土的結(jié)構(gòu)性和擊實(shí)性，了解土的工程分類原則以及土的類別與其工程特性的關(guān)系。目標(biāo)是通過土的物理力學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)“土”這種散體、多相材料的特殊性。（2）土力學(xué)基本理論，具體內(nèi)容及要求為：①土中滲流：要求學(xué)生了解土的滲透特性及滲透變形，掌握達(dá)西定律。②土中應(yīng)力計(jì)算：要求學(xué)生掌握土中的自重應(yīng)力和附加應(yīng)力的計(jì)算方法。③土的壓縮性與地基沉降量計(jì)算：要求學(xué)生掌握土的壓縮性，熟悉各種壓縮性指標(biāo)的測定方法，掌握地基最終沉降量的計(jì)算方法。④土的抗剪強(qiáng)度理論：要求學(xué)生掌握莫爾—庫侖抗剪強(qiáng)度理論，了解抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定方法，了解不同固結(jié)和排水條件下抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的意義及應(yīng)用。⑤土壓力計(jì)算：要求學(xué)生了解土壓力的類型，掌握基于朗肯土壓力理論的土壓力計(jì)算方法，了解有超載及成層土情況的土壓力計(jì)算。⑥土坡穩(wěn)定性分析：要求學(xué)生掌握無黏性土邊坡的穩(wěn)定分析方法，掌握黏性土邊坡的整體圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定分析方法，了解黏性土邊坡穩(wěn)定分析的條分法。

⑦地基承載力計(jì)算：要求學(xué)生了解地基破壞模式，掌握按規(guī)范確定地基承載力的方法，熟悉按極限平衡條件確定地基臨塑荷載和臨界荷載的方法以及太沙基地基極限承載力計(jì)算方法。目標(biāo)是讓學(xué)生具備土力學(xué)涉及的具體理論問題分析與計(jì)算的能力。（3）土力學(xué)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。結(jié)合國內(nèi)外經(jīng)典工程事故案例，包括美國Teton壩垮壩事故案例、加拿大特朗斯康谷倉失穩(wěn)工程案例、意大利比薩斜塔和蘇州虎丘塔工程案例、杭州地鐵湘湖站北2基坑工程事故案例、上海閔行樓房傾倒事故以及紹興上虞太平山村滑坡案例等，要求學(xué)生熟悉并掌握相關(guān)土力學(xué)知識(shí)在工程實(shí)踐中的應(yīng)用。目標(biāo)是在土的基本物理性質(zhì)與土力學(xué)基本理論知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過自主學(xué)習(xí)以及課堂討論，使學(xué)生運(yùn)用土力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題以及在工程實(shí)踐中應(yīng)用土力學(xué)知識(shí)進(jìn)行相關(guān)分析計(jì)算的能力得到提高。

3.學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容改革，課程考評(píng)內(nèi)容也對(duì)傳統(tǒng)以知識(shí)點(diǎn)考查為主的模式進(jìn)行改革，采用全過程的考核模式，主要包括基本理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力兩部分。其中基本理論知識(shí)考核采用期末閉卷考試的形式，考核成績占總評(píng)成績的60%（包括15%的平時(shí)作業(yè)和出勤），而實(shí)際應(yīng)用能力考核采用大作業(yè)形式，通過小組討論，提交不同階段的討論視頻資料及最終完成的文字報(bào)告與PPT匯報(bào)資料，考核成績占總評(píng)成績的40%。通過考核方式的改革，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)不斷加強(qiáng)自身對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力，以實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

五、結(jié)語

課程教學(xué)改革是人才培養(yǎng)模式改革的重要內(nèi)容。結(jié)合土力學(xué)課程自身的特點(diǎn)，以新工科背景下應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，開展課程教學(xué)大綱改革是應(yīng)用型土木工程人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。從新工科背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)出發(fā)，進(jìn)行了土力學(xué)課程教學(xué)大綱改革，在凝練經(jīng)典土力學(xué)教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)上增加土力學(xué)在實(shí)際工程中應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容，突出土力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)及其應(yīng)用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)具有積極意義。建議今后進(jìn)一步開展“互聯(lián)網(wǎng)+”土力學(xué)線上教學(xué)（比如采取微課的形式）與線下教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革探索。

參考文獻(xiàn)：

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[4]李鏡培.土力學(xué)[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.

[5]姚仰平.土力學(xué)[M].第2版.北京：高等教育出版社，2011.

Abstract：The cultivation of applied innovative talents is an important part of higher education in the new era.Soil mechanics is the core course of civil engineering and an important foundation for students to learn follow-up courses and to engage in the design，construction and other related work of the civil engineering industry in the future.Based on cultivation of applied innovative talents of civil engineering with background of emerging engineering education and the features of soil mechanics course，the teaching syllabus of soil mechanics was reformed.Three parts of teaching content including basic physical properties of soil，basic theory of soil mechanics and application of soil mechanics in engineering practice were proposed.The basic theoretical knowledge of soil mechanics is highlighted and a large number of deductions of mathematical formulas and theoretical explanations are abandoned.Actual project cases is added and highlighted as an important supplement to the teaching process of basic theoretical knowledge of soil mechanics，which has positive significance to cultivate students' practical application ability and creative ability.

Key words：soil mechanics；teaching syllabus；application-oriented undergraduate；emerging engineering education；teaching content