土木工程一流本科專業(yè)建設中土力學課程教學改革研究及實踐

雷鳴，唐仁華，鄧鳴，劉浩然，匡希龍

（長沙學院土木工程學院，湖南 長沙 410022）

教育部關于一流本科課程建設的實施意見指出，課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，必須深化教育教學改革，把教學改革成果落實到課程建設上，消滅“水課”，形成多類型、多樣化的教學內(nèi)容與課程體系［1］。另一方面，專業(yè)建設的落腳點是課程建設，而課程建設質(zhì)量取決于課程教學體系改革質(zhì)量［2］。土力學是土木工程專業(yè)的一門必修主干專業(yè)課程，在土木工程本科專業(yè)人才培養(yǎng)中占據(jù)核心地位［3］。為實現(xiàn)土木工程專業(yè)“培養(yǎng)懂設計、擅施工、會管理的高素質(zhì)、應用型、職業(yè)化工程技術人才”這一培養(yǎng)目標，長沙學院土力學課程教學團隊從中國高校土木工程專業(yè)土力學課程教學現(xiàn)狀入手，發(fā)現(xiàn)問題、分析原因，并以申報立項省級土木工程一流本科專業(yè)建設點為契機，對課程現(xiàn)有教學內(nèi)容、方法及手段，考核方式等教學環(huán)節(jié)進行改革并實踐，結(jié)果表明：改革后的成果能提升學生學習興趣和學習積極性，學生創(chuàng)新意識突顯，學生分析和解決復雜工程問題的能力顯著加強。

1 土力學課程教學現(xiàn)狀及問題

1.1 土力學開課時間不合理

課程定位是課程在人才培養(yǎng)方案中的方向標，方向標準確，培養(yǎng)目標才明確。土力學課程作為主干專業(yè)課程，應充分顯示出其介于公共課程（高等數(shù)學、大學物理等）、部分專業(yè)基礎課（理論力學、材料力學等）與專業(yè)課（基礎工程、路基路面工程等）之間的銜接作用。設計人才培養(yǎng)方案時，設計人應充分調(diào)研土力學課程的開課學期和學期中的開課時間點，根據(jù)專業(yè)特點，結(jié)合學校人才培養(yǎng)方案指導性原則，統(tǒng)籌兼顧師資、場地及辦學特色，敲定開課時間及課時數(shù)量，避免學生因課程安排不合理而產(chǎn)生學習困難問題。

1.2 土力學教學內(nèi)容與培養(yǎng)目標契合度不夠

土木工程專業(yè)教育可以追溯到1747年法國創(chuàng)辦國立路橋?qū)W校時期，我國土木工程專業(yè)教育最早出現(xiàn)在1895年創(chuàng)辦的北洋西學學堂（今天津大學）。因此，土木工程專業(yè)在大學本科階段的專業(yè)教學知識幾乎都是經(jīng)典的、有深厚歷史背景的，土力學作為其核心課程顯得尤為突出。例如，達西定律出現(xiàn)于1856年，太沙基一維固結(jié)理論出現(xiàn)于1925年等。當前，壓縮專業(yè)課課時、提升公共課課時比例是我國大學教育的普遍潮流，因此，在土力學短短40個左右課時中，如何將經(jīng)典教學知識教到位，同時又融入學科創(chuàng)新發(fā)展的新元素，對所有土力學課程教師來說都是不小的挑戰(zhàn)。

土力學課程內(nèi)容有土的基本性質(zhì)、應力計算、滲流理論、變形計算、強度理論、土壓力計算、土坡穩(wěn)定分析、地基承載力等，多而雜，需要教師對教學內(nèi)容做深入研究，并根據(jù)行業(yè)市場趨勢動態(tài)進行取舍，以此來完成各校專業(yè)人才培養(yǎng)目標下的課程教學任務。例如，對培養(yǎng)應用型技術人才的地方本科院校來說，如果對全體學生一味教授土力學課程的理論知識推導，既占課時又加劇學生學習難度，需要適當簡化理論推導教學而加強理論應用教學。

1.3 土力學教學模式陳舊

在信息化教學發(fā)展如火如荼的新時代，全國各大高校授課已經(jīng)不再拘泥于“粉筆+黑板”的初級模式，紛紛實現(xiàn)了信息化教學。但仍有不少教師片面地認為，“PPT+多媒體教室”就是現(xiàn)代信息化教學。土力學課程教學模式現(xiàn)狀也是如此，不少教師將“粉筆+黑板”的初級模式簡單地變成了PPT展示，而PPT翻頁快，如走馬觀花，在某些方面甚至不如初級模式，久而久之，將導致學生產(chǎn)生學習興趣下降、學習積極性不高的負面狀況。因此，土力學教學改革首先應將傳統(tǒng)教學理念轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代教學理念，充分運用信息化技術、現(xiàn)代化教學方法，充分體現(xiàn)以學生為中心這一教學理念。土力學課程教師應用腦用心設計學習環(huán)境，突出情境的教學作用；組織好學生的協(xié)作學習；利用網(wǎng)絡平臺、數(shù)據(jù)分析工具、工程實際案例等大量信息資源來支持學生的“學”。

1.4 土力學實驗教學落伍

土力學課程的很多理論規(guī)律來源于實驗，例如，法國工程師達西就是通過對2000多組沙土進行滲透實驗，得出數(shù)據(jù)進行分析，最后總結(jié)出達西定律。土力學實驗的重要性不言而喻。然而不少高校的土力學實驗教學還是沿用傳統(tǒng)模式，選取幾個教師認為重要的實驗，安排學生進實驗室簡單體驗即可，這與當代信息化教學觀念相違。如何讓土力學實驗教學跟上現(xiàn)代教育理論發(fā)展的潮流，是土力學課程教師應該思考的問題。

1.5 土力學考核不全面

目前，國內(nèi)多數(shù)本科院校的土力學課程考核評價停留在“教師講、學生聽、期末考”及“試卷分+考勤分+實驗分”的傳統(tǒng)模式階段，幾乎是一份試卷定輸贏。這種考核評價對過程的考核比重極低，使很多具有創(chuàng)新思維、動手能力強的學生沒有獲得與之匹配的評價，而不少死記硬背的學生取得了高分。惡性循環(huán)下，學生學習興趣降低，對土力學課程的后續(xù)課程學習也無熱情可言。

2 土力學課程教學改革實踐

文章在充分研究課程邏輯關系后，針對但不局限于以上問題，開展了一系列課程教學改革。文章將土力學課程從大學本科階段的第五學期（大三第一學期）調(diào)整至第四學期（大二第二學期），總共安排40個課時，包括30個理論課時、10個實驗課時，開課時間合理，教學內(nèi)容安排貼合教學順序，承上啟下作用明顯。

2.1 重塑課程教學內(nèi)容

土力學學科歷史悠久，可分為三個發(fā)展階段。第一階段為古代至18世紀中葉；第二階段始于產(chǎn)業(yè)革命時期；第三階段始于1925年太沙基的第一本土力學專著，為現(xiàn)代土力學階段［4］1-2?？萍嫉倪M步與發(fā)展使非線性科學研究成為可能，并有了新的突破。

（1）對地方應用型大學土木工程專業(yè)本科學生來說，土力學課程的教學內(nèi)容改革應將實用（就業(yè)和工作）作為基本要求，兼顧升學（考研）的需求。教師在滿足教學內(nèi)容系統(tǒng)性要求和完整性要求的基礎上，要讓經(jīng)典知識和現(xiàn)代知識相互交叉、滲透、融合，從以講授知識為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐允箤W生獲得學習成果為主，實現(xiàn)不同課程之間、章節(jié)知識之間、理論與實驗之間、理論與工程實際應用之間的相互聯(lián)系、交叉和融合，形成完整系統(tǒng)的、經(jīng)典和現(xiàn)代融合協(xié)調(diào)的新教學內(nèi)容模塊。

（2）當前，壓縮專業(yè)課課時、提升公共課課時比例是我國大學教育的普遍潮流，土力學課程也是如此，教師需根據(jù)實際情況對線下教學內(nèi)容進行調(diào)整。例如，布置課外任務，啟發(fā)學生自行鉆研與教師已教授內(nèi)容相近的知識，節(jié)省課堂講授課時，并可以通過線上空間課堂進行效果檢驗。這樣的內(nèi)容調(diào)整不僅訓練了學生舉一反三的學習能力，為學生創(chuàng)造出大量的思考空間，拓展了學生的創(chuàng)新思維，而且充分利用了信息化教學手段，解決了教學內(nèi)容過多與線下課堂教學課時不足的矛盾。

（3）結(jié)合學校定位和土木工程專業(yè)培養(yǎng)目標重構(gòu)教學內(nèi)容。相較研究型大學來說，地方應用型大學的學生底子相對薄弱，教師在教學過程中可以將內(nèi)容重構(gòu)。例如，在講述土中一點的極限平衡條件時，可以將土壓力章節(jié)中極限平衡狀態(tài)知識點一并講授，讓內(nèi)容聯(lián)系更為緊密，更為形象。但是在教學過程中還是需要梳理好知識點之間不可分割的緊密聯(lián)系，不能牽強附會。

（4）要梳理好同一門課程不同專業(yè)方向的知識點，所選取的知識內(nèi)容應契合各方向的授課重點，為學生后續(xù)的學習做好鋪墊。例如，授課時應兼顧建筑工程方向和路橋方向的學生，不要總是列舉房屋建筑的例子和道路橋梁的例子，舉例均衡才能讓學生感受到學習是貼近工程背景的。

2.2 創(chuàng)新課程教學方式與手段，打造開放融合新生態(tài)

如何將傳統(tǒng)教學模式的優(yōu)勢嵌入到現(xiàn)代化教學模式當中，彌補現(xiàn)代化教學模式在某些方面的不足，并在人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用，值得當代高校教師深入研究。長沙學院土木工程學院土力學課程教學團隊通過土力學課程教學，進行了相應試點研究及探索，開發(fā)了“以線下教學為主、線上教學為輔”的新教學模式。

（1）線下教學安排在多媒體教室及智慧教室，教師根據(jù)開課前的詳細計劃，精講理論、推導公式、演繹工程案例、組織學生討論問題、引導學生分析原因并提交結(jié)果等，貫徹“以學生為中心”的理念，融傳統(tǒng)教學優(yōu)勢于現(xiàn)代教學環(huán)節(jié)，使學生踴躍參與學習活動。

（2）線下實驗教學安排在土工實驗室，除了教學大綱要求的實驗內(nèi)容外，還開發(fā)了大量設計性、創(chuàng)新性實驗，工作時間均對學生開放。

（3）線上教學在超星泛雅平臺建課，教師按照授課進度分章節(jié)錄制視頻，將所錄制的授課視頻上傳至視頻欄目，完全能滿足學生課前預習、課后復習的需求；制作精美的PPT多媒體課件，上傳至課件欄目，可供學生查找重點；搜索國內(nèi)外工程案例，編制案例集，供學生體會揣摩；根據(jù)考研、考證等要求，編制豐富的習題庫，供學生練習（見圖1）。除此之外，教師還建立了QQ群、微信群，打破了教學的時空局限性，使答疑更加便捷，答疑的手段更加豐富，文字、語音、圖片等方式屢見不鮮。

圖1 習題庫編碼及典型習題示例

這種 “以線下教學為主、線上教學為輔”的混合式教學模式，使課前預習、課中分組討論、課后復習、課后交流、課后答疑等教學活動效率大為提高。值得注意的是，在“以學生為中心”的現(xiàn)代化教學模式下，教師需要在課前付出大量心血進行教學設計，在課堂中變成了引導者而不是主角，學生從知識的被動接收者變成了知識的主動汲取者。

2.3 參照理論教學模式，運用信息化手段改革實驗教學

（1）教師拍攝教學大綱規(guī)定的實驗教學內(nèi)容視頻［5］，通過課程空間信息化網(wǎng)絡平臺，讓學生在進實驗室前就熟悉實驗的儀器設備、實驗目的、操作步驟、數(shù)據(jù)整理等實驗知識，少走彎路，極大提高實驗教學效率。

（2）擴展實驗教學內(nèi)容，將教學大綱未規(guī)定的實驗教學內(nèi)容通過視頻、動畫、圖片等方式在課堂網(wǎng)絡空間中展示，開放相關實驗室，讓學生能利用課余時間自主學習、在教師指導下自主操作，增加知識儲備，提升職業(yè)競爭力。

（3）引教師科研項目中的實驗設計內(nèi)容進課堂，引導學生設計實驗并鼓勵學生實施，培育學生的創(chuàng)新思維能力，如圖2所示。

圖2 創(chuàng)新實驗儀器拼裝及填土

2.4 改革土力學考核方式，突出過程性考核的重要性

為了突出學習過程的重要性，應將考試卷面成績占總成績的比例降低，考試題目中設置一定比例的高階題，用于考量學生的土力學思維及綜合運用土力學知識的能力?？己嗽u價貫穿學生整個學習過程，在課前簽到預習、課中課后回答問題、習題作業(yè)、實驗操作、期中考試、期末考試等多個環(huán)節(jié)都要有所體現(xiàn)，并給予不同的權重［6］。

在新考核體系中，成績包括期末考試、實驗考核及過程考核三大部分，所占比例分別為50%、15%、35%?；谕亮W課程的理論性和基礎性，傳統(tǒng)的試卷知識點考核和實驗考核仍占據(jù)主要地位，但所占份額較以前考核方式降低，突出過程考核的重要性。過程考核包括作業(yè)練習、報告、分組討論和期中考試四部分，所占比例分別為15%、5%、5%和 10%。實驗考核內(nèi)容包括預習、操作、數(shù)據(jù)分析三部分，各占5%，如圖3所示。

圖3 考核總成績組成

3 結(jié)論

專業(yè)課程的改革是長期持續(xù)過程，需要教師發(fā)現(xiàn)問題并不斷探索新的解決方案。長沙學院土力學課程教學團隊從2014年土力學課程立項為校級優(yōu)秀課程以來，堅持新工科教學理念，致力于探索“以學生為中心”的課程教學體系，通過改革原有的課程教學弊端，開發(fā)了“以線下教學為主、線上教學為輔”的混合式教學模式。教學改革實踐表明：這一模式實行后，學生考試成績逐年提升，近三年學生平均成績分別為65.84、71.24、74.56分；學生及格率明顯上升，近三年分別達到了72.3%、78.4%、84.4%；近三年學生考研率也逐年提升，分別為8.6%、10.7%、12.5%。課程改革有力推動了專業(yè)建設，長沙學院土木工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量得到大幅度提高。