應用型本科土力學與地基基礎金課建設探索

杜常博，張向東，蘇麗娟，劉家順

（遼寧工程技術大學 土木工程學院，遼寧 阜新 123000）

在國家土木工程授課體系中，土力學與地基基礎包括土力學（專業(yè)基礎）和地基基礎（專業(yè)）兩個部分，其中土力學是在彈性力學、材料力學和理論力學等力學課程的基礎上開設學習的[1-3]。這門課程是土木工程、水利工程和交通運輸等專業(yè)的一門十分重要的基礎課[4]，與實際工程結合十分緊密。是傳統(tǒng)固體力學的一個分支，同時也是我國執(zhí)業(yè)注冊工程師考試的重要內容之一。這門課程既有抽象的流量知識，又有緊密聯(lián)系實際的實踐知識，學生對于該門課程的難點及知識體系建立掌握效果不好，因此加強土力學與地基基礎教學的各個方面，是培養(yǎng)“強施工、能設計、懂管理”的優(yōu)秀土木工程人才的重要保障，具有極為重要的意義。

基于我國對于高水平應用型人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略需求，土力學與地基基礎知識體系服務于國民經濟的許多行業(yè)，應用極為廣泛，為更加突出本課程的應用性和實踐性，基于新工科背景下應用型本科土木工程人才培養(yǎng)目標，結合土力學與地基基礎課程授課特點，對該門課程金課建設進行教學內容、實驗教學、課程思政、土力學大講堂、綜合訓練、課程考評、課程設計和課外數據庫建設八個方面進行探索。

一、土力學與地基基礎金課建設

（一）教學內容與目標

考慮到學生的接受能力，本課程主要講述十方面內容，主要包括：（1）土的物理性質與分類；（2）地下水在土體中運動規(guī)律；（3）土中應力的計算；（4）土的壓縮性及地基沉降的計算；（5）土的抗剪強度；（6）土壓力計算與擋土墻設計；（7）土坡穩(wěn)定性分析；（8）地基承載力的確定；（9）淺基礎設計；（10）深基礎。整個理論教學環(huán)節(jié)一共48 學時，其中前兩部分屬于本課程的基礎知識，第3—5 部分為本課程的核心知識，最后4部分為本課程的應用知識，課程具體教學內容示意圖如圖1 所示。

圖1 教學內容示意圖

在教學過程中，根據多年的教學經驗確定了土力學與地基基礎的教學理念為學生是主題、能力培養(yǎng)是關鍵，面向工程、不斷創(chuàng)新，以精良的授課方法和豐富的工程經歷教學。本課程目標有四個部分，分別是知識目標、能力目標、創(chuàng)新目標和素質目標，各目標之間相互聯(lián)系，緊密結合，如圖2 所示。其中知識目標包括土力學基本概念、原理與方法，土工試驗與測試技術。能力目標包含地基基礎設計能力，土工實驗技能，工程實踐能力；創(chuàng)新目標包含科研能力，創(chuàng)新能力。素質目標包含職業(yè)素養(yǎng)，大國工匠精神與太陽石精神，家國情懷。

圖2 課程目標示意圖

（二）實驗教學

土力學與地基基礎比較強調實用性，為了解決工程中土的穩(wěn)定、變形和滲流等實際問題而形成的本課程各部分內容，故土工實驗是土力學與地基基礎的一個重要組成部分[5-7]，實驗教學環(huán)節(jié)主要包括土的密度含水率實驗、土的界限含水率實驗、土的壓縮試驗和土的直接剪切試驗這四部分內容，見表1，整個實驗教學環(huán)節(jié)一共8學時，這部分內容單獨評價，百分制，依據實驗課表現、創(chuàng)新性實驗、實驗報告和土工試驗競賽等綜合評定。

表1 實驗教學環(huán)節(jié)

（三）課程思政

2019 年國務院印發(fā)的《國家職業(yè)教育改革實施方案》明確提出，推進職業(yè)教育領域“三全育人”綜合改革試點工作，使各類課程與思想政治理論課同向同行，努力實現職業(yè)技能與職業(yè)精神培養(yǎng)高度融合。為推進課程思政建設，本課程思政具體實施措施為：要求學生利用課余時間，分小組完成，每組人數6～7 人，從中國的超級工程、中國的土木工程專家、中國古建筑之美、土木工程師的職業(yè)素養(yǎng)、土木工程中的生態(tài)保護新技術，以及“智能土木”概念相關案例和研究性試驗及創(chuàng)新性試驗等方面選題，然后進行資料搜集、PPT 制作，采用“課前6 分鐘”，利用課前時間在課堂上展示課前展示。從而突出培育學生道路自信、文化自信和核心價值觀認同等價值觀，培養(yǎng)學生生態(tài)環(huán)境保護精神和創(chuàng)新意識。

（四）土力學大講堂

本團隊為了增加學生的參與感，提高學生學習的自主性，客觀公正地反映學生的學習效果和本課程的教學效果，在本學期內開展了五次大講堂，在課堂上學生根據每一章重點難點部分實施案例講解，同學們積極向主講人詢問不懂的難點問題，使同學們更容易理解難點內容（圖3）。同時選擇思政成果較好的在“土力學大講堂”進行公開展示（選題題材好、成果內容豐富精彩、案例選擇恰當和PPT 制作精美等的進入“土力學大講堂”，進入大講堂的思政成果可作為加分項）。

圖3 土力學大講堂

（五）綜合訓練

為使學生鞏固土壓力計算及擋土墻穩(wěn)定性驗算、土坡穩(wěn)定性分析方法及土坡失穩(wěn)防治措施和理論計算法和規(guī)范法確定地基承載力等知識點，有效地調動學生學習的積極性，并培養(yǎng)團隊合作意識，本課程一共進行三次綜合訓練項目，分別是重力式擋土墻設計、土坡穩(wěn)定性分析和地基承載力確定。每個項目按5 分進行成績評定。每位同學原始資料參數均不相同，做到“一人一題”，成果以設計計算說明書及圖紙形式提供，并讓同學們在設計說明書的末尾，利用辯證唯物主義觀點談一下整個設計過程中的心得體會。見表2。

表2 綜合訓練項目及計算書評價標準

1.擋墻設計

目的：使學生鞏固土壓力計算及擋土墻穩(wěn)定性驗算知識點，能夠結合工程實際進行重力式擋土墻設計，使學生具備擋土墻設計的能力。

要求：（1）教師提供與實際工程相符的基礎資料；（2）學生自行擬定擋土墻形式，并進行驗算；（3）設計合理、計算說明書完整、計算數據準確。

設計內容：（1）根據工程實際地質條件，確定擋土墻的形式及墻體材料；（2）依據工程類比法，初步確定擋土墻的尺寸；（3）選擇墻后填土，計算作用在擋土墻上的土壓力；（4）擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗算；（5）擋土墻抗滑動穩(wěn)定性驗算；（6）擋土墻尺寸優(yōu)化設計，確定合理擋土墻尺寸；（7）擋土墻構造設計；（8）擋土墻防排水設計。

2.土坡穩(wěn)定性分析與防治

目的：使學生鞏固土坡穩(wěn)定性分析方法及土坡失穩(wěn)防治措施知識點，能夠結合工程實際進行土坡穩(wěn)定性分析和制定土坡失穩(wěn)防治措施，使學生具備土坡穩(wěn)定性分析與防滑設計的能力。

要求：（1）教師提供與實際工程相符的基礎資料；（2）學生要學會搜集相關文獻，結合最新科研成果進行土坡穩(wěn)定性分析和防治措施的設計；（3）對防治措施的設計要進行多方案的分析和比較，確定最優(yōu)方案；（4）計算說明書完整、計算數據準確、設計方案可行。

設計內容：（1）根據工程實際地質條件，確定土坡穩(wěn)定性分析方法（可采用多種穩(wěn)定性分析方法進行綜合分析）；（2）確定土坡穩(wěn)定性安全系數，并對土坡的安全性進行評判；（3）制定土坡防滑或防護措施，進行多方案的分析和比較；（4）對防滑或防護措施進行設計（采用工程類比法或經驗方法）；（5）土坡的防排水設計。

3.地基承載力確定

目的：使學生鞏固理論計算法和規(guī)范法確定地基承載力的知識點，能夠結合工程實際確定地基承載力，使學生具備地基基礎設計中確定地基容許承載力的能力。

要求：（1）授課教師提供與實際工程相符的基礎資料；（2）分別按理論計算法和規(guī)范法確定地基承載力，并進行比較，確定合理的地基承載力；（3）計算說明書數據準確、計算過程完整。

設計內容：（1）根據工程實際條件，確定地基的臨塑荷載，并確定相應的地基承載力；（2）按多種理論確定地基的極限荷載，并相互比較，確定相應的地基承載力；（3）依據GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規(guī)范》或JTG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》確定地基承載力；（4）對上述確定的三個地基承載力值進行綜合分析，確定合理的地基承載力；（5）提出準確確定地基承載力的方法。

（六）學業(yè)評價和課程考核

針對教學內容，課程考評內容從傳統(tǒng)知識點考察為主的模式變?yōu)槿^程考核模式，主要包括基本知識考核和過程性評價兩個部分，其中期末考試占課程總成績的60%（卷面成績100 分），過程性評價占總成績的40%，過程性評價包含：（1）參與度與學術表現（10 分），綜合考慮課堂研討情況、大講堂、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、參與教師科研項目、發(fā)表學術論文和申請專利等方面；（2）綜合訓練（15 分），分別是前文所述三個綜合訓練項目，每個項目占5 分；（3）課外作業(yè)（15 分），每章結束后2 天內上交作業(yè)，每次作業(yè)按十分制評定成績，最后按滿分15 分折算。

（七）課程設計

通過本實踐課程的學習，培養(yǎng)學生能夠運用土力學地基基礎基本原理，借助文獻研究，能夠針對基礎設計，初步掌握和具有分析解決基礎工程相關設計技術的能力，使學生熟悉基礎設計的全過程環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生針對不同場地、不同用途的設計工程能力，提高學生理論聯(lián)系實際、比較問題和解決問題的能力?；A類型為獨立基礎，或條形基礎，或筏板基礎和樁基礎。土木2018 級10 個班，共292 人，其中獨立基礎88 人，梁板式57 人，條形基礎57 人，樁基礎90 人（如圖4 所示）。

圖4 課程設計類型人數統(tǒng)計

1.獨立基礎或條形基礎設計任務

設計獨立基礎和條形基礎埋深和基礎尺寸，驗算地基承載力；沉降量計算；設計獨立基礎和條形基礎剖面尺寸大樣；設計獨立基礎的底板配筋；基礎梁的設計和繪圖；基礎設計說明。

2.筏板基礎設計任務

設計筏板基礎尺寸及構造設計；地基驗算筏板基礎的承載力和筏板基礎沉降量；筏板基礎內力計算基礎；筏板基礎抗剪切及沖切設計；基礎底板配筋；基礎梁的設計與繪圖；繪制筏板基礎配筋圖及大樣詳圖。

3.樁基礎設計任務

設計樁端持力層和承臺埋設；設計承臺平面尺寸及樁數量；驗算樁基礎承載力穩(wěn)定，沉降計算框架中相鄰柱下樁基的沉降差；進行樁身結構和承臺結構設計（不含承臺配筋）；繪制樁基礎平面布置圖、樁基礎（包括承臺）大樣圖和基礎梁配筋圖，以及樁基礎設計說明。

設計計算書根據設計題目要求的內容，確定設計的詳細內容和設計步驟，編寫完整的結構計算書。要求計算正確、圖表完整、步驟清楚和書寫工整?？偝煽儼? 級分制評定，綜合評價設計圖紙和設計說明書的規(guī)范性、合理性和創(chuàng)新性。完成設計任務書中的要求、圖紙整潔繪制標注規(guī)范占35%，設計方案合理性，設計說明書內容完整性占50%，應用理論正確性，創(chuàng)新性占15%。課程設計的成績按優(yōu)秀、良好、中、及格和不及格五級評定，見表3。

表3 課程設計評價標準

（八）課外數據庫建設

在課程考核結束后，為了豐富學生課余時間關于土力學相關知識的學習，特建立本課程課外知識數據庫，篩選出近幾年內容合適、難度適中的相關科研成果，其中包括論文50 篇、專利30 篇、科技成果30 項和4 屆城市地下空間科技競賽成果，成立數據庫目錄，以方便學生參考學習。

二、結束語

作為土木工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，土力學與地基基礎的教學改革對培養(yǎng)應用型本科人才具有很好的導向作用。在校級領導的關懷及課題組全體教師的共同努力下，在教學內容、實驗教學、課程思政、土力學大講堂、綜合訓練、學業(yè)評價課程考核、課程設計及課外數據庫建設等方面進行了一系列改革探索，取得了不錯的成績，在提高教學質量和培養(yǎng)應用型本科人才等方面取得了良好的成效。