優(yōu)化高等土力學(xué)研究生教學(xué)體系的實(shí)施路徑研究

金松麗，李全明，宋高峰

（北方工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，北京 100144）

高等土力學(xué)是土木工程領(lǐng)域非常重要的專業(yè)課程，涵蓋眾多研究方向，是地基工程、尾礦庫工程、邊坡工程等巖土工程方向研究生學(xué)習(xí)和選修的重點(diǎn)，因此，土木工程專業(yè)的研究生培養(yǎng)歷來重視高等土力學(xué)的教學(xué)工作。本文擬通過總結(jié)高等土力學(xué)的教學(xué)實(shí)踐和現(xiàn)狀，提出課程教學(xué)中存在的問題，并探討相應(yīng)的教學(xué)改革措施，以期建設(shè)具有專業(yè)特色的課程體系，培養(yǎng)研究生的科研思維水平和能力，為后續(xù)開展課題研究奠定基礎(chǔ)。

1 高等土力學(xué)課程概述

1.1 課程特點(diǎn)

高等土力學(xué)是面向土木工程專業(yè)碩士研究生開設(shè)的一門專業(yè)選修課，選修該課程需要具備土力學(xué)與地基基礎(chǔ)等課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，授課內(nèi)容主要包括土的成分與結(jié)構(gòu)、土工試驗(yàn)及測試、土的強(qiáng)度理論、土的滲流及其計(jì)算、土的塑性理論和臨界狀態(tài)土力學(xué)、土的壓縮、固結(jié)與流變等內(nèi)容[1-3]。

1.2 教學(xué)目標(biāo)

高等土力學(xué)課程旨在通過課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，使相關(guān)專業(yè)和研究方向的碩士研究生了解和掌握高等土力學(xué)的主要內(nèi)容，了解土力學(xué)研究的歷程、現(xiàn)狀和發(fā)展前景；掌握土力學(xué)研究的常見方法和思路，培養(yǎng)研究生從事土力學(xué)科學(xué)研究的思維模式和基本實(shí)驗(yàn)技能。

1.3 課程上下游聯(lián)系

先修課：土力學(xué)及地基基礎(chǔ)、彈性力學(xué)有限元方法；后續(xù)課：土動(dòng)力學(xué)、非飽和土力學(xué)、巖土彈塑性理論和本構(gòu)關(guān)系、巖土工程非線性分析、環(huán)境巖土工程、城市地下工程設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)等。

1.4 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

選擇性（至少3 個(gè)）完成不同應(yīng)力路徑下的三軸演示實(shí)驗(yàn)：（1）HC：各向等壓（靜水壓縮）試驗(yàn)；（2）CTC：常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)；（3）CTE：常規(guī)三軸拉伸；（4）PL：等比加載試驗(yàn)；（5）TC：平均主應(yīng)力P 為常數(shù)的三軸試驗(yàn)。

1.5 考查方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

總評(píng)成績以百分制計(jì)算，由平時(shí)成績和期末考試成績兩部分組成。平時(shí)成績占比為20%，依據(jù)課堂考勤、課后作業(yè)、演示實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立思考能力等方面綜合評(píng)定；期末考試成績占比為80%，考試內(nèi)容包括土工測試的基本方法、土的強(qiáng)度理論和臨界土力學(xué)理論、土的滲流、土的固結(jié)理論和流變等基本概念和基本原理，重點(diǎn)考查強(qiáng)度理論和臨界土力學(xué)理論以及固結(jié)理論?？荚囆问剑洪_卷考試。

2 教學(xué)體系現(xiàn)狀與存在問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容偏重于理論講解

高等土力學(xué)是一門理論性非常強(qiáng)的課程，是在土力學(xué)與地基基礎(chǔ)等課程內(nèi)容基礎(chǔ)上的深化和擴(kuò)展，不僅涉及彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、流體力學(xué)等力學(xué)方面的知識(shí)，而且需要學(xué)生具有使用張量分析、微積分等數(shù)學(xué)工具的基礎(chǔ)。相比本科生的教學(xué)內(nèi)容，高等土力學(xué)研究生課程內(nèi)容設(shè)置更加深入且復(fù)雜，尤其是土體彈塑性本構(gòu)模型、滲流固結(jié)理論等章節(jié)含有大量的理論公式推導(dǎo)[4-6]。加之課堂教學(xué)主要側(cè)重于理論講解，導(dǎo)致課程內(nèi)容和環(huán)節(jié)晦澀難懂，學(xué)生難以真正理解和掌握土力學(xué)知識(shí)。

2.2 教學(xué)方式相對(duì)單一

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)相對(duì)單一，以教師講授教材上的知識(shí)和學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的傳統(tǒng)教學(xué)模式為主。側(cè)重于公式推導(dǎo)和理論證明，對(duì)課程結(jié)構(gòu)和各章節(jié)邏輯關(guān)系的介紹較少，學(xué)生機(jī)械地跟隨教師的思路，導(dǎo)致其缺乏整體觀念，難以理清知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，前后脫節(jié)、忽視了內(nèi)容的特點(diǎn)及其前后聯(lián)系。直觀形象的工程案例表述、科研思路和思維方式的分析探討較少，學(xué)生對(duì)土力學(xué)理論在巖土工程實(shí)踐中的應(yīng)用了解較少，缺乏對(duì)科研方法的認(rèn)知。課堂互動(dòng)僅有提問環(huán)節(jié)、多樣性不足，學(xué)生缺乏主動(dòng)性與探究性。

2.3 研究生學(xué)習(xí)主動(dòng)性尚未被調(diào)動(dòng)

課堂管理松懈，學(xué)生課堂紀(jì)律表現(xiàn)主要取決于個(gè)人態(tài)度，個(gè)別學(xué)生存在遲到、早退、曠課等現(xiàn)象。教師很少進(jìn)行考勤登記，課后作業(yè)完成情況僅作為平時(shí)成績考核的依據(jù)，未能及時(shí)反饋學(xué)生知識(shí)掌握情況，整體而言，學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)重視不夠，課堂時(shí)間未被充分利用，學(xué)生課后投入時(shí)間無法保障，較難達(dá)成課程預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。

2.4 實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)滯后

課程實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)容設(shè)置為不同應(yīng)力路徑的土體三軸試驗(yàn)，但這些實(shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在課堂上先由教師講解實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)儀器使用方法和操作步驟，再由學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室在教師的指導(dǎo)下分成若干小組完成實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)后填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這些實(shí)驗(yàn)都是土力學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，但未能反映學(xué)科前沿的發(fā)展方向，無法適應(yīng)學(xué)科發(fā)展進(jìn)步的要求。

2.5 理論教學(xué)與工程實(shí)際聯(lián)系少

課程內(nèi)容理論知識(shí)過多，未能與工程實(shí)際緊密結(jié)合。理論和實(shí)踐相互脫節(jié)，不能形成兩者的融合促進(jìn)，不利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性。因此，難以實(shí)現(xiàn)全面培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、綜合分析和解決實(shí)際問題能力的目標(biāo)，亦不能體現(xiàn)建設(shè)高水平應(yīng)用型大學(xué)的辦學(xué)理念[7-8]。

3 教學(xué)體系改革措施

3.1 精細(xì)化的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

教師開課前以調(diào)查問卷和座談等方式調(diào)研學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、研究方向和重點(diǎn)關(guān)注課程內(nèi)容，充分了解學(xué)生已有的數(shù)學(xué)、土力學(xué)及相關(guān)力學(xué)知識(shí)的掌握情況，以及預(yù)期的研究課題和研究成果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，明確教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在學(xué)生基礎(chǔ)薄弱的環(huán)節(jié)適當(dāng)補(bǔ)充相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的內(nèi)容，除了理論知識(shí)講解外增加前后邏輯和思考過程的分析闡述環(huán)節(jié)。對(duì)教材中涉及的其他學(xué)科知識(shí)提前做好鋪墊，使得學(xué)生能夠更好地理解內(nèi)容。

3.2 分層次的課程任務(wù)設(shè)計(jì)

將課程劃分為基礎(chǔ)、進(jìn)階、高階3 個(gè)階段，教學(xué)內(nèi)容由簡入難，循序漸進(jìn)地教學(xué)。在基礎(chǔ)階段注重講解基本概念和原理，但不能只是公式推導(dǎo)，要從原理方面進(jìn)行講解，推導(dǎo)步驟可以適當(dāng)省略。在進(jìn)階與高階階段，注重工程實(shí)際應(yīng)用與研究前沿、專業(yè)發(fā)展方面的講解，并依據(jù)課程開展的實(shí)際情況動(dòng)態(tài)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，比如針對(duì)難度大、不易理解的章節(jié)適當(dāng)增加課時(shí)，對(duì)于簡單的內(nèi)容減少課時(shí)，簡略講解。

3.3 多樣化的教學(xué)目標(biāo)優(yōu)化

教師確立科學(xué)合理的教學(xué)目標(biāo)，把握教學(xué)的重難點(diǎn)，立足學(xué)生的接受能力和需求講授課程。因材施教，在培養(yǎng)模式、教學(xué)內(nèi)容的組合上應(yīng)該多樣化，采用多種教學(xué)模塊，讓學(xué)生按自己的需求選擇合適的學(xué)習(xí)模式。立足培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用，為學(xué)生預(yù)留一定的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)以及自學(xué)時(shí)間，將教師傳授、學(xué)生自學(xué)、實(shí)踐學(xué)習(xí)結(jié)合。

3.4 先進(jìn)的教學(xué)方法

教師充分利用現(xiàn)代信息化教學(xué)方法，比如在線教學(xué)與線下教學(xué)同步進(jìn)行，使學(xué)生課下可以反復(fù)觀看教學(xué)視頻，復(fù)習(xí)課堂知識(shí)。結(jié)合專家學(xué)者講座，針對(duì)某一重點(diǎn)或難點(diǎn)的章節(jié)內(nèi)容，邀請(qǐng)相關(guān)方向?qū)＜遗e辦講座，構(gòu)建有深度的課堂教學(xué)。另外，隨著我國高等教育改革的深入，涌現(xiàn)了一些與土力學(xué)相關(guān)的精品課程，采用翻轉(zhuǎn)課堂等方式，將精品課程內(nèi)容融入課堂，從而提高教學(xué)效果。

3.5 互動(dòng)式的習(xí)題反饋環(huán)節(jié)

教師在每節(jié)課講解公式的過程中除了講解理論部分之外，穿插講解該公式的應(yīng)用，通過布置例題、上課提問、講解例題的方法使得基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生在課堂中也有所收獲，同時(shí)也能了解學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握程度；布置一些關(guān)于理論推導(dǎo)部分的作業(yè)，進(jìn)行平時(shí)成績加分，供學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)行課下學(xué)習(xí)，以提高學(xué)生課下學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性[9-11]。

3.6 豐富的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

高等土力學(xué)是一門理論性很強(qiáng)的課程，同時(shí)也是一門自然科學(xué)課程，其理論是對(duì)巖土工程所發(fā)生的自然現(xiàn)象的解釋。課程的大多數(shù)理論都可以在室內(nèi)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、現(xiàn)場原位試驗(yàn)的現(xiàn)象中得到反映，因此，課程教學(xué)在注重理論的同時(shí)，可大量增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。

3.7 創(chuàng)新性的教學(xué)團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮

發(fā)揮教學(xué)團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)作用，完善老中青“傳幫帶”機(jī)制，加強(qiáng)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)交流，研討優(yōu)化教學(xué)方法，及時(shí)更新教學(xué)大綱。團(tuán)隊(duì)教師積極參與科學(xué)研究，提高學(xué)術(shù)水平，教學(xué)科研相互融合促進(jìn)。課堂內(nèi)容增加本專業(yè)學(xué)科前沿問題分析與探討，凝練巖土工程中的創(chuàng)新性技術(shù)，培育學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生學(xué)術(shù)思維，激發(fā)學(xué)生科研樂趣，形成具有特色的專業(yè)課程[12-13]。

3.8 以能力提升為目標(biāo)的理論與工程實(shí)踐結(jié)合

將抽象的理論知識(shí)與工程實(shí)踐聯(lián)系，舉例說明所學(xué)知識(shí)在工程設(shè)計(jì)和施工中的具體應(yīng)用。通過增加學(xué)生到工程現(xiàn)場參觀實(shí)習(xí)時(shí)間，或者視頻播放現(xiàn)場錄像過程等方式深化實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生不僅可以深入理解土力學(xué)的概念和原理，還能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中，提高綜合能力與實(shí)踐能力。

3.9 體系化的思政元素和職業(yè)教育融入

教學(xué)過程中注重融入思政元素，并適時(shí)進(jìn)行職業(yè)教育。圍繞中國制造和大國工程等事例，挖掘巖土工程領(lǐng)域的中國理論、技術(shù)和方法等元素，融合川藏鐵路、“天眼”工程、中國高速鐵路、長江經(jīng)濟(jì)帶、“一帶一路”等大國工程中的課程思政元素，使學(xué)生了解我國建設(shè)社會(huì)主義強(qiáng)國的信心和實(shí)力，增強(qiáng)對(duì)中國特色社會(huì)主義道路的自信，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神[14]。

3.10 多元化的課程績效評(píng)價(jià)

設(shè)計(jì)多種方式考核學(xué)生學(xué)習(xí)效果，比如隨堂作業(yè)、研究報(bào)告、課題論文、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，提高學(xué)生的參與感和積極性，同時(shí)在考核內(nèi)容上注重將教材中的知識(shí)與工程實(shí)例聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生活學(xué)活用，鞏固知識(shí)。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)目前高等土力學(xué)教學(xué)過程中存在的課程內(nèi)容難度大、偏重于理論講解、教學(xué)方式相對(duì)單一、課堂紀(jì)律不夠嚴(yán)格、實(shí)踐環(huán)節(jié)缺乏、理論教學(xué)與工程實(shí)際脫節(jié)等問題，提出了一系列教學(xué)改革途徑，并應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，進(jìn)一步優(yōu)化課程體系和教學(xué)方法，形成具有特色的專業(yè)課程。