岩土工程教学中加强手算训练的研究与实践

陈国周，钱晓丽，张建勋

福建工程学院 土木工程系，福建 福州 350108

岩土工程教学中加强手算训练的研究与实践

陈国周，钱晓丽，张建勋

福建工程学院 土木工程系，福建 福州 350108

计算机软件在岩土工程设计中已得到广泛应用，学生应用计算机的水平有很大提高，但手算能力有下降趋势。为提高学生手算能力，我们从夯实力学基础，在课堂大作业中突出手算训练，课程设计强调手算训练，毕业设计电算手算相结合等方面进行改进。

岩土工程 高等教育 计算能力

利用计算机软件来计算工程问题，已在岩土工程中得到广泛应用，一般被称为“电算”，与之对应的则是传统的“手算”，即“手工计算”。现有的岩土工程软件有适用于研究的如FLAC,Geoslope,Plaxis,MIDAS/GTS，有适用于工程设计的如理正、启明星、JCCAD等[1]。这些软件的应用，使计算时间减少很多，原先手算无法实现的复杂力学模型也可以求解出来。但从人才培养的角度来看，同时也带来负面影响，那就是学生的手算能力被削弱了，用人单位的反馈意见也证实了这点。所以笔者认为在岩土工程教学中，应该加强对学生手算训练。我们在岩土专业方向的学生中进行加强手算训练的尝试，取得较好的教学效果。

一、手算与电算的关系

关于手算与电算，哪个更有用，岩土工程界一直存在争论。早在20多年前，同济大学的俞调梅教授对计算机的作用提出了不要“Garbage into,garbage out”(垃圾进，垃圾出）的警世名言[2]。

电算以计算机作为工具，从计算速度、解决问题的复杂程度比较，无疑比手算更具有先进性[3]。但是电算时所使用的程序也有它的局限性，如果设计人员电算操作失误时，计算结果与实际更是相差甚远。没有坚实的手算基础，就无法对电算结果做出正确的判断。

虽然现在岩土工程研究领域数值分析蔚为大观，研究者很多，发表的相关论文也很多，但实际工程中的岩土师大多却是对数值分析持不信任态度，尤其年纪较大的更是这样。他们更注重概念，不拘泥于数字运算，认为首先要从整体上把握好方案，其次才是计算问题，也就是“定性分析为先，定量计算为辅”[4]。因此他们往往更习惯于手算，即使有了电算结果，一般也要用在手算中积累起来的经验校核一下。

笔者认为可以总结为一句话:手算是基础，电算是提高。没有手算作为基础，电算只能是无本之木，玩数学游戏。而如果只拘泥于手算，拒绝先进的计算手段，则在效率上跟不上时代发展。

二、现在岩土工程专业学生手算能力偏弱

岩土电算设计已经在工程中得到广泛应用，如设计院用理正软件来计算边坡加固、用JCCAD来计算桩基等等。电算能力成为衡量毕业生能力的一个重要指标，毕业生的求职简历上都会列出他们所掌握的计算机软件名称，以增加就业竞争砝码。他们在校时所受到的电算训练，可以帮助工作后较快适应岗位，这点是颇受用人单位欢迎的。

然而在教学中，我们发现学生手算能力偏弱，这点会制约电算能力的提高。在学习岩土电算软件时，部分学生只关心软件能否运行计算下去，不关心软件的计算模型，对计算结果文件的分析也满足于浅尝辄止[5-6]。比如基坑计算满足于判断有没有发生破坏，对影响因素不了解，想了解也不知道从何下手，这样就难以对设计方案进行优化。

现在的岩土工程设计软件，界面友好，操作简单，有“傻瓜机”的特点。在使用软件计算时，只需点击“下一步”，最终可以得到所有想要的结果，包括弯矩图、剪力图、钢筋布置图，连计算书都是自动生成。如果学生对岩土的基本性质不够了解、对软件所依据的计算模型不够了解，他们往往迷信这些电算结果的精确性，认为它是万能的，可以处理几乎所有的工程问题。比如某位学生的计算书中，普通的黏性土坡，稳定系数竟然是好几万。这显然是计算错误，可能是参数的输入出现问题，而学生对此结果却缺少敏锐的纠错能力。盲目信赖电算结果，不作进一步的分析，在实际工程中可能导致不必要的浪费，或者出现重大设计失误。

因此，我们提出要在教学中加强手算训练。因为手算在计算过程中有明确的计算理论、计算模型，以及相应的计算方法和步骤，便于检查，易于发现错误。

三、教学中加强手算能力训练的措施

岩土工程相对其他土建类的专业而言，显得更为庞杂，而且随着时代发展被不断赋予新内容。以前只是浅基础设计，后来桩基大量使用使得桩基设计也要掌握；高层建筑带来的深基坑开挖，使基坑支护计算成为必须掌握内容；开山造路则要求边坡加固；现在城市发展地下空间，又要求计算地下结构。这些内容都有大量的计算方法可学，而课时有限，只能是挑最主要也是工程中最常用的来进行教学。我们从下面四个方面来加强学生手算能力训练:

1.夯实力学基础

不仅岩土工程，整个大土木专业学习都依赖于坚实的力学基础。岩土工程中的计算，很多力学模型都是在力学课程中需要掌握的。比如，基坑支护的静力平衡法和等值梁法，就是结构力学的内容；基坑支护的土抗力法，就是矩阵位移法的内容。力学基础打好，才可以对手算中所用的计算方法有深入理解，才可以在电算中正确选用计算软件、正确分析电算结果。我们从培养大纲上对学时进行调整，与力学教研室教师沟通，保证力学课时满足后续专业课学习需要。力学教学中，不求计算精确，而更侧重于力学模型的正确判断。

2.在课堂大作业中突出手算训练

在专业课教学中，教师不能满足于概论式的介绍，而要深入技术核心，要让学生掌握计算方法。笔者在教学实践中发现，通过课堂大作业的方式，对学生的手算训练很有裨益。比如，边坡稳定分析中的“传递系数法”，由于该方法的实用性，在实际工程中经常被采用。而该方法计算参数较多，学生如果自己不做过一遍，难以理解这个计算式，因此在课堂上留出部分时间让学生完成例题的手算是必要的。再比如地基沉降计算的分层总和法，计算步骤较多，学生要扎实掌握这方法，也要动手做过一遍。课堂大作业的优势在于，学生计算过程中有问题可以通过讨论得到解决，而教师可以很准确地了解学生对问题的掌握程度。

3.课程设计强调手算训练

我们开设有专门的“岩土工程软件应用”课程，对学生电算能力的训练是比较系统的，因此在课程设计中主要强调手算训练，而不强调应用电算。课程设计是专业知识的综合应用，受学时所限，设计题目应该典型，一定要适合手算复核，让学生通过做课程设计，了解实际岩土工程的计算步骤流程，为毕业设计打下坚实的基础。适合作为课程设计的题目如桩基设计计算、基坑支护计算等。

4.毕业设计电算手算相结合

由于岩土工程强调地质区域性的特点，这和上部结构设计不同，因此我们毕业设计中严格实行“一人一题”，并且和学生的毕业实习联系起来。学生在5周的毕业实习中，从实习单位收集相关的地质工程资料，在12周的毕业设计中根据这些资料进行毕业设计。毕业论文要求电算与手算相结合。比如同一基坑设计中可能要采用多种支护方法，这就要求学生对各种支护方式的计算理论和技术规范比较熟悉，会使用计算软件如理正或MIDAS等进行电算，再用手算进行复核比较。

四、教学效果评价

1.在校生的评教

加强手算训练的课程，得到较高的评价，如“边坡加固”、“高层建筑地基基础”评分在90分以上。这可能是因为学生认为掌握了详细的计算方法，而且经过自己亲自计算，有“成就感”。也有部分学生反映，由于加强了手算训练，“很有压力”，因为他们不能通过死记硬背来通过考试，而要凭扎实熟练的计算能力。这些课程采用开卷考试，但没有学生会提前交卷，因为重点考核学生计算能力，计算量较大。

2.毕业生的访谈

对已毕业参加工作的学生访谈，他们大都认为手算训练对较快适应工作岗位有很大帮助，尤其在参加注册岩土工程师考试中得到体现。同时，他们也提出学校开设的部分课程存在“概论化”的倾向，没有讲授相应的计算方法，更谈不上手算训练，这些内容毕业后只能靠自己补课，希望能够改进。

3.用人单位的反馈意见

用人单位反馈意见认为较优秀的我校毕业生，很快可以上手，力学概念清晰，有的甚至很快就“挑大梁”，得到工作单位的一致好评。但有些学生则显得训练不够，缺少工程师基本的计算能力。

五、结束语

岩土工程专业的学生过分依赖于计算机设计程序，手算能力偏弱，这对于他们毕业后的进一步发展不利。我们在教学中加强对学生手算能力训练，从学生及用人单位的反馈意见表明具有一定成效，但是还需进一步加强。

[1] 曹丹平.勘查技术与工程专业计算机课程教育模式的研究与实践[J].中国地质教育，2010，(2):61-63.

[2] 高大钊.关于岩土力学新分析方法的回顾与思考[J].工业建筑，2006，36(l):58-61.

[3] 赵成刚.土力学的现状及其数值分析方法中某些问题的讨论[J].岩土力学，2006，27(8):1361-1364.

[4] 王新华.建筑结构电算结果的合理性判断[J].湖南城建高等专科学校学报，2002，11(3):12-14.

[5] 林伊方，徐志恒，沈汉桦，等.基坑支护设计若干问题的研究与探讨[J].工程质量，2002，(4):41-45.

[6] 李永梅，孙国富，董峥，等.结构电算在土木工程专业课程设计教学中的应用[J].高等建筑教育，2009，18(5):112-115.

Research and Practice of Improving Calculating Ability of Geotechnical Engineering Students

CHEN Guo-zhou, QIAN Xiao-li, ZHANG Jian-xun
Fujian University of Technology, Fuzhou 350108, China

Computers have been applied widely in geotechnical engineering.The ability of students to apply computer have been improved high, but their calculating ability on hand is weaken.Some methods are used to improve the calculating ability on hand of students.The methods include raising mechanics course quality, emphasizing calculating ability on hand in course homework and course design, and combining computer software and calculate ability on hand in thesis.

geotechnical engineering; high education; calculating ability

G642

A

1006-9372 (2011）02-0093-03

2011-02-02。

中国建设教育协会项目(200904）；福建工程学院教研项目 (GJ-K-08-14)。

陈国周，男，副教授，从事岩土工程教学与应用工作。