《高等土力学》启发式教学探讨

《高等土力学》启发式教学探讨

张春会 （河北科技大学 建筑工程学院 050018）

本文针对高等土力学课程的特点和我国在硕士研究生培养过程中存在的问题，提出了高等土力学启发式教学模式，以地基承载力教学为实例，介绍了高等土力学启发式教学的基本流程和基本步骤。我们以河北科技大学土木工程专业2011级土木工程专业硕士研究生为对象，采用启发式教学模式进行实践，结果表明利用该方法教学能加深学生对课程理论的理解，增强学生的学习兴趣，培养学生解决岩土工程问题的思路，锻炼他们的表达和写作能力。

高等土力学 启发式教学地基承载力

一、引言

近年来，随着我国教育体制改革的不断深入和各高校硕士生的不断扩招，在校硕士研究生的数量不断增加。2000年我国研究生招生数量为？2012年我国研究生招生数量为？同本科生教育一样，硕士研究生教育也开始向大众化方向发展。随之而来的是，硕士研究生毕业后的就业单位也发生了很大的改变，毕业后能留在高校任教并从事科研的学生减少。同时科研单位也因体制改革，使得许多科研人员开始被迫从事工程项目的实践活动。其中有一部分毕业生直接到了生产第一线，另外还有一部分继续深造攻读博士学位。因此在进行硕士研究生的培养时不能不考虑如下两个问题：1.如何定位硕士研究生未来的发展方向？2.社会对毕业硕士生有何要求？这是新形势下进行研究生教学必须要考虑的问题。目前，从国家层面可将硕士研究生分为学术型和专业型两类，这种方法对于定位研究生的发展方向并予以培养具有重要的指导意义。然而，目前研究生的培养还尚未达到预期目标，从教学模式上进一步探讨上述问题具有重要意义。

高速发展的现代社会需要具有创新能力的人才，而不是“死读书、读死书”的“书呆子”。适合现代社会需要的创新型人才具有发现问题的能力、解决问题的能力和完备的表达能力。发现问题的能力指从自己所从事的工作中发现不足之处，如某种技术工作精度不高，或者还有其他可以改良该技术的方法，等等。解决问题的能力包括自学新知识、查阅资料、设计实验、建立物理或数学或数值模型，并进行求解的能力。表达能力是将上述研究过程准确地进行书面和口头表达的能力。

二、高等土力学的特点

《高等土力学》作为矿业工程、土木工程、水利工程、道路与铁道工程、地下工程、环境岩土工程等众多专业的基础课程，不仅与工程实践紧密相连，而且还具有很强的区域性。比如，我国幅员辽阔，土质具有十分明显的区域性特征，各类特殊土对工程影响广泛，有时会出现很多问题。如软土地基沉降和地基承载力不足问题，湿陷性黄土遇水的超限沉降问题，膨胀土的遇水膨胀和力学特性劣化等问题。又如岩石的非均质、非连续、各项异性、非线性等特征对岩石工程破坏的影响，等等。若硕士研究生拘泥于个别书本理论，只了解一些表面现象而认识不到岩土工程材料的特殊性，就会影响其毕业后所从事的工程设计和工程施工能力，导致无法体现出其所受到的高于本科生的科学研究训练优势。因此，采用启发式教学方法，培养学生的创新精神、应用能力和自学能力，具有重要的意义。

三、启发式教学模式

为培养创新型人才，讲授《高等土力学》不仅应讲授基本的理论框架体系，还应结合教师自身的现场工程经验，结合国内外最新的科研和应用技术成果。为此，我们制定了启发式教学流程。

首先我们为学生分析了近年来毕业生的去向以及社会对毕业生应具备的基本技术素质的要求。硕士毕业生除了能解决常规的技术问题以外，还应能够发现常规工作中的不足，并能用新的方法去完善和改良这些不足。同时还应具有较好的表达能力，以便让上司和业主接受自己的观点。教师要将关于土力学方面的权威学术期刊介绍给学生，这样可以引导学生学会查询资料和分析文献。

以地基承载力内容作为实例，启发式教学模式的基本流程为：

（一）地基承载力的工程背景。从我们身边出发，从学生宿舍、教学楼、图书馆等周围建筑物出发，可引出这些建筑物设计施工中的地基基础问题。如地质勘查工作、勘查点位布设、地基土层成层分布的特点、地基土物理力学性质的非均质和各向异性特征、地基持力层的选定方法、基础形式选择方法、基础底面尺寸确定方法、基础高度确定方法和基础底板配筋等，介绍国际著名建筑物如比萨斜塔等的地基承载能力及地基沉降计算和监测问题。

（二）从理论上总结地基承载力的力学实质，介绍不同年代学者对地基承载力问题的研究，介绍因实际工程需要对地基承载力理论解的各种修正。

（三）结合理论研究成果，从试验方法、工程经验多个角度阐述地基承载力问题的目前研究水平，从工程实践中进一步凝练相应的前沿科学问题，如土的非均质和地基破坏的概率问题、随机有限元方法中的参数随机赋值问题、极限塑性理论方法中的问题、多种荷载（弯矩、剪力、轴力）联合作用下的地基承载力及地基承载力包络面问题，以激发学生的学习兴趣，引导学生在某一或若干问题上进行深入探究。

（四）为学生解决相关课题提供指导，包括该领域研究的主要国内外学术期刊、代表性论著、主要研究机构、代表性研究人员、研究现状调研方法、课题解决的基本思路等。结合个性化的教育教学，指导学生采取理论分析、实验研究和计算等方式解决相关课题，提高学生的创新能力、动手能力和解决问题的能力。

（五）组织专题学术讨论会，引导学生发言，培养学生的口头表达能力，活跃学生气氛，撰写研究报告，培养学生的书面写作能力。

四、结语

以河北科技大学土木工程专业2011级土木工程专业硕士研究生为对象，采用上述方法进行教学，并对教学结果进行调查，结果表明该教学方法达到了如下目标：

（一）加深了学生对课程理论知识的理解。

（二）培养了学生的课程学习兴趣和工程意识。

（三）培养了学生解决岩土工程问题的思路，锻炼了表达和写作能力。

龚晓南.21世纪岩土工程发展展望[J].岩土工程学报，2000（2）.

（责编 吴海婷）

河北科技大学研究生学院教研课题，河北科技大学理工学院教研课题

张春会（1976— ），男，博士后，教授， 主要从事破坏岩石力学方面的研究工作。