创新型人才培养模式下的土力学与基础工程教学改革初探

张士科

(安阳师范学院 建筑工程学院，河南 安阳 455000)

创新型人才培养模式下的土力学与基础工程教学改革初探

张士科

(安阳师范学院 建筑工程学院，河南 安阳 455000)

本文针对土木工程专业土力学与基础工程课程教学现状及教学过程中存在的问题，进行了深入的分析。基于创新型人才培养模式，结合本人在教学工作中的经验，对课堂理论教学、基础工程设计教学和土工试验教学，提出自己的教学改革思考。旨在提高该课程的教学效果和质量，加强学生自主学习能力和实践能力、以及创新创业精神的培养。

土力学; 基础工程; 培养模式；教学改革

1 引言

在高等学校土木工程专业教学计划中，《土力学与基础工程》是一门重要的专业必修基础课，也是一门理论、实践与试验集为一体的专业核心课程。该课程由两大部分组成：第一部分是土力学，第二部分是基础工程。土力学的学习要求学生掌握用专门的土工试验技术对土的含水量、密度、相对密度和孔隙比等物理特性，以及土的强度、渗透性和压缩性等力学特性进行确定。另外，还要求学生在基本物理力学参数已知的情况下，能用土力学的理论知识和公式，对在受外力时土的应力和变形，进行计算与分析,对岩土与地下工程进行正确的设计和施工。基础工程的学习要求学生能用土力学的知识，进行挡土墙、浅基础、桩基础、深基础及基坑等工程的设计和施工。因此，土力学与基础工程是一门比较难学的综合性重要课程。

目前，我国正在大力开展地方高校转型发展和大学生创业教育[1]，推动CDIO(构思-设计-实现-运行)教学模式或创新型人才培养模式[2]，即高等院校在培养高层次的工程技术人员方面，应以培养适应社会需要为主，在注重理论知识培养的同时，还应该重视实践教学和实验教学环节，因为实践和实验教学能有效的培养学生的应用技能和创新创业精神，是构建理论与应用的桥梁。理论教学与实践实验教学是相辅相成、相互促进的辩证统一关系[3]。基于土力学与基础工程实践性较强、涉及学科较多、应用具体、理论繁多、推导公式假设条件较多，连贯性较差等特点，在该课程的教学过程中，学生不断提出“学什么”、“怎么学”和“怎么用”等问题。这要求该课程必须进行教学改革，才能更好适应创新性人才培养模式，为社会培养出卓越的专业技术人才[4, 5]。

针对目前土力学与基础工程课程教学模式中，存在重理论知识讲授，轻自主分析能力和实践能力的培养等问题，本文提出了“土力学与基础工程”课程教学模式改革思路，以适应于目前的国际化、信息化、创新化的发展趋势，希望对培养学生日后从事工程实践的能力和创新创业精神具有十分积极的意义。

2 土力学与基础工程课的教学现状及存在的问题

以安阳师范学院建筑工程学院土木工程专业为例，基于传统的人才培养模式，土力学课程在大二下学期开，56学时(包括土工试验8学时)；基础工程课程在大三上学期开48学时，一周的课程设计。其中，除了土工试验和课程设计外，其余全部采用课堂讲授教学，课后布置作业，最后进行期末考试成绩评定的教学模式。

在新的教学计划中，将上述两门课程合并为一门课，即土力学与基础工程，在大二下学期开，共75学时(包括土工试验15学时，实践教学8学时)。新的教学计划要求老师在更短的课堂教学学时内，向学生传授更多，更新的该学科知识和信息。

根据新的土木工程专业教学计划，土力学与基础工程课程的理论教学部分由原来的96学时压缩为52学时，而增加8学时的实践教学，同时，土工试验由原来的8学时增加为15学时。课堂讲授的专业理论内容基本不变即土的物理性质及工程分类、土的渗透性及渗流、土中应力计算、土的压缩性及地基沉降计算、土的抗剪强度、土压力、地基承载力和土坡稳定、浅基础设计、桩基础设计、沉井基础及其它深井简介、基坑工程、地基处理。基本的土工实验包括密度试验、含水量试验、液塑限试验、固结试验、直接剪切试验和击实试验。

通过对新的土木工程专业教学计划的分析，土力学与基础工程课程教学现状与存在的问题主要有以下几个方面：

1. 在创新型培养模式下，理论知识讲授学时数大量压缩，使课程课堂讲授内容不能过多过细，这导致一个知识点未能展开，就跃到下个知识点上，使得学生对土力学与基础工程的特点认识不够透彻。特别是对理论知识和推导公式的学习，如土中应力的计算、固结强度理论，土的沉降计算、摩尔-库伦强度理论及基础的设计计算等。一旦学生感觉不适和迷茫，就会加大课程的理解难度，学生就不能很好的将所学知识用来解决实际工程问题，从而缺乏学有所用的成就感，对学习失去兴趣，削弱教学效果。这要求课程理论教学的手段必须要进行改革，在适应新的人才培养模式下，提高学生的学习兴趣。

2. 随着新理论、新方法和新技术的不断出现，教学内容在不断增加，而在新的培养模式下计划安排的教学学时不断减少，课程的服务对象又不能过于狭窄[6]。因此，以课堂教学为中心，以老师为中心的传统教学模式将使课程讲授内容偏少较浅，很难对知识点进行展开和引入有关的新理论与新技术，致使培养出的专业技术人才知识面狭窄，解决实际问题的能力单一。为了实现培养全面发展的创新创业型卓越专业技术人才这一目标。如何解决教学内容的与学时少之间的矛盾，进一步提高教学效果与质量，成为我们所面临的一个重要问题。

3. 在传统的教学计划中，由于学时量不足，土力学实验以基础性土工试验为主，如密度、含水量、液塑限、固结和直接剪切试验等。将学生分组进行试验，每组实验内容一样，学生按实验要求和操作步骤按部就班完成。虽然这种模式适合大多数学生，但很难培养出卓越工程人才，以满足现代社会对全面发展的创新创业高层次工程技术人才的需求，也不能实现创新型人才培养模式的目的。因此，新的土工试验教学计划除了保留基础土工试验外，应该增加一些设计性、研究性和综合性的物理和数值实验项目。在实验过程中，如何充分发挥学生的主观能动性，通过自主参与设计实验项目培养学生的创新和创造能力，成为我们所面临的又一个教学问题。

3 土力学与基础工程课改革思路

针对土力学与基础工程教学现状和存在的问题，拟提出以下改革思路，以保证并提高该课程的教学效果和质量。

1. 随着计算机技术和数值计算理论的发展，各种计算分析软件和技术，已广泛用来辅助有关岩土与地下工程的设计与施工[7]。鉴于目前学生在土力学与基础工程课程学习过程中，缺乏对理论知识学习兴趣的现状与问题。本文强调“可视化”对该课程理论知识教学的重要作用。笔者将课本上的公式编写成Visual Basic语言，通过Excel运行，以图像的形式显示出来，将不易讲授和理解的公式计算过程直观的演示出来，应用Excel实现该课程理论知识外化。将学生需要掌握的土力学理论公式实现可视化。课后要求学生学习一些岩土与地下工程软件，如FLAC，UDEC，ABAQUS等，学习模拟在外荷载作用下，土的应力、应变与物理力学参数之间的关系。这不但能让学生了解该课程在实践中的应用，而且能激发学生的学习主动性和兴趣。

2. 鉴于教学改革导致理论知识教学学时不足的问题，本文提出将“以学生为主体，以教师为辅导”的教学模式，应用到部分章节中，如挡土墙的设计、浅基础设计、桩基础设计等。将以教师课堂讲授为主的教学模式，转化为以学生为主体的主动学习模式，即让学生参考课本或参考书，按步骤自主学习设计，教师主要提供参考意见、网上答疑，现场讨论等教学活动。一旦完成设计，教师从学生的角度对学生设计的内容进行提问和讨论。这种以学生为主体的教学模式有助于鼓励学生的学习主动性，加深学生对土力学规律的认识，培养学生的创新精神，提高学生自主解决实际问题的能力和习惯。

3. 在土工试验教学改革中，考虑与专业教师的科研项目相结合，如岩石的疲劳试验，同时将数值试验引进常规的实验教学中。这给那些本科生中优秀、对科研有极大兴趣的学生提供了解和参与科学研究的机会。此外，通过数值试验，岩石的变形、破裂等复杂现象能向学生直观演示，在反映岩石的变形损伤演化和宏观破坏过程中的应力场和变形场方面的信息，数值试验法会有较好的效果。这样不但有助于完成教学任务，还能够拓展学生眼界，激发学生对科学研究的兴趣，培养学生的创新精神。

4 结语

土力学与基础工程是一门实用性较强、内容连贯性较差，同时具有理论科学和工程学科的属性的课程。

对理论知识学习枯燥单调的问题，利用用可视化教学法，不仅激发学生对土力学与基础工程理论知识学习产生兴趣，而且有助于了解并掌握专业问题的求解过程及其背后潜在的数学与力学模型及规律。

利用学生为主体的教学模式，对实践性较强的章节进行教学改革，不仅调动了学生自主学习的积极性，而且有利于培养学生在工程实践中的动手能力。

利用实验教学与科研项目相结合的方法，可以为无研究生本科院校中本科生提供参与科研的机会，培养他们的创新实践能力和对科学研究的兴趣。

通过利用计算机技术对一些复杂的土工试验过程进行模拟分析，不仅可以了解土或岩石的变形破坏过程，而且可以解决现场实验条件、物力和财力等限制，切实理解并掌握土力学与基础工程的核心内容。

[1]何金平, 邹 平, 杨丽宏, 等. 试点探索建设应用技术大学 [J] . 中国高等教育, 2014 (10) : 47-49.

[2]张奇，唐奇良. 高等工程教育CDIO培养模式研究 [J] . 教育管理, 2009 (3): 32-34.

[3]储春妹, 封丽华, 董青红. 土质学与土力学课程教学改革思考 [J]. 大学教育, 2015 (5): 157-158.

[4]陈海玉，徐福卫. “211”人才培养模式下《土力学与地基基础》课程改革探讨 [J]. 教育教学论坛，2012 (33): 50-51.

[5]李广信, 杜修力. 土力学教育与教学 [J]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[6]徐玉芳. 土力学及基础工程网络课程建设的探索与实践 [J] . 时代教育, 2014 (12) : 12-13.

[7]丁洲祥, 李 涛, 白 冰, 等. MAPLE在土力学与基础工程研究型教学中的应用 [J]. 力学与实践, 2013 (8): 87-89.

[责任编辑：Z]

Teaching Reform Exploration of Soil Mechanics and Foundation Engineering based on the Cultivation mode of Innovation Talents

ZHANG Shi-ke

(School of Civil Engineering and Architecture, Anyang Normal University, Anyang 455000, China)

The teaching present situation and existence problems of course of soil mechanics and foundation engineering in civil engineering, which are deeply analyzed in this paper. Based on the cultivation mode of innovation talents, some people think of teaching reform is to put forward by combining with my experience in teaching. The teaching reform includes classroom theory teaching, teaching of foundation engineering design and teaching of geotechnical experiment. The goal of this paper is to (1) improve the teaching effect and quality of the course, (2) strengthen the cultivation of students’ autonomous learning and practical ability, and (3) strengthen the cultivation of innovation entrepreneurship.

soil mechanics; foundation engineering; cultivation mode; teaching reform

2015-07-10

安阳师范学院2015年教学研究项目“基于创新人才模式下的土力学与基础工程课程理论、试验和实践”(课题编号：2015-ASJY-YB62)。

张士科(1980—)，男，博士，讲师，河南泌阳人，主要从事岩石力学与工程方面的研究。

G642

A

1671-5330(2015)05-0150-03