新工科背景下应用型本科高校的土力学教学大纲改革

陈忠清 吕越

摘要：应用型创新人才培养是新时期高等教育的重要内容。土力学是土木工程专业的核心主干课程，是学生学习后续专业课程以及今后从事土木行业设计、施工等相关工作的重要基础。基于新工科背景下地方高校应用型土木工程人才培养目标，结合土力学课程特点，对土力学课程教学大纲进行了重新梳理。将土力学教学内容分为土的基本物理性质、土力学基本理论以及土力学在工程实践中的应用三部分，舍弃过多的理论公式推导和原理阐释，紧密结合实际工程案例，突出土力学基本知识及其在工程实践中的运用，对培养学生的工程实践能力及创新意识具有积极意义。

关键词：土力学；教学大纲；应用型本科；新工科；教学内容

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）02-0136-03

一、引言

地方普通本科高校向应用型转变已成为我国高等教育未来发展的重要内涵。应用型创新人才培养是使学生在知识、能力、素质方面得到全面发展，具有发现、分析、创造性地解决实际问题的能力[1]。2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，提出“新工科”建设复旦共识，针对地方高校发展，指出要主动对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求，充分利用地方资源，深化校企合作，培养具有较强行业背景知识、工程实践能力以及胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才[2]。绍兴市是浙江省首批唯一的“建筑强市”，建筑业的发展一直处于全省乃至全国同类城市的前列，如何结合本地建筑业的发展需求，在新工科背景下开展相关课程教学改革研究是当前绍兴地方高校高等教育改革的重要环节。

土力学作为土木工程专业的核心主干课程，是学生学习后续专业课程以及今后从事土木行业设计、施工等相关工作的重要基础，对培养学生的工程实践能力和创新能力尤为重要。土力学的教学效果对于实现构建以工程实践能力为导向的应用型土木工程人才培养目标具有举足轻重的作用。本文基于新工科背景下应用型本科土木工程人才培养目标，结合土力学课程特点，对该课程的教学大纲改革进行探讨。

二、土力学教学内容的经典框架

土力学作为一个独立的学科，始于1925年太沙基（Terzaghi）发表第一本土力学和地基基础专著《Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage》[3]。土力学虽是一门年轻的学科，却是土木工程专业的重要理论基础，土力学课程也是土木工程专业课程体系中的核心课程。土力学教学内容的经典框架主要包括[4，5]：土的组成和物理性质、土的渗透性与土中渗流、土中应力分布及计算、土的压缩性与地基沉降计算、土的抗剪强度、土压力计算、土坡稳定分析、地基承载力。

三、面向应用型人才培养的土力学教学内容改革

2010版和2014版土力学教学大纲的教学内容基本围绕经典土力学的学科体系展开，其中教学要求因学时不同而略有差异。对于地方应用型本科高校而言，缺乏对学生工程实践能力培养等方面的教学内容，而且在学时有限条件下理论教学内容显得过多，不能满足当前应用型人才培养的需求。因此，结合新工科背景下应用型土木工程人才培养目标，对传统土力学课程的教学进行如下改革。

1.将教学内容划分为三大部分，即土的基本物理性质、土力学基本理论、土力学在工程实践中的应用，其中土力学基本理论包括土中渗流、土中应力计算、土的压缩与沉降计算、土的抗剪强度理论、土压力计算、土坡稳定分析以及地基承载力计算。

2.由于土力学基本理论在工程实践中都经常涉及，因此保留原框架，但对授课内容进行精简，忽略土力学教材中有关计算公式或方法的数学推导，而突出对公式或方法本身的应用，同时舍弃对土力学中复杂理论的深入讲解，使教学内容浅显易懂。比如，关于太沙基一维固结理论，忽略一维固结方程建立及求解的推导过程，重点是理解固结度的概念及计算。

3.增加土力学在工程实践中的应用讲解，以培养学生的创新意识与工程实践能力。比如，意大利的比萨斜塔，塔身向南倾斜，南北两端沉降差达1.80m，塔顶离中心线达5.27m，倾斜达5.5°，这其中就包含丰富的土力学知识。通过对该工程案例的讲解，既可以增加学生对土的变形问题的理解，又可以提高学生对土力学的学习兴趣。

4.在教学方法上，遵循先讲授土的基本物理性质，再讲授土力学基本理论，最后讲授土力学在工程实践中的应用这一思维逻辑，其中最后一部分教学内容可采用案例教学法，也可采用翻转课堂等多种教学方法。

四、以应用型人才培养为目标的土力学教学大纲设计

新大纲结合新工科背景下应用型土木工程人才培养目标，减少土力学理论的推导和阐释，在讲授基本理论知识的前提下注重土力学知识的运用，尤其是增加实际工程案例，以提高学生的创新意识和工程实践能力。

1.具体学时分配，如下表所示。

2.教学内容、要求及目标。（1）土的基本物理性质。要求学生了解土的成因和组成，掌握土的物理性质指标及其三相换算关系的运用，熟悉無黏性土和黏性土的物理性质，了解土的结构性和击实性，了解土的工程分类原则以及土的类别与其工程特性的关系。目标是通过土的物理力学性质的学习，让学生充分认识“土”这种散体、多相材料的特殊性。（2）土力学基本理论，具体内容及要求为：①土中渗流：要求学生了解土的渗透特性及渗透变形，掌握达西定律。②土中应力计算：要求学生掌握土中的自重应力和附加应力的计算方法。③土的压缩性与地基沉降量计算：要求学生掌握土的压缩性，熟悉各种压缩性指标的测定方法，掌握地基最终沉降量的计算方法。④土的抗剪强度理论：要求学生掌握莫尔—库仑抗剪强度理论，了解抗剪强度指标的测定方法，了解不同固结和排水条件下抗剪强度指标的意义及应用。⑤土压力计算：要求学生了解土压力的类型，掌握基于朗肯土压力理论的土压力计算方法，了解有超载及成层土情况的土压力计算。⑥土坡稳定性分析：要求学生掌握无黏性土边坡的稳定分析方法，掌握黏性土边坡的整体圆弧滑动稳定分析方法，了解黏性土边坡稳定分析的条分法。

⑦地基承載力计算：要求学生了解地基破坏模式，掌握按规范确定地基承载力的方法，熟悉按极限平衡条件确定地基临塑荷载和临界荷载的方法以及太沙基地基极限承载力计算方法。目标是让学生具备土力学涉及的具体理论问题分析与计算的能力。（3）土力学在工程实践中的应用。结合国内外经典工程事故案例，包括美国Teton坝垮坝事故案例、加拿大特朗斯康谷仓失稳工程案例、意大利比萨斜塔和苏州虎丘塔工程案例、杭州地铁湘湖站北2基坑工程事故案例、上海闵行楼房倾倒事故以及绍兴上虞太平山村滑坡案例等，要求学生熟悉并掌握相关土力学知识在工程实践中的应用。目标是在土的基本物理性质与土力学基本理论知识学习的基础上，通过自主学习以及课堂讨论，使学生运用土力学知识解决实际工程问题以及在工程实践中应用土力学知识进行相关分析计算的能力得到提高。

3.学业评价和课程考核。针对教学内容改革，课程考评内容也对传统以知识点考查为主的模式进行改革，采用全过程的考核模式，主要包括基本理论知识和实际应用能力两部分。其中基本理论知识考核采用期末闭卷考试的形式，考核成绩占总评成绩的60%（包括15%的平时作业和出勤），而实际应用能力考核采用大作业形式，通过小组讨论，提交不同阶段的讨论视频资料及最终完成的文字报告与PPT汇报资料，考核成绩占总评成绩的40%。通过考核方式的改革，进一步引导学生在学习理论知识的同时不断加强自身对所学知识的理解和运用能力，以实现人才培养目标。

五、结语

课程教学改革是人才培养模式改革的重要内容。结合土力学课程自身的特点，以新工科背景下应用型创新人才培养目标为导向，开展课程教学大纲改革是应用型土木工程人才培养的重要环节。从新工科背景下应用型人才培养出发，进行了土力学课程教学大纲改革，在凝练经典土力学教学内容基础上增加土力学在实际工程中应用的教学内容，突出土力学的基础知识及其应用，对培养学生的工程实践能力和创新意识具有积极意义。建议今后进一步开展“互联网+”土力学线上教学（比如采取微课的形式）与线下教学相结合的教学改革探索。

参考文献：

[1]华小洋，蒋胜永.应用型人才培养相关问题研究[J].高等工程教育研究，2012，（01）：101-103，157.

[2]教育部高等教育司.“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017，（01）：10-11.

[3]李广信.土力学的学科特点和教学方法[C]//土力学教育与教学——第一届全国土力学教学研讨会.北京：人民交通出版社，2006：27-32.

[4]李镜培.土力学[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.

[5]姚仰平.土力学[M].第2版.北京：高等教育出版社，2011.

Abstract：The cultivation of applied innovative talents is an important part of higher education in the new era.Soil mechanics is the core course of civil engineering and an important foundation for students to learn follow-up courses and to engage in the design，construction and other related work of the civil engineering industry in the future.Based on cultivation of applied innovative talents of civil engineering with background of emerging engineering education and the features of soil mechanics course，the teaching syllabus of soil mechanics was reformed.Three parts of teaching content including basic physical properties of soil，basic theory of soil mechanics and application of soil mechanics in engineering practice were proposed.The basic theoretical knowledge of soil mechanics is highlighted and a large number of deductions of mathematical formulas and theoretical explanations are abandoned.Actual project cases is added and highlighted as an important supplement to the teaching process of basic theoretical knowledge of soil mechanics，which has positive significance to cultivate students' practical application ability and creative ability.

Key words：soil mechanics；teaching syllabus；application-oriented undergraduate；emerging engineering education；teaching content