“土力学课程设计”任务书生成辅助软件研制与应用体会

马淑芝 贾洪彪

摘要“土力学课程设计”属于实践环节内容，是培养学生综合运用专业知识、工程实践能力和创造精神的关键环节。文章分析了传统“土力学课程设计”开展过程中遇到的一系列问题以及所开发的“土力学课程设计”任务书生成辅助软件。利用该软件，可以很方便地创建、管理和重复利用课程设计的基础数据信息，可以选择课程设计主题、设计任务、工程场地条件与建筑物规模，自主组合课程设计任务，满足不同基础、不同学习兴趣与钻研深度的学生进行课程设计的需求。利用该软件，可以快速生成与导出“土力学课程设计”任务书，并避免数据与任务不匹配等错误的发生，方便实现学生一人一题，从而解决传统课程设计的弊端，具有推广价值。

关键词 土力学；课程设计；任务书；辅助软件

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.13.030

“土力学”是地质工程、土木工程等专业的核心课，它以力学和工程地质学的知识为基础，研究与工程建筑有关的土的变形和强度特性，并据此计算土体的固结与稳定，为各项专门工程服务。“土力学”具有很强的工程实践背景，必须要让每一位学生积极动手才能够找到“感觉”[1]。因此，在课程学习中引入实践教学环节非常必要。在这样的背景下，越来越多的高校在新修编的培养计划中专门增设了“土力学课程设计”，既体现了原有传统专业课程在新工科背景下打造“新工科课程”的时代需求，也充分体现了人才培养过程中对于实践能力培养的重视，与“专业精深、知行合一”的人才培养目标相适应。通过课程设计，实现理论联系实际，不仅让学生明确了如何用土力学的基本理论去解决工程实践中的相关问题，也增强了对课程体系的认知，“土力学课程设计”成为土力学课程学习的重要补充。

针对如何开展好“土力学课程设计”环节，达成课程设计的育人育才效果，课程团队近年来开展了系列的改革与探索，尤其是重点开发了“土力学课程设计”任务书生成辅助软件，使得这项培养任务更能落到实处。本文介绍了该辅助软件的开发过程与使用中的效果与体会，以交流实践课程建设的经验，共同关注课程教学改革，提高人才培养质量。

1“土力学课程”设计中的常见问题

“土力学课程设计”与大多数其他课程一样，其出发点是增强学生对于基础知识的掌握，得到良好的实训，增强实践能力和创新能力的锻炼。而在实施过程中遇到的这些问题，使得课程设计的效果受到很大影響，不能很好地达到最初设想和锻炼目的。经过梳理，主要有以下几个方面的问题：

①传统的方法课程设计任务选题较为单一，甚至于全班同学都是同一个题目，内容单调、枯燥，模式单一、刻板，不仅限制了学生个性和思维的发展，难以差异化锻炼学生，也不能结合学生的兴趣开展，不能做到因材施教。因此，开发丰富的课程设计题目尤为重要[2-3]。如果仅靠教师人工布置课程设计的作业，要改变基础数据信息，绘制场地地质条件、地层剖面图以及建筑物，涉及的工作量比较大，丰富化的题目是很难实现的。

②土力学往往面对地质工程、岩土工程、地下工程、结构工程、道桥工程等不同的专业及方向，各方向对于土力学课程设计的重点是不同的，但统一的设计题目难以和专业方向有更好的衔接，学生完成的课程设计内容较为单一，不利于对专业方向的理解与把握[4]。

③课程设计教学的模式基本以教师命题、学生按要求完成为主，学生处于一个被动地位，主动性不强，自身的思考能力和创新能力未被充分激发。同时忽视了一部分学有余力、能够进行更复杂类型基础设计的学生，这部分学生可能失去一些锻炼自己能力的机会。

④课程设计通常安排在课程结束之后、考试周之前进行，一方面学生忙于应考，而且受到放假时间的影响，心理上会比较放松、散漫，精力不够集中，往往导致设计粗糙，对设计内容未进行细致的分析研究，理论与实际脱节，对于设计中出现的错误不能认真修改[5-6]。这样，课程设计的效果就会大打折扣。

⑤采用统一的课程设计任务书，学生之间相互抄袭的现象常有发生，不仅达不到课程设计的目的，学生独立思考和解决问题的能力不能得到锻炼[7-9]，还有悖于立德树人的目标，助长了一些不好的风气。

2“土力学课程设计”任务书生成辅助软件的开发

2.1辅助软件的构成

针对上述问题，课程组开发了“土力学课程设计”任务书生成辅助软件，该软件基于Python语言编写。利用该软件，教师或学生可以选取课程设计所需要的基础数据信息及不同的课程设计任务，自动生成课程设计任务书文件（.doc）。软件由“建筑物概况”“土层信息维护”“场地信息”“课设任务设计”以及“课设任务书生成”五个属性页组成。用户界面如图1所示（p95）。

2.2辅助软件的功能与使用

2.2.1模块的关联关系

课程设计基础数据信息包括建筑物、各土层性质和工程场地三部分，分别在“建筑物概况”（图1（d））、“土层信息维护”（图1（f））、“场地信息”（图1（e））三个属性页中进行管理。“课设任务书生成”为终端界面，它需要调用“建筑物概况”“土层信息维护”“场地信息”和“课设任务设计”4个属性页内建立的信息。“建筑物概况”“土层信息维护”和“课设任务设计”为末端界面，其中的数据输入、选项选择等不依赖于别的界面上的数据等信息。而“场地信息”则需要调用“土层信息维护”里的土层信息数据。在软件使用过程中，可以随时添加土层的数据信息，并会关联出现在“场地信息”界面内备调用。同样“建筑物概况”“场地信息”和“课设任务设计”属性页界面内信息的改变也会直接改变或间接关联“课设任务书生成”界面。

2.2.2建筑物信息

建筑物信息包括建筑物基本信息和图形信息两部分，分别在“建筑物概况”属性页（图1（d））的左侧中下和右侧两个栏目中进行设置与管理。

建筑物展示图由建筑物的基本信息数据进行绘制，有三维图和鸟瞰平面图两种。可以通过调整软件整体窗口和图下方的活动窗口调控位置调至协调的图形纵横比例，通过[保存图像]按钮实现图件保存，并同步建立图形文件与本建筑物的关联，后续任务书生成时可自动调用。

2.2.3土层信息

土层信息包括土的名称（描述）、类别、工程性质指标和工程性质曲线图。工程性质指标包括三相指标、压缩性、抗剪强度和其他指标，在“土层信息”界面右侧栏目中进行输入和编辑（图1（f））。根据已输入的土层性质数据可以生成土层性质曲线图（压缩试验的“e-p曲线”或“e-lgp曲线”“直剪试验曲线”和“三轴强度曲线”等）（图形展示位于图1（f）左下），保存图件会自动直接关联图件文件至本土层信息中，在后续任务书生成时可自动调用。

2.2.4场地信息

在“场地信息”界面中可进行工程场地信息的设置、信息浏览和任务书生成时的模板管理等。工程场地信息主要包括场地地下水埋深、场地地层信息和柱状图。“场地地层信息”栏目如图3所示。每个土层可以通过[土层链接]下拉列表选择在“土层信息维护”界面建立的土层代号，并即时将相应土层的信息调入，以便在“列表查看地层信息”和“地层柱状图”栏目中引用。

在“场地信息”界面右侧栏中生成场地的土层柱状图（图1（e））。和其他图形一样，生成的柱状图可以保存成文件，并自动建立图形文件与本工程场地的关联，以备后续自动调用。

软件提供的任务书模板管理，可以供用户设置、管理和调用报表和图件的格式，主要包括“任务书输出报表模板管理”和“柱状图模板管理”。

2.2.5课设任务设计

课程设计的任务设计在“课设任务设计”界面内完成（图1（c））。设计任务设置了“浅基础变形与强度验算”和“基坑支护设计”两个板块。通过选择并编写各种验算内容、验算方法以及讨论不同方法之间的联系与差异，使得生成的任务书能从更多维度上考查完成者在不同知识点上的掌握程度。

每个课程任务选项后面都有个[任务说明]按钮，帮助用户查看本项任务的内容，以辅助用户确定是否选择该项任务。

2.2.6课程设计任务书

课程设计任务书生成是在选择已设置好的场地、建筑物、设计任务和输出模板后，点击“生成任务书初稿”自动生成任务书，右侧栏内可浏览任务书各项（图1（b））。软件能够将任务书输出保存为.doc格式文件，并提供链接外部word软件的接口，直接调用word软件打开生成的任务书doc文件。

软件提供数据检查功能（点击[检查数据]按钮），可以辅助检测任务书生成中各选项是否存在问题或矛盾，提醒诸如“没有预设任务信息，请先在<课程任务设计>属性页界面建立任务信息”“基坑深度与支护方式是否匹配”等问题信息，告知用户问题所在。

总而言之，利用本软件系统，在建立数据信息之后，通过选项组合，由计算机自动进行数据整合、图件绘制、信息匹配检查、任务书文本组织等工作，快速自动生成《“土力学课程设计”任务书》，大大降低了设计课程设计任务书的工作量，同时以图件的形式将建筑物和地层信息展示出来，提高了课设任务书的质量。

3辅助软件的益处与效果

“土力学课程设计”任务书生成辅助软件至今已经使用于2届学生中，从师生反馈来看，大家对于该软件用于课程设计表现出了极大的兴趣和认可。总体上来讲，借助该辅助软件，可以设定不同建筑形式、场地条件、土层情况组成的多种设计场景，可以建立充足與丰富的设计任务，方便教师布置多份不同的课程设计任务，让学生分组进行不同的课程设计，大大降低教师的工作量；学生也可以借助该辅助软件，根据自身学习情况及兴趣选择不同复杂程度的设计要求，自行选题，自动生成与之相匹配的课程设计任务，激发个人学习兴趣，鼓励了创新性。同时，多份课程设计任务书避免了课程设计内容相同导致学生之间互相抄袭的情况，又能因材施教，使每个学生都在完成最基本设计的基础上根据自身情况加大设计的深度、难度，充分开发学生的潜能。

4结语

“土力学课程设计”属于“土力学”课程实践教学环节的内容，是培养学生综合运用专业知识、工程实践能力和创造精神的关键环节。“土力学课程设计”任务书生成辅助软件是一款可以完成土力学课设任务书自主生成与导出的软件，可以使课程设计任务书中的各项数据以及具体设计内容、要求等更加多样化，降低更新、编辑与参考工程信息所耗费的时间与精力。

可以依托该软件选择不同课程设计主题、任务类型及地基复杂程度、建筑物规模，快速生成不同的课程设计任务书，满足学生分组设计及不同的学习兴趣与钻研深度，有利于激发学生学习的激情与创新性、探索性。

基金项目：中国地质大学（武汉）本科教学改革研究项目（2021A15）。

参考文献

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[2]王海娟，程建军，姜海波.“基础工程”理论与实践教学改革探究[J].西部素质教育，2017，3（1）：70-71.

[3]周莉，董连成，许珊珊，等.应用型人才培养的土力学实践教学探索[J].山西建筑，2014，40（10）：266-268.

[4]许端端，周艳清，李倩，等.超星学习通教学平台在课程设计环节中的应用——以土力学与基础工程课程为例[J].黑龙江科学，2022，13（1）：72-73，76.

[5]高笑娟，李跃辉.提高土力学地基基础课程设计质量的方法研究[J].教学研究，2012，35（6）：88-91.

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